Описание процесса фотолитографии
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО»
кафедра материаловедения, технологии
и управления качеством
ОТЧЕТ ПО ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ
по направлению 22.04.01 «Материаловедение и технологии новых материалов» студентки 2 курса 209 группы
факультета нано- и биомедицинских технологий
Балашовой Ольги Олеговны
Курс 2, 209 гр.
семестр 2,
продолжительность с 15.06.2017 по 26.07.2017
Выполнила: Балашова Ольга Олеговна
Руководитель практики:
доктор физико-математических наук, профессор __________ Филимонов Ю. А.
Саратов, 2017
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….…...2
1 Теоретическая часть………………………………………………………….3
1.1Задачи микроэлектроники..………………………………………….…..3
1.2Интегральные микросхемы………………………………………….…..5
2 Экспериментальная часть…………………………………………………...7
2.1Описание процесса фотолитографии………………………………..…7
2.2 Исследование образцов после фотолитографии…………………....12
2.3 Описание ионного травления и удаление резиста………………..…15
2.4 Измерение магнитосопротивления…………………………………...17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….18СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………..…19
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Создание необходимых свойств в микро- и нано- структурах является очень важным при разработке различных приборов и устройств. Их свойства отличаются от аналогичных им макрообъектов, так как при уменьшении объема материала существенно возрастает роль его поверхности [1].
Процессы легирования, а также наращивания слоёв различных материалов призваны сформировать вертикальную физическую структуру ИМС. Необходимые форма и размеры элементов и областей в каждом слое структуры обеспечиваются процессом фотолитографии.
Фотолитография - процесс избирательного травления поверхностного слоя с использованием защитной фотомаски.
Фотолитография занимает центральное место в современной технологии изготовления изделий микроэлектроники. Именно она чаше всего определяет возможность получения того или иного полупроводникового прибора, особенно в том случае, когда размеры элементов топологии прибора, а также толщины его активных слоев близки к критическим, т.е. предельным для современного уровня развития фотолитографии. Можно сказать, что именно успешное развитие фотолитографии было своеобразным «локомотивом», движение которого определяло темпы развития микроэлектроники.
|
|
|
С помощью литографии можно получить необходимый рисунок на подложке [2].
Методы литографии подразделяются на:
1) литографию с использованием маски: контактная, бесконтактная, проекционная, рентгенолитография, наноимпринт;
2) безмасочную литографию: ионно-лучевая, электронно-лучевая.
Целью данной практики является ознакомление с методами получения микро- и нано- структур, а так же исследование их свойств.
Теоретическая часть
Задачи микроэлектроники
Основной задачей микроэлектроники является создание максимально надежных электронных схем и устройств. Эта задача решается путем отказа от использования дискретных компонентов электронной аппаратуры и создание интегральных микросхем, в которых формирование активных (транзисторы, диоды), пассивных (резисторы, конденсаторы) и соединительных элементов электронной схемы происходит на поверхности диэлектрической подложки в едином технологическом цикле. Минимальное количество внутрисхемных соединений дает возможность резко повысить надежность микроэлектронной аппаратуры. Именно этим преодолеваются сложные противоречия между возросшими требованиями к надежности электронной аппаратуры и ее усложнениями [3].
|
|
|
Второй задачей микроэлектроники является снижение стоимости электронных схем и устройств. Эта задача решается путем исключения нерациональных технологических операций, сокращения числа внутрисхемных соединений, исключения раздельной герметизации отдельных элементов. Снижение стоимости интегральных микросхем по сравнению со стоимостью аналогичных схем на дискретных элементах происходит из-за сокращения количества сборочных операций и из-за комплексного изготовления различных элементов электронной схемы в едином технологическом цикле. Эти преимущества интегральных микросхем становятся более значительными по мере усложнения интегральных микросхем и возрастания в них количества элементов.
Наряду с решением этих двух важнейших задач микроэлектроники создание и использование интегральных микросхем приводит к резкому уменьшению массы и объема электронной аппаратуры по сравнению с аппаратурой на дискретных элементах, а также к уменьшению потребляемой мощности.
