Разработка литографических процессов изготовления сбис с размерами элементов меньше длины волны экспонирующего излучения

На правах рукописиУДК 621.382Родионов Илья АнатольевичРАЗРАБОТКА ЛИТОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВИЗГОТОВЛЕНИЯ СБИС С РАЗМЕРАМИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕНЬШЕДЛИНЫ ВОЛНЫ ЭКСПОНИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ05.11.14 – Технология приборостроенияАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2010Работа выполнена в Московском государственном техническом университетеимени Н.Э. БауманаНаучный руководительчлен-корр. РАН,профессор Шахнов Вадим АнатольевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук,профессор Медведев Аркадий Максимович(МАИ)кандидат технических наук,заведующий лабораторией Рыжиков Илья Анатольевич(ИТПЭ РАН)Ведущая организацияФедеральное государственное унитарноепредприятие«Научно-производственноепредприятие «Пульсар» (Москва)Защита диссертации состоится «____»____________2010 г.

в ____ часов назаседаниидиссертационногосоветаД212.141.18вМосковскомгосударственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу:105005, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., д.5.С диссертацией можно ознакомиться в библиотекегосударственного технического университета им. Н.Э. Баумана.МосковскогоВаш отзыв в 1 экземпляре просим высылать по указанному адресу.Автореферат разослан «_____»___________2010 г.Телефон для справок: 8(499) 267-89-63.Ученый секретарь диссертационного советад.т.н., профессорЦветков Ю.Б.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность.

Массовое производство современных сверхбольшихинтегральных микросхем (СБИС), светодиодов высокой яркости, жесткихдисков, плоских дисплеев, печатных плат, дифракционных решеток и т.п.стало возможным благодаря применению технологии проекционноймикролитографии (МЛ). МЛ является в настоящее время основнымтехнологическим процессом (ТП) в микроэлектронике, который определяетвозможность формирования субмикронных топологических элементов,причем конкурирующие виды МЛс более высокой разрешающейспособностью (рентгенолитография, электронно-лучевая литография и т.п.)все еще не обеспечивают возможности массового производства.Сохраняющиеся тенденции последних 20 лет к уменьшению размеровэлементов СБИС требуют решения задач повышения разрешения,ужесточения допусков на размеры и их воспроизводимость, а также точностьсовмещения топологических слоев.В настоящее время передовыми производителями СБИС используютсялитографические установки с длиной волны источников излучения λ = 365 нм,248 нм и 193 нм.

Основная особенность современных процессов МЛзаключается в том, что критические линейные размеры (КЛР) получаемыхтопологических элементов значительно меньше λ. В таких ТП приэкспонировании наблюдается сильное разрушение топологическихэлементов. Проблемы создания проекционных систем с λ < 193 нм поставилипод угрозу тенденцию дальнейшей миниатюризации. Поэтому особоезначение приобрели конструкторско-технологические методы, позволяющиедостигать лучшего разрешения за счет учета особенностей конкретноготехнологического оборудования, материалов и режимов обработки.Состояние проблемы.

Большой вклад в изучение процесса МЛ внеслифундаментальные работы У. Моро «Микролитография. Принципы, методы,материалы», Я. Таруи «Основы технологии СБИС» и К.А. Валиева иА.В. Ракова «Физические основы субмикронной литографии в микроэлектронике».Вопросы моделирования МЛ отражены в статьях и научных трудах Р. Дилла(R. Dill), К. Мака (C. Mack), Ю. Граника, Д. Левелина (J. Lewellen) и др.В настоящее время в РФ созданы предпосылки для быстрого развитиямикроэлектронной промышленности. В ОАО «Микрон» подходит к завершениюпуск производственной линии, которая обеспечит изготовление СБИС спроектными нормами 0,18 мкм.

