4. Литография

4.1. Основные определения

Литографией, применяемой в производстве ИМС, называют процесс переноса геометрического рисунка топологии на поверхность кремниевой пластины. По этому рисунку формируют все элементы схемы – затворы, контактные окна, металлические межкомпонентные соединения и т.п., – в соответствующих физических слоях.

Первоначально топология создается системой проектирования в форме цифрового кода. Цифровой код управляет генератором изображения. Генератор изображения может формировать рисунок топологического слоя непосредственно на кремниевой пластине, но чаще – на стеклянных пластинах с непрозрачной пленкой, покрытой слоем, чувствительным к излучению. Эти стеклянные пластины называются шаблонами, или фотошаблонами. Генераторы изображения бывают электронно-лучевые или лазерные.

Полимерные слои, чувствительные к излучению, называют резистами.

По типу излучения литографию подразделяют на оптическую (фотолитографию), рентгеновскую и электронную. Практическое применение имеют только фотолитография и электронная литография.

В научно-исследовательских лабораториях разработаны методы рентгеновской литографии – получение топологического рисунка через рентгеновский шаблон при помощи источника рентгеновского излучения или на ускорителе элементарных частиц типа синхротрона, а также методы ионной литографии – бомбардировка резиста направленным пучком ионов. Большую практическую сложность здесь представляют создание и эксплуатация рентгеновских шаблонов и отсутствие достаточно чувствительных резистов.

Классификация методов литографии приведена на рис. 4.1.

Литография

Оптическая

Электронная

Ренгеновская

Ионная

Контактная

Проекционнная

Лучевая

Проекционная

1:1

С уменьшением

Рис. 4.1. Классификация методов литографии

В фотолитографии используют ультрафиолетовое излучение с длиной волны – 130 - 450 нм, в рентгенолитографии – мягкое рентгеновское излучение с длиной волны 0,5 - 1,5 нм и в электронолитографии – электронное излучение с длиной волны 0,01нм. Чем меньше длина волны излучения, тем меньше эффекты дифракции влияют на размеры элементов рисунка.

Фотолитография характеризуется минимальным размером элементов, равным половине длины волны (65 нм), рентгенолитография обеспечивает размер 10нм, электронолитография – до 1 нм. Эти цифры относятся к предельным показателям. Реально достижимые технологические нормы, например, для традиционной контактной фотолитографии, намного отличаются от предельных. Современные технологии проекционной фотолитографии с уменьшением позволяют получить размер элементов до 60 нм.

Перенос изображения может осуществляться с помощью шаблона (фотолитография, рентгеновская литография) или переносом сфокусированного луча (электронно-лучевая, лазерная литография).

Устройства экспонирования, применяемые в технологических процессах, должны содержать установку совмещения, обеспечивающую точное совмещение рисунков слоев, и источники излучения. Рабочие характеристики экспонирующих устройств оцениваются по трем параметрам:

• разрешению;

• точности совмещения;

• производительности.

Разрешение – минимальный размер элемента, который может быть перенесен на резист.

Точность совмещения – мера точности расположения изображений последовательных топологических слоев.

Производительность – количество пластин, которые могут быть экспонированы в течение часа.

При изготовлении ИС между переносом рисунка на различные слои проводится формирование этих слоев в структуре пластины: ионная имплантация, травление, окисление кремния или металлизация.