Для достижения высоких результатов всего литографического процесса необходимо обеспечить хорошую адгезию резиста к под­ложке на всех стадиях обработки, возникать из-за загрязнений поверх­ности подложки [15]. Необходимым условием хорошей адгезии являет­ся планарность подложки. Нерав - нота поверхности приводит к труд­ностям при удалении из углублений адсорбированного воздуха, который обусловливает возникновение ло­кальных зон низкой адгезии. Жид­кость вытесняет воздух с поверхно­сти в том случае, если угол смачи­вания поверхности на границе

Рис. I. 31. Схема подтравливаиия иа границе под­ложка — резист, обусловленного потерей адгезии:

о — система в ходе травления; б —система по­сле снятия резистз; / — резист; 2 — диоксид крем­ния; 3 — кремний; 4 — контур рельефз Si02 при отсутствии подтрзвливзиня; d — толщннз исход­ного слоя.

трех фаз, измеренный в жидкой фазе, является наименьшим. Смачивание облегчается капиллярными силами и осложняется высокой вязкостью. Временной фактор не имеет выраженного дей­ствия [19].

Подтравливание на границе резист-подложка, обусловленное недостаточной адгезией, схематически изображено на рис. 1.31; показан и результирующий профиль. Количественная оценка сте­пени подтравливаиия во время и в конце травления может быть сделана с помощью константы подтравливаиия которая опре­деляется следующим соотношением [142]:

kn — Wo In Рх “Ь 1 )1/(rfjc ds) (I 45)

где R0— скорость травления Si02 данным травильным раствором; Ro — (d— — ds)/t Ix — переменная величина бокового подтравливаиия в слое Si02 при различных dx dx — переменная толщина Si02 в области подтравливаиия, dx<Lds, d> ds — толщина вытравливаемого слоя Si02, не защищенного ре­зистом.

При dx — d выражение (t. 45) переходит в (I 46):

fen = [In (j макс + 1)]/^ (I - 46)

где t — время травления.

Анализ профиля краев при использовании фоторезистов Waycoat IC Кобак [42] показал, что степень подтравливания зависит от [HF] и полярной компоненты поверхностного натяже­ния, но совсем не зависит от [Н30]+ [142]. Механическое напря­жение в слое резиста может быть причиной дефектов из-за потери адгезии на поверхности, защищенной резистом [19].

Всякую гладкую поверхность можно характеризовать поверх­ностной энергией у, которая является мерой ван-дер-ваальсовых сил, действующих на поверхности. В величину у вносит вклад по­лярная компонента уп и неполярная компонента уд (дисперсион­ные силы). Адгезия, выраженная как работа адгезии И7а между тонкой пленкой и поверхностью материала, может быть опреде­лена по уравнению (1.47):

= 2 (уГг")0,5 + 2 ШТ (I - 47)

где Yi и у2— поверхностные энергии подложки и тонкого слоя [143].

Наибольшую адгезию, следовательно, можно ожидать, если компоненты поверхностной энергии подложки и тонкого слоя ве­лики. В случде резистов из-за больших значений полярных ком­понент у]1 и у" адгезия уменьшается и происходит подтравли­вание краев в сильноагрессивных (полярных) травильных систе­мах.

Этот процесс, вероятно, усиливается взаимодействием поляр­ных водных растворов травителей с поверхностью подложки резиста, которое вызывает отслаивание пленки резиста от под­ложки. К этому же приводит также набухание полимерной пленки (с уменьшением толщины пленки адгезия возрастает) и меха­ническое напряжение в слое пленки. У негативных резистов уп = 1,0—2,6 кН/м, в то время как позитивные резисты харак­теризуются значениями уп = 6,0—10,6 кН/м. Значения уд для обоих типов резистов лежат в интервале 30—33 кН/м [142, 143]. Существуют зависимости между смачиваемостью поверхности полимера и его температурой стеклования 7’с [144].

Поверхность Si02 имеет у" 32—43 кН/м (в зависимости от степени послеокислительной плазменной очистки). Таким образом, для улучшения адгезии целесообразно повысить гидрофобность по­верхности SiOj для снижения значения у11. Для этой целг исполь­зуются так называемые промоторы адгезии, или адгезивы, действие которых основано на гидрофобизации поверхности Si02. Среди них чаще всего применяются силазаны. Растворы этих веществ обычно в галогенированных растворителях наносят на поверх­ность Si02 непосредственно перед формированием слоя резиста. Силазаны содержат реакционноспособные функциональные группы Si—NH—S*, которые реагируют с поверхностными молекулами

воды и силайольными группами, в то время как Si-алкильные груп­пы взаимодействуют с пленкой резиста. Как адгезив преиму­щество имеет гексаалкилдисилазан, активный при комнатной температуре. Подобными обработками удается снизить уп поверх­ности Si02 до 4,8—16 кН/м [142] и повысить адгезию как не­гативных, так и позитивных резистов. Однако использование гек - саметилдисилазана и бис-N-(О-триметилсилилтрифторацетамида) для резистов AZ-1350J и AZ-111 способствует образованию вуали [145]. Модификация поверхности Si02 тетрахлоридом титана, ко­торый под действием влаги воздуха превращается в ТЮ2, образуя слой толщиной 2,5 нм, также существенно повышает адгезию ре­зиста [146] и не оказывает отрицательного действия на дальней­шие операции.

Детальное изучение адгезии резиста к поверхности диоксида кремния показало [147], что общую проблему адгезии необхо­димо оценивать комплексно на всех стадиях литографического процесса.

В заключение следует отметить, что в целом для технологии важна воспроизводимость структурных элементов рельефа — кри­терий, называемый в англоязычной литературе Lijis width control. Требуемый размер элементов микрорельефа нужно удерживать в определенных пределах на всей площади подложки и в течение всего технологического процесса. На воспроизводимость элементов микрорельефа оказывают влияние набухание резиста, а также следующие факторы экспозиционных устройств: механическая ста­бильность системы, качество оптики, стабильность источника из­лучения, форма пучка излучения, размер элементов маски; и тех­нологии: однородность и толщина слоя резиста, режим проявле­ния, пред - и постэкспозиционной термообработки и травления, условия плазменного удаления вуали.

Экпериментально определяют стандартное отклонение кон­кретного элемента рельефа во время процесса [148], эта зависи­мость и является мерой стабильности всего литографического про­цесса. Требования к воспроизводимости элементов повышаются в связи с ростом точности совмещения и увеличением плотности схем на кристалле в производстве больших интегральных схем.