К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Эффективность производства изделий микроэлектроники зависит от полноты выполнения требований к технологическим процеосам и оборудованию. Технологический процесс должен быть непрерывным, базироваться на минимально возможном количестве однородных по физико-химическому механизму операций, обеспечивать высокую разрешающую способность на каждой операции и контроль основньы параметров, предусматривать экспресс- контроль характеристик иэделия как в процесое, так и после каждой операции, не допусквп неконтролируемого воздействия на изделии внешней среды, обладать высокой энергетической эффективностью (т.е. должно эатрачиваться минимально возможное количество энергии на проведение кахщой операции), быль легкоформэлизуемым, малоотходным или безотходным. Специальное технологическое оборудование должно базироваться на универсальном модульном принципе с использованием специализированных унифицированных узлов.
Традиционно развиваемая эпнтаксиально-планариая групповая технология, лежащая в основе разработки современных СБИС и сверхсложных БИС (ССБИС), имеет ряд принципиальных ограни юний. Основное из них - разнородность по механизму воэдейст- Тбб Глава 25. РЕНТГЕНОВСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ЛУЧИ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ вия на плаатину физико-химических процессов в составе технолопагескнх маршрутов, приводящая к усложнению контроля параметров технологзшеского процесса и трудностям его автоматизации из-за дискретности технологических операций.
По мере повышения степени нлтшравии и увеличения числа функциональных слоев воспроизводимость их характеристик начинает значительно зависеть не только от контролируемых параметров технологических операций, но и от слабокоитрслируемого контакта микроструктур с внешней средой. Поэтому с повьппением степени интеграции изделий резко возрастают требования к условиям внешней среды. При этом для обеспечения условий вакуумной гигиены при изготовлении партии изделий объемом в несколько кубических дециметров зти условия создаются в помещении объемоМ несколько тысяч кубических метров. Реальным выходом из этой парадоксальной ситуации является объединение всех технолопгчеаквх объемов а помощью шлюзовых камер и осуществление всего технологического процесса изготовления микросхем в контролируемой среде.
Одновременное увеличение размера пластин до 200 мм и степени интеграции СБИС с субмикронными размерами элементов требует перехода от групповой обработки к индивидуальной. Частичное снихение производительности операций компенсируегся увеличением выхода готовых структур за счет повышения точности контроля и обработки. При последовательно-индивидуальной обработке пластин внутри замкнутой технологической линии требовании к качеству и точности контроля параметров слоев и энергоносителей резко возрастают. Последовательно индивидуальная обработка пластин яюшетая организационной основой перспективной технологии. Однако она может быль реализована при одном условии — переводе всех составляющих технологических операций на однотипные Физико-химические принвжпы, позволяющие связать воедино и автоматизировать весь технологический маршрут (или вначале отдельные его части).
Кроме того, обьемный подвод химически активных частиц при жзщкоатном травлении материалов не позволяет получить разрешение лучше 2 мкм в пленках толщиной 1 мхм независимо от разрешения в маскирующих покрытиях. Последующие операции эпитаксиальноплаиарной технологии не позволяют сохранзпь полученный минимальный размер, что связано как с обммным нагревом ншелий в процессе диффузии, эпитаксии и окисления, так и а низкой селехтивностью активирующего воздействия этого способа нщрева, приводящими к диффузионному размьпню полученных ранее областей микроструктур.
С учетом излохенного выше в основу ражабопси новой технологической базы мнкроэлекгроннки дазакны быль положены следующие принципы: обеспечение высокой локальности и селективности обработки структур в результате использования нетермических методов стимуляции и полного управления всеми технологическими процессами от ЗВМ; обеспечение последовательно-индивидуальной обработки от операции очистки пластин до сборки с использованием автоматических манипуляторов и промежуточных постов контроля; максимальное снижение юпиния субмктивных факторов в процессе создания микроструктур за счет использования микропроцессоров при проведении отдельных операций и централизованного управления всеми технологическими процессами от ЗВМ; использование на всех операциях единых принципов энергетического во эдей агния на з шатов ку (пластину) и унифицированного технологического оборудования; максимальная степень интеграции технологических операций в пространстве и времени.
Наибольшей селективносп ю воздействия обладают излучение (шмма-, ренпеновское, световое) и потоки заряженных и незаряженных частиц (электроны, ионы, радикалы). Ионы и свободные радикалы оказывают непосредственное воздействие на отдельиме атомы и молекулы физико-химической системы, а излучение и электроны - на отдельные атомные связи. Поэтому перспективные технологические методы должны базироваться на низкотемпературных селективных процесаах с использованием излучений, электронов, ионов, свободных атомов и радикалов. С точки зрения однородности физико- химических процессов наиболее оптимальная база может быль построена на операциях с использованием какого-либо одного источника излучения.
Однако на аовременном уровне развития весьма трудно сразу построить всю технологию только на ионных либо на плазменных или ламрных процессах. Очеюшно, что в ее состав должны входить разработанные процессы а использованием различных видов излучений. Большой интерес представляют процессы, основанные на использовании для инициированзш энергии лезерных излучений. Возмолцюсти лазерных техлолопц). Требованиям низкотемпературной индивидуально-последовательной технологии в наибольшей степени могут удовлетворять фотостимулированные процессы, в которых испальзуетая качественно новый вид энергетического воздействия по сравнению с тепловым. Зги процессы характеризуются тем, что они низко- КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ 101 Бь геэ температурны, так как обеспечивают не объемный подвод энергии, а направленное локальное воздействие без нагрева всей пластины.
