Революционное решение для отечественной полупроводниковой отрасли предложили китайские ученые. Их новая технология с 99% точностью находит причины дефектов при производстве микрочипов методом криозаморозки. Таким образом, кардинально снижается количество ошибок при создании полупроводниковых интегральных микросхем. Благодаря этому методу, возможно, неопределенные предположения разработчиков сменятся строго управляемым контролем, что позволит производить чипы без единого дефекта.
Вместе с экспертами «ЗУМ-СМД» разберем, какие возникают ошибки и как китайским ученым удалось их устранить.
Выявление ошибок при изготовлении микросхем
Создание микросхем невозможно без фотолитографии — процесса, где свет выступает в роли художника, «рисуя» мельчайшие узоры на кремниевых пластинах. Сначала на них наносится специальная светочувствительная жидкость. Затем, через трафарет, ее облучают ультрафиолетом. После этого жидкость «проявляется» химически: одни участки смываются, оставляя защитный слой для дальнейшей обработки.
Однако и здесь есть проблемы. Мельчайшие частицы могут слипаться, образуя дефекты — как будто проводники замыкаются или обрываются. Даже частица размером в 30 нанометров (в 3000 раз тоньше человеческого волоса) способна испортить целый чип, особенно когда речь идет о современных технологиях с нормами 5 нанометров и меньше. Это приводит к значительным убыткам. Раньше этот процесс был загадкой, ведь никто не мог увидеть, что происходит внутри жидкости.
Но исследователи из Пекинского Университета Цинхуа и Гонконгского университета под руководством профессора Пэн Хайлиня использовали криоэлектронную томографию (крио-ЭТ). Этот метод, обычно, применяется в биологии для изучения клеток. После обработки образцов их мгновенно заморозили до -175°C, что остановило все процессы. Таким образом, они получили трехмерные изображения на молекулярном уровне.
Аналитические данные выявили причины образования частиц фоторезиста размером 30–40 нм:
- гидрофобные взаимодействия приводят к агрегации молекул в структуру, напоминающую спутанные полимерные цепи;
- значительная доля (около 70%) молекул фоторезиста демонстрирует нерастворимость, мигрируя на границу раздела жидкость-воздух;
- последующая промывка приводит к их повторному осаждению.
Эти факторы являются основным источником дефектов микрокристаллов при их производстве.
Решение проблемы брака при изготовлении чипов
Китайские исследователи, опираясь на полученные данные вышеизложенного метода, разработали два простых способа улучшения процесса изготовления кристаллов микросхем. Причем их можно будет интегрировать в существующую производственную практику:
1. Метод предполагает незначительное увеличение температуры отжига после экспонирования, что позволит уменьшить образование дефектов.
2. Метод заключается в модификации процесса промывки, включающей улавливание полимеров на границе раздела и изменение направления потока жидкости.
Проведенные испытания на полупроводниковых пластинах, размером 30,5 см, продемонстрировали снижение количества дефектов более чем на 99%. Таким образом обеспечивается практически идеальное качество литографии.