Материал: LS-Sb89583

3.Краткое описание методик измерения параметров диэлектрической

пленки.

4.Результаты индивидуальных измерений и расчетов толщины пленки

иеё пористости.

5.Выводы по работе.

4.5.Контрольные вопросы

1.Каков механизм плазмохимического осаждения диэлектрической пленки диоксида кремния?

2.Укажите рабочий газ и параметры плазмы в реакторе установки плазмохимического осаждения.

3.Опишите способы управления скоростью плазмохимического осаждения диэлектрических пленок.

4.Укажите области применения низкотемпературных диэлектрических пленок в технологии ИМС.

5.Опишите основные параметры плазмохимических диэлектрических пленок и методики их контроля.

Список рекомендуемой литературы

Плазменная технология в производстве СБИС / под ред. Н. Айнспрука и Д. Брау-

на. М.: Мир, 1987. С. 15-471.

Технология СБИС / Под ред С. Зи. М.: Мир, 1986. Кн.1. гл. 3. С. 162−166.

Королёв М. А., Крупкина Т. Ю., Ревелева М. А. Технология, конструкции и мето-

ды моделирования кремниевых интегральных схем. М.: Бином, 2009. С. 73−90.

Лабораторная работа 5

ФОТОЛИТОГРАФИЯ

Цель работы: изучение процесса формирования топологического рисунка на поверхности пластины-подложки методом контактной фотолитографии.

5.1. Общие сведения

Литография представляет собой совокупность физических и фотохимических процессов, необходимых для получения на полупроводниковой пластине топологического рисунка с элементами нужных конфигурации, расположения и размеров.

26

Литографические процессы позволяют получать на поверхности окисленных полупроводниковых подложек свободные от слоя оксида области, задающие конфигурацию полупроводниковых приборов и элементов ИМС, в

которые проводится локальная диффузия примесей для создания p−n-перехо- дов; формировать межсоединения элементов ИМС; создавать технологические маски из резистов, обеспечивающие избирательное маскирование при ионном легировании.

Широкое применение литографии обусловлено следующими достоинствами: высокой воспроизводимостью результатов и гибкостью технологии, что позволяет легко переходить от одной топологии структур к другой сменой шаблонов; высокой разрешающей способностью актиничных резистов; универсальностью процессов, обеспечивающей их применение для самых разнообразных целей (травления, легирования, осаждения); высокой производительностью, обусловленной групповыми методами обработки.

Процесс литографии состоит из двух основных стадий:

1)формирования необходимого рисунка элементов в слое актиночувствительного вещества (резиста) его экспонированием и проявлением;

2)травления нижележащего технологического слоя (диэлектрика или металла) через сформированную топологическую маску или непосредственного использования слоя резиста в качестве топологической маски при ионной имплантации.

В качестве диэлектрических слоев обычно служат пленки диоксида кремния SiO2 и нитрида кремния Si3N4, а в качестве токоведущих дорожек и

межсоединений − пленки металлов Al, Au и Cu.

В зависимости от длины волны используемого излучения применяют следующие методы литографии:

… 2 нм);

∙ электронолитографию (длина волны электронов λ = 0,01…0.1 нм при энергии электронов 0.1...10 КэВ);

∙ ионолитографию (длина волны ионов примерно в 50 раз меньше длины волны электронов той же энергии).

Отметим, что минимальный размер элементов топологического рисунка (проектная норма) помимо длины волны определяется процессами рассе-

27

яния энергии излучения, толщиной и разрешающей способностью резиста. В зависимости от способа переноса изображения методы литографии

могут быть контактными и проекционными, а также созданы непосредственной генерацией всего изображения или мультипликации единичного изображения.

Основными инструментами контактной фотолитографии являются:

∙ фотошаблон − шаблон, образец, содержащий информацию о размерах, расположении, конфигурации и т. д. получаемых изображений. Чаще всего для этой цели используются пластинки из оптического стекла с полученными фотографическим или иным способом непрозрачными элементами;

∙ фоторезисты − светочувствительные материалы с изменяющейся по действием света растворимостью, устойчивые к воздействию травителей и применяемые для переноса изображения на подложку. Фоторезисты являются многокомпонентными мономерно-полимерными материалами, в состав которых входят светочувствительные и пленкообразующие (чаще всего, это различные фенолформальдегидные смолы, резольные и новолачные смолы) вещества, а также растворители (кетоны, ароматические углеводороды, спирты, диоксан, циклогексан, диметилформамид и др.).

