Фоторезисты (ФР), виды, требования к ним, методы нанесения (стр. 1 из 3)

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ на тему:

«Фоторезисты (ФР), виды, требования к ним, методы нанесения»

МИНСК, 2008

Основными параметрами фоторезистов являются светочувствительность, разрешающая способность, кислотостойкость, адгезия к подложке и технологичность.

СветочувствительностьS, см² /(Вт • с),- это величина, обратная экспозиции, т. е. количеству световой энергии, необходимой для облучения фоторезиста, чтобы перевести его в нерастворимое (негативный) или растворимое (позитивный) состояние :

(7.3.1)

где Н - экспозиция Вт • с/см ; Е — энергооблученноеть, Вт/см²; t— длительность облучения, с,

Точную характеристику светочувствительности можно получить, учитывая не только процесс экспонирования, но и проявления. Так как проявитель химически взаимодействует с экспонированными и неэкспонированными участками слоя фоторезиста, процесс проявления оказывает прямое влияние на его светочувствительность. В прямой зависимости от процесса проявления, а следовательно, и светочувствительности фоторезиста находится качество формируемого в его слое при проявлении рисунка элементов.

Таким образом, критерием светочувствительности фоторезиста служит четкость рельефа рисунка в его слое после проведения процессов экспонирования и проявления. При этом рельеф рисунка должен иметь резко очерченную границу между областями удаленного и оставшегося на поверхности подложки слоя фоторезиста.

Критерием светочувствительности негативных фоторезистов является образование после экспонирования и проявления на поверхности подложки локальных полимеризованных участков — рельефа рисунка, т. е. полнота прохождения фотохимической реакции полимеризации (сшивки) молекул основы фоторезиста.

Критерием светочувствительности позитивных фоторезистов является полнота разрушения и удаления (реакция фотолиза) с поверхности подложки локальных участков слоя фоторезиста после экспонирования и проявления и образование рельефного рисунка.

Фоторезисты характеризуются также пороговой светочувствительностью S_n= 1/H₁, определяемой началом фотохимической реакции.

Светочувствительность и пороговая светочувствительность фоторезиста зависят от толщины его слоя, а также состава и концентрации проявителя. Поэтому, говоря о значении светочувствительности и пороговой светочувствительности, учитывают конкретные условия проведения процесса фотолитографии. Определяют светочувствительность экспериментально, исследуя скорость проявления фоторезиста, которая зависит от степени его облучения.

Разрешающая способность - это один из самых важных параметров фоторезистов, характеризующий их способность к созданию рельефа рисунка с минимальными размерами элементов. Разрешающая способность фоторезиста определяется числом линий равной ширины, разделенных промежутками такой же ширины и умещающихся в одном миллиметре.

Для определения разрешающей способности фоторезистов используют штриховые миры, представляющие собой стеклянные пластины с нанесенными на их поверхность штрихами шириной от одного до нескольких десятков микрометров. Разрешающую способность определяют проводя экспонирование подложки, покрытой слоем фоторезиста, через штриховую миру, которую используют в качестве фотошаблона. После проявления выделяется участок с различными штрихами наименьшей ширины, которые и характеризуют разрешающую способность данного фоторезиста.

Следует различать разрешенную способность фоторезиста и разрешающую способность процесса фотолитографии, которая зависит от режимов травления. На практике необходимо ориентироваться на разрешающую способность фотолитографического процесса.

При эпитаксиально-планарной технологии разрешающая способность фотолитографии — это предельное количество линий в одном миллиметре, вытравленных в слое диоксида кремния толщиной 0,5 — 1,0 мкм через промежутки равной ширины. Разрешающая способность лучших современных фоторезистов достигает 1500 — 2000 линий/мм. Разрешающая способность отечественных фоторезистов ФП-383 и ФП-РН-7 составляет 400 — 500 линий/мм, что позволяет получать контактной и проекционной фотолитографией рисунки элементов, соответственно имеющие размеры 1,25 — 1,5 и 0,5 — 0,6 мкм.

Кислотоетойкостъ — это способность слоя 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 расстрав-ливание слоя или подтравливание его на границе с подложкой,

Стойкость фоторезиста к химическим воздействиям зависит не только от состава, но и от толщины и состояния его слоя. Поэтому кислотостойкость оценивают фактором травления К = h/х.,(где h - глубина травления; х - боковое подтравливание) .