Интегральные микросхемы
Интегральная микросхема - это микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее не менее пяти элементов (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов), которые нераздельно связаны и электрически соединены между собой так, что устройство рассматривается как единое целое [4].
|
|
|
С точки зрения интеграции, т.е. объединения многих элементов электронной схемы в одном монокристалле полупроводника, основными параметрами являются плотность упаковки и степень интеграции.
Плотность упаковки - это число элементов электронной схемы в одном кубическом сантиметре объема интегральной микросхемы. Степень интеграции определяется количеством элементов, входящих в состав микросхемы.
Основная классификация интегральных микросхем производится обычно по конструктивно-технологическому признаку. Различают полупроводниковые и гибридные интегральные микросхемы.
Полупроводниковая интегральная микросхема - это интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.
Полупроводниковые интегральные микросхемы в настоящее время являются одним из наиболее перспективных направлений микроэлектроники, так как они позволяют создавать надежные и достаточно сложные в функциональном отношении схемы малых размеров при малой их стоимости.
Плотность упаковки полупроводниковых интегральных микросхем от 104 эл/см3, степень интеграции - 3 и выше. Линейные размеры отдельных элементов полупроводниковых интегральных микросхем могут быть очень малы (около 1 мкм), а расстояние между отдельными элементами около 0.5 мкм.
Гибридная интегральная микросхема - это интегральная микросхема, пассивные элементы которой выполнены посредством нанесения различных пленок на поверхности диэлектрической подложки из стекла, керамики или металла, а активные элементы - навесные полупроводниковые приборы без своих корпусов.
Плотность упаковки гибридных интегральных микросхем несколько меньшая - до 150 эл/см3, степень интеграции также меньше аналогичного параметра полупроводниковых интегральных микросхем. Изготовление гибридных интегральных микросхем перспективно для устройств с относительно небольшим числом активных элементов, что характерно для аналоговых схем.
По функциональному назначению интегральные микросхемы делятся на две большие группы: логические (или цифровые) и аналоговые (или линейно-импульсные).
Логические интегральные микросхемы используют в электронных вычислительных машинах, устройствах дискретной обработки информации, системах автоматики.
Аналоговые интегральные микросхемы используют для усиления сигналов низкой и высокой частоты, видеоусилителей, генераторов, смесителей, детекторов и других устройств, где активные элементы работают в линейном режиме или осуществляют нелинейные преобразования входных сигналов.
Экспериментальная часть
Описание процесса фотолитографии
Фотолитография — процесс формирования на поверхности подложки (или основания изделия) элементов приборов микроэлектроники с помощью чувствительных к высокоэнергетическому излучению (ультрафиолетовому свету, электронам, ионам, рентгеновским лучам) покрытий, способных воспроизводить заданное взаимное расположение и конфигурацию этих элементов. Установкой для фотолитографии является MJB 4 (рисунок 1).
Рисунок 1 — Установка для фотолитографии MJB 4
Основные параметры установки MJB 4:
1. Разрешение и точность совмещения до 1 мкм;
2. Возможность работы с шаблонами различных размеров (от 3´3 до 5´5 дюймов) при диаметре участка экспонирования 2 дюйма;
3. Размер обрабатываемых пластин: до 4 дюймов в диаметре и толщиной до 4 мм;
4. Мягкий, жесткий или вакуумный контакты между шаблоном и пластиной;
5. УФ экспозиция в диапазоне длин волн 350 - 450 нм;
6. Возможность осуществления УФ импринт литографии с шаблонами размером 65´65 мм при участке экспонирования 35´35 мм.
Схема установки для фотолитографии представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 — Схема установки для фотолитографии MJB4:
а) совмещение: 1 – микроскоп; 2 – держатель шаблона; 3 – подложка с резистом; б) контактное экспонирование: 4 – источник УФ (ртутная лампа); 5 – шаблон; 6 – столик; 7 – вакуумный держатель (откачка)
Выделяют три способа фотолитографии: контактный, бесконтактный и проекционный (рисунок 3).