Впроцессе фотолитографии фоторезисты выполняют две функции: с одной стороны, являясь светочувствительными материалами, они позволяют создавать рельеф рисунка элементов, а с другой, обладая резистивными свойствами, защищают технологический слой при последующем травлении.

Сущность процесса фотолитографии заключается в следующем (рис. 5.1). На поверхность материала 1 (полупроводник, диэлектрик или металл) наносят тонкий слой фоторезиста 2. При создании защитного рельефа фоторезист освещают через фотошаблон – кварцевую пластину 3, на одной поверхности которой предварительно создан контрастный рисунок, состоящий из прозрачных 4 и непрозрачных 5 участков. Под действием света в освещаемых участках фоторезистивного слоя протекают фотохимические реакции,

врезультате которых эти участки изменяют свои свойства.

Взависимости от механизма протекающих в фоторезисте фотохимических реакций и особенностей изменения его свойств фоторезисты делят на негативные и позитивные. При облучении негативного фоторезиста через фотошаблон в освещаемых участках фоторезиста протекают процессы, приводящие к потере их растворимости в соответствующих растворителях (проявителях). В результате этого после обработки в них удаляются только необ-

28

лученные участки, расположенные под непрозрачными элементами фотошаблона (см. рис. 5.1, а). При этом на подложке образуется защитный рельеф, повторяющий негативное изображение фотошаблона. В позитивных фоторезистах под действием света в освещаемых участках протекают фотохимические реакции, приводящие, наоборот, к усилению их растворимости в соответствующих проявителях. В результате этого после обработки в них удаляются (вымываются) только облученные участки фоторезиста и защитный рельеф повторяет позитивное изображение фотошаблона (см. рис. 5.1,

б).

Собственно процесс фотолитографии на этом, как правило, заканчивается. Последующее использование защитного рельефа в зависимости от типа изделия, подлежащего обработке, заключается в травлении материала технологического слоя или подложки на незащищенных фоторезистом участках или в наращивании того или иного материала на данных участках, например в электрохимическом осаждении металла на эти участки.

Рис. 5.1. Контактная фотолитография с использованием: а – негативного фоторезиста; б – позитивного фоторезиста

Рассмотрим подробнее сущность основных процессов фотолитографии. Основные этапы контактной фотолитографии следующие.

1. Адгезионная обработка – обработка подложки, улучшающая сцепление слоя резиста с подложкой. Для этого могут быть использованы про-

29

стая очистка (обезжиривание) поверхности; термообработка 15...20 мин при

160 °С или 10 мин при 800 °С, нанесение связующего подслоя осаждением паров гексаметилдесилоксана (ГМДС).

2. Нанесение и сушка фоторезиста (ФР):

·нанесение – операция, предусматривающая создание на пластине равномерного по толщине слоя фоторезиста (ФП 9120-1.8) методом центрифугирования на установке Лада-125. Пластина закрепляется на столике центрифуги вакуумом и вращается со скоростью от 2,5 до 5 тыс. об./мин. Cверху

вцентр пластины подается небольшое количество фоторезиста, который под действием центробежной силы распределяется по всей поверхности пластины, что позволяет получить на ней равномерную пленку фоторезиста толщиной от 1,4 до 2,4 мкм;

·cушка – окончательное формирование пленки фоторезиста с целью удаления растворителя, входящего в состав ФР. Сушка выполняется с помощью источников инфракрасного излучения, для которого фоторезист является прозрачным, а следовательно, поглощение излучения с выделением тепла

происходит на границе ²пластина – фоторезист². Поэтому сушка протекает от нижних слоёв фоторезиста к верхним, обеспечивая свободное испарение растворителя. Во избежание преждевременной полимеризации (задубления) фоторезиста и потери им чувствительности температура сушки должна быть умеренной (100…110 °С; 6 ... 13 мин).

3. Совмещение и экспонирование – совмещение рисунка шаблона и пластины с последующим облучением незащищенных областей фоторезиста ультрафиолетовым светом на установке совмещения и экспонирования (рис. 5.2). В данной работе используются установки типа ЭМ-576А, ЭМ-5006 (λ =

=430 нм). Процесс совмещения включает три этапа:

1)предварительную ориентацию по базовому срезу, обеспечивающую на границах модулей групповой пластины наивыгоднейшую с точки зрения качества разделения пластины на отдельные кристаллы кристаллографическую плоскость;

2)предварительное грубое совмещение по границам крайних модулей, имеющее целью исключить разворот пластины и фотошаблона относительно вертикальной оси Z;

3)точное совмещение, исключающее смещение рисунков фотошаблона и пластины по осям X и Y. Для этого используют специальные знаки совмещения с контролируемым зазором, которые входят в состав топологиче-

30