Podręcznik

4.6. „Rzeźbienie w krzemie”, czyli fotolitografia

Służy do nadawania obszarom domieszkowanym, dielektrycznym i przewodzącym wymaganych położeń, kształtów i wymiarów. Wykorzystywana jest tu wrażliwość niektórych związków chemicznych na promieniowanie elektromagnetyczne. Istnieją substancje, które pod wpływem tego promieniowania (w mikroelektronice - ultrafioletu) ulegają utwardzeniu - tracą rozpuszczalność w określonych rozpuszczalnikach. Takie substancje nazywamy fotorezystami negatywowymi. Inne substancje pod wpływem promieniowania stają się łatwo rozpuszczalne. Są to fotorezysty pozytywowe. Rysunek 4-6 pokazuje zasadę fotolitografii na przykładzie wykonywania okna w warstwie SiO₂. Płytka jest pokrywana warstwą fotorezystu negatywowego, następnie naświetlana przez maskę mającą obszary przezroczyste i nieprzezroczyste, naświetlona płytka jest następnie zanurzona w rozpuszczalniku rozpuszczającym nienaświetlony fotorezyst, po czym mieszanka trawiąca SiO₂, a nie naruszająca fotorezystu, wytrawia okno w warstwie SiO₂. 

Rysunek 4‑6. Proces wytwarzania okna w warstwie SIO₂ przy pomocy fotolitografii

W podobny sposób wytrawia się w warstwie aluminium ścieżki przewodzące. W przypadku procesu implantacji jonów okna w warstwie fotorezystu bezpośrednio określają obszary, do których wprowadzone będą jony domieszki – warstwa fotorezystu o dostatecznej grubości zatrzymuje jony nie dopuszczając ich do powierzchni półprzewodnika.

Rysunek 4-6 pokazuje najprostszy proces fotolitograficzny, w którym płytka jest naświetlana bezpośrednio przez maskę (fotolitografia kontaktowa). We współczesnej mikroelektronice stosowana jest fotolitografia projekcyjna – obraz maski jest wyświetlany na płytkę przez obiektyw, na podobnej zasadzie, jak w zwykłym rzutniku do przezroczy lub powiększalniku fotograficznym. Urządzenie do naświetlania zwane jest potocznie steperem, ponieważ naświetla nie całą płytkę równocześnie, lecz kolejne układy na płytce („step and repeat” – „zrób krok i powtórz”). 

Warto wiedzieć, że urządzenia do fotolitografii, które umożliwiają fotolitografię o zdolności rozdzielczej na poziomie nanometrów, osiągają szczyty istniejących możliwości technologicznych w zakresie optyki i mechaniki precyzyjnej, i co za tym idzie - są niezwykle kosztowne. Ich koszt stanowi znaczną część kosztu wyposażenia technologicznego współczesnych linii produkcyjnych.