ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 6059
Скачиваний: 13
86
фотографируют с редуцированием (уменьшением) в 20...50 раз, по-
лучая промежуточный фотошаблон. Последний, в свою очередь,
фотографируют с уменьшением, осуществляя мультипликацию
(размножение) рисунков и получая эталонный фотошаблон с мат-
рицей одинаковых рисунков в масштабе 1:1. Мультипликация про-
изводится в фотоповторителях (фотоштампах), где в промежутках
между экспонированием каждого участка перемещают пластину
эталонного фотошаблона с шагом, соответствующим размеру кри-
сталла микросхемы. Существуют также многопозиционные фото-
штампы с многолинзовыми объективами, дающие одновременно
большое число изображений, что ускоряет процесс. С эталонного
шаблона методом контактной печати изготовляют рабочие шабло-
ны, которые и используют в процессе фотолитографии.
При наложении шаблона на полупроводниковые пластины
его поверхность повреждается, и шаблон изнашивается. После
50...100 наложений рабочий шаблон заменяется новым. Описан-
ный процесс получения фотошаблонов — многоступенчатый. На
каждой ступени происходит накопление дефектов в рисунке. По-
этому при производстве БИС и СБИС, характеризующихся очень
малыми размерами элементов рисунка и высокой требуемой точ-
ностью его воспроизведения, число ступеней процесса изготов-
ления фотошаблонов должно быть минимальным. Для этого ори-
гинал выполняется с небольшим масштабом увеличения (обычно
10:1), размеры элементов рисунка на нем составляют десятки
и даже единицы микрометров. Используются прецизионные оп-
тико-механические установки — генераторы изображения, в ос-
нове работы которых лежит принцип фотонабора.
Топологическая структура рисунка разделяется на элементар-
ные прямоугольники с различными отношениями сторон
и определенной ориентацией по углу. По заданной программе оче-
редной элемент формируется подвижными шторками диафрагмы
и разворачивается на требуемый угол, а двухкоординатный стол со
светочувствительной пластиной устанавливается в положение, со-
ответствующее координатам элемента; производится экспонирова-
ние. Затем с помощью фотоповторителя изготовляется эталонный
фотошаблон, с которого снимаются рабочие копии. Дальнейшее
сокращение числа ступеней создания фотошаблонов (до одной)
и повышение точности воспроизведения рисунка достигается при
87
проекционной фотолитографии с пошаговым экспонированием.
Фотошаблон (который является и оригиналом) изготовляется на
генераторе изображений. Последующее уменьшение и мульти-
пликация изображения осуществляются на полупроводниковых
пластинах, покрытых фоторезистом. Таким образом, фотоповто-
ритель применяется непосредственно в процессе фотолитогра-
фии. К недостаткам такого процесса относится невысокая произ-
водительность.
Разрешающая способность. Важнейшим параметром фо-
толитографии является разрешающая способность. Ее оценивают
максимальным числом линий — раздельно воспроизводимых па-
раллельных полосковых отверстий в маске в пределах 1 мм:
( )
1000
2
R
=
Δ
, где
Δ — минимальная ширина линии, мкм.
Наилучшую разрешающую способность обеспечивает проекци-
онная фотолитография с шаговым экспонированием (
1 мкм
Δ =
при
1 мкм
λ =
). В безлинзовых системах, где проецирование и
фокусировка осуществляются с помощью вогнутых зеркал, при-
меняется экспонирование в ультрафиолетовом свете и достигает-
ся разрешающая способность 0,5 мкм. При многократной фото-
литографии существенна точность совмещения фотошаблона
с пластиной. При первой фотолитографии фотошаблон 1 (рис.
10.16) необходимо ориентировать относительно пластин 2 так,
чтобы границы ячеек, соответствующие одной микросхеме, были
перпендикулярны или параллельны базовому срезу 3 пластины.
В дальнейшем это облегчает разламывание пластины на кристал-
лы. При последующих фотолитографиях, когда пластина уже со-
держит некоторые слои, необходимо точно ориентировать рису-
нок фотошаблона относительно рисунка на пластине.
