Нанотехнологии в микроэлектронике. Нанолитография - процессы и оборудование
Покупка
Тематика:
Микроэлектроника. Наноэлектроника
Издательство:
Интеллект
Автор:
Киреев В. Ю.
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 320
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-91559-215-4
Артикул: 633700.01.99
Доступ онлайн
700 ₽
В корзину
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
В.Ю. КИРЕЕВ НАНОТЕХНОЛОГИИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ. НАНОЛИТОГРАФИЯ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ Издательский Дом ИНТЕЛЛЕКТ ДОЛГОПРУДНЫЙ 2016
В.Ю. Киреев
Нанотехнологии в микроэлектронике. Нанолитография — процессы и оборудование: Учебно-справочное руководство / В.Ю. Киреев — Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2016. — 320 с., цв. вкл.
ISBN 978-5-91559-215-4
В учебно-справочном руководстве проведен анализ возможностей, особенностей, ограничений и областей применения различных литографических и нелитографических методов наноструктурирования для создания топологии ИС с элементами субстонанометрового диапазона. Показаны основные физические и химические механизмы и ограничения, лежащие в основе оптической нанолитографии, нанолитографии на экстремальном ультрафиолете, наноимпринт литографии, электронной нанолитографии и вакуумного газоплазменного травления.
Приведено современное производственное оборудование различных видов нанолитографии, его операционные и конструкционно-технологические параметры, технологические и экономические характеристики реализуемых процессов.
Руководство для университетов с обучением по специальностям: 210601 «Нанотехнология в электронике», 210104 «Микроэлектроника и твердотельная электроника», 222900 «Нанотехнология и микросистемная техника», 210600 «Нанотехнология», 210100 «Электронное машиностроение», а также для инженеров и научных работников.
ISBN 978-5-91559-215-4
© 2015, В.Ю. Киреев
© 2016, ООО «Издательский Дом «Интеллект», оригинал-макет, оформление
ОГЛАВЛЕНИЕ
Оглавление...........................................3
Список используемых сокращений.......................8
Введение............................................15
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, РОЛЬ И МЕСТО
ПРОЦЕССОВ НАНОЛИТОГРАФИИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАРШРУТАХ ПРОИЗВОДСТВА ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ,
СХЕМ И СИСТЕМ С СУБСТАНАНОМЕТРОВЫМИ ТОПОЛОГИЧЕСКИМИ НОРМАМИ.............................19
1.1. Основные определения.........................19
1.2. Стадии и этапы технологического маршрута, универсальный литографический цикл, технологическая подготовка производства...........25
1.3. Характеристики интегральных схем............32
1.4. Выход годных интегральных схем..............35
Глава 2
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПРОЦЕССОВ НАНОЛИТОГРАФИИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ, СХЕМ И СИСТЕМ С СУБСТАНАНОМЕТРОВЫМИ
ТОПОЛОГИЧЕСКИМИ НОРМАМИ.............................47
2.1. Нанотехнологии, нанообъекты и наносистемы...47
2.2. Классификация процессов нанолитографии......52
2.3. Нелитографические методы получения топологии наноструктур.......................................60
2.4. Новые литографические методы получения топологии наноструктур.......................................66
—I Оглавление
Глава 3
ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ОГРАНИЧЕНИЯ, ЛЕЖАЩИЕ В ОСНОВЕ ТЕХНИКИ (ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЦЕССОВ) ОПТИЧЕСКОЙ НАНОЛИТОГРАФИИ. БАЗОВЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ПРОЦЕСС СОВРЕМЕННОЙ ФОТОЛИТОГРАФИИ.....................72
3.1. Контраст (контрастность) фоторезистов .........75
3.2. Классификация процессов фотолитографии по способам экспонирования топологического рисунка фотошаблонов.77
3.3. Основные факторы, ограничивающие разрешение проекционной фотолитографии.........................80
3.4. Когерентное и некогерентное освещение .........90
3.5. Формирование и передача изображения топологического рисунка фотошаблона в слой фоторезиста.............93
3.6. Разрешение оптической проекционной фотолитографии....................................100
3.7. Основные характеристики систем фотолитографии..104
Глава 4
ТЕХНИКА ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЕШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ОПТИЧЕСКОЙ НАНОЛИТОГРАФИИ И ТЕНДЕНЦИИ ИХ РАЗВИТИЯ ...........................................109
