Материал: 1382

16

радиоламп. Для сильноточных импульсных источников подвод тока может проводиться шинами большой площади, что связано с эффектом вытеснения тока из проводника при малой его длительности (эффект Дестрио).

4.5Технология изготовления твердотельных электронных

приборов 4.5.1 Литография

Литография – это процесс формирования элементов микросхем и полупроводниковых приборов фотографическими методами.

Сущность литографического процесса состоит в том, что на подложку наносят фоточувствительный слой (резист), а затем его засвечивают через фотошаблон, вытравливают канавки, напыляют проводящие и диэлектрические пленки и т.д. до изготовления полупроводникового прибора или микросхемы. По используемому для засветки резиста виду излучения литография подразделяется на фотолитографию (засветка ультрафиолетом) рентгенолитографию (засветка рентгеновским излучением), электронную и лазерную литографии (соответственно засветка резиста проводится электронами или лазерным излучением и т.д.). Известны ионнолитография, комбинированные виды литографий. Засветку можно производить перемещающимся лучом (проекционная сканирующая литография) или посредством наложения шаблона (контактная литография).

В числе самостоятельных литографий следует отметить лазерную литографию, реализуемую как по принципу фотолитографии, так и по принципу безрезистивной литографии. При безрезистивной литографии роль резиста выполняет покрытие (чаще графит), выжигаемое лазером или электронным лучом.

На рис. 4.5 представлены местоположения некоторых видов литографий относительно ширины разрешающей линии.

Рисунок 4.5 – Местоположения литографий относительно ширины разрешающей линии

Из рис. 4.5 видно, что с уменьшением длины волны засвечивающего излучения разрешающие возможности литографии возрастают.

17

4.5.2 Фотолитография

Чувствительные к свету органические соединения – фоторезисты (сокращенно ф/р) наносятся на поверхность подложки и подвергаются воздействию излучения (экспонируются). Использование специальной маски с прозрачными и непрозрачными полями – фотошаблона (сокращенно ф/ш) приводит к локальному воздействию излучения на фоторезист. Энергия фотона Е (Дж) для проведения литографии рассчитывается по формуле:

где h=6,62 10-34 Дж/с – постоянная Планка; с = 3 108 м/с – скорость света; λ – длина волны, м.

На рис. 4.6. представлены основные этапы типового литографического процесса.

Технологический процесс фотолитографии проводится в следующей последовательности: обработка подложки; нанесение фоторезиста и его сушка; совмещение и экспонирование; проявление защитного рельефа; сушка фоторезиста, задубливание; травление рельефа; удаление фоторезиста.

Рисунок 4.6 – Основные этапы типового литографического процесса

4.5.3Фоторезисты

18

В большинстве случаев основой резиста является поливиниловый спирт, полиэфиры, поливинилацетат, каучуки, эпоксидные смолы. Пленка позитивного фоторезиста под действием излучения становится неустойчивой и растворяется при проявлении. Пленка негативного фоторезиста, наоборот, под действием излучения становится нерастворимой. На рис. 4.7 представлена схема, поясняющая работу негативного и позитивного резистов.

Рисунок 4.7 – Схема, поясняющая работу негативного и позитивного резистов

Разрешающая способность фоторезиста (R, лин/мм) определяется как число задубленных линий на 1мм, разделенных свободными от резиста промежутками. В таблице 4.2. представлены некоторые параметры позитивных и негативных фоторезистов.

Таблица 4.2 – Некоторые параметры позитивных и негативных фоторезистов

Позитивные резисты имеют большую разрешающую способность. Они тяготеют к электрофизическим методам обработки.

Для нанесения фоторезиста на подложку используют пульверизацию, окунание в раствор, полив, нанесение валками, центрифугирование и т.д. Центрифугирование – это способ нанесения резиста с помощью вращающегося диска.

Сушка фоторезистивного слоя проводится в два этапа:

низкотемпературная(40оС в течение 10-15 мин) и

высокотемпературная(80-120°С в течение 20 мин.). Во время сушки происходит отклонение размеров, которое следует учитывать. На рис. 4.8 представлена зависимость отклонения размеров и времени засветки от температуры сушки. Темп сушки ограничен появлением корки и микротрещин.

19

Рисунок 4.8 – Зависимость отклонения размеров и времени засветки от температуры сушки

4.5.4 Процесс формирования изображения микросхемы

Фотошаблоны и методы их изготовления

Изображение в слое фоторезиста формируется с помощью фотошаблонов, представляющих собой пластины с прозрачными и непрозрачными участками. Различают эмульсионные, металлизированные и транспарентные (цветные) фотошаблоны. На рис. 4.9 представлена конструкция фотошаблона.

Рисунок 4.9 – Конструкция фотошаблона

К фотошаблону предъявляются табличные требования по разрешающей способности, по показателю точности, по размытости края и др., исходя из требований заказчика.

Для изготовления фотошаблонов применяют оптико-механический метод и метод фотонаборного генератора. Суть первого метода состоит в механическом вырезании первичного оригинала, увеличенного в 200-500 раз рисунка, с последующей мультипликацией и репродуцированием. Процесс мультипликации заключается в размножении изображения структуры в уменьшенном виде. Процесс репродуцирования заключается в четком воспроизведении изображения на фотошаблоне до окончательного размера.

Второй метод генерации изображений, или метод фотонабора, основан на разделении топологической структуры фотошаблона на элементарные прямоугольники различной величины и их фотопечати на фотопластину. Работа на фотонаборных установках осуществляется с помощью ЭВМ.

Для совместимости элементов в фотошаблоне предусмотрены

20

реперные знаки. В настоящее время наиболее широко распространились визуальный метод совмещения по базовым элементам (сопротивления транзистора) и метод совмещения по знакам с контролируемым зазором.

На рис. 4.10 приведены некоторые знаки совмещения. На этом же рисунке приведена плотность дефектов, возникающая вследствие контакта соприкосновения фотошаблона и топологического слоя микросхемы. Различают область микроусилий (а), область ультрамягкого контакта (б) и область мягкого контакта (в).

Рисунок 4.10 – Конфигурация знаков совмещения; а) зависимость плотности дефектов от усилия прижима трафарета; б) схема рассеяния света

Кроме совмещения на качество микросхемы (особенно на степень упаковки элементов) влияют эффекты рассеяния в резистивном слое. На рис. 4.10 б представлена схема рассеяния потока света в резистивном слое и его последствия, приводящие к боковому подтравливанию «Х» изменению профиля травления.

После экспонирования и проявления следует процесс воспроизведения изображения. Процесс воспроизведения изображения производится путем химического или ионного травления. Травление считается изотропным, если фронт травления продвигается в виде круга с радиусом, пропорциональным времени травления. Отношение скорости вертикального травления к горизонтальному называется показателем анизотропии. Фактор травления А – это отношение глубины травления h к величине бокового подтравливания х:

Заключительные этапы литографического процесса состоят из операций удаления фоторезиста и операций сушки подложек.

4.5.5 Электроннолитография