Презентация Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Фотолитография онлайн

Содержание слайда: ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ ФОТОЛИТОГРАФИЯ

Содержание слайда: Литография Литография Литографией (греч. lithos - камень), приме- няемой в производстве ИИЭ, называют про- цесс формирования геометрического рисунка на поверхности кремниевой пластины. С помощью этого рисунка формируют эле- менты схемы (базу, эмиттер, электроды затвора, контактные окна, металлические межкомпонентные соединения и т.п.).

Содержание слайда: Получение топологического рисунка Получение топологического рисунка На первой стадии процесса изготовления ИС после завершения испытаний или моделирования с помощью ЭВМ формируют геометрический рисунок топологии схемы. Процесс создания ри-сунка ИС разбивают на этапы: на одном этапе формируют электроды затвора, на втором кон-тактные окна и т.п. Этим этапам соот-ветствуют различные уровни фотошаблона. С помощью ЭВМ геометрический рисунок топо-логии преобразуют в цифровые данные. С по-мощью этих данных генератор изображения формирует рисунок топологического слоя на шаблоне либо непосредственно на пластине.

Содержание слайда: Формирование ИС Формирование ИС Законченные ИС получают последователь- ным переносом топологического рисунка с каждого шаблона, уровень за уровнем на по- верхность кремниевой пластины. При этом между переносом топологического рисунка с двух шаблонов могут проводиться различ- ные операции (ионной имплантации, диффу- зии, окисления, нанесение металлизации и т.п.)

Содержание слайда: Процесс литографического переноса изображения Процесс литографического переноса изображения

Содержание слайда: Фотошаблоны. Основные термины Фотошаблоны. Основные термины Фотошаблон является основным инструментом литографии в планарной технологии. Для изготовления каждой ИС требует- ся комплект фотошаблонов из 4 – 15 (и более) стекол. Топология структуры – рисунок (чертёж), включающий в себя размеры элементов структуры, их форму, положение и приня- тые допуски; Оригинал – увеличенный, поддающий воспроизведению рисунок отдельной детали фотошаблона, обычно одной или нескольких топологий структур изделия, предназначенной для изготовле- ния фотошаблона методом последовательного уменьшения и мультипликации; Промежуточный оригинал – фотошаблон с рисунком оригина- ла после его фотографического промежуточного уменьшения в один или несколько приёмов, с размножением изображения или без него; Фотошаблон – плоско - параллельная пластина из прозрачно- го материала для фотолитографических целей с рисунком, сос- тоящим из непрозрачных и прозрачных для света определенной длины волны участков, образующих топологию одного из слоёв структуры прибора, многократно повторённого в пределах ак- тивного поля структуры;

Содержание слайда: Фотошаблоны. Основные термины Фотошаблоны. Основные термины Маска – плоская пластина или плёнка, содержащая рисунок в виде сквозных окошек и предназначенная для локального экспонирования; Металлизированный фотошаблон – фотошаблон, экспони- рующий рисунок которого представляет собой тонкую ме- таллическую плёнку, нанесенную на стеклянную подложку; Эталонный фотошаблон – первый фотошаблон в процессе изготовления структур, с которого обычно получают рабо- чие или первичные копии фотошаблонов; Рабочий фотошаблон – фотошаблон, применяемый в фо- толитографическом процессе при изготовлении полупровод- никовых структур контактной или проекционной печатью на полупроводниковыех пластинах, покрытых слоем фоторе- зиста; Фигура совмещения – специальный топологический рисунок в виде штриха, щели, креста и т.д. для облегчения юстиров- ки рабочего фотошаблона при его совмещении с рисунком на полупроводниковой пластине.

