Im Herstellungsprozess von integrierten Schaltkreisen gibt es einen wichtigen Zusammenhang——LithografieGenau deshalb können wir Funktionen auf winzigen Chips realisieren. Die moderne Gravurtechnik lässt sich 190 Jahre zurückverfolgen. 1822 begann der Franzose Nicéphore Niépce nach Experimenten mit Licht auf verschiedenen Materialien, eine auf Ölpapier geätzte Abbildung (Vorlage) zu kopieren. Er legte das Ölpapier auf einen Glasobjektträger, der mit in Pflanzenöl gelöstem Asphalt bestrichen wurde. Nach zwei bis drei Stunden Sonneneinstrahlung war der Asphalt im lichtdurchlässigen Bereich deutlich ausgehärtet, während der Asphalt im undurchsichtigen Bereich noch weich war und sich mit einer Mischung aus Kolophonium und Pflanzenöl abwaschen ließ. Durch Ätzen einer Glasplatte mit starker Säure fertigte Niépce 1827 eine Replik der Gravur von Bischof d’Amboise an.

Mehr als 100 Jahre nach Niépces Erfindung wurde das Verfahren im Zweiten Weltkrieg erstmals zur Herstellung von Leiterplatten eingesetzt, also zur Übertragung von Kupferleiterbahnen auf Kunststoffplatten. Ab 1961 wurden mit Fotolithografie zahlreiche winzige Transistoren auf Silizium mit einer damaligen Auflösung von 5 µm gefertigt. Heute stehen neben der Lithografie mit sichtbarem Licht auch hochauflösende Verfahren wie Röntgenlithografie und das Ritzen mit geladenen Teilchen zur Verfügung.

Die sogenannte Fotolithografie ist laut Wikipedia ein wichtiger Schritt im Herstellungsprozess von Halbleiterbauelementen. Dabei werden durch Belichtung und Entwicklung geometrische Strukturen auf der Fotolackschicht erzeugt und anschließend das Muster der Fotomaske mittels Ätzung auf das Substrat übertragen. Als Substrat dienen nicht nur Siliziumwafer, sondern auch andere Metall- und dielektrische Schichten wie beispielsweise Glas und Saphir in SOS-Technologie.

photolithographischeGrundprinzipienEs nutzt die Eigenschaften von Fotolack, um durch eine photochemische Reaktion nach der Belichtung Korrosionsbeständigkeit zu erzeugen, und das Muster auf der Maske wird in die zu bearbeitende Oberfläche geätzt.

Lithographieprinzip Absicht

Die Lithografie ist kein einfacher Prozess, sie umfasst viele Schritte:

Photolithographie-Prozess

Lassen Sie uns den Photolithographieprozess im Detail vorstellen:

1.Wafer Clean

Ziel der Reinigung von Siliziumwafern ist es, Verunreinigungen und Partikel zu entfernen, Poren und andere Defekte zu reduzieren und die Haftung des Fotolacks zu verbessern.

Grundlagen:Chemische Reinigung – Spülen – Trocknen.

Nachdem Siliziumwafer verschiedene Bearbeitungsprozesse durchlaufen haben, sind ihre Oberflächen stark verunreinigt. Im Allgemeinen lässt sich die Verunreinigung auf der Oberfläche von Siliziumwafern grob in drei Kategorien einteilen:

A. Verunreinigung durch organische Verunreinigungen:Es kann durch Auflösung organischer Reagenzien und Ultraschallreinigung entfernt werden.

Löschen.

B. Partikelverunreinigung:Zur Entfernung von Partikeln mit einer Partikelgröße ≥ 0.4 μm können physikalische Methoden wie mechanisches Schrubben oder Ultraschallreinigungstechnologie eingesetzt werden, und zur Entfernung von Partikeln ≥ 0.2 μm können Megaschallwellen verwendet werden.

