1. Основнітерміни та означеня в технології електроніки. Технологічність виробів та
 Скачать 2.01 Mb.
|
Этап 1. Формирование сплошного равномерного слоя резиста на поверхности подложки. Этап включает следующие операции: а) подготовка поверхности подложки; б) нанесение слоя резиста; в) термическая сушка резиста. -7. Основні принципи планарної технології. Електронна літографія. На вход технологии поступают пластины, называемые подложками. Состав материала подложек, кристаллическая структура (вплоть до межатомных расстояний в подложках для современных процессоров) и кристаллографическая ориентация строго контролируются. В ходе технологического процесса в приповерхностном слое полупроводникового материала, являющегося подложкой или нанесѐнного на подложку, создают области с различным типом или величиной проводимости, определяемой в конечном счѐте различной концентрацией донорных и акцепторных примесей, а также материалом слоя. Поверх слоя полупроводникового материала, с использованием в нужных местах прослоек диэлектрического материала, наносятся слои проводящего материала, образующего контактные площадки и необходимые соединения между областями. Области и слои проводника, полупроводника и диэлектрика в совокупности образуют структуру полупроводникового прибора или интегральной микросхемы. Особенность планарной технологии состоит в том, что после завершения каждой технологической операции, восстанавливается плоская (планарная) форма поверхности пластины, что позволяет создавать достаточно сложную структуру, используя конечный набор технологических операций. Планарная технология обеспечивает возможность одновременного изготовления в едином технологическом процессе огромного числа дискретных полупроводниковых приборов или интегральных микросхем на одной подложке, что позволяет существенно снизить их стоимость. Также в случае изготовления на одной пластине идентичных приборов параметры всех приборов оказываются близкими. Ограничителем является только площадь подложки, поэтому диаметр подложек по мере развития технологий производства подложек стремятся увеличивать. Для контроля качества выполнения промежуточных операций на подложке, как правило, выделяют несколько малых областей (обычно в центре и на периферии), на которых в ходе штатного технологического процесса формируются тестовые проводящие дорожки и элементарные приборы (конденсаторы, диоды, транзисторы и т.п.). В этих же областях формируют контактные площадки относительно большой площади для тестирования годности пластин перед скрабированием (разделением на отдельные приборы). Для совмещения изображений при фотолитографии также в специально выделенной области формируются знаки совмещения, подобные тем, какие можно встретить на многоцветной печатной продукции. Электро нная литогра фия или электро нно-лучева я литогра фия — метод нанолитографии с использованием электронного пучка. Остросфокусированный электронный пучок, отклоняемый магнитной системой, прорисовывает нужные конфигурации на поверхности чувствительного к электронному облучению резиста, нанесенного на подложку. Управление электронным пучком производится изменением токов в отклоняющих магнитных системах, управляемых компьютером. Засвеченные облучением участки резиста полимеризуются, приобретая нерастворимость. Далее незасвеченные участки смываются подобранным растворителем. Через полученные окна производится вакуумное напыление подходящего материала, например, нитрида титана или металлов. Полимеризованный резист смывают другим растворителем, после удаления подложки окончательно формирует маску для использования в фотолитографии. Электронная литография позволяет, на нынешнем уровне развития технологии, получать структуры с разрешением менее 1 нм, недостижимой для жесткого ультрафиолетового Электронная литография - в течение длительного времени является основным методом получения масок для последующей фотолитографии (в том числе масок для проекционной фотолитографии при массовом производстве сверхбольших микросхем). Альтернативным способом создания масок являются системы, использующие лазеры, однако они имеют меньшее разрешение. 8. Основні принципи планарної технології. Рентгенівська літографія. Плана?рна техноло?