Резист (электронный компонент)¶

Резист (от англ. resist — сопротивляться, противостоять) — в микроэлектронике тонкая плёнка или слой материала, наносимый на поверхность подложки и обладающий избирательной устойчивостью к воздействию травителей, ионной имплантации или других технологических процессов. Резисты применяются в фотолитографии для формирования рисунка интегральных микросхем и других микроструктур. В отличие от защитных масок, резисты являются светочувствительными (или чувствительными к пучку электронов, рентгеновскому излучению) полимерными композициями, в которых под действием облучения происходят химические изменения, изменяющие их растворимость.

¶Назначение и принцип действия

Основная функция резиста заключается в переносе изображения с фотошаблона (или сформированного электронным лучом рисунка) на поверхность полупроводниковой пластины. Процесс включает несколько стадий: нанесение резиста на подложку методом центрифугирования, сушку, экспонирование через маску или сфокусированным пучком, проявление (удаление растворителем экспонированных или неэкспонированных участков) и последующую передачу рисунка в нижележащий слой травлением или ионным легированием.

После выполнения своей функции резист удаляется с подложки — либо органическим растворителем (жидкая очистка), либо в кислородной плазме (золошение). Таким образом, резист является временным материалом, обеспечивающим селективность технологических операций.

¶Классификация резистов

¶По типу проявления

• Позитивные резисты — при облучении разрушаются или изменяют химическую структуру так, что становятся более растворимыми в проявителе. Удаляются экспонированные участки, повторяя рисунок маски. Обеспечивают более высокую разрешающую способность.
• Негативные резисты — при облучении сшиваются (полимеризуются), становясь нерастворимыми. После проявления остаются экспонированные участки. Дают изображение, инвертированное относительно маски.

¶По типу излучения

• УФ-резисты — работают в диапазоне длин волн 365–436 нм (i- и g-линии ртутной лампы), используются в контактной и проекционной литографии.
• Deep-UV резисты (глубокий ультрафиолет, 248 нм и 193 нм) — применяются в современных степперах для производства микросхем с проектными нормами от 250 до 7 нм. Основой служат химически усиленные резисты на базе полигидроксистирола и акрилатных полимеров.
• Электронорезисты — чувствительны к пучку электронов, применяются в электронно-лучевой литографии для изготовления фотошаблонов и при мелкосерийном производстве.
• Рентгенорезисты — используются при экспонировании синхротронным излучением.
• Ионорезисты — чувствительны к ионным пучкам.

¶По составу

• Однокомпонентные — полимер (например, полиметилметакрилат) или низкомолекулярное соединение, растворимость которого меняется при облучении.
• Химически усиленные — содержат полимер с кислотолабильными группами и фото- или радикальный генератор кислоты. Кислота, образующаяся при экспонировании, катализирует реакцию деблокирования, что обеспечивает высокую чувствительность и контраст.
• Неорганические резисты — например, халькогенидные стекла.

¶Основные характеристики

• Чувствительность — доза облучения, необходимая для полного проявления слоя. Измеряется в мДж/см² (для УФ) или мкКл/см² (для электронов).
• Разрешающая способность — минимальный размер элемента, который может быть воспроизведён с заданной точностью.
• Контраст — параметр, определяющий крутизну зависимости толщины остающегося слоя от дозы облучения.
• Травильная стойкость — устойчивость к плазмохимическому или жидкостному травлению.
• Термостабильность — способность выдерживать нагрев при последующих операциях без деформации рисунка.
• Адгезия к подложке — сила сцепления с поверхностью кремния, оксида, металла.

¶Применение

Резисты являются ключевым материалом в производстве интегральных схем, микромеханических систем (МЭМС), светодиодов, лазерных диодов, печатных плат (сухие плёночные резисты) и в литографии для создания структур в микрофлюидике. В научных исследованиях резисты применяются для изготовления лабораторных чипов и прототипов наноустройств.

В полупроводниковой промышленности выбор резиста определяется технологическим узлом. Для литографии с нормами 28 нм и менее используются резисты для излучения 193 нм с погружением (иммерсионная литография), а для узлов 7 нм и 5 нм — технологии с множественным экспонированием. Для перспективных узлов 2 нм и менее разрабатываются резисты для EUV-литографии (длина волны 13,5 нм) на основе оловоорганических соединений.

¶История развития

Первые резисты на основе природного асфальта и каучука применялись ещё в XIX веке при изготовлении печатных форм. В середине XX века с развитием полупроводниковой техники появились синтетические полимерные резисты. В 1950-х годах использовался негативный резист на основе поливинилциннамата (Kodak KPR). В 1960–1970-х годах были разработаны позитивные резисты на основе фенолоформальдегидных смол с диазохинонами, которые доминировали до конца 1980-х. Переход к нормам ниже 250 нм потребовал создания химически усиленных резистов, что было сделано в начале 1990-х годов. С 2010-х годов активно развиваются резисты для экстремального ультрафиолета.

¶Удаление резистов

После завершения литографического цикла резист необходимо полностью удалить, чтобы не загрязнять последующие слои. Используются три основных метода: жидкостная очистка органическими растворителями (ацетон, диметилформамид), обработка в плазме кислорода (золошение) и комбинированные методы с применением серно-перекисных смесей. Для трудноудаляемых имплантированных резистов используются специальные стрипперы и обработка УФ-излучением.

¶Экологические аспекты

Производство и утилизация резистов связаны с использованием органических растворителей и химических соединений, требующих соблюдения мер безопасности. Современные разработки направлены на создание водорастворимых резистов и резистов, разлагаемых в мягких условиях, что снижает нагрузку на окружающую среду.