28. Приведите примеры методов литографии с высоким разрешением

Фотолитография. Для получения заданного расположе­ния и конфигурации элементов в микросхеме служит ме­тод фотолитографии. Суть метода состоит в следующем. Для получения элементов полупроводниковой ИМС проводят локальную диффузию примеси. В качестве защитной маски используют слой двуокиси кремния и нитрида кремния. Для получения заданного расположения отверстий, через которые будет проводиться диффузия, и их конфигурации на окисленную поверхность полупроводниковой пластины наносят фоточувствительный слой — фоторезист, на кото­ром методом фотопечати — засветкой через фотошаблон с по­следующим проявлением — получают требуемый рисунок. В результете химической обработки при проявлении с от­дельных участков (окон) фоторезист удаляется, а оставший­ся на поверхности используется как защитная маска. После этого проводят травление слоя SiO₂, не защищенного фото­резистом, плавиковой кислотой (она не действует на фоторе­зист) и получают окна, через которые проводят диффузию примеси.

Для получения точной копии топологического рисунка микросхемы на подложке сначала делают фотооригинал микросхемы, с помощью которого затем создают фото­шаблон.

Фотооригинал (оригинал) — специальный чертеж кон­фигурации каждого слоя структуры микросхемы, выполнен­ный с высокой степенью точности в увеличенном масштабе: (М100 : 1; М200 : 1; М500: 1 или даже M1000 : 1).

Фотооригинал микросхемы изготовляют с помощью координатографа на стекле, покрытом пленкой нитроэма­ли. Координатограф вычерчивает на стекле рисунок мик­росхемы, удаляя в необходимых местах нитроэмаль. Су­ществующие координатографы позволяют получать точ­ность отсчета и определения координат соответственно 12,5 и 25 мкм.

Фотошаблон — негативное или позитивное изображе­ние оригинала, выполненное на прозрачном материале пу­тем фотографирования оригинала с высокой степенью точ­ности. Различают промежуточные, эталонные и рабочие фотошаблоны. Изображение рисунка микросхемы на рабо­чем фотошаблоне получают в масштабе M1 : 1 неоднократ­ным фотографированием с уменьшением. Чаще всего рабо­чий фотошаблон содержит несколько изображений микро­схемы (от 50 до 2000 и даже до 20 000).

Процесс получения фотошаблона с размноженным изображением называют мультиплицированием.

Для изготовления рабочих фотошаблонов применяют фотопластинки с разрешающей способностью до 1200 ли­ний/мм и высокоразрешающие оптические системы. В настоящее время получают элементы микросхем размером 0,7 — 0,4 мкм (предел разрешающей способности оптичес­ких систем 0,11 мкм).

Рабочие фотошаблоны бывают двух типов: эмульсион­ные, позволяющие производить не более 20 операций кон­тактной печати; металлизированные с пленкой хрома, поз­воляющие производить до 3000 операций контактной печати.

Процесс получения фотошаблонов требует особого вни­мания и высокой точности при выполнении операций.

Фоторезисты — светочувствительные и после проявле­ния устойчивые к воздействию агрессивных факторов (кис­лот, щелочей) составы. Свет, действуя на эти материалы, либо разрушает молекулы, либо вызывает дополнительную их полимеризацию. В зависимости от этого по способу обра­зования рельефа фоторезисты подразделяют на негативные и позитивные.

Позитивный фоторезист при освещении разрушается и при проявлении удаляется с освещенных участков. Свет­лое поле дает не защищенный фоторезистом участок.

Негативный фоторезист при освещении увеличивает сте­пень полимеризации и при проявлении удаляется с неосве­щенных участков. Светлое пятно дает защищенный фоторезистом участок.

Кроме того, различают кислото- и щелочестойкие фоторезисты.

Критериями оценки фоторезистов являются чувстви­тельность, кислотостойкость и разрешающая способность.

Технология процесса фотолитографии включает ряд операций, выполняемых в такой последовательности:

1. очистка поверхности пластин;

2. нанесение фоторезиста, чаще всего центрифугирова­нием;

3. сушка фоторезиста, задубливание;

4. совмещение фотошабло­на с подложкой;

5. экспонирование (может осуществляться контактным и проекционным способами);

6. проявление фоторези­ста;

7. травление двуокиси кремния на не защищенных фоторезистом участках;

8. удаление фоторезиста.

Последовательность ос­новных технологических опе­раций процесса контактной фотолитографии по маскирую­щему слою двуокиси кремния в планарной технологии по­казана на рис. 2.7, а—в.

Качество процесса фотолитографиии определяется точ­ностью воспроизведения геометрических размеров элемен­тов на полупроводниковой пластине, на что влияют практи­чески все операции процесса.

Совершенствование процесса фотолитографии происхо­дит путем замены контактной фотопечати проекционной, использования фотонабора, заменяющего трудоемкий и многоступенчатый процесс изготовления промежуточного фотошаблона одним процессом последовательной фотопеча­ти элементов рисунка на фотопластинку. Наиболее перспективным является применение рентгеновской и элект­ронной литографии.