C. Metallionenverunreinigung:Zur Entfernung der Verunreinigungen müssen chemische Verfahren eingesetzt werden. Es gibt zwei Hauptkategorien von Metallverunreinigungen auf der Oberfläche von Siliziumwafern:

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a. Eine Möglichkeit besteht darin, dass Verunreinigungen in Form von Ionen oder Atomen dispergiert und durch Adsorption an der Oberfläche des Siliziumwafers anhaften.

b. Bei der anderen Methode nehmen positiv geladene Metallionen Elektronen auf und lagern sich dann (wie z. B. durch „Galvanisieren“) an die Oberfläche des Siliziumwafers an.

polierter SiliziumwaferZiel der chemischen Reinigung ist es, diese Verunreinigung zu entfernen.Im Allgemeinen können zur Reinigung und Entfernung von Verunreinigungen die folgenden Methoden angewendet werden.

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a. Verwenden Sie ein starkes Oxidationsmittel, um die an der Siliziumoberfläche haftenden Metallionen "galvanisch" abzuscheiden, zu Metall zu oxidieren, in der Reinigungslösung aufzulösen oder auf der Siliziumwaferoberfläche zu adsorbieren. 

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b. Verwenden Sie harmlose, kleine, stark positive Ionen (wie z. B. H+), um die auf der Oberfläche des Siliziumwafers adsorbierten Metallionen zu ersetzen und sie in der Reinigungslösung aufzulösen.

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c. Verwenden Sie eine große Menge deionisiertes Wasser für die Ultraschallreinigung, um Metallionen in der Lösung zu eliminieren.

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Seit der Einführung des 1970 vom amerikanischen RCA-Labor vorgeschlagenen RCA-Reinigungsverfahrens mittels Tauchverfahren hat sich dieses weit verbreitet. 1978 führte das RCA-Labor zudem das Megaschall-Reinigungsverfahren ein. In den letzten Jahren wurden verschiedene Reinigungstechnologien auf Basis der RCA-Reinigungstheorie kontinuierlich weiterentwickelt. Beispiele hierfür sind: die zentrifugale Sprühreinigungstechnologie der amerikanischen Firma FSI, die Full-Flow-System-Reinigungstechnologie mit geschlossenem Überlauf der amerikanischen Firma CFM, eine chemische Reinigungstechnologie zwischen Tauch- und geschlossenem Verfahren (z. B. das Goldfinger Mach2-Reinigungssystem) der amerikanischen Firma VERTEQ, die doppelseitige Sassafras-Reinigungstechnologie der amerikanischen Firma SSEC (z. B. das M3304 DSS-Reinigungssystem), die chemikalienfreie dielektrische Reinigung mit ionisiertem Wasser aus Japan (Reinigung mit dielektrischem Reinstwasser), die die Oberflächenreinigung polierter Wafer revolutioniert hat, sowie die HF/O₃-basierte chemische Reinigung von Siliziumwafern.

2.Vorbacken und Primer-Dampf 

Da Fotolack Lösungsmittel enthält, muss der mit Fotolack beschichtete Siliziumwafer …Etwa 80 GradDurch Dehydratisierungsbacken von Siliziumwafern kann Feuchtigkeit von der Waferoberfläche entfernt und die Haftung zwischen Fotolack und Oberfläche verbessert werden, üblicherweise bei etwa 100 °C. Dies geschieht in Verbindung mit dem Auftragen eines Primers.

Eine Grundierung verbessert die Haftung zwischen Fotolack (PR) und Waferoberfläche. Häufig verwendete Grundierungen sind: Hexamethyldisilamin (HMDS), HMDS-Dampfbeschichtung vor dem Fotolack-Schleudern und Kühlung der Wafer mit Kühlplatten vor der Fotolackbeschichtung.

Vorbacken und Grundierungsdampfapplikation

3.Fotolackbeschichtung

Die üblichen Schritte für die Fotolackbeschichtung umfassen eine Nassoxidation bei 900–1100 °C vor dem eigentlichen Fotolackauftrag. Die Oxidschicht kann als Maske für das Nassätzen oder die Bor-Implantation dienen. Im ersten Schritt des Fotolithografieprozesses wird eine dünne Schicht eines UV-empfindlichen organischen Polymers, des sogenannten Fotolacks, auf die Probenoberfläche (SiO₂) aufgetragen. Dazu wird der Fotolack aus dem Behälter entnommen und auf die Oberfläche der Probe getropft, die sich in der Klebeauftragsanlage befindet (die Probe wird mittels Unterdruck auf dem Probentisch fixiert). Anschließend wird die Probe mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Die Drehzahl hängt von der Viskosität des Klebstoffs und der gewünschten Schichtdicke ab. Bei diesen hohen Drehzahlen fließt der Klebstoff unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft zu den Rändern.

