Введение к работе
Актуальность проблемы. В современных условиях ускорения научно - техшгческого проіресса особую важность приобретает задача создания и освоения новых поколешгіі ЭВМ всех классов. Ведущую роль в решении этой задачи играет высокоэффективное производство новейших сверхскоростных ( ССИС ) и сверхбольших ( СБИС ) интегральных схем с применением как технологии на кремнии, так и технологии на арсениде галлия в зависимости от требуемого уровня быстродействия и условия применения.
Кроме кремниевых и арсешід - галлневых типов СБИС, широко используемых в болышшстве классов ЭВМ, в составе микропроцессорных систем в качестве энергонезависимой внешней памяти, используются и запоминающие устройства на ци-лшгдрнческих магнитных доменах ( ЗУ на ЦМД ),которые могут решать вопросы надежности военной, космической аппаратуры и оборудовашія с тяжелыми условиями эксплуатащш, так как отличаються радиащюшюй стойкостью, сохраняют шіфор-мацию без потреблеїшя энергии, имеют высокую температурную, временную стабильность параметров и помехозащищенность.
Постоянно растущая потребность в объеме памяти ведет к необходимости резкого повышения уровня интегращш микросхем за счет увеличения кристалла и уменьшения размеров элементов. Исходя из потребностей СБИС повышенной емко-сти,возншсает необходимость в разработке микросхем с критическими размерами элементов 0,5 мкм и менее.
В этой связи особую важность приобретает разработка прогрессивных технологических процессов, методов и оборудовашія, позволяющих формировать субмикронные элементы микросхем, обеспечивая тем самым производство СБИС сверхвысокой степени интегращш.
К таким методам в первую очередь относятся литографические методы: электронная, рентгеновская н оптическая литография с глубоким ультрафиолетом. Использование этих методов, осо-беиио рентгеновской литографии, метода самоформировашія и"сухих" способов травления может оказаться важным и при разработке нового предполагаемого поколения магнитной памяти- ЗУ на вертикальных блоховскнх линиях с плотностью записи на порядок и более превышающий плотность записи шіфор-
4 мащш на ЦМД с критическими размерами ~ 0,1 мкм, кремниевых МДП-транзисторов и арсешід- галлневых ПТШ (полевых транзисторов с барьером Шопки) с ддішой затвора ~ 0,1 мкм, линий задержки на ПАВ и приборов на эффекте Джозефсона с размерами ~ 0,1 мкм.
Целью настоящей работы является:
- разработка литографических методов, технологий и оборудо
вания, обеспечивающих производство СБИС с субмикронными
размерами элементов.
Достижение этой цели требовало решения следующих задач:
усовершенствование технологии изготовления существующих микросхем с целью увеличения выхода годных и улучшения характеристик самих микросхем;
разработка методов формирования тополопш схем и оборудования изготовления фотошаблонов повышенной сложности;
разработка технологий изготовления СБИС высокой степени интеграции, включающих формирование резистивного рисунка схемы, перенос изображения с минимальными уходами размеров (< 0.05 мкм) в функциональные слои и обеспечивающих при заданных физігческих характеристиках уменьшение критических размеров элементов с 1,5 мкм до 0,1 мкм в поле зкспошіроваїшя > 2 см2;
разработка и модернизация устройств и установок, обеспечивающих формігоовашіе заданной тополопш шггегральных схем.
Научная новизна Впервые найдены решения технологических проблем изготовления СБИС, обеспечивающих увеличение емкости микросхем ЗУ на ЦМД до 16 Мбит, создание транзисторных структур и других изделий микроэлектроники с критическими размерами 0,1 - 1,0 мкм с использованием:
технолопш рентгенолитографии, включающей разработку и изготовление рентгеношаблонов, рентгенорезистов, установок и устройств экспонирования;
разработки системы оперативного проектирования и изготовления шаблонов повышенной сложности;
разработки технолопш изготовления приборов микроэлектроники, включающих оптическую, электронную, ренгеновскую литографии и метод самоформирования.
Методами литографии, плазмохимнческого травлешга, самоформирования изготовлены экспериментальные образцы
5 кристаллов ЗУ аа ЦМД емкостью 1-16 Мбит, ПТШ и МДП транзисторов с длиной затвора ~ 0,1 мкм, магнитометров на эффекте Джозефсона с критическими размерами = 0,1 мкм.
Практическая ценность. Разработанные технологические процессы рентгенолитографии, электронной и оптической лито-графіш с глубоким ультрафиолетом позволили перейти к разработке СБИС высокой степени интегращш и организовать их производство.
