WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ В.П. Вейко ЛАЗЕРНЫЕ МИКРО– И НАНОТЕХНОЛОГИИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ Опорный конспект лекций Санкт-Петербург 2011 В.П. Вейко В.П. Опорный конспект лекций «Лазерные микро– и нанотехнологии в микроэлектронике». – СПб: НИУ ИТМО, 2011.

– 141 с.

Для бакалавров и магистров направлений 200500 «Лазерная техника и лазерные технологии, 200200 «Оптотехника», 223200 «Техническая физика», 200700 «Фотоника и оптоинформатика», 200100 «Приборостроение», а также для студентов специальностей 200201 «Лазерная техника и лазерные технологии», 210401 «Физика и техника оптической связи». Курс также может быть полезен инженерам, ученым, менеджерам, которые интересуются применением лазерных технологий в микроэлектронике, для понимания преимуществ и ограничений использования лазеров в этой области, для расширения и углубления их знаний в области процессов лазерной обработки.

Рекомендовано к печати Ученым Советом инженерно–физического факультета 13.09.11, протокол №9.

В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена программа его развития на 2009–2018 годы. В 2011 году Университет получил наименование «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» © Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2011 ©В.П. Вейко, 2011 – 3 – ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие I Основные области применения лазерных технологий в базовых процессах микроэлектроники:

– лазерная литография – лазерная настройка – лазерный отжиг – импульсное лазерное нанесение пленок – лазерная очистка поверхности II Лазерная обработка тонких пленок (ЛОТП) 1 Общая концепция ЛОТП 2 Средства и методы ЛОТП 2.1 Лазеры для ЛОТП 2.2 Оптические схемы для ЛОТП:

– фокусирующие методы – проекционные методы – роль когерентности света – ближнепольная оптическая литография 2.3 Физические процессы формирования топологии тонких пленок (ТП) – лазерный нагрев тонких пленок – механизм удаления пленки – механизм локального осаждения пленок – лазерное окисление (с селективным травлением) 3 Точность и качество ЛОТП 3.1 Термические искажения изображений на ТП 3.2 Термохимические искажения изображений 3.3 Термомеханические процессы в пленках и подложках 3.4 Гидродинамические искажения 3.5 Газодинамические искажения 3.6 Оптические искажения 4 Основные применения ЛОТП – 4 – 4.1 Технология фотошаблонов:

– лазерная ретушь фотошаблонов – оперативная корректировка топологии – изготовление фотошаблонов – формирование топологии интегральных схем – лазерная генерация фотошаблонов окислением тонких металлических пленок с селективным травлением 4.2 Лазерный синтез дифракционных оптических элементов, CD–дисков 4.3 Изготовление оптических шкал, сеток и кодовых масок 4.4 Применение лазерного локального переноса пленок 4.5 Возможности улучшения процесса лазерной подгонки 5 Перспективы ЛОТП 5.1 Оптимизация процессов лазерной обработки:

5.2 Возможности улучшения лазерной подгонки 5.3 Развитие методов локального лазерного переноса пленок (LIFT) 5.4 Объединение активации химических процессов с их локализацией 5.5 Преодоление дифракционного предела в ЛОТП Выводы – 5 – ПРЕДИСЛОВИЕ Ожидаемая нано*технологическая революция ХХI века - окажет глубокое влияние на промышленный сектор и на все сферы деятельности человека: от промышленного производства – выплавки металлов, создания микроприборов в микроэлектронике, нанофотонике, до разработки новых биосовместимых устройств и препаратов, методов и подходов в медицине, фармацевтике и т.д. Нанотехнология предполагает управление свойствами материалов, изделий и другой продукции) на атомарном или молекулярном уровнях.

В настоящем пособии будут рассмотрены вопросы применения лазерных микро– и нанотехнологий в микроэлектронике.

Еще недавно длина волны света считалась пределом его локализации, и в связи с тем, что середина видимой области приходится на 0,5 мкм, оптические методы признавались бесперспективными для субмикронного (нанометрового) диапазона размеров. На смену им разрабатывались процессы и методы электронной и рентгеновской литографии.

Ситуация радикальным образом изменилась в последние годы в связи с достижениям в лазерных технологиях (пороговые процессы), в изучении процессов взаимодействия излучения с веществом (нелинейные процессы) и в появлении новой области– ближнепольной оптики. Теперь оптические методы и процессы в связи с их разработанностью, гибкостью, относительной простотой, и в связи с появлением перспективы вновь являются основными методами локализации воздействий на данном этапе развития нанотехнологий.