Содержание слайда: Генерация изображения методом микрофотонабора Генерация изображения методом микрофотонабора

Содержание слайда: Схема генератора изображения Схема генератора изображения

Содержание слайда: Работа генератора изображения Работа генератора изображения Пучок света от источника направлен сверху вниз. Установка работает с остановками стола в задан- ном положении во время экспонирования. Элементар- ные прямоугольники формируются блоком шторок, состоящим из неподвижной и подвижной шторок. Их взаимное расположение определяет размеры элемен- тарного прямоугольника. Координатный стол обеспе- чивает точное перемещение пластины с фоторезис- том по координатам X и Y. Генератор изображения может формировать до 300 тыс. экспозиций в час. Для ИС с более чем 1 млн. элементов формирование 1 стекла фотошаблона займет несколько десятков часов.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Маршруты изготовления фотошаблонов Маршруты изготовления фотошаблонов Маршрут изготовления фотошаблонов выбирают ис- ходя из степени сложности ИС. Чем короче маршрут ге- нерации и переноса изображения, тем меньше вносимых дефектов. Для ИС малой и средней степени интеграции выбира ют маршрут: 1–3–5–7–9–10–11–12–13. Это обеспечива- ет высокую производительность и низкие затраты за счёт невысокой точности и высокого уровня дефект- ности. Для ИС высокой степени интеграции требования к точности существенно возрастают. Это определяет маршрут: 1–3–4–7–8–12–13. Здесь низка производитель- ность и высоки затраты. В случае СБИС выбирают маршрут, обеспечивающий максимальную точность и минимальный уровень де- фектности не смотря на низкую производительность и очень высокие затраты: 1 – 3 – 5 – 6 – 13.

Содержание слайда: Разновидности фотошаблонов Разновидности фотошаблонов По технологии изготовления фотошаблоны де- лятся на: - металлизированные – в качестве непрозрачных участков используются пленки металла (как пра- вило, используют плёнки хрома, нанесенные ионным распылением из-за их хорошей адгезии к стеклу и высокой износостойкости); - эмульсионные – используются плёнки органи- ческих эмульсий; - транспарентные (полупрозрачные) – непрозрач- ные участки обладают селективной светонепрони- цаемостью, т.е. прозрачны для глаза оператора при λ>0,55 мкм и непрозрачны для УФ при λ=0,35 – 0,45 мкм (CdSe, Fe2O3, SiO2)

Содержание слайда: Фигуры совмещения Фигуры совмещения

Содержание слайда: Фоторезисты Фоторезисты Фоторезисты – светочувствительные по- лимерные композиции, в которых под дейст- вием света протекают необратимые хими- ческие реакции, приводящие к изменению их физических и химических свойств. Внешним проявлением действия света на фоторезис- ты – изменение характера их растворимос- ти. В негативных фоторезистах (ФН) раство- римость экспонированного участка уменьша- ется, а в позитивных фоторезистах (ФП) – возрастает.

Содержание слайда: Характеристики экспонирования резистов Характеристики экспонирования резистов

Содержание слайда: Кинетика фотохимических реакций Кинетика фотохимических реакций Особенностью фотохимических реакций явля- ется то, что фотон действует селективно, возбуждая одну молекулу и не затрагивая ос- тальные. Кинетика: - поглощение фотона молекулой; - переход молекулы в возбуждённое состоя- ние; - первичные фотохимические процессы с учас- тием активных молекул; - вторичные «темновые» процессы между мо- лекулами или комплексами, образующимися в результате первичных процессов.

Содержание слайда: Реакции, протекающие в резистах Реакции, протекающие в резистах 1. Фотолиз – возбуждение молекулы и её распад под действием света: 2. Фотоперегруппировка – перестановка атомов или радикалов в главной цепи молекулы под действием света:

Содержание слайда: Реакции, протекающие в резистах Реакции, протекающие в резистах 3. Фотоприсоединение – присоединение активиро- ванной молекулой другой молекулы или молекул. 4. Фотосенсибилизация – передача электронной энергии возбуждения от одной молекулы (или ее части) к другой молекуле (или ее части).

