Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 33

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 33)

За последние годы разработаны и широко используются методы так называемого анизотроиного травления. Эти методы основаны на том, что скорость химической реакции, лежащей в основе классического травления, зависит от кристаллографического направления. Наименьшая скорость свойственна направлению (111), в котором плотность атомов на единицу площади максимальна (рис. 2.2), а наибольшая — направлению (100), в котором плотность атомов минимальна.

Поэтому при использовании специальных анизотропных травителей скорость травления оказывается разной в разных направлениях и боковые стенки лунок приобретают определенный рельеф — огранку. Пример огранки при травлении в плоскости (100) показан на рис. 6.10, б. Как видим, в данном случае травление идет параллельно плоскостям (111), поскольку в направлении (111), перпендикулярном этой плоскости, скорость травления намного меньше, чем в других направлениях. Углы, под которыми вытравливаются боковые стенки лунок, строго определены и поддаются расчету [например, на рис.

6.10, б угол между плоскостями (100) и (111) составляет 61,5'). Поэтому вместе с методом масок метод анизотропного травления дает разработчику ИС возможность проектировать рельеф отверстий не только по плоскости, но и по глубине. Тот факт, что плоскость (111) как бы «непроницаема» для травителя, обеспечивает еще одно преимущество анизотропного травления: если края окон в маске ориентированы по осям (100), то отсутствует явление подтравливания, свойственное изотропному травлению (рис. 6.10, а).

Соответственно при анизотропном травлении наружные размеры лунок могут практически совпадать с размерами окон в маске. зд. Телккка масок 187 6.7. '1ехника масок В технологии полупроводниковых приборов важное место занимают маски: они обеспечивают локальный характер напыления, легирования, травления, а в некоторых случаях и эпитаксии. Всякая маска содержит совокупность заранее спроектированных отверстий — окон. Изготовление таких окон есть задача литографии (гравировки). Ведущее место в технологии изготовления масок сохраняет фотолитография, которой мы уделим главное внимание. Фотолитография. В основе фотолитографии лежит использование материалов, которые называют фогнорезистами. Это разновидность фотоэмульсий, известных в обычной фотографии.

Фоторезисты чувствительны к ультрафиолетовому свету, поэтому их можно обрабатывать в не очень затемненном помещении. Фоторезисты бывают негативные и позитивные. Негативные фоторезисты под действием света полимеризуются и становятся устойчивыми к травителям (кислотным или щелочным). Значит, после локальной засветки будут вытравливаться незасвеченные участки (как в обычном фотонегативе).

В позитивных фоторезистах свет, наоборот, разрушает полимерные цепочки и, значит, будут вытравливаться засвеченные участки. Рисунок будущей маски изготавливается в виде так называемого фотошаблона (рис. 6.11). Фотошаблон представляет собой толстую стеклянную пластину, на одной из сторон которой нанесена тонкая непрозрачная пленка с необходимым рисунком в виде прозрачных отверстий. Размеры этих М™И Шв отверстий (элементов рисунка) в масштабе 1:1 соответствуют размерам А~ Щ~ Щ~ будущих элементов ИС, т.е.

могут составлять как десятки и единицы А-А микронов, так и доли микрона (в пппб гпхв вхвв случае т. н. субмнкронной техноло- ~.п.' ' ° ес --- - - [' Л групповым методом (см. раздел 1.2), на фотошаблоне по «строкам» и фотошаблока (е плане «столбцам» размещается множество однотипных рисунков. Размер каждого рисунка соответствует размеру будущего кристалла ИС.

Глава 6. Технологические основы микрозлектроники Процесс фотолитографии для получения окон в окисной маске ИОз, покрывающей поверхность кремниевой пластины, состоит в следующем (рис. 6.12). т .. ))у) фр 10 а) б) в) Рнс. 6.12. Этапы процесса фотолитографии. а — экспозиция фоторезиста через фотошаблон; б — локальное травление двуокиси кремния через фото- резистную маску, з — окисная маска после удаления фоторезиста На окисленную поверхность пластины наносится капля фоторезиста (ФР).

С помощью центрифуги каплю распределяют тонким слоем (около 1 мкм) по всей поверхности. Полученную пленку фоторезиста высушивают до затвердевания. На пластину, покрытую фоторезистом, накладывают фотошаблон ФШ (рисунком к фоторезисту) и экспонируют его в лучах кварцевой лампы (рис. 6.12, а).

После этого фотошаблан снимают. Если используется позитивный фоторезист (см, выше), то после проявления и закрепления (которое состоит в задубливании и термообработке фоторезиста) в нем получаются окна на тех местах, которые соответствуют прозрачным участкам на фотошаблоне~. Как говорят, мы перенесли рисунок с фотошаблона на фоторезист.

