Explain photolithography process

 

Question: What is lithography? Explain photolithography process?

 

Solution:

Lithography

Lithography is the process of transferring patterns of geometric shapes in a mask to a thin layer of radiation-sensitive material (called resist) covering the surface of a semiconductor wafer.

লিথোগ্রাফি হল একটি স্থানান্তর প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে জ্যামিতিক আকারের একটি সেমিকন্ডাক্টর ওয়েফারের পৃষ্ঠকে বিকিরণ-সংবেদনশীল উপাদানের পাতলা স্তরে (প্রতিরোধ বলা হয়) আচ্ছাদিত করার হয়।

Photolithography Process

Step-1: Photo-resist coating: A light-sensitive polymer (photo-resist) is evenly applied while spinning the wafer to a thickness of approximately 1µm. 

ধাপ -১: ফটো-রেসিস্ট লেপ: একটি আলো-সংবেদনশীল পলিমার (ফটো-রেসিস্ট্যান্ট) সমানভাবে লাগানো হয় যখন ওয়েফারটি প্রায় 1µm পুরুত্বের দিকে ঘুরানো হয়।

Step-2: Stepper exposure: A glass mask containing the patterns that we want to transfer to the silicon, is brought in close proximity to the photo-resisted wafer.

The mask is opaque in the regions that we want to process, and transparent in the other region (in case of negative photo-resist). The combination of mask and wafer is now exposed to ultraviolet light. Where the mask is transparent, the photoresist becomes insoluble. 

ধাপ -২: স্টেপার এক্সপোজার: প্যাটার্ন সম্বলিত একটি গ্লাস মাস্ক যাকে আমরা সিলিকনে স্থানান্তর করতে চাই, সেই আলো প্রতিরোধী ওয়েফারের খুব কাছাকাছি নিয়ে আসা হয়।
যে অঞ্চলে আমরা প্রক্রিয়া করতে চাই সেখানে মাস্কটি অস্বচ্ছ,এবং অন্যান্য অঞ্চলে স্বচ্ছ (ঋণাত্মক আলো-প্রতিরোধের ক্ষেত্রে)।মাস্ক এবং ওয়েফারের সংমিশ্রণ অতিবেগুনি রশ্মির সংস্পর্শে আসলে। যেখানে অপটিক্যাল মাস্ক স্বচ্ছ সেখানে ফটোরেসিস্ট অদ্রবণীয় হয়ে যায়।

Step-3: Photo-resist development: The wafer is developed in an acid or base solution to remove the resist from the non-exposed areas. Once the non-exposed photo-resist is removed, the wafer is “soft baked” at a low temperature to harden the remaining photo-resist. 

ধাপ-3: ফটো-রেসিস্ট্যান্ট ডেভেলপমেন্ট: অ-উন্মুক্ত অঞ্চল থেকে প্রতিরোধকে অপসারণের জন্য ওয়েফারে একটি এসিড বা বেস সলিউশনে তৈরি করা হয়।একবার অ-উন্মুক্ত ফটো-রেজিস্ট্যান্স অপসারণ করা হলে, বাকি ফটো-রেজিস্ট্যান্টকে শক্ত করার জন্য ওয়েফারটি কম তাপমাত্রায় "সফ্ট ব্যাকড" করা হয়।

Step-4: Etching: Material is removed from the areas of the wafer that are not covered by the photo-resist through the etching process. Two types of etching are usually performed (i) Wet etching, and (ii) Dry etching.

ধাপ-4: এচিং: এচিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ফটো-রেসিস্টেন্সের আওতায় না থাকা ওয়েফারের অঞ্চল থেকে উপাদান সরিয়ে ফেলা হয়। সাধারণত দুই ধরনের এচিং করা হয় (i) ওয়েট এচিং এবং (ii) ড্রাই এচিং

Step-5: Spin, rinse, and dry: A special tool (called SRD) is used to clean the wafer with de-ionized water and dries it with nitrogen. After diffusion/ion implantation, n+ source and drain is produced.

ধাপ -৫: স্পিন, ধোয়া, এবং শুকানো: ডি-আয়নযুক্ত জল দিয়ে ওয়েফার পরিষ্কার করতে এবং নাইট্রোজেন দিয়ে শুকানোর জন্য একটি বিশেষ সরঞ্জাম (যাকে এসআরডি বলা হয়) ব্যবহার করা হয়। বিস্তার/আয়ন ইমপ্লান্টেশনের পরে, n+ উৎস এবং ড্রেন উত্পাদিত হয়।

 

Step-6: Photo-resist removal or ashing: After completing the recurring process steps (such as diffusion or ion implantation, deposition, and dry etching), a high-temperature plasma is used to selectively remove the remaining photo-resist without damaging the device layers.

ধাপ-6: ফটো-রেসিস্ট অপসারণ বা অ্যাশিং: পুনরাবৃত্ত প্রক্রিয়ার ধাপগুলি (যেমন বিস্তার বা আয়ন ইমপ্লান্টেশন, জমা, এবং শুকনো এচিং) সম্পন্ন করার পরে, একটি উচ্চ-তাপমাত্রা প্লাজমা ব্যবহার করা হয় যা নির্বাচিতভাবে অবশিষ্ট ফটো-প্রতিরোধকে অপসারণ করে ডিভাইসের স্তর ক্ষতিগ্রস্ত না করে ।

Step-7: Development of Gate: After this step, aluminum contacts are made from the source, drain, and gate. 

ধাপ-7: গেটের উন্নয়ন: এই ধাপের পর উৎস, ড্রেন এবং গেট থেকে অ্যালুমিনিয়াম কন্টাক্টস তৈরি করা হয়।

Explain photolithography process