- •Введение
- •Математическое моделирование фотолитографических процессов при создании субмикронных структур и нанометровым размеров
- •Оптическая литография. Проекционная литография. Формирование изображения
- •Формирования изображения в фоторезисторе. Моделирование
- •Моделирование процесса травления фоторезистора
- •Ограничение оптической литографии
- •Математическое моделирование процессов электронной литографии
- •Теория электронной эмиссии
- •Моделирование эффекта близости при электронной литографии
- •Моделирование наносистем методами Монте-Карло
- •Генерация случайных чисел на отрезке [a, b) в соответствии с заданной функцией распределения p(X)
- •Интегрирование методом Монте-Карло
- •Приложения метода Монте-Карло к наносистемам, состоящим из нескольких частиц
- •Применение метода Монте-Карло к неравновесным задачам
- •Уравнение Ланжевена
- •Взаимодействующие системы
- •Моделирование наносистем методами молекулярной динамики
- •Принципы мд-моделирования наносистем
- •Интегрирование уравнения движения Ньютона
- •Плазмохимическое осаждение, моделирование роста покрытий в условиях бомбардировки высокоскоростными атомами
- •Моделирование кремниевых полевых нанотранзисторов с учётом квантовых эффектов
- •5.1. Физика полупроводников с пониженной размерностью
- •5.2. Экранирование электрического поля в структурах пониженной размерности
- •Определение зависимости потенциала в области пространственного заряда от координаты
- •Структура и технологии нанотранзисторов
- •Влияние электрического поля на свойства квантоворазмерных наноструктур
- •Электронный перенос в наноструктурах с критическим размером
- •Моделирование характеристик полевого баллистического нанотранзистора в тонком кремнии на изоляторе.
- •2. Квантовая модель нанотранзистора
- •3. Квантовое моделирование нанотранзисторов
- •4. Влияние зарядки окисла на характеристики транзистора с тонким слоем кремния
- •5. Влияние шероховатостей поверхности на перенос носителей в тонком слое кремния
- •6. Влияние материала затвора и подзатворного диэлектрика на характеристики транзистора
- •7. Расчет характеристик нанотранзистора
- •7. Исследование предельных величин для кремниевых полевых нанотранзисторов
- •Моделирование и методы расчета оптических наноструктур
- •Оптические свойства и кинетические эффекты в крнс
- •7. Применение систем низкой размерности
- •Список литературы
Ограничение оптической литографии
Неизбежные изменения параметров процесса дают либо неприемлимые отклонения ширины линий на резисте от нормальных, либо приводят к возникновению «неразрешенных» деталей, т.е. исчезновению линий или интервалов между деталями.
Для обеспечения приемлемого выхода годных ИС используемый литографический процесс должен обеспечивать воспроизведение защитного рельефа с требуемыми геометрическими характеристиками и заданными допусками ухода этих характеристик. Основными параметрами фотолитографического процесса являются: толщина резиста и антиотражающего покрытия, расфокусировка и дозы экспозиции. Основная роль математического моделирования в этой области сводится к предварительному сужению диапазонов возможных изменений контролируемых параметров с целью минимизации всего времени, затрачиваемого на определение оптимальных значений параметров процесса.
Таблица
Характеристики процесса, определяющие разрешающую способность процесса фотолитографии (в порядке возрастания)
|
Характеристика |
Источник аберрации |
1 |
Толщина |
Ступеньки и спиральные борозды |
2. |
Отражающая способность |
Толщина пленки |
3. |
Однородность источника |
Оптическая неидеальность |
4. |
Контраст системы |
Расфокусировка и флуктуации освещения |
5. |
Скорость проявления |
Температура и старение фоторезиста |
6. |
Свойства резиста |
Тип и особенности изготовления. |
7. |
Время |
Ошибка оператора |
8. |
Время экспозиции |
Ошибка фотометрии |
Разрешающая способность методов создания конфигурации пленочных элементов
Теоретическое предельное разрешение метода, мкм |
Принципиальное ограничение, определяющее предельное разрешение метода |
Максимальное разрешение метода, мкм |
Рабочая площадь, на которой обеспечивается разрешение метода, мм2 |
Основные преимущества метода |
Основные недостатки метода |
Минимальный размер воспроизводимой микроэлектронной структуры, получаемой на площади 2000 мм2, (диаметр 50 мм), мкм |
Факторы, ограничивающие минимальный размер воспроизводимой микроэлектронной структуры |
Основная область применения метода |
|
Трафаретное маскирование |
|||||||||
Определяется разрешением маски |
Ограничения метода создания маски. Механическая прочность материала маски |
12,5 |
2500 |
Простота изготовления долговечныхмасок, возможность быстрой смены масок |
Необходимость в комплекте масок |
60 |
Разрешение метода, точность совмещения масок и рисунков на масках ипластине |