Рисунок 3 — Три способа фотолитографии:
а) контактный; б) бесконтактный; в) проекционный
· Контактная печать. При контактной печати пластина кремния, покрытая резистом, находится в непосредственном физическом контакте со стеклянным фотошаблоном [1];
· Бесконтактная печать. Во время экспонирования между кремниевой пластиной и шаблоном поддерживается небольшой зазор шириной 10-25 мкм [1];
· Проекционная печать. Изображение топологического рисунка шаблона проецируется на кремниевую пластинку, на расстоянии нескольких сантиметров от шаблона [1].
В целом процесс фотолитографии сводится к тому, что на обрабатываемую поверхность наносится фоторезист — раствор светочувствительного полимера в органическом растворителе, изменяющий свои свойства под действием света. Нанесение фоторезиста происходит с помощью центрифуги фирмы SAWATEC (рисунок 4).
Рисунок 4 – Схема процесса нанесения фоторезиста центрифугированием:
1 – дозатор фоторезиста (капельница); 2 – слой фоторезиста; 3 – подложка; 4 – диск центрифуги; 5 – сборник фоторезиста
В центр центрифуги помещается подложка, затем подключается вакуумный насос, обеспечивающий ее фиксирование. С помощью дозатора, начиная от края центрифуги, наносится фоторезист на подложку. Затем центрифуга закрывается крышкой и нажатием кнопки «start» обеспечивается сам процесс центрифугирования. Излишки фоторезиста попадают в сборник фоторезиста.
Следующий этап состоит в экспонировании фоторезиста светом определенной длины волны через фотошаблон с заданным рисунком (рисунок 5).
Рисунок 5 – Изображение фотошаблона
Фотошаблон – это стеклянная пластина с нанесенным на ее поверхности металлическим слоем, картина которого будет прозрачна и непрозрачна для оптического излучения определенных его участков. В процессе фотолитографии слой фоторезиста экспонируется в соответствии с рисунком покрытия, имеющегося на фотошаблоне. Подложку фотошаблона выполняют из стекла. В качестве материала маскирующего (непрозрачного) слоя фотошаблона обычно используются вещества, образующие твердые износостойкие покрытия. Это серебряная эмульсия, обработанный ионами резист, оксид железа, германий, хром или его оксид, оксид европия и другие [2]. Затем проэкспонированные участки фоторезиста удаляются в проявителе, остатки фоторезиста удаляются снимателем. Проявление скрытого изображения фоторезистов заключается в обработке фотослоя органическим растворителем. Если растворяются участки, не подвергшиеся облучению, то это отрицательная фотолитография, в противном случае положительная фотолитография. При положительной фотолитографии в экспонированных участках происходит разрушение структуры (деструкция) с образованием кислоты [2]. При отрицательной фотолитографии в экспонированных участках происходит разрыв связей и образуется перестройка структуры (фотополимеризация).
Выделим основные технологические этапы фотолитографии:
1) Удаление загрязнений с подложек в ходе двухступенчатого процесса в центрифуге:
· очистка ацетоном (CH3COCH3) - для удаления органических загрязнений;
· очистка изопропанолом (CH3CH(OH)CH3) для устранения оставшегося ацетона.
2) Нагрев подложек до температуры в интервале 120 - 150 оС в течение нескольких минут для очистки их поверхности от осажденных из воздуха молекул воды;
3) Нанесение фоторезиста на подложки методом центрифугирования. Скорость вращения образца составляла 6000 об/мин;
4) Сушка фоторезиста. Образцы выдерживали 1 минуту на электроплитке при температуре 80 оС;
5) Экспонирование фоторезиста через фотошаблон, содержащий желаемый рисунок светом ультрафиолетового диапазона (источник УФ излучения – ртутная лампа, дающая широкий диапазон спектра УФ излучения);
6) В дальнейшем образцы в течение 50 сек. проявляют в проявителе, далее опускают в воду на 30 сек., затем сушат в потоке азота;
7) Образцы подвергают окончательной сушке при температуре 120 – 150 оС, что повышает химическую и температурную устойчивость проявленного фоторезиста для последующей его обработки.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 785; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!