Таким образом, чем меньше боковое подтравливание при заданной глубине травления, тем выше кислотостойкость фоторезиста. Боковое подтравливание характеризуется клином травления.

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. В большинстве случаев адгезию считают удовлетворительной, если слой фоторезиста

20x20 мкм² отрывается за 20 мин. Об адгезии фоторезиста к подложке можно судить по углу смачивания, т. е. состоянию поверхности подложки.

Стабильность свойств фоторезистов характеризуется их сроком службы при определенных условиях хранения и эксплуатации и обеспечение ее является одной из важнейших проблем производства изделий микроэлектроники.

ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ ПОДЛОЖЕК

Качество процесса фотолитографии во многом определяется механическим и физико-химическим состоянием поверхности подложек.

Механическое состояние поверхности подложек влияет на точность получения элементов рисунка, поэтому любые неровности, микробугорки, впадины, царапины и риски приводят к их искажению. Кроме того, при нанесении слоя фоторезиста эти дефекты вызывают появление пузырьков или проколов в слое фоторезиста.

Необходимое качество поверхности подложек обеспечивается на начальных стадиях их изготовления механической обработкой: резкой слитков на пластины, шлифовкой и полировкой пластин, в результате которой их поверхность доводится до зеркального блеска и приобретает идеальную плоскостность и плоскопараллельность.

Физико-химическое состояние поверхности подложек влияет на ее смачиваемость и адгезию фоторезиста. Поэтому на рабочих поверхностях подложек не должно быть инородных частиц, а также адсорбированных атомов и ионов жидкостей и газов. Так как большинство фоторезистов содержит в своей основе полимеры, обладающие гидрофобными свойствами, то и поверхность подложек должна быть гидрофобной.

Критерием оценки состояния поверхности подложки может служить краевой угол ее смачивания каплей деионизованной воды. Если капля воды растекается по поверхности подложки, т. е. ее угол смачивания менее 40 °, такую поверхность называют гидрофильной. Поверхность, на которой капля воды не растекается и образует угол смачивания более 90 °, называют гидрофобной.

При фотолитографии необходимо, чтобы поверхность подложек была гидрофильна к фоторезисту и гидрофобна к травителю, тогда вытравленный рисунок будет точно повторять рисунок фотошаблона.

Перед нанесением слоя фоторезиста или какой-либо пленки полупроводниковые подложки для удаления органических загрязнений обрабатывают в химических реактивах, а затем подвергают гидромеханической отмывке (Рисунок 7.3.1,а, б).

Рисунок 7.3.1. Схемы гидромеханической отмывки подложек цилиндрической (а) и конической (б) щетками:

1 - форсунка, 2 - щетки, 3 - подложка

Для формирования полупроводниковых структур используют пленки полупроводников (Si, Ge, GaAs), диэлектриков (оксида SiO₂и нитрида Si₃N_7.3.1кремния, примесно-силикатных стекол) и металлов (Al, V, W, Ti, Аи), а также силицидов и оксидов тугоплавких металлов.

Поверхность подложек с выращенными термическим окислением пленками SiO₂сразу после образования пленки гидрофобна. Поэтому рекомендуется непосредственно после окисления, не превышая межоперационное время более 1 ч, передавать подложки на фотолитографию. Через несколько часов поверхность подложек с пленкой SiO₂становится гидрофильной, на ней адсорбируются молекулы воды из атмосферы, угол смачивания уменьшается до 20 - 30 ° и адгезия фоторезиста падает, что приводит к браку. Для придания поверхности таких подложек гидрофобных свойств их термообрабатывают при 700 — 800 ° С в сухом инертном газе или в вакууме.

Если слой фоторезиста наносят на пленку примесно-силикат-ного стекла, следует иметь в виду, что поверхность боросиликат-ного стекла гидрофобна и аналогична по поведению пленке SiO₂а фосфоросиликатного стекла гидрофильна (угол смачивания не превышает 15 °). Гидрофобные свойства поверхности фосфоросиликатного стекла придают термообработкой при 100 — 500 °С в течение 1 ч в сухом инертном газе или в вакууме. Режим термообработки выбирают в зависимости от технологии изготовления и конструкции микроэлектронного изделия. Гидрофобность силикатных стекол повышают также обработкой их в трихлорэтилене или ксилоле.

Характеристики поверхности пленок Al, V, W, Ti и Аu наносимых вакуумным распылением, зависят от режима проведения процесса и смачиваемости подложек. Перед фотолитографией пленки обязательно обезжиривают в растворителях.