Otvety_na_ekzamenatsionnye_voprosy_OPT_2022 (1)
.pdf
18. Магнетронное нанесение металлических слоёв.
Вакуумное нанесение металлических плёнок, при создании приборов микро- и наноэлектроники, играет важную роль. Получаемые плёнки можно использовать, как металлизацию для контактов, так и маскирующее покрытие.
Металлические покрытия, получаемые магнетронным распылением, как правило, чистые и с хорошими электрическими свойствами.
Качество получаемых методом магнетронного распыления металлических пленок зависит от многих параметров, таких как: чистота материала мишени, качество подготовки поверхности подложки, условия технологического процесса (степень глубины вакуума, чистота используемого инертного газа).
Магнетронное распыление относится к методам распыления материалов ионной бомбардировкой.
Характер взаимодействия бомбардирующих ионов с поверхностью твердого тела определяется их энергией. При энергиях меньших 5 эВ,
взаимодействие ограничивается физически и химически адсорбированными слоями, вызывая их десорбцию и обуславливая протекание различных химических реакций. При кинетических энергиях, превышающих энергию связи атомов в кристаллической решетке, бомбардировка вызывает разрушение приповерхностного слоя и выброс атомов в паровую фазу
(распыление). Минимальная энергия ионов, приводящая к выбиванию атомов с поверхности, называется пороговой энергией распыления. Значение ее находится в интервале энергий от 15 до 30 эВ.
Характеристикой процесса ионного распыления служит коэффициент распыления, определяемый средним количеством атомов мишени, выбитых с бомбардируемой поверхности падающим ионом.
=
где KS – коэффициент распыления, Nt – количество выбитых атомов мишени, Ni – количество бомбардирующих ионов.
61
Коэффициент распыления определяется энергией и направлением падения ионов, природой взаимодействующих материалов,
кристаллографической структурой и атомным строением бомбардируемой поверхности.
При возрастании энергии бомбардирующих ионов свыше 100 эВ коэффициент распыления резко увеличивается и в области 5-10 кэВ выходит на насыщение. Дальнейшее повышение кинетической энергии свыше 100 кэВ приводит к снижению распыления, вызванному радиационными эффектами и внедрениями ионов в кристаллическую решетку. Диапазон энергий бомбардирующих ионов, представляющих интерес при получении пленок,
находится в пределах от 300 до 5000 эВ. Распыление вызывается, в основном,
передачей импульса энергии от бомбардирующей частицы атомам кристаллической решетки в результате серии последовательных столкновений. Передача импульса от падающих ионов происходит в первых атомных слоях решетки, например, при бомбардировке поверхности поликристаллической меди ионами аргона с энергией 1000 эВ глубина проникновения равнялась трем атомным слоям. Энергия распыления атомов значительно превышает кинетическую энергию испаренных атомов и составляет 0,1-100 эВ. Распыление сопровождается эмиссией вторичных электронов, которые ускоряются в электрическом поле, вызывая дополнительную ионизацию.
Наибольшее распространение в качестве источника бомбардирующих ионов получил инертный газ аргон, имеющий массу, достаточную для распыления, и характеризующийся относительно малой стоимостью. Влияние температурных условий незначительно. Распыление металлов в твердом и расплавленном состояниях практически не различается. Исключение составляет область температур, при которых переход атомов в паровую фазу путем испарения становится существенным и превышает распыление.
Необходимо заметить, что с увеличением угла падения ионов (относительно нормали к поверхности) эффективность распыления возрастает.
62
Схема магнетронной распылительной системы представлена на рисунке.
Основными элементами являются плоский катод (мишень),
изготовленный из напыляемого материала, анод, магнитная система, обычно на основе постоянных магнитов, и система водоохлаждения. Силовые линии магнитного поля, замыкаясь между полюсами, пересекаются с линиями электрического поля.
