2. Если наПФО имеется дефект, то он повторяется в каждом кристалле на пластине (повтор).
Проекционное совмещение и экспонирование выполняется на установках ЭМ-584, ЭМ-584 А.
Проявление фоторезиста
Проявление - это процесс удаления лишних в фоторезисте участков. Если фоторезист позитивный - вымываются засвеченные ультрафиолетовым светом участки; если фоторезист негативный - вымываются незасвеченные участки ( см. рисунки в первой теме "Фотолитография. Назначение основных операций").
После проявления на поверхности подложек остается защитный рельеф - фоторезистивная маска нужной конфигурации.
Проявителями позитивных фоторезистов являются слабые водные и водно-глицериновые щелочные растворы КОН, NaOH.
Проявителями негативных фоторезистов являются органические растворители: бензол, толуол, трихлорэтилен и др.
Дня каждого фоторезиста существуют оптимальные сочетания времени экспонирования и времени проявления, обеспечивающие наилучшее качество проявленного рисунка. Увеличение времени экспонирования уменьшает время проявления. С ростом температуры скорость проявления растет.
Проявление осуществляют погружением в раствор, выдержкой в парах проявителя или распылением на вращающуюся подложку.
После проявления следует операция тщательной промывки подложек в протоке деионизованной воды.
При контроле проявленного рисунка под микроскопом проверяют точность совмещения, размеры элементов рисунка и качество их контура, плотность микродефектов. При неудовлетворительном качестве проявленного рисунка фоторезист удаляют с подложки и повторяют все операции фотолитографии.
Задубливание фоторезиста
Задубливание (вторая сушка) проводится для повышения химической стойкости фоторезиста к травителю и улучшения адгезии фоторезиста к подложке.
При повышенных температурах в слое фоторезиста затягиваются мелкие отверстия, поры, дефекты.
Чтобы не произошло ухудшения качества фотомаски, задубливание проводят в два- три этапа с постепенным подъемом температуры до максимальной. Для большинства фоторезистов максимальная температура задубливания - 150°С, общее время 1-1,5 часа.
Более высокие температуры вызывают разрушение слоя фоторезиста: поверхность покрывается мелкими трещинами и рельеф полностью теряет свои защитные свойства.
Задубливание слоя фоторезиста выполняют на том же оборудовании и теми же методами, что и первую сушку.
Травление технологического слоя
Операция фотолитографии "Травление технологического слоя" - это удаление участков технологического слоя, не защищенных маской фоторезиста (см. рисунки в первой теме "Фотолитография. Назначение основных операций").
Травление является ответственной операцией, так как брак после травления неисправим.
Требования, предъявляемые к травителю:
1. Травитель должен быть избирательным (селективным), т.е. должен травить только нужный технологический слой, не взаимодействуя с подложкой и фоторезистом.
2. Травитель не должен образовывать продуктов реакции, способствующих отслаиванию фоторезиста и подтравливанию.
Травитель должен обеспечивать оптимальную скорость травления (чтобы, с одной стороны, было минимальное количество дефектов, а с другой стороны, чтобы можно было точно контролировать время травления).
Травление бывает жидкостным и сухим.
В состав жидкостного травителя входят:
1. Окислитель - для образования окисла на поверхности технологического слоя;
2. Растворитель - для растворения и удаления образовавшегося окисла,
3. Замедлитель (или ускоритель) реакции.
Процесс жидкостного травления изотропен, т.е. имеет одинаковую скорость травления во всех направлениях, поэтому возникает боковое подтравливание технологического слоя под маской фоторезиста (образуется клин травления), что приводит к изменениям размеров элементов рисунка:
Основным параметрами жидкостного травления являются время травления, температура и концентрация травителя.
Для травления пленок SiO2 применяют плавиковую кислоту HF и травители на ее основе (например, буферный травитель HF : NH4F : Н2О =1 : 3 : 7 )
Изменение размеров элементов рисунка не должно превышать указанных допусков!
При плохой адгезии фоторезиста травитель может проникать под него на значительное расстояние, в этом случае боковое подтравливание становится недопустимо большим.
