Технология изготовления сенсоров (Раздел дипломной работы), страница 3

В связи с этим, на ОАО “Авангард-Микросенсор”, были изучены процессы ионно-химического травления двуокиси олова. Но и этот метод обладает существенным недостатком – отсутствие селективности процесса травления и перезадубливание фоторезистивной маски в процессах подготовки.

При производстве сенсоров для травления пленки SnO2 применяется метод обратной или ”взрывной” фотолитографии.

В обычной фотолитографии слой фоторезиста наносится поверх слоя пленки, которая затем подвергается травлению и представляет собой позитивное изображение рисунка, который в дальнейшем должен быть изготовлен. При методе обратной литографии негативный защитный рельеф сначала создается прямо на подложке, после чего на него осаждается пленка необходимого материала. В результате этого пленка осаждается непосредственно только в незащищенных участках. Последующие операции приведены на рис.4.2.

Создание рисунка в пленки с использованием

негативного маскирующего покрытия.

                                               Негативное маскирующее покрытие

                                               Подложка

 


S

 

                                               Осажденная пленка

 


                                               Пленка после удаления маскирующего покрытия

                                              


Рис 4.2.

На конечной операции защитный рельеф удаляется растворителем, который взаимодействует только с материалом защитного слоя, но не с материалом пленки. Для того, чтобы сохранить пленку на боковых участках (участок S на рис. 4.2), толщина защитного рельефа должна быть больше, чем толщина пленки. Это позволяет растворителю проникать к защитному рельефу под пленкой, взаимодействовать с ним, при этом легче вымываются выступающие над поверхностью участки пленки.

Основное преимущество обратной фотолитографии состоит в том, что в этом случае отпадает необходимость в применении сильнодействующих химических реактивов, которые обычно необходимы для вытравливания материала пленки.

Кристаллическая структура слоев SnO2 при нанесении на подложку при температуре 150-180°С термодинамически неустойчива, молекулы SnO2 обладают склонностью к химическому взаимодействию с материалом фоторезиста и органических растворителей, применяемых для удаления жертвенного слоя фоторезиста, с образованием различного рода мало устойчивых соединений, модифицирующихся при последующих термических операциях технологического цикла и в процессе эксплуатации готовых сенсоров. Этот приводит к значительному разбросу и временному дрейфу параметров сенсоров.

При поиске вариантов осуществления “взрывной” литографии без использования фоторезиста на ОАО ”Авангард-Микросенсор” рассматривались несколько материалов.

 При использовании в качестве маски слоев алюминия  было замечено улучшение воспроизводимости сопротивления резисторов и меньший разброс их номиналов. Однако возможности использования маски из слоев алюминия ограничены температурой 500-520°С. Для стабилизации кристаллической структуры сенсоров, после ее нанесения, необходима термическая обработка при температуре не менее 550°С.

 Для улучшения воспроизводимости сопротивления резисторов при изготовлении их методом обратной литографии на ОАО  “Авангард-Микросенсор” пошли по пути поиска технологических вариантов, позволяющих проводить эту операцию после высокотемпературной обработки пленки SnO2 (9500С, синтетический воздух) в отличие от применявшейся ранее “взрывной” фотолитографии (с использованием маски из алюминия) не отожженной пленки SnO2, обладающей до отжига недостаточной химической стойкостью.

Наилучшие результаты по качеству литографии получены с использованием маски из нелегированного поликремния толщиной 0.53 мкм. Травление поликремния осуществляется в травителе состава:

HF 48%-10 мл;

HNO3 72%  - 400 мл;

            CH3COOH – 130 мл;

            H2O – 60 мл.

После этого пластины со сформированным рисунком SnO2-резисторов подвергали процессу диффузии сурьмы и гадолиния из стекловидных растворных пленок при температуре 9500С в течение 3-х часов в атмосфере синтетического воздуха с последующим удалением пленочного источника диффузианта с поверхности пластин в травителе следующего состава:

NH4F – 300 г

HF 48% - 90 мл

Н2О – 610 мл.

Разброс сопротивлений SnO2-резисторов, полученных после диффузии, для данного процесса был обусловлен воздействием травителя поликремния на незащищенную пленку SnO2 в процессе “взрыва”, а также последующим стравливанием стекловидной пленки в буферном травителе указанного состава.

В этой связи было реализовано проведение операции “взрыва” после легирования пленки двуокиси олова. Стекловидная растворная пленка при этом остается на поверхности пластин. “Взрыв” осуществляется в указанном выше травителе поликристаллического кремния, стекловидная пленка при травлении защищает пленку двуокиси олова от нежелательного воздействия поликремниевого травителя в течение

 ~4 мин., в то время как полное время травления составляет порядка 6-8 минут. При этом отпадает необходимость в дополнительной операции удаления стекловидной пленки.

Последовательность операций при создании резистора методом “взрывной” литографии после легирования слоя SnO2 приведена на рис 4.3.

Операция “взрывной” фотолитографии  по этапам приведена в Приложении №2.

Последовательность операций при создании газочувствительного резистора методом “взрывной” литографии после легирования слоя SnO2.