WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 11 |

Планарная технология является наиболее перспективным методом получения подобных устройств. Основные операции планарной технологии: нанесение тонких диэлектрических и металлических пленок на поверхность полупроводниковой пластины; создание методами литографии и травления необходимой топологии будущей микросхемы; образование электронно-дырочных переходов при легировании кристалла донорами и акцепторами. В результате этих операций отдельным участкам полупроводниковой пластины придаются свойства различных элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов и т.д., что в итоге и формирует интегральную микросхему.

Высокочастотная плазма широко используется в планарной технологии для проведения операций получения и травления диэлектрических и, особенно, резистивных пленок.

Топология будущей микросхемы формируется методами литографии, обеспечивающими перенос рисунка шаблона на поверхность полупроводниковой пластины. Главным элементом литографического процесса является резист, представляющий собой полимерную пленку, растворимость которой в проявителе зависит от вида и длительности облучения.

В зависимости от вида радиации различают фото-, электроно- или рентгено-резисты. В литографии наибольшее распространение получили фоторезисты. В зависимости от природы полимера, в нем под действием облучения развиваются либо деструкция (разрыв химических связей), либо сшивание макромолекул (образуется объемная полимерная сетка).

Это приводит к тому, что деструктирующие при облучении резисты каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ увеличивают растворимость в проявителе, а сшивающиеся резисты наоборот становятся не растворимыми. Указанные свойства полимерных резистов изменять свою растворимость после экспонирования и используются в литографии для формирования рисунка микросхемы.

Литографический процесс включает следующие этапы:

- нанесение резистивной пленки на полупроводниковую пластину;

- облучение пластины через шаблон с определенным рисунком (экспонирование);

- после экспонирования пластину помещают в раствор - проявитель.

В зависимости от типа используемого полимера при проявлении удаляются экспонированные или неэкспонированные области пленки. В соответствии с этим, резисты делятся на позитивные и негативные. К позитивным (деструктирующим) резистам относятся полиметилметакрилат (ПММА), полибутен-1 сульфин (ПБС). Представителем сшивающихся при облучении полимеров-резистов является полиглицилметакрилатэтилакрилат.

- термическое задубливание резиста для увеличения его адгезионных свойств;

- удаление резиста химическим или плазмохимическим способами.

Наиболее эффективно травление диэлектрических пленок и удаление резиста с полупроводниковых пластин осуществляется в плазме высокочастотного разряда.

В настоящей лабораторной работе будет изучена технология стравливания резистивной пленки с кремниевой пластины на установке «Плазма-600». Процесс травления резистивной пленки осуществляется следующим образом. В камере-реакторе установки «Плазма-600» путем высокочастотного разряда создается низкотемпературная воздушная плазма, состоящая из ионов и электронов с энергиями до 100 эВ, активных кислородных (О) и азотных (N) радикалов, нейтральных газовых молекул (N2,O2).

Электроны и ионы бомбардируют резистивную пленку, вызывая разрыв химических связей и распыление пленки. Присутствующие в плазме радикалы взаимодействуют с продуктами радиационного разложения пленки, образуя летучие вещества. Таким образом, осуществляется эффективное удаление с полупроводниковой пластина полимерной пленки резиста.

2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1. Цель и задачи работ - Познакомиться с основными плазменными технологиями и техническими средствами их реализации.

каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ - Освоить установку «Плазма-600», получить навыки травления в высокочастотной плазме диэлектрических пленок на кремниевых пластинах.

- Освоить цветовой метод определения толщины пленки.

- Установить зависимость скорости травления диэлектрической пленки от ее химического состава и технологических параметров установки.

2.2. Экспериментальное оборудование и методика определения толщины плёнки Установка «Плазма-600» (рис. 1) предназначена для получения и травления диэлектрических пленок, а так же для обработки поверхности материалов в плазме высокочастотного газового разряда.

Основные параметры установки:

- частота ВЧ-генератора – 13.56 Мгц - рабочее давление в газоразрядной камере - (103-105) Па - в качестве рабочего газа может использоваться воздух, кислород, аргон, пары летучих жидкостей.