Группой предприятий «Ангстрем» заключенконтракт на покупку оборудования с лицензией на выпуск СБИС по технологии0,13 мкм. ФГУП НИИИС им. Ю.Е. Седакова ведутся работы по пуску и наладкеоборудования, которое обеспечит выпуск СБИС по технологии 0,35 мкм.В НИИ Системных Исследований РАН (НИИСИ РАН) функционируеттехнологическая линия изготовления СБИС субмикронного уровня (0,5 мкми 0,35 мкм). В НИИСИ РАН используется проекционная установка«PAS5500/250C» фирмы «ASML» (Голландия) с λ = 365 нм (степпер),обеспечивающая разрешение до 0,3 мкм. Разработка нового ТП изготовленияСБИС с проектными нормами 0,25 мкм потребовала оптимизации процессаМЛ и внедрения методов повышения разрешения (МПР) процесса МЛ.Цель работы заключается в повышении степени интеграции и процентавыхода годных, а также расширении номенклатуры ТП на имеющемсяоборудовании за счет разработки методологии проектирования иизготовления СБИС с размерами элементов меньшими длины волныэкспонирующего излучения с применением проекционной литографии.Решаемые задачи:1.

Провести анализ современного состояния литографических процессов,применяемых оборудования и материалов, методов повышения разрешающейспособности и средств моделирования проекционной литографии.2. Проанализировать методики калибровки и откалибровать физическуюмодель процесса МЛ (на примере слоя затворов) для используемого в НИИСИРАН степпера и применяемых материалов.3.

С использованием разработанной модели провести оптимизациютехнологических режимов процесса МЛ с целью повышения разрешения истабильности воспроизведения номинальных размеров затворных структур.4. Провести модельные исследования влияния оптического эффектаблизости и методов его коррекции (OPC, optical proximity correction).5. Экспериментально подтвердить результаты моделирования на примерефоторезистивной маски (ФРМ) слоя затворов с КЛР ≤ 0,25 мкм.6. Разработать комплект фотошаблонов (ФШ) для калибровки иверификации полуэмпирических моделей (для критических слоев СБИС).7.

Разработать процедуру фильтрации экспериментальных данных,используемых при калибровке полуэмпирических моделей МЛ и травления.8. Разработать методику и провести калибровку полуэмпирических моделейдля САПР «Calibre», используемых в процедуре коррекции топологии СБИС.9. Разработать процедуры коррекции и верификации топологиифункциональных блоков тестового кристалла СОЗУ и блоков характеризацииТП с минимальными размерами элементов 0,25 мкм.10. Разработать методологию проектирования и технологию формированиякритических слоев СБИС, выполненных по проектным нормам 0,25 мкм.11.

Экспериментально апробировать разработанные методы.Методы исследования. Для оптимизации технологических режимов иразработки МПР применено моделирование процесса МЛ. Для оценкикачества процесса МЛ и методов МПР использован критерий шириныпроцессных окон в пространстве «фокус – доза экспозиции». Работа типовыхячеек и функциональных блоков СБИС оценивалась по электрофизическимпараметрам. При решении задач использованы теория оптимизации, теориявероятностей и математическая статистика.Научная новизна работы:1. Разработана методика калибровки физических моделей процесса литографиив условиях реального производства, отличающаяся экспериментальнымопределением скорости экспонирования модели резиста по колебательнымкривым дозы полного вскрытия и скоростей проявления модели резиста наоснове анализа временной зависимости ухода резиста в процессе проявления;2.

Разработаны рекомендации по повышению точности и стабильностиполуэмпирических моделей литографии и травления за счет изменения формыполинома, оптимизации значений собственного вектора и адаптивнойфильтрации калибровочных тестовых структур по предложенной формулерасчета значений их весовых коэффициентов, которая включает параметрыпространственного изображения структуры и позволяет учесть возможностьее изготовления в технологическом процессе и достоверного измерения;3.

Разработана и внедрена методика проектирования и изготовления СБИС сразмерами элементов меньше длины волны экспонирующего излучения,позволяющая скомпенсировать неравномерность скоростей травленияразличных типов топологических структур за счет предложенной в работе схемыкоррекции оптического эффекта близости при формировании резистовой маски.Достоверность полученных научных результатов, выводов ирекомендаций диссертационной работы подтверждена результатамипроведенных экспериментальных исследований и результатами внедренияразработанных методик и режимов работы технологического оборудования вНИР и ОКР, проводимых НИИСИ РАН.Полученные результаты достоверно демонстрируют эффективностьразработанного комплекса методов для решения задач повышенияразрешения, расширения процессных окон, повышения стабильностипроцесса МЛ и воспроизводимости КЛР, как по пластине, так и в партии.Основные положения, выносимые на защиту:1.