* Нано–от греч. карлик,пигмей–размерами менее 1 мкм – 6 – 1. Основные области применения лазерных микро – и нанотехнологий в базовых процессах микроэлектроники –Лазерная литография –Лазерная подстройка параметров –Лазерный отжиг пленочных структур –Импульсное лазерное нанесение пленок –Лазерная очистка поверхности – 7 – ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ/НОУТБУКОВ * *NEC — данные Nippon Electronic Copropration LCD — жидкокристаллические дисплеи TFT — тонкопленочные дисплеи CPU — центральный процессор DRAM — устройство оперативной памяти Quartz Osc. — кварцевые резонаторы (генераторы) Chip R — чипы резисторов Package module interposer — корпуса модулей Second battery — вспомогательные аккумуляторы – 8 – ЛАЗЕРНЫЕТЕХНОЛОГИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕФОНОВ * *NEC — данные Nippon Electronic Copropration AMP — блок усилителей VCO — генератор, управляемый напряжением TCXO — термостабилизированный генератор, Chip R — чипы резисторов, Chip L — чипы индуктивностей PCB — силовой блок управления, Vibrator — резонатор Buzzer — зуммер Secondary battery — вспомогательные аккумуляторы «В конструкции современных аудиоплееров (iPod) и мобильных устройств типа iPhone очень трудно найти хотя бы одну деталь, которая изготавливается без участия лазерных технологий» (G.Overton, S.G.Anderson, T.Hausken, D.A.Belforte. Optoelectronics report, v.16, N1, 2009).



– 9 – ТИПИЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ Область Операция Компонент Коммент.

применения или (основная, устройство сборочно– монтажная) Ретушь Фото Основная фото шаблоны шаблонов (перекрестия) LSis Маркировка пластины Сборочно– пластин Si Si i монтажная Литография эксимерным LSis Основная лазером Полу Восстановле- Динамическая проводниковые ние выборочная опОсновная устройства памяти тическая память(DRAM) Точная Сборочно– точечная Оптические монтажная сварка модули Корпуса Сборочно– Маркировка интегральных монтажная корпусов ИС схем(ИС) Сквозное Сборочно– микро Корпуса монтажная сверление СSP ИС Основная – 10 – Область Операция Компонент Коммент.

применения или устройст- (основная во упаковка) Ретушь фото- Фотошаблоны Основная шаблонов LCD для LCD Восстановление Основная TFT-LCD TFT-LCD Устройства ELA отжиг низко Поли-Si дисплея температурных TFT-LCD Основная ELA Точечная Сборочно– сварка TV трубки монтажная электронных Основная пушек Подстройка Чипы Основная резисторов резисторов Настройка Основная частоты VCO, TCXO резонаторов Сквозное Электронные Сборочно– сверление печатные монтажная встроенных платы Основная Компоненты пультов схемы Точная Волоконная Сборочно– точечная сварка оптика монтажная Точная Сборочно– точечная сварка Миниатюрные монтажная реле Маркировка Корпуса Сборочно– корпусов компонентов монтажная – 11 – Область Операция Компонент Коммент.

применения или (основная устройство сборочно– монтажная Текстуриро- Жёсткие вание диски Основная жёстких дисков Точечная сварка Суппорты подвески жёсткого Сборочно– суппорта диска монтажная жёсткого Периферические диска устройства Сверление Головки насадок принтера для Основная ввода чернил ввода чернил в принтерах Маркировка Клавиатуры, Сборочно– наборы монтажная клавиш Шовная Литиевые сварка пломб ионные Сборочно– и отсеков батареи монтажная батарей Энергетические устройства Формирование солнечные (устройства топологии мо- элементы с питания) дулей аморфным Si Основная а-кремниевых солнечных элементов – 12 – ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ Основной Основные физический лазерные Технологии процесс источники Формирование топологии, ретушь фотошаблонов, подстройка R,C,f.

Сквозное микросверление Точная Эксимерные отверстий для электермическая Nd-YAG тронных печатных абляция CO2 плат, насадок для (испарение) чернил принтеров.

Резка пластин полупроводников, солнечных панелей, стекла, керамики.

Субмикронная Фотоабляция Эксимерные литография на полимерах Влажное термо- и Эксимерные Изготовление фотохимическое Ar-ионные, СО2 фотошаблонов, травление MEMS, MOEMS Прототипирование, 3D микро Эксимерные лазер-LIGA, структурирование, Nd-YAG MEMS,MOEMS Планаризация, полировка Управление Эксимерные стекла, тестурирование микрогеометрией Nd-YAG жёстких магнитных поверхности CO2 дисков – 13 – Основной Основные физический лазерные Технологии процесс источники Осаждение тонких Высокотемпературные плёнок, в том сверхпроводящие числе импульсное сенсорные устройства (PLD), химическое и пр.

