Processo Fotolitográfico Direto com o AZ1350J

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1 UNIVESIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS CENTRO DE COMPONENTES SEMICONDUTORES Campinas-SP Caixa Postal 6061 Telefone (19) , Fax: (19) Processo Fotolitográfico Direto com o AZ1350J A fotolitografia é a etapa de processo exigida para gravar padrões de uma máscara para o substrato onde é fabricado o chip. A Figura 1 mostra basicamente o processo fotolitográfico. Utilizando-se de um sistema de spinner em alta velocidade de rotação, maior que 3000 rpm, por centrifugação espalha-se sobre a camada do óxido uma resina foto-resistiva, que é um líquido orgânico polimérico, denominado fotoresiste. Este resiste é colocado em uma estufa em temperatura de aproximadamente 100ºC para secar. A Figura 1(a) mostra a representação do fotoresiste espalhado sobre o óxido de campo. Esta resina polimerizada não é solúvel em certos solventes, denominados reveladores. Em um sistema de fotoalinhamento entre máscara e substrato, denominadora Fotoalinhadora, executa-se a polimerização do fotoresiste por luz ultravioleta que passa através das aberturas da máscara que contém o padrão a ser transferido ao substrato, como representado na Figura 1(b). A parte opaca da máscara evita a exposição à luz ultravioleta das regiões do substrato que serão posteriormente processadas. Para remover a parte do resiste não polimerizada, utiliza-se o solvente revelador. (a) Óxido de Si Substrato Resiste Óxido de Si Substrato (b) Figura 1- Representação da lâmina de Si em corte lateral com óxido de campo crescido. Representa-se em (a) o fotoresiste espalhado sobre o óxido e em (b) a polimerização do resiste pela exposição à luz ultravioleta para transferência de padrão da máscara para o óxido. Para o início da fotolitografia, estando a lâmina limpa e a umidade do ambiente abaixo de 50%, espalha-se sobre a amostra o promotor de aderência do resiste, denominado HMDS, em um spinner em

2 alta velocidade de rotação de 7000 rpm por 40 segundos. Em seguida, uma camada de fotoresiste é aplicada sobre a lâmina com o HMDS espalhado. Para isso, deposita-se algumas gotas de fotoresiste (AZ 1350J) sobre a lâmina, espalha-se o fotoresiste através do spinner em alta velocidade de rotação de 7000 rpm por 40 segundos, coloca-se a lâmina na estufa para secagem e aderência do fotoresiste. Após a aderência do resiste, coloca-se a lâmina e a máscara em uma fotoalinhadora com fonte de luz ultravioleta. Na fotoalinhadora, alinha-se a máscara e a lâmina através do sistema óptico, e aciona-se a exposição aos raios ultra-violeta (UV) do substrato com resiste, em uma potência de 9mW.cm -2 durante 20 segundos, polimerizando as regiões expostas. A revelação do resiste é executada através da imersão das lâminas em solução MF-312/H 2 O (1:1) por 60s. Para finalizar, coloca-se as lâminas na estufa em 90ºC por 30 min para endurecimento do resiste não polimerizado. Este fotoresiste tem resolução de 2 m e é principalmente usado para processos de corrosão úmida. Processo fotolitográfico direto com o AZ5214E A Figura 1 mostra a técnica de fotogravação direta. Para este fim, usando o fotoresiste AZ5214E, segue as seguintes etapas do processo: - aplicação sobre a lâmina do fotorresiste AZ5214 com umidade relativa do ar de 45% e temperatura de 22ºC na sala. A velocidade do spinner deve ser de 4000 rpm com tempo de 40s; -pré cura do fotorresiste (para secagem e aderência do fotoresiste sobre a lâmina) numa placa quente (hot plate) com temperatura de 118ºC durante 2 minutos; -na fotoalinhadora, alinhamento entre máscara e a lâmina através do sistema óptico; -exposição em luz ultra-violeta (S=9mW/cm 2 ) do fotorresiste durante 40 segundos no modo CI-II (ajuste da fotoalinhadora) ; - revelação do fotorresiste sensibilizado com solução reveladora: H 2 O/MIF312 (1:1). O tempo de revelação foi de aproximadamente 1 minuto e 30 segundos; - cura do fotorresiste numa placa quente (hot plate) com temperatura de 110ºC durante 40 segundos; Este fotoresiste tem resolução de 1 m e é principalmente usado para processos subsequentes de corrosões úmidas rápidas (duração de no máximo 2 minutos) e secas Processo fotolitográfico do tipo lift-off com o AZ5214E A Figura 2 mostra a técnica de fotogravação invertida (negativa) para processo lift-off : 2

