Применение компьютерных технологий в научном исследовании процесса и фотолитографии в кремниевой технологии

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»

Факультет Электроники и компьютерных технологий Кафедра Интегральной электроники и микросистем РЕФЕРАТ на тему:

" Применение компьютерных технологий в научном исследовании процесса и фотолитографии в кремниевой технологии"

Москва 2015

СОДЕРЖАНИЕ Введение Глава 1. Анализ основных вопросов фотолитографии

1.1 Характеристики процесса фотолитографии и технические проблемы развития Глава 2. Цель и задачи научного исследования Глава 3. Применение компьютерных технологий в научном исследовании Заключение Список использованных источников ВВЕДЕНИЕ фотолитография кремниевый ионный легирование Литография — процесс формирования на технологическом (функциональном) слое резистовой маски соответствующей топологии данного слоя с определенным уровнем прецизионности размеров элементов и совмещения с другими функциональными слоями.

Процесс литографии известен человечеству уже многие сотни лет, как один из видов графики, используемой для печати книг (1041 г. — изобретение глиняных набираемых огранков в Китае). Однако его использование в микроэлектронике начато лишь несколько десятков лет назад. За этот короткий промежуток времени технологии, материалы и оборудование для литографии, а с ними и микроэлектроника, развивались колоссальными темпами.

Требуемые размеры элементов в резистовой маске (РМ) должны выполняться с учетом технологии последующих обработок РМ и технологической коррекции, которая учитывает уход размера в процессе переноса изображения и процессов травления и легирования через сформированную резистовую маску. В процессе травления и легирования технологическим трансформациям подвергается не только технологический слой, но и резистовая маска, что приводит к необходимости учета трехмерной конфигурации маски, как при ее получении, так и учитывать ее стойкость к соответствующим физико-химическим факторам, действующим в процессах травления и легирования.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ВОПРОСОВ ФОТОЛИТОГРАФИИ Создания рисунка с использованием фотолитографии на кремниевой подложке с целью создания нужной нам структуры является основным методом при создании интегральных схем и других элементов.

1.1 Характеристики процесса фотолитографии и технические проблемы развития С момента появления проекционной литографии в основном ее совершенствование продвигалось по пути уменьшения длины волны экспонирующего излучения. На современном этапе развития техники последующее уменьшение длины волны экспонирующего излучения затруднено рядов технических причин, поэтому прибегают к другим методам совершенствования процесса литографии. Однако, помимо принципиальной возможности получения малых размеров транзисторов, при дальнейшем их уменьшении мы сталкиваемся с целым рядом проблем, которые не позволяют повышать быстродействие СБИС.

Актуальные проблемы:

· увеличение сопротивления областей транзистора, уменьшить которое легированием нельзя;

· увеличение паразитных емкостей и токов утечки при сближении элементов;

· ярко выраженные эффекты дифракции и аберрации на зеркалах установок, несмотря на то, что они обработаны со средними квадратичными отклонениями не более 0,1−0,3 нм, и совершенством поверхности не хуже, чем /20, что соответствует 0,5 нм;

· проблемы создания источников излучения. До сих пор источники излучения перспективных методов проекционной литографии имеют довольной малую мощность. А с учетом потерь энергии при прохождении света по оптическому тракту, до резиста доходит излучение крайне малой мощности.

Для генерации излучения с длинной волны 13.5 нм сегодня используются двухкомпонентные лазер — плазменные источники, состоящие из мощного YAG лазера (0.1 — 1 ТВт, 1000 нм, 100 Гц) и мишени. Такой источник излучения должен обеспечить необходимые мощность, критерий отдачи, коэффициент «мусорообразования» (debris production DP) и длину волны (13.5 нм), которая является оптимальной для работы с размерами менее 100нм. В качестве мишени можно использовать металлические мишени или мишени, представляющие собой сверхзвуковые струи инертных газов, например ксенона, замороженного ксенона и смесей на его основе, или водяных капель. Удар лазера по мишени вызывает в последней интенсивные процессы разрушения — абляции, с переходом вещества мишени в плазменное состояние, которая и является ярким источником EUV излучения Металлические мишени характеризуются высоким коэффициентом отдачи, но и высоким коэффициентом «мусорообразования»: при воздействии лазера на мишени происходит локальное разрушение мишени с образованием кратера, который развивается со скоростью порядка 150 м/с, в результате чего частицы мишени попадают на первое зеркало, загрязняя его.

Хотя за последние 20 лет неоднократно высказывались сомнения о возможности дальнейшего использования оптической проекционной литографии, развитие технологии позволяло расширить предсказанные ранее пределы ее минимального разрешения. Тем не менее экстенсивный путь развития, связанный в основном с уменьшением длины волны используемого источника излучения, при достижении сегодняшнего значения 193 нм, становится трудно выполнимой задачей.

ГЛАВА 2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Основной целью будущей научно-исследовательской работы является выявление и установление зависимостей, связанных с варьированием параметров технологического процесса фотолитографии с целью увеличения воспроизводимости самой операции и возможной оптимизации.

При этом должны быть сохранены параметры самих создаваемых приборов, заданные, например, по техническому заданию или технологическому маршруту (сопроводительному листу).

