Материал: UnEncrypted

Отримання шарів Si3 N4 . Подальше вдосконалення методів

нанесення захисних шарів на пластини кремнію визначається такими основними завданнями:

−освоєнням нових матеріалів, що мають кращі в порівнянні з термічним оксидом властивості;

−заміною процесу утворення шарів за рахунок матеріалу пластини процесами нанесення або осадження;

−зменшенням температурної дії на пластину в процесі нанесення на неї захисного шару.

Одним з перспективних матеріалів для захисту напівпровідникових

структур на основі кремнію і їх ізоляції є нітрид кремнію Si3 N4 .

Для отримання шарів нітриду кремнію використовують різні методи:

−осадження продуктів при протіканні реакцій взаємодії третрахлориду або силану – кремнію з аміаком або гідрозіном і тетраброміду кремнію з азотом;

−нанесення реактивним катодним розпилюванням, високочастотним реактивним розпилюванням, плазмохімічним осадженням кремнію

в присутності азоту.

З методів, заснованих на хімічних реакціях, найбільше застосування одержало осадження шарів Si3 N4 при взаємодії силану SiH4 з гидразіном N2 H4 . Нанесення здійснюють в кварцовій трубі, через яку пропускають

розпилюванні в плазмі азоту атомів кремнію при бомбардуванні кремнієвої мішені іонами азоту і подальшої хімічної реакції. Його перевага перед

реактивним катодним розпилюванням полягає в тому, що шари Si3 N4 нечутливі до наявності в камері оксигену.

У порівнянні з шарами SiO2 шари нітриду кремнію внаслідок вищої

густини і термостійкості мають кращі маскувальні і захисні властивості в меншій товщині (менше 0,2 мкм). При цьому можна одержати і менші

застосовують як самостійно, так і в поєднанні з шарами SiO2 .

125

9.3 Літографія

Призначення і методи літографії. Формування структури ІМС засновано на локальному обробленні, яке здійснюють за допомогою вільних (знімних) і контактних масок. Контактні маски забезпечують менші розміри, велику точність і відтворність елементів ІМС. Для отримання контактних і вільних масокзастосовуютьрізнілітографічніпроцеси.

Літографія заснована на властивостях стійкого до подальших агресивних технологічних дій матеріалу – резисту, здатного необоротно змінювати свої властивості під впливом опромінювання з певною довжиною хвилі. При цьому шар резисту наносять на поверхню тіла, що піддається локальному обробленню, і опромінюють його через спеціально призначений для цих цілей шаблон. В результаті хімічного оброблення при проявленні з окремих ділянок резист видаляється а той, що залишився на поверхні резист використовується як маска. Резист служить як основна або проміжна контактна маска при локальному обробленні.

У разі використовування резисту як проміжної маски для основної маски в планарній технології застосовують шари оксиду і нітриду кремнію, плівки деяких металів. Його використовують і для отримання вільної маски.

Залежно від довжини хвилі l, застосованого опромінювання розрізняють оптичну (l = 300-400 нм), електронну (l = 0,1нм), рентгенівську (l = 0,1-1нм) і іонно-променеву (l = 0,05-1 нм) літографію. При цьому за допомогою різних способів отримання топологічних конфігурацій на шаблоні і оброблюваній поверхні розроблені різні варіанти методів літографії (рис. 9.1).

Оптична літографія (фотолітографія) може бути контактною і безконтактною (фотолітографія з мікрозазором і проекційна фотолітографія).

Електронолітографія передбачає отримання топологічної конфігурації на оброблюваній поверхні безпосередньо і послідовно шляхом передавання топології шаблону на резист сфокусованим одиничним променем (скануюча) або шляхом одночасної проекції всієї топології (проекційна).

Рентгенолітографія, так само як і фотолітографія, заснована на проекційному методі передавання топологій шаблону на оброблювану поверхню.

126

Оптична літографія (фотолітографія) може бути контактною і безконтактною (фотолітографія з мікрозазором і проекційна фотолітографія).

Електронолітографія передбачає отримання топологічної конфігурації на оброблюваній поверхні безпосередньо і послідовно шляхом передавання топології шаблону на резист сфокусованим одиничним променем (скануюча) або шляхом одночасної проекції всієї топології (проекційна).

Рентгенолітографія, так само як і фотолітографія, заснована на проекційному методі передавання топологій шаблону на оброблювану поверхню.

127

Іонно-променева літографія передбачає використовування іонних пучків для експонування резистів. На практиці можливе різне поєднання методів літографії для отримання топології на шаблоні і оброблюваній поверхні пластини.

