Материал: UnEncrypted

наприклад, така методика визначення кислотостійкості: створення на підкладці захисного шару фоторезисту у вигляді трикутника з висотою, яка перевищує в 10 разів його підкладку, витримка цього зразка в травленні протягом певного часу і вимірювання величини зменшення загостреної вершини трикутника. Одержаний результат вважають оцінкою кислотостійкості.

Стійкість фоторезисту до хімічних дій залежить не тільки від хімічного складу, але також від товщини і стану фоторезистивного покриття, зокрема від його адгезії до підкладки. Тому кислотостійкість фоторезистів часто оцінюють чинником травлення

де h – глибина травлення; х – бічне травлення.

Чим менше значення х при заданій товщині h , тим вища кислотостійкість.

Роздільна здатність – число чітко помітних ліній (штрихів) однакової ширини, розташованих паралельно із зазором, рівним ширині штриха, які фоторезист дозволяє створювати на 1 мм довжини:

1000–2000 ліній/мм. При фотолітографії розрізняють ще роздільну здатність всього процесу отримання конфігурацій в захисній масці на підкладці.

Безконтактна фотолітографія. При формуванні ІМС підвищеного ступеня інтеграції на пластинах великого діаметра, що досягається підвищенням роздільної здатності, граничної точності поєднання при мінімальній густині дефектів методом літографії, контактна фотолітографія має обмежене застосування.

Основними чинниками, що обмежують можливості контактної фотолітографії, є:

−неминучість механічного пошкодження робочих поверхонь фотошаблонів і пластин, що вимагає частої заміни фотошаблонів;

−вдавленя у фоторезистивний шар пилинок, мікрочастинок і ін., а також налипання фоторезисту на фотошаблоні при щільному контакті фотошаблону з фоторезистом;

−неможливість забезпечення повного щільного контакту фото-шаблону з пластиною через неідеальність площинної контактної поверхні, що приводить до зниження роздільної здатності;

−неминучість зсуву фотошаблону щодо пластини при переході від поєднання, коли рисунки, що суміщаються, розташовані в різних площинах до експонування.

130

Безконтактна фотолітографія не має цих обмежень. Вона здійснюється двома методами: на мікрозазорі і проекційним.

Фотолітографія на мікрозазорі заснована на використовуванні ефекту подвійного або множинного джерела випромінювання, яке створюється в системах експонування спеціальної конструкції. Ультрафіолетове проміння падає на фотошаблон і підкладку похило під однаковими кутами до загальної оптичної осі системи експонування. За рахунок нахилу променя дифракційні явища за прозорими ділянками фотошаблону усуваються або зводяться до мінімуму, рівномірність опромінювання країв пластини поліпшується, підвищується точність передавання рисунка. Завдяки виключенню дифракційних явищ досягається висока роздільна здатність. Так, наприклад, при шарі позитивного фоторезисту завтовшки 1,8 мкм можна одержати елемент рисунка менше 2 мкм (при зазорі фотошаблон – підкладка 10 мкм) або менше 3,5 мкм (при зазорі 30 мкм). Розмір зазору може точно задаватися

мікрозазорі значно складніше, ніж установки для контактного експонування. Разом з тим системи дозволяють знизити час експонувань до 2 – 5 с і забезпечують рівномірність освітлення підкладок великої площі.

Проекційна фотолітографія відрізняється від контактної технікою виконання операцій поєднання і експонування. Процес поєднання спрощується, оскільки за допомогою спеціальних об'єктивів зображення фотошаблону проектується на площину пластини або, навпаки, зображення пластини проектується на площину фотошаблону і таким чином оператор спостерігає зображення пластини й фотошаблону в одній площині. У зв'язку з цим виключаються проблема глибини різкості об'єктиву і пов'язана з нею проблема точного установлення малого зазору пластина – фотошаблон. Тривалість поєднання зменшується, точність підвищується. Після поєднання зазор між пластиною і фотошаблоном залишається і зображення фотошаблону проектується на площину пластини.