В результате проведения теоретических и эксперешшталь-ных исследовашгіі разработаны методики, программы расчета и математические модели, имеющие практическую значимость:
программа CONTRAST обеспечивает расчет контраста рентге-ношаблонов в диапазоне 0,1 - 100 нм для любой заданной толщины поглощающего слоя;
моделироваїше фотолитографического процесса экспонирова-шія и химического травления, с целью оптимизации качества получаемых структур;
программа расчета энергии, поглощеішой и рассеиваемой в резнете от подложки и шаблона;
программа расчета ( DOZA ) абсолютных значений дозы экспонирования рентгеновскіш излучением;
методика исследования электронных и рентгеновских резнстов.
Разработанная электронно - лучевая технология легла в основу технологического маршрута системы проектироваїшя СБИС. Значение этой технодопш не только в техническом эффекте - 30 кратное сокращение времени экспонировашш, а в том, что сняты вопросы изготовлешія фотошаблонов для СБИС повышенной сложности.
Многослойные неорганические маски используются в основе разработанной технологии СБИС при формировании элементов с размерами 0,1-1,0 мкм.
Созданная установка экспощпэования в пучках СИ обеспечивает формирование рисунка схемы на кремниевых пластинах диаметром до 150 мм и на шаблошсых заготовках размером до (153* 153) мм.
Разработанная технология изготовлешія интегральных схем методами фотолитографии и самоформирования позволяет формировать структуры с размерами 0,1 - 1,0 мкм без использования степперов с эксимерньши лазерами в качестве источшшов излучения.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в НИР и ОКР, выполнены по важнейшим программам " Орбита ", " САПР - ИЭТ ", по программам совместных работ с АН СССР, предприятиями других отраслей, целевой комплексной программы ГКНТ 0.18.01, комплексной целевой программы " Перспєктішная элементная база. Новые технологии микро- н наноэлектроники " РАН. Проведенные НИР и ОКР направлены на разработку и изготовление изделш! микроэлектроники, в первую очередь ЗУ на ЦМД емкостью 1-16 Мбит, МДП транзисторов и перспективных СБИС на других физических явлениях.
Результаты работы использованы при создании микросхем емкостью 256Кбит, ІМбит, 4Мбит, ІбМбит при освоении производства микросхем серии К1605 на заводе " Элма ".
Разработанная система проектирования и технолопічєскші модуль позволили изготовить комплекты фотошаблонов для ряда предприятий НПО " Научный центр ", АН СССР и других отраслей. Спроектированы и изготовлены более 600 комплектов особо сложных фотошаблонов для СБИС различных типов.
Разработанные требования к технологии СБИС используются в базовом технологическом процессе производства СБИС ЦМД завода 'Элма".
На защиту выносится.
1. Разработана технология процесса контактной рентгено-литографіш, включающая:
разработка, изготовление, коррекция конструкщш установок рентгеновской литографші: компактной установки с вращающимся анодом (А1, Си) "Рентгенотрон" (?v = 0,8-1,3 нм), автоматического устройства экспонировашш в пучках синхротронного излучения ( сішхротрон С - 60, X = 2,5 нм );
разработка конструкций и технологии изготовления рентгено-шаблонов;
исследовашіе, расчеты сенсибилизации и синтез рентгенорези-стов.
2.Впервые в стране разработана технология изготовления ПФО, ЭФШ, бездефектных РФШ с размерами 0,5 - 1,0мкм методами злектроішон и рентгеновской литографии на отечественных установках ЭЛУ " Отэлло-44 ","Отэлло-1 "специально разработанной установке зкспаїшрования по шаблонным заготовкам (размером до 153* 153мм) в пучках синхротронного излучения ( С - 60 ).
3. Разработана технология изготовления приборов микроэлектроники с размерами 0,1 - 1,0 мкм, включающая:
- формнровашіе резиспюного рисунка схемы методами оптиче
ской, электронной и рентгеновской литографии;
- перенос изображения с минимальными уходами размеров
(< 0.05 мкм) в функциональные слои способами "сухого"и хими
ческого травления;
- формирование субмикронных структур в функциональных сло
ях, не заложенных в шаблоне, методами литографии и самофор-
мирования.
Апробация рабогы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на III Всесоюзной научно - технической конференции по прецизионной литографші в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, Москва 1980г; семинаре " Использовашіе синхротронного излучения в рентгенолитографии, Москва 1981г; Всесоюзном семинаре " Микролитография ", Черноголовка 1985г; Всесоюзной конференции по микроэлектронике, Мішск 1985г; III Республиканском семішаре " Самоформировашіе. Теория и применение", Шауляй 1987г; I Всесоюзной конференции "Физические и физико-химические основы микроэлектроники", Вильнюс 1987г; II Всесоюзном семинаре "Микролнтография", Черногоповка, 1988г; Всесоюзной конференции "Чистота и микроклимат - 88", Москва 1988 г; научно-техн. семинарах ЛЭВЭ-ФИАН, МССП-ФТИ РАН.
Публикации.
Основное содержаїше опубликовано в работах, список которых приводится в конце автореферата. Общее число публикаций по теме диссертащш - 59, в том числе: авторских свидетельств - 21, НИР н ОКР -14.
