2. Одним из определяющих технологических
процессов в микроэлектронике в течение
более 40 лет продолжает оставаться
литография. Литография или
микролитография, а сейчас может быть
уместно, говорить о нанолитографии,
предназначена для создания топологического
рисунка на поверхности монокристаллической
кремниевой пластины. Основным
литографическим процессом в современной
микроэлектронике является
фотолитография.
3. 10 ступеней литографического процесса.
Si O2
1. Подготовка поверхности
(промывка и сушка)
фоторезист
2. Нанесение резиста (тонкая
пленка полимера
наносится ценрифугированием)
3. Сушка (удаление
растворителя
и перевод
резиста в твердую
растворимую фазу)
4. Совмещение фотошаблона и
фотошаблон
экспонирование
(положительный резист
под
действием света
переходит в
нерастворимую
фазу )
5. Проявление резиста (промывка
в растворителе,
удаляющем
неэкспонированный резист)
Si
4. 6. Стабилизирующий
отжиг (удаление остатков
растворителя)
7. Контроль и
исправление дефектов.
8. Травление
(Непосредственный
перенос рисунка
маски на поверхность
полупроводниковой
структуры)
9. Удаление фоторезиста.
10. Финишный контроль.
6. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ
ЭКСПОНИРОВАНИЯ.
Для получения структур с разрешением ниже 100
нм становится обоснованным использование
принципиально новых способов экспонирования.
Принимая во внимание необходимость разработки
высокопроизводительных литографических систем
можно выделить следующие 4 основные
направления: предельный или экстремальный
ультрафиолет (extreme UV lithography – EUVL),
электронная проекционная литография (SCALPEL),
рентгеновская литография (Х- ray lithography),
ионная литография (ion beam lithography).
7. Ионно-лучевая литография
Ионные пучки в
электроники
используются для
различный целей:
размерная
микрообработка
удалением материала
направленное изменение
свойств материала
легированием
анализ структуры и
состава материала
8. Высокоинтенсивный сканирующий ионный зонд
на основе жидкометаллического источника
Источник ионов
Втягивающий электрод
Электроды ускоряющей и управляющей
линзы
Мишень
Яркость источника в плоскости изображения
β :=
1
2
π ⋅ α ⋅ AS
Площадь эмитирующей области
A s := π ⋅ α 0 ⋅ ( ra)
Диаметр пятна ионов
d := Cc ⋅ α 0 ⋅
∆Ε
Ε0
2
9. Электрическое поле заряженного острия
На вершине острия источники имеют
сферическую поверхность радиуса R. Эта
сферическая поверхность сопрягается с
поверхностью конуса с углом раствора Q
Напряженность поля вблизи острия
Ε :=
V0
k⋅ R
Точное значение эл-го поля м.б. найдено
на основе ур-я Пуассона V0 ( − k2⋅Q)
Ε :=
⋅e
k1 ⋅ R
10. Конус Тейлора
При некотором значении потенциала электростатическое
напряжение становится больше сил поверхностного натяжения и
на кончике острия возникает конусообразной формы капля.
В результате вблизи вершины создается эл. поле большой
напряженности, вызывающее явление полевого испарения
ионов.
Испарение происходит только путем термической − Q
активации, согласно уравнению Аррениуса
k⋅T
PT := Di ⋅ e
Вероятность испарения полем
−1
2
−
4 ⋅ Mi ⋅ 1 +1 ( Q)
⋅ 2
⋅
3 ( h) 2
S S
Pe :=Di ⋅ e
Основная трудность в данном виде литографии
заключается в необходимости допустить
чрезвычайно малый радиус острия – около 1 нм
3
2
11. Взаимодействие пучка ионов с
веществом
Z2
M1
dE := 0.278N ⋅ Z ⋅
⋅
dZ
1
2
2 M + M
n
1
2
3
3
( Z1) + ( Z2)
1
2
2
2
2
M 1 ⋅ cos ( Θ) + ( M ) 2 − ( M 1) ⋅ sin Θ
Энергия иона после рассеяния на Ε := Ε 0 ⋅
( M1 + M2) 2
угол Q
Взаимодействие ионов с
электронами
Пробег иона
dE := k ⋅ E
dZ
e
1
2
1
4 ⋅ k ⋅ k ⋅ E0
R := 2 ⋅ k ⋅ E0 ⋅ 1 −
3
2
12. Распыление
Ион вызывает каскад атомных столкновений
Коэффициент распыления
E
S(E)
M2/M1
0.211
0.01
0.20
1.0
0.23
5.0
0.98
10.0
5.0
4⋅π
⋅
0.17
0.5
2
( 4 ⋅ M1 ⋅ M2) ⋅ E
( M1 + M2) 2 ⋅ U0
α
0.01
S( E) :=
3⋅α
0.1
0.372
1.0
0.356
10.0
0.128
К-т распыления периодичен с табл.
Менделеева
теория распыления основана на механизмах
случайных
столкновений, ур-ии Больцмана и общей
теории переноса
каскад столкновений возникает, когда
энергия первичного иона
достаточно велика для того, чтобы он мог
передать энергию,
превышающую энергию смещения атомов
крист. Решетки.
13. Ионно-трековая технология
Это ядерная технология, использующая происхождение высокоэнергетических
тяжелых ионов через конденсированную среду для формирования очень узких
ионных треков, содержащих разупорядоченную зону диаметром 5-10 нм.
Впервые экспериментально ионные треки диаметром менее 30 нм и длиной
более 4 мкм были обнаружены в 1959 г. после облучения тонких листов
слюды-мусковита. Возникновение треков, вблизи которых могут
происходить локальное плавление, аморфизация и разрушение материала,
является следствием радиационного повреждения. Высокая объемная
концентрация треков в твердом теле позволяет формировать на их основе
наноструктуры с существенно большей плотностью элементов, чем
достигнутая в современных ИС. Зоны, возникающие вдоль треков,
поддаются селективному травлению с образованием каналов с отношением
диаметра к длине 10000.
Трековые каналы и растворение полимерной матрицы в щелочи дает
возможность получать индивидуальные нанопроволоки, металлические
микрощетки.
Ионно-трековая технология пока еще является экзотичной, но можетнайти
применение в производстве наноструктур.
16. Ионно-лучевые установки, с
различной формой луча
1-источник ионов;
2,4,7-электростатические и
магнитные линзы;
3,5- диафрагмы,
определяющие форму луча;
6-катушки управления формой
луча;
8-юстировочные катушки;
9-отклоняющая система;
10-обрабатываемая пластина.
