Фотолитография

котором отдельные элементы (транзисторы, емкости, резисторы и т.д.) формируются на

полупроводниковой пластине. FEOL по сути включает весь комплекс операций до начала формирования металлических слоев разводки.
FEOL включает все процессы изготовления КМОП, необходимые для изготовления полностью изолированных элементов КМОП:
1. Выбор типа пластин; 2. Химико-механическая полировка и очистка. 3. Формирование мелкозалегающей канавочной изоляции (Shallow trench isolation (STI)) (or LOCOS in early processes, with feature size > 0.25 μm)
4. Формирование карманов, 5. Формирование затворов, 6. Формирование истоков и стоков.
BEOL (Back-end-of-line) означает вторую часть процесса изготовления ИС, когда отдельные элементы соединяются между собой. BEOL начинается когда первый слой металла осаждают на пластину. Этот этап включает формирование контактов, изолирующих слоев, металлических слоев и контактных площадок для внешних соединений (bonding sites for chip-to-package connections).
Этапы BEOL:
1. Силидизация областей стоков и истоков, а также поликремниевых областей, 2. Осаждение диэлектрика (первый, нижний слой диэлектрика,) (first, lower layer is Pre-Metal dielectric, PMD - to isolate metal from silicon and polysilicon), Химико механическая полировка (CMP processing it), 3. Формирование контактных отверстий в PMD и создание в них контактов, 4. Формирование первого слоя металла, 5. Формирование второго слоя межслойного диэлектрика (this time it is Intra-Metal dielectric), 6. Создание контактных окон для соединения первого и второго металла. Заполнение контактных отверстий металлом CVD process.
7. Повторение пп. 4-6 для всех металлических слоев.
8. Формирование конечного слоя пассивации для защиты ИС.  
 

рисунка микросхемы с помощью чувствительных к излучению покрытий. По типу

излучения литографию делят на оптическую (фотолитографию), рентгеновскую и электронную.

поле кремниевой пластины с соблюдением допускаемых отклонений размеров элементов и

их расположения относительно нижележащих структур, сформированных в предыдущем цикле.

Это в основном полимерные материалы, устойчивые к воздействию жидкостных травителей,

плазмы и другим. Резисты делят на два класса - негативные и позитивные

и пленкообразующие компоненты, растворители, некоторые добавки, улучшающие адгезию слоя резиста

к подложке, повышающие светочувствительность и кислотостойкость или щелочестойкость или плазмостойкость.
Светочувствительные компоненты, как правило, содержат ненасыщенные двойные связи, рвущиеся при поглощении энергии фотонов.

подложки является центрифугирование: при включении центрифуги жидкий фоторезист растекается под

действием центробежных сил.
Первая сушка при температурах 80 - 90 °С заканчивает формирование слоя фоторезиста. При удалении растворителя объем полимера уменьшается, слой стремится сжаться, но жестко скрепленная с ним подложка препятствует этому. Обычно используют ИК сушку.
Экспонирование (совмещение) и проявление неразрывно связаны между собой. В силу этого для выбора режимов, обеспечивающих точную передачу размеров, необходимо одновременно изменять время проявления и время экспонирования. На практике, однако, часто пользуются методом подбора оптимального значения одного параметра при фиксации другого.
Проявление. Для проявления позитивных резистов используют водные щелочные растворы: 0,3 - 0,5%-ный раствор едкого кали, 1 - 2%-ный раствор тринатрийфосфата, органические щелочи - этаноламины. При проявлении очень важно контролировать температуру и величину pH проявителя.
Сушка проявленного слоя проводится при температурах 110 - 180 °С. От характера изменения температуры во время сушки зависит точность передачи размеров изображений. Резкий нагрев вызывает оплывание краев, поэтому для точной передачи малых (1 - 2 мкм) размеров следует применять плавное или ступенчатое повышение температуры.
Травление слоя.
Удаление с подложки фоторезиста завершает фотолитографический процесс, для чего используются в основном химические и термические способы. В последнее время применяется обработка в ВЧ плазме кислорода.
 

металлических линий нанометрового масштаба.

(Выражается в лквеличина, обратная экспозиции (Выражается в лк×с (люксах на

секунды) H, требуемой для перевода фоторезиста в растворимое или нерастворимое состояние (в зависимости от того, позитивный резист или негативный). Светочувствительностью определяются производительность процесса фотолитографии и выбор оборудования. Например, необходимость использования ртутных ламп вызвана тем, что максимум спектральной чувствительности резистов лежит в области ближнего ультрафиолета. Светочувствительность измеряется в единицах эрг–1⋅см2.
Разрешающая способность R = N/2l - умещающееся на 1 мм число N полос фоторезиста, разделенных промежутками такой же ширины l.

Так, при разрешающей способности резиста до 1000 лин/мм разрешающая способность

процесса не будет превышать 500 - 600 лин/мм из-за искажения рисунка вследствие различных физических эффектов, возникающих при экспонировании.

