Коледов Л.А. - Технология ИС, страница 79

В ее основе лежит взаимодействие электронного пучка с резистом, разрыв межатомных связей и перестройка структуры ревиста, в результате чего его способность к растворению в проявителях резко изменяется; для негативных электронорезистов уменьшается, для позитивных — возрастает, Разрешающая способность электронной оптики, как и световой, зависит от длины волны излучения.

Длина волны Х, нм, электрона, ускоренного электрическим полем с разностью потенциалов (7, В, определяется нз соотношений: г. = ЙУта; гни-'/2 = е(/; л = =ЬУ,2упе(7, где й — постоянная Планка; т — масса электрона, о — скорость его движения. Подставив в последнее соотношение значения постоянных величин, получим Х-!,227/-х((7. Для (7=15 кВ, ).=0,01 нм, что в 1О' раз меньше, чем для светового диапазона и в 10 раз меньше, чем для рентгеновского.

Эффекты дифракции и интерференции при использовании электронного луча пренебрежимо малы, поэтому электронолитографией можно получить топологические размеры в десятки раз меньшие, чем при оптической литографии. Разрешающая способность электронно-оптической системы ограничивается аберрациями электронных линз и отклоняющих систем и взаимодействием электронов друг с другом, если используются сильноточные электронные пучки (более 1 мкА), Разрешающая способность для экспонированного изображения ограничена рассеянием электронов в слое электронорезиста и отражением их от Е подложки. атэима исаемг приам. нкап Хи У Важное преимущество электронолитографии — использование компьютера для непосредственного управления электронным лучом. Электронный луч имеет гораздо большую глубину фокусировки, чем оптические системы, и процесс электронолитографии менее чувствителен к искривлениям пластин и подложек.

Это дает возможность осуществлять контроль точности совмещения рисунка. Методом непосредственного генерирования рисунков с высокой разрешающей способностью является сканирующая электроннолучевая литография. Топологический рисунок вычерчивается на шаблоне или пластине с помощью электронного луча малого сечения, который, как правило, управляется (отклоняется, включается и выключается) компьютером (рис. 11.43). Для перемещения сфокусированного электронного луча используются два основных метода: растровый н векторный (рнс.

11.44). При растровом методе луч сканирует по всей поверхности модуля, включаясь в соответствии с передаваемым рисунком. При векторном сканировании электронный луч перемещается только в тех участках, где требуется осуществить экспонирование. Векторное сканирование может быть использовано при формировании изображения незначительного числа топологических элементов, имеющих одинаковые размеры, например при создании рисунка контактных окон. В иных случаях операция экспонирования пластины !Э 125 мм занимает несколько часов.

Растровые сканирующие системы используют, прежде всего, для изготовления фотошаблонов, их производительность равна одному фотошаблону в час (для пластин (с( 125 мм). 35! и) Р )) 44 приипипи растрового (а) и векторного (б) снаннрования луча прн эк иировании электроиореэистов Электронно-лучевая литография выгодно отличается от других методов тем, что топологнческий рисунок какого-либо слоя микросхемы может быть сформирован непосредственно на пластине без шаблона. Кроме того, ее отличает высокая степень автоматизации создания топологического рисунка.

К недостаткам относится малая производительность: не более 5 пластин или шаблонов в час при разрешающей способности 1 мкм. Усилия по созданию новых систем электронно-лучевой литографии направлены на получение субмикронного разрешения при приемлемой производительности. Ивино-лучевая литография. Сфокусированные ионные пучки так же, как и электронные, могут быть использованы для непосрелственного формирования изображения в резистах, Этот метол находится в стадии разработки и в перспективе может быть использован для создания шаблонов. Возможности и тенденции развития процессов литографии. В настоящее вовремя в технологии СБИС преобладают методы оптической литографии с переносом и мультипликацией изображения н проекционной оптической литографии. Электронно-лучевая литография используется для изготовления эталонных шаблонов и для переноса изображений на полупроводниковую пластину в особых случаях.

Возможности применения процесса литографии определяются тремя параметрами; разрешением, точностью совмещения и производительностью. Имеющееся в указанных выше методах разрешение достаточно для производства СБИС, но требуемая точность совмещения может быть достигнута за счет уменьшения производи тел ьности. 332 11.6. ОПЕРАЦИИ ФОРМИРОВАНИЙ р-а ПЕРЕХОДОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ Основные методы формирования р-и переходов в кремнии при производстве микросхем — -Лиффузия примесей и ионное внеЛрение. Диффузия примесей в кремнии.