Варьирование или другими словами изменение параметров фотолитографии непосредственно на производстве должно быть обоснованным и по возможности максимально оптимизировать затраты ресурсов.

Таким образом, для реализации поставленной цели необходимо уточнять корректируемые параметры с помощью компьютерных технологий (например, с помощью программы Sentaurus TCAD, S-Litho).

Другой важной задачей для выполнения указанной цели является выявление расхождения результатов моделирования непосредственно с экспериментальными измерениями. В связи с этим может понадобиться калибровка установок на месте для более точного выявления закономерностей и совпадения результатов.

ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В НАУЧНОМ ИССЛЕДОВАНИИ Для исследования различных режимов технологического процесса ионного легирования в кремниевой технологии необходимы те или иные компьютерные программы.

Отметим, однако, что в данной реферативной работе не приводится практическое применение других компьютерных систем или программ, например, работа с информационными базами данных, подобных различным научным электронным библиотекам, без которых в реальных условиях практически невозможно обойтись. Это, например, такие интернет ресурсы, как www.elibrary.ru, www.ieee.org, www. sci-hub.io или сайт международных научных студенческих конференций www.nauchforum.ru и т. п.

Последние 10 лет рынок САПР для электроники развивается стремительные темпами. Это касается и литографических САПР, множество версий которых с расширенными физическими моделями, быстрыми алгоритмами расчетов, функциями проектирования топологии и расширенным пользовательским интерфейсом, стали доступны в последнее время. Существует два типа разработчиков САПР для электроники:

Университеты и исследовательские институты, которые обычно обладают наиболее продвинутыми физическими моделями. В основном ими разрабатываются средства 3D моделирования. Обычно они поставляют исходные коды физических моделей;

Коммерческие производители, которые делают основной упор на проектирование САПР с удобным для проектирования интерфейсом, ориентированным на выполняемые задачи, и оптимизацию алгоритмов расчетов, направленную на ускорение работы САПР. Подавляющее большинство коммерческих САПР построены на университетских исходных кодах.

Разработчиками САПР «Metropole» и «Sample», который представляют собой университетские коды, указаны имена профессоров, возглавлявших данные направления в соответствующих университетах, однако большое количество работ было выполнено студентами аспирантами.

САПРы «OptoLith» и «Solid-С» построены на исходных кодах «Solid», который изначально был разработан в Институте полупроводниковых технологий Фраунгофера (Fraunhofer Institut fьr Siliziumtechnologie, Itzehoe, Germany).

Необходимо отметить, что ранок САПР для электроники был существенно монополизирован крупнейшими разработчиками. Так компании «TMA» и «Sigma-C» были куплены крупнейшим на сегодняшний день компанией-разработчиком ПО моделирования «Synopsys». По состоянию на 2008 год только «Synopsys» имеет интегрированный технологический САПР, позволяющий проводить моделирование всего ТП производства СБИС средствами одного кейса. Один из модулей этого технологического САПР — «TCAD Sentaurus Lithography (S-Litho)» построен на кодах таких ранее известных литографических САПР, как «Depict» и «Solid» .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Центральное место в современной технологии изготовления изделий микроэлектроники занимает фотолитография. На ее долю приходится более половины производственных затрат. Именно она чаше всего определяет возможность получения того или иного полупроводникового прибора, особенно в том случае, когда размеры элементов топологии прибора, а также толщины его активных слоев близки к критическим, т. е. предельным для современного уровня развития фотолитографии. Можно сказать, что именно успешное развитие фотолитографии было своеобразным «локомотивом», движение которого определяло темпы развития микроэлектроники. Фотолитография «обеспечила соблюдение» знаменитого закона Гордона Е. Мора, согласно которому плотность компоновки элементов в изделиях микроэлектроники удваивается каждые 18 месяцев.

Успехи фотолитографии во многом определяются культурой фотолитографического производства и продуманностью конструктивных особенностей оборудования, но в большей степени — качеством используемых. Фоторезисты являются материалами, которые должны удовлетворять набору противоречивых требований, а именно обладать высокой чувствительностью к действию актиничного излучения, высокой стойкостью к плазмохимическому травлению, малой дефектностью, высокой контрастностью, низкой чувствительностью к изменению параметров фотолитографического процесса (т.е. большой технологической широтой) и т. п. Чаще всего выбор состава фоторезиста определяется необходимостью поиска компромиссного решения, приводящего к оптимальному для данной технологии набору свойств.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Optical Lithography … 40 years and holding // Proc. of SPIE Vol. 6520, doi:10.1117/12.720 631 (англ.)

2. Optical lithography thirty years and three orders of magnitude: the evolution of optical lithography tools. // Microlithography'97 (pp. 14−27). International Society for Optics and Photonics. doi:10.1117/12.275 983

3. Лапшинов Б. А. Технология литографических процессов. Учебное пособие — МИЭМ, 2011

4. Системы литографии. Перспективы и экономические аспекты развития // Электроника НТБ Выпуск #3/2010

5. Photolithography. Theory and Application of Photoresists, Etchants and Solvents. К. Кох и Т. Ринке. (2012)

6. Lithographic Challenges an ASML perspective. Boudewijn Sluijk, Intel ERIC, Dublin, 4 Oct. 2012