Теперь слой фоторезиста представляет собой маску, плотно прилегающую к окисному слою (рис. 6.12, б), Через фоторезистную маску производится травление окисного слоя вплоть до кремния (на кремний данный травитель не действует). В результате рисунок с фторезиста переносится на 1 Если используется негативный фоторезист, то и фотошаблон должен быть негативяым, т.е.

будущим отверстиям в окисной маске должны соответствовать непрозрачные участки 6,7. Тсхввва масок 1ВЗ окнсел. После удаления (стравливания) фоторезистной маски конечным итогом фотолитографии оказывается кремниевая пластина, покрытая окисной маской (рис. 6.12, е и 6.4, б). Через окна в этой маске можно осуществлять диффузию, ионную имплантацию, травление и т.п.

В технологических циклах изготовления диодов, транзисторов и тем более ИС процесс фотолитографии используется многократно (отдельно для получения базовых слоев, эмиттеров, омических контактов и т.д.). При этом возникает так называемая проблема совмещения фотошаблонов. Суть этой проблемы иллюстрируется на Рис 6.13. совмещение фотошабхова рис. 6.13. с рисунком ва поверхности ИС Пусть с помощью предыдущей фотолитографии и диффузии в»ластине выполнен р-слой шириной 30 мкм, а с помощью следующей фотолитографии и диффузии нужно внутри р-слоя получить п-слой шириною 10 мкм (показан штрихами), смещенный на 7 мкм относительно центра р-слоя.

Для этого рисунок 2-го фотошаблона необходимо совместить с уже существующим рельефом (т.е. с границами р-слоя) с точностью не менее 0,1 от минимального размера изображения. При многократном использовании фотолитографии (в технологии ИС до 15-20 раз) допуск на совмещение доходит до сотых долей микрона. Техника совмещения состоит в том, что на фотошаблонах делают специальные «отметки» (например, крестики или квадраты), которые переходят в рисунок на окисле и просвечивают сквозь тонкую пленку фоторезиста.

Накладывая очередной фотошаблон, аккуратнейшим образом (под микроскопом) совмещают отметки на окисле с аналогичными отметками на фотошаблоне. рассмотренный процесс фотолитографии характерен для получения окисных масок на кремниевых пластинах с целью последующей локальной диффузии. В этом случае фоторезистная маска (рис. 6.12, б) является промежуточной, вспомогательной, так как она не выдерживает высокой температуры, при которой проводится диффузия. Однако в некоторых случаях, когда процесс идет при низкой температуре, фоторезистные маски могут быть основными — рабочими. Примером может слу- Глава 6.

Тохиолотичоокио о«иолы микро»локтроиики жить процесс создания металлической разводки в полупроводниковых ИС (см. раздел 6.9). Фотошаблоны. Первым этапом процесса изготовления фото- шаблонов является конструирование и вычерчивание послойной топологии фотошаблонов. Ранее, когда размеры элементов топологии составляли единицы микрон, а количество элементов на кристалле не превышало десятков тысяч, фотошаблоны вычерчивались на специальных координатографах в масштабе 100."1 и 300:1. В настоящее время при субмикронных размерах элементов и их количестве на кристалле до десятков миллионов, фотошаблоны изготавливаются только с помощью компьютерных комплексов, использующих методы электронно-лучевой литографии в масштабах 1:1 и 4:1.

При этом объем данных при проектировании уже в настоящее время достигает 0,5 — 1 Гбайт, а в перспективе 10-100 Гбайт. Следующим этапом является так называемый промежуточный отсъем оригинала, т,е. его фотографирование на стеклянную фотопластинку с необходимым уменьшением размеров и, если необходимо, — мультиплицированием (см. рис. 6.11). Редуцирование размеров при финальном отсъеме зависит от масштаба при промежуточном отсъеме. Мультиплицирование осуществляется на специальных фотоштампах, «размножающих» изображение кристалла на всю подложку фотошаблона размером до 150х150 ммз. Фотошаблоны изготавливаются комплектами по числу операций фотолитографии в технологическом цикле.

В пределах каждого комплекта фотошаблоны согласованы, т.е. обеспечивают взаимную ориентацию и совмещение с заданной точностью. Одним из слабых мест классической фотолитографии является механический контакт фотошаблона с пластиной, покрытой фоторезистом. Такой контакт никогда не может быть совершенным и сопровождается разного рода искажениями рисунка. Конкурирующим методом является проекционная фотолитографии, при которой рисунок фотошаблона проектируется на пластину с помощью специальной оптической системы.

Новые решения и тенденции. Описанные выше процессы до сих пор не потеряли своего значения в качестве одной из основ микроэлектронной технологии. Однако по мере повышения степени интеграции и уменьшения размеров элементов ИС возник ряд проблем, которые частично уже решены, а частично находятся в стадии изучения. 6Л. Техника масок Одно из принципиальных ограничений фотолитографии касается разрешающей способности„т.е.

Характеристики

Список файлов книги