автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Разработка литографических методов спецоборудования для создания СБИС и транзисторных структур с субмикронными размерами элементов

Но С Г,

г 7 мл

на правах. рукописи

КРИВОСПИЦКИЙ АНАТОЛИЙ ДМИТРИЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ЛИТОГРАФИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И СПЕЦОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СБИС И ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР С СУБМИКРОННЫМИ РАЗМЕРАМИ ЭЛЕМЕНТОВ.

Специальность : 0.5.27.01 - твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектрошпса

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в Физико-технологическом институте Российской Академии Наук

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор Орлнковскни A.A.

Офщцтльные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Неустроев С.А.,

Ведущая организация - АООТ "НИИМЭ и завод Микрон".

диссертационного совета Д.003.74.01 в Физико-технологическом институте РАН по адресу: 117218, Москва, ул. Красикова 25а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технологического института РАН.

доктор технических наук, профессор Хашимов Ф.Р.,

доктор фнз-мат. наук Данилин А.Б.

Защита состоится S^^1997 г. в

/9

ОО

_ час. на заседашш

Автореферат разослан " ^ " \ 997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.ф-м.н.

Вьюрков В.В.

Общая характеристика работы.

Акту альность проблемы. В современных условиях ускорения научно - технического прмресса особую важность приобретает задача создания и освоения новых поколений 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 арссшгд - галлиевых лилов СБИС, широко используемых в большинстве классов ЭВМ, в составе микропроцессорных систем в качестве энергонезависимой внешней памяти, используются и запоминающие устройства на цн-лнндрических магнитных доменах ( ЗУ на ЦМД ).которые могут решать вопросы надежности военной, космической аппаратуры и оборудования с тяжелыми условиями эксплуатации, так как отличаються радиационной стойкостью, сохраняют информацию без потреблегам 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 уменыпегаы размеров элементов. Исходя из потребностей СБИС повышенной емкости, возникает 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 оборудования, позволяющих формировать субмикронные элементы микросхем, обеспечивая тем самым производство СБИС сверхвысокой степени интеграции.

К таким методам в первую очередь относятся литографические методы: электронная, рентгеновская н опттгческая литография с глубоким ультрафиолетом. Использование этих методов, особенно рентгеновской литографии, метода самоформировашы и"сухих" способов травления может оказаться важным и при разработке нового предполагаемого поколения магнитной памяти- ЗУ на вертикальных блоховских линиях с плотностью записи на порядок и более превышающий плотность записи 1шфор-

мации на ЦМД с критическими размерами ~ 0,1 мкм, кремниевых МДП-транзисторов и арсенид- га.хшевых ПТШ (полевых транзисторов с барьером Шоттки) с длиной 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 оборудования, обеспечивающих производство СБИС с субмикронными размерами элементов.

Достижение этой цели требовало решения следующих задач:

- усовершенствование технологии изготовления существующих микросхем с целыо увеличения выхода годных и улучшения характеристик самих микросхем;

- разработка методов формирования топологии схем и оборудования изготовления фотошаблонов повышенной сложности;

- разработка технологий изготовления СБИС высокой степени интарацни, включающих формирование резистивного рисунка схемы, перенос изображения с минимальными уходами размеров (< 0.05 \нсм) в функциональные слои и обеспечивающих при заданных физических характеристиках уменьшение критических размеров элементов с 1,5 мкм до 0,1 мкм в поле экспонирования > 2 см2;

- разработка и модернизация устройств и установок, обеспечивающих форм1грование заданной топологии интегральных 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:

- технологии рентгенолитографии, включающей разработку и изготовление рентгеношаблонов, рентгенорезистов, установок и устройств экспонирования;

- разработки системы оперативного проектирования и изготовления шаблонов повышенной сложности;

- разработки технологии изготовления приборов микроэлектроники, включающих оптическую, электронную, ренгеновскую литографии и метод самоформирования.

Методами литографии, плазмохнмнческого травления, самоформирования изготовлены экспериментальные образцы

кристаллов ЗУ па ЦМД емкостью 1-16 Мбит, ПТШ и МДП транзисторов с длиной затвора з 0,1 мкм, магнитометров на эффекте Джозефсона с критическими размерами = 0,1 мкм.

Практическая ценность. Разработанные технологические процессы рентгенолитографии, электронной и оптической литографии с глубоким ультрафиолетом позволили перейти к разработке СБИС высокой степени интегращш и организовать их производство.

В результате проведения теоретических и экспереминталь-ш>1х исследовашш разработаны методики, программы расчета и математические модели, имеющие практическую значимость:

- программа CONTRAST обеспечивает расчет контраста реитге-ношаблонов в диапазоне 0,1 - 100 им для любой заданной толщины пог лощающего слоя;

- моделирование фотолитографического процесса экспонирова-Ш1я и химического травления, с целью оптимизации качества получаемых структур;

- программа расчета энергии, поглощенной и рассеиваемой в резисте от подложки и шаблона;

- программа расчета ( DOZA ) абсолютных значений дозы экспонирования рентгеновским излучением;

- методика исследования электронных и рентгеновских резнстов.

Разработанная электронно - лучевая технология легла в основу технологического маршрута системы проектировать СБИС. Значение этой технологии не только в техническом эффекте - 30 кратное сокращение времаш экспонировашш, а в том, что сняты вопросы изготовления 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 экспонирования в пучках СИ обеспечивает формирование рисунка схемы на кремниевых пластинах диаметром до 150 мм и на шаблонных заготовках размером до ( 153 * 153) мм.

Разработанная технология изготовления интегральных схем мет одами фотолитографии и самоформирования позволяет формировать структуры с размерами 0,1 - 1,0 мкм без использования степперов с эксимерными лазерами в качестве нсточшшов 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 " Перспективная элементная база. Новые технологии микро- и наноэлектроники " РАН. Проведенные НИР и ОКР направлены на разработку и изготовление изделий 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, 1Мбит, 4Мбит, 16Мбит при освоешш производства микросхем серии К1605 на заводе " Элма ".

Разработанная система проектирования и технологический 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 запит' выносится.

1. Разработана технология процесса контактной ренп сио-литографга!, включающая:

- разработка, изготовление, коррекция конструкщш установок рентгеновской литографии: компактной установки с вращающимся анодом (А1, Си) "Рентгенотрон" (/. г 0,8-1,3 нм), автоматического устройства экспонирования в путах синхротронного излучения (ашхротрон С - 60, X = 2,5 нм );

- разработка конструкций и технологии изготовления рентгено-шаблонов;

- исследование, расчеты сенсибилизации и синтез рентгенорези-стов.

2.Впервые в стране разработана технология изготовления ПФО, ЭФШ, бездефектных РФШ с размерами 0,5 - 1,0мкм методами электрошюн и рентгеновской литографии на отечественных установках ЭЛУ " Отэлло-44 ","Отэлло-1",специально разработанной установке экепанирования 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:

- формирование резистивного рисунка схемы методами оптической, электронной и рентгеновской литографии;

- перенос изображения с минимальными уходами размеров (< 0.05 мкм) в функциональные слои способами "сухого"и химического травления;

- формирование субмикронных структур в функциональных слоях, не заложенных в шаблоне, методами литографии и самоформирования.

Апробация рабогы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на III Всесоюзной научно - технической конференции по прецизионной литографии в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, Москва 1980г; семинаре " Использовашге синхротронного излучения в рентгенолитографии, Москва 1981г; Всесоюзном семинаре " Микролитография ", Черноголовка 1985г; Всесоюзной конферентш по микроэлектронике, Минск 1985г; III Республиканском семинаре " Самоформироваиие. Теория и применение", Шауляй 1987г; I Всесоюзной конферешцш "Физические и физико-химические основы микроэлектроники", Вильнюс 1987г; II Всесоюзном семинаре "Мшсролитография", Черногоповка, 1988г; Всесоюзной конффенцгш "Чистота и микроклимат - 88", Москва 1988 г; научно-техн. семинарах ЛЭВЭ-ФИАН, МССП-ФТИ РАН.

Публикащш.

Основное содержание опубликовано в работах, cmicoK которых приводится в конце автореферата. Общее число публика-шш по теме диссертации - 59, в том числе: авторских свидетельств - 21, НИР и ОКР -14.

Содержание работы.