Знерпи излучения при использовании этих процесаов подводится в виде квантов строго определенной величины. Зто, с одной стороны, обеспечивает высокую селективность процессов, позволяя при заданной энергии квантов воздействовать только на апределенньге вцлы атомов и химических связей, с другой стороны, обеспечивает и универсальность фотостимулированных методов, так как для кюкдого материала и типа обработки мо:кет быль выбрана необходимая энерпи квантов.
Облучение осущеагвляеюя по заданному рисунку, что позволяет формировать функциональные слои при меньшем числе технологических операций, пространственная направленность излучения также позволяет резко повысить анизотропию процессов травления и осаждения. Фотостимулированные процессы практически безынерционны н поэтому легко управляемы.
В отличие ат плазма-химическнх процессов и процессов, стимулированных электронами и ионами, они позволяют варьировать давление рабочих газовых сред в широких пределах, что дает возможность оцтимизировать нх' по физическим параметрам конечных структур и частично по разрешению. Фотостимулированные процессы (для энергии менее б эВ) практически не вызывают радиационньи лавре:кдений сформированных ранее структур и исключают такие виды их дополнительного загрязнения, как внесение посторонних ионов и атомов из конструкционных материалов реактора. Эффективность фотостимулнр анан иых процессов особенно повышается при применении лазеров, которые обеспечивают; использование квантов в диапазоне длин волн от инфракрасного (ИК) до вакуумного ультрафиолета (ВУФ) (0,1 - 10 эВ); практически неограниченный диапазон лиховых мощностей; возможность высокоточной пространственной и временной концентрации энергии; воэможность избирательного воздействия на определенные типы атомов или химичесхих связей.
Расширению технологических возможностей способспювало применение эксимерных лазеров, излучаюШих в УФ-области, ц1е энергия квантов (5 - 10 эВ) достаточно для разрыва связей типа Я-Н, С-Р и др. Зто открыло путь к осуществлению с помошью лазерного излучения практически всех технологических операций микроэлектроники - очистки поверхности, осазкдения и травления полупроводников, окисления, легирования и т.д. Возможность реализации лазерных процесаов юи субмикронной технологии УБИС базируется на исследованиях, основные результаты которых представлены в табл. 2.5.8.
Из таблицы следует, что наиболее универсальным с точки зрения применения в технологии микроэлектроники яюиется излучение экснмерных лазеров. Кроме того, эксимерные лазеры обладают слабой пространственной и временной когереитностью, что облегюет предотвращение нежелательных интерференционных эффектов в условиях проекционной обработки. Таким образом, наибольшее применение в технологии найдуг эксимерные лазеры, хотя для отдельных процессов не исключена применение и других типов лазеров. Наиболее вероятными областями применения лазерных технологических процессов (исходя из существующей потребности и требований по совместимости с традиционной технологией) являютая: получение пленок ЯОз в качестве активного диэлектрика из-за высокой скорости осаждения, низкой температуры процесса, отсутствия радиационных повреждений; травление Я, ЯОь ОаАа и других материалов из-за высокой скорости травления, селективностя и анизотропии, хорошего разрешения, отсуютвия радиационных повреждений; сверхтонкое легирование (менее 1 мкм) 51 и ОаАа и лазерная кристаллизация Я* на неориентлруюших подложках из-за отсутствия альтернативных методов; лазерное осаждение высокотемпературных сверхпроводящих херамик и гФ)чих соединений из-за кошруэнтного испарения сложных соединений и низкой температуры осюкдения.
Развиваются также импульсная лазерная литография, характеризующаяся высоким разрешением при высоких производительности и экономичности, и лазерный анализ материалов и технологических сред. Технологические требования к экснмерным лазерам приведены в табл. 2.5.9 Безрезистиая лазерная теююлагия. Тенденция увеличения степени интеграции ИС, несомненно, сохранится и в будушем. Однако с реализацией УБИС резерв увеличения стелени интеграции за счет уменьшения размеров элементов, видимо, будет исчерпан. Зто означает, что возникнет проблема реюшзации трехмерних ИС.
Существующая планарноэпитаксиальная технология ИС, в основе которой лежит фотолитография, не сможет обеспечить формирование трехмерных ИС из-за катастрофического уменьшения выхода годных изделий и увеличения продолжительности производственного цикла. Один из новых подходов — зто интеграция технологических процессов в пространстве и времени при значительном сокрашении числа операций за счет отказа ат традицнаиной фотолитографии и перехода к безмасочной (безрезистиой) литографии с непосредственным формированием рисунка на поверхности пластины проекцион- 2.5.8.
Лазерные процессы в тшшолопщ УБИС Технелегпче савв процесс Тип лазарев Очистка полупроводниковых подложек от С н От Имп. Агр (Э) 0,193 Отсутствие радиационных поврехдений Осеждение пленок ЗИ Имп. (Э) Кгр 0,248 Осаждение без фотолитографии, с разрешением менее 1 мкм 1,0 Непр. Аг+ 0,514 0,3 Осажден не на площади 120 смз без радиационных поврездений Осахдение пленок 81Сч Имп. (Э) АгР 0,193 0,3 Низкая температура осаждения (менее 300 С), отсутствие радиационных ловрелдений Имп. (Э) Агр 0,193 Осаждение металлов А1, Мо идр. 5,0 Отсутствие загрязнений, низкая температура (менее 200 'С) Травление 81 в С1з Имп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
