Способ изготовления м-слойной (м = 1,2...) структуры тонкопленочных покрытий

 

Использование: в электронной технике, а конкретно - в технологии производства интегральных схем. Сущность изобретения: способ включает последовательное формирование на подложке слоев из различных по оптическим свойствам материалов с предварительно выбранной толщиной слоев из условия достижения экстремального значения интенсивности отражения так, чтобы для каждого слоя толщина была кратна λ/(4n_jcosΨ_i), где j - порядковый номер слоя; n_j - показатель преломления j-го слоя на длине волны λ; Ψ_j - угол преломления в j-м слое, определяющийся по рекуперентной формуле Ψ_j= arcsin(n_j-1sin(Ψ_i-1)/n_j).-2 ил.

Изобретение относится к электронной технике, более конкретно к технологии производства интегральных схем (ИС), и может быть использовано для повышения воспроизводимости (или стабилизации) технологических процессов, связанных с взаимодействием излучения с М-слойной (М 1, 2,) структурой тонкопленочных покрытий. Целью изобретения является повышение качества структуры путем увеличения воспроизводимости ее отклика на воздействие излучения. Поставленная цель достигается тем, что толщину каждого наносимого слоя выбирают из условия достижения экстремального значения интенсивности отражения так, чтобы для каждого слоя толщина была кратна λ /(4n_j(λ)*cos(Ψ_j), (1) где j порядковый номер слоя; n_j(λ) показатель преломления j-го слоя на длине волны λ; Ψ_j угол преломления излучения в j-слое, определяющийся по рекурентной формуле Ψj arcsin(n_j 1*sin(Ψ_j 1)/n_j), где Ψ_о угол падения излучения на структуру; n_о показатель преломления окружающей среды. Отклик структуры на воздействие излучения характеризуется распределением интенсивности Е излучения в структуре и коэффициентом отражения R в окружающую среду. Интенсивность Е излучения в структуре определяется наличием в ней двух волн: прямой, распространяющейся в направлении подложки, и обратной во встречном направлении. Для М-слойной структуры (j 1, M; j порядковый номер слоя; М количество слоев) интенсивность обратной волны так же, как и коэффициент отражения R излучения в окружающую среду, зависит, очевидно, от коэффициентов отражений r_j отдельных слоев, поэтому интенсивность Е излучения в структуре и коэффициент отражения R являются функциями вектора rE(r) и R(r), где r (r₁, r_м). В свою очередь, коэффициенты отражений r_j (j 1, M) отдельных слоев М-слойной структуры в условиях интерференции зависят соответственно от толщин данных слоев d_j: r (r₁(d₁), r_м(d_м)). Вектор d (d₁, d_м) определяют конструкцию М-слойной структуры. Ошибки формирования толщин пленок Δ d_j (j 1, M), обусловленные невоспроизводимостью технологических процессов, по аналогии с введенными обозначениями, можно характеризовать вектором Δ d ( Δd₁, Δ d_м). Тогда в первом приближении по Δ d изменение распределения излучения в структуре Δ Е и изменение отражения Δ R структурой излучения в окружающую среду, обусловленные ошибкой Δ d в формировании толщин слоев М-слойной структуры, выражается формулами ΔR * Δd_j+o(Δd_j) * * Δd_j+o(Δd_j) ΔE * Δd_j+o(Δd_j) * * Δd_j+o(Δd_j) где d_j⁽⁰⁾(j 1, M) компоненты вектора d⁰ (d₁⁽⁰⁾, d_м⁽⁰⁾, характеризующего формируемую на подложке М-слойную структуру; d_j (j 1, M) компоненты вектора, характеризующего толщины слоев реально получившейся при этом структуры с учетом ошибок Δ d_j d_j- d_j⁽⁰⁾ (j 1, M);
r_j⁽⁰⁾ (j 1, M) компоненты вектора r⁽⁰⁾ (r₁⁽⁰⁾, r_м⁽⁰⁾, характеризующего отражение слоев формируемой М-слойной структуры, как если бы она воспроизвелась без ошибок;
r_j (j 1, M) компоненты вектора r(r₁, r_м), характеризующего отражение слоев реально получившейся М-слойной структуры;
d(Δ d_j) (j 1, M) величина малая по сравнению с ошибками d_jформирования толщин слоев. Из формул (1), (2) следует, что М-слойная структура с толщинами, определенными вектором d_j⁽⁰⁾ (d₁⁽⁰⁾, d_м⁽⁰⁾), для которой коэффициенты отражения отдельных слоев удовлетворяют условию экстремумов
= 0, (j 1, M)
(3) обладает высокой воспроизводимостью отклика на воздействие излучения, так как при этом изменение распределения интенсивности Δ Е излучения в структуре и коэффициента отражения ΔR его в окружающую среду при наличии ошибок формирования толщин минимально
ΔR (Δd_j) (3)
ΔE (Δd_j) (4)
Если Ψ_j (j 1, M) компоненты вектора Ψ (Ψ₁, Ψ_м), характеризующего углы преломления излучения в слоях М-слойной структуры, λ длина волны излучения, которым воздействуют на структуре в ходе технологического процесса, n_j(λ) (j 1, M) компоненты вектора n (n₁, n_м), характеризующего показатели преломления излучения с длиной волны λ в слоях структуры, то уравнение (3) эквивалентно уравнению