газ Рис. 1 Принципиальная схема установки: 1 - вакуумная камера для плазменной обработки материало, 2 – образец, 3 - нижний электрод, 4 - верхний электрод, 5 - генератор высокочастотного поля, 6 - форвакуумный насос.

Работа на установке «Плазма-600» 1. Открыть дверцу камеры.

2. Открыть крышку камеры.

3. Загрузить в камеру экспериментальные образцы.

4. Закрыть крышку и дверцу камеры.

5. Установить время процесса с помощью тумблера ГАЗ-А.

каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ 6. Автомат «Сеть» поставить в положение «Вкл», загорится лампочка «Сеть».

7. Включить насос кнопкой «Пуск», загорится лампочка «Насос».

8. Тумблер «Накал» поставить в положение «Вкл», загорятся лампочки «Накал», «Генератор». Прогреть генератор в течение 15 мин.

9. Тумблером 7 включить откачку камеры.

10. Проконтролировать по вакуумметру ВТБ-1 включение блокировок 1,2 – каналов, должны загореться сигнальные лампочки на блоке ВТБ-1. Откачать камеру до давления около 10 единиц.



11. Тумблер 4 поставить в верхнее положение. Установить левым верхним натекателем давление по ВТБ-1 на уровне 24-26 единиц.

12. Через 15 мин после выполнения п. 1,3, 8 нажать кнопку «Процесс», загорится лампочка «Процесс» и «Высокое напряжение».

13. Потенциометром установить ВЧ-мощность генератора на уровне (10-45) единиц, при этом ток анода должен быть не более 0,66 А, ток сетки около (20-30) mА.

14. Провести процесс травления в режиме, указанном преподавателем.

15. Вывести потенциометр в крайнее левое положение.

16. Нажать кнопку «Стоп», погаснет лампочка «Процесс».

17. Тумблер 4 поставить в среднее положение.

18. Тумблер 7 поставить в нижнее положение.

19. Через 2-3 мин открыть дверцу и крышку камеры.

20. Выгрузить из камеры экспериментальные образцы.

21. Нажать кнопку «Стоп», погаснет лампочка «Насос».

22. Выключить тумблер «Накал», погаснет лампочка «Накал».

23. Через 5 мин выключить тумблер «Сеть».

Для определения толщины пленок в данной работе используется цветовой метод. Сущность метода состоит в следующем. Тонкие пленки, нанесенные на подложку, приобретают определенную цветность за счет интерференции света, отраженного от двух поверхностей пленки. В этом случае цвет пленки, рассматриваемой в белом свете, зависит от ее толщины. Таким образом, толщину диэлектрической пленки с коэффициентом преломления как у оксида кремния можно оценить, пользуясь таблицей 1.

Цвета, указанные в таблице, наблюдаются при нормальном падении света. Пленки толщиной (0,01-0,25) при изменении угла падения света свой цвет не меняют. Однако, пленки с толщиной более 0,25 мкм при переходе от прямого к косому освещению изменяют свою цветность.

Для совершенно независимого определения толщины пленки по ее ин- каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ Таблица Интерференционные цвета пленок окиси кремния Толщина пленки (микрон) Цвет Порядок Порядок Порядок Порядок цвета 1 цвета 2 цвета 3 цвета Серый 0,Коричневый 0,Синий 0,Фиолетовый 0,10 0,28 0,46 О,Голубой 0,15 0,30 0,49 0,Зеленый 0,18 0,33 0,52 0,Желтый 0,21 0,37 0,56 0,Оранжевый 0,22 0,40 0,Красный 0,25 0,44 0,терференционной окраске необходимо иметь не только таблицу цветов, но и калиброванные образцы, которые можно поместить рядом с измеряемыми и рассматривать при различных углах падения света. Можно обойтись и без калиброванных образцов, если толщина пленки известна с точностью не хуже половины порядка цветности (750-1000).

2.3. Порядок работы 1. Подготовить кремниевые пластины с нанесенной пленкой резиста.

Цветовым методом определить толщину пленки.

