книги из ГПНТБ / Мазель Е.З. Планарная технология кремниевых приборов

фект — не островок окисла, а прокол в слое окисла, при­

Очевидно, что операция фотолитографии контактных окон весьма ответственна. Дефектами в этом случае являются мельчайшие проколы в окисле, через которые проникает металл при напылении и последующем вжигании. Ухудшение параметров может быть вызвано тем, что металл попадает в места выхода переходов на по­ верхность и, даже .будучи изолированным от контактных площадок, вызывает локальное снижение пробивного на­ пряжения или короткое замыкание (крупный дефект). Площадь критических областей при этом мала, и объяс­ нить высокий брак подобным эффектом трудно. Более вероятен эффект закоротим в тех областях, где поверх окисла остаются металлизированные площадки распро­ страненных электродов; критические области в этом слу­ чае велики и определяются как разность между пло­ щадью металлизации и площадью контактных окон. В пользу такого представления говорит эксперимент:

252

если изготовить однотипные транзисторы с обычными й распространенными электродами, брак по 'вольт-амиер- ным характеристикам намного больше во втором ва­ рианте.

Наиболее опасны участки распространенных электро­ дов, располагающиеся над эмиттером и базой. Окисел над коллектором обычно толще, но участки металлиза­ ции на нем тоже следует считать критическими, так как даже при частичном травлении окисла плотность проко­ лов в нем резко увеличивается (Л. 5-41].

В табл. 5-5 суммированы соображения по определе­ нию .критических областей и локальных дефектов в пла- н арн ых тр анз'и стор ах.

При оценке влияния дефектов учитывался только явно выражений брак по пробивным напряжениям (ко­ роткие замыкания). Учет более сложных видов брака, например изменение усиления по току из-за того, что под островком будет уменьшена толщина базы, потребует ужесточения требований к допустимым размерам дефек­ тов.

Понятием «выход годных структур» обозначим веро­ ятность р .получения структуры без единого опасного де­ фекта в пределах критических областей; соответственно брак определяется как (1—р). Для того чтобы вычис­ лить эту вероятность, необходимо знать, какому распре­ делению подчиняются дефекты маскировки. В работе [Л. 5-53] было показано, что реальные распределения дефектов хорошо описываются законом Гриивуда—Юла, учитывающим не только среднюю плотность дефектов, но и их размеры. Удобнее, однако, для качественных оценок использовать более простой закон Пуассона с единст­ венным параметром—средней плотностью проколов X.

Среднюю плотность дефектов можно подсчитать либо непосредственно на пластинах со структурами, либо на фотошаблонах. Последний вариант более удобен. Однако при этом необходимо знать характеристику передачи де­ фектов 'фотошаблонов на окисел в конкретной фотолито­ графической операции, которая зависит от типа фото­ резиста, толщины слоя фоторезиста, качества оборудо­ вания и технологии фотолитографии {Л. 5-54].

При контроле фотошаблонов находят количество опасных дефектов N на 50—100 структурах и определя­ ют среднюю плотность дефектов X=-N/S, где 5 — общая площадь обследования. Далее подсчитывают площади

253

критических областей и определяют для каждой фото­ литографической операции величины выхода годных структур р = ехр (—Х5Кр) и 'бракованных структур ( 1 - Р ) .

Произведя подобный расчет для фотолитографиче­ ских операций создания, например, мощного транзисто­ ра, мы заметим различие между операцией создания контактных окон и остальными операциями. Фотолито-

254

графия контактных окон, как и предполагалось, оказы­ вается наиболее ответственной операцией в технологи­ ческом цикле создания подобных транзисторов, и выход годных в основном определяется дефектами, вносимыми на этой операции. Такое положение характерно для всех транзисторов, полученных двойной диффузией. Напротив, в транзисторах .с эпитаксиальной базой, отри изготовле­ нии которых попользуется изолирующая диффузия, наи­ более ответственной операцией становится фотолитогра­ фия, базы. Зная распределение брака по операциям фотолитографии, можно определить, .какой из них сле­ дует уделить основное внимание, т. е. чаще заменять фотошаблоны, обеспечивать максимальную чистоту, вво­ дить двойную фотолитографию, позволяющую снизить влияние дефектов. Из неравномерного характера рас­ пределения брака .по операциям фотолитографии выте­ кают два важных 'следствия:

1)при .производстве комплекта фотошаблонов необ­ ходимо выделить критичные для данного прибора фото­ шаблоны и их особо тщательно изготовлять и контроли­ ровать. Указания о критичности фотошаблонов, как от­ мечалось в § 5-4, вносят в техническое задание на их изготовление;

2)в процессе эксплуатации логично менять не весь комплект .фотошаблонов, а наиболее критичные. Можно рекомендовать включать в .комплект двойное — тройное

количество критичных фотошаблонов и строго следить за их износом и своевременной сменой.

Из-за износа шаблонов при контактной фотолитогра­ фии наиболее неприятным видом дефектов становятся проколы и другие мелкие отверстия на непрозрачных участках фотошаблона. У хромовых фотошаблонов плот­ ность троколов после 100—150 контактов может возра­ сти в несколько раз, особенно при невысоком качестве стекла и пленки хрома.

Влияние проколов, имеющихся на фотошаблонах., можно ослабить, используя в одном технологическом процессе создания прибора позитивный и негативный резиеты. Например, при фотолитографии базы в класси­ ческих планарных транзисторах опасны островки окисла, а проколы не опасны; здесь логично применять пози­ тивный фоторезист. Напротив, ,при тех операциях фото­ литографии, где проколы в окисле опасны, — изолирую­ щая диффузия, контактные окна — применять следует

255

негативный фоторезист. Над критическими областями окажутся прозрачные участки фотошаблона, где плот­ ность дефектов мала, проколы же фотошаблона пере­ дадутся на подложку в виде безопасных окиеных остров­ ков. Одновременное использование обоих типов фо­ торезистов предполагает, естественно, идентичность свойств резистов и технологии их обработки.

5-6. П Е Р С П Е К Т И В Н Ы Е М Е Т О Д Ы С О З Д А Н И Я И З О Б Р А Ж Е Н И Й

Кратко ознакомимся с «методами, не нашедшими еще такого ши­ рокого применения, как контактная фотолитография, но представляю­ щими несомненный интерес: методом проекционной фотолитографии, голографическимн методами и элсктроипо-лучевон литографией. Пе­ речисленные методы принципиально отличаются друг от друга; в то же время их объединяют по крайней мере три общие тенденции:

повышение разрешающей способности, особенно ярко проявляю­ щееся в электронно-лучевых методах;

сокращение и упрощение процесса, стремление сразу преобразо­ вать заданную конфигурацию в изображение на пластине, покрытой резистом, и избежать тем самым промежуточных стадий с неизбеж­ ными ошибками и дефектами;

технический и экономический выигрыш за счет устранения износа фотошаблонов, этого бича контактной фотолитографии.

позволяет сделать срок службы фотошаблона практически безгра­ ничным и устранить брак, связанный с накоплением дефектов при износе шаблонов. Кроме того, как уже отмечалось, отпадает необхо­ димость одновременного наблюдения изображений в двух разных плоскостях — шаблона и подложки, повышается разрешающая спо­ собность.

На рис. 5-26 показаны три возможных способа осуществления проекционной фотолитографии. Наибольшее применение нашел спо­ соб с обратным отображением рисунка подложки иа плоскость фото­ шаблона (рис. 5-26,о). Современные проекционные установки [Л. 5-43, 5-56] позволяют получать минимальные размеры элементов 3—5 мкм на поле диаметром 57 мм при масштабе 1:1.

Пределы в получении малых размеров определяются качеством оптики: изготовить объектив с большим рабочим полем и высокой разрешающей способностью достаточно трудно. Хорошие перспективы обещает разработка симметричных оптических систем, состоящих из двух идентичных объективов. Подобные системы, близкие к теле­ центрическим, позволяют устранить некоторые аберрации — кому и дисперсию. В работе [Л. 5-57] показано, что применение для сим­ метричных систем серийных фото- и кинообъективов типа «Юпитер-9»

каливания с зеленым фильтром. Поскольку спектральные диапазоны при совмещении и создании проекционного изображения различаются,

256

при записи, мы получаем возможность скомпенсировать их при ре­ конструкции, применив ту же линзу ГЛ. 5-59]. Однако при записи и реконструкции голограмм возникают дифракционные я интерферен­ ционные искажения на неровностях с размерами А./4, т. е. обработка всех поверхностен должна быть высококачественной. Кроме того, необходимо с большой точностью фиксировать положение плоскости голограммы при записи и реконструкции. Серьезные требования предъявляются и к лазерам: они должны обеопечивать высокую когерентность излучения и равномерность освещения по полю диа­ метром 50 мм. Мощность излучения в пучке такого диаметра долж­ на быть достаточной для экспонирования фоторезистов.