экспонирования и проявления в зависисмости от энергии экспонирования.
При этом

следует отметить, что ф/р имеет некоторую ограниченную растворимость в проявителе даже в отсутствии экспонирования. При проведении экспонирования растворимость ф/р (позитивного) возрастает до момента его полной растворимости, наступающего при E=ET – пороговой энергии. Чувствительность фоторезиста определяется как энергия, необходимая для полного растворения экспонированной области ф/р. Т.Е. – ET
Другим параметром характеризующим ф/р является параметр γ =

Этот параметр называется контрастом. Здесь E1 – значения энергии, получаемое пролонгацией касательной к ET до достижения 100% толщины фоторезиста.

— коэффициент преломления среды
между объектом и объективом.
Так, при использовании 65-нм

технологического процесса производства глубина резкости составляет порядка 0,2 мкм.

приводить к идентичным изменениям размеров на пластине (с учетом, конечно

коэффициента уменьшения размеров).
С другой стороны в нелинейном процессе небольшие колебания размеров элементов в маске приводят к существенному увеличению колебаний размеров на подложке. Этот эффект оказывает негативное влияние на процесс производства поскольку любая ошибка в маске приводит к значительному увеличению величины ошибки размеров на пластине.
Фактор описывающий такое увеличение известен, как
Mask error enhancement factor (MEEF) (фактор увеличения ошибки) и определяется следующим отношением:

MEEF = Δ(wafer linewidth)/ (Δmask linewidth), где

Δ Означает изменение ширины линии на максе или на пластине.
В идеальном случае MEEF =1.0. Очевидно, что при значении этого фактора больше 1, серьезно влияет на требования спецификации фотомаски. С другой стороны, если фактор меньше 1, то это смягчает требования спецификации.

материала для сдвига по фазе на π можно рассчитать по

формуле: d = λ/2(n — 1), где λ — длина волны излучения.

формирует на поверхности фоторезиста (справа).

только замкнутые области могут обрабатываться с помощью фазосдвигающего фотошаблона. Обычно

требуются две экспозиции: вторая экспозиция дополняет первую

Схематическое изображение фотолитографического процесса с двойной экспозицией. Фазосдвигающий фотошаблон (слева) и корректирующий фотошаблон (в середине) последовательно экспонируются на одну и ту же область кристалла. Окончательный
рисунок на кристалле (справа) является результатом этих двух экспозиций.

простое OPC (коррекция размеров элементов);
(c) — умеренное OPC (введение дополнительных

линий);
(d) — агрессивное OPC (введение дополнительных фигур).

иным способом специальное антиотражающее покрытие. Этот дополнительный слой выполняет различные

функции. В первую очередь его можно рассматривать как дополнительный планаризирующий слой, который сглаживает сложную топологию уже организованного на поверхности пластины рельефа. Кроме того, он поглощает отраженные от поверхности подложки обратно рассеянные лучи, которые могут существенно исказить получаемую картину. Высокочувствительный слой верхнего резиста может иметь малую толщину, что положительно влияет на допустимую глубину фокуса процесса. Обычно в качестве АОП используются различные низкочувствительные органические композиции. Они должны пропускать свет в том же спектральном диапазоне, что и резист, обладать хорошей адгезией к подложке и резисту и удаляться тем же процессом, что и резист.

на подложку с ранее организованным сложным рельефом наносится толстый слой

положительного резита. Его толщина выбирается из условия достижения максимальной планаризации поверхности пластины. Затем наносится тонкий слой резиста другой полярности. Его толщина выбирается из условия получения оптимальной глубины фокуса и достижения наивысшего разрешения для данной оптической системы. После экспонирования и проявления тонкого верхнего резистивного слоя он играет роль маски при глубоком экспонировании толстого нижележащего резиста.

обоснованным использование принципильно новых способов экспонирования. Принимая во внимание необходимость

разработки высокопроизводительных литографических систем можно выделить следующие 4 основные направления: предельный или экстремальный ультрафиолет (extrimt UV lithography – EUVL), электронная проекционная литография (SCALPEL), рентгеновская литография (Х- ray lithography), ионная литография (ion beam lithography).

50 >λ > 10 nm

шаблонов;
- может быть использована для нескольких поколений ИС;
- работоспособность уже

продемонстрирована на прототипах литографов,
- возможность создать источник света с меньшей длиной волны.

NA=0,25 – 0,40; k1=0,6 – 0,4; R = 32 – 12 нм

Все отражательные оптические системы должны быть асферическими с размером неоднородностей ~10 Å. Эти зеркала представляют собой сложные пленочные покрытия: от 40 до 80 двухслойных пленок с толщиной каждого слоя ~ λ /4. Такое же сложное строение имеет маска для EUV литографии,

130-65 нм.