Подготовка подложек к нанесению фоторезиста, нанесение и сушка фоторезиста

Обработка подложек производится с целью:

1. Очистки подложек от загрязнений;

2. Повышения адгезии фоторезиста.

В технологии ИИЭ фотолитографии подвергают технологические слои кремния, диоксида кремния, нитрида кремния, алюминия, фосфоросиликатного стекла.

Поверхностные загрязнения удаляют:

- механическим способом с помощью кистей и щёток под струёй воды (ГМО) - ультразвуковой отмывкой;

- потоком жидкости и газа;

-растворением в органических растворителях;

- обработкой в растворах ПАВ;

-обработкой в неорганических кислотах.

Обработка поверхности слоёв кремния SiO₂ и Si₃N₄:

Данные слои не обладают высокой химической активностью. Как правило их обрабатывают в ПАР, нагретом до температуры 60 – 80 °С.

Часто в ПАР добавляют триаммонийную соль оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ТАСОЭДФ) для стабилизации перекиси водорода и смачивания поверхности.

Иногда в состав ПАР вводят хлористый аммоний для улучшения сорбционной способности по отношению к тяжёлым металлам, а также комплексообразователи для щелочных металлов.

В МОП - технологии перед обработкой диффузионных слоёв в ПАР, как правило, проводят обработку в смеси КАРО с целью уменьшения плотности заряда в окисле.

Обработка поверхности металла

В технологии ИС для металлизированной разводки, как правило, используют алюминий и его сплавы с кремнием (до 5 %), которые обладают высокой химической активностью.

Поверхность алюминия обрабатывают в органических растворителях (диметилформамиде (ДМФ), изопропиловом спирте). Для удаления механических загрязнений используют также ДМФ в сочетании с ультразвуковой обработкой.

Также для очистки алюминиевой поверхности используют обработку в очищающем растворе, состоящем из перекиси водорода (200 мл), воды (800 мл), смачивателя (0,2 г/л), ТАСОЭДФ (4 г/л), при температуре 60 – 70 °С в течение 10 – 12 мин.

Обработка поверхности фосфоросиликатного стекла:

ФСС также обладает высокой химической активностью, особенно к щелочным средам.

Скорость травления ФСС в ПАР при температуре 75 °С составляет 0,1 – 0,3 мкм/мин.

Поэтому поверхность слоёв ФСС обрабатывают на установках ГМО или в смесях КАРО при температуре 120 – 170 °С в течение 1 – 5 минут с последующей промывкой в деионизованной воде.

Адгезия для фотолитографических процессов

Адгезия – способность 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 травителя. Адгезию 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 травителю.

Обработка, повышающая адгезию фоторезиста

Сразу после термического окисления плёнка SiO₂ гидрофобна. Через некоторое время на ней адсорбируются молекулы воды из атмосферы и она становится гидрофильной. Образовавшаяся плёнка воды препятствует 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 сухом инертном газе в течение 1 часа.

Для удаления влаги с поверхности применяют также обработку в гексаметилдесилазане (ГМДС).

Нанесение фоторезиста

Операция представляет собой процесс создания на поверхности подложки однородного слоя толщиной 1 – 3 мкм.

Наибольшее распространение в промышленности получил способ нанесения фоторезиста центрифугированием. При включении центрифуги фоторезист растекается по поверхности подложки под действием центробежной силы. Слой фоторезиста толщиной h на границе с подложкой формируется за счет уравновешивания этой силы и силы сопротивления, зависящей от когезии молекул фоторезиста:

где А- коэффициент пропорциональности, ν – вязкость, ω - частота вращения.

Сушка фоторезиста

Способствует окончательному формированию структуры слоя фоторезиста. В процессе сушки из фоторезиста 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.

26. Совмещение и экспонирование подложек. Контактная и проекционная фотолитография

Проявление фоторезиста

Служит для окончательного формирования изображения схемы в плёнке фоторезиста. При этом в зависимости от типа фоторезиста удаляются экспонированные или неэкспонированные участки. В результате на подложке остаётся защитная маска требуемой конфигурации.

Проявители для негативных фоторезистов – органические растворители: толуол, бензол, уайтспирит, трихлорэтилен, хлорбензол и др.

Проявители для позитивных фоторезистов – слабые водные и глицериновые растворы щелочей: 0,3 – 0,6 % раствор КОН, 1 -2 % раствор тринатрийфосфата.

Методы проявления фоторезиста: пульверизация, окунание подложки, полив подложки.

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 полимеризация фоторезиста, а также затягивание (залечивание) мелких пор, отверстий и несквозных дефектов.