Литография в УФ-области

Уменьшение длины волны экспонирующего излучения до 200—300 нм (стандартная фотолитография обычно проводится в спектральном диапазоне 300—450 нм) позволяет формировать изображение элементов топологии с размерами порядка 0,5 мкм, что в 2-3 раза лучше фактического разрешения стандартной фотолитографии. Применение этого метода требует незначительной модернизации стандартного фотолитографического оборудования. Так, все стеклянные детали установок для пропускания ими УФ-излучения необходимо заменить на кварцевые или сапфировые. Для экспонирования применяются ксеноно-ртутные лампы промышленного изготовления, обладающие излучением в глубокой УФ-области. Преимущество метода определяется также возможностью использовать практически любой электронный резист.

Ионно-лучевая литография

Формирование рисунка на кремниевой пластине Возможно также при помощи ионных пучков. Преимуществами этого метода являются меньшее рассеивание ионов вследствие их массы и большее разрешение по сравнению с электроннолучевой литографией ввиду отсутствия эффекта близости. Ионно-лучевая литография применяется как для непосредственного нанесения рисунка на пластину, так и для изготовления шаблонов. Формирование рисунка также возможно с помощью радикального повреждения окиси кремния SiO2 ионами водорода и гелия. Повреждения участков пластины, вызванные ионным пучком, ускоряют последующие процессы травления или распыления. Использование тонких сфокусированных ионных пучков позволяет изменять электрические и механические свойства полупроводниковых материалов при имплантации, непосредственно формировать рисунки на тонких металлических слоях. Этот метод применим и для изготовления шаблонов методом мультиплицирования в масштабе 1 : 1 для рентгеновской литографии. Единственным сдерживающим фактором широкого применения метода ионно-лучевой литографии в настоящее время является слабая интенсивность ионных источников, что сказывается на производительности метода.

Тенденции развития процесса литографии и основные ограничения в уменьшении предельных размеров И С
Существуют две основные причины сдерживания степени интеграции ИС: имеющиеся возможности получения требуемых размеров элементов схем и физические принципы работы приборов. Основные ограничения литографических методов определяются точностью изготовления шаблонов и травления рисунка элементов ИС.

Фундаментальные ограничения работы приборов связаны с основными законами квантовой статистической физики,
1. В квантовой механике существуют принципиальные неточности в определении пространственного положения и величины импульса частицы, связанные с неклассической природой микрочастиц. Неточность Δx в определении координаты х частицы связана с неточностью Δрx, в определении проекции рх ее импульса соотношением неопределенности Гейзенберга

Δx*Δрx ≥ h/4π

где h — постоянная Планка, h=6,34 * 10-34 Дж*с.

2. Измерение любой физической величины, характеризующей микрообъем, за время Δt приводит к изменению энергии

ΔE ≥ h/(2Δπt)

Эта энергия высвобождается в виде тепла и может рассматриваться как нижний предел мощности рассеяния на одну операцию.

Минимальная величина указанной энергии на одну операцию имеет порядок 2*10-25Дж. Ясно, что при определенной степени интеграции ИС эту энергию невозможно будет отвести даже при охлаждении жидким гелием.

3. В случае очень тонкого изолятора, расположенного между двумя проводниками, затухание волновых функций электрона в нем может привести к нулевой вероятности обнаружения последнего на другой стороне этого изолятора. Явление прохождения («просачивания») частиц сквозь потенциальный барьер называется в квантовой механике туннельным эффектом. Так, для прямоугольного барьера вводится понятие прозрачности

Толщина оксида под затвором транзистора, например, не может быть уменьшена до толщины в 2-3 атомных слоя, так как даже при толщинах порядка 10-3 мкм МОП-транзистор перестает функционировать вследствие появления туннельных токов.

Свойства материалов также накладывают ограничения на линейные размеры элементов ИС. К этим свойствам относятся пробивная напряженность поля, концентрация примесей, плотность дислокаций, химическая чистота материалов и т. д.

Дополнительные ограничения накладывают условия функционирования приборов: температурный диапазон их работы, полоса пропускания, рабочая частота, напряжение включения и выключения, коэффициент усиления и многие другие параметры.

При работе, например, МОП-транзистора вблизи порогового напряжения проводимость канала 1/R при условии, что напряжение на затворе несколько ниже напряжения порога, определяется следующим выражением:
1/R=1/R0 ехр [(Uqs—Utn)q/KT].

Уменьшение рабочих напряжений Uqs и Utn и линейных размеров канала (с ними связано R0) может привести к заметным утечкам. Определяющей в этом случае является величина KT/q, при комнатной температуре равная 0,025 В.

Ограничения процесса литографии в части техники его исполнения определяются тремя факторами: точностью совмещения, разрешением и производительностью. Целью же всех исследований в области поиска новых методов проведения литографического процесса является уменьшение ширины линий элементов ИС.


Оставить комментарий





Статистика

Рейтинг@Mail.ru