4.1. Техника повышения разрешения фотолитографического процесса..........................................110
4.2. Международные прогнозы развития литографии.....115
4.3. Литография на экстремальном ультрафиолетовом излучении (ЭУФ-литография)..........................120
4.4. Сравнительная стоимость и области применения литографических систем..............................126
Глава 5
ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ
ПРИНЦИПЫ И ОГРАНИЧЕНИЯ, ЛЕЖАЩИЕ
В ОСНОВЕ ТЕХНИКИ (ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЦЕССОВ) НАНОИМПРИНТ-ЛИТОГРАФИИ. БАЗОВЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАРШРУТ И СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ НАНОИМПРИНТ-ЛИТОГРАФИИ....................128
5.1. Классификация процессов наноимпринт-литографии.128
5.2. Технология формирования топологического рисунка в наноштампе......................................135
Оглавление —' у- 5 5.3. Варианты процессов S-FIL-наноимпринт-литографии.137 5.4. Промышленное оборудование S-FIL-наноимпринт-литографии.......................141 Глава 6 ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ОГРАНИЧЕНИЯ, ЛЕЖАЩИЕ В ОСНОВЕ ТЕХНИКИ (ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЦЕССОВ) ЭЛЕКТРОННОЙ ЛИТОГРАФИИ. СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛИТОГРАФИИ...............................145 6.1. Проекционная электронная литография..........147 6.2. Сканирующая электронная литография...........153 6.3. Промышленные системы сканирующей электронной литографии.........................................164 6.4. Сканирующая многолучевая бесшаблонная электронная литография.............................166 Глава 7 БАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ УЧАСТКОВ НАНОЛИТОГРАФИИ. ОПЕРАЦИОННЫЕ И КОНСТРУКЦИОННОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОБОРУДОВАНИЯ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЕРАЦИЙ НАНОЛИТОГРАФИИ И ПАРАМЕТРЫ СТРУКТУР..................171 7.1. Базовые технологические маршруты и комплекты оборудования участков нанолитографии..............171 7.2. Параметры технологического оборудования......176 7.3. Технологические характеристики операций нанолитографии при обработке пластин (функциональных слоев на пластинах)...............179 7.4. Параметры входных (поступающих на операции нанолитографии) и выходных (выходящих с операций нанолитографии) структур..........................182 7.5. Оборудование для нанесения, проявления и термообработки слоев фоторезистов и электронорезистов, а также адгезионных, планаризирующих и антиотражающих покрытий..........187 7.6. Оборудование совмещения топологии и экспонирование слоев фоторезистов.................................199
—Оглавление
7.7. Оборудование для реализации вакуумно-плазменных процессов проявления, зачистки, удаления и травления маскирующих покрытий
и функциональных слоев...........................209
7.8. Оборудование для контроля дефектности, топологии и размеров элементов маскирующих покрытий
и функциональных слоев...........................212
Глава 8
ОСНОВНЫЕ КОМПЛЕКТУЮЩИЕ ИЗДЕЛИЯ И МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ОБОРУДОВАНИИ И ТЕХНОЛОГИИ (ТЕХНИКЕ) НАНОЛИТОГРАФИИ, И ТЕХНИЧЕСКИЕ
ТРЕБОВАНИЯ К НИМ........................................217
8.1. Виды фотошаблонов, их структура и технические требования к ним...................................217
8.2. Производство фотошаблонов.......................228
8.3. Структура наноштампов и технологический процесс их изготовления....................................234
8.4. Основные материалы, используемые в оборудовании и технологии нанолитографии........................237
8.5. Фоторезисты, электронорезисты и рентгенорезисты.237
8.6. Антиотражающие покрытия.........................246
Глава 9
ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ РАЗМЕРНОГО ТРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СЛОЕВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАРШРУТАХ НАНОЛИТОГРАФИИ................................254
9.1. Классификация процессов размерного травления материалов.........................................254
9.2. Спонтанное химическое травление материалов......258
9.3. Ионное травление материалов физическим распылением .......................................266
9.4. Ионное травление химически модифицированным физическим распылением материалов..................275