2d_j⁽⁰⁾ * 2n * n_j(λ)*cos ( Ψ_j) /λ +
+ Δ Ψ _j) n *i (6) где n математическая константа;
i целое положительное число;
ΔΨ_j (j 1, M) скачок фазы на оптических границах слоев. Из уравнения (6) компоненты искомого вектора d_j⁽⁰⁾ (d₁^(0), d_м⁽⁰⁾ равны
d_j⁽⁰⁾ i * λ/(4n_j(λ )cos( Ψ_j)). (7)
Если Ψ угол падения излучения на структуру, n₀ показатель преломления окружающей среды, то компоненты вектора Ψ(Ψ₁, Ψ_м) углов преломления излучения в слоях структуры могут быть рассчитаны на основании рекурентной формулы
Ψ _j arcsin(n_j 1 * sin(Ψ_j 1)/n_j), (8) которая следует при применении закона Снеллиуса к распространению излучения в М-слойной (М 1, 2,) структуре. Таким образом, при изготовлении многослойной структуры (из М-слоев, М 1, 2,) тонкопленочных покрытий, включающем последовательное формирование на подложке слоев из различных по оптическим свойствам материалов с предварительно выбранной толщиной слоев в зависимости от интенсивности отражения излучения с длиной волны λ, толщину каждого наносимого слоя выбирают из условия достижения экстремального значения интенсивности отражения так, чтобы для каждого слоя толщина была кратна λ/(4n_j(λ) * cos(Ψ_j)), где j порядковый номер слоя; n_j показатель преломления j-го слоя на длине волны λ, Ψ_j угол преломления излучения в j-слое, определяющийся по рекурентной формуле Ψ_j arcsin(n_j 1 * sin(Ψ) 1(/n_j), где Ψ₀ угол падения излучения на структуру; n₀ показатель преломления окружающей среды, наблюдается увеличение воспроизводимости отклика структуры на воздействие излучения, так как при этом изменение распределения интенсивности ΔЕ излучения в структуре и коэффициента отражения Δ R в окружающую среду при наличии ошибок формирования толщин минимально (формулы (4), (5)). На фиг. 1 показана конструкция М-слойной структуры и распространение в ней излучения в ходе технологического процесса, а также характеризующие этот процесс физические параметры: Ψ₀ угол падения излучения на структуру; Ψ_j (j 1, M) углы преломления излучения в слоях структуры; n₀ -показатель преломления окружающей среды; n_j, (j 1,M) показатели преломления слоев структуры; d_j(j 1, M) толщины слоев структуры. На фиг. 2 а показана зависимость отражения от трехслойной структуры ФПО51МК (Поликремний) SiO₂/Si в воздух в зависимости от толщины слоя фоторезиста. По оси ординат отложен коэффициент отражения излучения R (отн.ед.), оси абсцисс толщина слоя фоторезиста d₁ (нм). На фиг. 2б показана зависимость отражения в фоторезист от структуры Поликремний (SiO₂)Si в воздух в зависимости от толщины поликремния. По оси ординат отложен коэффициент отражения излучения R (отн.ед.), оси абсцисс толщина слоя поликремния d₂ (нм). На фиг. 2в показана зависимость отражения от структуры SiO₂/Si в поликремний в зависимости от толщины слоя SiO₂. По оси ординат отложен коэффициент отражения излучения R (отн.ед.), оси абсцисс толщина слоя SiO₂ d₃ (нм). Для практической реализации данного способа необходимо выполнить следующую последовательность действий. Задавшись длиной волны λ, падающего на структуру излучения, углом падения Ψ₀, а также показателями преломления окружающей среды n₀ и слоев структуры n (n₁, n_м) на длине волны λ, по рекурентной формуле получаем:
Ψ _j arcsin(n_j 1 * sin( Ψ_j 1)/n_j), начиная с
j 1 Ψ₁ arcsin(n₀sin(Ψ₀)/n₁),
j 2 Ψ₂ arcsin(n₁sin(Ψ₁)/n₂),
j м Ψ_м arcsin(n_м-1 sin(Ψ _м-1)/n_м) углы преломления излучения в слоях, т. е. векторΨ ( Ψ₁, Ψ_м). Затем при помощи n (n₁, n_м), Ψ ( Ψ₁, Ψ_м) и λ по формуле d_j i * λ /(4n_j(λ ) * cosx x(Ψ_j)), где i любое целое положительное число, определяют искомые толщины слоев или вектор d (d₁, d_м), характеризующий оптимальную М-слойную (М 1, 2,) структуру тонкопленочных покрытий, отличающуюся высокой воспроизводимостью отклика на воздействие излучения при наличии ошибок формирования толщин слоев. Предлагаемый способ проиллюстрируем на примере способа изготовления трехслойной структуры тонкопленочных покрытий, включающего последовательное формирование на Si подложке слоев термического SiO₂, поликремния, фоторезиста ФПО51МК с предварительным выбором толщины слоев в зависимости от отражения излучения с длиной волны λ 404 нм. Для определения оптимальных толщин слоев или d (d₁, d_м), в соответствии с приведенной выше последовательностью действий зададимся λ 404 нм, углом падения излучения на структуру Ψ₀ 0, а также показателем преломления окружающей среды воздух n₀ 1 и слоев:
