Рентгенолитография в интегральных микросхемах

Технология ренгенолитографических процессов. Экспонирование в ренгенолитографии. Характеристические длины волн излучения некоторых материалов. Системы мультипликации изображения. Материалы и основные характеристики шаблонов для рентгенолитографии.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОНІКИ ТА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра прикладної фізики

Курсова робота

з дисципліни «Технологічні основи електроніки»

на тему:

РЕНТГЕНО ЛІТОГРАФІЯ В ІНТЕГРАЛЬНИХ МІКРОСХЕМАХ

студента групи ЕС-72 М.М. Клімов

Керівник:

доцент О.П. Кульментьєва

Суми 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Технология ренгенолитографических процессов

2 Источник излучения

3 Экспонирование в ренгенолитографии

Выводы

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Рентгеновское излучение возникает в результате соударения электронов большой энергии с атомами материала мишени. При этом из атомов выбиваются прочно связанные с ними электроны и появляются вакансии. Вакансии заполняются другими связанными электронами. В результате этого перескока излучаются рентгеновские кванты. Энергия таких квантов зависит от разности энергий двух состояний электронов и от природы вещества мишени, с которой взаимодействуют электроны [1].

В табл. 1 приведен перечень материалов покрытий электрода и соответствующие им длины волн излучения.

Таблица 1 - Характеристические длины волн излучения некоторых материалов [2]

Материал	Длина волны, нм	Энергия рентгеновских квантов, кэВ	Материал	Длина волны, нм	Энергия рентгеновских квантов, кэВ
Pd Mo Si	0,44 0,54 0,71	2,83 2,29 1,74	А1 Си С	0,83 1,33 4,47	1,49 0,93 0,28

Рентгенолитиграфия - способ перенесения рисунка с шаблона, называемого рентгеношаблоном, с помощью мягкого рентгеновского излучения. При рентгенолитографии изображение на полупроводниковую подложку "переносится с шаблона, называемого рентгеношаблоном, с помощью мягкого рентгеновского излучения, длина волны которого ? = 0,5…2 нм. Разрешающая способност рентгенолитографии 0,2 - 0,3 мкм [2].

В настоящее время рентгенолитография не нашла широкого применения в серийном производстве полупроводниковых приборов и ИМС из-за сложности технологии и используемого оборудования. Для реализации рентгенолитографии необходимы:

Мощный источник рентгеновского излучения с малой расходимостью пучка;

рентгеношаблоны, обладающие высокой прочностью, контрастностью и малым температурным коэффициентом линейного расширения;

рентгенорезисты высокой разрешающей способности и чувствительности;

системы мультипликации изображения, погрешность совмещения которых не превышает 0,03 - 0,05 мкм [1].

1. ТЕХНОЛОГИЯ РЕНТГЕНОЛИТОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

рентгенолитография излучение волна изображение

Технология ренгенолитографических процессов включает в себя изготовление шаблонов, нанесение резистов, совмещение рисунков отдельных слоев ИМС и шаблона, экспонирование и травление.

Изготовление шаблонов для ренгенолитиграфии - сложная задача, решение которой затрагивает тот же круг вопросов, что и при фотолитографии. Подложка шаблона должна пропускать рентгеновские лучи, а пленка, образующая рисунок ИМС, - задерживает [2].

Для формирования шаблонов используются как неорганические, так и органические материалы, перечень которых и основные характеристики представлены в табл. 2.

Пластины из неорганических материалов из-за их хрупкости изготовить намного сложнее, но они стабильнее сохраняют свои размеры при изменении температуры, влажности, механических воздействия и др.

Ослабление рентгеновского излучения в типичных материалах подложки шаблона составляет 0,1 ... 10 дБ/мкм для рассматриваемого интервала длин волн, что соответствует толщинам подложки 0,5 ... 5 мкм. Во всем интервале длин волн можно использовать полиимидные мембраны, подбирая их толщину в соответствии с длиной волны излучения. Стабильность размеров иолинмидных мембран толщиной 0,25 мкм при диаметре 51 мм оказалась высокой. Долговременная стабильность и устойчивость тонких полиимидных мембран к воздействию рентгеновского излучении еще мало изучены[2].

Для создания в поглощающем слое методом электронно-лучевой литографии рисунка с очень высокой разрешающей способностью желательно применять особо тонкие мембраны из нитрида кремния, оксида алюминия или полиимида, поскольку в тонких подложках из материалов на основе элементов с малой относительной атомной массой обратное рассеяние электронов весьма мало [1-2].

Таблица 2 - Материалы и основные характеристики шаблонов для рентгенолитограф [2]

Материал Подложки	Толщина, мкм	Поддерживающая конструкция	Диаметр окна,см	Длинна волны ренг. излучения
Кремний	2...4	Рамка из кремния	До 5	0,83
Бериллий	12	Металлическое кольцо	2...5	0,4...0,83
Нитрид кремния	0,2...0,5	Рамка из кремния	До 1	0,83...1,33
Оксид алюминия	0,2	Рамка из алюминия	До 10	0,83...1,33
Майлар	3...6	Стеклянное или металлическое кольцо	-\\-	0,83...4,5
Полиимид	0,5	То же	-\\-	1,33

Для литографии с размерами элементов до 1 мкм толщине слоя поглощающего материала должна быть не менее 1 мкм. Поглощение рентгеновского излучения веществом сильно зависит oт длины волны, При длине волны 0,4 нм поглощение настолько мало, что подходящего материала для создания поглощающего слоя нет, а при длине волны боле 5 нм поглощение настолько велико, что нет подходящего материала для основы (подложки) шаблона [2].

Общепринятый материал для поглощающего слоя -- золото. Технология осаждения этого материала хорошо отработана, а поглощение золотом рентгеновского излучения в данном интервал длин волн примерно такое же, как у всех элементов с большой относительной атомной массой. Толщина слоя золота должна быт подобрана так, чтобы обеспечивалась приемлемая контрастность рисунка шаблона при выбранных рентгенорезисте и длине волны.

Рисунок шаблона создается следующим образом. На подложи из органической пленки наносится тонкая пленка хрома, обеспечивающая адгезию золота, которое осаждается на хромовую пленку. Толщина слоя золота зависит от длины волны поглощаемого рентгеновского излучения. Так, для излучения от алюминиевой мишени толщина слоя золота составляет 0,2 мкм, а для жесткого излучения от палладиевой мишени -- 0,7 мкм.

Сформировать рисунок поглощающего слоя золота на шаблон можно разными способами в зависимости от толщины слоя. Применяют комбинацию литографии с электролитическим осаждением золота либо ионно-плазменное травление сплошного слоя лота через маску. Рельеф резиста создают с помощью электронно-лучевой литографии.

Сформированный в тонкой пленке золота рисунок репродуцируют, экспонируя длинноволновым рентгеновским излучением (1,33 нм). В итоге получается шаблон на более толстой подложке, для которой непосредственное электроннолучевое экспонирование неприемлемо из-за сильного обратного рассеяния электронов.

Важной характеристикой промесса является контрастность, обеспечиваемая материалом поглощающего слоя. Даже для поглощения рентгеновского излучении с длиной волны менее 5 нм требуется приемлемая прозрачность шаблона. Поэтому подложки шаблона должна быть очень тонкой (1 ... 10 мкм). Толщина исходных пластин подбирается в зав...