Технология кремниевой наноэлектроники.-3

2

Рецензент:

д.т.н., профессор кафедры физической электроники Смирнов С.В.

Данилина Т.И., Чистоедова И.А.

Технология кремниевой наноэлектроники: учебно-методическое пособие по аудиторным практическим занятиям и самостоятельной работе для студентов направлений подготовки 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника», 28.03.01

«Нанотехнологии и микросистемная техника». – Томск: ТУСУР, Кафедра Фи-

зической электроники, 2018. – 61 с.

Томский государственный университет систем управления и ра-

диоэлектроники, 2018

3

СОДЕРЖАНИЕ

2.ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ

4

1.ВВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие по дисциплине «Технология кремниевой

наноэлектроники» содержит варианты индивидуальных заданий для аудитор-

ных практических занятий, краткие сведения по тематике заданий и методиче-

ские указания для их выполнения, индивидуальные домашние задания, вариан-

ты аудиторных контрольных работ, тестовые задания, вопросы к экзамену, спи-

сок рекомендуемой литературы, в приложениях приведены справочные данные.

В дисциплине «Технология кремниевой наноэлектроники» предметов изучения являются базовые технологии формирования изделий кремниевой наноэлектроники, в том числе интегральные схемы на основе МОП-

транзисторов с субмикронными размерами (СБИС). К таким технологиям отно-

сятся субмикронная фотолитография (проекционная фотолитография, литогра-

фия КУФ и ЭУФ-диапазона), пучковые методы литографии (электронно-

лучевая, сканирующая ионная литография), технологии ионной имплантации с целью формирования мелкозалегающих p-n переходов МОП-транзисторов.

Основная цель практических занятий по «Технологии кремниевой наноэлектроники» направлена на формирование у студентов следующих умений:

-разрабатывать базовые технологические процессы изготовления наноразмерных кремниевых интегральных схем;

-оценивать технические и экономические риски при выборе технологических процессов изготовления устройств кремниевой наноэлектроники;

Для реализации таких умений требуются практические занятия по индивидуальным заданиям, в которых должны быть предусмотрены расчеты параметров технологических процессов, выбор конкретных технологий с учетом технико-экономических соображений, т.е. задания должны быть практико-ориентированные.

5

Учебно-методическое пособие содержит варианты индивидуальных

заданий для аудиторных занятий по следующим темам:

1.Расчет параметров субмикронной проекционной фотолитографии для получения заданного размера bmin.

2.Расчет минимального диаметра электронного луча в сканирующей электронно-лучевой литографии;

3.Расчет проекционного пробега электронов и распределения объемной удельной энергии на толщине резиста.

4.Расчет разрешающей способности электронно-лучевой литографии.

5.Расчет зависимости ядерных и электронных потерь ионов и приведенной энергии ε. Расчет среднего полного пробега ,

проецированных пробегов разбросов пробегов , .

6.Расчет распределения внедренной примеси по глубине подложки без отжига и с отжигом радиационных дефектов.

7.Расчет количества дефектов и их распределения по глубине подложки.

8.Расчет параметров ионной имплантации при формировании базы и эмиттера биполярного транзистора.

Индивидуальные задания предусматривают расчеты параметров технологических процессов и выбор конкретной технологии. Индивидуальные задания представляют собой комплексные задания по всем разделам лекционного курса с элементами самостоятельного поиска материала. В

приложении приведены справочные данные.

6

2.ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ АУДИТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

2.1.Расчет параметров субмикронной проекционной фотолитогра-

фии для получения заданного размера bmin

1. Рассчитать параметры проекционной литографии (λ, k1, NA) для получения заданной топологической нормы ( bmin) с учетом субмикрон-

ных размеров. Обосновать выбор этих параметров для получения задан-

ного размера с учетом технико-экономических соображений.

Варианты заданий приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Варианты заданий по теме 2.1

Методические указания

При расчете параметров проекционной литографии для получения заданной топологической нормы принять k1=06-0,25, NA=0,5-0,9. Длина волны λ должна соответствовать существующим источникам излучения.