KlebevorgangDies ist der erste und wichtigste Schritt im Grafikkonvertierungsprozess. Die Qualität des Klebstoffs beeinflusst direkt die Defektdichte des bearbeiteten Bauteils. Um die Reproduzierbarkeit der Linienbreite und die anschließende Entwicklungszeit zu gewährleisten, sollte die Gleichmäßigkeit der Klebstoffdicke innerhalb derselben Probe sowie die Konsistenz der Klebstoffdicke zwischen verschiedenen Proben ±5 nm nicht überschreiten (bei einer Klebstoffdicke von 1.5 µm entspricht dies ±0.3 %).

Die Bestimmung der Zieldicke des Fotolacks hängt hauptsächlich von den chemischen Eigenschaften des Lacks selbst sowie der Feinheit der Linien und Spalten im zu kopierenden Muster ab. Zu dicker Lack führt zu Randabdeckung oder -durchgängigkeit, einem unebenen oder flächenhaften Erscheinungsbild und einer geringeren Ausbeute. In der MEMS-Technologie liegt die Lackdicke (nach dem Aushärten) zwischen 0.5 und 2 µm, für die Fertigung spezieller Mikrostrukturen werden jedoch mitunter Lackdicken in der Größenordnung von 1 cm angestrebt. In letzterem Fall wird das Spin-Coating durch Verfahren wie Gießkleber oder Plasmapolymerisation ersetzt. Die Optimierung des konventionellen Fotolackbeschichtungsprozesses erfordert die Berücksichtigung von Lacktropfgeschwindigkeit, Lacktropfmenge, Rotationsgeschwindigkeit, Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit. Die Stabilität dieser Faktoren ist von entscheidender Bedeutung.

Die Hauptbestandteile von Fotolack sind ein Polymer (Harz), ein Sensibilisator und ein Lösungsmittel. Die Struktur des Polymers verändert sich unter Lichteinwirkung. Das Lösungsmittel ermöglicht dessen Ablösung, wodurch sich ein dünner Film auf der Probenoberfläche bildet. Der Sensibilisator steuert die chemische Reaktion der Polymerphase. Fotolacke ohne Sensibilisator werden als Einkomponentensysteme bezeichnet, solche mit Sensibilisator als Binärsysteme. Lösungsmittel und andere Additive werden üblicherweise nicht in die Berechnung einbezogen, da sie nicht direkt an der photochemischen Reaktion des Fotolacks beteiligt sind.

Je nach ihren unterschiedlichen Eigenschaften lassen sich Fotolacke unterteilen in:Positiver KlebstoffundNegativer Klebstoff.      

In den Anfängen der Prozessentwicklung dominierte der Negativkleber den Fotolithografieprozess. Mit dem Aufkommen von VLSI-ICs und Strukturgrößen von 2–5 Mikrometern genügte der Negativkleber den Anforderungen nicht mehr. Daraufhin wurde der Positivkleber entwickelt, dessen Nachteil jedoch in seiner geringen Haftfähigkeit liegt.

Die Verwendung von Positivkleber erfordert eine Änderung der Maskenpolarität, was nicht mit einer einfachen Musterumkehrung vergleichbar ist. Da die Maske mit zwei verschiedenen Fotolacken kombiniert wird, unterscheiden sich die mittels Fotolithografie auf der Waferoberfläche erzeugten Mustergrößen. Aufgrund der Lichtbeugung um das Muster herum ist die durch die Kombination von Negativmaske und Hellfeldmaske auf der Fotolackschicht erzeugte Mustergröße kleiner als die Mustergröße auf der Maske allein. Die Verwendung einer Kombination aus Positivlack und Dunkelfeldmaske vergrößert die Mustergröße auf der Fotolackschicht.