2. Провести технологический процесс травления резистивной пленки в двух режимах, отличающихся мощностью ВЧ-генератора и составом рабочего газа. В процессе травления определять толщину пленки через каждые 10 минут 3. Результаты работы представить в таблице 2.

Таблица Плазмо-химическое травление резистивной пленки Давление Мощность Экспозиция Толщина Цвет в камере ВЧ- травления пленки (мкм) пленки генератора (мин) Первый режим 1.

2.

… Второй режим 1.

2.

….

каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ 2.4. Контрольные вопросы 1. Плазма и ее характеристики.

2. Технические источники плазмы.

3. Классификация плазменных технологий.

4. Получение и свойства высокочастотной плазмы.

5. Использование высокочастотной плазмы в материаловедении.

2.5. Литература 1. Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы.- М.:Атомиздат, 1969.- 191 с.

2. Технология СБИС./ Под ред. С.Зи.- М.: Мир, 1986.- 405 с.

3. Основы технологии кремниевых интегральных схем./ Под ред.

Р.Бургера и Р.Донована.- М.: Мир, 1969.- 451 с.

4. Панов Е.Н. Технология изготовления БИС.- М.: Высшая школа, 1989.- 78 с.

5. Коротеев А.С., Миронов В.М., Свирчук Ю.С. Плазмотроны: конструкции, характеристики, расчёт.- М.: Машиностроение, 1993.- 296 с.

каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 1.1. Введение Под электронно-лучевыми (ЭЛ) технологиями понимают технологические операции, в основе которых лежит использование электронных пучков разной мощности.

В зависимости от энергии быстрых электронов все многообразие ЭЛтехнологий делится на два класса:

1. Технологии, основанные на электронно-лучевом нагреве материала. К ним относятся плавление, сварка, закалка, отжиг, поверхностное упрочнение материалов, размерная обработка изделий. Главная отличительная особенность указанных процессов состоит в применении мощных пучков электронов с низкими энергиями (2200) кэВ.

2. Технологии радиационного модифицирования (изменения свойств) и синтеза материалов. Этот класс операций включает полимеризацию, сшивание полимеров, синтез и спекание керамических структур, направленное изменение свойств (модифицирование) твердых тел и жидкостей, дезинфекцию и др. Поскольку в данном случае необходимо получить радиационные эффекты в объеме материала, то используется сильно проникающее в вещество излучение - электроны с большими энергиями (110) МэВ.

1.2. Источники электронных пучков В качестве источников электронных пучков при реализации радиационных технологий, как правило, используются ускорители электронов.

В настоящее время существует несколько десятков типов таких устройств. Независимо от круга решаемых задач и параметров, ускорительные аппараты состоят из одинаковых узлов: инжектор электронов, ускорительное устройство, устройство управления пучком, вакуумная система. В соответствии с принципом ускорения электронов в электрическом поле, все ускорители делятся на две большие группы: а) ускорители прямого действия, б) аппараты многократного ускорения. Устройства первой группы генерируют электронные пучки малых энергий (до сотен кэВ), во втором случае частицы разгоняются до энергий (1 30) МэВ. Рассмотрим принцип действия и параметры ускорителей, наиболее часто используемых для технологических целей.





каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ 1.2.1. Ускорители прямого действия В данном случае электроны приобретают конечную энергию при однократном прохождении высоковольтного промежутка. Тогда энергия электронов в кэВ равна разности потенциалов ускорительной трубки.

Рассмотрим основные типы ускорителей прямого действия, являющихся источниками электронных пучков малых энергий.

1.2.1.1.Электронные пушки Принципиальная конструкция электронных пушек представлена на рис.Рис. 1. Принципиальная схема электронной пушки:

1 - инжектор электронов (катод), 2 - анод, имеющий полость в центральной части для прохождения электронного луча, 3 - магнитная фокусирующая система, 4 - вакуумно-плотный корпус, 5 - пучок электронов, 6 - выходное окно, изготовленное из металлической фольги Электронные пушки наиболее широко используются для плавления, сварки, размерной обработки материалов.