Для травления пленок Si3N4 используют травители на основе ортофосфорной кислоты Н3РO4.
Для травления пленок алюминия применяют как кислотные, так и щелочные травители.
Примечание: сухое травление смотри в теме "ПХТ".
Удаление фоторезиста
Удаление фоторезиста бывает жидкостными сухим.
Методы жидкостного удаления фоторезиста:
1. Обработка в горячих органических растворителях ( диметилформамиде и др.). При этом слой фоторезиста разбухает и вымывается.
2. Обработка в кислотах - подложки кипятят в серной H2SO4, азотной HNO3 кислоте или в смеси Каро. При этом слой фоторезиста разлагается и растворяется в
кислоте.
После жидкостного удаления фоторезиста подложки тщательно очищают от его остатков и от загрязнений, вносимых операциями фотолитографии.
Примечание: сухое удаление фоторезиста смотри в теме " ПХТ ".
После удаления фоторезиста на подложке остается рельефный рисунок технологического слоя, переданный с фотошаблона при помощи фоторезиста (см. рисунки в первой теме).
Тема: Изготовление фотошаблонов
Изготовление фотошаблонов
Фотошаблоны являются основными инструментами фотолитографии, с их помощью производится локальное облучение фоторезиста в соответствии с рисунком микросхемы.
Фотошаблон - это плоскопараллельная стеклянная пластина с нанесенным на ее рабочую поверхность непрозрачным пленочным рисунком одного из слоев микросхемы, многократно повторенным с определенным шагом.
Для выполнения непрозрачного пленочного рисунка применяют металлы ( хром Cr металлизированные фотошаблоны ), оксиды ( Fe2O3 - цветные фотошаблоны ).
Точность выполнения рисунка (маски) на фотошаблоне должна отвечать самым высоким требованиям.
Основные этапы изготовления фотошаблонов
1. Изготовление первичного оригинала.
Первичный оригинал представляет собой изготовленный в увеличенном ( 1000:1; 500:1; 200:1 ) масштабе рисунок одного кристалла (модуля) микросхемы. В качестве подложек используют витринное стекло площадью ≈ 100 х 100 см2. Стекло покрывают тонкой пленкой черной эмали. Затем прорезают алмазным резцом рисунок нужной конфигурации, ненужные куски пленки удаляют.
Промежуточный фотооригинал - это уменьшенное в 10 - 50 раз изображение первичного оригинала. Изготовление ПФО выполняется методом фотографирования рисунка на специальную фотопластину (стеклянную пластину со слоем фотоэмульсии) с помощью специальной фотокамеры. Когда рисунок первичного оригинала уже переснят на фотопластину, ее (фотопластину) проявляют и закрепляют (фиксируют) проявленный на фотопластине рисунок.
ПФО используется в качестве шаблона на проекционной фотолитографии.
3. Изготовление эталонного фотошаблона.
Эталонный фотошаблон - это фотошаблон с размерами элементов, соответствующими размерам элементов ИМС. Эталонный фотошаблон предназначен для последующего изготовления рабочих фотошаблонов.
Изготовление эталонного фотошаблона осуществляется уменьшением изображения ПФО до размеров ИМС и многократным повторением этого изображения на рабочей зоне светочувствительной пластины (метод шагового мультиплицирования с уменьшением масштаба). Далее фотопластины со скрытым изображением проявляют и закрепляют проявленное изображение.
4. Изготовление рабочих фотошаблонов.
Рабочий фотошаблон - это фотошаблон, предназначенный непосредственно для совмещения и экспонирования в фотолитографических процессах при изготовлении ИМС.
Изготовление рабочих фотошаблонов представляет собой обычный фотолитографический процесс (эталонный фотошаблон выполняет роль обычного фотошаблона) и служит для тиражирования эталонных фотошаблонов. На поверхность стеклянной пластины наносят слой хрома или оксида железа. Затем наносят слой фоторезиста, сушат его, выполняют экспонирование и проводят дальнейшие операции фотолитографии для перенесения рисунка с эталонного фотошаблона на соответствующие пленки хрома или оксида железа.
Для полного формирования ИМС изготовляют комплект фотошаблонов со строго согласованными друг относительно друга рисунками.