9.5. Радиационно-стимулированное химическое травление материалов.........................................276
9.6. Радиационно-возбуждаемое химическое травление материалов.........................................279
Оглавление —'\r 7
9.7. Состав и параметры оборудования вакуумного газоплазменного травления функциональных слоев.......283
9.8. Влияние органических защитных масок
на технологические характеристики процессов размерного вакуумного газоплазменного травления функциональных слоев.............................296
Глава 10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ НАНОЛИТОГРАФИИ............................299
10.1. Повышение энергетической эффективности процессов и оборудования нанолитографии...............299
10.2. Уменьшение количества литографических операций в технологических процессах производства интегральных наносхем и наноприборов..................303
10.3. Реализация интеграции новых процессов нанолитографии........................................308
Литература...............................................314
список
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
AFM --- (atomic force microscope) (ACM) атомный силовой микроскоп
AR --- (aspect ratio) (аспектное отношение) отношение глубины
структуры к ее ширине или диаметру
ASIC --- (application specific integral circuit) заказная интегральная
схема
BARC --- (bottom antireflective coating) антиотражающее покрытие (АОП)
BEOL --- (back-end of line) металлизационная часть (M4) техноло-
гического маршрута изготовления кристаллов интеграль-
ных схем
CAD --- (computer aided design) система автоматизированного про-
ектирования (САПР)
CD --- (critical dimension) критический размер
CMOS --- [technology on complimentary metal-oxide-semiconductor (MOS)
transistors] технология на дополняющих металл---окисел---
полупроводник (МОП) транзисторах (технология КМОП)
CMP --- (chemical mechanic planarization) химико-механическая пла-
наризация (ХМП)
CNT --- (carbon nanotube) углеродная нанотрубка (УНТ)
COO --- (cost of ownership) себестоимость
CP --- (cell projection) метод проецирования топологических ячеек
CVD --- (chemical vapor deposition) химическое осаждение из газо-
вой фазы (ХОГФ)
DEM --- (dimensional etching materials) размерное травление мате-
риалов (РТМ)
DDL --- (double dipole lithography) литография с вне осевым осве-
щением из источника в виде двойного диполя
Список используемых сокращений ---9
DDP --- (dual damascene process) двойной дамасский процесс фор-
мирования медной металлизации
DFM --- (design for manufacturing) проектирование для производства
DoF --- (deep of focus) глубина фокуса
DPP --- (discharge produced plasma) плазма, генерируемая газовым
разрядом
DRAM — (dynamic random access memory) динамическое оператив
ное запоминающее устройство (ДОЗУ)
DUV --- (deep ultraviolet) глубокий ультрафиолет (ГУФ)
EBDW lithography — (e-beam direct'write lithography или SEBL — scanning
electron beam lithography) сканирующая электроннолучевая
литография (СЭЛЛ)
ECR --- (electron cyclotron resonance) электронный циклотронный
резонанс (ЭЦР)
EDA --- (electronic design automation) система автоматизированного
проектирования (САПР)
EPI silicon wafer — эпитаксиальная кремниевая пластина
EUV --- (extremal ultraviolet) экстремальный ультрафиолет (ЭУФ)
FEOL --- (front-end of line) транзисторная часть (ТЧ) технологиче-
ского маршрута изготовления кристаллов интегральных
схем
FIB --- (focused ion beam) фокусированный ионный пучок (ФИП)
GSB --- (gaussian spot beam) электронный пучкок круглого сече-
ния с гауссовым распределением плотности тока по сече-
нию пучка (КГЭ-пучок)
GSI --- (gigantic scale integration) гигантская степень интеграции
HDP --- (high density plasma) плазма высокой плотности заряжен-
ных частиц
HED plasma — (high energy density plasma) плазма с высокой плотно
стью энергии
HEL --- (hot embossing lithography) наноимпринт-литография (НИЛ)
с горячей штамповкой
HMDS — (hexamethyldisilazane) гексаметилдисилазан (ГМДС)
IC --- (integral circuit) интегральная схема (ИС)
—Список используемых сокращений
ICP — (inductive coupled plasma) индукционно-связанная плазма (ИСП)
IMD — (inter metal dielectric) интерметаллический (между слоями металла) диэлектрик (ИМД)
IMT — (interference mapping technology) технология интерференционной карты
IP block — (intellectual property block) сложный функциональный блок (СФ)
IPL — (ion projection lithography) ионная проекционная литография (ИПЛ)