Fotolackbeschichtung

4.Soft Bake

Nach dem Auftragen des Fotolacks ist ein schonender Trocknungsprozess erforderlich. Dieser Schritt wird auch Vorbacken genannt. Durch das Vorbacken verdunstet das Lösungsmittel im Fotolack, wodurch die Lackschicht dünner wird.

Bei flüssigem Fotolack machen die Lösungsmittelkomponenten 65–85 % aus. Obwohl der Fotolack nach dem Entfernen des Klebstoffs zu einem festen Film erstarrt ist, enthält er noch 10–30 % Lösungsmittel, das leicht durch Staub verunreinigt wird. Durch Einbrennen bei höherer Temperatur kann das Lösungsmittel aus dem Fotolack verdampft werden (der Lösungsmittelgehalt reduziert sich nach dem Einbrennen auf etwa 5 %), wodurch die Staubkontamination verringert wird. Gleichzeitig kann dieser Schritt auch die durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit verursachte Spannung im Film reduzieren und somit die Haftung auf dem Fotolacksubstrat verbessern.

Während des Vorbackprozesses verringert sich die Dicke des Fotolacks aufgrund der Verdunstung des Lösungsmittels. Im Allgemeinen beträgt die Dicke des Fotolacks etwa 10–20 %.

Backsysteme

5.Ausrichtung

Die Ausrichtungstechnologie in der Fotolithografie ist ein wichtiger Schritt vor der Belichtung. Als eine der drei Kerntechnologien der Fotolithografie muss die Ausrichtungsgenauigkeit im Allgemeinen 1/7 bis 1/10 der kleinsten Linienbreite betragen. Mit steigender Auflösung der Fotolithografie steigen auch die Anforderungen an die Ausrichtungsgenauigkeit. Beispielsweise beträgt die erforderliche Ausrichtungsgenauigkeit bei einer Linienbreite von 45 µm etwa 5 µm.

Angetrieben durch die verbesserte Auflösung in der Lithografie hat sich auch die Ausrichtungstechnologie rasant und vielfältig weiterentwickelt. Hinsichtlich der Ausrichtungsprinzipien und der Klassifizierung von Markierungsstrukturen hat sie sich von frühen geometrischen Bildausrichtungsverfahren in der Projektionslithografie, wie der Ausrichtung mittels Videobild und Binokularmikroskop, zu späteren Verfahren wie der Zonenplattenausrichtung, der Interferenzintensitätsausrichtung, der Laser-Heterodyn-Interferenzausrichtung und der Moiré-Streifenausrichtung entwickelt. Bezüglich der Ausrichtungssignale lassen sich im Wesentlichen die Ausrichtung mittels markierter mikroskopischer Bilder, die Ausrichtung basierend auf Lichtintensitätsinformationen und die Ausrichtung basierend auf Phaseninformationen unterscheiden.

Die Ausrichtungsregel für die erste Fotolithografie lautet: Die Y-Achse der Maske wird, wie in der Abbildung dargestellt, im 90°-Winkel zur flachen Kante des Wafers ausgerichtet. Alle nachfolgenden Masken werden mithilfe von Ausrichtungsmarken an der zuvor strukturierten Maske ausgerichtet. Die Ausrichtungsmarke ist ein spezielles Muster (siehe Abbildung), das am Rand jedes Chipmusters verteilt ist. Nach dem Fotolithografieprozess bleiben die Ausrichtungsmarken dauerhaft auf der Chipoberfläche erhalten und können für die nächste Ausrichtung verwendet werden.

Ausrichtungsmethode umfasst:

a. Vorjustierung, automatische Laserjustierung durch Kerbe oder ebene Fläche auf dem Siliziumwafer

b. Mithilfe der Ausrichtungsmarke in der Schneidnut. Zusätzlich gewährleistet die Ausrichtung zwischen den Schichten, d. h. die Überlagerungsgenauigkeit, die Ausrichtung der Grafiken auf den bereits vorhandenen Grafiken auf dem Siliziumwafer.

