Лекция пропущена!!!

23 апреля 2012г.

Тема: «Литография».

Фотолитография — технологический метод, предназначенный для формирования на подложке топологического рисунка микросхемы с помощью чувствительных к излучению покрытий.

По типу излучения литография делится на оптическую, рентгеновскую и электронную.

В фотолитографии используют ультрафиолетовое излучение с длиной волны 200-450 нм.

Рентгенолитография использует мягкое рентгеновское излучение с длиной волны 0.5-1.5 нм.

В электронной литографии электронное излучение с длиной волны 0.01 нм.

Чем меньше длина волны, тем меньшие размеры элементов рисунка, ограничиваемые эффектом дифракции, возможно получить.

Наибольшее распространение получила фотолитография, которая позволяет достичь минимальных размеров до 22 нм.

Резисты делят на два класса: негатив и позитив.

У негативного резиста в результате воздействия уменьшается растворимость полимеров. Его молекулы сшиваются в поперечную цепочку. Если подложку, покрытую негативным резистом опустить в растворитель, то неэкспонированные участки вымываются, а экспонированные образуют рельеф заданной конфигурации.

Позитивные резисты наоборот — обретают повышенную растворимость. На подложке остается рисунок из необлученных участков.

В литографии применяют шаблон — стеклянная или кремниевая пластина, с нанесенным на нее топологическим рисунком, непрозрачная для используемого облучения. При облучении рисунок шаблона передается на слой резиста, чтобы после проявления воплотиться в виде защитного рельефа.

В электронной литографии применяется другой способ: вычерчивание требуемой конфигурации сфокусированным лучем. Луч сканируют по подложке, экспонируют в нужные участки резиста. Шаблон при этом не нужен.

Технологический цикл прямой фотолитографии включает в себя:

· Обработка подложки.

· Нанесение слоя фоторезиста.

· Инфракрасная сушка.

Экспонирование через шаблон топологического рисунка. Если фотошаблонов несколько, то перед экспонированием выполняют совмещение рисунка очередного фотошаблона с рисунком оставшегося от предыдущего фотошаблона.

· Проявление и образование рельефа из резиста.

· Инфракрасная сушка рельефа и резиста.

Обратная фотолитография используется в двух случаях: материал в подложке не травится, или подложка представляет собой сложную, многослойную, тонкопленочную структуру.

Свойства фоторезиста:

· Светочувствительность.

· Разрешающая способность.

· Стойкость к воздействию агрессивных факторов.

· Стабильность.

Фотошаблон — наиболее ответственная составляющая процесса фотолитографии. Заменяя один фотошаблон на другой можно быстро найти оптимальный технологический режим, обеспечить получение весьма малых размеров, изменить один тип резиста на другой, более подходящий, вести плазменную обработку вместо химического травления и т.д.

Комплект фотошаблонов изготавливается в течении нескольких месяцев.

Электронно-лучевая или электронная литография — комплекс технологических процессов для получения претензионных рисунков на поверхности.

Она является наиболее перспективным методом формирования элементов субмикронных размеров.

Известны две системы электронно-лучевой литографии: сканирующая и проекционная. Наибольшее распространение получила последняя.

Длина волны электронов с энергией 15 кэВ равна 10^-2 нм. или в 50 тысяч раз меньше длины волны средней части видимого спектра.

Разрешающая способность электронного пучка на 4 порядка выше светового. Управление перемещением осуществляется с помощью ПК. Используется два способа: векторный и растровый. При векторном сканировании и перемещении луч направляется в заданное место топологического рисунка и передвигается в пределах очертания данного элемента. Затем луч выключается, направляется на следующий элемент, и вновь движется лишь в пределах этого элемента топологии. По окончании сканирования определенного участка передвижением столика устанавливается новое поле сканирования. Этот способ удобен для формирования одинаковых областей, например, создании контактных окон.

При растровом перемещении луч непрерывно движется взад-вперед по полю не очень большого размера — 256 мм. Столик с пластиной перемещается в плоскости XY под прямым углом к направлению экспонирующего луча. Растровое сканирование чаще всего применяется при изготовлении фотошаблонов. Производительность: один шаблон со стороной в 125 мкм за 1 час.

Рентгенолитография.

Она, как и электронная, устраняет дифракционные ограничения излучения. Рассеивание рентгеновских квантов в подложке намного меньше, чем рассеивание электронов.

Достоинства:

· Высокая разрешающая способность в 0.01 мкм.

· Большая глубина резкости, обеспечивающая экспонирование с большим зазором и как следствие долговечность шаблонов.

· Малая чувствительность к частицам пыли.

· Нечувствительность к внешним магнитным и электрическим полям.

Рентгеновское излучение получают путем воздействия на мишень сфокусированным пучком электронов. В качестве мишени используют медь, алюминий, палладий.

Недостаток:

· Без охлаждения рентгеновская пушка может расплавиться.

17 мая 2012г.