Тема: Диффузия
Диффузия. Механизмы и виды.
Диффузия из бесконечного и ограниченного источников.
Диффузия - это процесс переноса атомов примеси из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией под действием высокой температуры. Диффузия идет до тех пор, пока существует разность (градиент) концентраций.
Методом диффузии формируют различные элементы ИМС. Атомы электрически активных примесей, проходя через поверхность полупроводниковой пластины, диффундируют в глубь пластины и образуют области p- или n- типа электропроводности.
Диффузия бывает тотальная (примесь внедряется во всю поверхность полупроводниковой пластины, не имеющей маскирующих пленок) и локальная (примесь внедряется в определенные участки полупроводниковой пластины, не защищенные маскирующими пленками).
Основные механизмы диффузии.
Вакансионный механизм.
При повышенной температуре атомы в узлах кристаллической решетки колеблются. Если атом получит достаточную энергию, он способен покинуть узел кристаллической решетки. Появляется вакансия, которую может занять атом примеси. При комнатных температурах количество вакансий мало, на 1015 атомов полупроводника приходится одна вакансия. С увеличением температуры до 1000° - 1200°С число вакансий становится сравнимо с числом атомов полупроводника. По вакансионному механизму происходит диффузия элементов III и V групп периодической системы.
2. Межузельный механизм.
Атомы примеси, имеющие малые размеры, внедряются в полупроводник между узлов кристаллической решетки. Атомы примеси как бы "продавливаются" между атомами, находящимися в узлах кристаллической решетки. По данному механизму диффузия идет быстрее, чем по вакансионному. По межузельному механизму происходит диффузия элементов I, II, VI, VII, VIII групп периодической системы.
В качестве легирующих примесей используют элементы III и V групп периодической системы. Это бор(В), фосфор (Р), мышьяк(As) и сурьма (Sb).
С помощью диффузии в полупроводник можно вводить примесь до концентраций, не превышающих предельную растворимость этой примеси при данной температуре. При t ≈ 1200° предельная растворимость борасоставляет 5 • 1020 атомов/см3 ; фосфора - 1,3 • 1021 атомов/см3 ; сурьмы - 6 • 1019 атомов/см3, мышьяка - 2 • 1021 атомов/см3.
При изготовлении ИМС встречаются два случая диффузии:
1. Диффузия из бесконечного источника примеси –
Когда количество атомов примеси, уходящее из поверхностного слоя вглубь полупроводника восполняется таким же количеством атомов примеси, поступающим извне. При этом поверхностная концентрация примеси остается постоянной.
2. Диффузия из ограниченного источника примеси -
Когда количество атомов примеси, уходящее из поверхностного слоя вглубь полупроводника не восполняется. При этом поверхностная концентрация примеси со временем уменьшается.
Двухстадийная диффузия.
При обычных комнатных температурах диффузия в твердых телах практически не наблюдается. Диффузию в полупроводниках ведут при высоких температурах -1000°-1200°С.
Диффузию проводят в две стадии:
1.
Первую стадию, называемую "загонкой", проводят при сравнительно невысоких температурах ( 950° - 1050°С ) в окислительной атмосфере. На поверхность наносят слой примесно-силикатного стекла (ФСС или БСС), под которым в процессе загонки создается приповерхностный слой с высокой концентрацией примеси в нем.
Вакансионный механизм.
Атомы примеси, имеющие малые размеры, внедряются в полупроводник между узлов кристаллической решетки. Атомы примеси как бы "продавливаются" между атомами, находящимися в узлах кристаллической решетки. По данному механизму диффузия идет быстрее, чем по вакансионному. По межузельному механизму происходит диффузия элементов I, II, VI, VII, VIII групп периодической системы.
Когда количество атомов примеси, уходящее из поверхностного слоя вглубь полупроводника восполняется таким же количеством атомов примеси, поступающим извне. При этом поверхностная концентрация примеси остается постоянной.
Когда количество атомов примеси, уходящее из поверхностного слоя вглубь полупроводника не восполняется. При этом поверхностная концентрация примеси со временем уменьшается.