2007_05_72 (Раздаточные материалы)

Технологии в электронной промышленности, № 5’2007Школа производства ГПИС.Фотолитография.Третий этап — передача рисункана материал интегральной микросхемыПередача рисунка материала интегральной микросхемы (ИМС) является заключительнымэтапом процесса фотолитографии (ФЛ).Максим Шмаковmxmshmakov@yandex.ruВалерий Паршин,к. т. н.Данный этап состоит из 2 операций (рис. 1):• удаление материала микросхемы (через проявленный фоторезист (ФР));• удаление резистивной маски.Удаление материала микросхемы (травление технологического слоя) через маску в слое фоторезиста(ФР) бывает двух видов (рис.

2), каждый из которыхделится на «подвиды»:• жидкостное;• сухое (плазменное или ионно-плазменное).Рис. 1. Последовательность операций этапа передачирисунка на материал ИМСРис. 2. Классификация процессов травления [4]Жидкостное травлениеОсновными параметрами режима травления, от которых зависят как его скорость, так и воспроизводимость размеров получаемых рельефов, являются:• температура;• концентрация травителя;• время травления.Так, с повышением концентрации травильной смеси и температуры скорость травления растет.

Увеличение времени травления приводит к боковому подтравливанию рисунка, причиной которого можетбыть также рост температуры травителя [1].При травлении в жидких травителях используются водные растворы неорганических соединений(обычно кислот). Химический состав и концентрация травителя в растворе подбирается так, чтобы поверхностный слой растворялся активно, а низлежащий не растворялся. С травлением в жидких травителях связано не только явление подтравливания подфотомаску, но и разброс величины подтравливанияв совокупности элементов одного слоя.К моменту окончания растворения слоя в «окне»фотомаски боковое травление оказывается примерно равным толщине слоя (рис. 3), однако его окончание зависит от размеров вытравливаемого элемента («окна» в маске).

В процессе травления возможныотвод продуктов химической реакции от поверхности в раствор и подвод из раствора свежего травителя. Оба процесса протекают благодаря взаимодиффузии, скорость которой и определяет скорость травления. В мелких элементах массообмен затруднени скорость травления ниже, чем в крупных элементах. Поскольку технологическое время травления устанавливают по самому мелкому элементу, болеекрупные элементы получают «перетрав», то естьбольшие погрешности размера.Точность травления повышается, то есть уменьшается разброс размеров элементов из-за растрава,72www.finestreet.ruЭлектронные и ионные технологииТаблица 1. Составы травителей хромаРастворСостав234Вода дистиллированная150–1Кислота соляная (HCl), d = 1,19Кислота серная (H2SO4), d = 1,841–111–––Калий железосинеродистый–25––Калий едкий–2,8––Глицерин–T = 60–70 °СtТРАВ. = 40…75 с–T = 20–25 °СtТРАВ.

= 240…300 с1–T = 60–70 °СtТРАВ. = 40 сПримечанияСоставwww.finestreet.ruРаствор345Вода дистиллированнаяАнгидрид хромовый (CrO3), d = 1,850410,5–74–––Кислота фтористоводороднаяКислота ортофосфорная (H3PO4), d = 1,413–––––6862,56,5–––0,3––1,5––Кислота уксусная (CH3COOH), d = 1,050–––1,231ПримечанияT = 40–45 °СВ указанном составераствора травитсяи адгезионный слойванадияКислота азотная (HNO3), d = 1,42Спирт изопропиловый ((CH3)2CHOH), d = 1,42T = 50–55 °СВ указанном составераствора травитсяи адгезионный слойванадия2T = 55–65 °ССкорость травления1 мкм/мин1T = 20–25 °СtТРАВ. = 60…90 с –для толщин 0,8…1 мкм90…180 с –для толщин > 1 мкмпри динамическом воздействии травителя наобрабатываемую поверхность.Для получения устойчивых результатов необходимо в процессе жидкостного травленияобеспечить термостатирование травильногораствора с отклонением не более ±(1–2) °С и перемешивание раствора для исключения концентрационных и маскирующих эффектов.С целью уменьшения этих эффектов подложки в травильных ваннах помещают в вертикальном положении и осуществляют их возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости [2].Конечный результат травления — конфигурация вытравленного профиля элементовсхемы — определяется:• предысторией формирования защитной фоторезистивной пленки (вязкость, чистота,качество нанесения и т.

