WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |   ...   | 27 |

Лучевая технология изготовления металлических резисторов Резисторы в составе пассивной части ИС на GaAs изготовляются либо по планарной тонкоплёночной технологии, либо с использованием в качестве резистивного слоя объёма полупроводника. В технологии ИС в качестве резистивных слоёв применяются нанесённые различными методами плёнки металла, силицидов и керметов. При выборе резистивного материала учитываются следующие факторы: удельное поверхностное сопротивление, термостабильность, температурный коэффициент сопротивления, диапазон рабочих частот. В настоящее время разработан технологический процесс изготовления тонкоплёночных резистивных элементов на основе модифицированной ионами азота тонкой алюминиевой металлизации. К достоинствам такой технологии относится возможность изготовления резистивных слоев малых номиналов, формирование контактов к резистам в процессе их изготовления. Недостатком такой технологии является высокая температура при обработке, необходимость дополнительного маскирования элементов схем при облучении большими дозами азота.

Контрольные вопросы В чем состоит физическая сущность процесса ионного легирования Укажите основные преимущества ионного легирования.

Каков механизм образования дефектов при ионном легировании Назовите методы отжига дефектов, образующихся при ионной имплантации.

Как влияет ионное распыление на скорость процесса и профиль распределения примеси при ионном легировании Как снизить нагрев материала мишени при ионном легировании Как влияет на параметры ионно-легированных слоев а) энергия ионов; б) доза имплантации; в) плотность тока в пучке; г) ориентация пластины относительно ионного пучка Какова специфика ионного легирования арсенида галлия Рассмотрите применение ионной имплантации для создания изолирующих слоев.

Рассмотрите применение ионной имплантации для создания полупроводниковых резисторов.

Рассмотрите применение ионной имплантации для создания металлических резисторов.

4.6. ИОННО-ЛУЧЕВАЯ ЛИТОГРАФИЯ Специфика ионной литографии связана с экспонированием ионорезиста остросфокусированным ионным пучком. При формировании рисунка субмикронных размеров минимальный диаметр ионного пучка должен быть меньше 0,1 мкм. Для оценки минимального диаметра ионного пучка в конкретной установке можно воспользоваться соотношением:

3/ 16 Idmin = c2/3, (4.18) где - яркость ионного источника, А/(м2ср); I0 - сила тока луча, А;

с - коэффициент сферической аберрации фокусирующей системы.

Источники на основе легких ионов водорода или гелия имеют малую яркость - порядка 106 А/(м2ср), поэтому минимальный диаметр пучка составляет около 3 мкм. Пучки с диаметром менее 0,1 мкм могут быть получены из полевых источников тяжелых ионов олова, галлия и других, яркость которых достигает 1010 А/(м2ср) и более.

Тонкий пучок ионов имеет значительно более слабое угловое рассеяние в мишени, чем пучок электронов, и обеспечивает более высокое разрешение процесса литографии. Поэтому эффекты экспонирования полимерного слоя отраженным от подложки пучком незначительны. Суммарные ядерные и электронные потери энергии ионного пучка в полимерном слое значительно более интенсивны, чем потери энергии электронного пучка; поэтому полимерные резисты оказываются в 10-100 раз более чувствительными к ионному пучку, чем к электронному. Это позволяет надеяться на более быстрый процесс экспонирования тонким ионным пучком. В результате ничтожно малого выхода обратно рассеянных ионов под сравнительно большими углами рассеяния увеличивается разрешающая способность литографии (снижается влияние "эффекта близости"). Вторичные электроны, появляющиеся в процессе литографии, не оказывают практически влияние на разрешающую способность из-за их низкой энергии (длина пробега менее 0,01 мкм). Поэтому можно ожидать, что методами ионной литографии возможно получить топологический рисунок с меньшей шириной линии, чем методами электронной литографии. В настоящее время разрешение ионной литографии достигает 10 - 20 нм. Наличие источников с широким набором ионов облегчает выбор необходимых технологических условий и дает возможность проведения нескольких процессов в одной ионно-лучевой установке.