3 (a) Luz UV máscara Resiste 5214E para (b) Revelação (c) Camada de Al (180 nm) sobre Ti (20 nm) (d) Processo lift-off Remoção do resiste e do Al/Ti sobre resiste (e) Figura 2- Representação da lâmina de Si-p em corte lateral submetida ao processo fotolitográfico invertido para processo lift-off (em (a), (b) e (c)) do último nível de máscara para remoção de Ti- Al (em (d)), e remoção do resiste (limpeza orgânica) (em (e)), obtendo-se a formação de contatos metálicos de região n+ e de interconexão metálica entre dispositivos. - Em (a): aplicação do fotorresiste AZ5214 com umidade relativa do ar de 45% e temperatura de 22ºC na sala. A velocidade do spinner deve ser de 5000 rpm com tempo de 40s. Em seguida, - pré cura do fotorresiste (para secagem e aderência do fotoresiste sobre a lâmina) numa placa quente (hot plate) com temperatura de 90ºC durante 4 minutos; -Em (b): na fotoalinhadora, coloca-se a lâmina sem a máscara. Executa-se a exposição para a luz ultra-violeta (S=9mW/cm 2 ) do fotorresiste durante 16 segundos no modo CI-II (ajuste da fotoalinhadora). Em seguida, executa-se a cura do fotorresiste numa placa quente (hot plate) com temperatura de 110ºC durante 1 minuto e 45 segundos. Após, na fotoalinhadora, obtém-se o alinhamento entre máscara e a lâmina através do sistema óptico, seguindo com a exposição em luz 3

4 ultra-violeta (S=9mW/cm 2 ) do fotorresiste durante 40 segundos no modo CI-II (ajuste da fotoalinhadora) ; - Em (c): revelação do fotorresiste sensibilizado com solução reveladora: H 2 O/MIF312 (1:1). O tempo de revelação foi de aproximadamente 1 minuto e 30 segundos; - Em (d), como exemplo, são depositados seqüencialmente os filmes de titânio (20 nm) e alumínio (180 nm) utilizando um sistema de evaporação por feixe de elétrons de ultra-alto vácuo (o processo foi executado em ambiente com vácuo de 10-9 mbar); -Em (e), as lâminas foram mergulhadas em um béquer com acetona durante 1 hora para remoção do fotorresiste levando junto o metal depositado sobre o fotorresiste (processo de lift-off). Para remover resíduo de fotorresiste e metal, utiliza-se o aparelho de ultra-som durante 30 segundos, seguido de limpeza orgânica. Fotoalinhadora, Carl Suss MBJ3 do CCS-UNICAMP (Figura 3) Este sistema é uilizado para repetição de placas (máscaras) de 4 a 3 polegadas em substratos de com diâmtros menores que 3 polegadas. A fonte de UV apresenta um comprimento de onda da luz de 405 nm. O sistema apresenta uma precisão de alinhamento de ± 0.1 m e uma resolução linha-espaço de 1.5 m. Portanto, devido às limitações dos fotoresistes e da fotoalinhadora, os processos de litografia são repetitivos em 95% para dimensões (linha-espaço) maiores que 2 m. 4

5 Figura 3 - Fotoalinhadora, Carl Suss MBJ3 5