Mạch vi điện tử và công nghệ chế tạo: Phần 2

Tiếp nội dung phần 1, cuốn sách "Công nghệ chế tạo Mạch vi điện tử" phần 2 cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Khác và ăn mòn; các phương pháp vật lý tạo màng mỏng: bay hơi và phún xạ; kết tủa hóa pha hơi (CVD);...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mạch vi điện tử và công nghệ chế tạo: Phần 2 Chương 7 KHẮC VÀ ĂN MÒN K hắc là quá trình truyền hình ảnh từ mặt nạ (m ask) lên lớp m ỏng vật liệu nhạy 5ỨC xạ, gọi là chất cảm quang, phủ trẽn mặt phiến bán dẫn. N hững hình ảnh này xác lịn h các vùn g khác nhau của m ạch tích hợp, v í dụ như vùng cấy ion, cửa sổ tiếp xúc, iiệ n tích để hàn dây. H ình ảnh trên vật liệu cảm quang không phải là phần từ cố định :ủa linh kiện, m à chi là bàn sao hình dạng của mạch. Đ ể nhận được hình dạng thật của n ạch , những hình ảnh trên lớp cám quang cần phải được truyền tiếp xu ốn g lớp vật liệu ;ấu thành linh kiện. V iệ c này được thực hiện bằng công đoạn ăn m òn (tẩm thực) nhàm :ẩy bỏ lớp vật liệu không được bảo vệ. Trong chương này ta xét các nội dung sau: - Tầm quan trọng của phòng sạch đối với công đoạn khẳc. - Phương pháp quang khấc và các phương pháp tăng cư ờng độ phân giải. - Phương pháp ăn m òn hóa ướt và ăn m òn khô các vật liệu bán dẫn, cách điện rà kim loại. - Các hệ thống vi cơ điện tử chế tạo bằng kỹ thuật ăn mòn. 7.1. Q U A N G KHÁC Đ ại đa số các thiết bị khắc sử dụng trong công nghệ chế tạo vi m ạch là thiết bị |uang học với ánh sáng tó n goại (Ẩ « 0,2 - 0,4 I^m). Trong phần này ta sẽ xét các thiết lị chiếu sáng, mặt nạ, chất cảm quang và các phương pháp nâng cao độ phân giải cùa |uang khắc. 7.1.1. Phòng sạch C ôn g n gh ệ ch ế tạo vi m ạch đòi hỏi điều kiện ph òng sạch, đặc biệt là khu vực lành ch o c ô n g đoạn khăc. Sờ d ĩ cần thiết phải có ph òng sạch vì các hạt bụi trong :hôna khí c ó thể rơi trên m ặt phiến bán dẫn hay trên mặt mặt nạ gây ra sai hòn g linh :iện và làm h òn g m ạch nói chung. V í dụ, hạt bụi trên bề mặt bán dẫn có thề càn trở 'iệc cấy m àng ep itaxy đơn tinh thể, làm hình thành lệch m ạng. Hạt bụi trong lớp oxide cực cồng có thể làm tăng độ dẫn và làm hòng linh kiện do điện áp đánh thúng giám. Sẽ còn nguy hiểm hơn nếu hạt bụi bám vào bề mặt mặt nạ quang, nó sẽ tác dụng như phần đen không trong suốt của mặt nạ, phần này cũng sẽ được truyên sang lớp vật liệu phía dưới. Hình 7.1. Bụi ở các vị trí khác nhau trên mặt nạ quang Hình 7.1 cho ta thấy ba hạt bụi trên mặt nạ. Hạt thứ nhất có thể làm thủng lớp phía dưới. Hạt thứ hai nằm trên mép đường dẫn có thề làm hẹp đườns dẫn kim loại. Hạt thứ ba có thề làm ngắn mạch giữa hai đường dẫn. Trong phòng sạch, ngoài nhiệt độ và độ ẩm, người ta phải khống chế một cách chật chẽ lượng hạt bụi trên một đơn vị thể tích. Trên hình 7.2 là đường phân bố kich thước hạt bụi cho các phòng sạch cấp độ khác nhau. Tồn tại hai