У технології мікроелектроніки процеси літографії широко застосовуються при формуванні напівпровідникових і плівкових структур, отриманні шаблонів, локальному глибинному травленні напівпровідників, діелектриків, металів, виготовленні вивідних рамок, балочних виводів, стрічкових носіїв, необхідних для складання ІМС, а також для створення захисних масок при локальному легуванні напівпровідникових пластин і хімічному електрохімічному або вакуумному нанесенні плівок.

Широке застосування методів літографії обумовлено рядом їх властивостей:

−гнучкістю методів, що дозволяють легко переходити від однієї топології до іншої шляхом зміни шаблону;

−високою відтворністю і роздільною здатністю;

−універсальністю, що забезпечує застосування процесів для найрізноманітніших цілей (травлення, легування, осадження);

−високою продуктивністю, обумовленою груповим процесом оброблення.

Від досконалості процесів літографії залежать ступінь інтеграції і швидкодія ІМС, які визначаються мінімальними розмірами елементів, а також якість і надійність ІМС.

Процеси літографії безперервно удосконалюються у напрямі підвищення прецизійності і зменшення топологічних розмірів.

Контактна фотолітографія. Фотолітографія є складним технологічним процесом, заснованим на використовуванні необоротних фотохімічних явищ, що відбуваються у фоторезистивних шарах при локальному опромінюванні їх ультрафіолетовим промінням. Основним робочим інструментом для фотолітографії є фотошаблон, а для формування фоторезистивного шару застосовують фоторезисти. Сутність контактної фотолітографії в тому, що при передаванні топологічного зображення з фотошаблону на фоторезист фотошаблон щільно прилягає до поверхні пластини (підкладки) з нанесеним фоторезистом.

Фотошаблон – плоскопаралельна пластина з прозорого матеріалу для цілей фотолітографії, на яку нанесений рисунок у вигляді непрозорих і прозорих для світла певної довжини хвилі ділянок, створюючих топологію одного з шарів структури ІМС або групи ІМС, багато разів повторених в межах активного поля пластини. Фотошаблон може бути у вигляді негативного або позитивного зображення фотооригіналу, одержаного шляхом його багатократного фотографування (з метою зменшення) з високим ступенем, точності. Рисунок ІМС на фотошаблоні,

128

що є декількома сотнями або тисячами зображень, що повторюються, одержують в масштабі 1:1.

Процес отримання фотошаблону з розмноженим зображенням називають мультиплікуванням.

Розрізняють еталонні, проміжні і робочі фотошаблони.

Еталонний – це перший фотошаблон в процесі виготовлення з повним набором зображень структур, з якого звичайно одержують проміжні (первинні) або робочі копії фотошаблонів.

Проміжний (первинний) фотошаблон – це копія, одержана контактним або проекційним методом з еталонного фотошаблону у вигляді його дзеркального відбиття. Він служить для отримання фотодруком робочих фотошаблонів.

Для виконання фотошаблонів застосовують фотопластини з роздільною здатністю до 1200 ліній/мм і високороздільну оптику. Виготовляють фотошаблони, за допомогою яких реалізуються елементи ІМС розміром 0,7 – 6,4 мкм (межа роздільної здатності оптичних систем

0,11 мкм).

Робочі фотошаблони бувають двох типів: емульсивні, які дозволяють проводити не більше 20 операцій контактного друку, і металізовані з плівкою хрому, які дозволяють проводити до 3000 операцій контактного друку. Процес отримання фотошаблону вимагає особливої уваги і високої точності при виконанні операцій.

Фоторезизти – світлочутливі і після прояву стійкі до дії агресивних середовищ (кислот, лугів) речовини. Світло, діючи на ці матеріали або руйнує молекули, або викликає їх додаткову полімеризацію. За способом утворення рисунка на поверхні напівпровідникової пластини фоторезисти ділять на негативні і позитивні. У негативного фоторезисту при освітленні зростає ступінь полімеризації і захищена фоторезистом ділянка має вигляд світлої плями, а з неосвітлених ділянок при проявленні фоторезист видаляється. Позитивний фоторезист при освітленні руйнується і при проявленні видаляється з освітлених ділянок, а світла пляма дає не захищену фоторезистом ділянку. Фоторезисти поділяють також на кислотостійкі і лугостійкі. Критеріями оцінювання фоторезистів є чутливість, кислотостійкість і роздільна здатність.

Чутливість – ступінь полімеризації залежно від тривалості дії світла. Її оцінюють величиною S , обернено пропорційною експозиції Н: