Литография и контактная фотолитография. Позитивные и негативные фоторезисторы (стр. 2 из 2)
Многие полимерные вещества, из которых изготовляю: фоторезисты, содержат функциональные группы, поглощающие свет в ультрафиолетовой области спектра. Собственная светочувствительность полимера при введении в него специальные добавок — стабилизаторов и сенсибилизаторов* может изменяться в широких пределах. Одна и та же добавка для различных полимеров может служить и стабилизатором и сенсибилизатором. Объясняется это тем, что эффект действия добавок определяется не только их химическим составом, но и энергетическим взаимодействием с исходным полимером.
В зависимости от характера протекающих в фоторезисте фотохимических реакций определяется и тин фоторезиста — позитивный или негативный.
Негативные фоторезисты под действием актиничного излучения образуют защищенные участки рельефа. После термообработки - задубливания - в результате реакции фотополимеризации освещенные при экспонировании участки не растворяются в проявителе и остаются на поверхности подложки. При этом рельеф представляет собой негативное изображение элементов фотошаблона.
В качестве негативных фоторезистов применяют составы на основе сложного эфира поливинилового спирта
и коричной кислоты С6Н5—СН = СН—СООН . Эти составы называют поливинилциннаматами (ПВЦ) и их формула имеет вид R1 — [O — R2]n , где R1 — макромолекула поливинилового спирта, содержащая большое количество атомов; R2 - светочувствительные циннамоильные группы, представляющие собой продукты коричной кислоты.
Молекулы ПВЦ представляют собой длинные спирали, состоящие из десятков тысяч атомов (молекулярная масса до 200 тыс. ед.). При поглощении фотонов ультрафиолетового излучения в результате фотохимической реакции фотополимеризации происходит разрыв слабой двойной связи — С = С -циннамоильной группы и образовавшиеся свободные связи сшивают молекулы полимера в химически стойкую трехмерную структуру.
В зависимости от способов получения и свойств исходных продуктов фоторезисты на основе ПВЦ могут обладать различными характеристиками по светочувствительности, разрешающей способности, кислотостойкое и др.
Фоторезисты на основе ПВЦ представляют собой белый порошок, растворяющийся в органических растворителях (смесях толуола с хлорбензолом, ацетата этиленгликоля с метаксилолом и др.). Проявителями для этих фоторезистов служит трихлорэтилен или его смесь с изопропиловым спиртом. Время проявления 0,5 — 1 мин. Фоторезисты на основе ПВЦ имеют удовлетворительную кислотостойкость: они не выдерживают воздействия концентрированной плавиковой кислоты, но устойчивы к травителям с небольшим ее содержанием.
Повышенной кислотостойкостью обладают негативные фоторезисты на основе изопропилового каучука, циклокаучука и других каучуков с различными добавками. Так как сами каучуки не являются светочувствительными веществами, в состав фоторезистов вводят светочувствительные диазосоединения — сенсибилизаторы. Под действием света молекула диазосоединения разлагается с потерей молекулы азота, образуя новые вещества — нитрены, которые вступают в реакцию с макромолекулами каучука. В результате образуется стойкая трехмерная структура. Растворителем для таких фоторезистов служит смесь ксилола с толуолом, а в качестве проявителей используются составы на основе ксилола^ толуола, уайт-спирита.
Примерами негативных фоторезистов являются ФН-11, ФН-11К, ФН-4ТВ, ФН-ЗТ и ФН-106.
Негативные фоторезисты чувствительны к ультрафиолетовому излучению в диапазоне длин волн 260 - 320 нм. При добавлении стабилизаторов светочувствительность увеличивается в 100 — 300 раз. Разрешающая способность негативных фоторезистов 100 — 300 лин/мм при толщине слоя от 0,3 до 0,5 мкм. Современные негативные фоторезисты обеспечивают формирование микроизображений с шириной линий 2 —■ 3 мкм.
Позитивные фоторезисты, наоборот, передают один к одному рисунок фотошаблона, т.е. рельеф повторяет конфигурацию его непрозрачных элементов. Актиничное излучение так изменяет свойства позитивного фоторезиста, что при обработке в проявителе экспонированные участки слоя разрушаются и вымываются. В позитивных фоторезистах при освещении происходит распад молекул полимера и уменьшается их химическая стойкость.
В качестве позитивных фоторезистов используют смеси сульфоэфиров нафтохинондиазидов (НХД) с фенолформаль-дегидными смолами (новолачными или резольными) в органических растворителях. Светочувствительной основой такого фоторезиста является НХД, а смола играет роль кислотостойкого полимера. При экспонировании в результате фотохимических реакций фотолиза гидрофобные производные НХД разрушаются и становятся гидрофильными, приобретая способность растворяться в слабых водных растворах щелочей, которые и являются проявителем для позитивных фоторезистов.
Позитивные фоторезисты и режимы их обработки Та б л и ц а 1.
| Марка | Область применения | Растворитель | Режим нанесения, об/мин | Толщина слоя, мкм | Режим сушки, С | Проявитель |
| ФП-383 | Производство приборов, ИМС и полупроводниковых печатных плат с использованием контактного экспонирования и плазмохимического травления | Диоксан | 2500-3000 | 0,9-1,1 | 95-105 | 2%-ный Na3PO4 |
| ФП-РН-7 | То же | ДМФА, МЦА | 2500-3000 | 0,7-1,1 | 95-105 | 0,5%-ный КОН |
| ФП-РН-27В | То же | ДМФА, МЦА | 2500-3000 | 1,1-1,4 | 95-105 | 0,6%-ный КОН |
| ФП-051Ш | Производство фотошаблонов контактной фотолитографией | МЦА | 2000-2500 | 0,8-1,0 | 90-95 | 0,6%-ный КОН |
| ФП-051Т | Фотолитография при изготовлении БИС и СБИС с использованием контактного экспонирования, жидкостного и плазмохимического травления | МЦА | 2000-2500 | 1,0-1,5 | 95-105 | 0,6%-ный КОН |
| ФП-051К | То же | ЭЦА, ДМФА | 2500-3000 | 2,1-2,5 | 95-105 | 0,6%-ный КОН |
| ФП-051 МК | Прецизионная фотолитография при изготовлении БИС и СБИС с использованием проекционного экспонирования | ЭЦА, диглим | 3500-4000 | 1,6-1,8 | 100-110 | 0,6%-ный КОНПП-051 К |
| ФП-25 | Изготовление масок | Диоксан | 1500-2000 | 6,0-8,0 | 90-100 | 0,5%-ный КОН |
Растворителями позитивных фоторезистов являются спирты, кетоны, ароматические углеводороды, диоксан, ксилол или их смеси.
Позитивные фоторезисты на основе НХД чувствительны к ультрафиолетовому излучению в диапазоне длин волн 250 — 450 нм. Разрешающая способность их выше, чем негативных фоторезистов (500 — 600 лин/мм при толщине слоя 1 мкм), что позволяет формировать микроизображения с шириной линий 1—2 мкм. Позитивные фоторезисты обладают высокой кислотостойкостыо; выдерживают действие концентрированных плавиковой и азотной кислот.
Основные позитивные фоторезисты и режимы их обработки приведены в таблице 1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. Учебник для ВУЗов - М; Радио и связь, 2007 - 464 с: ил.
2. Технология СБИС. В 2 кн. Пер. с англ./Под ред. С.Зи,- М.: Мир, 2006.-786 с.
3. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. - М.: Радио и связь, 2001.-528 с.
4. Достанко А.П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Пленочные токопроводящие системы СБИС.-Мн.: Выш.шк., 2000.-238 с.