При подаче постоянного напряжения между мишенью (отрицательный потенциал) и анодом (положительный потенциал) возникает неоднородное электрическое поле и возбуждается тлеющий разряд. В установке «Оратория-
5» в качестве анода выступает держатель подложки и стенки камеры. Наличие замкнутого магнитного поля к распыляемой поверхности мишени позволяет локализовать плазму разряда непосредственно у мишени. Электрон циркулирует в электромагнитной ловушке до тех пор, пока не произойдет несколько ионизирующих столкновений с атомами рабочего газа, в результате которых он потеряет полученную от электрического поля энергию. Таким образом, в магнетронных устройствах при одновременном действии электрических и магнитных полей изменяется траектория движения электрона. Известно, что на заряд, движущийся в электромагнитном поле,
действует сила Лоренца, направление которой, по правилу сложения сил,
зависит от направления ее составляющих. При этом, часть силы Лоренца,
обусловленная действием магнитного поля, не совершает работы, а лишь искривляет траекторию движения частицы, заставляя ее двигаться по окружности в плоскости, перпендикулярной V и B. Таким образом, большая часть энергии электрона, прежде чем он попадает на анод, используется на
63
ионизацию и возбуждение, что значительно увеличивает эффективность процесса ионизации и приводит к возрастанию концентрации положительных ионов у поверхности мишени. Это, в свою очередь, приводит к увеличению интенсивности ионной бомбардировки мишени и значительный рост скорости осаждения пленок. Из-за неоднородности действия электрических и магнитных полей в прикатодной зоне интенсивность ионизации в различных участках различна. Максимальное значение наблюдается в области, где линии индукции магнитного поля перпендикулярны вектору напряженности электрического поля, минимальное – где их направление совпадает.
Поверхность мишени, расположенная между входом и выходом силовых линий магнитного поля, интенсивно распыляется и имеет вид замкнутой дорожки, геометрия которой определяется формой магнитной системы.
Основные технологические параметры процесса магнетронного распыления на установке «Оратория-5»:
- давление инертного газа в распыляемой камере (0,1 – 1 Па), -
остаточное давление в основной камере ≈ 10-3 Па,
-рабочее напряжение на катоде (мишени) 300 – 600 В,
-максимальный нагрев подложек – 350 ºС,
-чистота инертного газа (Ar) – 99,998 % (ОСЧ),
-количество распыляемых отсеков – 4,
-количество магнетронов – 2 шт. (Ti, Al)
Особенности процессов, осуществляемых на установке «Оратория – 5»:
- возможность подачи отрицательного напряжения на подложки,
-непрерывности процессов, благодаря шлюзовой камеры,
-возможность напыления различных металлов,
-возможность проведения реактивного магнетронного распыления.
64
19. Оценка качества и разрешения литографического процесса.
65
66
Разрешающая способность
Ещё может ограничивать форорезист, но об этом отдельно и как я понял,
это преодолимо
67
20. Фоторезисты. Получение изображения в негативном и
позитивном резистах. Методы нанесения резистов. Адгезия.
Фоторезисты — сложные полимерные композиции, в состав которых входят светочувствительные и пленкообразующие компоненты, растворители,
некоторые добавки, улучшающие адгезию слоя резиста к подложке,
повышающие светочувствительность и кислотостойкость или щелочестойкость. Светочувствительные компоненты, как правило, содержат ненасыщенные двойные связи, рвущиеся при поглощении энергии фотонов.
Позитивные фоторезисты Образование рельефа при использовании позитивных резистов основано на процессе фотолиза светочувствительных соединений с последующим образованием растворимых веществ.
Большинство позитивных резистов получено на основе нафтохинондиазида
(НХД) — мономера, образующего в результате фотолиза соединения,
растворимые в щелочи. НХД не дает пленок, поэтому он прививается на пленкообразующие смолы. Наилучшими из них считаются фенолформальдегидные смолы — новолачные или резольные (полимерная компонента), обладающие наибольшей кислотостойкостью.
Свойства негативных фоторезистов определяют две группы фотохимических реакций: фотополимеризация с образованием нерастворимых участков (на основе коричной кислоты и поливинилового спирта); сшивка линейных полимеров радикалами, образующимися при фотолизе светочувствительных соединений (на основе каучука с добавлением светочувствительных веществ — бисазидов)
68
Светочувствительность S = 1/H — величина, обратная экспозиции H,
требуемой для перевода фоторезиста в растворимое или нерастворимое состояние (в зависимости от того, позитивный резист или негативный).
Светочувствительностью определяются производительность процесса фотолитографии и выбор оборудования.
Разрешающая способность R = N/2l — умещающееся на 1 мм число N
полос фоторезиста, разделенных промежутками такой же ширины l
Разрешающая или выделяющая способность зависит от многих технологических факторов; конечная задача сводится к получению резко дифференцированной границы между неэкспонированным и экспонированным участками слоя резиста, минимально изменяющейся при проявлении и термообработке.
Стойкость к воздействию агрессивных факторов — понятие, как правило, не поддающееся общим определениям; в частном случае может означать величину, пропорциональную времени отслаивания пленки фоторезиста в используемом травителе или времени проникновения травителя сквозь поры пленки фоторезиста к подложке.
Стабильность эксплуатационных свойств фоторезистов во времени выражается сроком службы при определенных условиях хранения и использования. Ее обеспечение — одна из важнейших проблем.
69
Отдельно можно выделить
Нанесение
70