5.4. Фотолитография в производстве приборов.

 

Фотолитография нашла широкое применение в производстве современных полупроводниковых приборов. Она позволяет полу­чать любой рисунок по поверхности кремниевой или германиевой пластин для производства локальной диффузии, избирательного травления и соединения отдельных элементов в твердых схемах, причем все это удается осуществить с большой точностью, а мини­мальные размеры отверстий довести до 3—5 мкм.

Для осуществления этого метода на поверхность полупровод­ника наносится тонкий слой светочувствительного состава, назы­ваемого фоторезистом. Последний обладает свойством под дейст­вием света менять свою структуру. Поэтому при обработке в кис­лотах засвеченные места не стравливаются, а незасвеченные удаляются у негативного фоторезиста и наоборот—у позитивного. Засвечивая через шаблон, имеющий отверстия, можно получить тот же рисунок, что и у шаблона.

Рис. 5.3. Вид пластины полупроводника после отдельных операций при фотолитографии  (а — исходная пластина; б — после окисления; в — после нанесения фоторезиста; г — после наложения фотошаблона и освещения; д — после проявления; е — после травления и удаления фоторезиста).

 

Если предварительно нанести на пластину кремния окисную пленку, то можно произвести избирательное ее травление и через образовавшееся окно осуществить селективную диффузию приме­сей в полупроводник. На рис. 5.3 приведена последовательность выполняемых при этом операций.

Фоторезисты должны удовлетворять следующим требованиям:

1) обладать хорошей адгезией к поверхности полупроводника и защитной окисной пленки;

2) не растворяться в травителях применяемых для травления окисной пленки и полупроводника;

3) выдерживать температурные режимы, применяемые в про­цессах диффузии и сплавления;

4) обладать светочувствительностью к свету длиной волны 3000 А, причем дневной свет (для удобства работы) не должен оказывать действия;

5) разрешающая способность должна лежать в пределах 200— 500 линий на 1 мм.

6) не допускать адгезии к фотошаблону;

7) чтобы воздействие света проникало на всю глубину, фотослой должен пропускать свет применяемой для облучения длиной волны.

В качестве негативных фоторезистов нашли применение так называемые фотополимеры. Они обладают свойством изменять свою растворимость под действием света, так как у них при этом происходит полимеризация ненасыщенных соединений.

Слой фоторезиста, который подвергался облучению, становится нераство­римым и служит маской при процессах локальной диффузии. На участках, где действия света не было, слои легко растворяются и могут быть удалены. Такие фоторезисты называются негатив­ными потому, что изображение маски противоположно фотошаб­лону.

Для получения малых размеров с резкой границей большое значение имеет разрешающая способность фоторезиста. Под ней понимают максимальное число линий, которые можно нанести на 1 см² с расстояниями между ними, равными их толщине.

Процесс фотолитографии осуществляется после нанесения на кремниевую или другую полупроводниковую пластину защитной пленки в виде двуокиси или нитрида кремния.

Фоторезист наносят с помощью пипетки на пластину полу­проводника, расположенную на центрифуге и удерживаемую ва­куумным присосом. При вращении центрифуги фоторезист расте­кается по поверхности пластины и по достижении некоторой ско­рости вращения ротора, называемой критической, располагается ровным слоем по всей поверхности.

     В производственных условиях процесс фотолитографии осу­ществляется на смонтированных в линейку отдельных установках, выполняющих ту или иную операцию. Наиболее совершенная линейка, рабо­тающая на лаке ПВЦ в качестве фоторезиста, состоит из установок, на которых после­довательно выполняются следующие операции:

1) обезжиривание подложек;

2) нанесение фоторезиста с помощью центрифуги, вращающейся со скоростью от 700 до 2 700 об/мин и обеспечивающей образование пленки толщиной до 0,3 мкм;

3) сушка подогреваемым до 100° С воздухом или азотом на центрифуге с той же, что и предыдущая, скоростью вращения;

4) совмещение с фотошаблоном с точностью ±2 мкм;

5) проявление в трихлорэтилене или толуоле и сушка воздухом, подогретым до 50, а затем до 200° С;

6) травление окисной пленки в плавиковой кислоте, промывка в дистиллированной воде (+20° С) и сушка воздухом, подогретым до 50°С;

7) удаление фоторезиста травлением в серной кислоте при 120°С, промывка бидестиллированной водой при 70° С и сушка воздухом при 50°С;

8) контроль качества на микроскопе МИМ-4.