6.Belichtung

In diesem Schritt wird der das Substrat bedeckende Fotolack selektiv mit Licht einer bestimmten Wellenlänge belichtet. Der Photosensibilisator im Fotolack reagiert photochemisch, wodurch sich die chemische Zusammensetzung sowohl im belichteten Bereich (lichtempfindlicher Bereich) als auch im unbelichteten Bereich (nicht-lichtempfindlicher Bereich) verändert. Diese Bereiche mit veränderter chemischer Zusammensetzung können im nächsten Schritt in einem speziellen Entwickler gelöst werden.

Nach der Belichtung reagiert der lichtempfindliche Wirkstoff DQ im Positiv-Fotolack photochemisch und wandelt sich in Keten um, welches anschließend zu Indencarbonsäure (CA) hydrolysiert wird. Die Löslichkeit der Carbonsäure in alkalischen Lösungsmitteln ist etwa 100-mal höher als die des nicht-lichtempfindlichen Teils des Fotolacks. Die entstehende Carbonsäure fördert zudem die Auflösung des Phenolharzes. Durch die Nutzung der unterschiedlichen Löslichkeiten lichtempfindlicher und nicht-lichtempfindlicher Fotolacke in alkalischen Lösungsmitteln lässt sich das Maskenmuster übertragen.

Belichtungsmethode umfasst:

a. Bei der Kontaktdruckmaske (Contact Printing) befindet sich die Maske in direktem Kontakt mit der Fotolackschicht.

b. Proximity Printing: Die Maskenplatte und die Fotolackschicht sind leicht voneinander getrennt, etwa 10 bis 50 μm.

c. Projektionsdruck. Zwischen Maske und Fotolack wird eine Linse verwendet, um das Licht zu bündeln und so die Belichtung zu erzielen.

d. Stepper

Ich möchte hier etwas Besonderes sagen.ProjektionsbelichtungKlassifizierung:

Die beiden wichtigsten Parameter bei der Exposition sind:

1. Expositionsenergie (Energie)

2.Fokus

Sind Energie und Brennweite nicht korrekt eingestellt, lassen sich keine Grafiken mit der erforderlichen Auflösung und Größe erzeugen. Dies deutet darauf hin, dass die wichtigsten Abmessungen der Grafik den erforderlichen Bereich überschreiten.

7.entwicklung

Durch Zugabe des Entwicklers nach der Belichtung lösen sich die lichtempfindlichen Bereiche des Positiv-Fotolacks und die nicht lichtempfindlichen Bereiche des Negativ-Fotolacks im Entwickler auf. Anschließend wird das Muster in der Fotolackschicht sichtbar. Um die Auflösung zu verbessern, wird für nahezu jeden Fotolack ein spezieller Entwickler benötigt, der hochwertige Entwicklungsergebnisse gewährleistet.

Der Entwicklungsprozess wandelt das während der Belichtung entstandene rezessive Muster in ein dominantes Muster mit und ohne Fotolack um, das als Maske für den nächsten Verarbeitungsschritt dient. Bei der Entwicklung findet eine selektive Auflösung statt, wobei das Verhältnis der Auflösungsgeschwindigkeit (DR) zwischen belichteter und unbelichteter Fläche von entscheidender Bedeutung ist. Kommerzieller Positivfilm weist ein DR-Verhältnis von über 1000, eine Auflösungsgeschwindigkeit von 3000 nm/min in der belichteten Fläche und nur wenige nm/min in der unbelichteten Fläche auf.

Derzeit werden zwei Methoden entwickelt, eine davon istNassentwicklung, das in der IC- und Mikrobearbeitung weit verbreitet ist, das andere istTrockenentwicklung.

a. Entwicklung von Siliziumwafern im Ganzen durch Immersion (Batch-Entwicklung).