4
3
2
1
Рис. 10.16 — Ориентация шаблона
относительно пластины
88
Перспективные методы литографии. Литография с раз-
решающей способностью
1 мкм
Δ <<
(субмикронная), необходи-
мая для СБИС, основывается на применении излучений с мень-
шей длиной волны. Рентгеновская литография использует мягкое
рентгеновское излучение с длиной волны около 1 нм. Так как фо-
кусирующих систем для него не существует, то литография явля-
ется контактной. Шаблон представляет собой тонкую (около
5 мкм) мембрану, прозрачную для рентгеновских лучей, на кото-
рую нанесен тонкопленочный непрозрачный рисунок, выполнен-
ный в масштабе 1:1. Для изготовления шаблона применяется
электронно-лучевая литография (см. ниже). Пластины покрывают
слоем резиста, чувствительного к рентгеновскому излучению. Во
избежание повреждения поверхностей пластины и шаблона при
экспонировании между ними оставляют зазор толщиной около
10 мкм.
Наиболее простой способ получения рентгеновского излу-
чения — бомбардировка металлического (например, алюминие-
вого) анода 1 (рис. 10.16) пучком электронов 2 с энергиями
10...20 кэВ, создаваемым электронной пушкой 3. Вакуумная ка-
мера 4 имеет бериллиевое окно 5, прозрачное для излучения.
Шаблон 6 и пластина 7 помещаются вне камеры. Из-за малой
длины волны дифракция практически не ограничивает разреша-
ющую способность. Она определяется непараллельностью (рас-
ходимостью) лучей, вследствие чего размер и положение засве-
ченной области в слое резиста не вполне соответствуют отвер-
стию в маске.
4
1
7
6
5
3
2
L
Рис. 10.17 — Рентгеновская литография
89
3
2
1
4
5
Рис. 10.18 — Знаки 1 для совмещения
шаблона и пластины
Разрешающая способность повышается при удалении ис-
точника от пластин, но одновременно уменьшается интенсив-
ность излучения у их поверхности и возрастает время экспониро-
вания. Поэтому для достижения достаточно малого времени экс-
понирования (например, около часа) необходима большая мощ-
ность электронного пучка (десятки киловатт при L порядка 1 м).
Во избежание расплавления анод вращают (что создает вибрации,
ухудшающие разрешающую способность) и применяют водяное
охлаждение. Таким способом получают
0,1 мкм
Δ ≈
, хотя прин-
ципиально эта величина может быть значительно меньше.
При установке на подложку (или в корпус в случае полу-
проводниковых микросхем) совмещают выводы ленточного но-
сителя с контактными площадками подложек (выводами корпу-
са), приклеивают или припаивают кристалл и осуществляют
групповую термокомпресию. Таким образом, достигается высо-
кая производительность при малом проценте брака и устранении
недостатков, присущих другим методам монтажа, описанным
выше. Контактные площадки подложек гибридных микросхем
соединяются с выводами корпуса проволочными проводниками.
Для тонкопленочных микросхем эти соединения выполняются
термокомпрессией (так же, как для полупроводниковых микро-
схем), а для толстопленочных — пайкой.
Вопросы
для
самопроверки
1.
Назначение эпитаксиальной пленки.
2.
Газовая эпитаксия, её достоинства и недостатки.
90
3.
Молекулярно-лучевая эпитаксия. В чем её отличие от га-
зовой эпитаксии?
4.
Технологическая операция — диффузия примесей.
5.
Объясните понятие «предельная растворимость».
6.
Назначение операций загонка и разгонка примесей.
7.
Операция — ионное легирование.
8.
Технологическая операция — термическое окисление.
9.
Назначение и свойства пленки диоксида кремния.
10.
Как осуществляется жидкостное травление?
11.
Сухое травление, его достоинства перед жидкостным
травлением.
12.
Назначение структур
Si-SiO
2
-Si
и методы их получения.
13.
Проводники соединений и контакты к элементам.
14.
Литография и технология изготовления фотошаблонов.
15.
Перcпективные методы литографии.