Содержание слайда: Требования к фоторезистам Требования к фоторезистам 1. Высокая светочувствительность в требуемом диапазо-не длин волн. 2. Высокая разрешающая способность (на современном уровне производства CБИС – до 5000 – 10000 линий/мм при толщине слоя фоторезиста до 0,1 мкм). 3. Высокая адгезия к подложке (полупроводнику, оксиду, ни- триду или металлу, другим функциональным слоям). 4. Высокая контрастность (получение резко дифференци- рованой границы между экспонированными и неэкспонирован- ными участками). 5. Высокая устойчивость в химически агрессивных средах. 6. Однородность свойств по всей поверхности слоя. 7. Стабильность свойств во времени. 8. Отсутствие загрязнений продуктами химических пре- вращений. 9. Доступность материалов, относительная простота, надежность и безопасность применения, возможность раз- личных способов нанесения и др.

Содержание слайда: Схема технологического процесса фотолитографии Схема технологического процесса фотолитографии

Содержание слайда: Обработка пластин Обработка пластин Обработка подложек производится с целью: 1. Очистки подложек от загрязнений; 2. Повышения адгезии фоторезиста. В технологии ИИЭ фотолитографии под- вергают технологические слои кремния, ди- оксида кремния, нитрида кремния, алюми- ния, фосфоросиликатного стекла.

Содержание слайда: Удаление поверхностных загрязнений Удаление поверхностных загрязнений Поверхностные загрязнения удаляют: - механическим способом с помощью кис- тей и щёток под струёй воды (ГМО) ; - ультразвуковой отмывкой; - потоком жидкости и газа; - растворением в органических раствори- телях; - обработкой в растворах ПАВ; - обработкой в неорганических кислотах.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Обработка поверхности слоёв Обработка поверхности слоёв кремния SiO2 и Si3N4 Данные слои не обладают высокой химической ак- тивностью. Как правило их обрабатывают в ПАР, на- гретом до температуры 60 – 80 °С. Часто в ПАР добавляют триаммонийную соль окси- этилидендифосфоновой кислоты (ТАСОЭДФ) для ста- билизации перекиси водорода и смачивания поверхнос- ти. Иногда в состав ПАР вводят хлористый аммоний для улучшения сорбционной способности по отноше- нию к тяжёлым металлам, а также комплексообра- зователи для щелочных металлов. В МОП - технологии перед обработкой диффузион- ных слоёв в ПАР, как правило, проводят обработку в смеси КАРО с целью уменьшения плотности заряда в окисле.

Содержание слайда: Обработка поверхности металла Обработка поверхности металла В технологии ИС для металлизированной разводки, как правило, используют алюминий и его сплавы с кремнием (до 5 %), которые обладают высокой хими- ческой активностью. Поверхность алюминия обрабатывают в органичес- ких растворителях (диметилформамиде (ДМФ), изо- пропиловом спирте). Для удаления механических за- грязнений используют также ДМФ в сочетании с уль- тразвуковой обработкой. Также для очистки алюминиевой поверхности ис- пользуют обработку в очищающем растворе, состоя- щем из перекиси водорода (200 мл), воды (800 мл), сма- чивателя (0,2 г/л), ТАСОЭДФ (4 г/л), при температуре 60 – 70 °С в течение 10 – 12 мин.

Содержание слайда: Обработка поверхности Обработка поверхности фосфоросиликатного стекла ФСС также обладает высокой химической активностью, особенно к щелочным средам. Скорость травления ФСС в ПАР при темпе- ратуре 75 °С составляет 0,1 – 0,3 мкм/мин. Поэтому поверхность слоёв ФСС обрабаты- вают на установках ГМО или в смесях КАРО при температуре 120 – 170 °С в течение 1 – 5 минут с последующей промывкой в деионизо- ванной воде.

