Лабораторна упражнение І – 6

Формиране на релеф (топология) в тънки слоеве чрез

фотолитография

І. Цел на упражнението

Да запознае студентите с:

­

практическото осъществяване на фотолитографския процес

­

технологичната   схема   на   процеса   т.е.   последователността   на

технологичните операции

­

методите за контрол през различните етапи на процеса

ІІ. Пособия и материали

­

установка за експониране

­

сушилня с две камери

­

центрофуга

­

микроскоп МБС – 9

­

микроскоп МЕТАМ ­ Р1

­

пинцета

­

петрита

­

технологична тара

­

фоторезист (фотолак) – позитивен

­

проявител за позитивен фоторезист

­

калиева основа

­

буферен травител за SiO

2

­

амониев флуорид

­

флуороводородна киселина

­

ацетон

­

травител за Al

­

ортофосфорна киселина

­

азотна киселина

­

дестилирана вода

ІІІ. Теоретична част
3.1

Въведение

Фотолитографията е процес, чрез който се получава релеф (топология) с

необходима   (зададена)   конфигурация   и   размери   в   диелектрични,   метални   или
полупроводникови   слоеве   нанесени   върху   полупроводникови   или   диелектрични

подложки.   Този   релеф   се   получава   чрез   пренасяне   на   геометрична   рисунка   от

шаблон   (маска)   върху   подложка   (в   слоя,   намиращ   се   върху   подложка).   При
пренасянето   на   изображението   от   маската   върху   подложката   се   използват

полимерни   светочувствителни   и   устойчиви   (резистивни)   към   въздействието   на
агресивни среди материали наречени фоторезисти (ФР)

Фоторезистите се нанасят върху подложките във вид на тънък слой. При

облъчване с ултравиолетова светлина (УВС) те променят молекулната си структура

и разтворимостта си в определени разтворители наречени проявители. Облъчването
се осъществява в успореден сноп УВС през фотошаблон (фотомаска).

Фотомаската (ФМ) е стъклена плочка, върху която е нанесен непрозрачен

тънък слой, в който е формирана топологията чрез фотолитография т.е. формирана

е топологията (хоризонталните размери) на бъдещите ПП и (или) ИС.

Според   начина   на   формиране   на   релеф   ФР   се   делят   на   негативни   и

позитивни.

При   негативните   ФР   облъчените   участъци   губят   способността   си   да   се

разтварят  в съответните  разтворители  (проявители).  При обработка  в проявител
(след облъчване през ФМ) в слоя ФР, нанесен върху подложката, се получава релеф,

който е негативна изображение на рисунката върху ФМ.

При   позитивните   ФР   е   обратно:   облъчените   участъци   увеличават

разтворимостта си под въздействие на УВС и топологията, която се формира във
ФР слой след проявяване е позитивен образ на рисунката върху ФМ.

След   проявяването   следва   ецване   (разтваряне)   на   незащитените   от   ФР

участъци от подложката (слоя). Изображението, получено във ФР слой се пренася

върху подложката. Следва премахване на ФР.

Краен   резултат:   осъществено   е   пренасяне   на   изображение   от   ФМ   върху

подложката.

Създаденият релеф в слоя, намиращ се върху подложката (например слой от

SiO

2

 или Si

3

N

4

), може да се използва за осъществяване на следващ локален процес:

легиране или ецване на подложката и т.н. до създаване на цялата конструкция на ЕЕ

и (или) ИС.

Следователно фотолитографията е съвкупност от фото­ и физико­химични

обработки,   чрез   които   се   получават   необходимите   размери   на   елементите   на
микроелектронните структури.

3.2

Етапи на фотолитографският процес

3.2.1

Пример за фотолитографски процес с негативен ФР

Целта   на   фотолитографският   процес   в   разглеждания   пример   е   да   се

осъществи избирателно (локално) премахване на слоя от  SiO

2

, намиращ се върху

повърхността на Si подложка т.е. получаване на отвори в SiO

2

 със зададени (точно

определени) размери. Етапите на процеса са дадени на фиг. 1.

Същият резултат може да се получи и с позитивен ФР, само че ФМ трябва да

е негативен образ на използваната в разгледания пример.

В резюме: чрез фотолитографията се осъществява пренасяне на изображение

(рисунка) от ФМ върху подложка.

3.2.2

Пример за фотолитографски процес с позитивен ФР

Целта   на   фотолитографският   процес   в   разглеждания   пример   е   да   се

осъществи   избирателно   (локално)   премахване   на   слоя   от  Al,   намиращ   се   върху
повърхността на подложката, така че да се получи:

­

електрически   контакт   на  Al  към   съответната   област   на

микроелектронната структура

­

изводи на дискретните полупроводникови (ПП) елементи

­

електрическа връзка между елементите на ИС

Етапите на процеса са дадени на фиг. 2.

Фиг. 1 Етапи на фотолитографският процес при използване на негативен ФР

а. 

Si подложка след термично окисление (Лабораторно упражнение № І – 2) 

б. 

след нанасяне на негативен ФР

в. 

през времето на експониране през ФМ

г.  

след проявяване: разтваряне (премахване) в проявител на незасветения

ФР. За проявител се използват органични разтворители – диоксан, трихлоретилен,

толуол и др. Изображението (рисунката) от ФМ е пренесена в слоя ФР.

д.  

след   ецване   (травление)   на  SiO

2

:   разтваряне   (премахване)   в   буферен

травител на SiO

2

 в отворите на ФР