В первой главе рассмотрены основные литографические методы формирования резистивного рисунка схемы. Дана их сравнительная характеристика, рассмотрены возможности и предложены рекомендашш по их использованию в технологии изготовления микросхем с критическими размерами 0,1 - 1,0 мкм. Показано, что рентгенолитография более перспективна в производстве СБИС с размерами < 0,2 мкм.

Показано, что в зависимости от производительности, размеров элементов ИС и типа совмещения рентгенолитография может развивается по двум направлениям:

- использование излучения с X = 0,4 - 1,3 нм контактных рентгеновских установок с вращающимся анодом, относительно простых систем (= 0,1 мкм)

совмещения, достаточно чувствительных ( ~ 1 - 5 мДж/см2 ) негативных резистов, обеспечивающих разрешение 0,5 мкм и требующих продолжительности экспонирования < минуты, для изготовления PIC с размерами элементов 0,5 - 1,0 мкм.

- использование синхротронного излучение с X =1,0 - 2,5 нм, более сложных систем совмещения, менее чувствительных, но обладающих высокой разрешающей способностью позитивных резнстов,обеспечивающих изготовление элементов 0,05 - 0,5 мкм. Развитие рентгенолитографнн по этим направлениям подтверждено в работе теоретическими и экспериментальными оценками возможностей различных источников излучения: установок с вращающимся анодом и синхротронного излучения от синхротрона С - 60 ( ФИАН ).

При выборе материала для установок с точечными источниками рентгеновского излучения необходимо руководствоваться: способностью поглощения рентгеновского излучения материалом окна вакуумной камеры, шаблоном и резистом; контрастностью рентгеновских шаблонов к этим излучениям, мощьно-стными характеристиками (см. рис. 1,2). Показано, что оптимальным источником для рентгенолитографической системы является установка с вращающимся алюминиевым анодом, обеспечивающим короткое время экспонирования, достаточное разрешение и контраст шаблонов при приемлемых толщинах вакуумных окон, мембран шаблонов и толщинах поглощающих слоев.

Проведены экспериментальные и теоретические работы по разработке контактной рентгенолитографической системы " Ренгтенотрон " и технологии изготовления на ней многослойных интегральных схем на цилиндрических магнитных доменах. Показано, что установка экспонирования может использоваться для лабораторной технологии изготовления многослойных СБИС с размерами 0,5 - 1,0 мкм.

Проведены исследования возможности применения синхротронного излучения в рентгенолитографни. Синхротронное излучение генерируется релятивистскими электронами при их деи-жешш по криволинейным траекториям в у скорителях электронов

- синхротронах или электронных накопительных кольцах. Отличие состоит в том , что в синхротроне электроны после достижения максимальной конечной энергии выводятся из ускорителя, а в накопительном кольце они циркулируют с постоянной скоростью в течении десятков часов. Для целей рентгенолитографнн более пригодным источником СИ является накопительное

Щчск мектраноВ

рентгенолитографии.

Рис.2. Зависимость контрастности от длины волны излучения при использовании золотого маскирующего покрытия.

кольцо: большой средний ток, большая стабильность орбиты, постоянство энергии и интенсивности пучка, большое время жизни пучка электронов.

Теоретически показано, что нибодее предпочтителышм источником рентгеновского излучения яв:иется компактное специализированное электронное накопительное кольцо с энергией 0,8 ГэВ, магнитным полем 12 кЭ и I = 1А, длиной волны ~ 2 нм, обеспечивающее разрешение ~ 0,01 мкм, позволяющее повысить производительность 100 - 1000 раз и расширить возможности рентгенолитографин.

Качество и эффективность литографии при использовании излучения с длиной волны "L определяются тремя параметрами: прозрачностью маскирующего слоя шаблона Та, прозрачностью подложки шаблона Ts и поглощением рентгенорезиста Ar (рис.З кривые 2 и 3, рис.4 ).

В оптимальной рентгенолнтографическон системе длина волны и материалы выбираются так, чтобы TS*AR и контрастность 1/Та были максимальными. На рис.З наглядно видно хорошее соответствие спектральных требований рентгенолитографин и спектра оптимизированного накопительного кольца, кроме того, для источника с длиной волны ~ 2нм, можно легко изготавливать высококонтрастные шаблоны.

Вторая глава посвящена исследованию и разработке шаблонов для рентгенолитографин. Шаблоны для реннснолигмра-фии в отличии от фотошаблонов должны удовлетворять весьма сложным и довольно специфическим требованиям, которые в значительной мере зависят от используемых в рентгенолитогра-фической системе длины волны излучения, системы совмещения, спектральной чувствительности резистов и т.д.

Исходя из требований, предъявляемым к рентгеношабло-нам, способам изготовления мембраны и формированию рентге-нопоглощающего рисунка, разработаны несколько вариантов конструкций и способов изготовления шаблонов для субмикронной и нанометровой рентгенолитографин. В предложенных вариантах мембранами служили пленки полиимида толщиной 2 -10 мкм, слои SíjNi / SÍO2 /SÍ3N4; SÍ3N4 / AL2O3 /SÍ3N4 , поликристаллический кремнии с подслоем S13N4, кремнии легированный бором, комбинированный вариант - слой кремния, лепгрован-ный бором с покрытием из полиимида.

Рис. 3. Спектр СИ накопительного кольца при К = 0,8 ГзВ, Н - 12 кЭ »/ » 0,1 А (1); зависимость ф»кгора Г6, • Лк дл» РММА тол шиной ] мкч и I - мкм кремниевой подложки шаблона и), дла РММА толщиной 1мкмн I - мкм шЙларовей подложки (з) от шины волны

Длина Шиы,/1М Рис. 4. Зависимость фактора AR длл РММД толщиной ] мкм (/) и О,S мкм (?) от длины волны

Шаблоны с полиимидной мембраной наиболее просты в изготовлении, обладают достаточной прочностью, оптической прозрачностью, их коэффициент термического расширения (КТР), определяемый несущим кольцом из кремния, хорошо согласуется с КТР используемых при изготовлешш интегральных схем кремниевых пластин. Но полшмндные мембраны имеют невысокую геометрическую стабильность во времени при экспонировании, особенно жестким рентгеновским излучением, и недостаточно равномерно натянутую мембрану.

Рентгеновские шаблоны, изготовленные на основе кремния, обладают достаточной прочностью, стабильностью, имеют полное соответствие КТР, но тонкие мембраны довольно хрупки и требуют особой осторожности при эксплуатации. Комбинированный вариант - слой кремния, легированного бором, покрытый сверху слоем полиимида, лишен этих недостатков. Шаблоны, изготовленные на основе кремния, легированного бором, дгапъ частично прозрачны для видимого света.

Предложен рентгеношаблон с кремниевой мембраной, где маркерные знаки для совмещения создаются в виде отверстий заданной формы, рисунок которых на поверхности кремния создается перед имплантацией бора. На рис. 5 представлена схема последовательности изготовления такого рентгеношаблона. Для предложенного типа рентгеношаблона характерно одновременное изготовление маски знака совмещения рентгеношаблона и маркерного знака для электронной литографии, что повышает точность совмещения всех слоев изделия.

При изготовлешш схем с размерами меньше микрона очень важно, чтобы зазор между шаблоном и рабочей пластиной был строго фиксирован по всей площади и не менялся во время экспонирования.

Предложен рентгеношаблон, когда зазор между рентгено-шаблоном и рабочей пластиной осуществляется с помощью изготовления выступов, расположенных на подложке рентгеношаблона со стороны маски между модулями в виде проводящих шин, изготовленных методом химического или электрохимического осаждения металлов или сплавов. Предлагаемая конструкция фиксации зазора не только обеспечивает строго заданный зазор между шаблоном и рабочей пластиной, но и осуществляет отвод тепла с шаблона, поглощенного им от рентгеновского излучения.

Во всех разработанных типах рентгеношаблонов в качестве слоя поглотителя, в котором формируется рисунок схемы,

■BP

[kl.»

Рис.5. Схема последовательности изготовления рентгенотаблона.

используется золото, которое хорошо поглощает рентгеновское излучение, обеспечивая высокш! контраст рентгеновских шаблонов.