Диффузия в широком смысле— физическое явление, вызванное хаотическим тепловым движением атомов или молекул, сопровождающееся самопроизвольным вырав- ниванием концентрации веществ; в узком смысле — технологи- ческая операция, направленная нз создание р-п перехода и тем диффузионного легирования зктивной примесью полупроводнико- вого материала. В результате диффузии формируется диффузион- ный слой с заданными поверхностной концентра ней и п ф асп елел ния и р р ления примеси по глубине от поверхности полупроводника до границы р-п перехода. При диффузии возникает поток П вещества, стремящийся умень- шить градиент концентрации этого вещества в системе: П= —  —, ЖЧ пх где Й вЂ” коэффициент диффузии; й) — концентрация нфф ция днффундирую- шего вещества; х — текущая координата. Знак «мину ф «минус» в формуле говорит о том, что поток всегда направлен в с, б .

торону, о ратную т рону, где конпен- направлению градиента концентрации, т. е. в сторону, г, е к трзция меныпе. Поток исчезает, когда система станови становится одно- кой ско родной. Коэффициент диффузии является физической хара рости диффузии данного вещества в данной диффузионной " ха актеристи- среде, которую мы принимаем покоящейся, и предполагаем, что внешние механические воздействия, способные вызв ы вать перемешива- ние частиц, в ней отсутствуют. Атомы твердого тела диффундируют по различным механизмам; вакансионному, межузельному, кольцевому, обмена местами и др.

Для того чтобы осуществился один элементарный акт лифф зии, необх б одимо затратить энергию Е, которую называют энергией актит ффузии, нации дифф(тзии. В случае вакансионного механизма, преобладаю- щего при диффузии примесей в полупроводниках, энергия ак н ффу о тоит нз энергии образования вакансии и работы, а тнвации необхолимой лля раздвижения соседних атомов в момент перескока диффундирующего атома в вакансию. Концентрация вак ансий н б ет р т ость того, что атом, оказавшийся рядом р, с вакансией, удет обладать энергией лля диффузионного скачка, увеличиваются с повышением температуры.

Соответственно, интенсивность диф- фузионного процесса с увеличением температуры быстро растет. Количественно это описывается температурной зависимостью коэф- фициента диффузии хл= ыоехР ( — 'Е/йТ), ( ! ! . ! ) где й — постоянная Больцмана (8,62. !О о эВ К ', Т вЂ” температура, К; ь)о — предэкспоненциальный множитель. 2 звк. 9!а 333 й,си(ге Т, 'С 1170 /370 /700 1/00 б/!б йси 0,сиУг йТ' 10' 10 ! 1О 10' 10 104 104 10 ! 5 10ы 2 10" 1О™ До-Ц 10-"..

!О-Ц 10-"...10-Р 5,! 5,О 900...1250 1100...1250 1! 00... ! 250 З,Т З,5 !3ОО !!5О Бор Алюми- иий галлиа Индий Таллий Фосфор Мышьяк Сурьма Висмут СС! 000/000 /а/0 мпа паа П00 Т,'С 41 10 ",ЛО 10-".. 10-Р 4. !О'Р !о" 5О,О !6,5 Ш.5 (О,5 з,о в,о 1 0103 3,9 3,9 3,9 .3,7 3,9 4,О 4,6 1250 1ЗОО !!50 1!00 1ЗО0 !зоо !5 1Ом 2.10м 0.!О" 5.

10'г 100...! 250 1100... 1200 1ООО 1О-"... 1О-н 1О-ы . 1Ос м 10-(3 10-(к 10-,з 1О- к'"1О- к 1Ог М 1.'С 1400 1300 /700 П00 1000 000 9 Таблица !1.3. Параметры диффузии алемеитов П1 и (/ групп в кремнии Для диффузии примесей в кремнии параметры, входящие в уравнение !11.1), даны в табл.

11.3. При формировании полупроводниковых микросхем на биполярных транзисторах проводится несколько операций диффузии; для создания скрытого слоя, разделительная, базовая и эмиттерная. При создании МДП-структур диффузионным методом формируются истоки и стоки, карманы для формирования комплементарных транзисторов. Причем диффузия проводится локально в заданные области поверхности полупроводника. Выбор примеси для каждого процесса диффузии производится с учетом следующих критериев: тип проводимости, создаваемый примесью в полупроводнике; максимальная растворимость примеси в полупроводнике при температуре диффузии; коэффициент диффузии примеси в пол 'проводнике; коэффициент диффузии примеси в защитной маске.