3. Удаление фоторезистов и очистка подложек

Завершение цикла фотолитографических операций заключается в уда-лении пленки фоторезиста поверх­ности подложки.

При выборе метода удаления фоторезиста прежде всего следует исходить: из химического строения, раст­воримости в определенном круге растворителей, харак­тера прошедших фотохимических или термических про­цессов, возможности применения механического воздей­ствия и устойчивости материалов подложки к режимам удаления.

Для удаления фоторезистов в настоящее время при­меняются физико-химические, химические и физические методы.

Основным технологическим прие­мом химического метода удаления фоторезистов является либо их обработка в соответствующих растворителях, либо комплексная обработка с применением окислителей.

Наиболее легко удаляются пленки позитивных фото­резистов обычным растворением в ацетоне, диоксане, диметилформамиде или водно-щелочных растворах. Одна­ко если процессу травления предшествовала достаточная для термолиза температурная обработка, то процесс удаления фоторезистов зна-чительно усложняется и вы­зывает необходимость либо применения окис-лителей, ли­бо механического воздействия.

Негативные фоторезисты, структурированные под действием света, не растворяются при обработке раст­ворителями, поэтому их удаление с приме-нением раство­рителей всегда связано с применением механического воздействия.

Наиболее широко применяемым методом для нега­тивных фоторезистов является погружение в хлориро­ванные углеводороды при температуре 80 – 175^С для набухания и затем в растворы кислот для ослабления адгезии пленки с подложкой.

Повышение требований к точности воспроизведения геометриче­ских размеров элементов тонкопленочных схем явилось причиной применения непосредственно приемов фотолитографии при их изго­товлении, например, таких как метод контактной маски («взрыв­ная» фотолитография) и метод прямой фотолитографии с примене­нием селективного химического травления.

4. Методы «прямой» и «обратной» фотолитографии.

4.1 Метод контактной маски

Метод контактной маски (отслаивание, «взрывная» фотолитография, «обратная» фотолитография) - метод получения элементов микросхем, заключающийся в эк­ранировании с помощью контактной маски участков под­ложки от нанесения материала элементов микросхем.

Контактная маска изготавливается и существует только на поверхности подложки и не может быть от нее отделена. Материал контактной маски (медь, алю­миний, никель, окись висмута, фоторезист) должен от­вечать следующим требованиям:

• не испаряться в процессе нанесения материала тон­копленочных элементов и химически не взаимодейство­вать с ним;

• обладать малым коэффициентом диффузии;

• легко удаляться с подложки способом, не влияющим на свойства материала тонкопленочных элементов.

В зависимости от материала контактной маски су­ществуют две разно-видности этого метода. Сущность первого (прямой вариант) состоит в том, что на чистую подложку наносят слой фоторезиста, экспонируют и про­являют его, а на полученное рельефное изображение на­носят сплошной слой материала тонкопленочного эле­мента. Обработка полученной заготовки в растворителе для фоторезиста приводит к удалению участков мате­риала тонкой пленки, лежащих на слое фоторезиста (рис. 2).

Рис. 2. Схема получения тонкопленочных элементов с применением контактной маски (прямой вариант).

а - подложка; б - нанесение фоторезиста; в - экспонирование; г - проявле­ние фоторезиста; д - нанесение слоя материала тонкопленочного элемента; е - готовый тонкопленочный элемент на подложке;

1 - пленка позитивного фоторезиста; 2 - фотошаблон.

Второй (косвенный) вариант заключается в том, что на подложку для микросхемы наносят сплошной слой материала контактной маски и с помощью обычного фо­толитографического процесса получают требуемую кон­фигурацию маски. Далее удаляют фоторезист и на под­ложку с контактной маской наносят слой материала тонкопленочного элемента. При последующей обработке в травителе, селективном по отношению к максирую-щему материалу, последний вытравливается, и материал тонкопленочного элемента, лежащий над ним, отры­вается от подложки.

Таким образом происходит форми­рование тонкопленочных элементов схемы (рис. 3).

Рис. 3. Схема получения тонкопленочных элементов с применением контактной маски (косвенный вариант).

а - подложка; б - сплошной слой материала контактной маски; в - нанесение фоторезиста; г - экспонирование; д - проявление фоторезиста: е - травление или растворение открытых участков материала контактной маски;

ж - готовая контактная маска на подложке; з - нанесение слоя материала тонкопленочного элемента; и - готовый тонкопленочный элемент на подложке; 1 - пленка негативного фоторезиста; 2 - фотошаблон.

Косвенный вариант довольно сложен и трудоемок, по­этому использо-вание его происходит только в случае не­возможности по каким-либо причинам применения других способов (например, при жестких условиях форми­рования резистивной пленки SnO₂).

Оба варианта метода контактной маски иногда назы­вают методом «взрывной фотолитографии». По прямому варианту можно получать, например, танталовые сопро­тивления. При использовании позитивного фоторезиста AZ-1350 можно получить линии шириной примерно 0,4 мкм при высокой четкости края.

Метод контактной маски является весьма перспектив­ным в ряде технологических процессов. Он обеспечивает большую точность и четкость края и применим не толь­ко для вакуумного, но и для катодного распыления, а также для пиролизных способов получения тонких пле­нок.

Интересной модификацией данного способа является практическое использование эффекта подтравливания элементов схем с последующим применением метода контактной маски.

Данный способ был применен для случая получения пленочных тун-нельных диодов при формировании узких зазоров между элементами. Он заключается в следую­щем (рис. 4).

Рис. 4. Схема процесса использования эффекта «подтравления» (а-г).

1 - фоторезист; 2 - алюминий.

На подложку напыляется пленка алюминия и прово­дится ее фотолито-графия. При травлении алюминия раз­меры алюминиевых элементов будут меньше на величи­ну подтравливания Δ, чем размер соответствующих ма­скирующих элементов из защитной пленки фоторезиста. Затем, не удаляя фоторезист, на подложку напыляют второй слой алюминия, который располагается по всей поверхности подложки, кроме зазоров под защитной маской фоторезиста. При проведении операции удаления фоторезиста происходит соответствующее удаление верхних слоев алюминия, а между элементами на пер­вом слое алюминия и вновь сформированными элемен­тами образуется зазор, равный величине подтравливания. При возможности точного и управляемого воспроизведе­ния геометрических размеров элементов, можно форми­ровать данным способом длинные и узкие зазоры между элементами топологии (ширина зазора может доходить до 0,1 мкм), что практически невозможно при контакт­ном методе фотолитографии.

Условия формирования тонкопленочных элементов при их нанесении с применением свободной маски дале­ки от идеальных. Это связано с тем, что теплопровод­ность маски и подложки различна и на открытых участ­ках под-ложки возникает определенный градиент темпе­ратуры.

В условиях применения контактной маски этот гра­диент значительно снижается.

Наиболее благоприятным для снижения градиента температур является нанесение тонкой пленки сплош­ным слоем на однородную подложку. Это возможно в случае применения фотолитографической технологии с исполь-зованием метода селективного химического трав­ления.