В ионно-лучевой литографии так же, как и в электронно-лучевой, существует два способа получения топографического рисунка на пластине, покрытой чувствительным к излучению слоем резиста: последовательным экспонированием каждого элемента топологии остросфокусированным пучком ионов или передачей с помощью ионных лучей изображения маскишаблона. В соответствии с этими методами разработаны устройства и установки для их практического осуществления. Эти установки можно разделить на три типа: зондовые, проекционные и проекционные с модульным переносом изображения.

В ионно-лучевых зондовых установках поток ионов должен быть сфокусирован в пятно диаметром в несколько десятков нанометров. Размеры поля сканирования не превышают 1 мм2, так как при больших углах отклонения изменяются размеры сечения пучка. Для лучшей фокусировки поток обычно диафрагмируют, что приводит к резкому снижению силы тока.

Поэтому важное место занимает проблема создания точечных ионных источников с большой яркостью. Основными для ионной литографии являются полевые источники и дуоплазмотроны.

В проекционных ионно-литографических установках применяют потоки ионов с площадью порядка 1 см2, в качестве источника обычно используют дуоплазмотрон с накаленным катодом. Извлекаемый из него ионный пучок проходит через конденсорную и коллимирующую электростатические линзы и попадает на маску-шаблон. Прошедшие через шаблон ионы формируют его изображение на обрабатываемой мишени.



Зазор между шаблоном и мишенью делается минимально возможным, или в нем устанавливаются линзы ускоряющей системы. В проекционных установках используют трафареты со сквозными отверстиями, маски из поглощающих ионы материалов на аморфной поддерживающей мембране и пленочные маски на тонкой монокристаллической основе.

К проекционным установкам модульного переноса изображения относятся устройства с формированием уменьшенного изображения перфорированного шаблона с помощью системы линз. Такие установки существенно более производительны, чем зондовые, достигаемое разрешение составляет 0,5 - 1 мкм.

4.6.1. Ионно-лучевая литография высокомолекулярных органических резистов При реализации процесса ионно-лучевой литографии используются ионы с начальной энергией от нескольких десятков до нескольких сотен килоэлектронвольт. Все современные высокомолекулярные резисты для электроннолучевой литографии могут быть использованы и в ионно-лучевой.

Как и при воздействии электронного луча, при ионном облучении позитивные резисты имеют повышенные скорости растворения из-за разрыва полимерных цепочек (уменьшается средняя молекулярная масса), а негативные резисты становятся нерастворимыми из-за их "сшивки".

Процессы разрыва и сшивки полимерных цепочек при ионном облучении резистов обусловлены ядерными соударениями налетающих частиц с атомами полимера. Чем выше потери энергии налетающей частицы при соударениях на единицу длины пути в резисте, тем больше химических актов разрыва или "сшивки" полимерных молекул в облученном объеме.

На рис.4.9 приведен расчет энергетических потерь (dE/dx) быстрых заряженных частиц в позитивном резисте ПММА (полиметилметакрилат).

Сплошные линии соответствуют потерям энергии на неупругие (электронные) соударения, а штриховые линии - потерям энергии на упругие (ядерные) соударения. Из рисунка видно, что энергетические потери для электронов с начальной энергией 20 кэВ в десятки раз меньше энергетических потерь тяжелых частиц (ионов). В связи с этим естественно ожидать заметного увеличения чувствительности электронных резистов к облучению ионными потоками. При этом предполагается, что существенно не изменяется радиационно-химический выход, т.е. число химических актов разрыва или сшивки полимерных цепочек на 100 эВ энергетических потерь.