осаждение из Рентгеновские интерпаровой фазы ференционные зеркала, (LCVD), создание структур на лазерно– Nd-YAG сверхрешётках.

химическая Эксимерные Ретушь фотошаблонов.

лучевая эпитаксия Создание (LCBE) локальных областей лазерно– полупроводников, индуцированной металлов, перенос плёнок диэлектриков (LIFT) Ионно- имплантируе мые структуры, -Si плоские панели дисплеев, омические Отжиг, Эксимерные контакты, синтез нагрев Nd-YAG силицидов Pt2Si, Pd2Si и пр., диффузия полупроводниковых соединений AlSb, CdTe, CdSe Селективное Диффузия Nd-YAG легирование полупроводников (GILD) Микросварка/пайка Нагрев, Nd-YAG, СО2 полупроводников, плавление металлов, стекла, керамики Очистка Эксимерные, Изъятие осколков суб- поверхности Nd-YAG микронных размеров – 14 – ЛАЗЕРНАЯ ЛИТОГРАФИЯ, принципы ТРАДИЦИОННАЯ 1. УДАЛЕНИЕ 2. ЛОКАЛЬНОЕ 3. ЛОКАЛЬНОЕ ЛАЗЕРНАЯ ПЛЕНКИ ОСАЖДЕНИЕ ОКИСЛЕНИЕ ФОТОЛИТОГРАФИЯ (ИСПАРЕНИЕ ПЛЕНКИ ПЛЕНКИ + АБЛЯЦИЯ) (ЛАЗЕРНЫЙ +СЕЛЕКТИВНОЕ ПЕРЕНОС) ТРАВЛЕНИЕ 1. исходная 1. испарение 1.экспонирование 1. экспонирование структура (удаление) (испарение) (окисление) 2. нанесение слоя 2. результат — 2. результат — 2. селективное фоторезиста отверстие в конденсация травление в пленке пленки HCl+Al катализатор 3. экспонирование 3. результат — элемент пленки 4. травление Cr 5. удаление фоторезиста Здесь показаны только основные операции, за исключением промывки, сушки и т.п.

ДП — донорная подложка, АП — акцепторная подложка, МП — металлическая (или полупроводниковая) пленка (поверхность) – 15 – ЛАЗЕРНАЯ ФОТОЛИТОГРАФИЯ в производстве оперативной памяти Широко используемая в микроэлектронике лазерная литография обеспечивает производство например, микрочипов памяти чрезвычайно большого объема.





Так, даже 256 Мб оперативная память (DRAM) которая содержит 540 млн транзисторов и конденсаторов, эквивалентна объему информации, содержащейся на стандартных газетных страницах. Для изготовления структурных элементов современных систем памяти и других устройств персональных компьютеров используется излучение KrF эксимерных лазеров с длиной волны 248 нм.

.

Начиная с 2009 г. 64 Гб DRAM производится с использованием более коротких длин волн — 193 нм (ArF лазер) и 157 нм (F2 лазер).

Тенденции уменьшения размеров полупроводниковых структур и области применения различных лазерных источников (эксимерных лазеров с длинами волн 248, 193 и 157 нм, а также источников глубокого и вакуумного УФ света).

– 16 – ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЛАЗЕРНОЙ ФОТОЛИТОГРАФИИ Рост продаж эксимерных лазерных систем для фото литографии Основная тенденция фото литографии – к лазерному экспонированию Примеры структур в фоторезисте шириной 110 нм (а) и 90 нм (б), полученные с помощью Fлазера (= 157нм) на фотоповторителе Sematech.

– 17 – ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В УСТРОЙСТВАХ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Основные этапы изготовления Мировой рост продаж тонкопленочных кремниевых солнечсолнечных панелей ных панелей (ТКСП) с 2001 по 2010 г.г.

Выходное напряжение, размер активной зоны и коэффициент преобразования (ТКСП) Презентация ТКСП 5.5 поколения как функция количества сегменсолнечная панель тов, размером 1,100 mm x 1,400 mm), интегрированных в одну панель a-Si:H/c-Si:H.

