Литография в глубокой ультрафиолетовой области

Уменьшение размеров элементов ИМС от 1,5 - 1 мкм при стандартной фотолитографии до 0,1 мкм может быть достигнуто путем уменьшения длины волны экспонирующего (глубокая ультрафиолетовая область). Можно использовать обычные оптические литографические установки, модернизированные для работы с более коротковолновым излучением.

Однако эта возможность ограничивается целым рядом факторов, связанных с созданием компактных источников излучения, разработкой новых фоторезистов (известные фотолаки и фоторезисты чувствительны к длинам волн не более 300 нм), заменой стеклянной оптики (в этом диапазоне длин волн стекло очень сильно поглощает свет).

Для получения субмикронных размеров с помощью ГУФ в качестве источника можно использовать дуговые лампы с ксеноно-ртутным наполнителем ( = 200 - 260 нм), а также дейтериевые лампы мощностью 1 кВт. Как фоторезист чаще других используется полиметилметакрилат (ПММК). Перспективно применение фоторезиста на основе полиметилизопропенилкетона, чувствительность которого к излучению с   300 нм в несколько раз выше, чем чувствительность ПММК. Фотошаблонные заготовки для фотолитографии в области ГУФ изготовляются не из стекла, а из кварца или сапфира, на поверхность которых наносится слой непрозрачного металла (Cr, Al).

Проекционная фотолитография

Современная микроэлектроника требует не только уменьшения размеров элементов микросхем до 1 мкм и менее, но и размещения элементов подобных размеров на все больших площадях вплоть до использования подложки диаметром 200 мм.

Одним из методов, обеспечивающих высокое разрешение на больших полях и исключающих непосредственный контакт подложки и фотошаблона, является проекционная фотолитография.

Возможны следующие варианты оптической проекционной фотолитографии:

1.одновременная передача (проецирование) изображения всего фотошаблона на полупроводниковую пластину, покрытую фоторезистом;

2.последовательное поэлементное экспонирование изображения одного или разных типов модулей с уменьшением или без него;

3.последовательное вычерчивание изображения на фотослое сфокусированным световым лучом, например, лазерным, управляемым от ЭВМ.

Для успешного использования проекционной литографии необходима автоматическая система совмещения. Поэтому наиболее широкое распространение получил первый вариант проекционной фотолитографии; второй вариант применяется при монтаже модулей, третий вариант пока используется главным образом для изготовления фотошаблонов.

Возможны несколько способов проведения проекционной фотолитографии по первому варианту:

1.совмещение и экспонирование посредством одного источника;

2.совмещение фотошаблона с подложкой в пространстве изображения с помощью зеркала и микроскопа;

3.проекция изображения поверхности полупроводниковой пластины в плоскость фотошаблона.

Жидкостная и плазменная обработка кремния и различных функциональных слоев.

Жидкостные обработки в технологическом маршруте изготовления МОП СБИС и МОП УБИС сведены к минимуму. Это вызвано рядом обстоятельств. В первую очередь это вызвано тем, что практически весь цикл производства ИС организован на основе непрерывных поточных линий, представляющих собой конвейер «безлюдной» технологии или линий, использующих кластерное (сочетающее непрерывное исполнение ряда последовательных операций техмаршрута) оборудование. Операции жидкостных обработок являются наиболее консервативными, не вписывающимися в указанные схемы организации производства ИС. Кроме того, ограничение в применении жидкостей связано с возможностью загрязнения поверхности пластин примесями, содержащимися в жидких растворах. Процесс жидкостной обработки кремния и сопутствующих функциональных слоев трудно поддается компьютерному моделированию.

По сути, применяется лишь крайне ограниченный ряд жидкостей в ограниченном числе этапов техмаршрута. Прежде всего, это относится к обработках пластин в жидкостях после проведения операций проекционной фотолитографии, при подготовке поверхности кремния к выращиванию или осаждению подзатворного диэлектрика, при подготовке поверхности к осаждению контактного металла.

Наиболее употребимыми обработками по прежнему являются обработка в растворе «Каро» и перекисно- аммиачная обработка.

Раствор «Каро», представляющий собой раствор на основе H₂O₂ и H₂SО₄, является весьма эффективным для удаления остатков органики, в частности он используется для удаления фоторезистивной маски.

Очистка пластин в растворах на основе перекиси водорода используется для удаления как органических так и неорганических загрязнений. Основой очищающих растворов является перекись водорода. Известно, что H₂O₂ - сильный окислитель, который взаимодействует с ионами металлов, а кремний при этом не окисляется. Однако очистки только в перекиси водорода недостаточно. Обычно используется последовательная очистка в двух растворах:

NH₄OH : H₂O₂ : H₂O = 1 : 1 : 5;

HCl : H₂O₂ : H₂O = 1 : 1 : 5.

В первом растворе хорошо удаляются органические загрязнения и ионы металлов I и II групп, во втором - HCl способствует удалению тяжелых металлов. При взаимодействии компонентов указанных растворов с ионами металлов и фтора образуются растворимые в воде соединения, которые легко удаляются с поверхности кремния при промывке в воде. Эффективность очистки зависит от типа проводимости и степени легирования образцов. На поверхности кремния n⁺-типа она выше, чем на кремнии p-типа. Это объясняется тем, что на поверхности кремния p-типа адсорбируется больше отрицательных ионов фтора и при промывке в воде она сильнее загрязняется углеродом.

Плазменная обработка является более предпочтительной для удаления загрязнений с поверхности кремния и различных функциональных слоев, для подготовки поверхности к формированию подзатворного диэлектрика, для травления функциональных слоев и др. Плазменная обработка является более «чистым» процессом, вписывающимся в маршрут поточных линий и линий, использующих кластерное оборудование. Примером плазменной обработки может служить обработка в кислородной низкотемпературной плазме с целью удаления остатков органики. Обработка во фреоновой плазме позволяет пассивировать поверхность кремния и уменьшить положительный заряд в выращиваемом подзатворном диэлектрике. Без предварительной плазменной обработки не обходится в настоящее время процесс создания эффективных омических контактов к моно- и поликристаллическому кремнию.