11.4.5. Другие методы литографии

Литография в УФ-области

Уменьшение длины волны экспонирующего излучения до 200—300 нм (стандартная фотолитография обычно проводит­ся в спектральном диапазоне 300—450 нм) позволяет форми­ровать изображение элементов топологии с размерами поряд­ка 0,5 мкм, что в 2-3 раза лучше фактического разрешения стандартной фотолитографии. Применение этого метода тре­бует незначительной модернизации стандартного фотолитографического оборудования. Так, все стеклянные детали уста­новок для пропускания ими УФ-излучения необходимо заме­нить на кварцевые или сапфировые. Для экспонирования при­меняются ксеноно-ртутные лампы промышленного изготовле­ния, обладающие излучением в глубокой УФ-области. Пре­имущество метода определяется также возможностью исполь­зовать практически любой электронный резист.

Ионно-лучевая литография

Формирование рисунка на кремниевой пластине Возможно также при помощи ионных пучков. Преимуществами этого метода являются меньшее рассеивание ионов вследствие их массы и большее разрешение по сравнению с электроннолучевой литографией ввиду отсутствия эффекта близости. Ионно-лучевая литография применяется как для непосредст­венного нанесения рисунка на пластину, так и для изготов­ления шаблонов. Формирование рисунка также возможно с помощью радикального повреждения окиси кремния SiO₂ ионами водорода и гелия. Повреждения участков пластины, вызванные ионным пучком, ускоряют последующие процессы травления или распыления. Использование тонких сфокусиро­ванных ионных пучков позволяет изменять электрические и механические свойства полупроводниковых материалов при имплантации, непосредственно формировать рисунки на тон­ких металлических слоях. Этот метод применим и для изго­товления шаблонов методом мультиплицирования в масшта­бе 1 : 1 для рентгеновской литографии. Единственным сдер­живающим фактором широкого применения метода ионно-лучевой литографии в настоящее время является слабая интен­сивность ионных источников, что сказывается на производи­тельности метода.

Тенденции развития процесса литографии и основные ограничения в уменьшении предельных размеров И С

Существуют две основные причины сдерживания степени интеграции ИС: имеющиеся возможности получения требуе­мых размеров элементов схем и физические принципы работы приборов. Основные ограничения литографических методов определяются точностью изготовления шаблонов и травления рисунка элементов ИС.

Фундаментальные ограничения работы приборов связаны с основными законами квантовой статистической физики,

1. В квантовой механике существуют принципиальные неточности в определении пространственного положения и ве­личины импульса частицы, связанные с неклассической при­родой микрочастиц. Неточность х в определении координаты х частицы связана с неточностью р_x, в определении проек­ции рх ее импульса соотношением неопределенности Гейзенберга

x*р_x  h/4

где h — постоянная Планка, h=6,34 * 10^-34 Дж*с.

2. Измерение любой физической величины, характеризую­щей микрообъем, за время t приводит к изменению энергии

E  h/(2t)

Эта энергия высвобождается в виде тепла и может рас­сматриваться как нижний предел мощности рассеяния на одну операцию.

Минимальная величина указанной энергии на одну опера­цию имеет порядок 2*10^-25Дж. Ясно, что при определенной степени интеграции ИС эту энергию невозможно будет от­вести даже при охлаждении жидким гелием.

3

где I_пад и I_прох — интенсивность падающей и проходящей волн; а — ширина; U₀ — высота потенциального барьера; Е — энергия частицы; т — масса частицы; До — коэффициент близкий к единице.

Толщина оксида под затвором транзистора, например, не может быть уменьшена до толщины в 2-3 атомных слоя, так как даже при толщинах порядка 10^-3 мкм МОП-тран­зистор перестает функционировать вследствие появления тун­нельных токов.

Свойства материалов также накладывают ограничения на линейные размеры элементов ИС. К этим свойствам относятся пробивная напряженность поля, концентрация приме­сей, плотность дислокаций, химическая чистота материалов и т. д.

Дополнительные ограничения накладывают условия функ­ционирования приборов: температурный диапазон их работы, полоса пропускания, рабочая частота, напряжение включе­ния и выключения, коэффициент усиления и многие другие параметры.

При работе, например, МОП-транзистора вблизи порого­вого напряжения проводимость канала 1/R при условии, что напряжение на затворе несколько ниже напряжения порога, определяется следующим выражением:

1/R=1/R₀ ехр [(U_qs—U_tn)q/KT].

Уменьшение рабочих напряжений U_qs и U_tn и линейных раз­меров канала (с ними связано R₀) может привести к замет­ным утечкам. Определяющей в этом случае является величи­на KT/q, при комнатной температуре равная 0,025 В.

Ограничения процесса литографии в части техники его исполнения определяются тремя факторами: точностью сов­мещения, разрешением и производительностью. Целью же всех исследований в области поиска новых методов прове­дения литографического процесса является уменьшение ши­рины линий элементов ИС (рис. 11.4.1).