Краткие теоретические сведения

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНТАКТНОЙ ФОТОЛИТОГРАФИИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ КОНФИГУРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Цель работы:Изучить процесс формирования конфигурации (рисунка) интегральных схем методом контактной фотолитографии

Краткие теоретические сведения

Литографией в технологии микроэлектроники называют процесс получения микрорисунка слоев интегральных схем (ИС) требуемой конфигурации. Процесс литографии занимает особое место в технологии микроэлектроники, особенно в планарной технологии изготовления ИС. Дальнейшее развитие технологии сверхбольших интегральных схем (СБИС) требует перехода к созданию элементов микронных и субмикронных размеров, что немыслимо без совершенствования существующих и разработки новых методов литографии.

По роду воздействующих энергетических частиц на актиночувствительный слой и, в зависимости от длины волны излучения l, следует различать оптические и неоптические методы литографии. К первой группе относятся контактная и проекционная фотолитографии (l=250–440 нм), ко второй – электронная ((l=0,05 нм), ионная ((l=0,05–1,0 нм) и рентгенолитография ((l=0,5–2 нм). Актиночувствительным называется слой, который изменяет свои свойства (растворимость, химическую стойкость) под воздействием излучения. В качестве таких слоев применяют фоторезисты, рентгенорезисты, электронорезисты и ионорезисты.

При контактной фотолитографии фотошаблон непосредственно контактирует с пластиной, т.е. масштаб переноса изображения равен 1:1. Наличие контакта рабочего фотошаблона с полупроводниковой пластиной постепенно выводит из его строя. Предельные возможности контактной фотолитографии по разрешающей способности составляют 1,25–0.8 мкм. Однако дифракция света в слое фоторезиста (ФР) и в зазоре между пластиной и фотошаблоном снижает разрежающую способность, что является основным ограничивающим фактором фотолитографии при создании СБИС.

В проекционной литографии изображение фотошаблона проецируется на пластину через специальный объектив с высокой разрешающей способностью. Основное преимущество проекционной фотолитографии заключается, прежде всего, в отсутствии механического контакта фотошаблона с пленкой ФР. Проекционная фотолитография упрощает процесс совмещения, повышает его точность и снижает затрачиваемое время.

Проекционная фотолитография позволяет получать минимальную ширину линий 0.6–0.8 мкм и более высокий процент выхода годных. Существуют некоторые трудности в создании оптических систем, обеспечивающих равномерное освещение и однородное разрешение на большой площади. Кроме того, высокая стоимость установок и необходимость высококвалифицированного обслуживания накладывает ограничения на широкое использование данного метода в промышленности. В настоящее время проекционная фотолитография применяется в основном при изготовлении сложных приборов, особенно с большой площадью (БИС, ЗУ, СБИС, микропроцессоров).

Существует три основных способов проекционной литографии:

– одновременная передача всех элементов, входящих в фотошаблон, на поверхность полупроводниковой пластины, покрытой слоем ФР;

– поэлементный «шаговый» перенос изображения на пластину, покрытую ФР;

– вычерчивание изображения на пластине тонким лучом лазера, управляемым от ЭВМ.

Перенос изображения этими методами может осуществляться без изменения масштаба и с уменьшением (1:4; 1:5; 1:10; 1:20).

При рентгенолитографии изображение на пластину переносится с шаблона, называемого рентгеношаблоном, с помощью мягкого рентгеновского излучения. Разрешающая способность рентгенолитографии составляет 0,2–0,3 мкм. Одним из достоинств метода является возможность получения структур субмикронных размеров с низким уровнем дефектности. Это объясняется тем, что загрязняющие частицы (пыль) существенно не ослабляют рентгеновское излучение, вследствие чего дефекты не переносятся на слой рентгенорезиста.

Электронолитография основана на непосредственном создании или проекционном переносе изображения пучком электронов. Этот метод наиболее перспективен для формирования субмикронных элементов. В электронолитографии применяют два способа непосредственного формирования элементов изображения – последовательной экспозицией тонким сфокусированным электронным пучком круглого сечения (сканирующий способ) и экспонированием широким прямоугольным пучком (проекционный способ). Недостатком электронной литографии является рассеяние электронов в слое резиста, который является диэлектриком, сложность оборудования, наличие вакуума, воздействие внешних электромагнитных полей.

При ионолитографии сохраняются принципы формирования изображения, но вместо пучка электронов используется ионный пучок. Т.к. ионы обладают большей массой, чем электроны, то и рассеяние их в слое резиста незначительно. Поэтому ионная литография обеспечивает большую разрешающую способность. Кроме того ионы обладают и большей энергией, т.е. перенос изображения можно проводить при меньших дозах облучения, чем при электронной литографии.