Роздільна здатність проекційної фотолітографії вища, оскільки виключається дифракція випромінювання в зазорі. Метод проекційної фотолітографії більшою мірою, ніж метод контактної фотолітографії, дозволяє автоматизувати процес виробництва ІМС.

Основна технічна трудність проекційної фотолітографії – складність розроблення високороздільних об'єктивів на великі поля зображень, тому одночасне проектування повного рисунка фотошаблону на підкладку не завжди здійсниме. У разі ж послідовного поелементного проектування зображення, яке можна виконувати за допомогою фотоповторювачів, продуктивність проекційної фотолітографії різко знижується.

131

Проекційна фотолітографія висуває вищі вимоги до площинної поверхні пластини, потужності і монохроматічності УФ-джерела, рівномірності товщини фоторезистивного шару.

Не дивлячись на технічні труднощі, проекційна фотолітографія є найперспективнішим оптичним методом отримання конфігурації елементів ІМС.

Електронолітографія. Метод електронолітографії полягає у формуванні топологічних конфігурацій з субмікронними розмірами на пластині або шаблоні, покритих резистом, за допомогою електронного променя. Метод заснований на нетермічній взаємодії прискорених електронів з електронорезистом, здійснюваній у вакуумних установках.

Електронорезист – нечутливий до видимого і ультрафіолетового випромінювання полімерний матеріал, який змінює свої властивості при взаємодії з електронами (як електронорезист іноді використовують і фоторезисти).

Електронне бомбардування викликає збудження і іонізацію молекул електронорезиста. При цьому, маючи запас великої енергії, електрони розривають майже всі хімічні зв'язки на своєму шляху і відбувається деструкція електронорезисту. Одночасно відбувається поперечне зшивання молекул – структура електронорезисту. Оскільки в кожному конкретному полімері один з цих ефектів переважає, електронорезисти (аналогічно фоторезистам) поділяються на негативні і позитивні. Ступінь структури негативних електронорезистів і деструкція позитивних електронорезистів пропорційні дозі опромінювання (величині заряду електронів на одиницю площі). Для повного протікання цих процесів енергія електронів повинна бути достатньою, щоб довжина їх вільного пробігу перевищувала товщину шару електронорезисту. Для цих цілей застосовують установки з прискорюючою напругою більше 10 кВ, що відповідає довжині хвилі електронів 100 – 50 нм. Тим самим досягається формування топологічних конфігурацій з розмірами елементів 0,1 – 0,2 мкм.

У наш час доведена принципова можливість отримання електронних пучків з довжиною хвилі менше 0,1 нм, тобто роздільна здатність електронолітографії може досягати значень, близьких до 0,1 нм.

Особливість електронолітографії – відсутність необхідності в попередньому викреслюванні оригіналу топології в збільшеному масштабі з подальшим багатократним її зменшенням до розмірів оригіналу. Топологію в масштабі 1 : 1 можна переносити на пластину або шаблон шляхом управління електронним пучком безмасочним способом. Розроблені різні варіанти технології електронолітографії. На практиці найбільше поширення набули два методи електронолітографії: оброблення сфокусованим одиничним пучком (скануюча електронолітографія) для безпосереднього формування топології на

132

пластині і електронна проекція всього зображення (проекційна електронолітографія) на пластину в істинному або зменшеному масштабі.

Скануюча електронолітографія заснована на формуванні зображення при переміщенні (скануванні) сфокусованого пучка електронів по поверхні, покритої електронорезистом, під впливом електричного і магнітного полів за заданою програмою. Для її реалізації застосовують растрові електронні мікроскопи (РЕМ) або спеціалізовані електроннопроменеві прискорювачі (ЕПП).

Проекційна електронолітографія заснована на передаванні всього топологічного рисунка шаблону на пластину з електронорезистом. При цьому передавання рисунка може здійснюватися в істинному ( 1 : 1 ) або зменшеному маштабі.

Метод проекційної електронолітографії відрізняється високою продуктивністю і тривалим терміном служби фотокатода.