Показано, что с учетом длины используемого рентгеновского излучения возможно применение и др>тих металлов с большим массовым коэффициентом поглощения, обеспечивающих достаточно высокий контраст шаблона (Г?.). Для оценки контраста шаблонов с различными материалами поглощающего слоя разработана специальная программа CONTRAST, которая обеспечивала расчет контраста рентгеношаблонов в диапазоне длин волн 0,1 - 100 нм для любой задашюй толщины поглощающего слоя из материала, данные о значениях массового коэффициента поглощения рентгеновского излучения которого имеются в памяти ЭВМ.

Рассчитан контраст рентгеношаблонов для таких материалов, как эрбий, гафний, тантал, вольфрам, рений, осмий, иридий, золото, нлапша, уран. На рпс.6 приведена зависимость контраста ренттеношаблона от длины волны используемого излучения для ряда материалов при толщине поглощающего слоя 0,2 мкм. Хотя в случае применения золота и обеспечивается несколько больший контраст рентгеношаблонов, в промышленном производстве предпочтительней использовать тантал , гафний, вольфрам или ренин. Однако в напыленных пленках этих металлов имеет место большое остаточное механическое напряжение, что не желательно с точки зрения низких геометрических искажений рисунка шаблона. Для получения шаблонов с геометрической стабильностью лучше, чем 5*106 необходимо, чтобы напряжение в слое металл - поглотитель было небольшим (не более -0,1* 105 дан/ см2).

Предлагается для обеспечения минимального напряжения в слое металла - поглотителя (Та, W, Re) использовать их в сочетании с подслоем другого металла, компенсирующего эти напряжения. Для этой цели могут использоваться молибден, хром, хром с молибденом или с SiOi, которые демонстрируют в осажденных пленках наличие остаточных напряжений сжатия. Полученные значения и тип остаточных напряжений ряда исследованных материалов приведен в Таблице!.

Разработаны несколько видов рентгеновских шаблонов, где в качестве поглощающего слоя использовался Та толщиной 0,5 мкм, а компенсирующими слоями использовались слои Сг, Мо, Si02,Fe-Ni. Слой хрома , Fe-Ni выполняют не только

Рис. 6. Зависимость Koirrpacia реттенотаблона от длины волны

ИЗЛУЧеНИЯ.

Рис. 7. Зависимость приведенной толщины резиста h/ho от дозы экспонирования синхротроныым излучением на синхротроне С-60 при Е=630 МэВ:

1 - Н-15-34; 2 - ЭРН-30; 3 - ЭРН-14; 4 - CMS-DU; 5 - ЭЛН-216-22; 6 - ЭЛРН-301; 7 - ЭЛН-216; 8 - ЭРН-14С; 9 - Вшшл-Тв.

компенсирующую роль, но и слу жат маской при ПХТ Мо-Та, что в целом повышает разрешающую способность рентгеношаблона. Изготовленный таким образом рентгепопоглощаюнцш рисунок на кремниевой подложке защищался слоем полиимидного лака толщиной 1,0 мкм, который выполнял еще и компенсирующую роль.

Формирование рисунка схемы в поглощающем слое можно проводить как субстрактивным, так и аддгивным методами.Если рисунок схемы создается субсграктивным методом, то мембрана покрывается сплошным слоем поглощающего материала, на него наносится слой резиста, в котором литографическим методом формируется рисунок и эта резистивная маска используется далее при " сухом" травлешш слоя поглотителя.

В аддитивном методе на мембрану наносится резнет,в котором формируется рисунок - трафарет, и поглощающий материал (в основном золото) осаждается в открытые области этой рсзистнвной маски. Аддитивный процесс формирования рисунка

Таблица 1

Выбор материала и толщины слоя для компенеащш

мехашгческих напряжений.

Материал Толщина ,мкм. Вид напряжений Значаще, дин/см2

Вольфрам 0,3 Растяжение 1,4-101°

Тантал 0,5 1,Ы0Ю

Яе 0,35 1,2-Юю

Молибден 0,3 Сжатие 1,4-Ю"

Ее№ 0,3 5,7-109

Хром 0,3 6,25-109

Полиимид 1,0 1,37-109

Нитрид кремния 0,5 Растяжение 2,11-Ю9

Двуокись кремния 0,5 Сжатие 2,67-109

Золото 0,5 Сжатие 2,4 -109

Ниобии 0,5 Растяжение 1,67109

предпочтительнее субстрактивного (ввиду отсутствия ионной бомбардировки меньше нагрев мембраны в процессе формирования рисунка и, благодаря низким напряжениям в электроосаж-денном золоте, локальные искажения формируемого рисунка не -

велики). Кроме того, во всех случаях формирования рисунка в золоте путем физического распыления (в субстрактивном методе) происходит формирование элементов,у которых боковые стенки наклонены под утлом 65 - 75 градусов (обусловлено повторным осаждением золота на боковые стенки).

Предложен способ формирования поглощающего слоя путем гальванического осаждения золота в трафарет-рисунок из полшмндаДОг, Si3N4 В качестве маски для плазмо-химического травления трафарет - рисунка используется барьерный слой из различных кремшшорганических и металлооргашгееских соединений (силоксаны и полиметилсилоксановые лаки), первоначальный рисунок в которых формировался электронной литографией и ИЛТ.

Наряду с предложенными вариантами конструкции и способов изготовлеш1Я ренгеновских шаблонов разработанно устройство прижима рентгеиошаблона к рабочей пластине, обеспечивающее равномерный контакт по всей рабочей площади без раз-рушения шаблона.

В третьей главе рассмотрены свойства и характеристики резистнвных материалов с целью использования их в решгено-литографщг

Ренттенорезисты не являются особым классом органических соединений. В mix в результате поглощения рентгеновского из-лучсния возникают фото - и оже - электроны, которые по случайным направлениям движения взаимодействуют с резистом и играют доминирующую роль в изменении его химической структуры. Путь, проходимый электронами с момента шшекции до тех пор, когда их кинетическая энергия станет <50 эВ, определяет с одой стороны концентрацию поглощенной энерпш, а с другой-разрешающую способность резиста.

При рассмотрении резистов наиболее важными данными является чувствительность, коэффициент контраста и разрешающая способность. Для рентгенолитографш! невозможно сообщить точную чувствительность резиста, так как она зависит не только от условий работы источника и энерпш излучения, поглощенной резистом, но и от параметров проявления. Более важным является коэффициент контраста, определяемый как наклон характерестической кривой в области толщин резиста,близких к нулю для позитивных резистов, и половинной толщине для негативных резистов.

Показано, что чем выше контраст резнста, тем более полно может быть реализована собственная разрешающая способность резнста, тем более мелкие элементы топологического рисунка микросхемы могут быть воспроизведены; каким контрастом должна обладать система шаблон - резист, какова должна быть толщина маскирующего слоя, чтобы получить резистивные слои с большой устойчивостью к дальнейшим технологическим операциям.

Чувствительность, коэффициент контраста и разрешающую способность резиста нельзя рассматривать отдельно.

Проведено исследование чувствительности, контрастности разрешающей способности резистов к рентгеновскому излучению от точечных источников с анодами из Ag, AI, Си и синхротрона С-60. На рис.7 представлены характерсстические кривые зависимости толщины проэкспонированного слоя резиста от дозы экспонирования синхротронным излучением. Так как чувствительность резистов должна характеризоваться поглощенной энергией, то было предложено аттестовать все рентгеновские резисты по результатам их чувствительности к синхротронному излучению. Данные по чувствительности исследуемых резистов приведены в Таблице 2.

Абсолютное значение дозы экспонирования определялось расчетным путем, для чего в системе ОС - РВ на ЭВМ " Электроника - 100 - 25 " был внедрен и модифицирован комплекс программ RIN - RAN - RAND - DOZA. Показано, что резист с меньшим разрешением имеет большую чувствительность, чем резист с высоким разрешением. Для рент-генолитографии выбирают более чувствительный резист, который требует короткого времени экспонирования и, соответственно, у него меньше но достаточное разрешение для получения рисунка соответствующих структур.

Определены режимы обработки резистов, дозы экспонирования, методики проведения исследования и намечены пути создания новых рентгенорезистов с более высокой чувствительностью, контрастом и разрешающей способностью.