при иоле диаметром 30 мм. Подсчитанное по этим величинам значе­ ние необходимой для воздействия на резпст плотности энергии сов­

уже мультиплицированного изображения, так и для мультиплика­

ряют рассеивающей линзой до диаметра 20,3 см и пропускают через отверстия в апертурной пластине. Шесть отверстий, расположенных в центре пластины, формируют опорные пучки, а шесть отверстий по краям—предметные пучки, которые, отразившись от зеркал, интер­ ферируют с опорными в плоскости голограмм. Полученные шесть голограмм помещают в установку для реконструкции. Здесь наибо­ лее однородная часть лазерного пучка диаметром 1 см пропускается через вращающуюся призму, в результате чего последовательно ска­ нируются все голограммы. Действительные изображения фотошабло­ на, передаваемые с голограмм, соединяются на кремниевой подлож­ ке, покрытой фоторезистом; время экспонирования — несколько ми­ нут. Применение шести пучков позволяет компенсировать при нало­ жении локальные дефекты, возникающие па отдельных голограммах. Достигнутое таким способом разрешение пока сравнительно невысо­ ко: 1 мкм на площади 1 см2 и 4 мкм на площади 2,5 см2. Эти ре­ зультаты получены на высококоитрастиых фотопластинках с непло­ скостностью не более 0,5 мкм на 1 см.

Мультипликация изображений может быть осуществлена с по­ мощью голограммы, на которой записан мультипликатор — объект, представляющий собой множество светящихся отверстии. При рекон­ струкции изображение одного элемента пропускают через голограм­ му-мультипликатор и получают размноженное изображение. При этом можно вообще обойтись без линз, что открывает большие возможно­ сти применения голографических методов.

В электронно-лучевой литографии, как и в оптической, возможны два способа создания изображения: проекция многих изображений сразу на всю площадь подложки и поэлементное сканирование тон­ ким электронным пучком. Блок-схема установки для сканирующей электронно-лучевой литографии (Л. 5-62) приведена на рис. 6-28. Электронная система состоит из источника электронов, электроста­ тических фокусирующих линз, устройств включения и выключения

258

резистов. Выбор ускоряющего напряжения связан с отражением электронов от подложки, так как диаметр отраженного пучка прямо пропорционален квадрату ускоряющего напряжения.

Магнитное отклонение пучка позволяет получить меньшие иска­ жения, нежели электростатическое, однако стабильность по току

О. Контроль на ЭМ1

Запирание

луча

Блок

управления

разверткой

Детектор

электронов

ЭВМ

Привод

Счетчик муа­ ровых полос

Рис. 5-28. Блок-схема установки для электронно-лучевой литографии

(для изготовления фотошаблонов).

чением — выключением луча осуществляется с помощью ЭВМ. Обыч­ но луч отклоняют на небольшие расстояния, около 2 мм, а увеличе­

ния площади обработки достигают механическим перемещением под­ ложки.

Для совмещения при электронно-лучевой литографии требуется создание на подложке маркерных знаков. Маркерный знак может быть получен напылением пленки металла с высоким атомным номе­

плоскостей отсчета. Информация о иесовмещении вводится в ЭВМ, управляющую перемещением пучка, и создаваемое изображение со­ вмещается с имевшимся на подложке. Весьма перспективно исполь-

260

Зоваине для фотолитографии электронного сканирующего микроскопа, с помощью которого удается получать субмикроиные изображения па площади около 6 см2. Для осуществления совмещения в таком

микроскопе на ЭЛТ блока индикации (рис. 5-29) выводят два сиг­ нала: один, полученный в результате сканирования подложки при малом токе пучка (ток уменьшают, чтобы не воздействовать на фоторезист), и второй с ЭЛТ, на которую проецируется фотошаблон. На экране в результате одновременно видно изображение маркерного

Рис. 5-29. Блок-схема установки электронно-лучевого экспониро­ вания.

/ — контроль положения стола; 2— приводные двигатели; 3— электронный д е ­

знака и знака совмещения с фотошаблона. Перемещая подложку, до­ биваются совмещения изображений, затем увеличивают ток скани­ рующего пучка и производят экспонирование.

Реальная разрешающая способность электронно-лучевой лито­

размеры линий, полученных при одинаковых условиях на медной и алюминиевой подложках. Большую роль играет толщина слоя рези­ ста: например, при толщине 1,0 мкм реально получаются линии ши­ риной 1,5 мкм, а при толщине 0,3 мкм — шириной 0,7 мкм. Чтобы получить размеры линии порядка 0,5 мкм, приходится снижать тол­ щину слоя резиста до 0,1—0,2 мкм. Защитные свойства у таких тон­ ких слоев резко ухудшаются. В какой-то мере выходом из положе­ ния является обратная литография, когда металл напыляют на рель­ еф из резиста, но этот путь иногда сужает возможности метода. У сканирующей электронно-лучевой литографии есть еще один недо­ статок: малая производительность. Из-за низкой чувствительности

2G1