Nachteile: hoher Verbrauch der Bauträger; mangelnde Einheitlichkeit der Bebauung;

b. Kontinuierliche Sprühentwicklung/Autorotationsentwicklung. Eine oder mehrere Düsen sprühen Entwicklerlösung auf die Oberfläche des Siliziumwafers, während dieser mit niedriger Drehzahl (100 bis 500 U/min) rotiert. Sprühmuster und Waferrotationsgeschwindigkeit sind entscheidende Parameter für die Reproduzierbarkeit der Auflösungsrate und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung von Wafer zu Wafer.

c. Entwicklung in Pfützenform. Sprühen Sie ausreichend Entwickler (aber nicht zu viel, um die Feuchtigkeit auf der Rückseite zu minimieren) auf die Waferoberfläche, sodass eine Pfützenform entsteht (halten Sie den Entwicklerfluss gering, um Schwankungen der Entwicklungsrate am Rand zu reduzieren). Der Siliziumwafer wird fixiert oder langsam gedreht. Im Allgemeinen werden mehrere Schleuderbeschichtungen mit Entwickler durchgeführt: erstes Auftragen, 10 bis 30 Sekunden einwirken lassen und entfernen; zweites Auftragen, einwirken lassen und entfernen. Anschließend mit deionisiertem Wasser spülen (um alle Chemikalien von beiden Seiten des Wafers zu entfernen) und schleudern. Vorteile: geringere Entwicklermenge; gleichmäßige Entwicklung des Siliziumwafers; minimierter Temperaturgradient.

Entwickler:

a. Positiver Fotolackentwickler. Der Entwickler für positive Klebstoffe ist eine alkalische wässrige Lösung. KOH und NaOH werden in der IC-Fertigung im Allgemeinen nicht verwendet, da sie zu Verunreinigungen durch bewegliche Ionen (MIC, Movable Ion Contamination) führen. Der gebräuchlichste positive Gelentwickler ist Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) (Standardäquivalentkonzentration 0.26, Temperatur 15–250 °C). Bei der Belichtung des I-Linien-Fotolacks entsteht Carbonsäure. Die Alkalien und Säuren im TMAH-Entwickler neutralisieren den belichteten Fotolack im Entwickler, während der unbelichtete Fotolack unbeeinflusst bleibt. Das im chemisch verstärkten Fotolack (CAR, Chemical Amplified Resist) enthaltene Phenolharz liegt in Form von PHS vor. Die durch PAG im CAR entstehende Säure spaltet die Schutzgruppe (t-BOC) im PHS ab, wodurch sich das PHS schnell im TMAH-Entwickler auflöst. Während des gesamten Entwicklungsprozesses reagiert TMAH nicht mit dem PHS.

b. Negativer Fotolackentwickler. Xylol. Als Reinigungsflüssigkeit wird Butylacetat, Ethanol oder Trichlorethylen verwendet.

EntwicklungFAQ:

a. Unvollständige Entwicklung. Fotolack verbleibt auf der Oberfläche. Ursache: unzureichender Entwickler;

b. In Entwicklung. Die entwickelten Seitenwände sind aufgrund unzureichender Bauzeit nicht vertikal.

c. Überentwicklung. Der Fotolack nahe der Oberfläche wird durch den Entwickler übermäßig aufgelöst, wodurch Stufen entstehen. Die Entwicklungszeit ist zu lang.

8.Hart gebacken

Nach Abschluss der Resistentwicklung ist das Muster im Wesentlichen festgelegt, die Eigenschaften des Fotolacks müssen jedoch stabilisiert werden. Dies lässt sich durch Harttrocknung, auch Aushärtung genannt, erreichen. Dabei kann eine Hochtemperaturbehandlung eingesetzt werden, um restliche Lösungsmittel aus dem Fotolack zu entfernen, die Haftung des Fotolacks auf der Siliziumwaferoberfläche zu verbessern und die Ätzbeständigkeit des Fotolacks in nachfolgenden Ätz- und Ionenimplantationsprozessen zu erhöhen. Zudem erweicht der Fotolack bei hohen Temperaturen und nimmt einen schmelzenden Zustand an, ähnlich dem von Glas. Dies glättet die Fotolackoberfläche unter Einwirkung der Oberflächenspannung und reduziert Defekte (wie z. B. Poren) in der Fotolackschicht, wodurch das Kantenprofil des Fotolackmusters korrigiert wird.