Показано, что негативные резисты, хотя и имеют высокую чувствительность, но обладают меньшей разрешающей способностью и имеют более слабый контраст системы шаблон-резист. Так для негативных резистов требуется толщина маскирующего слоя золота не менее 0,3 мкм, а для позитивных резистов можно использовать маскирующие покрытия с меньшей толщиной, или

покрытия из других материалов, обладающих более слабыми поглощающими свойствами, например Яе, Та. Если исполь -зовать для позитивных резистов большие дозы экспонирования, когда скорости растворения заэкспонируемых участков имеют большую величину, то можно не только получать линии с резким краем, но и формировать пропечатки в резисте с шаблонов, имеющих очень низкий контраст, вплоть до 2:1.

Таблица 2

Параметры позитивных и негативных резистов.

Резнет Чувствительность мкКл/см2 мДж/см2 Контрастность Разрешающая спо-собн. мкм.

Н-15-34 1.2 5 - -

СМБ-М 3.0 25 1.5 0.5

ЭРН-30 2.5 11 1.65 0.5

ЭРН-14 2.2 8 1.65 0.6

ЭРН-14С 7.5 78 1.55 0.6

ЭЛНР-301 3.5 30 1.55 0.5

ЭЛН-216 6.5 68 1.35 0.6

ЭРП-1 50 630 3.4 <0.3

ЭРП-40 30 560 3.9 0.3

ЭЛП-9 10 370 3.0 0.3

ЭЛП-20 15 270 2.3 0.3

ЭРП-60 15 240 2.0 0.5

ВТ8* 5.6 40 0.5 0.4

*/Октавинилсилсесквиоксан Определено, что чувствительность резистов к рентгеновскому излучению определяется составом сополимеров, молекулярной массой, молекулярным распределением и химической активностью. По результатам исследований синтезирован ряд резистов для рентгенолитографш!. Показано, как варьируя составом сополимера, молекулярным весом, обработкой полимера можно добиться увеличения чувствительности на порядок.

С целью получения более контрастных и более чувствительных резистов было синтезнрованно несколько новых резистов -сополимеров глицидилметакрилата у которых было произведено замещение эпоксидных групп в боковой цепи группами акриловой кислоты. Показано, что увеличение содержания групп акриловой кислоты повышает чувствительность в 3 раза, а при насыщении до 5 - 6 раз.

Показано, что в основу создания резистов, оптимизированных для рентгеновского излучения, должен положен тот факт, что добавление в полимер атомов с большим эффективным сечением поглощения увеличивает чувствительность резиста за счет увеличения числа фото - и оже - электронов, испу скаемых атомами этих элементов при поглощении рентгеновских квантов. При выборе подходящих поглощающих элементов для внедрения их в полпмер очень важно значение их массовых коэффициентов по-глощеши (МКП) и атомных коэффициентов поглощения (АКП) для различных используемых длин волн рентгеновского излучеш1я.

Показано, что при введешш сенсибилизирующих добавок предпочтение отдается элементам с большим атомным коэффициентом поглощения. На рис. 9 представлен график зависимости МКП ц АКП от Z для А1-К-излучешш. Как видно из рис. 9, массовый коэффициент поглощения достигает максимума для элементов : 12-Mg, 32-Ое, 34-Бе, 58-С1, 9211. Атомный коэффициент достигает максимума для тех же элементов, но величина его растет в ряду указанных элементов пропорционально атомному весу.

МКП««* „Чг

тчо^оерн {5 «2

я го ъо м бо во к ьо до

Рис. 9. Зависимость МКП и АКП от Ъ.

Так как для рентгнолитографии важно не только повышение чувствительности, но и улучшение разрешающей способности, то при сенсиблизащш резистов необходимо использовать такие элементы, чтобы при поглощении ими кванта излучения образовывалось несколько низкоэнергетических фото -и оже-электронов, имеющих малую длину свободного пробега, обеспечивающих высокое разрешение резиста. Для вывода об увеличении разрешающей способности сенсибилизированного резиста рассматри-

валось взаимодействие квантов излучения А1-К с веществом,а именно: явление сложного фотоэффекта с рассешшем оже-электронов. В этом случае на один акт поглощения сенсибилизирующим атомом кванта излучения приходится не один фотоэлектрон, а 4-6 низкоэнергетнческих фото- и оже- электронов. Среднее число электронов, излучаемых однократно-ионизированным атомом, рассчитано для атомов Mg, Zn, Ge, Sb, Ba, La, Се, Au. Типичные результаты приведены для атомов Mg и Sb.

Mg (Z=12): К->Ьг"

Sb (Z=51): M, -» N:3:' N3"N4.5b -> N3: fN4,5:T" -» -> N31+N54' -> N4/'

Знак "+" и число над обозначением подоболочки - степень ионизации уровня.

Излучаемые в процессе заполнения вакансии во внутренней К, L, М подоболочке вторичные электроны имеют энергию менее 150 эВ, следовате:п>но, поглощаются в ближайшей окресности атома, не ухудшая разрешения рентгенорезиста, в отличие от высоко энергетических фотоэлектронов.

Тем самым показано, что для одновременного улучшения чувствительности и разрешающей способности рентгенорезистов следует в качестве сенсибилизирующих добавок выбирать атомы элементов с большим АКП и максимальным выходом низкоэнергетнческих вторичных электронов.Результаты исследований позволили рекомендовать в качестве сенсибилизирующих добавок элементы с порядковым номером в таблице элементов Z=28 -34, 51 - 68, 90 - 92. Были синтезированы сополимеры глицидилме-такрилата с добавкой Se и Ge. Предложенные составы позволили повысить чувствительность резиста в 3 - 5 раз, соответственно, по сравнению с аналогичным составом.

Разрешающая способность резистов определяется не только длиной эффективного пробега (/ эфф) фото- и оже- электронов, возникающих при поглощешш рентгеновского излучения в рези-сте и играющих доминирующую роль в изменешш химической структуры, но и влиянием фото- и оже- электронов, вылетевших из подложки и рентгеношаблона.

Проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния фото- и оже- электронов, возникающих в подложке и шаблоне под действием рентгеновского излучения на разрешающую способность рентгенолитографш!.

Показано, разрешающая способность ренттснолитографии с применением А1-К и Cu-L излучения не более ОДмкм, а с применением синхротронного излучения лучше, чем 0,05мкм. Рентгеновская литография может с успехом применяться в промышленном производстве СБИС с размерами 0,1 — 1,0 мкм.

Четвертая глава посвящена разработке технологии изготовления СБИС ЦМД. Основное внимание в работе уделено: отработке и усовершенствованию технологии изготовления серийно выпускаемых магнитных интегральных схем (МИС) на ЦМД с целью улучшения характеристик самих микросхем;

- разработке системы оперативного проектирования топологии и изготовления фотошаблонов повышенной сложности, включая 16Мбит;

- разработке технологии изготовления СБИС ЦМД емкостью 116Мбит, обеспечивающей при заданных физических характеристиках уменьшение критических размеров элементов массива хранения информации с 1,5 до 0,5...0,3мкм в поле экспонирования > 1 кв. см.

Используемый технологический маршрут изготовления микросхем на ЦМД включал две основные стадии ~ формирование токовой разводки в коммутационном слое Al толщиной 0,4мкм с покрытием ее изоляционным слоем (Si02 толщиной 0,3 мкм);

- формирование магнитных пленочных аппликаций (FeNi толщиной 0,35мкм) с последующим защитным покрытием из SiO>.

Локальный перегрев и наличие ступеньки в местах пересечения токовой шины и элементов продвижения, приводило к искажению формы, размеров и толщины пермаллоевых аппликаций и в конечном счете, к сужению области устойчивой работы (ОУР) и разрыву пермаллоевых аппликаций.

Решением проблемы, связанной с этими недостатками, было использование сплава Al-Cu (Cu-2-4%) и разработке технологического маршрута изготовления микросхем по пленарному варианту.