В ионно-лучевой, фото- и электронно-лучевой литографиях основными характеристиками высокомолекулярных органических резистов являются чувствительность, контрастность и разрешающая способность. Эти характеристики описывают производительность процесса и предельные возможности создания микротопологического рисунка. Кроме того, резисты характеризуются плотностью микродефектов, адгезией к материалам, применяемым в микроэлектронике, а также химической, плазмохимической и термической устойчивостью в процессах травления. Чувствительность, контрастность и разрешающая способность существенно зависят от физических процессов взаимодействия излучения с резистом.

Чувствительность ионного резиста - это минимальная доза облучения, необходимая для радиационно-химического превращения полимера по всей толщине облученного участка. (Следует отметить, что измерение чувствительности резиста к разным видам облучения необходимо проводить при фиксированных толщине, времени проявления и составе проявителя.) Контрастность ионного резиста определяется обратной величиной десятичного логарифма отношения чувствительности к пороговой дозе, необходимой для начала процесса экспонирования.

Рис.4.9. Распределение энергетических потерь одной частицы при ее пробеге в резисте ПММА.

Остановимся на разрешающей способности резистов, определяемой обычно через минимальную ширину линии, которая может быть проявлена в резистивном слое заданной толщины. Другими словами, разрешающую способность можно характеризовать величиной ухода экспонированной области в направлении, параллельном поверхности резиста. Уход области отсчитывается от перпендикулярной плоскости, которая проходит через границу облученной поверхности резиста. При облучении резистов ионами средних энергий на разрешающую способность резистов практически не влияют обратное рассеяние от подложки и вторичные электроны. Основное влияние на разрешающую способность оказывают упругие соударения налетающих частиц и ядер отдачи с атомами резиста, когда заметно меняется направление пробега. Кроме того, уменьшение разрешающей способности может быть обусловлено угловой расходимостью падающего на резист ионного пучка. Таким образом, задача оценки разрешающей способности резиста сводится практически к расчету эквиэнергетических поверхностей в облученном объеме.

Как показывают расчеты, уход экспонированной области резиста под маску начинает становиться заметным, когда энергетические потери на неупругие и упругие соударения становятся соизмеримыми. В этой области резиста развивается каскад упругих столкновений, приводящий к заметному изменению направления траектории частиц. По мере уменьшения энергетических потерь среднечисловая молекулярная масса полимера увеличивается, стремясь к массе необлученного вещества, а растворимость его в проявителе падает. Изменение условий облучения, толщины резиста и времени проявления позволяет достичь высокой разрешающей способности (в несколько десятков нанометров). Для обеспечения высокой разрешающей способности в слоях резиста с толщиной 1 мкм расходимость падающего на резист ионного пучка не должна превышать 1,4 град (0,025 рад). В общем случае желательно выбирать такую энергию первичных ионов, чтобы толщина пленки резиста была близка к проекционному пробегу ионов в нем, хотя при субмикронной литографии это условие трудно выполнимо.





Экспонирование резистивного слоя ионным пучком может применяться не только для ускорения травления облученного материала, но и для его остановки. Для этого поверхность резиста облучается потоком ионов с начальной энергией в несколько единиц или десятков килоэлектронвольт.

Тонкий приповерхностный слой с имплатированными ионами становится нерастворимой маской в последующем процессе травления. При таком способе литографии картина, проявляемая после ионной бомбардировки, аналогична топологии, проявляемой в негативном резисте.

Экспериментально установлено, например, что маской для реактивного ионного травления ряда высокомолекулярных органических резистов может служить тонкий приповерхностный слой, в который имплантированы ионы In+ с дозой 21016 ион/см2 и начальной энергией от 3 до 20 кэВ. Реальная разрешающая способность, достигнутая в таком процессе, характеризуется линией с шириной 50 нм.