n₁ 1 69 фоторезиста,
n₂ 4 87 поликремния,
n₃ 1 47 SiO₂, т.е. вектором n (1 69, 4 87, 1 47). В соответствии с приведенной выше рекурентной формулой для углов преломления вектор Ψ (0, 0, 0) имеет нулевые компоненты, что соответствует реальной физической ситуации отсутствия преломления в такой структуре нормально падающего на нее излучения. Затем при помощи n (1 69,4 87, 1 47), Ψ= (0, 0, 0) λ 404 нм, на основании формулы d_j i * λ/(4n_j (λ * cos( Ψ_j) Ψ _j 1, 2, 3) определяют оптимальные компоненты вектора d (d₁, d₂, d₃);
d (i * 404/(4 * 1 69), i * 404/(4 * 4 87), i * 404/(4 * 1 47)) (i * 101/1 69, i * 101/4 87, i * 101/1 47), где i любое целое, положительное число. В табл. 1, 2, 3 в употребляемых в технологии ИС диапазонах даны значения оптимальных компонент вектора d (d₁, d₂, d₃);
табл. 1 таблица оптимальных значений толщины слоя фоторезиста компонента d₁ (нм);
табл. 2 таблица оптимальных значений толщины слоя поликремния компонента d₂ (нм);
табл. 3 таблица оптимальных значений толщины слоя SiO₂ компонента d₃ (нм). На фиг. 2а показана зависимость отражения R от трехслойной структуры ФПО51МК (Поликремний) SiO₂ в воздух в зависимости от толщины фоторезиста d₁. По оси ординат отложен коэффициент отражения излучения R (отн. ед.), оси абсцисс толщина фоторезиста d₁ (нм). Зависимость R(d₁) получена путем моделирования отражения излучения от трехслойной структуры в воздух. Как следует из фиг. 2а, использование в технологии производства ИС слоев фоторезиста с приведенными в табл. 1 значениями толщины, соответствующих экстремумам отражения, позволяет в сравнении с прототипом, где толщина не удовлетворяет описанным выше свойствам, повысить воспроизводимость отражения R и связанного с ним распределения интенсивности излучения Е в структуре при наличии в процессе производства технологических ошибок формирования толщины данного слоя. На фиг. 2б и фиг. 2в представлены зависимости отражения в структуру от толщин слоев поликремния (d₂) и SiO₂ (d₃), которые показывают также, что при использовании в рассматриваемой структуре толщин слоев, приведенных в табл. 2 и 3, имеет место повышение воспроизводимости распределения интенсивности излучения Е в структуре и соответственно отражения R от нее в воздух при наличии технологического разброса при формировании толщин данных слоев. Повышение воспроизводимости распределения интенсивности излучения Е в структуре ФПО51МК (Поликремний) SiO₂/Si при получении в слое фоторезиста топологического изображения обеспечивает уменьшение разброса размеров элементов применяемых в технологии производства ИС фоторезистивных, маскирующих покрытий, что, в свою очередь, приводит к повышению воспроизводимости функциональных параметров ИС и выхода годных. Повышение воспроизводимости отражения излучения от структуры ФПО51МК (Поликремний) SiO₂/Si улучшает условия фотометрического контроля конструктивных параметров структур (размеров элементов, и толщин слоев) на измерителях, работа которых основана на анализе отклика структуры на воздействие излучения (типа: MPVSP и MPVCD-2), при использовании для контроля излучения с длиной волны λ 404 нм. Сказанное выше относится также к любой М-слойной (М 1, 2,) структуре тонкопленочных покрытий, изготовленной в соответствии с предлагаемым способом. Кроме того, данное техническое решение в сравнении с прототипом не предполагает введения в технологический цикл изготовления ИС дополнительных технологических операций, что обеспечивает по отношению к прототипу экономию материалов и снижение трудоемкости изготовления ИС.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ М-СЛОЙНОЙ (М 1,2 ) СТРУКТУРЫ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ, включающий последовательное формирование на подложке слоев из различных по оптическим свойствам материалов с предварительно выбранной толщиной слоев в зависимости от интенсивности отражения излучения с длиной волны λ, отличающийся тем, что, с целью повышения качества структуры путем увеличения воспроизводимости ее отклика на воздействие излучения, толщину каждого наносимого слоя выбирают из условия достижения экстремального значения интенсивности отражения так, чтобы для каждого слоя толщина была кратна
λ/(4n_jcos(Ψ_j),
где j порядковый номер слоя;
n_j показатель преломления j-го слоя на длине волны λ;
Ψ_j угол преломления в j-м слое, определяющийся по рекурентной формуле Ψ_j=arcsin(n_j-1 sin(Ψ_j-1)(n_j),
Ψ_o угол падения излучения на структуру;
n_o показатель преломления окружающей среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---