ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 9117
Скачиваний: 23
86
фируют с редуцированием (уменьшением) в 20...50 раз, получая
промежуточный фотошаблон. Последний, в свою очередь, фото-
графируют с уменьшением, осуществляя мультипликацию (раз-
множение) рисунков и получая эталонный фотошаблон с матри-
цей одинаковых рисунков в масштабе 1:1. Мультипликация про-
изводится в фотоповторителях (фотоштампах), где в промежут-
ках между экспонированием каждого участка перемещают пла-
стину эталонного фотошаблона с шагом, соответствующим разме-
ру кристалла микросхемы. Существуют также многопозиционные
фотоштампы с многолинзовыми объективами, дающие одновре-
менно большое число изображений, что ускоряет процесс. С эта-
лонного шаблона методом контактной печати изготовляют рабо-
чие шаблоны, 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 опти-
ко-механические установки — генераторы изображения, в основе
работы которых лежит принцип фотонабора.
Топологическая структура рисунка разделяется на элемен-
тарные 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,
соответствующее координатам элемента; производится экспони-
рование. Затем с помощью фотоповторителя изготовляется эта-
лонный фотошаблон, с которого снимаются рабочие копии.
Дальнейшее сокращение числа ступеней создания фотошаблонов
(до одной) и повышение точности воспроизведения рисунка дос-
87
тигается при проекционной фотолитографии с пошаговым экспо-
нированием. Фотошаблон (который является и оригиналом) изго-
товляется на генераторе изображений. Последующее уменьшение
и мультипликация изображения осуществляются на полупровод-
никовых пластинах, покрытых фоторезистом. Таким образом,
фотоповторитель применяется непосредственно в процессе фото-
литографии. К недостаткам такого процесса относится невысокая
производительность.
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. Наи-
лучшую разрешающую способность обеспечивает проекционная
фотолитография с шаговым экспонированием (
1 мкм
Δ =
при
1 мкм
λ =
). В безлинзовых системах, где проецирование и фоку-
сировка осуществляются с помощью вогнутых зеркал, применя-
ется экспонирование в ультрафиолетовом свете и достигается
разрешающая способность 0,5 мкм. При многократной фотоли-
тографии существенна точность совмещения фотошаблона с пла-
стиной. При первой фотолитографии фотошаблон 1 (рис. 10.16)
необходимо ориентировать относительно пластин 2 так, чтобы
границы ячеек, соответствующие одной микросхеме, были пер-
пендикулярны или параллельны базовому срезу 3 пластины. В
дальнейшем это облегчает разламывание пластины на кристаллы.
При последующих фотолитографиях, когда пластина уже содер-
жит некоторые слои, необходимо точно ориентировать рисунок
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 разре-
шающую способность. Она определяется непараллельностью
(расходимостью) лучей, вследствие чего размер и положение за-
свеченной области в слое резиста не вполне соответствуют от-
верстию 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.