Разработанная технология включала следующие основные положения:

- токовая разводка в коммутационном слое формировалась путем пористого анодирования коммутационного слоя Al-Cu на всю глубину через маску плотно анодированного слоя Al-Cu толщиной не более ОДмкм, сформированную в этом же слое, который не убирался после изготовления разводки;

-- использование полиимидного лака, как планаризирующего, изоляционного и защитного покрытия;

-- использование тонких слоев диэлектрика не более 0,1мкм (АИОз , СпОз , ТаЮ5, БЮг ,УЮ5 и др.) или металлов этих окислов с последующим их плотным анодированием на всю глубину для улучшения адгезии рабочих слоев к доменосодержащей подложке и в качестве защитной маски при ионно -- лучевом травлении (ИЛТ) слоя Ре-№, как имеющих более низкие коэффициенты распыления, чем пермаллой, и улучшающих разрешающую способность резиста в силу уменьшения коэффициента отражения УФ излучения от диэлектрика.

Показано, что разработанная технология изготовления МИС на ЦМД позволила значительно повысить надежность работы приборов за счет улучшения условий формирования и функционирования элементов схем, способствовала повышению выхода годных микросхем, упростила технологический процесс изготовления СБИС ЦМД, снизив стоимость выпускаемых приборов.

Показано, что полиимидные лаки типа АД-9103 могут использоваться в производстве мшсросхем.Наиболее перспективным из класса полшшидов является ПИЛ-1.

Успех производства любых интегральных микросхем связан с необходимостью оперативного проектирования топологии и изготовления высококачественных фотошаблонов большой емкости.

Разработка и запуск технологического модуля, оснащенного специально разработанным для нужд ЦМД электронно-лучевым генератором изображений 10:1 и 5:1 "Отэлло-44", системой машинного проектирования С МП "Кулон-1" и "Кулон-4", ЭЛУ "Отэлло-1", фотоштампов ЛЕЯ, контрольно-измерительными и технологическими линиями, одновременно с разработкой технологических процессов изготовления промежуточных фотошаблонов (ПФО), эталонных фотошаблонов (ЭФШ), рабочих фотошаблонов (РФШ), позволили обеспечить существующее производство и новые разработки необходимыми шаблонами.

Впервые в отрасли проведено промышленное эксплуатационное испытание генератора изображения топологии СБИС ЭЛУ "Отэлло-44". На основе проведенной апробации и разработанной технологии ЭЛУ "Отэлло-44" стали широко использоваться для изготовления ПФО повышенной емкости.

Производство интегральных схем в значительной степени зависит от плотности дефектов, которая в первую очередь определяется дефектностью фотошаблонов. Последняя прямо зависит от дефектности ПФО. Поэтому при изготовлении фотошаблонов требуется особо тщательная подготовка ПФО, которая занимает несколько часов и требует высокого класса подготовленности обслуживающего персонала.

Чтобы повысить производительность и устранить субъективный фактор подготовки ПФО к работе, предложено экспонирование проводить на нескольких ПФО. Количество ПФО определяется размерами элементов и допусками на них из характеристической кривой фоторезиста (рис. 10) и формулой:

П>Б2 !{Т>г -00,

где и 02 дозы, при которых размер элемента равен минимально допустимому и максимально допустимому, соответственно. Так для элементов с а=1,5 ± 0,2 мкм П=3; при а=0,9 ± 0,1мкм, П=4. Разработанный способ изготовления бездефектных шаблонов на оптико-механических фотоповторителях стал серьезным фактором повышения их качества: улучшается точность воспроизведения размеров элементов, улучшается край и резко уменьшается число повторяющихся дефектов.

С появлением коммерческих установок фотолитографии с более короткой дшшой излучения возникла необходимость устойчивого производства рабочих фотошаблонов для оптической литографии с глубоким ультрафиолетом (ГУФ). Предложен более производительный путь изготовлешы рабочих фотошаблонов с помощью рентгенолитографии.

Разработан технологический маршрут изготовления с помощью электронной литографии эталонных рентгеновских шаблонов с последующим тиражированием их рентгенолитогра-фией в пучках СИ на шаблонные кварцевые заготовкаи (102x102) мм. и (127x127) мм. Для этой цели совместно с НИИТМ и ФИАН была разработана установка автоматического экспонирования в пучках СИ, рассчитанная на обработку 10 шаблонных заготовок в одном цикле откачки. Предложенный технологический регламент как нельзя лучше подходил для увеличения процента выхода годных шаблонов и воспроизведения минимальных размеров элементов:

рисунок формируется в позитивном электронном резисте, что расширяет возможности электронной литографш! в воспроизведении минимальных размеров за счет высокой разрешающей способности позитивных электронных резистов;

полученные рентгеновские шаблоны темнопольные и попада-1ше частичек пыли на темное (большее) поле не вносит дефекты, а попадание в светлое поле не ослабляет синхротронное излучение и не приводит к возникновению дефектов. Кроме того, рентгеновское экспонирование происходит по негативным резистам, которые значительно превышают по чувствительности позитивные резисты, т.е. производительность изготовления рабочих фотошаблонов выше,чем при изготовлении элекфонной литографией.

Рис. 10. Характеристическая кривая позитивного фоторезиста.

Исходя из потребностей для ЗУ ЦМД микросхем с повышенной емкостью возникла, необходимость в разработке элементов с критическими размерами 0,5 мкм и менее. Для репшшя этой проблемы необходима технология с максимально возможным разрешением,возможностью переноса изображения с минимальными уходами в функциональные слон и обеспечивающая при заданных физических характерискшсах уменьшение критических размеров элементов массива хранения информации с 1,0мкм до 0,3мкм в поле экспонирования > 1кв. см. Наиболее целесообразным вариантом переноса изображения топологии могло быть только использование электронной, рентгеновской литографш"! и "сухих" ионно-плазмеиных методов обработки.

Показано, что электронная литография может использоваться для изготовления СБИС ЦМД с размерами порядка 1,0 мкм с использованием негативных резистов, обеспечивающих производительность установки ЭЛУ " Отэлло-1" болеее одной пластины в час. Использование же позитивных резистов, имеющих достаточно высокое разрешение (сравнительные характеристики по чувствительности, разрешающей способности электронных резистов, исследованны на установке "Отэхто-1", представлены в таблице 2) и обеспечивающих производительность менее одной пластины в час, возможно для изготовления шаблонов рентгенолитографии, с помощью которой производится изготовление ЦМД- микросхем повышенной емкости и критическими размерами 0,3 -1,0 мкм.

Отсутствие систем совмещения, обеспечивающих повышенную степень совмещения в установке экспонирования в пучках СИ, требовал разработки соответствующего технологического маршрута. Для этой цели был разработан вариант изготовления МИС на ЦМД с использованием ионно-имплантированных структур продвижения (ИИСП), которые формировались непосредственно на доменосодержащем слое с последующим формированием других слоев. Выбор технологического маршрута изготовления микросхем на основе ИИСП с помощью электронной и рентгеновской литографий определил и выбор бу дущей конструкции. По этим конструкциям с помощью электронной литографии были изготовлены рентгеновские шаблоны с критическими размерами 0,5-1,0мкм и согласно разработанному технологическому маршруту,рентгенолитографией в пучках СИ изготовлены кристаллы СБИС ЦМД емкостью 4 и 16 Мбит.

В процессе изготовления были использованы многослойные маски, конкретно разработанные для этого вида схем, и методы ионно-лучевого и плазмохимического травления. Кроме того, выбранный маршрут позволял формировать защитную маску из Та для ионной имплантации доменосодержащих структур, заменив используемое золото, не обеспечивающее вертикальность края защитной маски.

Высокие требования к точности формирования скруктур могли быть реализованы только с прменением процессов ПХТ, а именно всех методов травления с использованием химически активной плазмы газового разряда:

-- плазмохимического травления в объемном реакторе; - ионно-химического травления в пленарном реакторе; -- рсакпюного ионно-лучевого травления.

Исследование механизма формирования профиля травления для каждого из этих методов имеет большой практический интерес, поскольку именно профиль травления определяет воспроизведешь размеров и формы элементов схемы.

Показано,что форма профиля элементов при ПХТ в объемном реакторе определяется формой края маски,соотношением скоростей травления маски и функционального слоя, толщиной маски, а в случае, если в сечении край маски не является вертикальным, зависит и от глу бшгы травления.

Определена анизотропия данного способа травления. При использовании резистивной маски с вертикальными краями и не-травящейся маски анизотропия составляет всего 3,5-4,0. Если имеет место травление маски в процессе травлашя, то аиизогро-лня уменьшается до 2,2-2,7.