4.6.2. Ионно-лучевая литография неорганических твердых слоев Одной из отличительных особенностей ионно-лучевой литографии является селективность в растворении облученных ионами участков неорганических твердых слоев. Эта особенность обусловлена физическим процессом взаимодействия ионного пучка с веществом, в котором проникающие частицы создают дефекты. По мере увеличения плотности этих дефектов с ростом дозы облучения изменяется скорость растворения (травления) вещества. Свойство твердого тела изменять скорость растворения после облучения ионами позволяет в ряде случаев создавать диэлектрические, полупроводниковые и металлические маски без специального органического резиста.

В качестве примера рассмотрим влияние ионной бомбардировки на травление пленок двуокиси кремния, применяемых в изделиях микроэлектроники в качестве диэлектрических масок. Скорость травления двуокиси кремния в смесях с плавиковой кислотой после бомбардировки вещества ионами повышается. Для практики микролитографии важной характеристикой является селективность травления пленки - отношение скоростей травления облученного и не облученного материалов. Изменение селективности травления двуокиси кремния с ростом дозы облучения имеет пороговый характер: начало изменения наступает при определенной дозе для данного сорта иона, затем селективность растет с дальнейшим ростом дозы и, наконец, при определенной дозе прекращает расти с дальнейшим увеличением плотности облучения. Доза, при которой начинается увеличение селективности травления, зависит от массы падающего иона.

Селективность травления облученных ионами пленок двуокиси кремния уменьшается после их термического отжига. В заключение перечислим основные результаты, на базе которых можно предположить физическую модель дефектообразования в пленках двуокиси кремния при их ионной бомбардировке:

1.Ионное облучение вносит дефекты, обусловленные ядерными столкновениями и изменяющие свойства вещества в слое на глубине до среднего проецированного пробега иона. Это приводит к повышению скорости травления этого слоя в растворах с плавиковой кислотой.

2. Изменение селективности травления пленок зависит от дозы заданного сорта ионов. Можно выделить два пороговых значения:

минимальную дозу, соответствующую началу роста селективности травления, и предельную дозу, соответствующую максимальной селективности травления. При дозах, превышающих предельную, наблюдались две разновидности изменения селективности: постоянство (насыщение) максимальной селективности и ее уменьшение.

3. Максимальная селективность травления пленок, облученных разными ионами при различных энергиях, колеблется от 4,5 до 5,5.

4. Внесенные во время ионной бомбардировки в приповерхностный слой дефекты отжигаются при достаточно высоких температурах (больших 973 К), что указывает на их высокую устойчивость при комнатной температуре.

Контрольные вопросы От каких факторов зависит минимальный диаметр ионного пучка Какие источники пригодны для получения ионных пучков диаметром порядка 0,1 мкм Почему полимерные резисты более чувствительны к ионному воздействию, чем к электронному Почему разрешающая способность ионной литографии выше, чем электронной Укажите основные способы получения рисунка при ионно-лучевой литографии.

Какие процессы происходят при экспонировании полимерного резиста ионным лучом От каких факторов зависит разрешающая способность ионно-лучевой литографии Какую разрешающую способность может обеспечить ионно-лучевая литография Укажите особенности ионно-лучевой литографии неорганических слоев.

Почему меняется растворимость неорганического материала после ионной бомбардировки 4.7. МОДИФИКАЦИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА ПРИ ИОННОЙ БОМБАРДИРОВКЕ 4.7.1. Структурные превращения при ионной бомбардировке Внедрение примеси, образование и накопление различных радиационных дефектов при ионном облучении могут приводить к различным структурным превращениям. Известны несколько типов структурных превращений, происходящих при ионной бомбардировке:

кристалл - аморфное вещество (аморфизация); аморфное вещество - кристалл (кристаллизация); кристалл-кристалл (изменение размера и ориентации зерен в поликристалле, изменение типа кристаллической решетки).

В связи с тем, что поведение металлов под действием ионной бомбардировки очень сильно отличается от поведения полупроводников и диэлектриков, рассмотрим эти два класса отдельно.

Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |   ...   | 27 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.