Прогресс полупроводниковой электроники в течение последних двух десятилетий можно проследить по изменению сокращений, применяемых для обозначения типов микросхем и отражающих последовательно возрастающую плотность микроэлектронных элементов, размещаемых на одном небольшом кристалле кремния (чипе). Начало было положено в 60-х годах, когда полупроводниковая промышленность стала выпускать МИС (микроэлектронные схемы с малой степенью интеграции).
Затем развитие технологии позволило повысить степень интеграции электронных компонентов, и в 70-е годы полупроводниковая промышленность приступила к изготовлению СИС (схем со среднем степенью интеграции), а позднее БИС (больших интегральных схем). Ныне наступает эпоха СБИС (сверхбольших интегральных схем). Если число компонентов, размещаемых на одном чипе, росло со временем примерно по экспоненциальному закону и составляет сотни тысяч в самых современных СБИС, то минимальные размеры отдельных схемных элементов (линейные или объемные) снижались более резко: в самых совершенных конструкциях микросхем разрешение практически достигает одного микрона.
Какова же предельная степень интеграции при тех ограничениях, которые свойственны фотолитографии — процессу, используемому для изготовления таких схем? По мнению одного из ведущих специалистов в данной области, перспективы достижения микронного барьера и переход за него весьма реальны. В обзорной статье по проблемам микронной и субмикронной схемотехники, опубликованной в «Proceedings of the IEEE»*, Арнольд Рейсмэн, сотрудник Центра по микроэлектронике шт. Северная Каролина, дает следующий прогноз: «Есть все основания полагать, что к концу 80-х годов минимальные размеры схемных элементов, получаемых методом литографии, уменьшатся до 1 мкм», а «к концу XX столетия можно ожидать получения элементов с минимальными размерами 0,25 мкм».
Однако «если основываться на наших нынешних знаниях при условии, что столь значительное уменьшение размеров будет достигнуто без существенных сдвигов в методах ф Журнал «Proceedings of the IEEE» переводится на русский язык и выходит в издательстве «Мир» под названием «Труды Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике». (См. ТИЗЭР, т. 71, Ns 5, 1983) — Прим. ред. проектирования устройств, отдельных схем и меж соединений, то значение 0,25 мкм может оказаться предельно достижимым» при изготовлении транзисторов, которые в настоящее время являются основными компонентами в большинстве интегральных схем.
В обозримом будущем дальнейшая миниатюризация элементов микросхем может, по-видимому, осуществляться за счет непосредственного пошагового репродуцирования уменьшенных изображений на пластину кремния — широко распространенного в настоящее время варианта процесса фотолитографии. В этом процессе рисунок «базовой ячейки» проецируется ультрафиолетовым излучением через маску на определенный участок кремниевой пластины. Пластина передвигается последовательными шагами в зоне действия излучателя, и, таким образом, вся ее поверхность заполняется ячейками с одинаковым рисунком.
Как и в более ранних методах фотолитографии, излучение засвечивает фоточувствительную эмульсию, называемую фоторезиста, которая затем проявляется в специальном растворе. Незащищенные участки кремниевой подложки химически вытравляются, и в результате образуется один слой схемы. Рейсмэн считает, что в настоящее время «существует весьма большая неопределенность относительно минимального размера ... достижимого с помощью оптического экспонирования при массовом производстве».
Рейсмэн отмечает, что для получения еще меньших размеров потребуется перейти на более коротковолновое излучение. Один из способов решения этой проблемы, исследуемых на протяжении уже более 10 лет, сводится к «непосредственному нанесению» рисунка схемы на слой фоторезиста электронным лучом, управляемым ЭВМ. Другой подход заключается в непосредственном пошаговом репродуцировании с помощью рентгеновских лучей, которыми фоторезист облучается через прецизионные маски, формируемые электронно-лучевой системой.
Пока считается, что непосредственное нанесение рисунка схемы электронным лучом экономически невыгодно при массовом производстве, так как этот процесс сравнительно длителен и дорог. В то же время электронно-лучевые системы получают все более широкое распространение при получении фотолитографических масок. В перспективе, отмечает Рейсмэн, главная проблема при работе с более коротковолновым излучением. «заключается, возможно, не в формировании мелких структур, а в обеспечении высокой надежности».