Существенно большую анизотропию плазмохимического травления можно получить в планарном реакторе, так как в этом случае поверхность функционального слоя подвергается интенсивной ионной бомбардировке в направлении, перпендикулярном поверхности обрабатываемой пластины. Показано, что выбор режимов плазмохимического травления в планарном реакторе позволяет получить анизотропию более 10. Это означает, что при травлении субмикронного рисунка на глубину 0,4 мкм величина бокового подграва не превышает 0,05 косм,то есть рисунок переносится почти без искажегаш и ПХТ в планарном реакторе наиболее предпочтительно при формирова-шш элементов СБИС с субмикрохшыми размерами < 0,5 мкм.

Эксперименты по использованию ПХТ для формирования субмикронных структур проводились на сершТной установке " Отэлло-43" с плазмообразующим генератором на 13,56 Мгц. Проведены оценки влияния изменения различных параметров на характеристики травления.

Разработаны режимы травления кремшы, окиси кремния, нитрида кремния, тантала, полиимидного лака через неоргашгческие маски с воспроизведением необходимого профиля_-канавки травления. Получены субмикронные канавки (тренчи) и выступы в кремнии и окиси кремния шириной = 0,1 мкм. Такие тренчн

Рис. 11. Эволюция формирования тополопш в информационном поле.

использовались затем при нзготовлегаш затворов кремниевых МДП транзисторов и кремниевых рентгеношаблонов.

В пятой главе рассматривается применение методов само-формированпя и литографии для изготовления приборов на ЦМД емкостью > 4 Мбит, МДП транзисторов с длиной затвора =0,1 мкм., маппхтомегров на эффекте Джозефсона с критическими размерами =0,1 мкм, лшшй задержки на ПАВ с шагом 0,2-0,6 мкм и шаблонов нанолитографии =0,1 мкм.

Показано, что с помощью самоформирования и обычной фотолитографш!, используя шаблоны с упрощенной геометрией элементов больших размеров, можно изготавливать интегральные микросхемы с более сложной конфигурацией элементов, не заложенные в рисунке на фотошаблоне и с субмнкронными размерами.

Предлагается для изготовления приборов на ЦМД, ПАВ, затворов МДП транзисторов использовать структуры, конфигурация которых представляет собой по-разному расположенные комбинащш прямоугольников, легко формируемых по всей технологической цепочке; при этом субмикронные структуры приборов формируются во вспомогательном слое (диэлектрик-металл толщиной 0,1 мкм, соответственно) с помощью химического подарава металла под резистивную маску на величину, равную размеру будущей структуры, последущего напыления металла той же толщины и его "взрыва". Повторной фотолитографией и соответствующим травлением во вспомогательном слое создается весь рисунок элементов схемы.

На рис. 11 показана эволюция формирования металлической маски тополопш элементов ЦМД в информационном поле. Сформированная металлическая маска соответствует необходимому рисунку для заданной топлопш СБИС ЦМД, которая не могла быть получена традиционным фотолитографическим способом, даже с применением глубокого ультрафиолета.

Поскольку заданные размеры структур порядка 0,1-0,3 мкм, необходимо,чтобы щель в металле формировалась с однородными краями, а неровность края фоторезпетивной маски была не хуже 0,05 мкм. Для оптимизации процессов формирования качества получаемых структур (состояние края маски, угол наклона стенок, уменыпаше стоячих волн) проведено моделирование процесса фотолитографии и химического травления. На рис..

Н, мкм

о

-0.1

-0.5

ЦОЛШШИД I .1 I I I I » I

0 12 3 4 Подложка, мкм

8Ю, 1-1

3

Подложка. мкм

Н , мкм о

-0.1

-оз

Сг

В.

«12 3 4 Подложка. мкм

Н, мкм

о

0 1

оптимизированный слон

о ) : з Подложка мкм

о

■иг

-о.з

-0.4

-и.4

Рис. 12. Профили проявленного рездста на различных подложках.

12 а-г приведены профилп проявленной структуры на поли-имидном слое толщиной 0,2 мкм, двуокиси кремния толщиной 0,1 мкм, металле толщиной 0,1 мкм и для процесса с оптимальными параметрамн.Видно существенное улучшение качества получаемой структуры.

Показано, что использование метода самоформирования и оптической литографии позволяет изготовить дифракционные решетки с периодом 0,6 мкм, а использование электронной и рентгеновской литографий - с периодом 0,2 и 0,1 мкм, соответст-вешю.

Предлагаемый способ форшгрования структур с субмикронными размерами позволяет создавать рентгеношаблоны, которые могут быть использованы в нанотехнолопш при производстве как полупроводшпеовых, так и приборов функциональной микроэлектроники.

Основные результаты и выводы.

I. Важнейшим результатом выполненной работы является разработка технологии прцесса рентгенолитографии с позиций конечной цели-производства СБИС с критическими размерами 0,1 - 1,Охнем.

1.1 Проведена теоретическая и экспериментальная оценка возможностей различных источников рентгеновского нзлучення-установок с вращающимся анодом ( Рс1, Мо, N1), 81, А§, А1, Си ) и ашхротронного излучения ( СИ ) для использования их в установках рентгенолитографшьПо результатам исследований проведена разработка и изготовление контактных установок рентгеновского экспошгрования ДРС -2М, АРТВА - 5, "Рентгенотрон" и у становки экспонирования в пучках СИ.

Показано, что для изготовле1шя микросхем с размерами 0,5 - 1,0мкм могут использоваться установки с вращающимся ана-дом ( А1, Си, ), а для микросхем с размерами 0,05 - 0,5 мкм необходимо использовать еннхротронное излучение, причем наиболее предпочтительным источником рентгеновского излучения с

А. ~ 2,0 нм,обеспечивающим разрешение 0,01 мкм,является компактное специализированное электронное накопительное кольцо с энергией 0,8 ГэВ и током 1 А.

1.2 Разработана новая технология изготовления рентгено-шаблонов.

- Предложены конструкщш рентгеношаблонов из полшши-да,легированного бором кремния, с возможностью фиксации зазора между шаблоном н рабочей пластиной с одновременным отводом тепла от шаблона.

- Показано, что в качестве поглощающего слоя вместо золота могут использоваться вольфрам, тантал, ренин, которые не находили применения из-за наличия в пленках большого остаточного механического напряжения. Для снижения уровня напряжения в пленках этих металлов предлагается использовать слои молибдена, хрома, Si О2 , Fe-Ni-Слои хрома и Fe-Ni обеспечивают не только компенсацию напряжений, но и слу жат маской при формировании рентгенопоглощающего рисунка методами плаз-мохимического травления.

- Предложен способ формирования знаков совмещения, обеспечивающш! использование оптического совмещения с точностью лучше 0,1 мкм.

1.3 Проведено исследование чувствительности, разрешающей способности, контрастности резистов к рентгеновскому излучению и электроннолучевому экспонированию.

Показанодсак варьируя составом сополимера,молекулярным весом и его обработкой, можно добиться увеличения чувствительности резиста на порядок.

Проведены теоретические расчеты возможности сенсибилизации рентгенорезистов. Показано, что для оновременного улучшения чувствиельности и разрешающей способности рентгенорезистов следует в качестве сенсибилизирующих добавок выбирать атомы элементов с большим АКП и максимальным выходом низкоэнергетических вторичных электронов. Предложено рекомендовать в качестве сенсибилизирующих добавок элементы с порядковым номером в таблице элементов Z=28 - 34, 51 - 68, 90 - 92. Синтезированы сополимеры глициднлметакрила-та с добавкой Se nGe. Предложенные составы позволили повысить чувствительность резиста в 3 - 5 раз, соответственно, по сравнению с аналогичным составом.

1.4 Проведена опытная эксплуатация, коррекция конструкции установки " Рентгенотрон " и разработана лабораторная технология изготовления многослойных СБИС с рвзмерами 0,5 -1,0 мкм.

1.5 Впервые в стране совместно с НИИТМ и ФИАН на синхротроне С-60 создана установка для обеспечения экспонирования в пучках синхротронного излучения кремниевых пластин н кварцевых Ф1113 размером до 150 мм. Разработан технологический процесс рентгеновского экспонирования в пучках СИ образцов с толщиной резиста 0,5 - 1,0 мкм производительностью до 3 пластин/час.