Wataru.Shinohara, Sanyo Co – 18 – ПРЯМОЕ ЛАЗЕРНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ * *NEC — данные Nippon Electronic Copropration – 19 – ЛАЗЕРНАЯ ПОДСТРОЙКА ПАРАМЕТРОВ ПЛЕНОЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ (сопротивлений резисторов, емкостей конденсаторов, индуктивностей, частот кварцевых резонаторов и т.п.) * *NEC — данные Nippon Electronic Copropration – 20 – ЛАЗЕРНЫЙ ОТЖИГ LCD–TFT ДИСПЛЕЕВ Уровень продаж тонкопленочных TFT– дисплеев персональных компьютеров на мировом рынке Историческое развитие TFT технологий.

Подвижность аморфного и монокристаллического кремния – 21 – ЛАЗЕРНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ TFT– СТРУКТУР Традиционная технология лазерной кристаллизации Принципиальная схема кристаллизации по модифицированному методу Грохальского Схема латеральной лазерной кристаллизации Лазерные монокристализованные полосы (1) поли–Si на изоляторе Si3N(2). YAG:Nd непрерывный, 20 Вт, двумодовый режим – 22 – ЛОКАЛЬНОЕ НАНЕСЕНИЕ ПЛЕНОК ИМПУЛЬСНЫМ ЛАЗЕРОМ (1) ЛАЗЕРНО–ИНДУЦИРОВАННЫЙ ПЕРЕНОС ПЛЕНОК (ЛИП) Принципиальная схема метода лазерного переноса:

а) прямого, б) обратного Принципиальная схема лазерной установки «прямой записи» методом переноса – 23 – ЛОКАЛЬНОЕ НАНЕСЕНИЕ ПЛЕНОК ИМПУЛЬСНЫМ ЛАЗЕРОМ (2) ЛАЗЕРНО-ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ (LCVD) Типичные экспериментальные условия для газофазного разложения MОC (LCVD):

плотность мощности лазерного излучения (W/cm2):– 10– –10 в UV, –100(непр.)–106(имп.), IR, концентрация МОС в газовой фазе (Torr) 0.1–10, скорость осаждения пленок (мсm/s) 0.Пленочные материалы для разложения (реакционные газы) Схематическое изображение фотоактивных химических реакций разложения (LCVD) газофазных металлоорганических соединений (МОС) – 24 – ЛАЗЕРНАЯ ОЧИСТКА ТВЕРДЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ НАНОЧАСТИЦ а б в г Иллюстрация физических механизмов сухой лазерной очистки a – поглощающая частица, б – поглощающая подложка, в – термическое расширение частицы, г – термическое расширение подложки a б Иллюстрация физических механизмов влажной лазерной очистки: a — поглощающая частица, б— поглощающая подложка после очистки до очистки Поверхность Si подложки с 0.2 мкм Au частицами, KrF–лазер (0.Дж/см2, 4 импульса, пленка воды) – 25 – 2. ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА ТОНКИХ ПЛЕНОК (ЛОТП) Общая концепция ЛОТП Средства и методы ЛОТП Точность и качество ЛОТП Основные применения ЛОТП Перспективы ЛОТП – 26 – ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ СТРУКТУР (НА БАЗЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ) – 27 – ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА МАТЕРИАЛЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ – высокая плотность фотонов – N/(см2 · с) · h, NPF 1024 см–приводит к фотохимическим реакциям и многофотонным процессам – заметное давление света pсв = 1+ R, ( ) при воздействии на малые прозрачные частицы, ( — объемная плотность энергии излучения, R -коэффициент отражения поверхности при нормальном падении света) – высокая напряженность электрического поля (быстропеременное -1015 Гц, но напряженность соизмерима с внутриатомной ~ 105–106 В/см) 4q El = c (при q 106 -107 Вт/см2, f 1015 Гц, El 105 -106 В/см) – высокая плотность мощности – q (Вт/см2) ~ q 107 -W q = S (W – энергия излучения, S – площадь сечения пучка, – длительность воздействия которая может вызвать очень локальный ~ 1 2 и очень быстрый нагрев до температурT 5000 К T со скоростями нагрева ~ 1011 К/с и более t T скоростями охлаждения ~ 108 К/с и более t T при градиентах температуры ~ 105 -106 К/см и более x – 28 – ЛОКАЛЬНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ, ВЫЗВАННЫЕ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ – 29 – ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НЕДОСТАТКИ: НЕВОЗМОЖНОСТЬ (ИЛИ СЛОЖНОСТЬ) ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКИХ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯМЫХ К ТОЧНОСТИ ПАРАМЕТРОВ ПЛЕНОК, ВСЛЕДСТВИЕ СЛЕДУЮЩИХ ПРИЧИН:

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |










© 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.