Die gesamte Probe wird nach der Entwicklung mit O₂-Plasma behandelt, um mögliche unerwünschte Rückstände zu entfernen. Dieser Vorgang wird als Entschlackung bezeichnet. Insbesondere bei Negativkleber, aber auch bei Positivkleber, verbleibt nach der Entwicklung eine dünne Polymerschicht an der ursprünglichen Klebstoff-Substrat-Grenzfläche. Dieses Problem tritt verstärkt bei Strukturen unter 1 µm oder mit einem großen Verhältnis von Tiefe zu Breite auf. Zwar verringert sich die verbleibende Klebstoffdicke während der Entschlackung ebenfalls, der Einfluss ist jedoch gering.

Abschließend ist vor dem Ätzen oder Beschichten ein Aushärten erforderlich, um Entwicklerreste und Wasser zu entfernen. Ein anschließendes Tempern verbessert die Haftung an der Grenzfläche, die durch Penetration und Ausdehnung während des Entwicklungsprozesses entsteht. Gleichzeitig wird die Härte des Klebstoffs erhöht und die Ätzbeständigkeit verbessert. Die Aushärtetemperatur beträgt in der Regel 120 °C oder mehr, die Dauer etwa 20 Minuten. Die Hauptnachteil besteht darin, dass hohe Temperaturen die Kanten der Struktur beschädigen und das Entfernen nach dem Ätzen erschweren können.

Methode: Heizplatte, 100~1300°C (etwas höher als die Glasübergangstemperatur Tg), 1~2 Minuten.

Zweck:

a. Das Lösungsmittel im Fotolack muss vollständig verdampft werden (um eine Kontamination der nachfolgenden Ionenimplantationsumgebung zu vermeiden; beispielsweise würde der Stickstoff im DNQ-Phenolharz-Fotolack zu lokalen Abplatzungen des Fotolacks führen).

b. Hartfilm zur Verbesserung der Fähigkeit des Fotolacks, die Unterseite während der Ionenimplantation oder des Ätzens zu schützen;

c. Die Haftung zwischen dem Fotolack und der Siliziumwaferoberfläche weiter verbessern;

d. Den Stehwelleneffekt weiter reduzieren.

FAQ:

a. Unterbacken. Schwächung der Festigkeit des Fotolacks (Ätzbeständigkeit und Blockierfähigkeit bei der Ionenimplantation); Verringerung der Spaltfüllfähigkeit für das Nadelloch; Verringerung der Haftung am Substrat.

b. Überhitzen. Dadurch verläuft der Fotolack, was die Mustergenauigkeit verringert und die Auflösung verschlechtert. Alternativ kann der Film auch mit tiefem Ultraviolettlicht (DUV) gehärtet werden. Das positive Fotolackharz vernetzt sich und bildet eine dünne, harte Oberflächenschicht, wodurch die thermische Stabilität des Fotolacks erhöht wird. In den nachfolgenden Prozessen des Plasmaätzens und der Ionenimplantation (125–2000 °C) wird die durch das Verlaufen des Fotolacks bei hohen Temperaturen verursachte Auflösungsminderung reduziert.

9.Ätzen oder Ionenimplantation

Ätzen ist ein Prozess in der Halbleiterfertigung, bei dem mithilfe chemischer Verfahren gezielt bestimmte Bereiche einer abgeschiedenen Schicht abgetragen werden. Das Ätzen ist für die elektrischen Eigenschaften des Bauelements von entscheidender Bedeutung. Treten Fehler während des Ätzprozesses auf, ist der Siliziumwafer unbrauchbar und nur schwer zu retten. Daher ist eine strenge Prozesskontrolle unerlässlich. Jede Schicht eines Halbleiterbauelements durchläuft mehrere Ätzschritte.

