Вот смотришь на эти два слова — позитивный и негативный фоторезист — и кажется, всё просто: один оставляет рисунок там, где светил, другой — где не светил. Но сколько раз видел, как молодые инженеры или даже закупщики из других отделов на этом и останавливаются, а потом в процессе литографии начинаются проблемы, которые к самой фотохимии имеют лишь косвенное отношение. Главный подвох не в определении, а в том, как эта разница в механизме работы упирается в реальные параметры процесса: в разрешение, в стойкость к эрозии, в адгезию к разным подложкам, в итоге — в выход годных пластин. Именно об этих практических нюансах, которые в спецификациях мелким шрифтом пишут, и хочется порассуждать, исходя из того, что довелось увидеть и потрогать своими руками.
Итак, негативный фоторезист. Его классика — это когда УФ-свет вызывает полимеризацию, засвеченные участцы становятся нерастворимыми. Казалось бы, надёжно. Но на практике часто упираешься в проблему набухания при проявке. Резист вроде бы стоит, но края профиля получаются не такими крутыми, как хотелось бы, особенно когда идёшь на субмикронные размеры. Это набухание потом аукается при травлении — подтравливание под маской, потеря критических размеров. Многие производители с этим борются, но полностью победить сложно, это химическая природа процесса.
А вот позитивный фоторезист работает на разрушение. Незасвеченные области остаются, засвеченные растворяются. С ним история обратная — обычно лучше разрешение, более крутые профили. Но здесь своя ахиллесова пята — чувствительность. Он, как правило, менее чувствителен к свету, чем негативный аналог. Это значит, либо большее время экспонирования (производительность падает), либо нужна более мощная и стабильная лампа. В условиях нашего цеха, где иногда оборудование не самое новое, это становилось фактором выбора.
И вот здесь возникает первый практический выбор, который часто делается не в идеальной лаборатории, а на цеховом совещании: что для данного конкретного техпроцесса важнее — максимальное разрешение и чёткость краёв (тогда склоняемся к позитивному) или высокая скорость процесса и, возможно, лучшая стойкость к некоторым видам плазменного травления (тут часто выигрывает негативный). Это не теоретический вопрос, а ежедневная балансировка.
Помню один случай, уже года три назад. Переходили на новый тип кремниевых пластин с предварительно нанесённым слоем оксида. Использовали проверенный годами негативный резист от одного немецкого поставщика. И всё вроде бы шло по регламенту: подготовка, нанесение, мягкий прогрев. А после экспонирования и проявки — катастрофа. Резист местами отслаивался целыми пластами, особенно по краям пластины.
Долго искали причину. Оказалось, что на том новом оксиде адгезия именно этого типа негативного фоторезиста была критично низкой. Пришлось углубляться в дебри праймеров (промежуточных слоёв для улучшения сцепления) и подбирать другой состав. А позитивный резист от того же производителя, который мы параллельно тестировали для другого проекта, на той же подложке вёл себя идеально. Вывод, который тогда сформулировали: нельзя говорить 'этот резист хороший', можно говорить 'этот резист хорош для кремния с таким-то покрытием при таких-то параметрах процесса'. Универсальных решений нет.
Кстати, компания ООО 'Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии' (сайт https://www.ywxtbdt.ru), которую основали эксперты с 20-летним опытом, в своих материалах как раз акцентирует внимание на необходимости полного анализа технологической цепочки. Их подход, судя по описаниям, близок к тому, о чём говорю: мало поставить оборудование, нужно чтобы все материалы, от подложки до резиста, были совместимы. Это и есть та самая экспертиза, которая приходит с годами работы в цеху, а не только в лаборатории.
Когда читаешь даташиты, все хвастаются разрешением. 'Наш резист позволяет получить линии 0.2 мкм!' Да, позволяет. Но при каких условиях? При идеальной фокусировке, на идеально ровной подложке, в условиях научного центра. А у нас в цеху вибрации от вентиляции, микроколебания температуры, да и пластины не всегда идеально плоские. И вот тут разница между типами резистов проявляется ярко.
Позитивный фоторезист в реальных, неидеальных условиях часто показывает более предсказуемый результат по краевому профилю. Его склонность к образованию почти вертикальных стенок — это большой плюс для последующих операций, например, ионного имплантирования или точного травления. Но есть нюанс: если переэкспонировать, можно получить подтравливание у основания — профиль становится обратно-трапециевидным. Это тоже брак.
С негативным фоторезистом история с профилем сложнее. Из-за уже упомянутого набухания получить идеально вертикальную стенку почти невозможно. Часто профиль получается слегка наклонным или даже с закруглённой верхней кромкой. Для некоторых старых техпроцессов, где допуски велики, это не критично. Но когда мы пробовали использовать его для создания микромеханических структур (MEMS), где важен именно угол стенки, пришлось от него отказаться в пользу позитивного, несмотря на его меньшую стойкость к сухому травлению в данном конкретном случае.
Это, пожалуй, один из самых горячих споров на этапе планирования процесса. Часто слышишь: 'Негативные резисты более стойкие'. Это не аксиома, это очень общее утверждение. Стойкость зависит от конкретного химического состава резиста и от типа травления — жидкое химическое или сухое плазменное.
В нашем арсенале был позитивный резист серии AZ от одного производителя, который в плазме кислорода 'сгорал' быстрее, чем некоторые негативные аналоги. Но когда перешли на травление хлорсодержащей плазмой для алюминиевых дорожек, картина поменялась кардинально. Тот самый 'нестойкий' позитивный резист держался дольше, потому что лучше противостоял именно этому типу химически активных радикалов. Пришлось завести целую таблицу: тип резиста — тип процесса травления — наблюдаемая селективность. Без этого — летишь вслепую.
Именно в таких ситуациях полезно иметь партнёра, который понимает не абстрактную химию, а физику процесса в реакторе. Глядя на описание ООО 'Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии', видно, что их фокус — на комплексных полупроводниковых технологиях. Подозреваю, что их специалисты могли бы дать дельный совет по подбору пары резист-процесс травления, потому что они мыслят именно технологическими цепочками, а не отдельными материалами. Это ценно.
Сейчас всё больше разговоров о том, что будущее за химически усиленными резистами (CAR), которые стирают грань между позитивными и негативными механизмами, предлагая высокое разрешение и хорошую стойкость. Но и они не панацея — дороже, требовательнее к условиям, нужен строгий постэкспозиционный нагрев.
Так что же выбрать сегодня? Мой субъективный итог, основанный на множестве проб и ошибок, звучит так. Если твой процесс позволяет, если не гонишься за предельными нанометрами, но нужна высокая скорость и надёжность в стандартных операциях — негативный фоторезист может быть отличным рабочим вариантом. Проверен, изучен, предсказуем в своих рамках.
Если же стоит задача минимизировать размеры, получить максимально чёткие границы, работать со сложными многослойными структурами и ты готов тонко настраивать каждый шаг процесса — то без глубокого погружения в мир позитивных фоторезистов не обойтись. Их капризность окупается результатом.
В конечном счёте, выбор между позитивным и негативным фоторезистом — это не выбор между хорошим и плохим. Это выбор между разными путями, каждый со своими ямами и кочками. И самый правильный путь — это тот, который полностью учитывает все остальные параметры твоего конкретного производства, от чистоты в цехе до ресурса лампы в степпере. Именно об этом, мне кажется, и говорит опыт таких компаний, как ООО 'Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии' — технология это всегда система, а не набор разрозненных компонентов.