II. Разработана технология изготовления СБИС ЦМД емкостью 1-16 Мбит.

2.1. Разработан и введен в эксплуатацию технологический модуль по производству ПФО, ЭФШ, РФШ, оснащенный ЭЛУ "Отэлло-44", "Отэлло-1", системой машинного проектирования СМП "Кулон-1" и "Кулон-4", фотоштампов AER, контрольно-измерительной и технологической линиями, производительностью более 250 комплектов в год. Впервые в отрасли проведено промышленное эксплуатационное испыташю ЭЛУ "Отэлло 1", "Отэлло-44" и проведена модернизация узлов, доработано программное обеспечение этих установок, что было использовано при изготовлешш нового поколения установок ЭЛУ.

2.2. Разработаны и внедрены технологические процессы изготовгеши:

- ПФО, ЭФШ, бездефектных РФШ с 3 и 4 ПФО;

- шаблонов с увеличенным размером кристалла ( 20 * 20 ) мм и минимальным размером элементов ( 0,9 ± 0,1 ) мкм.

-рабочих фотошаблонов для фотолитографш! с ГУФ с помощью электронной и рентгеновской литографии с размерами элементов 0,5-1,0 мкм.

2.3. Разработана технология изгогтовления ЗУ на ЦМД по планарному варианту, включающая использование пористого и плотного анодирования коммутационного слоя; полшшиднпго лака как планаризнрующего, изоляционного и защитного покрытия; слоев диэлектрика в качестве защитной маски пермаллоя при ИЛТ, позволяющая значительно повысить надежность работы и расширить область устойчивой работы серийно выпускаемых приборов.

2.4. Разработана технология изготовлешш ЗУ па ЦМД с размерами 0,5 - 1,0 мкм с помощью электронной, рентгеновской и оптической литографии с ГУФ, позволившая достичь плошо-сти записи информации 16 Мбит/см2в экспериментальных образцах.

2.5. Показано, что из известных методов ПХТ предпочтительным является плазмохимическое травление в планарном реакторе. С помощью методов лито1рафш1 и ПХТ в Ta,Nb, Si, S1O2, полшшидном лаке сформированы субмикрониыс структуры с вертикальными стенками и размерами элементов (0,1 - 1,0 ) мкм.

III.Разработана технология создания структур микроэлектроники с размерами 0,1 - 0,5 мкм.

Показано, что применением метода самоформирования и оптической литографией можно изготавливать приборы микро -

электроники: ЗУ на ЦМД с критическими размерами 0,2 - 0,3 мкм, кремниевые и арсенидгаллиевые МДП - транзисторы с длиной затвора s 0,1 мкм, магнитометры на эффекте Джозефсона с критическими размерами = 0,1 мкм, линии задержки на ПАВ с шагом 0,2 - 0,6 мкм.

Общим результатом диссертационной работы можно считать, что разработанные технологические методы, процессы, оборудование и материалы фактически обеспечивают промышленный уровень их применения в производстве изделий микроэлектроники свфхвысокой степени интеграции. Особенно актуальным представляется развитие работ по формированию быстродействующих МДП - транзисторов, приборов на основе эффекта Джозефсона, лиши! задержки на ПАВ с размерами элементов = 0,1 мк

Основное содержание диссертащш опубликовано в следую щих работах:

1. Кириленко А.Г., Кривоспицкий А.Д., Семин Ю.Ф. Рентгено-литография в микроэлектронике. Зарубежная радиоэлектроника, 1980.№ 3, с. 36 - 57.

2. Александров Ю.М.,Кривоспнцкий А.Д., Семин Ю.Ф. Рентге-нолитография с использованием у скорителе С - 60. Тезисы III Всесоюзной научно-технической конференщш по прецизионной литографии. Москва, 1980, с.21

3. Гревцев Н.В., Кривоспицкий А.Д., Семин Ю.Ф. Источники "мягкого" рентгеновского излучения в промышленном производстве СБИС. Электронная промышленность, 1980, № 5, с. 36 -41.

4. Боков Ю.С., Кривоспицкий А.Д., Лавршцев В.П., Мазуренко С.Н. Рентгенолитография и ее применение. Электронная промышленность. 1977, Вып. 6 (60), с. 93 - 99.

5. A.C. 15018141(СССР). Способ получения рельефного изображения. Кривоспицкий А.Д., Мшенская Т.А., Селиванов Т.К., 1989.

6. Александров Ю.М., Кривоспицкий А.Д., Сешш Ю.Ф. Якименко М.Н. Использование синхротронного излучения в рентгеновской литографии. Электронная промышленность, 1980, вып. 5, с.41 -45.

7. Александров Ю.М., Кривоспицкий А.Д., Лавршцев В.П., Якименко М.Н. Использова1ше ашхротрошюго излучештя в рнттенолитографии. Письма в ЖТФ, 1979, т.5, в. 14, с.840

8..Александров Ю.М., Кривоспицюш А.Д., Якименко М.Н. Рент-генолнтография в пучках синхротрошгого излучения. УФН, 1977, т. 128, Вып. 1, с. 180.

9. Боков Ю.С., Кривосгащюш А.Д., Корсаков B.C., Лавршцев В.П., Мазуренко С.Н., Новожилов A.B. Исследование и разработка физико-химических методов формирования субмикронных элементов микросхем. - Отчет по НИР "Эдем-Г', НИИФП, инв. № 2940, 1976; "Эдем-2", инв. № 4470, 1978.

10. A.C. № 588854 (СССР). Шаблон дои рентгенолитографии. Кривоспицкий А.Д., Мазуренко Н.С. и др. -заявл. 1977.

11. A.C. № 830957 (СССР). Способ изготовления шаблона для ренттенолитографип. Кривосгащюш А.,Д., Симонов В.А., ШоюшЕ.В. - заявл. 1981.

12. Гревцев Н.В., Кривоспицкий А.Д., Семин Ю.Ф. Некоторые особенности конструкщш и технологтш изготовлешш рентге-ношаблонов - Электронная техника, сер. 3, Микроэлектроника, 1982, вып. 4(100), с. 97 - 100.

13. A.C. № 1586462 (СССР). Рентгенотаблон. Кривоспицкий А.Д., Спиваков Д.Д., Скиданов В.А. - заявл. 1990.

14. Кривоспицюш А.Д., Семин Ю.Ф. и др. Разработка лабораторной технологии рентгенолитографии на базе установки "Рентгенотрон". - Отчет по НИР, НИИМВ, 1987, Г. р. № Ф 29381 (инв. №4173).

15. Кривоспицюш А.Д., Семин Ю.Ф. и др. Разработка заготовок рентгеногааблонов. - Отчет по НИР, НИИМВ, 1987, инв. № 44161.

16. Кривоспицюш А.Д., Семин Ю.Ф. и др. Разработка и внедрение технологического процесса изготовлешш фотошаблонов доя изделий "Ц". - Отчет по ОКР, НИИМВ, 1988, mm. № 4284.

17. Гревцев Н.В., Кривоспицкий А.Д., Семин Ю.Ф. и др. Шаблоны для рентгеновской литографии. Тезисы III Всесоюзной научно-технической конфсренщш "Прецизио1шая литография в производстве полупроводшпсовых приборов и шгтегральных микросхем". Москва, 1980, стр. 101.

18. A.C. № 774460 (СССР). Устройство для прижима к подложке при экспонировагаш. Будгаш Н.С., Кривосгащюш А.Д., Мазуренко С.Н. и др. - заявл. 1980.

19. Кривосгащюш А.Д., Мазуренко С.Н. и др. "Чувствительность сополимеров глшщдилметакрилата к А1ка-излученшо".Тезисы III Всесоюзной научно-техшгческой конференции" Прецизи-о!шая литография в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем". Москва, 1980,стр. 9.

20. А.С.№ 890855 (СССР). Негативный рентгенорезнст. Новожилов A.B., Кривоспицкий А.Д. и др. - заявл. 1981

21. Боков Ю.С., Кривоспицкий А.Д., Мазуренко С.Н. и др. Физические основы сенсибилизащш рентгенорезистов. - Специальная электрошпса, сер. 3, Микроэлектроника, 1977, 2(31), с. 3-5.

22. Боков Ю.С., Кривоспицкий А.Д., Лавригцев В.П., Мазуренко С.Н. н др. Физичес1а1е основы сенсибилизащш рентгенорезистов. Тезисы III Всесоюзной научно-техн. конференции, Москва, с. 8, 1980.