Простые тонкопленочные электронные структуры с малой степенью интеграции. Криоэлектроника |
|
Контактная фотолитография, обычный вариант |
|||||||||
0,25 для света с λ = 0,4 мкм |
Дифракция света |
1,25 |
2000 |
Высокое разрешение при сравнительно простой аппаратуре |
Трудность совмещения и быстрое изнашивание фотошаблонов. Необходимость в комплекте фотошаблонов |
2–3 |
Наличие зазора между фотошаблонами и между фотошаблоном и пластиной. Точность совмещения фотошаблонов и рисунков на фотошаблоне и пластине |
Получение конфигурации ИС и микроэлектронных приборов |
|
Контактная фотолитография с зазором между фотошаблонами и пластинами |
|||||||||
2,0 для света с λ = 0,4 мкм при зазоре 20 мкм. Зависит от размера зазора |
Дифракция света |
10 |
2000 |
Практически неограниченный срок службы фотошаблонов. Нет передачи мелких дефектов (до 4 мкм) с шаблона на пластину |
Ухудшение разрешения |
15–20 |
Разрешение метода |
Стадия разработки |
|
Проекционная фотолитография |
|||||||||
0,25 для света с λ = 0,4 мкм |
Дифракция света |
0,4 3 1 |
0,04 2000 10 |
Высокое разрешение. Неограниченный срок службы шаблонов |
Сложность изготовления высокоразрешающих объектов и трудность наводки на резкость |
1,25 |
Точность перемещения координатных столов |
Создание конфигурации элементов схем |
|
Голография |
|||||||||
0,25 для света с λ = 0,4 мкм |
Дифракция света |
1 |
100 |
Не нужны объективы |
Жесткие требования к плоскостности фотошаблонов и их бездефектности |
|
|
Стадия лабораторных исследований |
|
Последовательная электронолитография |
|||||||||
с управлением от ЭВМ |
|||||||||
Зависит от ускоряющего напряжения |
Дифракция электронов |
0,1 |
4 |
Субмикронное разрешение. Не нужны шаблоны |
Малая площадь сканирования. Низкая производительность |
1 |
Точность перемещения координатных столов |
Получение элементов с субмикронной геометрией |
|
с управлением от фотокапира |
|||||||||
Зависит от разрешения электронно-лучевой трубки |
Ограничения по созданию высокоразрешающих электронно-лучевых трубок |
5 |
2000 |
Дешевизна фотокапира |
Нужны шаблоны. Низкое разрешение |
5–10 |
Разрешение метода |
Изготовление больших фотошаблонов |
|
Проекционная электронная литография |
|||||||||
Зависит от напряжения поля и энергии эмитированных фотокадом электронов |
Дифракция электронов |
0,2 |
2000 |
Высокая производительность |
Необходимость в комплекте прецезионных шаблонов для фотокатодов |
1 |
Точность совмещения рисунков на фотокатоде и пластине |
Создание конфигурации элементов схем |
|
Термические электронные и лазерные пучки |
|||||||||
Зависит от материала |
Наличие тепловой зоны плавления и нарушений |
100 (для кремния) 30 (для алюминия) |
2000 Практически любая (с координатным столом) |
Не нужны шаблоны при управлении от ЭВМ и резист |
Большое число образующихся дефектов |
|
|
Резка, скрайбирование, пайка и сварка, сверление |
|
Ионные пучки |
|||||||||
Зависит от диаметра полного пучка с током не менее 10–4 А |
Малая яркость ионных источников |
200 |
Практически любая (с координатным столом) |
Не нужны шаблоны и резист. Разрешение определяется только диаметром пучка. Нет дефектов материала |
Принципиальных технологических ограничений не имеет |
|
|
Ионное травление и ионное внедрение (стадия разработки) |
|
Как правило, в задачах исследования и оптимизации фотолитографических процессов [51] рассматриваются только простые элементы шаблона ИС, такие как изолированные или периодические проводящие линии, а также контактные площадки. Такие элементы обычно характеризуются одним размером, например, шириной поперечного сечения линии или контакта, воспроизведение какового размера и является основным критерием при выборе оптимальных значений технологических параметров. Однако при воспроизведении реальной топологии ИС в проявленном профиле фоторезиста могут наблюдаться искажения формы отдельных элементов, существенные с точки зрения конечных электрических характеристик, таких как сопротивление, емкость, индуктивность и т. д., создаваемых микроэлектронных устройств [51]. Основной причиной появления подобных искажений является как взаимное влияние соседних элементов шаблона (т. н. «эффект близости»), так и то обстоятельство, что размеры воспроизводимых элементов могут быть сравнимы с длиной волны излучения.
С помощью математического моделирования можно:
предсказывать тенденции таких важнейших характеристик фотографического процесса как разрешающая способность, доступная глубина фокуса, допустимый разброс по дозе экспозиции;
значения таких технологических параметров, как толщина резиста и антиотражающего покрытия, номинальные значения расфокусировки проекционной системы и дозы экспозиции, числовая аппертура объектива и степень когерентности источника излучения;
проводить оптимальную коррекцию фотошаблона с целью достижения лучшего воспроизведения требуемой защитной формы рельефа.