Тема: «Металлизация»

В первых образцах интегральных схем соединения между компонентами осуществлялись с помощью тонких проволочек, присоединяемых к контактным участкам методом термокомпрессии. Такие соединения дороги и нетехнологичны.

После появления планарной структуры межсоединения в интегральных микросхемах стали выполняться с помощью тонких металлических пленок, нанесённых на изолирующий слой оксида кремния. Для осуществления коммутации в интегральных схемах можно использовать следующие материалы: золото, никель, олово, серебро, хром, алюминий, а также соединения титан+золото, титан+платина, молибден+золото.

К системам металлизации предъявляют следующие требования: высокая проводимость, хорошая адгезия кремния и его оксидов, способность к образованию качественного омического контакта, отсутствие вредных интометаллических соединений, технологичность метода нанесения рисунков, устойчивость к электродиффузии, металлургическая совместимость со сплавами, которые применяются для присоединения внешних проводов металлизированной схемы.

Самым распространенным и дешевым материалом для металлизации является алюминий, который обычно наносят методом испарения в вакууме.

Свойства плёнок алюминия.

Зависит от целого ряда условий, таких как частота испаряемого материала, давление в вакуумной системе, скорость напыления, температура подложки и др.

Пленки, нанесенные на аморфную поверхность CO₂ термически окисленных пластин кремния, являются поликристаллическими с некоторой тенденцией к определенной ориентации крестовины. После напыления пленки имеют зеркально-гладкую поверхность. Удельное сопротивление напиленной пленки толщиной 1 мкр.м составляет около 3^10-6 ом*см.

Алюминий имеет относительно низкую температуру испарения, и поэтому вероятность загрязнения напыленной пленки примесями из вакуумной камеры и испарителем должна быть небольшой по сравнению с металлами, имеющими более высокую температуру испарения.

Алюминий пластичен и стоек к циклическим изменениям температуры.

Низкая температура подложки при его напылении и отжиге позволяют получить пленки с низким механическим напряжением вследствие малой разницы при уменьшении температуры до комнатной.

Алюминий устойчив к окисляющему воздействию окружающей среды.

21 мая 2012г.

…//продолжение

Легко обрабатывается методами фотолитографии для получения необходимой конфигурации контактов и межсоединений интегральных микросхем, причем, в таких травителях, которые не воздействуют на кремний и его окиси.

Его можно использовать в схемах устойчивых к воздействию радиации.

Существует и ряд недостатков алюминия:

1. Мягкость металла.

2. Появление пустот.

3. Возможность короткого замыкания через диэлектрическую пленку.

4. Возникновение коррозии вследствие гальванического эффекта.

6. Взаимодействие с окислом кремния.

7. Способность образовывать хрупкие соединения с золотом.

Защита алюминиевой пленки от повреждения осуществляется нанесением поверх металла диэлектрического слоя. Такое покрытие служит одновременно для предохранения близкорасположенных токонесущих полосок от коррозии, а также от закорачивания этих полосок посторонними частицами.

Электродиффузия в плёнках алюминия.

Электродиффузия — явление переноса вещества, металлов при высоких плотностях тока.

В пленках алюминия, применяющихся для металлизации интегральных микросхем, электродиффузия приводит к разрыву алюминиевого проводника, вследствие образования пустот и скопления вакансий алюминия.

В сплошном металлическом проводнике, на термически возбужденные ионы металла в узле решетки действуют две силы: первая направлена навстречу электронному потоку при приложении к проводнику электрического тока.

Другая сила действует по направлению потока и появляется за счет обмена импульсами между электронами проводимости и возбужденными ионами металла при столкновениях. Это явление называется «электронный ветер».

В мелкозернистых пленках алюминия, полученных осаждением на холодной подложке, преобладает диффузия по границам зерен и поверхностная диффузия. Вследствие этого энергия активации определяется низкой величиной и составляет 0.48 электровольт.

Методы получения металлических пленок.

Общие требования к тонким, токопроводящих пленок: равномерность толщины плёнки, однородность ее структуры, надежная адгезия с подложкой или с другими материалами, с которыми она контактирует.

Основными методами осаждения тонких пленок являются: вакуумное испарение с косвенным подогревом, ионно-плазменное распыление, осаждение из газовой фазы, восстановление атмосфере водорода и термохимическое разложение. Выбор того или иного метода зависит от осаждаемого материала подложки, структуры и толщины пленки. Наиболее распространенный метод — метод вакуумного распыления. Этот метод позволяет наносить пленки различного назначения в одной установке, в едином технологическом цикле.

Пленки тугоплавких металлов, таких как вольфрам, тантал, молибден, можно осаждать ионо-плазменным катодным распылением.

В настоящее время наиболее широкое распространение получил метод ионо-плазменного распыления с помощью магнетронных распылительных систем (устройств для генерирования плазмы). В методе магнетронного распыления используется скрещивание магнитного и электрического поля.

Магнетрон представляет собой двухэлектродную систему, в которой распыляемый материал является катодом. Использование магнетронного распылителя позволяет наносить металл с высокой скоростью.