Магнетронное распыление — технология нанесения тонких плёнок на подложку с помощью магнетрона.
Принцип магнетронного распыления основан на образовании над поверхностью катода кольцеобразной плазмы в результате столкновения электронов с молекулами газа (чаще всего аргон). Положительные ионы, образующиеся в разряде, ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность, выбивая из неё частицы материала.
Тяжелый ион аргона (белый шарик) разгоняется в электрическом поле и выбивает атом материала (красный шарик), который высаживается на поверхности подложки, образуя на ее поверхности пленку.
Физические процессы, происходящие в материале при его бомбардировке
Покидающие поверхность мишени частицы осаждаются в виде плёнки на подложке, а также частично рассеиваются на молекулах остаточных газов или осаждаются на стенках рабочей вакуумной камеры.
При столкновении ионов с поверхностью мишени происходит передача момента импульса материалу[1][2]. Падающий ион вызывает каскад столкновений в материале. После многократных столкновений импульс доходит до атома, расположенного на поверхности материала, и который отрывается от мишени и высаживается на поверхности подложки. Среднее число выбитых атомов на один падающий ион аргона называют эффективностью процесса, которая зависит от угла падения, энергии и массы иона, массы испаряемого материала и энергии связи атома в материале. В случае испарения кристаллического материала эффективность также зависит от расположения кристаллической решетки.
Для эффективной ионизации аргона, распыляемый материал (мишень) размещают на магните. В результате эмиссионные электроны, вращающиеся вокруг магнитных силовых линий локализуются в пространстве и многократно сталкиваются с атомами аргона, превращая их в ионы.
При бомбардировке поверхности мишени ионами генерируются несколько процессов:
ñ ионное(катодное) распыление материала мишени;
ñ вторичная электронная эмиссия;
ñ десорбция газа;
ñ имплантация дефектов;
ñ ударная волна;
ñ аморфизация.
Магнетронное распыление, в отличие от обычного диодного распыления, позволяет получать высокую плотность ионного тока, а значит, и высокие скорости распыления при относительно низких давлениях порядка 0,1 Па и ниже.
34.Фотолитогра́фия
Фотолитогра́фия — метод получения рисунка на тонкой плёнке материала, широко используется в микроэлектронике и в полиграфии. Один из основных приёмов планарной технологии, используемой в производстве полупроводниковых приборов.
Для получения рисунка используется свет определённой длины волны. Минимальный размер деталей рисунка — половина длины волны (определяется дифракционным пределом).
Фоторезист — специальный материал, который изменяет свои физико-химические свойства при облучении светом.
Фотошаблон — пластина, прозрачная для используемого в данном процессе электромагнитного излучения, с рисунком, выполненным непрозрачным для используемого излучения красителем.
Процесс фотолитографии происходит так:
1. На толстую подложку (в микроэлектронике часто используют кремний) наносят тонкий слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На этот слой наносится фоторезист.
2. Производится экспонирование через фотошаблон (контактным или проекционным методом; см степпер).
3. Облучённые участки фоторезиста изменяют свою растворимость и их можно удалить химическим способом (процесс травления). Освобождённые от фоторезиста участки тоже удаляются.
4. Заключительная стадия — удаление остатков фоторезиста.
Если после экспонирования становятся растворимыми засвеченные области фоторезиста, то процесс фотолитографии называется позитивным. Иначе — негативным.
Электронолитография
Электронолитография осуществляется в установках, аналогичных растровым микроскопам. [1]
При электронолитографии используют либо параллельный поток электронов (проекц. Первый метод обладает более высокой производительностью, но требует сложных шаблонов и имеет ограниченную разрешающую способность. Второй позволяет достичь разрешения лучше 0 1 мкм (а экспериментах Дж 2 нм) и формировать изображение без помощи шаблона путем прямого управления лучом с помощью ЭВМ, Разрешающая способность электронолитографии определяется рассеянием электронов в резнете и их обратным рассеянием в результате отражения от подложки. Для уменьшения этих явлений применяют двухслойные резисты. Поэтому обычно ее применяют в сочетании с фотолитографией и рентгенолитографией. При этом электронолитографию используют для формирования шаблонов и отдельных, наиб, ответственных рисунков на пластинах. [2]
Развитием электронолитографии является рентгенолитография, в которой используется излучение большей энергии. [3]
Резистахми в электронолитографии могут быть любые полимеры, свойства которых дифференцируются под действием электронно пучка. Негативные резисты более чувствительны, и у них наблюдается больший диапазон чувствительности, чем у позитивных. На примере большого числа полимеров показано, что в ряду негативных резистов чувствительность не является линейной функцией молекулярной массы. Среди негативных - полимеры, содержащие олефины и эпоксисоединения, обладают наибольшей скоростью структурирования. Сенсибилизаторы мало влияют на электроночувствитель-ность вследствие неселективности возбуждающего излучения. [4]
Перспектива метода электронолитографии состоит в создании многолучевых установок с острофокусированными пучками. [5]
Основным преимуществом электронолитографии (помимо разрешающей способности) является возможность программного управления процессами формирования и отклонения электронного луча и визуализации с помощью электронного микроскопа. Это позволяет получать конфигурацию встречно-штыревых структур фильтров ПАВ непосредственно на звукопроводе, покрытом слоем электронорезиста или фоторезиста без использования фотошаблонов. [6]
Современные методы электронолитографии позволяют получать разрешение 1 нм, что на 1 5 - 2 порядка превышает предельное разрешение оптических методов. В первом случае используют растровые электронные микроскопы или специализированные электронно-лучевые установки. [7]
В основе электронолитографии лежит взаимодействие электронного пучка с резистом, разрыв межатомных связей в материале резиста и перестройки его структуры, в результате чего способность резиста к растворению в определенных составах (проявителях) резко изменяется: для негативных - уменьшается, для позитивных - возрастает. [8]
Важным материалом в электронолитографии являются электронорезисты, чувствительные к электронам и позволяющие проводить необходимую химическую или ионную обработку. В качестве таких электронорезистов можно использовать обычные фоторезисты, как позитивные, так и негативные. Исследования показали, однако, что их разрешающая способность недостаточна из-за того, что получаемая экспонированная линия значительно шире диаметра электронного пучка. [9]
Ионолитографвя обладает свойствами сканирующей электронолитографии, но эффект обратного рассеивания здесь выражен значительно слабее. Сканирующие ионные системы используют для прямого формирования структуры интегральных схем без шаблонов. При этом ионный пучок, управляемый ЭВМ, осуществляет легирование полупроводника, вносит в него локальные радиац. [10]
Современные разработки в области электронолитографии преследуют цель не только увеличения уровня интеграции элементов схемы, но и повышения производительности всего процесса в целом. Значительное увеличение выхода годных структур достигается не только использованием резистов с повышенной электроночув-ствительностью и увеличением быстродействия управляющих систем, но и совершенствованием технологии электронолитографии в результате полифункционального использования резистов (см. с. Так, описана селективная диффузия в полупроводниковые пластины непосредственно из рельефа кремнийорганического полимера, содержащего легирующие примеси п - или р-типа [99, 100], заполимеризованного по рисунку действием электронного пучка. [11]
Однако основные ограничения метода однолучевой электронолитографии - малые площади экспонирования и вытекающее из этого большое время последовательного экспонирования больших площадей - препятствуют распространению бесшаблонной электронолитографии. [12]