Технология производства ИС

Преимущества КМОП ИС
над биполярными ИС
Малые размеры и площадь
Упрощенная изоляция
Низкая потребляемая и рассеиваемая мощность
Устойчивость к перегрузкам
Высокое входное сопротивление
Помехоустойчивость
Низкая себестоимость производства

КМОП структура

КМОП процесс

Базовые операции технологического маршрута создания n-МОП – транзистора
А - А
а) Нанесение фоторезиста
б) Совмещение фотошаблона
в) Экспонирование
Исходный материал – подложка р-типа
1. Формирование маскирующего слоя SiO2 (осаждение)
2. Фотолитография 1, шаблон N+-слоя (тонкий окисел)

г) Проявление
д) Формирование рельефа
в маскирующем слое (травление)

3. Подзатворное окисление (отжиг в окисляющей среде)
4. Осаждение поликремния

5. Фотолитография 2, шаблон поликремния
А - А

6. Легирование
и термический отжиг N+-слоя
Р (Аs)‏
N+
N+
7. Осаждение маскирующего окисла

8. Фотолитография 3, шаблон контактных окон
9. Вскрытие контактных окон
А - А
АI – АI

10. Осаждение металла
11. Фотолитография 4, шаблон металлизации

12. Формирование разводки в слое Металл 1 (травление)
А - А
АI – АI
В - В
ВI – ВI

Основные технологические операции
Фотолитография
Осаждение
Ионное легирование
Отжиг
Травление
Любая интегральная структура формируется с помощью одних и тех же многократно повторяющихся технологических операций

Литография
Литография (от греческого lithos – камень, grapho – пишу, рисую) –технологический процесс, предназначенный для формирования
на кремниевой подложке топологического рисунка микросхемы
с помощью чувствительных к излучению покрытий.
По типу излучения литография делится на:
оптическую (фотолитографию) – длина волны от 200 до 450 нм
рентгеновскую – длина волны от 0.5 до 1.5 нм
электронную – длина волны 0.01 нм
Самая распространенная – фотолитография.
Чем меньше длина волны, тем меньшие размеры элементов
можно получить.

Фотошаблон – стеклянная пластина со сформированным
на ее поверхности рисунком элементов схем из материала, не пропускающего электромагнитное излучение.
Фоторезист – полимерный светочувствительный материал, который наносится на обрабатываемый материал с целью получить соответствующее фотошаблону расположение окон для доступа травящих или иных веществ к поверхности обрабатываемого материала.
Определения

Экспонирование – процесс облучения светочувствительного материала (фоторезиста) электромагнитным излучением. Воздействие либо разрушает фоторезист, или, наоборот, вызывает его полимеризацию и понижает его растворимость в специальном растворителе.
Проявление фоторезиста – процесс удаления слоя фоторезиста из тех областей, где он не нужен.
Селективность процесса травления говорит о различных скоростях травления в разных направлениях
Определения

Суть метода фотолитографии
На стеклянную пластину наносят топологический рисунок, непрозрачный для излучения (это фотошаблон).
При экспонировании рисунок фотошаблона передается на слой фоторезиста, чтобы после проявления воплотиться в виде защитного рельефа.
Передача рисунка с фотошаблона на фоторезист осуществляется либо при непосредственном контакте (контактная фотолитография), либо проецированием его в различных (от 1:1 до 10:1) масштабах через высококачественный объектив (проекционная фотолитография).

Установка фотолитографии

Фотоповторитель
Стол фотоповторителя перемещается на нужный шаг, обеспечивая многократный перенос изображения на фотошаблон.

Проецирование
в масштабе 4 : 1
Метки, по которым
совмещают фотошаблон
с пластиной

Основные достоинства фотолитографии
Гибкость, т. е. простой переход от одной конфигурации
к другой путем смены фотошаблонов.
Точность и высокая разрешающая способность.
Высокая производительность, обусловленная групповым характером обработки, когда на пластине одновременно формируются от десятка до нескольких тысяч структур будущей ИМС.
Универсальность, т. е. совместимость с другими технологическими процессами.

Фоторезисты — материалы, чувствительные к излучению.
Фоторезисты делятся на 2 класса:
Негативные – неэкспонированные участки вымываются, а экспонированные образуют рельеф (маску) заданной конфигурации.
Позитивные – экспонированные участки вымываются, а неэкспонированные образуют рельеф (маску) заданной конфигурации.
При последующей обработке происходит травление в «окнах», образованных засвеченными (позитивный фоторезист) или незасвеченными (негативный фоторезист) участками фоторезиста.

Основные свойства фоторезистов
Экспозиция – количество света, попадающего на светочувствительный фотоматериал за определенный промежуток времени.
Светочувствительность – величина, обратная экспозиции, требуемой для перевода фоторезиста в растворимое или нерастворимое состояние под воздействием света.
Разрешающая способность – минимальный размер рисунка, который может быть получен с помощью системы экспонирования.
Стойкость к воздействию агрессивных факторов.
Стабильность эксплуатационных свойств фоторезисторов во времени выражается сроком службы при определенных условиях хранения и использования.

Экспозиция и светочувствительность
Свет проникает на всю глубину фоторезиста и отражается
в обратную сторону. Оба потока участвуют в процессе проявления фоторезиста. Необходимо правильно подобрать мощность излучения и время воздействия.
Экспозиция
H = E * t,
где E – интенсивность излучения (мощность на единицу площади),
t – время экспонирования, сек.
Светочувствительность – 1/H.
фоторезист

Разрешающая способность
Разрешающая способность зависит от многих технологических факторов, а также от свойств фоторезиста и источника излучения:
свойств и толщины фоторезиста;
свойств и качества фотошаблонов;
длины волны излучения;
времени экспонирования;
фокусировки;
селективности;
обработки поверхности подложки.

Фокусировка

Искажение рисунка при фотолитографии
Изгиб подложки может приводить
к значительным искажениям рисунка
Дифракция светового потока (на краю рисунка световой поток расширяется
и заходит в область геометрической тени)
Интерференция светового потока (наложение волн)

Литература:
1. Королев М.А., Ревелева М.А. Технология и конструкции интегральных микросхем. ч.1. 2000 М; МИЭТ.
2. Королев М.А., Крупкина Т.Ю., Ревелева М.А. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем: в 2 ч. / под общей ред. Чаплыгина Ю.А. –Ч. 1: Технологические процессы изготовления кремниевых интегральных схем и их моделирование. – 397 с. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. – 2007