Микролитография. Микролитография Шедикова. Физикохимические и физические основы микролитографии
 Скачать 20.22 Kb.
|
|
Подготовила студентка группы 57 ЗФО ТФ Шедикова Антонина Александровна Тема: Физико-химические и физические основы микролитографии 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. 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-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 при смене шаблонов; высокой разрешающей способностью актиничных резистов; универсальностью процессов, обеспечивающих 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 экспонированием и проявлением; - травления нижележащего технологического слоя (диэлектрика, металла) через сформированную топологическую маску или непосредственно использования слоя резиста в качестве топологической маски при ионном легировании. В качестве диэлектрических слоев обычно служат пленки диоксида SiO2и нитрида кремнияSi3N4, а межсоединений – пленки некоторых металлов. Все пленки называюттехнологическим слоем. В зависимости от длины волны используемого актиничного излучения применяют следующие методы литографии: - фотолитографию (длина волны актиничного ультрафиолетового излучения = 250440 нм); - рентгенолитографию (длина волны рентгеновского излучения 0,52 нм); - электронолитографию (поток электронов, имеющих энергию 10 – 100 кэВ или длину волны = 0,05 нм); - ионолитографию (длина волны излучения ионов =0,050,1 нм). В зависимости от способа переноса изображения методы литографии могут быть контактными и проекционными, а также непосредственной генерации всего изображения или мультипликации единичного изображения. В свою очередь, проекционные методы могут быть без изменения масштаба переносимого изображения и с уменьшением его масштаба. В зависимости от типа, используемого резиста (негативный или позитивный) методы литографии по характеру переноса изображения делятся на негативные и позитивные. Литография является прецизионным процессом, т.е. точность создаваемых рисунков элементов должна быть в пределах долей микрометра. Кроме того, различные методы литографии должны обеспечивать получение изображений необходимых размеров любой геометрической сложности, высокую воспроизводимость изображений в пределах полупроводниковых кристаллов и по рабочему полю подложек, а также низкий уровень дефектности слоя сформированных масок. В ином случае значительно снижается выход годных изделий. Изучение физико-химических основ ТП литографии требует знания основ прикладной фотохимии, определяющей закономерности протекания химических процессов, обусловленных действием света (излучения), прикладной оптики, анализирующей принципы и точность формирования заданного изображения на чувствительном к данному виду излучения слое; теории растворимости и распыления различных материалов под действием химических реактивов и плазменных, плазмохимических и ионно-лучевых процессов. Фотохимическое превращение вещества происходит в три этапа: 1) поглощение квантов света, при котором молекулы активируются; 2) первичные фотохимические реакции с участием активированных молекул; 3) вторичные ("темновые") фотохимические реакции различных химических соединений, образовавшихся в результате первичных реакций. Экспериментально был открыт ряд законов, составивших основу фотохимии. Так, русский ученый Ф.Х.Гротгус в 1817 г. сформулировал закон, согласно которому химически активны лишь те лучи, которые поглощаются реакционной смесью. Поскольку закон Гротгуса непосредственно связывает химическое действие света с его поглощением веществом, важно знать физическую сторону этого явления в полупрозрачных средах. Закон взаимозаместимости, сформулированный Р.В.Бунзеном, устанавливает, что количество химически измененного вещества определяется произведением освещенности Е поверхности на продолжительность (время экспонирования) t ее освещения. Если в одном случае при освещенностиЕ1за времяt1прореагировалоN1 молекул, а в другом (в той же системе) приЕ2иt2-N2 молекул, то математическое выражение закона имеет вид E1t1 = E2t2; N1 = N2. Этот закон устанавливает равноценность времени облучения и освещенности, т.е. возможно взаимное замещение Еиt без изменения результата реакции. Наиболее важным законом фотохимии, на основе которого созданы современные теории и объяснены механизмы фотохимических процессов, является закон фотохимической эквивалентности,сформулированный в 1912 г. А.Эйнштейном. Согласно закону Эйнштейна каждый поглощенный веществом квант hпри первичном поглощении способен активировать только одну молекулу. Одной из основных характеристик фотохимических процессов является квантовый выход g = N/n, где N- число молекул, прореагировавших в единице объема вещества за единицу времени;n- число квантовh,поглощенныхединицей объема вещества за единицу времени. Согласно закону Эйнштейна g = 1. Однако на практике квантовый выход часто отличается от единицы вследствие влияния вторичных ("темновых") реакций. Если вторичные фотохимические реакции идут в одном направлении с первичными, то g>1, если нет, то g<1. К основным фотохимическим реакциям, протекающим в органических соединениях, являющихся основой при синтезе фоточувствительных материалов, относятся: фотолиз, фотоприсоединение, фотоперегруппировка, фотоперенос, фотосенсибилизация. Фотолиз (фотораспад) - разложение исходной молекулы на химически активные части: свободные радикалы или ионы. Фотоприсоединение - присоединение к активированной молекуле другой молекулы. Фотоперегруппировка - перегруппировка атомов в структуре активированной молекулы. Фотопереносэлектрона (типа реакций окисления или восстановления) - отщепление электрона от некоторых активированных молекул под действием света. Фотосенсибилизация- передача электронной энергии возбуждения от молекулы одного вида к молекуле другого вида, приводящая к химическому превращению веществ. Для формирования изображений в процессе фотолитографии применяются два метода: теневое экспонирование и проекционная печать. При теневом экспонировании шаблон, выполненный в масштабе 1: 1, находится в физическом контакте с подложкой или отдален от нее на несколько микрометров в случае печати с зазором. Главными недостатками контактной печати являются повреждения шаблона и ограниченная совместимость. Увеличение разрешающей способности метода проекционной фотолитографии достигается переходом к более коротким длинам волн используемого излучения. Наиболее подходящими источниками ультрафиолетового диапазона оказываются эксимерные лазеры. Фоторезисты – это светочувствительные материалы с изменяющейся под действием света растворимостью, устойчивые к воздействию травителей и применяемые для переноса изображения на подложку. Фоторезисты, у которых растворимость освещенного (экспонированного) участка уменьшается, называют негативными, а растворимость которых после облучения возрастает, - позитивными. Основные параметры фоторезистов: светочувствительность, разрешающая способность, кислотостойкость, адгезия к подложке и технологичность. СветочувствительностьS, см2/(Втс) — это величина, обратная экспозиции, т.е. количеству световой энергии, необходимой для облучения фоторезиста, чтобы перевести его в нерастворимое (негативный) или растворимое (позитивный) состояние. Кислотостойкость — это способность фоторезиста защищать поверхность подложки от воздействия кислотного травителя. Критерием кислотостойкости является время, в течение которого фоторезист выдерживает действие травителя до момента появления таких дефектов, как частичное разрушение, отслаивание от подложки, локальное точечное растравливание слоя или подтравливание его на границе с подложкой. Адгезия — это способность слоя фоторезиста препятствовать проникновению травителя к подложке по периметру создаваемого рельефа рисунка элементов. Критерием адгезии является время отрыва слоя фоторезиста заданных размеров от подложки в ламинарном потоке проявителя. Существенным отличием позитивных фоторезистов от негативных является повышенная разрешающая способность, связанная с тем, что у них при фотолизе происходит разукрупнение молекул, тогда как у негативных при фотополимеризации – укрупнение. В результате средний размер молекул, в значительной степени определяющий разрешающую способность, у позитивных фоторезистов (менее 20 нм) гораздо меньше, чем у негативных (около 500 нм). |