Шаблоны для рентгеновской литографии

Рентгеновские шаблоны состоят из поглощающих рентгеновское излучение металлических пленок с нанесенным на них рисунком и тонкой мембраны, пропускающей рентгеновские лучи. Толщина поглощающего материала определяется длиной волны рентгеновского излучения, коэффициентом поглощения материала и величиной контраста, необходимой для формирования изображения на резисте. Наиболее широко применяемым в настоящее время поглощающим материалом является золото.

Рисунок на шаблоне обычно формируют с использованием электронно-лучевой литографии в сочетании с методами сухого травления. Для сохранения высокого разрешения и точного управления размерами элементов рисунок, сформированный в золотой пленке, должен иметь вертикальные стенки окон. Это требование легче всего выполняется при формировании рисунка в тонкой пленке золота, которая используется при большой длине волны экспонирующего облучения.

Мембрана, служащая подложкой для шаблона, должна обладать высокой прозрачностью для рентгеновских лучей, чтобы свести время экспонирования к минимуму. Она должна иметь стабильные размеры и достаточную прочность для многократного использования в технологическом процессе и быть прозрачной для видимого света, если применяется методика оптического совмещения. Для изготовления мембран используют такие материалы, как полиимид, Si, SiC, Si₃N₄, Al₂O₃ и многослойные структуры Si₃N₄/SiO₂/Si₃N₄.

На рис. 1 показана структура рентгеновского шаблона, который успешно используют при изготовлении ИС. Он представляет собой многослойную структуру из нитрида бора и полиимида с пленкой золота толщиной 0.6 мкм, поглощающей рентгеновское излучение, в которой сформирован топологический рисунок схемы. Экспонирующим излучением при использовании этого шаблона служит характеристическое излучение РdLа с длиной волны 0.437 нм.

Изготовление шаблона начинают осаждением пленки нитрида бора толщиной 6 мкм на кремниевую подложку. После осаждения центрифугированием наносят пленку полиимида толщиной 6 мкм на пленку нитрида бора для дополнительного упрочнения структуры. Затем на мембрану осаждают пленку Та, пленку золота толщиной 0,6 мкм и еще одну тонкую пленку Та. Вся структура покрывается пленкой электронного резиста, в которой методом электронно-лучевой литографии создают топологический рисунок схемы.

Изображение, сформированное на резисте, переносят на пленку Та, которая впоследствии действует в качестве маскирующего слоя при травлении золота. После формирования рисунка в слое золота пленки Та удаляют и наносят другое защитное полиимидное покрытие. Пластину с рисунком присоединяют к кольцу из пирекса и с обратной стороны стравливают кремний, что приводит к образованию структуры мембраны.

Технология изготовления рентгеновского шаблона разработана не окончательно. Еще предстоит решить ряд проблем: улучшение долгосрочной стабильности рисунка шаблона, исключение нерезкости краев элементов рисунка, ухудшающей разрешающую способность шаблона, и уменьшение плотности дефектов шаблона. От решения этих проблем зависит развитие субмикронной рентгеновской литографии.

Травление

• Введение

Перенос рисунка

• Субтрактивные и аддитивные методы переноса рисунка
• Разрешение и профили краев элементов при субтрактивном переносе рисунка
• Селективность и контроль размеров элементов

Методы плазменного травления

• Общее описание методов плазменного травления
• Ионно-плазменное и ионно-лучевое травление
• Плазменное травление
• Реактивное ионное и реактивное ионно-лучевое травление

Дополнительные вопросы

• Факторы, определяющие скорость и селективность травления
• Контроль вытравливаемого профиля края элемента
• Побочные эффекты

Введение

Рисунки на резисте, формируемые методами литографии не являются элементами готового прибора, скорее они есть отображение действительных схемных элементов. Для формирования топологии схемы необходимо перевести рисунки резиста в соответствующие слои полупроводниковой структуры. Один из методов такого перевода заключается в селективном удалении немаскированных участков резиста. Этот процесс называют травлением.

Методы так называемого сухого травления хорошо подходят для технологического процесса изготовления СБИС. Сухое травление также называют плазменным травлением, подразумевая использование в этих методах плазмы в виде газовых разрядов при низком давлении. Методы сухого травления широко применяются в технологии СБИС, так как они характеризуются потенциальной способностью высокоточного перевода рисунков резиста.

Первые работы по сухому травлению открыли важный период в развитии технологии ИС. В период с 1972 по 1974 г. в некоторых ведущих лабораториях проводились интенсивные разработки неорганических пассивирующих покрытий для МОП-приборов. Предпочтительным было признано использование нитрида кремния, полученного плазменным осаждением. Однако, хотя этот материал удовлетворял многим технологическим критериям, существовала проблема, серьезно осложнявшая его применение. Не было найдено ни одного приемлемого химического травителя, который можно было бы использовать для вытравливания в нитриде окон с целью создания контакта к лежащей под ним металлизации. Эта проблема была решена путем применения плазменного травления в газовой смеси CF₄-O₂. Одновременно была разработана методика использования плазмы CF₄-O₂ для формирования рисунка в слоях нитрида кремния, химически осажденного из паровой фазы, с целью изоляции p-n-переходов. Эти разработки ознаменовали первое применение плазменного травления в производстве ИС и начало широких исследований возможностей методов плазменного травления.

Вскоре была обнаружена возможность применения плазменного травления как способа, отличающегося высокой анизотропией травления. В частности, во многих экспериментах зафиксировано значительное превышение скорости вертикального травления над скоростью бокового травления. Анизотропия является важным фактором, обуславливающим высокое разрешение при переносе рисунка. Особенно большой интерес анизотропия плазменного травления вызвала у исследователей, работавших в направлении повышения степени интеграции за счет уменьшения размеров схемных элементов. Поэтому к середине 70-х годов большинство ведущих производителей ИС уделяли существенное внимание интенсивному развитию методов плазменного травления. Эти методы рассматривались уже не как альтернатива методам химического травления, а как методы, обладающие уникальными возможностями для удовлетворения всех требований, предъявляемых к переносу рисунка.

Перенос рисунка