ITO film — (indium tin oxide film) пленка оксидов индия и олова
ITRS — (the International Technology Roadmap for Semiconductors) международный технологический прогноз в области полупроводникового производства
LDD — (lightly doped drain) слабо (низко) легированная область стока МОП-транзистора
LOL — (lift-off layer) специальный легко удаляемый в растворах слой для «взрывной» литографии
LOR — (lift-off resist) специальный легко удаляемый в растворах резист для «взрывной» литографии
LPP — (laser produced plasma) плазма, генерируемая излучением лазера
LSI — (large scale integration) большая степень интеграции MDP — (medium density plasma) плазма средней плотности MDPR — (Mask Data Preparation) подготовка управляющей информации для изготовления фотошаблона
MEMS — (microelectromechanical system) микроэлектромеханическая система (МЭМС)
ML lithography или ML2 — (maskless lithography) сканирующая многолучевая электронная литографии без использования шаблона (бесшаблонная литография) (СМЛЭЛ) или многолучевая бесшаблонная электронная литография (МБЭ)
MPU — (microprocessor unit) микропроцессор (МП)
MRC — (Manufacture Rule Check) конструктивно-технологические ограничения
Список используемых сокращений ---11
MSI --- (middle scale integration) средняя степень интеграции
MTF --- (modulation transfer function) функция передачи модуляции
(ФПМ)
MWP --- (microwave plasma) сверхвысокочастотная или микровол-
новая плазма (СВЧ)
NA --- (numeral aperture) числовая апертура
NEMS --- (nanoelectromechanical system) наноэлектромеханическая
система (НЭМС)
NGL --- (next generation lithography) следующее поколение литографии
NIL --- (nanoimprint lithography) наноимпринт-литография (НИЛ)
OPC --- (optical proximity correction) коррекция эффектов оптиче-
ской близости
PEB --- (post exposure bake) задубливание фоторезиста после экс-
понирования
PEL --- (projection electron lithography) проекционная электронная
литография (ПЭЛ)
PMD --- (premetal dielectric) диэлектрик между электродами тран-
зисторов и первым уровнем металлизации
PL --- (photolithography) фотолитография (ФЛ)
РММА — (polymetylmethacylate) полиметилметакрилат (ПММА)
PR --- (photoresist) фоторезист (ФР)
PSM --- (phase shift mask) фазосдвигающий фотошаблон (ФШ)
PVD --- (physical vapor deposition) физическое осаждение из газо-
вой фазы (ФОГФ)
REBL --- (reflective electron beam lithography) отражательная много лучевая бесшаблонная электронная литография (ОМБЭЛ)
RET --- (resolution enhancement techniques) техника (приемы и спо-
собы) повышения разрешения (ТПР)
RF --- (radio frequency) высокая частота (ВЧ)
RIE --- (reactive ion etching) реактивное ионное травление (РИТ)
RMS --- (root mean square) среднеквадратическое значение
SAW --- (surface acoustic waves) поверхностные акустические волны
SEM --- (scanning electron microscope) сканирующий электронный
микроскоп (СЭМ) или растровый электронный микро-
скоп (РЭМ)
—Список используемых сокращений
SDE - (source/drain extension) расширение областей истока/
стока МОП-транзистора
S-FIL - (step and flash imprint lithography) наноимпринт лито-
графия (НИЛ) с пошаговой штамповкой в жидкий мо-
номер с последующим его отверждением УФ-излуче-
нием
S-FIL/R - обращенная (негативная - reverse-tone) S-FIL-лито-
графия
SGOI wafer - (silicon-germanium on insulator wafer) пластина из крем-
ний-германия на изоляторе (пластина КГНИ)
SIA - (Semiconductor Industrial Association) международная
ассоциация производителей микросхем
SiP - (system in package) система в корпусе (СвК)
SL - (soft lithography или р- СР - microcontact printing) нано импринт-литография (НИЛ) с мягкой штамповкой
SMO - (source-mask optimization) оптимизация оптической си-
стемы источник света-фотошаблон
SoC - (system on chip) система на кристалле (СнК)
SOI wafer - (silicon on insulator wafer) пластина кремний на изоля-
торе (КНИ-пластина)
sSOI wafer - (strained silicon on insulator wafer) пластина напряжен-
ный кремний на изоляторе (НКНИ пластина)
STI - (shallow trench isolation) щелевая изоляция
STM - (scanning tunnel microscope) сканирующий туннельный
микроскоп (СТМ) или сканирующий зондовый ми-
кроскоп (СЗМ)
SWHL - (sub-wavelength holographic lithography) субволновая го-
лографическая литография (СВЕЛ)
TARC - (top anti-reflective coating) антиотражающее покрытие
(верхнее АОП)
TCP - (transformer coupled plasma) трансформаторно-связан-
ная плазма (ТСП)