23. A.C. 671545 (СССР). Негативный ренттенорезист. Новожилов A.B., Кривоспицкий А.Д. и др. - заявл. 1979.

24. Кривоспицкий А.Д., Смирнова О.В., Чиркни Т.К. Улучшение лито1рафических свойств рентгенорезистов на основе эффекта Оже. Тезисы I Всесоюзной конференщш "Физические и физико-химические основы микроэлектроники", Вильнюс, с. 19-20, 1987.

25. A.C. № 884430 (СССР). Позитивный электроно- и ренттенорезист. Новожилов A.B., Кривоспищаш А.Д. и др. - заявл. 1981.

26. Александров Ю.М., Гревцев Н.В., Кривоспицкий А.Д. и др. Резисты в ренттенолитографии. Тезисы III Всесоюзной научно-техн. конференщш, Москва, 1980, с. 23.

27. Корсаков B.C., Кривосшщиш А.Д., Кудряшов В.А., Лаври-щев В.П., Мазуренко С.Н. Влияние фото- и Ожэ-электронов подложки на процесс экспонирования в рентгенолитографш!. - Электронная техника, сер. 3, Микроэлектроника, 1978, 5(77), с. 19-25.

28. Кривосшщиш А.Д., Кудряшов В.А., Лаврищев В.П., Мазуренко С.Н. Влияние фото- и Ожэ-электронов подложки на процесс экспонирования в рентгенолитографии. Тезисы Ш Всесоюзной научно-техн. конференции, Москва, 1980, с. 33.

29. Кривоспицкий А.Д., Мазуренко С.Н., Смирнова О.В., Яцен-ко. В.И. Фото- и Оже-эффект при облучении СИ полшшидной пленки. Тезисы II Всесоюзного ceMimapa "Микролитография", Черноголовка, с. 32, 1988.

30. Ломов Л.С., Кривосшщиш А.Д., Чиркни Т.К. и др. Разработка микросхем на ЦМД диаметром 3 мкм емкостью 256 Кбит. - Отчетно ОКР "Мера-1", НИИМВ, 1982, шт. № 3717.

31. A.C. № 1086953 (СССР). Способ изготовления магнитных шггегральных схем. Антонов A.B., Грибов Б.С., Дьяков Ю.Н., Иванов С.И., Кривоспицкий А.Д., Чиркин Т.К. - заявл. 1983.

32. A.C. № 1103724 (СССР). Способ изготовления мапштных интегральных схем. Кривоспицюш А.Д., Новиков С.И., Иванов С.И., Антонов A.B. - заявл. 1984

33. A.C. № 1137925 (СССР). Способ изготовления магнитных интегральных схем. Кривоспицюш А.Д., Новиков С.И., Иванов С.И., Антонов A.B. - заявл. 1984.

34. Ломов Л.С., Кривоспицюш А.Д., Чиркин Г.К. и др. Разработка микросхем на ЦМД емкостью 256 Кбит, с повышенными характеристиками- Отчет по ОКР "Мера-1М", НИИМВ, 1983, инв. №3906.

35. Спиваков Д.Д., Кривоспицюш А.Д. и др. Разработка и исследовать БИС на ЦМД в планарном варианте. - Отчет по НИР "Мера-2П", НИИМВ, 1983, инв. № 3870.

36. Кривоспицюш А.Д., Сорокин М.В., Чирюш Г.К. Разработка и запуск модуля по производству ПФО па базе ЭЛУ "Отэлло-44" - отчет по ОКР "Мул", НИИМВ, 1984, Г.р. № У 947-26.

37. Кривоспицкий А.Д., Сорокин М.В., Чиркин Г.К. Разработка технологического модуля ;ш микросхем типа К1605РЦ1 и К1605РЦ2 производительностью 250 комплектов в год - отчет по ОКР "Мул-1", НИИМВ, 1985, Г.р. № Ф 22525.

38. A.C. № 1316432 (СССР). Способ формирования изображения в светочувствительном слое. Архипов А.И., Кривоспицюш А.Д., Сорокин М.В., Чиркнн Г.К. - заявл. 1985.

39. A.C. № 1169486 (СССР). Способ изготовления мапштных интегральных схем. Кривоспицкий А.Д., Колсанов В.В., Ми-ляев Ю.К., Чиркин Г.К. - заявл. 1984.

40. A.C. №1169486 (СССР). Способ изготовления шггегральных микросхем. Кривоспицкий А.Д., Колсанов В.В., Миляев Ю.К., Чирюш Г.К. - заявл. 1985г.

41. Кривоспицкий А.Д., Чиркин Г.К. и др. Разработка технологии электронной литографш! для изготовления БИС на ЦМД емкостью 1-4 Мбит. - Отчет по НИР "Мол", НИИМВ, 1983, Г.р. № Ф 166693.

42. Кривоспицюш А.Д., Сорокин М.В. и др. Разработка субмикронной технологии для изг отовления БИС на ЦМД емкостью 1-16 Мбит. - Отчет по НИР "Метель", НИИМВ, 1985, шт. № 3970.

43. A.C. № 1254928 (СССР). Способ изготовления мапштных интегральных схем. Миляев Ю.К., Кривоспицюш А.Д., Колсанов В.В. - заявл. 1986 г.

44. Миляев Ю.К., Кривоспшцсш! А.Д. и др. Исследование возможности изготовления микросхемы с площадью кристалла

более 3 см3 и разрешением порядка 0,8 мкм. - Отчет по НИР, НИИМВ, 1986, инв. № 1045/9.

45. Миляев Ю.К., Кривосшщкий А.Д. и др. Разработка изделий "Ц" на кристаллах общей площадью более 2 см2. - Отчет по НИР, НИИМВ, 1986, Г.р. № Ф 26662.

46. A.C. № 1304630 (СССР). Способ изготовление магнитных интегральных схем. Миляев Ю.К., Кривоспицкий А.Д. и д.р. -Заяв. 1986 г.

47. A.C. 1321289 (СССР). Способ изготовления магнитных интегральных схем. Кривоспицкий А.Д., Миляев Ю.К., Спиваков Д.Д. Заяв.- 1987г.

48. A.C. 1387704 (СССР). Способ получения рельефного изображения. Мщенская Т.А., Кривоспицкий А.Д. и д.р. - Заяв. 1987.

Миляев Ю.К., Колсанов В.В., Кривоспицкий А.Д. и др. Разработка изделий "Ц" емкостью 512 у.е. - Отчет по НИР, НИИМВ, 1987, инв. № 1013.

49. A.C. № 266126 (СССР) Способ изготовления магнитных интегральных схем. Архипов А.И., Кривоспицкий А.Д., Спиваков Д.Д.- Заяв. 1987.

50. Кривоспицкий А.Д., Семин Ю.Ф. и др. Разработка лабораторной техно л опт формирования рисунка с размером <0,5мкм.- Отчет по НИР, НИИМВ, 1991, инв. № 4451

51. Гревцев Н.В., Кривоспицкий А.Д. Критерии чистоты в производстве СБИС и перспективы субмикронной литографш!, -Электронная промышленность, вып. 10(178), 1988.

52. Кривоспицкий А.Д. Микролитография в производстве СБИС. Тезисы 2-ой научно-технической конференции "Чистота и микроклимат ". Москва 1988.

53. Илькаев Д.Р., Кривоспицкий А.Д., Окшин A.A., Орликовский A.A., Семин Ю.Ф. Нестандартные методы формирования субмикронных структур в микроэлектронике - Микроэлектроника, т. 25, № 5, с. 339-345, сентябрь-октябрь 1996.

54. Барышев Ю.П., Валиев К.А., Дмитриев A.A., Кривоспицкий А.Д., Лукичев В.Ф., Лукьянова И.Ю., Орликовский A.A. Джо-зефсоновские субмикронные мостики переменной толщины Nb-Al-Nb - Микроэлектроника, том. 16, вып. 2, с. 186, 1987.

55. Барышев Ю.П., Кривоспицкий А.Д., Орликовский A.A., Пискун Н.Ю. 60-нанометровые трении в Si02, полученные ПХТ. -Микроэлектроника, т. 23, вып. 5, 1994.