Рентгенолітографія. Метод рентгенолітографії заснований на взаємодії характеристичного рентгенівського випромінювання з рентгенорезистами, що приводить до зміни їх властивостей збільшенню або зменшенню стійкості до проявників.

Характеристичне рентгенівське випромінювання викликається взаємодією прискорених електронів з електронами внутрішніх оболонок атомів матеріалу мішені в процесі її опромінювання, в результаті електрони атомів мішені переходять з внутрішніх оболонок на зовнішні або покидають атом. При цьому переходи електронів на внутрішні оболонки атома, що звільнилися, супроводжуються характеристичним рентгенівським випромінюванням з довжиною хвилі 0,1—10 нм.

Рентгенорезисти полімерні матеріали, які руйнуються (позитивні) або зшиваються (негативні), під дією рентгенівських променів. В хімічних перетвореннях руйнування або зшивання молекул рентгенорезисту основну роль відіграють електрони, що звільнилися при опромінюванні з внутрішніх оболонок атомів.

На практиці найчастіше використовують позитивний резист на основі поліметилметакрілата (РММА), який застосовують також в електронолітографії. Він відрізняється високою стабільністю властивостей, нестійкістю до ультрафіолетового опромінювання, стійкістю до дії кислот (окрім соляної) при проявленні.

У технології мікроелектроніки використовують проекційний метод рентгенолітографії, аналогічний методу фотолітографії на зазорі: між пластиною, на яку нанесений рентгенорезист, і джерелом рентгенівського випромінювання поміщають шаблон, що відображає конфігурацію одного топологічного шару ІМС. При опромінюванні зображення шаблону проектується на резист. Можливе одночасне опромінювання декількох пластин.

133

Іонно-променева літографія. Вона заснована на використовуванні іонів гелію для експонування поверхні пластин, покритих резистом. Розрізняють два методи іонно-променевої літографії:

−скануюча іонно-променева літографія;

−проекційна іонно-променева літографія з шаблоном.

Скануюча іонно-променева літографія з сфокусованим променем аналогічна скануючій електронолітографії. Для її реалізації використовують установки безпосередньої репродукції (БПР) зображення на пластину. В установці БПР іони, що виходять з джерела, формуються в промінь системою лінз і фокусуються на пластині, покритої резистом. Для експонування сфокусований промінь встановлюється в точно задане положення і сканується по невеликому квадратному полю на поверхні пластини за допомогою електростатичної відхиляючої системи. Розміри поля сканування обмежені (не більше 1 мм2 ) через збільшення перерізу променя на краях поля. Передавання зображення на всю поверхню пластини досягається з'єднанням спеціальних міток, розташованих на кожному полі. Така літографія застосовна для створення елементів з особливо малими розмірами — від 0,03 до 0,3 мкм, що досягається малим розсіюванням сфокусованого іонного променя.

Проекційна іонно-променева літографія з шаблоном заснована на опромінюванні коллімірованним променем шаблону, що знаходиться на невеликій відстані від покритої резистом пластини. Отвори в поглинаючій іони плівці, розташованій на шаблоні, визначають експоновану конфігурацію топології. Така літографія аналогічна рентгенолітографії. В обох методах використовуються несфокусовані джерела опромінювання і майже однакові шаблони.

9.4 Легування напівпровідників дифузією

Методи легування напівпровідників. В сучасній технології виготовлення напівпровідникових ІМС і БІС легування напівпровідників є одним з базових процесів. Неухильна швидкодія і ступінь інтеграції ІМС як біполярних, так і МДН-ІМС, досягається постійним зменшенням геометричних розмірів напівпровідникових структур за рахунок вдосконалення методів локального легування напівпровідників при відповідному підвищенні якості і роздільної здатності методів літографії.

За ознакою спільності фізичних явищ і технологічних прийомів сучасні методи легування можна поділити на такі основні групи (рис. 9.2):

−високотемпературна дифузія;

−іонна імплантація;

134