2.2. Расчет минимального диаметра электронного луча в скан иру-

ющей электронно-лучевой литографии

1. Рассчитать зависимости диаметра электронного луча на мишени с учетом тепловых скоростей dG, сферической ds и хроматической dc

аберраций, дифракции dd от угла схождения в диапазоне 10-1-10-4 рад.

Определить оптимальный угол схождения opt и минимальный диаметр dmin. Рекомендовать способы уменьшения диаметра электронного луча.

Варианты заданий приведены в таблице 2.2.

Методические указания

Электронно-оптическая система электронно-лучевой установки обеспечивает минимальный диаметр электронного луча на подложке.

7

Диаметр рассчитывается с учетом разброса тепловых скоростей электронов (гауссовский диаметр dG), сферической ds и хроматической dc аберраций линз, дифракции dd.

Таким образом, диаметр определяет сумма всех составляющих:

.

Все составляющие зависят от угла сходимости луча к фокусу α:

где I0 – ток пучка;

B – яркость луча;

h – постоянная Планка;

m, e – масса и заряд электрона;

U – ускоряющее напряжение;

Cs – коэффициент сферической аберрации;

Cc - коэффициент хроматической аберрации;

– разброс электронов по энергиям, обусловленный влиянием термокатода и линзы (хроматической абберации).

Из уравнения следует, что наименьший диаметр луча получается при некотором оптимальном значении угла сходимости α.

При выполнении практики следует рассчитать зависимости всех составляющих электронного пучка (dG, ds, dc, dd) от угла схождения α в

диапазоне (10-4 – 10-1) рад. По графикам определить оптимальный угол схождения αопт и минимальный диаметр луча.

Выводы: рекомендовать пути уменьшения диаметра с учетом конкретных исходных данных варианта.

8

Таблица 2.2 – Варианты заданий по теме 2.2.

Примечание к таблице 2.2: Тк - температура катода; jк - плотность тока эмиссии ка-

тода; U0 - ускоряющее напряжение; I0 - ток луча; Cs - коэффициент сферической аберрации; Cc - коэффициент хроматической аберрации; U - средний разброс энергий электронов.

9

2.3. Расчет проекционного пробега электронов и распределен ия

объемной и удельной энергии по толщине

1. Рассчитать проекционный пробег электронов по формуле Ви д-

дингтона-Томсона RВ-Т. Рассчитать распределение эффективных энер-

гетических потерь электронов (dE/dx)эф и объемной удельной энергии Q

по толщине резиста. Определить характерные точки в этих распределе-

ниях. Определить требуемую энергию электронов, исходя из условия максимального энерговыделения на глубине, равной половине толщины резиста.

Методические указания

Проекционный пробег электронов в резисте следует рассчитывать по формуле Виддингтона-Томсона RВ-Т. Затем рассчитать распределение эффективных энергетических потерь электронов (dE/dx)эф и объемной удельной энергии по толщине резиста. Определить характерные точки в этих распределениях. Определить требуемую энергию электронов, ис-

ходя из условия максимального энерговыделения на глубине, равной половине толщине резиста.

Варианты заданий приведены в таблице 2.3.

Данные для электронорезиста ПММА: =1,2 г/см3; Z=3,4; М=6,3

г/моль, N0=7 1017 ат/см3.

Выводы: Обосновать выбор энергии электронов и толщины рези-

ста, исходя из технико-экономических соображений.

10

Таблица 2.3 – Варианты заданий по теме 2.3.

Примечание к таблице 2.3: E0 - энергия электронов; h - толщина рези-

ста; S0 - доза облучения.

2.4. Расчет разрешающей способности электронно-лучевой лито-

графии

1. Рассчитать уширение электронного луча при прохождении слоя резиста толщиной h для вариантов заданий, приведенных в таб-

лице 2.3. Используя данные, полученные при выполнении заданий 2.2

и 2.3, оценить разрешающую способность электронной литографии.

Методические указания

Разрешающую способность ЭЛЛ оценивают минимальным разм е-

ром элемента bmin, который определяется минимальным диаметром электронного луча dmin и рассеянием электронов y в слое резиста тол-

щиной h: