Автореферат (Разработка технологии формирования фоторезистивных пленок прецизионной толщины с минимальной шероховатостью поверхности плазмохимическим травлением)

На правах рукописиСпешилова Анастасия БорисовнаРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯФОТОРЕЗИСТИВНЫХ ПЛЕНОК ПРЕЦИЗИОННОЙ ТОЛЩИНЫ СМИНИМАЛЬНОЙ ШЕРОХОВАТОСТЬЮ ПОВЕРХНОСТИПЛАЗМОХИМИЧЕСКИМ ТРАВЛЕНИЕМСпециальность 05.27.06 - Технология полупроводников и оборудование дляпроизводства полупроводников, материалов и приборов электронной техникиАВТОРЕФЕРАТДиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукСанкт-Петербург - 2019Работа выполнена в Федеральном государственном автономномобразовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургскийполитехнический университет Петра Великого»Научный руководитель:Александров Сергей Евгеньевичдоктор химических наук, профессорФедеральное государственное автономноеобразовательное учреждение высшегообразования «Санкт-Петербургскийполитехнический университет Петра Великого»Официальные оппоненты:Ежовский Юрий Константиновичдоктор химических наук, профессорФедеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждения высшегообразования «Санкт-Петербургскийгосударственный технологический институт(технический университет»Земляков Валерий Евгеньевичкандидат технических наукФедеральное государственное автономноеобразовательное учреждение высшегообразования «Национальный исследовательскийуниверситет «Московский институт электроннойтехники»Ведущая организация –Акционерное общество «СВЕТЛАНА РОСТ»Защита состоится «16» мая 2019 г.

В 15:00____ часов на заседании диссертационногосовета Д 212.229.02 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехническийуниверситет Петра Великого» по адресу 195251, г. Санкт-Петербург, ул.Политехническая, д. 29, СПбГПУ, в ауд. 52.С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке ФГАОУВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» и насайте https://www.spbstu.ru/science/defences.html.Автореферат разослан «___» ________________ 2019 г.Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.229.02,кандидат химических наук, доцентСеменча А.В.2Общая характеристика работыАктуальность темы исследованияВ последние десятилетия в развитии микроэлектроники возникло новоенаправление, основанное на использовании уникальных конструкционныхсвойств кремния – микросистемная техника (МСТ).

В настоящее время изделияМСТ развиваются на основе научного, производственного и технологическогозаделов микроэлектроники, то есть базируются на применении материалов,конструкций, компонентов, идеологии групповых технологий, характерных дляэтой области. Элементы мембранного типа (ЭМТ) или микромостиковыеструктуры (МС) относятся к одному из распространенных типовфункциональных элементов МСТ. Подобные элементы располагаются нанекоторой высоте над плоскостью подложки, а технология их изготовления, какправило, основывается на использовании, так называемых, «жертвенных»слоев, которые удаляются после формирования на них пленки заданнойтолщины из материала мембраны. Позитивные фоторезистивные композиции,благодаря простоте нанесения и удаления, совместимости с традиционнойтехнологией изготовления МСТ, представляют наибольший интерес дляиспользования в качестве материалов «жертвенных» слоев.Элементы мембранного типа являются функциональными частямимногих микросистемных устройств.

Одним из ключевых факторов,определяющих работоспособность устройств с таким элементом, являетсяшероховатость нижней поверхности мембраны и электродов, сформированныхна подложке. Особую важность он приобретает в случае, когда ЭМТ являетсячастью систем (переключателей, конденсаторов переменной емкости и т.п.),при работе которых мембрана перемещается, например, под действиемэлектростатической силы, и может приходить в контакт с поверхностьюэлектрода на подложке. При наличии высокой шероховатости усоприкасающихся металлических поверхностей может наблюдаться эффект«прилипания» мембраны, а кроме того, шероховатость нижней поверхностимембраны обуславливает низкую воспроизводимость механических свойствмембраны и, как следствие, неудовлетворительный уровень повторяемостихарактеристик изготавливаемых приборов.При использовании «жертвенного» слоя для изготовления мембранныхэлементов именно шероховатость его поверхности определяет шероховатостьнижней поверхности верхнего подвижного электрода.

Кроме того, толщина«жертвенного» слоя, которая должна воспроизводиться с точностью до3нескольких нанометров, является важнейшим параметром, определяющимрабочие параметры создаваемого изделия, а традиционные технологиинанесения фоторезиста на пластины не обеспечивает такую точность, чтоприводит к необходимости «подгонки» толщины фоторезистивного слоя послеегосушкипутемпрецизионноготравления.Низкотемпературноеплазмохимическое травление фоторезистивных слоев широко используется вмикроэлектронной технологии для «сухого» удаления фоторезистивных пленокпосле проведения фотолитографических операций, и в этой связи основноетребование к таким процессам заключается в максимально быстром удалениифоторезистивного слоя.

Однако вопросы применения плазмохимическоготравления для прецизионного травления фоторезистивных слоев, а такжеизучения влияния технологических параметров плазмохимического травленияна морфологию и шероховатость их поверхности, как показали результатыаналитического обзора литературы, оставались изученными в явнонедостаточной степени.В этой связи актуальной становится задача по исследованию характеравлияния технологических параметров процессов плазмохимического травления,осуществляемых в различных установках и при разных условиях созданиянизкотемпературной плазмы, на степень шероховатости и скорость травленияфоторезистивных слоев для создания основ технологии прецизионной«подгонки» толщины фоторезистивных слоев, обеспечивающей минимальнуюшероховатость поверхности травления.Степень разработанности темы исследованияПлазмохимическое травление фоторезистивных слоев используется вмикроэлектронной технологии для, так называемого, «сухого» удаленияфоторезистивных пленок после проведения фотолитографических операций.Работы в этой области проводятся на протяжении последних десятилетий,однако лишь в последнее время в связи с развитием микросистемной техникипоявилась необходимость в более тщательном изучении воздействия плазмы наморфологию и шероховатость поверхности фоторезистивных пленок.Результаты опубликованных исследований в основном относятся к разработкепроцессов максимально быстрого удаления фоторезистивного слоя, а дляполучения прецизионных по толщине фоторезистивных слоев с минимальнойшероховатостью скорость травления не является ключевым параметром.В этой связи целью настоящей работы являлось:4Получение новых знаний об основных закономерностях процессовплазмохимического травления фоторезистивных «жертвенных» слоев дляразработки на этой основе технологии их прецизионного плазмохимическоготравления, пригодной для создания микромостиковых структур в изделияхмикросистемной техники.Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:1.

Разработка методики контроля морфологии и шероховатостиповерхности фоторезистивных слоев.2. Экспериментальное исследование влияния состава фоторезистивнойкомпозиции на шероховатость поверхности сформированных из нее пленок.3. Экспериментальное исследование влияния режимов термообработкифоторезистивных слоев на шероховатость их поверхности.4. Изучение влияния условий плазмохимического травленияфоторезистивных слоев на скорость травления и шероховатость поверхности.6.

Проведение исследования состава плазмы методами оптическойэмиссионной спектроскопии (ОЭС) в диапазоне изменения технологическихпараметров процесса.7.Экспериментальнаяпроверкавозможностииспользованияплазмохимической технологии для прецизионной «подгонки» толщиныфоторезистивных слоев, обеспечивающей минимальную шероховатостьповерхности травления, при изготовлении МЭМС-переключателя резистивноемкостного типа с электростатическим приводом.Научная новизна:1. На основе анализа результатов АСМ исследований морфологииповерхности фоторезистивных слоев получены новые сведения о влияниисоставов фоторезистивных композиций и режимов их термообработки нашероховатость поверхности.

Показано, что наименьшая шероховатостьповерхности (0,2 нм), достигается при использовании отечественногопозитивного фоторезиста ФП 4-04В, подвергнутого двухступенчатойтермообработке при температурах 90 и 120 ºС;2. Впервые получены экспериментальные данные о характере влияниятехнологических параметров процессов плазмохимического травления,осуществляемых в реакционных камерах различных конструкций и при разныхспособах создания высокочастотных газовых разрядов, на скорость травления иморфологию поверхности фоторезистивных слоев. Показано, что наибольшеевлияние на шероховатость поверхности травления оказывает ее бомбардировка5заряженными частицами плазмы. Выявлено, что плазмохимическое травление вустановках с удаленной кислородной плазмой обеспечивает лучший контрольскорости травления и минимальную шероховатость поверхности.3.

Получены новые знания о физико-химических закономерностяхплазмохимического травления фоторезистивных слоев в установках судаленной плазмой, включающие данные о характере влияния основныхтехнологических параметров процесса на скорость травления и шероховатостьповерхности обрабатываемых фоторезистивных слоев. Показано, что удалениеобрабатываемых образцов с нанесенной фоторезистивной пленкой от областигенерации ВЧ разряда сопровождается монотонным уменьшением скороститравления при сохранении низкой шероховатости поверхности.4.

На основе результатов ОЭС и экспериментального исследованияпроцесса плазмохимического травления фоторезистивных слоев в установках судаленной плазмой показано, что изменения в скорости травленияфоторезистивных слоев при варьировании технологическими параметрамипроцесса коррелируют с соответствующими изменениями относительныхинтенсивностей эмиссионных линий атомарного кислорода.Теоретическая и практическая значимость1. Результаты выполненных экспериментальных исследований процессовплазмохимического травления фоторезистивных слоев, осуществляемых вреакционных камерах различных конструкций и при разных способах созданиявысокочастотных газовых разрядов, позволяют дать обоснованныерекомендации по выбору промышленного технологического оборудования,наиболее подходящего для решения различных задач в областиплазмохимического травления фоторезистивных пленок.2.