гія — сукупність технологічних операцій при виготовленні планарних (пласких, поверхневих) напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем. Схему формують на підкладці (зазвичай з кремнію), отриманій шляхом різання алмазними дисками монокристалів кремнію на тонкі пластини. Хімічний склад підкладок, кристалічна структура (аж до міжатомної відстані в підкладках для сучасних процесорів) і кристалографічна орієнтація ретельно контролюються. В ході технологічного процесу в приповерхневому шарі напівпровідникового матеріалу, який є підкладкою або нанесеного на підкладку, утворююють області з різним типом провідності (або різної концентрації), дозуючи концентрацію донорних і акцепторних домішок. Області захищають шаром діелектрика, залишаючи вікна контактів. Поверх шару напівпровідникового матеріалу наносять шар алюмінію (чи іншого провідника), забезпечуючи внутрішні і зовнішні контакти і необхідні з'єднання по схемі. Шари провідника, напівпровідника і діелектрика в сукупності утворююють структуру напівпровідникового приладу чи інтегральної мікросхеми. Особливістю планарної технології є те, що після завершення кожної технологічної операції, відновлюється плоска (планарна) форма по верхні пластини, що дозволяє створювати достатньо складну структуру, використовуючи обмежений набір технологічних операцій. Планарна технологія забезпечує можливість одночасного виготовлення в єдиному технологічному процесі (інтеграцію) великої кількості дискретних напівпровідникових приладів чи інтегральних мікросхем на одній підкладці, що дозволяє суттєво знизити їх вартість. Також у випадку виготовлення на одній пластині ідентичних приладів параметри всіх приладів виявляються близькими. Обмеженою є тільки площа підкладки, тому діаметр підкладки намагаються збільшити. Для контролю якості виконання проміжних операцій на підкладці, зазвичай, виділяють декілька малих областей (в центрі і на периферії), на яких в ході штатного технологічного процесу формуються тестові площинки до тестових приладів (конденсатори, діоди, транзистори і т.і.). Для суміщення зображень при фотолітографії також в спеціально виділеній області формуються знаки суміщення, на кшталт того, що можно зустріти на кольоровій друкованій продукції. Основні технологічні операції в планарній технології базуються на процесі літографії (фотолітографії). Використовують наступні методи: іонна літографія Методи фотолітографії можуть бути скануючими і проекційними; контактними, безконтактними, і на мікропроміжку. Також може бути обмежено застосований метод радіаційно-стимульованої дифузії. Рентгенівська літографія — технологія виготовлення електронних мікросхем; варіант фотолітографії, що використовує експонування (опромінення) резисту за допомогою рентгенівських променів. Рентгенівська літографія використовує м'яке рентгенівське випромінювання з довжиною хвилі 0,4-5,0 нм. Пучок рентгенівських променів пропускається через шаблон і експонує шар резиста. Оптичними елементами рентгенівських літографічних установок можуть бути дзеркала (рефлектори) на основі наногетероструктур з шарами Ni-C, Cr-C, Co-C, Mo- C, W-C і зонні пластинки, в якості шаблонів використовуються тонкі (1 мкм і менше) металеві мембрани. Багатошарові рентгенівські дзеркала забезпечують бреггівське відображення за умови D = ? / (2sin?), де D — період структури і ? — кут ковзання. При перпендикулярному падінні випромінювання ? = 90 ° і період D = ? / 2, тому товщина кожного шару в рентгенівському дзеркалі дорівнює приблизно ? / 4 або 1 нм. Рентгенолітографія, як і оптична літографія, здійснюється шляхом одночасного експонування великої кількості деталей малюнка, але короткохвильове рентгенівське випромінювання дозволяє створювати малюнок з більш тонкими деталями та більш високою роздільною здатністю. Завдяки малій довжині хвилі рентгенівського випромінювання методи рентгенолітографіі мають високу роздільну здатність ( 10 нм). У порівнянні з електронно-променевою і іонно-променевою літографією в рентгенівській літографії малі радіаційні пошкодження формованих структур і висока продуктивність завдяки можливості одночасної обробки великих площ зразка. Рентгенівська літографія відрізняється великою глибиною різкості і малим впливом матеріалу підкладки і її топографії на роздільну здатність. К9. Процесівидаленняматеріалу з підкладок для створеннятопологіїелектронних структур. Порівняльна характеристика рідинного та “сухого” травлення Використовуютьiоннетравлення. Іоннетравлення Сутністьіонноготравленняполягає у видаленніповерхневихверствматеріалу за йогобомбардуванню потоком іонівінертнихгазіввисокоїенергії. У цьомуприскоренііони у зіткненні з поверхнею пластин чипідкладокпередаютьїх атомам свою енергію та імпульс. Іоннетравлення - процесвидаленнязабруднень разом ізрозпилюванисм в вакууміповерховим шаром оброблюваноїповерхні у їїбомбардуваннюприскоренимиіонамиінертного газу. Якщопід час зіткненняенергія, передана