Das Ätzen wird im Allgemeinen in Elektronenstrahlätzen und Fotolithografie unterteilt. Die Fotolithografie stellt hohe Anforderungen an die Ebenheit des Materials und erfordert daher einen hohen Reinheitsgrad. Beim Elektronenstrahlätzen hingegen ist die Auflösung aufgrund der extrem kurzen Wellenlänge der Elektronen deutlich höher als bei der Fotolithografie. Da keine Maske benötigt wird, sind die Anforderungen an die Ebenheit geringer, allerdings ist das Elektronenstrahlätzen langsam und die Anlagen sind teuer.

Bei den meisten Ätzschritten werden Teile der oberen Waferschicht durch eine nicht ätzbare Maske geschützt, wodurch gezielt bestimmte Bereiche der Schicht abgetragen werden können. In manchen Fällen besteht das Maskenmaterial aus Fotolack, ähnlich dem Prinzip der Fotolithografie. In anderen Fällen muss die Ätzmaske beständig gegen bestimmte Chemikalien sein; hierfür kann Siliziumnitrid verwendet werden.

Die Ionenimplantation ist ein technisches Verfahren, bei dem bestimmte Ionen in einem elektrischen Feld beschleunigt und anschließend in ein anderes festes Material eingebettet werden. Mit dieser Technologie lassen sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften fester Materialien verändern. Sie findet mittlerweile breite Anwendung in der Halbleiterfertigung und der Materialforschung. Die Ionenimplantation kann Kernumwandlungen auslösen oder die Kristallstruktur einiger fester Materialien verändern.

10Fotolackentfernung

Die Hauptfunktion des Fotolacks besteht darin, den darunterliegenden Teil des Substrats während der chemischen oder mechanischen Bearbeitung zu schützen. Daher muss der Fotolack nach Abschluss des Prozesses vollständig entfernt werden. Dieser Schritt wird als Klebstoffentfernung bezeichnet. Nur hochtemperaturstabile Fotolacke, wie beispielsweise lichtempfindliche Polyimide, können als Zwischen- oder Pufferschicht auf dem Bauelement verbleiben.

Um Beschädigungen der zu behandelnden Oberfläche zu vermeiden, sollten milde chemische Verfahren bei niedrigen Temperaturen angewendet werden. Der Einsatz von Ultraschall kann die Ablöseleistung zusätzlich verbessern. Einige bekannte Ablöseverfahren sind aufgrund von Korrosionsproblemen auf Metalloberflächen wie Aluminium nicht anwendbar; in diesem Fall wird zunächst Ozon- oder Sauerstoffplasma (Veraschung) eingesetzt. Diese Plasmen eignen sich auch als Ablösemittel für die Fotolithografie auf Nicht-Aluminium-Oberflächen; Beschädigungen der Bauteiloberfläche stellen jedoch weiterhin ein zu berücksichtigendes Problem dar.

Nach dem Ätzen oder der Ionenimplantation wird der Fotolack nicht mehr als Schutzschicht benötigt und kann entfernt werden. Die Methoden zur Klebstoffentfernung werden wie folgt klassifiziert:

Entfernung von nassem Klebstoff

Entfernung organischer Lösungsmittel: Verwenden Sie organische Lösungsmittel, um Fotolack zu entfernen.

Anorganisches Lösungsmittel: Durch die Verwendung einiger anorganischer Lösungsmittel wird das Kohlenstoffelement im Fotolack, einer organischen Substanz, zu Kohlendioxid oxidiert und anschließend entfernt.

Trockenes Entfernen von Fotolack: Entfernen von Fotolack mittels Plasma

Zusätzlich zu diesen Hauptprozessen werden häufig einige Hilfsprozesse eingesetzt, wie beispielsweise das gleichmäßige Ätzen über eine große Fläche, um die Dicke des Substrats zu reduzieren, oder das Entfernen von Kantenunebenheiten usw. Im Allgemeinen muss bei der Herstellung von Halbleiterchips oder anderen Bauteilen ein Substrat mehrmals fotolithografisch bearbeitet werden.

Oben sind die Schritte der Fotolithografie aufgeführt. Ich fasse sie hiermit für alle zusammen. Ich hoffe, Sie können mich korrigieren.

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