TEM - (transmission electron microscope) трансмиссионный элек-
тронный микроскоп (ТЭМ) или ПЭМ - просвечиваю-
щий электронный микроскоп
Список используемых сокращений
13
TF --- (modulation transfer factor) фактор передачи модуляции
ULSI --- (ultra large scale integration) ультра большая степень ин теграции
VLSI --- (very large scale integration) очень большая степень инте грации
VSB --- (variable shaped beam) электронный пучок с изменяющейся
прямоугольной формой сечения и равной плотностью тока
по сечению пучка (ИФЭ пучок)
АЛТ --- атомно-лучевое травление
АСО --- атомно-слоевое осаждение (ALD --- atomic layer deposition)
АСЭ --- атомно-слоевая эпитаксия (ALE --- atomic layer epitaxy)
АСТ --- атомно-слоевое травление (ALET --- atomic layer etching)
БИС --- большая интегральная схема
БМК --- базовый матричный кристалл
ВГПТ- или ВГП-травление --- вакуумное газоплазменное травление
ГИС --- гигантская интегральная схема
ГТ --- газовое травление
ЖХТ --- жидкостное химическое травление
ЗЛ --- зондовая литография
ИЛТ --- ионно-лучевое травление
ИПТ --- ионно-плазменное травление
ИМС --- интегральная микросхема
ИМП --- интегральный микроприбор
ИНС --- интегральная наносхема
ИНП --- интегральный наноприбор
ИП --- интегральный прибор
КР --- коэффициент распыления
НДС --- налог на добавленную стоимость
ННГП --- неравновесная низкотемпературная газоразрядная плазма
НПЛ --- нанопечатная литография
НШ --- наноштамп
ОС --- оптическая система
ОЗМ --- органическая защитная маска
—Список используемых сокращений
ОНЛ — оптическая нанолитография
ПИ — полиизопрен
ПС — полистирол
ПП — планаризирующее покрытие
ПТ — плазменное травление
ПФЛ — проекционная фотолитография
РАЛТ — реактивное атомно-лучевое травление
РВ — радиационное возбуждение
РИЛТ — реактивное ионно-лучевое травление
РИПТ — реактивное ионно-плазменное травление
РС — радиационная стимуляция, соответственно: ИС — ионная стимуляция; ЭС — электронная стимуляция; ФС — фотонная стимуляция; АС — атомная стимуляция; МС — магнитная стимуляция; ТС — термостимуляция
РТ — радикальное травление (травление химически активными частицами)
СБИС — сверхбольшая интегральная схема
СИС — средняя интегральная схема
СМИФ — стандартный механический интерфейс
СТО — специальное технологическое оборудование
ТПП — технологическая подготовка производства
ТРЛ — теневая рентгеновская литография
УБИС — ультра большая интегральная схема
УТ — уровень технологии
ФРМ — фоторезистивная маска
ФС — функциональный слой, эквивалентно (FL — functional layer)
ФШ — фотошаблон
ХАЧ — химически активная частица, эквивалентно (САР — chemically active particle)
ЭВМ — электронно-вычислительная машина (компьютер)
ЭЛ — электронолитография
ЭР — электронорезист
ЭШ — электроношаблон
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность тематики предлагаемой книги связана с отсутствием в России собственного производственного специального технологического оборудования (СТО) для реализации процессов нанолитографии, которые являются движущей силой наноэлектроники, определяющей информационную безопасность страны и прогресс во всех отраслях науки и техники.
Уровень технологии (УТ) наноэлектроники определяется минимальным размером получаемых элементов в самых передовых интегральных наносхемах (ИНС), а возможность реализации минимального размера определяется совершенством оборудования и технологии нанолитографии. Мировая микроэлектроника в 1999 г. перешла рубеж минимального размера элементов в 100 нм для своих передовых изделий, и превратилась в наноэлектронику, а интегральные микросхемы (ИМС) стали соответственно интегральными наносхемами (ИНС).
Если СССР поддерживал паритет в развитии микроэлектроники, отставая от мировых лидеров США и Японии в 1992 г. всего на один уровень технологии (УТ 800 нм против УТ 500 нм) или на 3—4 года по временным меркам, то Россия из-за политических и экономических потрясений практически выпала из этого процесса, во многом перейдя на импортную микро- и наноэлектронную комплектацию.
За последние двадцать три года ведущие страны мира, переходя последовательно от одного уровня технологии микро- и наносхем к другому, достигли в 2015 г. УТ 22 нм, согласно прогнозу ITRS (The International Technology Roadmap for Semiconductors), принятому международной ассоциацией производителей микросхем SIA (Semiconductor Industrial Association), увеличив отставание России в области наноэлектроники до 25 лет.
Доступ онлайн
700 ₽
В корзину