Литография и контактная фотолитография. Позитивные и негативные фоторезисторы

Литография это процесс формирования в актиночувствительном слое, нанесенном на поверхность подложек, рельефного рисунка, повторяющего топологию полупроводниковых приборов или ИМС, и последующего переноса этого рисунка на подложки.

Актиночувствительным называется слой, который изменяет свои свойства (растворимость, химическую стойкость) под действием актиничного излучения (например, ультрафиолетового света или потока электронов).

Литографические процессы позволяют: получать на поверхности окисленных полупроводниковых подложек свободные от слоя оксида области, задающие конфигурацию полупроводниковых приборов и -моментов ИМС, в которые проводится локальная диффузия примесей для создания p-n-переходов; 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: формирования необходимого рисунка элементов в слое актиночувствительного вещества (резиста) его эспонированием и проявлением; травления нижележащего технологического слоя (диэлектрика, металла) через сформированную топологическую маску или непосредственного использования слоя резиста в качестве топологической маски при ионном легировании.

В качестве диэлектрических слоев обычно служат пленки диоксида SiO 2 и нитрида Si 3 N 4 кремния, а межсоединений пленки некоторых металлов. Все пленки называют технологическим слоем.

В зависимости от длины волны используемого излучения применяют следующие методы литографии: фотолитографию (длина волны актиничного ультрафиолетового излучения л =250 … 440 нм); рентгенолитографию (длина волны рентгеновского излучения л =0,5 … 2 нм); электронолитографию (поток электронов, имеющих энергию КэВ или длину волны л = 0,05 нм); ионолитографию (длина волны излучения ионов л = 0,05 … 0,1 нм).

В зависимости от способа переноса изображения методы литографии могут быть контактными и проекционными. Проекционные методы могут быть без изменения масштаба переносимого изображения (Ml : 1) и с уменьшением его масштаба (М 10 : 1;М 5 : 1).

В зависимости от типа используемого резиста (негативный или позитивный) методы литографии по характеру переноса изображения делятся на негативные и позитивные

Фотолитография это сложный технологический процесс, основанный на использовании необратимых фотохимических явлений, происходящих в нанесенном на подложки слое фоторезиста при его обработке ультрафиолетовым излучением через маску (фотошаблон).

Технологический процесс фотолитографии можно разделить на три стадии: формирование фоторезистивного слоя (обработка подложек для их очистки и повышения адгезионной способности, нанесение фоторезиста и его сушка); формирование защитного рельефа в слое фоторезиста (совмещение, экспонирование, проявление и сушка слоя фоторезиста, т.е. его задубливание); создание рельефного изображения на подложке (травление технологического слоя пленки SiO 2, Si 3 N 4, металла, удаление слоя фоторезиста, контроль).

Последовательность выполнения основных операций при фотолитографии излучения через фотошаблон

ПОЗИТИВНЫЕ И НЕГАТИВНЫЕ ФОТОРЕЗИСТЫ Фоторезисты это 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 (поливинилциннаматы в негативные фоторезисты и нафтохинондиазиды - в позитивные) и пленкообразующие (чаще всего это различные фенолформальдегид-ные смолы, резольные и новолачные смолы) вещества, а также растворители (кетоны, ароматические углеводороды, спирты, диоксан, циклогексан, диметилформамид и др.).

В процессе 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 травлении.

В зависимости от характера протекающих в фоторезисте фотохимических реакций определяется и тин фоторезиста позитивный или негативный. Негативные фоторезисты под действием актиничного излучения образуют защищенные участки рельефа. После термообработки - задубливания - в результате реакции фотополимеризации освещенные при экспонировании участки не растворяются в проявителе и остаются на поверхности подложки. При этом рельеф представляет собой негативное изображение элементов фотошаблона.

Позитивные фоторезисты, наоборот, передают один к одному рисунок фотошаблона, т.е. рельеф повторяет конфигурацию его непрозрачных элементов. Актиничное излучение так изменяет свойства позитивного фоторезиста, что при обработке в проявителе экспонированные участки слоя разрушаются и вымываются. В позитивных фоторезистах при освещении происходит распад молекул полимера и уменьшается их химическая стойкость.

МаркаОбласть примененияРастворитель Режим нанесения, об/мин Толщина слоя, мкм Режим сушки, С Проявитель ФП- 383 Производство приборов, ИМС и полупроводниковых печатных плат с использованием контактного экспонирования и плазмохимического травления Диоксан ,9-1, %-ный Na 3 PO 4 ФП- РН-7 То жеДМФА, МЦА ,7-1, ,5%-ный КОН ФП- РН-27В То жеДМФА, МЦА ,1-1, ,6%-ный КОН ФП- 051Ш Производство фотошаблонов контактной фотолитографией МЦА ,8-1, ,6%-ный КОН ФП- 051Т Фотолитография при изготовлении БИС и СБИС с использованием контактного экспонирования, жидкостного и плазмохимического травления МЦА ,0-1, ,6%-ный КОН ФП- 051К То жеЭЦА, ДМФА ,1-2, ,6%-ный КОН ФП- 051 МК Прецизионная фотолитография при изготовлении БИС и СБИС с использованием проекционного экспонирования ЭЦА, диглим ,6-1, ,6%-ный КОН ПП-051 К ФП-25Изготовление масокДиоксан ,0-8, ,5%-ный КОН