2021-11-13
78
Технология фотолитографии – это метод создания микрорисунка на плоских поверхностях (рис. 1, а). В этом методе облучение светом фоточувствительного покрытия через шаблон создает рисунок из облученных и прикрытых областей, которые могут быть дополнительно обработаны таким образом, чтобы создать функциональные блоки на микроуровне. Процесс начинается с покрытием центрофугированием поверхности подложки фоточувствительным полимерным слоем (фоторезист). Далее происходит облучение через фотошаблон с прозрачной структурой, идентичной рисунку, который должен быть перенесен на подложку. Облученные области с позитивным фоторезистором изменяются и могут быть растворены на следующие стадии, называемой проявлением. Рисунок на поверхности похож на маску, но является примерно в 10 раз меньшим. В случае негативного фоторезистора фотохимическая реакция укрепляется подверженный излучению материала, тогда как затемненные области остаются восприимчивыми к растворению. Очевидно, что рисунок на поверхности пластины в этом случае обратен тому, что на шаблоне.
Рис. 1. Методы тонкопленочной технологии: а) фотолитография, б) плазмо-химическое газофазное осаждение
Фотошаблоны обычно изготавливаются из прозрачной плавленой кварцевой заготовки, покрытой непрозрачным слоем хрома. Хром травится лазером или электронным пучком под управлением компьютера, оставляя четкие очертания, для прохождения через них света. После облучения и проявления открытые участки на поверхности обрабатываются травлением или осаждения пленки для получения требуемых конфигураций. И в конце оставшийся фоторезист удаляют при помощи обработки жидким реагентом или методом выжигания кислородной плазмы.
В процессе травления самый верхний слой подложки в областях, незащищенных фоторезистом, удаляют. Для этой цели могу быть использованы плазма или растворы реагентов. Плазменное травление может быть выполнено либо изотропным, или анизатропным методом т.е. ассиметричные шаблоны могут травить таким же образом.
Различные слои (от 0,2 до 200 мкм) могут быть выращены на открытых участках путем вакуумного напыления, физического или химического осаждения из паровой фазы. Металлический слой может быть распылен путем распыления металлической мишени в вакууме пучком ионов аргона. Кроме того, тонкие пленки могут быть получены путем высокотемпературного вакуумного испарения осаждаемого материала с последующей конденсацией на пленку подложки.
В типичном процессе химического осаждения паров подложку подвергают воздействию одного или нескольких легкоиспаримых веществ, которые реагируют или разлагаются при высоких температурах на поверхности подложки для получения требуемого покрытия. Улучшенная версия осаждения химических паров зависит от химической реакции, происходящих в плазме с высокой степенью ионизации газа, которые получаются путем электрического разряда или другими способами (рис 1, б).
После завершения процесса формирования рисунка некоторая часть поверхности кремниевой пластины остается непокрытой. Дальше непокрытые поверхности пассивируются выращиванием на них пленок диоксида кремния или нитрида кремния (Si3N4). Диоксид кремния формируется поверхностными реакциями во влажной кислородной среде при высокой температуре или различными процессами химического осаждения. Пассивация происходит лучше со слоями нитрида кремния, образованной газофазной реакцией дихлорсилана (SiH2Cl2) в аммиаком.
Тонкопленочные методы используются в разработках сенсоров для получения структурированной поверхности подложки, с которой затем соединяется чувствительный слой. Например, золотые участки могут быть получены путем осаждения из паровой фазы для функционирования в качестве нейтрализатора чувствительности при помощи тиол-хемосорбции. Если ни один для данной площади метод нейтрализации недоступен, можно прибегнуть к фотолитографии, чтобы сформировать множество открытых областей подложки. Затем нейтрализация выполняется по всей площади. Таким образом, рецептор наносится на фоторезист покрытием доменов, а также на открытые места подложки. Чувствительный элемент наносится на покрытые фоторезистом участки, а также на открытые места подложки. После удаления фоторезиста (вместе с материалом нанесенным на него) только непокрытые места составляют чувствительный слой. Этот метод следует использовать осторожно, чтобы избежать ухудшения чувствительного элемента растворителем, используемым для удаления фоторезиста. Такой недостаток отсутствует в безмасочной фотолитографии. В этом методе подложка покрывается фотолабильным слоем, содержащим связующий протеин, такой как биотин. На этот слой наносится рисунок посредством облучения через маску и затем удаляют материал из облученных зон. После этого чувствительный слои (например целевые авидиновые вещества) будет добавлен только в местах, которые были затенены во время стадии облучения.
Разрешение фотолитографического метода нейтрализации составляет около 2 мкм. Намного лучшего разрешения можно достичь с помощью мягкой литографии [2].