атома, перевищуєенергіюхімічногозв'язку атома в решітці, а імпульс, якийпосилає атома, спрямованийназовнівідповерхні, Задляреалізаціїцьогопроцесупотрібніпевнівакуумніумови, а іониповинніматипевнимизначеннямиенергій, достатніми для розпорошенняматеріалів. Різновидоміонноготравлення є іонно-хімічне (реактивне) травлення, заснований на запровадження у плазму хімічно активного газу, зазвичайкисню. У цьомузмінюєтьсяшвидкістьтравленнявнаслідокхімічноговзаємодіїміжпідкладкою і доданим газом. Плазмохімічнетравлення На відмінувідіонногоплазмохімічнетравленняґрунтується на руйнуванніоброблюваногоматеріалуіонамиактивнихгазів, щоутворюються в плазмі газового розряду і щовступаютьхімічнуреакцію з атомами матеріалу при бомбардуванніповерхні пластин чипідкладок. У цьомумолекули газу розрядурозпадаються на реакційно-здатнічастки - електрони, іони і вільнірадикали, хімічноякі з поверхнеютравлення. Через війнухімічнихреакційутворюютьсялеткісполуки. Для травленнякремнію та йогосполук (оксиду і нітридукремнію) найчастішевикористовуютьвисокочастотну плазму тетрафторидувуглецю (можливозастосуваннягексафторидусірки і фреону. При взаємодіїцихгазів з електронамиплазмивідбуваєтьсярозкладання й утворятьсяіонів фтору та іншихрадикалів. Іони фтору, а деякихвипадках і радикал активно взаємодіютьізкремнієм, створюючилеткісполуки. Характерно, щочастки, що у травленні, травлятьрізніматеріали з різнимишвидкостями. У цьомуґрунтуєтьсявластивістьплазмохімічноготравлення. Концентраціяобумовлюєтьсяшвидкістюгенераціїатомів, щовизначаєтьсяконструкцією і потужністю реактора, і навіть часом життячастинок в реакторі, щозалежитьвідшвидкості газового потоку, тиску і умов рекомбінаціїчастинок. Швидкістьтравлення сильно залежитьвідтемператури; їївизначаєтьсяфізичнимивластивостямиматеріалущо травиться та газовим складом плазми. Так, добавка кисню до чистоїплазміпідвищуєшвидкістьтравлення. У плазміфторовміснихгазівможнатравитидеякі метали. Для травленнязастосовуютьтакож плазму хлорвміснихгазів. Для видаленняорганічнихматеріаліввикористовуютькисневу плазму. Используя жидкостное травление или недавно разработанный и боле предпочтительный метод плазменного сухого травления, можно формировать различные профили в пленках. Жидкие травители дают изотропные или скошенные профили . Скошенный профиль края лучше подходит для последующего нанесения полости металла поперек такой ступеньки. В зависимости от кристалличности пленки и целостности резиста (отсутствие отслоений при жидкостном и эрозии при плазменном травлении) уход размера может достигать толщины пленки D и даже превышать ее. Изотропное жидкостное травление, для которого характерно большое боковое подтравливание (L), пришлось заменить газофазным анизотропным травлением, для которого D/L>>1 10. Травлення матеріалів методом фізичного іонно-плазмового розпилення для створення мікронних і субмікронних структур. 6. Ионно-плазменноетравление (ИПТ) При ионно- плазменномтравленииудалениеповерхностныхслоевматериаловосуществляется за счетфизическогораспыленияионамиинертныхгазовили других ионов, химически не реагирующих с обрабатываемымматериалом. При этом он находится в контакте с зонойплазмы, а необходимаяэнергияионовобеспечиваетсяподачей на материалотрицательногосмещения. Для ионной очистки поверхностиматериалов (удаленияадсорбированныхчастиц) обычноиспользуютионы с энергией в диапазоне от 20 По способу возбуждения и поддержанияэлектрическогоразрядасистемы ИПТ подразделяются на системы с разрядамипостоянноготока (ПТ), системы с самостоятельными ВЧ разрядами, а такжесистемы на постоянномтоке и высокойчастоте с искусственнымподдержаниемразряда, гдеразрядподдерживается с помощьювспомогательныхсредств: термоэлектроннойэмиссии, ВЧ и магнитныхполей. Системы ИПТ можноклассифицировать по числу электродов на двухэлектродные (диодные), трехэлектродные (триодные) и многоэлектродные (четыре и болееэлектродов). Кроме того, по форме и расположениюэлектродовсистемы ИПТ могутбытьгоризонтальными с плоскими электродами (планарные) и вертикальными с электродами в видецилиндров и многогранных призм. Некоторыераспространенныевариантыконструкцийсистемыионно- плазменноготравленияприведены на рис. 1. Планарнаядиодная ВЧ система содержит два дисковыхэлектрода: заземленный (анод) и ВЧ электрод (илимишень), на которыйподаетсянапряжение от ВЧ генератора. В диодной ВЧ системевозможность ИПТ любыхматериалов (металлов, полупроводников, диэлектриков, органическихсоединений и др.) сочетается с простотойконструкции и большойплощадью ВЧ электрода, на которойобеспечиваетсяравномернаяионнаябомбардировка. Рис.1. Системы ИПТ: а - планарная ВЧ (ПТ) диодная; б - вертикальная ВЧ (ПТ) диодная с многограннымэлектродом; в - триодная; г - планарнаямагнетронная. Обозначения: 1 - камера; 2 - заземленныйэлектрод; 3 - ВЧ (ПТ) электрод; 4 - заземленныйэкран; 5 - откачка; 6 - обрабатываемыепластины; 7 - напуск газа; 8 - анод; 9 - термокатод; 10 - магнитная система. Схемапланарнойдиоднойсистемыпостоянноготокааналогичнасхемепланарной ВЧ системы (рис. 1,а), тольковместо ВЧ генератора используетсяисточникпостоянногонапряжения и нетнеобходимости в согласующемустройстве. Травлениематериалов в диодных системах постоянноготокаосуществляется в аномальномтлеющемразряде при напряжении на катоде 1 - 2 кВ. В таких системах скоростиионно-плазменноготравленияорганических масок в несколько раз ниже, чем в ВЧ системах, чтопозволяет проводить травлениепроводящихслоев на большуюглубину. Для увеличенияпроизводительности за счет загрузки большого числа пластин, а такжеуменьшениястепенизагрязненияповерхности пластин отслаивающимися от заземленногоэлектродапленками и частицамиприменяютвертикальнуюдиодную ВЧ Триодная система ИПТ состоитизтрехнезависимоуправляемыхэлектродов: термокатода, анода и мишени, на которойразмещаютсяобрабатываемыепластины (рис. 1,в). В триоднойсистемепроцессыобразованияплазмы и травленияразделены, чтопозволяет управлять энергиейионов с помощьюнапряжения на мишени. В планарноймагнетроннойсистеме ИПТ (рис. 1,г) под плоским ВЧ электродом (мишенью) размещеныпостоянныемагниты, форма полюсовкоторыхопределяетгеометриюзамкнутойзоны у поверхностимишени в видевытянутойбуквы «О». Наличие у мишени замкнутого магнитного поля даетвозможностьлокализовать плазму в непосредственнойблизости у мишени и повыситьплотностьионноготока на мишень. По своемумеханизмупроцессионно- плазменноготравлениядолженобладатьвысокойанизотропией, однаконизкиестойкость масок и селективностьтравленияматериалов, сильнаязависимостьскороститравления от углападенияионов, затрудненныйвыходраспыленногоматериалаизглубоких канавок при используемыхрабочихдавленияхограничиваютпоказательанизотропии в диапазоне 5 - 10. Процессы ИПТ всегдасопровождаютсяобразованиемрадиационныхдефектов, которыеподразделяются на дефектысмещения, связанныесосмещениематомов в решеткематериала и образованиемвакансий, и ионизационныедефекты, обусловленныеионизациейатомоврешетки. Перечисленныевышеограничения привели к тому, что в настоящеевремяпроцессы ИПТ практически не используются для размерноготравленияматериалов, нонаходятширокоеприменение для планаризации (сглаживания) и очистки ихповерхностей. К.11Травлення матеріалів методом фізичного іонно-променевого розпилення. Метод FIB для створення наноструктур. Тонкі плівки різних матеріалів можна наносити на підкладку, випаровуючи матеріал мішені пучком іонів інертних газів. Основні переваги цього методу нанесення плівок у порівнянні з методом іонно-плазмового розпилення полягають у наступному[3]: - можливість нанесення плівок матеріалів складного складу із збереженням компонентного складу мішені; - малий робочий тиск у технологічній камері, обмежене лише швидкістю відкачування вакуумної системи, а не умовами підтримки розряду; - відсутність електричних полів в області підкладки, що особливо важливо при нанесенні діелектричних плівок на підкладки з провідних матеріалів; - можливість управління зарядами в осаджується діелектричної плівці за допомогою електронів, що емітуються катодом нейтралізації. Іонно-променевий метод найбільш ефективний для нанесення плівок багатокомпонентних матеріалів, різних діелектриків, магнітних матеріалів. Установка містить джерело іонів на основі двокаскадного самостійного розряду з холодним порожнистим катодом і модифікований варіант джерела іонів Кауфмана з відкритим торцем. Джерело іонів служить для розпилення пучком іонів аргону з енергією 0,8 кеВ і щільністю струму 0,3 мА/см 2 мішені чистотою не гірше 99,8%. У напрямку потоку розпорошується матеріалу встановлені підкладки, закріплені на чотирьох позиціях обертового тримача. Потік іонів аргону з середньою енергій 80 еВ і щільністю струму 0,45 мА/см 2 з джерела іонів служить для очищення та активації поверхні робочої підкладки протягом 2 хвилин перед нанесенням плівки. Джерело іонів під час нанесення плівки відключається, подача аргону через нього припиняється, а термокатод використовується для нагріву поверхні робочої підкладки.Іонно-променевий метод заснований на отриманні тонких плівок з використанням іонної імплантації. На відміну від інших іонно-плазмових методів, при іонно-променевому синтезі енергія іонів складає від десятків кєВ до одиниць |