Контрольные вопросы

1. Какие основные этапы становления электроники?

2. Сущность планарной технологии.

3. Какие материалы применяются в полупроводниковой технике?

4. Какие современные тенденции развития микроэлектроники?

5. Основные требования к технологии производства интегральных схем.

6. Почему в микроэлектронике следует применять низкотемпературные технологии?

7. Какими технологическими достоинствами обладает кремний?

8. Получение полупроводникового поликристаллического кремния.

9. Получение монокристаллического кремния.

10. Какие основные требования предъявляются к кремниевым подложкам?

11. Что такое эпитаксия?

12. Какие требования предъявляются к подложке при эпитаксии?

13. Эпитаксия с использованием конденсации из паровой фазы в вакууме.

14. Процесс кристаллизации из газовой фазы с помощью химического взаимодействия.

15. Молекулярно-лучевая эпитаксия.

16. Атомарно-слоевая эпитаксия.

17. Основные направления совершенствования эпитаксиальной технологии.

7. Основы литографии

7.1. Литографический цикл

Основная тенденция современной субмикроэлектроники и наноэлектроники состоит в увеличении степени интеграции, т.е. в уменьшении геометрических размеров элементов интегральных схем (транзисторов, емкостей, сопротивлений) и все большей плотностью их упаковки. В настоящее время элементы интегральных схем должны иметь размеры менее 0,35 микрон, а точность их изготовления – единицы и даже доли нанометра. Литография является основной технологической операцией, обеспечивающей формирование элементов интегральной схемы в ее каждом функциональном слое с соответствующей точностью. Причем, формируемый топологический рисунок каждого последующего функционального слоя должен быть точно ориентирован относительно рисунка уже сформированного слоя. Точность их совмещения должна быть меньше 20% минимального размера элемента. Рассмотрим основные операции литографического цикла.

Нанесение резиста. На рисунке 7.1. представлена схема основных операций литографии (экспонирования, проявления и травления)

Излучение

Шаблон

Резист

Функциональный слой

Подложка

Экспони-

рование

Проявление

Травление

Рис. 7.1. Схема основных операций литографии

в случае использования негативного резиста. Резист (от англ. resist – сопротивляться) представляет собой полимерную пленку, чувствительную к определенному виду излучения, которая после соответствующей обработки не поддается растворению (травлению) в агрессивных средах, используемых в технологических операциях. Используются негативные и позитивные резисты. Негативный резист в результате воздействия излучения претерпевает такие химические превращения, что после проявления образует нерастворимые участки на поверхности функционального слоя. Рисунок резиста является негативным изображением шаблона. Позитивный резист под действием излучения становится растворимым и после проявления рисунок на поверхности функционального слоя повторяет рисунок шаблона.

Взаимодействие излучения с резистом зависят от его химического строения, а также от спектра излучения и его интенсивности. Резисты должны соответствовать определенным технологическим требованиям: обладать определенной спектральной и энергетической чувствительностью, разрешающей способностью, адгезией к поверхности, термостабильностью и др. В настоящее время разработаны резисты для ультрафиолетовой, электронно-лучевой, рентгеновской и ионной литографий. Дальнейшие исследования направлены на улучшение технологических свойств резистов. К примеру, увеличение энергетической чувствительности резиста обеспечивает уменьшение длительности экспонирования, а значит и более высокую производительность труда.

При поглощении излучения изменяются физико-химические свойства резиста. Для целей литографии в первую очередь имеет значение изменение растворимости резиста. Механизм взаимодействия светового излучения и излучения высоких энергий (включая энергичные пучки) имеет существенное различие. Световое излучение воздействует только на валентные электроны, в то время как рентгеновское излучение или быстрые пучки могут реагировать с внутренними электронами атомов. Поглощение излучения способствует прямой или сенсибилизирующей активации молекул чувствительного компонента резиста. При прямой активации поглотившие излучение молекулы сами участвуют в химических реакциях, при сенсибилизирующей активации – возбужденные молекулы не участвуют в химических взаимодействиях, а передают свою энергию другим молекулам, не способным активизироваться излучением непосредственно.

В исходном состоянии резисты обычно представляют собой вязкие жидкости. Их нанесение на функциональную поверхность наиболее часто осуществляется методом центрифугирования, при котором потери резиста весьма значительны (более 95%). Поэтому центрифугирование сочетают с предварительным окунанием, что существенно уменьшает потери резиста. Так как резист наносится на рельефную поверхность, то необходимо обеспечить планаризацию поверхности, получаемой после нанесения резиста. Это достигается подбором толщины резиста, которая должна быть больше максимальной ступеньки элементов функционального слоя. Для получения более тонких слоев резиста используются плазменное нанесение и вакуумное осаждение. Эти методы, кроме того, не требуют предэкспозиционной сушки, которая необходима для преобразования жидкой пленки резиста в твердую. Удаления растворителя для затвердевания резиста осуществляется с помощью термообработки. На практике используют, в основном, нагрев за счет теплопроводности (нагревая подложку), конвекции (нагрев теплым воздухом), поглощения резистом инфракрасного излучения.