hệ thốna xác định cấp độ phòng sạch. Trong hệ Anh, cấp độ được lấy theo số lượng tối đa cho phép các hạt bụi có kích thước 0,5 um hoặc lớn hơn trong 1 foot khối. Trong hệ mét, cấp độ lấy theo logarit thập phân của số lượng tôi đa cho phép các hạt bụi có kích thước 0,5 (im hoặc lớn hơn trong 1 m3. Ví dụ, phòng sạch cấp 100 theo hệ Anh có chứa 100 hạt bụi đường kính 0,5 um hoặc lớn hơn/ft3, còn phòng sạch cấp độ M 3,5 trong hệ mét chứa 105'5 hay khoáng 3500 hạt bụi đưcmg kính 0,5 um hoặc lớn hơn/m 3. V ì 100 hạt/ft3 = 3500 hạưm3 nên cấp 100 trong hệ Anh tương đương cấp M 3,5 trong hệ mét. Vì số hạt bụi kích thước càng nhò càng nhiều, cần phái khống chế hết sức nghiêm ngặt mòi trường phòng sạch khi kích thước tối thiều của vi mạch giàm xuốna vùng dưới micromét. Phần lớn các công đoạn chê tạo IC đòi hòi phòng sạch cấp độ 100, nghĩa là có số hạt bụi nhỏ hơn khoảng 10000 lần so với không khí trong phòng thông thường. R iêng công đoạn khắc đòi hỏi cấp phòng sạch phải là 10 hoặc 1. 0.01 0.1 1 10 Kich th ư ớ c h ạ t bụi (|im ) Hình 7.2. Phân bố kích thước hạt bụi cho phòng sạch theo hệ Anh (— ) và hệ m ét (— ) B ài tậ p v i dụ 1 N ếu để phiến silic đường kính 200 mm trong thời gian 1 phút dưới dòng không ■chí 30 m /phút, sẽ có bao nhiêu hạt bụi rơi trên phiến trong phòng sạch cấp độ 10? B ài g iái Trong phòng sạch cấp độ 10 có 350 hạt bụi kích thước 0,5 Ịitn hoặc lớn hơn/m 3. rhề tích khí đi qua phiến trong 1 phút là: V2 ( ’ m1 xl min = 0 ,9 4 2 m 3 Số hạt bụi kích thước 0,5 |im hoặc lớn hơn chứa trong thể tích khí trên là: 35 0 X 0 ,9 4 2 = 330 hạt G iá thiết trên ph iến c ó 4 0 0 chip IC, như vậy trung bình có đến 80% chip dính [ hạt bụi. Thực tê, ràt m ay là chỉ một phần số hạt bụi dính lại trên phiến và trong số ihững hạt bụi dính lại, chi có m ột số ít rơi vào vùng nguy hiềm gây h òn g m ạch IC. Tuy ìhiẻn, bài toán trẽn đây cùng cho thấy tầm quan trọng của phòng sạch. 113 7.1.2. Các thiết bị chiếu sáng Quá trình truyền hình ánh trong thiết bị khắc được thực hiện nhớ công cụ chiếu sáng. Chất lượng của công cụ chiếu sáng được xác định bcri ba thông số: độ phân giải, độ trùns khớp và nãna suất. Độ phân giải là kích thước chi tiết nhó nhảt có thể truvền một cách chinh xác lẽn màng cảm quang trên đế bán dẫn. Đ ộ trùng khóp là thước đo độ chính xác mà hình vẽ trên mặt nạ sau có thể trùng khớp với hình vẽ trước đă có trẽn phiến. Năna suất là số phiến có thề được chiếu sána trong một giò với cùng một mặt nạ. Có hai phươna pháp chiếu sáng chủ yếu: in bóng tối (shadow) và in chiếu (projection). Trong phương pháp in bóng, mặt nạ và phiến có the tiếp xúc trực tiếp với nhau (in tiếp xúc) hoặc có thể ớ rất gần nhau (in cận). Hình 7.3 chi ra hai kỹ thuặt in. Trong trường hợp in tiếp xúc, phiến silic được phủ lớp cảm quang tiếp xúc trục tiếp với mặt nạ và lớp cám quang được chiếu ánh sáng từ ngoại qua mặt nạ. Tro ...