Содержание слайда: Адгезия для фотолитографических процессов Адгезия для фотолитографических процессов Адгезия – способность фоторезиста препят- ствовать проникновению травителя к подлож- ке по периметру создаваемого рельефа рисунка элементов. Критерием адгезии является время, отрыва слоя фоторезиста заданных размеров от под- ложки в ламинарном потоке травителя. Адге- зию считают хорошей, если слой фоторезиста 20 × 20 мкм отрывается за 20 мин. Для обеспечения адгезии необходимо чтобы поверхность подложки была гидрофильна по отношению к фоторезисту и гидрофобна к тра- вителю.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Обработка, повышающая адгезию фоторезиста Обработка, повышающая адгезию фоторезиста Сразу после термического окисления плёнка SiO2 гид- рофобна. Через некоторое время на ней адсорбиру- ются молекулы воды из атмосферы и она становит- ся гидрофильной. Образовавшаяся плёнка воды пре- пятствует адгезии фоторезиста к поверхности слоя SiO2 . Для улучшения адгезии подложки перед нанесением фоторезиста отжигают при температуре 700 – 800 °С в сухом инертном газе. Подложки с плёнками ФСС обрабатывают при температуре 100 – 500 °С в су- хом инертном газе в течение 1 часа. Для удаления влаги с поверхности применяют так- же обработку в гексаметилдесилазане (ГМДС).

Содержание слайда: Нанесение фоторезиста Нанесение фоторезиста Операция представляет собой процесс создания на поверхности подложки однородного слоя толщиной 1 – 3 мкм. Наибольшее распространение в промышленности получил способ нанесения фоторезиста центрифуги- рованием. При включении центрифуги фоторезист растекается по поверхности подложки под действи- ем центробежной силы. Слой фоторезиста толщи- ной h на границе с подложкой формируется за счет уравновешивания этой силы и силы сопротивления, зависящей от когезии молекул фоторезиста: где А- коэффициент пропорциональности, ν – вяз- кость, ω - частота вращения.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Сушка фоторезиста Сушка фоторезиста Способствует окончательному формированию струк- туры слоя фоторезиста. В процессе сушки из фоторе- зиста удаляется растворитель и происходят сложные релаксационные процессы, уплотняющие молекулярную структуру слоя, уменьшающие внутренние напряжения и повышающие его адгезию к подложке. Основными режимами сушки являются: - температура сушки (90 – 120 °С); - время сушки (10 – 30 мин.); - скорость подъёма и спада температуры. По способу подвода тепла различают 3 вида сушки: - конвективная сушка (в термостате); - ИК – сушка; - СВЧ – сушка.

Содержание слайда: Методы совмещения и экспонирования Методы совмещения и экспонирования

Содержание слайда: Контактная фотолитография схема совмещения Контактная фотолитография схема совмещения

Содержание слайда: Контактная фотолитография схема экспонирования Контактная фотолитография схема экспонирования

Содержание слайда: Фотолитография на микрозазоре Фотолитография на микрозазоре

Содержание слайда: Схема проекционного экспонирования со сканированием Схема проекционного экспонирования со сканированием

Содержание слайда: Проекционная фотолитография без изменения масштаба Проекционная фотолитография без изменения масштаба

Содержание слайда: Схема пошаговой мультипликации с уменьшением масштаба Схема пошаговой мультипликации с уменьшением масштаба

Содержание слайда: Проявление фоторезиста Проявление фоторезиста

Содержание слайда:

Содержание слайда: Задубливание Задубливание Проводят при более высокой температуре, чем сушка. Задубливание обеспечивает: - повышение стойкости маски ФР к действию травителей; - повышает адгезию маски ФР к подложке. При задубливании в результате воздействия температуры происходит окончательная поли- меризация фоторезиста, а также затягивание (залечивание) мелких пор, отверстий и несквоз- ных дефектов.

Содержание слайда: Пути повышения разрешающей способности фотолитографии Пути повышения разрешающей способности фотолитографии Минимальные размеры элементов современных ИИЭ составляют 32 – 65 нм. При этом основным методом формирования то- пологического рисунка на данном этапе остаётся проекционная фотолитография путем пошаговой мультипликации .

Содержание слайда: Эволюция источников УФ излучения Эволюция источников УФ излучения

Содержание слайда: Фотолитография с фазосдвигающей маской Фотолитография с фазосдвигающей маской

Содержание слайда: Схема иммерсионной фотолитографии Схема иммерсионной фотолитографии

Содержание слайда: Схема фотолитографии на сверхжёстком УФ Схема фотолитографии на сверхжёстком УФ