д.);• адгезией пленки ФР к поверхности либо напыленной сплошной структуры (этап 1 ФЛ),либо коммутации и подложки (этап 2 ФЛ)(степень загрязненности поверхности подФР, правильно выбранный режим термообработки пленки на этапах «сушка», «дубление»);• геометрией вытравливаемых элементов(влияние «клина» проявления на ширину«узких» элементов);• «клином» проявления.Кроме того, протекание процесса травления, геометрические размеры вытравленныхэлементов схемы будут определяться:• типом выбранного травителя;• температурой травителя;• типом материала слоев;• степенью смачиваемости травителем травимых поверхностей (введение смачивателяв состав травителя);• толщиной слоев в напыленной структуре,ее разбросом.Применение травителей, ведущих к образованию газообразных продуктов реакции, нежелательно, так как образующиеся пузырькигаза приводят либо к локальному маскированию травления технологических слоев, либок отрыву пленки ФР.Качество рисунка можно улучшить, повышая температуру второй сушки ФР, но приэтом приходится учитывать возможности оплавления ФР по краю изображения, в результате чего мелкие элементы не вытравливаются.

Решать проблему качества травления следует, подбирая оптимальное сочетание типовT = 60–70 °СПодтравы минимальныТаблица 2. Составы травильных растворов для удаления алюминияT = 65–70 °СHNO3для однородноститравленияРис. 3. Боковое подтравливание под фотомаску:1 — подложка;2 — фронт травления при нормальном режиме;3 — фронт травления при «перетравливании»;4 — фотомаска1Таблица 3. Составы травильных растворов для удаления медиСоставРаствор123Вода дистиллированнаяАнгидрид хромовый (CrO3), d = 1,81052,591,5–Кислота серная (H2SO4), d = 1,841––Кислота соляная (HCl), d = 1,19Кислота азотная (HNO3), d = 1,42–1––3,51,7Кислота ортофосфорная (H3PO4), d = 1,4––1,7Кислота уксусная (CH3COOH), d = 1,050––6,6ПримечанияТолщина 1,5–2 мкмT = 20–25 °СТолщина 3–4 мкмT = 20–25 °СT = 30 °СПодтрав минималенФР, травителя и подложки.

Особенно сильнокачество травления зависит от характеристикнизлежащих слоев, а поскольку они связаныс другими технологическими процессами(ТП), то от степени отработанности технологии в целом. Конечно, и на стадиях, предшествующих травлению, характеристики подложек играют важную роль, так изменение режимов напыления алюминиевых пленокприводит к колебаниям отражательной способности подложек, а следовательно, и к изменению условий экспонирования; окислениеповерхности алюминия может вызвать плохое смачивание, приводящее к скатыванию ФРпри его нанесении на подложку.Составы травителей некоторыхтонкопленочных напыленных слоевТравление хромаПленки хрома химически очень устойчивыиз-за наличия на их поверхности тончайшегослоя оксида хрома (Cr2O3), который препятствует доступу кислоты к металлу.

Хром в ряду напряжений стоит между цинком и железом и легко растворяется в соляной кислоте.Оксид хрома растворяется в соляной кислоте73при нагревании (60–70 °С). Этот процесс осуществляют соприкосновением поверхностихрома, находящейся в растворе, с металлом(алюминием, цинком). Обычно используют12–16%-ный раствор соляной кислоты или насыщенный раствор AlCl3, нагретый до 70 °С,а для инициирования реакции — алюминиевую проволоку. Реакции интенсивно протекают в месте соприкосновения, а на удаленных участках наблюдается недотравливание.Для улучшения равномерности травления добавляют поверхностно-активные вещества [3].В таблице 1 приведены составы некоторыхтравителей хрома.Травление алюминияАлюминий травится ортофосфорной кислотой или смесью ортофосфорной, уксусной,азотной кислот и воды. Первая имеет большуювязкость, поэтому удаление пузырьков водорода, образующихся в процессе травления, затруднено. Удалять же их необходимо, для того чтобы не оставались непротравливаемыеучастки.

Из-за повышенной вязкости скоростьтравления ограничена диффузией молекул травителя и, следовательно, зависит от толщиныслоя алюминия. При увеличении толщиныТехнологии в электронной промышленности, № 5’2007Таблица 4. Составы травильных растворов для удаления некоторых резистивных слоевМарки слоевСоставРС93710РС95000РС95402К509С (кермет)Вода дистиллированная62515Кислота азотная (HNO3), d = 1,42316–Кислота фтористоводородная, d = 1,12143Кислота соляная (HCl), d = 1,19––5Аммоний фтористый (насыщенный раствор)––1ПримечанияT = 20–25 °СtТРАВ.

= 15…20 сT = 20–25 °СT = 20–25 °Сслоя от 0,3–0,8 мкм до 1,2–1,6 мкм скоростьтравления снижается от 25 до 12,5 мкм/ч, чтоможет быть связано с изменением структурыпленок. Уменьшить вредное влияние вязкости травителя можно, создавая вибрацию частотой 30–50 Гц с малой амплитудой. Скоростьтравления при этом возрастает, а ее зависимость от толщины слоя ослабевает.