INSTITUTO NACIONAL DE ASTROFÍSICA ÓPTICA Y ELECTRÓNICA

FÍSICA DE LÁSERES

FOTOLITOGRAFÍAPresenta: Armando Pérez Leija

Profesor: Dr. Carlos TreviñoPrimavera 2006.

INTRODUCCIÓN Litografía viene de dos palabras griegas, “lithos“ la cual significa

piedra, y “graphien“ que significa escribir. Litografía significa literalmente “escribir un patrón en piedra“.

En microelectrónica la palabra litografía es comúnmente usada para describir un proceso en el cual un patrón es delineado en una placa de un material sensible a los fotones, electrones o iones.

La litografía transforma un diagrama de circuito complejo en patrones que son definidos sobre una oblea en una sucesión de exposiciones y procesos para formar un número de placas superpuestas de material aislante, conductor y semiconductor.

El principio es similar al de una cámara fotográfica en la cual un objeto es grabado sobre una película de emulsión fotosensible.

TECNICAS PARA REALIZAR LA FOTOLITOGRAFÍA: –ÓPTICA (UV) -HACES DE ELECTRONES -RAYOS X -HACES DE IONES las últimas tres han logrado un progreso considerable, la litografía

óptica se ha mantenido como la tecnología dominante.

LITOGRAFÍA ÓPTICA

Una herramienta para llevar a cabo litografía óptica consiste de:-una fuente de luz ultravioleta (UV)-una fotomascará -un sistema óptico -y una oblea cubierta con una placa fotosensible, llamada resistente por su

habilidad a resistir los procesos químicos subsecuentes en el proceso. La marcará es expuesta a luz UV y la mascará patrón es grabada sobre

la resistente por el sistema óptico. (figura 1)

Figura 1

FUENTES DE LUZ Las fuentes de luz UV mas comúnmente usadas en litografía óptica son las lámparas de arco

de alta presión y las fuentes láser. Hay tres regiones del espectro de luz UV que podemos distinguir y son usadas, el ultravioleta profundo (DUV Deep ultraviolet) en el rango de 100-300 nm, medio UV en el rango de 300-360 nm y el UV cercano en el rango de 360-450nm.

FUENTES LÁSERPor lo tanto la inversión de población puede llevarse a cabo Las fuentes mas potentes y

comúnmente usadas en fotolitografía DUV (deep UV) son los láser eximer . La palabra “eximer“ combina las dos palabras en ingles “exited“ y “dimer“ (excitado y dimer), dimer es una molécula compuesta de dos átomos idénticos tales como Kr2 (Kripton). Un láser eximer es inestable en su estado base pero es metaestable en su estado excitado. La emisión láser ocurre a través de la transición del estado exitado al estado base (figura 2). El tiempo para exitar a los átomos en un láser de este tipo es del orden de picosegundos, mientras que el tiempo de vida del estado excitado esta en el rango de nanosegundos a microsegundos excitando una mezcla de gases

raros y un halogeno sometidos a altas presiones.

La excitación se lleva acabo mediante un pulso de alto voltaje. Los pulsos de alta potencia de los láseres excimer permiten tiempos de exposición cortos (10 a 20 nS), a diferencia de los láseres convencionales.

Los láseres excimer y los convencionales también difieren en que los excimer tienen poca coherencia espacial y los convencionales son muy coherentes. Se dice que los haces son espacialmente coherentes cuando los puntos de sus frentes de onda se mantienen en fase conforme el frente de onda se propaga. Con los haces espacialmente coherentes, alguna dispersión del sistema óptico causaría interferencia en la superficie de la oblea, resultando en un patrón aleatorio de interferencia constructiva o destructiva en el resistente llamado campo de speckle.

Pasos a seguir en el proceso de grabar un patrón de dioxido de silicio

Continuación del proceso

Continuación del proceso

Sobre una oblea base de silicio se deposita una capa delgada de dioxido de silicio (figura a). La temperatura de oxidación esta en el rango de 900 a 1200 grados centigrados la placa de dioxido es usada para aislar y proteger el silicio de abajo que formara los transistores o las compuertas.

La oblea es cubierta con una sustancia llamada fotoresistente (figura b), que es un material fotosensible. Hay principalmente dos tipos de fotoresistente -positivo y negativo. Cuando se usa un resistente negativo la porción que se expone a la luz es soluble dejando una imagen negativa. Alternativamente cuando se usa un resistente positivo la porción expuesta es la que se hace soluble.

GRABADO Con litografía, la luz ultravioleta es pasada a través de

una mascara o plantilla de vidrio que tiene impreso el patrón e incide sobre la oblea (figura c). La mascara contiene un patrón que será transferido al silicio.

Proceso para hacer las interconexiones metalicas

CONTINUACIÓN

INTERCONEXIONES METALICAS

Para conectar diferentas placas (figuras 2a-2c). Se utiliza una mascara con hoyos por donde va a pasar la luz e incidir en el resistente y definir un camino a través del cual se haran las conexiones.

Aproximadamente 20 placas son interconectadas para formar un circuito integrado

1.- Rabaey, J. Digital integrated circuits Pretince Hall, New Jersey, 2002.

2.- Elliot, D., Microlithography Process Technology for IC fabrication, Mac Graw-Hill, New York, 1986.