La lithographie

Pour fabriquer un composant ou uncircuit, il faut définir des zones,particulières qui vont être recouvertesd’un dépôt métallique de contact, quivont être gravées, qui vont recevoir undépôt diélectrique, etc…. , afind’obtenir le fonctionnement souhaité.

La lithographie

O é li é ti d lith hi i t d t i dOn réalise une opération de lithographie qui permet de masquer certaines zones dusubstrat et d’en laisser d’autres sans protection particulière de façon à traiterparticulièrement certaines parties de la surface en laissant les autres sansmodificationsmodifications.

La lithographie

La lithographie est un procédé dans lequel l’image des motifs formant un d f fé é d l é

Principe de la lithographie

dispositif sont transférés dans le matériau

Insolation de la résine à partir d’une sourcepartir d une source d’énergie et du modulateur

Après développement lesAprès développement, les motifs sont reportés dans la résine

La lithographie

Principe de la lithographie

• La surface est masquée pourexposer ou non la résine à unesource d’énergie (UV, e‐, X)

• Une image est projetée sur larésine

• Le motif est alors créé à la• Le motif est alors créé à lasurface du wafer qui peut recevoirle traitement technologiqueadéquatadéquat

La lithographie

Principe de la lithographie

• Une résine est appliquée sur lasurface du wafer

• La surface est masquée pourexposer ou non la résine à unesource d’énergie (UV, e‐, X)

• Une image est projetée sur larésine

• La résine est développée et• La résine est développée etdissoute (zone exposées ou non)

• Le motif est alors créé à lasurface du wafer qui peut recevoirle traitement technologiqueadéquat

La lithographied l l h h

Energie

Les composantes de la lithographie

g

Masque +Alignement+Alignement

Résine

Wafer

• Energie ‐ cause de la réaction photochimique qui modifie la vitesse de dissolution de la résine. Vecteur de l’information

•Masque – modulation de l’énergie pour créer l’image latente du masque dans la résine•Masque modulation de l énergie pour créer l image latente du masque dans la résine

• Système d’alignement – permet d’aligner le masque avec les niveaux précédant

• Résine – Transfert de l’image du masque vers le wafer après développement et transfert

• Substrat

La lithographied l l h hLes composantes de la lithographie

• Une source d’énergie est nécessaire pour modifier la résine.

• Cette énergie forme l’image latente sur la résine.

• Cette image peut être formée par balayage ou modulation par le masque.

• Des sources brillantes sont nécessaires pour avoir un bon rendement.

Longueur d’onde Energie

Ph UV 400 3 1 VPhoton UV 400 nm 3.1 eV

DUV 250 nm 4.96 eV

RX 0.5 nm 2480 eV

Particules e- 0.62 A 20 keV

Ions 0.12 A 100 keV

La lithographie

Exemple de process (transistor)

n type Si

SiO2Unexposed resist removed by developern type Si

SiO2Unexposed resist removed by developeryp

Coat with

developer

Oxide etched

yp

Coat with

developer

Oxide etched with resist

mask

by HF NH4Fwith resist

mask

by HF NH4F

mask

ExposeUnexposed resist removed i i

mask

ExposeUnexposed resist removed i iin acid

p -type diffusion

in acid

p -type diffusion

n - type substrate

p n junctionn - type substrate

p n junctionp -n junctionp -n junction

La lithographie

Exemple de process (transistor MOS p‐channel)

p type Sin -type diffusionp type Sin -type diffusion

Oxidize Gate oxide &

Oxidize Gate oxide &wafer & source drain windows

wafer & source drain windows

Pattern Gate, source and

Pattern Gate, source andsource

and drainsource and drain contacts

source and drain

source and drain contacts

La lithographie

Caractéristiques du masque

• Bloque l’énergie dans la région adéquate – absorbant

‐Matériau opaque pour la longueur d’onde désirée

• Transmet l’énergie dans la région adéquate

‐ Parfaitement transparent pour à la longueur d’onde désirée

• En Photolithographie

‐ Chrome sur quartz

• L’extrême UV (EUV)

‐Multicouches Mo/Si reflecteur + absorbeur

• Lithographie X

‐ Au/W sur Si3N4

La lithographie

aspiration par le vide

Etalement de la résine par tournette Variation de l’épaisseur de résine avec la vitesse de rotation

Le dépôt de résine se réalise par étalement sur le substrat par centrifugation à l’aide d’unetournette. La vitesse de rotation détermine l’épaisseur de la résine et l’accélération sonuniformité. Pour éviter la formation de bourrelets sur les bords, un arrondi des bords de,plaquette est indispensable.Après dépôt, la résine est séchée dans une étuve ou aux infrarouges.

La lithographie

Deux types de résines

InsolationInsolation

Dévelop.Dévelop.

Ré i é tiRésine positive

Insolation dissoute

Résine négative

Insolation reste

La lithographie

Caractéristiques de la résine

• Une résine est composée de 3 éléments :

‐ Résine polymère : propriétés mécanique

‐ Élément photo actif inhibiteur de dissolution (PAC)

‐ Solvant

• Polymère transparent à la longueur d’onde utilisée

• L’insolation de la résine modifie localement la vitesse de dissolution par réaction photochimique

• PAC absorbant à la longueur d’onde utilisée

• Dissoute/résistante par un/au solvant là où l’inhibiteur est détruit/activé

La lithographie

Définition du contraste

Résine négativeRésine positivep

Résine positive Résine négative

La région insolée est dissoute

La région non-insolée est dissoute

La lithographie

Pour les résines négatives :   

phénomène de « Cross‐linking »

Augmentation du poids moléculaire

Diminution de la solubilité

La lithographie

Pour les résines positives :   

cassure des liaisons

Réduction du poids moléculaire

Énergie nécessaire 5eV

Augmentation de la solubilité

g

Augmentation de la solubilité

La lithographie

Différents types de résines

La photolithographie

En photolithographie, la source d’insolation est un rayonnement UV

Le photo‐répéteur

Le photo‐répéteur

Le photo‐répéteur

Trois types d’alignement : 

Le photo‐répéteur

Comparaison entre les 3 méthodes

• Contact : contact résine/masque… usure, pollution Rapport 1:1 Pas de limitation parpollution Rapport 1:1. Pas de limitation par la diffraction

• Proximité : Pas de contact. Rapport 1:1. ppLimité par la diffraction de proximité

• Projection : masque loin de la résine. Reduction 5‐10:1. Limité par la diffraction de Fraunhoffer

Diffraction de Fraunhoffer

La lithographie électronique

La lithographie électronique

E ll é l i dExcellente résolution de masquage

Exemple de masqueur électronique : LEICA EBPG 5000+ Réseau de lignes en résine Réseau de lignes en polymèreExemple de masqueur électronique : LEICA EBPG 5000+ Réseau de lignes en résine Réseau de lignes en polymère