8 Литография 92

8.1 Фотолитография 92

8.1.1 Фоторезисты 92

8.1.2 Базовый литографический процесс 94

8.1.3 Фотошаблоны 98

8.2 Повышение разрешающей способности фотолитографии 100

8.2.1 Фазосдвигающие маски 100

8.2.2 Многослойные резисты 101

8.2.3 Литография с экстремальным ультрафиолетом 103

8.3 Другие виды литографии 104

8.3.1 Электронно-лучевая литография 104

8.3.2 Рентгенолучевая литография 110

8.3.3 Ионная литография 112

9 Модели полупроводниковых структур 113

9.1 Сущность проектирования интегральных схем 113

9.2 Технологические модели 115

9.3 Физико-топологические модели 116

9.4 Электрические модели 119

литература 121

1 Введение

1. Миниатюризация радиоэлектронных средств

Современные радиоэлектронные средства (РЭС) характеризуются значительной функциональной сложностью. Процесс создания РЭС направлен, прежде всего, на предельное уменьшение их габаритных размеров и масс, повышение надежности, снижение потребления энергии и стоимости. Начиная с конца 50-х годов прошлого века, эта тенденция получила название миниатюризации РЭС, а в отношении интегральных схем (ИС) – микроминиатюризации.

Вопреки расхожему восприятию, уменьшение габаритных размеров и масс РЭС не является самоцелью миниатюризации: суть миниатюризации - в повышении функциональных возможностей Ф с течением времени t, что может происходить при относительном постоянстве габаритных размеров G и масс М¹:

Ф = Ф₀ еxp(η t) : {G, M}^-χ ≈ const,

где Ф₀ – отсчетная характеристика; η – параметр, характеризующий степень «технической эволюции»; χ – параметр технологичности. Из формулы следует, что значительное увеличение Ф при одновременном – и тоже значительном – уменьшении G и М наблюдается при технических скачках: переход от ламповой аппаратуры к полупроводниковой, от последней к ИС, далее – использование функциональных устройств (см. рис. 1.1 [1]). При таких переходах скачкообразно возрастает значение параметра технологичности χ. Затем Ф растет со временем по определенным законам, например, по закону Мура для ИС (рис. 1.2).

Изучением, разработкой и изготовлением РЭС в микроминиатюрном исполнении занимается микроэлектроника (интегральная электроника). В основу микроэлектроники положен схемотехнический принцип, заключающийся в использовании обычных методов реализации узлов и блоков РЭС на базе радиоэлементов (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов и др.) и разработке электрических схем на основе теории цепей. Отличие от традиционных методов состоит в том, что в ИС элементы объединяются (интегрируются) в объеме полупроводника или на поверхности подложки.

Функционирование ИС основано на свойствах статических неоднородностей (потенциальных барьеров) - локальных областей на поверхности или в объёме кристалла, создаваемых в результате определённых технологических процессов. Функциональная электроника, в отличие от интегральной, основывается на использовании в качестве носителей информационного сигнала динамических неоднородностей, обеспечивающих не схемотехнические принципы работы приборов и устройств. Такие неоднородности генерируются в континуальных (непрерывных) средах, как правило, в твёрдом теле в процессе функционирования устройства и могут иметь самую различную физическую природу. Например, в полупроводниковых приборах с зарядовой связью (ПЗС) используются неоднородности в виде зарядовых пакетов электронов или дырок, в акустоэлектронных устройствах - поверхностные волны деформации и т. д. Статические неоднородности и различные схемы обрамления в устройствах функциональной электроники играют в спомогательную роль.

Рисунок 1.1 - Доля электровакуумных приборов (1), дискретных полупроводниковых приборов (2), ИС на биполярных транзисторах (3),

ИС на полевых транзисторах (4), устройств функциональной электроники (5) в цифровых РЭС по годам

Рисунок 1.2 - Число активных элементов

в составе одной ИС по годам

Отметим, что устройства функциональной электроники (ПЗС и многие др.) изготавливаются с помощью методов и процессов, которые возникли и развиваются в технологии полупроводниковых приборов и ИС.

Интегральные устройства радиоэлектроники – это ИС и технологически совместимые с ними функциональные устройства. Для ИС характерна технологическая интеграция, для функциональных устройств - интеграция параметрическая.