Глава 1. электронно-лучевая литография

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.. 1

Глава 1. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ЛИТОГРАФИЯ.. 4

1.1 ФОРМИРОВАНИЕ РИСУНКА ЭЛЕКТРОННЫМ ЛУЧОМ. 4

1.2 МЕТОДЫ РЕПРОДУЦИРОВАНИЯ. 10

1.3. СОВМЕСТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ. 12

1.4 ПРЕИМУЩЕСТВА ЛИТОГРАФИИ С ВЫСОКОЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ. 13

Глава 2. ТИПЫ ПРИБОРОВ, НАИБОЛЕЕ ПОДХОДЯЩИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ЛИТОГРАФИИ. 14

2.1 ЗАВИСИМОСТЬ ПАРАМЕТРОВ ОТ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ. 16

Глава 3. ОГРАНИЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ЛИТОГРАФИИ. 20

3.1 ОГРАНИЧЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С РЕЗИСТОМ. 21

3.2 НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ ТЕХНОЛОГИИ. 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 30

ВВЕДЕНИЕ

В последние два десятилетия происходило исключительно быстрое развитие технологии и областей применения микроэлектроники. Микроэлектроника достигла уровня, в настоящее время определяющего практически все аспекты гражданской и военной электронной аппаратуры. Микроэлектроника **, в частности интегральные схемы, уже вызвала глубокие изменения в самых различных областях техники — ЭВМ, управляющих систем в промышленности, электроники военного применения, наручных часов, автомобилей и фотоаппаратов. Существенно уменьшены, особенно в последние годы, размеры микроэлектронных приборов, улучшены их характеристики: например, схемы на транзисторах могут работать с рабочей частотой свыше 1 ГГц, хотя еще сравнительно недавно ставилась -задача достичь частоты 10 МГц.

Несмотря на столь быструю эволюцию, во многих областях требуются еще более высокие параметры (в частности, меньшая потребляемая мощность и большее быстродействие) и большая функциональная плотность компонентов; во всех случаях необходимы более высокая надежность и меньшая стоимость. Чтобы удовлетворить эти требования, в микроэлектронной промышленности вынуждены внедрять новейшие методы обработки, изготовления и управления (контроля) технологическими процессами. Одним из наиболее перспективных способов достижения этих целей является уменьшение размеров приборов — создание ИС с повышенной функциональной плотностью компонентов. Такие ИС позволяют увеличить рабочую частоту и снизить потребляемую мощность. Повышение выхода годных структур, связанное с уменьшением размеров кристаллов (при сохранении большого числа выполняемых функций), приводит к снижению стоимости и предположительно к повышению надежности.

Таким образом, увеличение функциональной плотности является и целью, и стимулом развития технологии. Современный процесс оптической ФЛ может быть назван краеугольным камнем технологии изготовления ИС. Однако в ряду основных технологических процессов изготовления ИС фотолитография характеризуется наименьшим выходом годных. Помимо этого, ФЛ как метод формирования рисунка не может обеспечить требуемых параметров и функциональной плотности компонентов в разработке новейших микроэлектронных приборов. Поэтому необходим новый, отличный от ФЛ процесс формирования рисунка, которому в свою очередь требуются новые дополняющие технологические процессы. Для достижения желаемых параметров, стоимости и надежности необходимы также сложнейшие методы технологического контроля в сочетании с автоматизацией процессов изготовления и управления ими с помощью процессоров.

Большими возможностями для решения перечисленных задач обладают разные виды излучений с большой энергией, в частности электронное, ионное и лазерное [7, 9—11, 62]. Так, ионные пучки можно применять для внедрения атомов примеси в полупроводник в дополнение к диффузии или взамен нее. С помощью электронного луча можно формировать рисунок в слое резиста. В настоящее время для этого применяют фотолитографию. С помощью лазерного и электронного лучей можно проводить отжиг дефектов кристаллической структуры пластин с лучшими результатами, чем в высокотемпературных печах. Преимуществом использования в технологических процессах и для исследовательских целей пучков (особенно пучков заряженных частиц) является их способность производить то же действие, какое обеспечивают традиционные методы, но качественно иным путем.

Поэтому можно ожидать существенных изменений получаемых результатов, и эти ожидания оправдываются на практике.

Например, лазерные лучи и ионные пучки успешно применяются для подгонки номиналов пленочных резисторов и ионного легирования соответственно.

Электронный луч можно применять для создания рисунков с меньшими размерами и лучшей разрешающей способностью по сравнению с самым совершенным фотолитографическим процессом. Есть основания считать, что достаточно скоро удастся ослабить действие факторов, ухудшающих выход годных структур, снизить плотность дефектов в структуре и создать электронно-лучевые установки (ЭЛУ) для экономически эффективного производства приборов. Технология ЭЛЛ выходит из стен лаборатории и внедряется в производство, она дает начало новому поколению литографических процессов и высокоэффективных средств для изготовления микроэлектронных приборов.

Цель этой книги — описать технологические процессы и оборудование для литографии с высокой разрешающей способностью, используемые при изготовлении микроэлектронных приборов, а также определить ее место в общем технологическом цикле.

МЕТОДЫ РЕПРОДУЦИРОВАНИЯ.

Если быстродействующие полупроводниковые приборы и интегральные схемы можно изготавливать непосредственным электронно-лучевым экспонированием в небольших объемах (по современным производственным нормам), то при массовом производстве сложных приборов экономически выгоднее применять шаблоны, полученные с помощью электронно-лучевой литографии. Ясно, что методика репродуцирования должна обеспечивать примерно одинаковую с электронно-лучевым экспонированием разрешающую способность.

глава 1. электронно-лучевая литография - student2.ru

Четыре наиболее перспективных метода репродуцирования с высокой разрешающей способностью приведены на рис. 5. Они основаны на бесконтактном репродуцировании рисунка шаблона с помощью электронного (рис. 5, а, б) или рентгеновского (рис 5, в) луча. Среди этих проекционных методов рентгенолитографии присущи минимальные дифракционные искажения, и она обеспечивает наиболее высокую разрешающую способность.

В лабораторных условиях методом электронной проекции с фотокатодом получены линии шириной 0,5 мкм на поле 75 мм [45] и методом рентгенолитографии — линии шириной 0,1 мкм [24]. Целесообразно использовать шаблоны, полученные с помощью ЭЛЛ, и в проекционной ФЛ с зеркальной системой (см. рис. 5, г) в сочетании с УФ излучением, чтобы свести к минимуму эффекты дифракции.

В заключение следует подчеркнуть, что шаблоны с субмикронными размерами элементов рисунка необходимо изготавливать только с помощью ЭЛЛ.

СОВМЕСТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ.

Создание рисунка с высокой разрешающей способностью в слое резиста с помощью электронно-лучевого экспонирования представляет лишь первый шаг в изготовлении прибора или шаблона. После создания рисунка в слое резиста на подложке последующие процессы легирования, селективного травления окисла, создания рисунка металлизации необходимо выполнять с использованием методов, сохраняющих высокую разрешающую способность рисунка.

Поэтому для каждого современного технологического процесса должен быть разработан его аналог, обеспечивающий высокую разрешающую способность, особенно в тех случаях, когда общепринятый процесс характеризуется явно недостаточной разрешающей способностью (например, химическое травление). Так, хорошо отработанный процесс плазменного травления позволяет удалять окисел или металл с меньшим растравливанием, чем при жидкостном химическом травлении; разрешение края рисунка может быть таким же, как и слоя резиста. Ионная имплантация позволяет создавать легированные области с меньшим (хотя не обязательно нулевым) боковым уходом размеров по сравнению с диффузией. Обычные процессы жидкостного химического травления и диффузии все еще применяют для изготовления приборов с большой плотностью размещения элементов, однако в основном их используют на этапах создания тех элементов, где не требуется высокая разрешающая способность.

Поэтому технология изготовления микроэлектронных приборов с большой плотностью размещения элементов должна включать последовательные совместимые процессы, обеспечивающие высокую разрешающую способность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Совершенно очевидно, что электронно-лучевая литография не может просто заменить фотолитографию — слишком велика разница в процессах химической обработки, методах переноса рисунка и способах совмещения. Миниатюризация электронных устройств приводит к необходимости изменения всей их структуры. Из сказанного следует, что внедрение в производство ЭЛЛ приведет к существенным изменениям технологического цикла в целом.

Высокие требования к разрешающей способности усложняют применение ЭЛЛ. Например, существуют тонкие краевые эффекты, проявляющиеся в зависимости от метода травления. Их необходимо учитывать при формировании рисунка. Эта задача весьма актуальна при стремлении разработчиков ИС к увеличению отношения высоты к ширине топологических элементов. Кроме того, для сохранения процента выхода годных необходимо, чтобы точность совмещения и воспроизведения ширины линий росла пропорционально уменьшению размеров элементов. Даже небольшие флуктуации дозы облучения или небольшие изменения условий проявления резиста могут привести к изменению как профиля элементов топологии, так и ширины линий.

Многие задачи этого круга уже решены. Размещение на кристалле тестовых структур позволило оперативно корректировать режим экспонирования, степень пере- или недопроявления, а также точность совмещения.

Созданы резисты, совместимые с различными методами переноса изображения. Для обеспечения высокой точности совмещения разработаны несколько типов меток совмещения и множество алгоритмов выполнения этой операции. Разработаны также подробные алгоритмы всего процесса с учетом особенностей и различий отдельных этапов.

В настоящей главе обсуждены некоторые методы электроннолучевой литографии, описаны способы построения массивов данных о топологии и рассмотрены методы состыковки полей сканирования при изготовлении ИС с большой площадью кристалла.

Обзор электронных устройств, выполняемых методами ЭЛЛ, иллюстрирует диапазон возможностей этого технологического метода. К этим устройствам относятся биполярные и МДП-транзисторы, приборы на ПАВ, ЦМД, ИС. При их производстве возникают проблемы специфического характера, поддающиеся, впрочем, разрешению. Установлено, что облучение электронами влияет на параметры изготавливаемых изделий, однако термическая обработка устраняет этот эффект.

Все сказанное преследовало цель показать возможность применения электронно-лучевой литографии в разных областях производства изделий электронной техники. Исследования готовых приборов выявили новые закономерности, свойственные устройствам смалыми размерами элементов. Практически все опытные образцы приборов, сделанные с помощью ЭЛЛ, имеют преимущество перед обычными по быстродействию и потребляемой мощности. Это обстоятельство содействует росту интереса к ЭЛЛ, подтверждаемому большим числом работ, опубликованных в последние несколько лет.