1.2.1.2. Электростатичекий генератор (ускоритель Ван-де-Граафа) В данном случае высокий межэлектродный потенциал создается с помощью движущейся ленты, переносящей заряд от источника к аноду. В ускорительной колонне электроны могут приобретать энергию до нескольких МэВ, обеспечивая плотность тока на уровне десятых долей микроампера.

1.2.1.3. Сильноточные импульсные ускорители Принцип действия такого типа ускорителей состоит в следующем.

Специальные конденсаторы заряжаются до высокого напряжения. При каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ разряде конденсаторов высоковольтный импульс подается на иглообразный катод, что приводит к инжекции большого количества электронов. Мощный электронный пучок выходит из камеры через фольгу и используется для облучения. К данным ускорителям относятся «Фибетрон» (США), «Синус», «ГИН», «Рина», «Мира» (СССР). Параметры генерируемых этими аппаратами электронных пучков следующие: энергия электронов (0,12) МэВ; ток в импульсе достигает килоампер, длительность импульсов - десятки наносекунд, мощность дозы в импульсе - до 1012 Гр/с.

1.2.2. Ускорители многократного действия Принцип ускорения состоит в том, что электроны многократно проходят ускоряющие промежутки, постепенно накапливая энергию. В соответствии с траекторией движения электронов различают линейные и циклические ускорители.

Отличительной особенностью аппаратов многократного действия является генерация электронов высоких энергий.

1.2.2.1. Линейные ускорители Принцип действия: инжектированные в камеру электроны движутся по прямой, многократно проходя расположенные друг за другом ускоряющие промежутки, с приложенным к ним высокочастотным электрическим полем.

Линейные ускорители работают в импульсном режиме с длительностью импульса в несколько микросекунд. Частота следования импульсов может достигать 500 имп/с, энергия электронов (140) МэВ, средний ток пучка (200 600) мкА, длительность импульсов - единицы микросекунд.

Отечественной промышленностью выпускаются ускорители серий У, ЛУЭ, ЭЛУ-4, ЭЛУ-6.

1.2.2.2. Резонансный ускоритель ИЛУ-Разработан институтом ядерной физики СОРАН. Этот ускоритель генерирует импульсы электронов с частотой повторения (275) Гц, длительность импульсов 700 мкс, энергия электронов 2 МэВ, мощность пучка 20 кВт, что позволяет разогреть мишень до 2000 0С.

1.2.2.3. Бетатроны Действие бетатрона, представителя циклических ускорителей, основано на том, что переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле. Двигаясь в таком поле по круговой орбите, электроны ускоряются. Инжектор электронов работает в импульсном режиме. Параметры электронного пучка: длительность импульсов - микросекунды, каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ частота следования импульсов составляет сотни герц, энергия электронов (1030) МэВ, средний ток - (10-7 10-5) А.

К циклическим ускорителям относятся также микротроны и синхротроны.

1.3. Взаимодействие электронов с веществом В радиационных технологиях, как правило, используются электроны с энергиями 2 кэВ 5 МэВ. Быстрые электроны, попав в вещество, передают свою энергию непосредственно атомам (потери на упругие соударения) и атомным электронам (ионизационные потери). Основной причиной торможения электронов средой являются ионизационные процессы.

Мерой тормозной способности вещества являются потери энергии быстрой частицы на единице пути - (dE/dx).

В соответствии с теорией Бора имеем:

dE 2 n q4 4E - = ln, (1) dx E I где E и q - соответственно энергия и заряд быстрых электронов;

n - концентрация атомных электронов в веществе;

I - потенциал ионизации вещества.

Обычно I = 13,5 z, где z - эффективный атомный номер вещества.

Распределение поглощенной дозы по толщине образца неравномерно и имеет вид, представленный на рис. 2.

dE dx Rэ X Рис.2. Качественная картина поглощения энергии электронов в веществе: здесь х - толщина поглотителя Неравномерность поглощения энергии электронов в твердом теле является недостатком радиационных технологий, так как в результате облучения материал приобретает неоднородную структуру.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 11 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.