RPZ_4 (779658), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рисунок 2 – Готовый транзистор
1.2 Как работает готовый транзистор
Рисунок 2, на котором показано несколько сечений, помогает понять, как транзистор действует в качестве переключателя. В отсутствие заряда на поликремневом затворе (А) между истоком n-типа и стоком n-типа
(соответственно В и С) ток не проходит. Но при подаче на затвор положительного заряда (красная стрелка) он, действуя через сверхтонкий оксидный слой (желтый), временно создает канал n-типа и включает транзистор. Теперь ток (синяя стрелка) протекает от истока к стоку и через алюминиевый проводник D проходит к другим компонентам схемы. [3]
2 Анализ методов экспонирования
2.1 Литография
Литография в микроэлектронике – это совокупность фотохимических процессов, создающая на поверхности материала защитный слой требуемой конфигурации и стойкости к агрессивным воздействиям и последующей операции селективного травления или осаждения, использующих этот защитный рельеф. В большинстве случаев литография проводится по какому-либо технологическому слою, нанесенному на поверхность полупроводниковой пластины. В качестве такого слоя может использоваться пленка SiO2 или Si3N4, пленка металла, поликремния и др. Проводя литографию по слою диэлектрика (SiO2, Si3N4) формируют конфигурацию маски для локального внедрения легирующей примеси, подзатворного диэлектрика в МДП транзисторах, литография по металлу позволяет формировать топологию токоведущих дорожек, контактных площадок, тонкопленочных резисторов и других элементов ИМС. [5]
2.2 Фотолитография
Фотолитография представляет собой фотомеханический способ изготовления печатной формы плоской печати на заданной поверхности.
Целью фотолитографического процесса является перенос деталей рисунка фотошаблона на поверхность кремниевой пластины, покрытой слоем фоторезиста.
Различают проекционную и контактную фотолитографии.
Метод проекционной фотолитографии заключается в проецировании фотошаблона на пластину кремния, покрытую фоторезистом. При этом между пластиной кремния и фотошаблоном имеется определенный воздушный зазор (рис. 3).
Рисунок 3 – Схема воспроизведения изображения методом проекционной фотолитографии: а – с негативным фоторезистом; б – с позитивным фоторезистом; 1 –фоторезист; 2 – подложка; 3 – фотошаблон
Метод проекционной литографии с сохранением масштаба позволяет обрабатывать пластины диаметром до 150 мм.
Оптические характеристики таких систем ограничены и для повышения разрешающей способности используются источники излучения меньшей длины волны, например, УФ-излучение.
Метод контактной литографии имеет две основные операции: совмещение изображений и экспонирование фоторезиста (рис. 4). При этом методе фотошаблон и пластина кремния с нанесенным фоторезистом плотно прижаты друг к другу. В методе контактной фотолитографии также используется излучение оптического диапазона. Этот метод применяют для получения рисунков с топологической нормой 2 – 3 мкм. [1]
Рисунок 4 – Схема операции совмещения (а) и экспонирования (б), фигуры совмещения (в): 1 – микроскоп; 2 – источник света; 3 – объектив; 4 – фотошаблон; 5 – зазор; 6 – фоторезист; 7 – экспонируемая пластина; 8 – фигуры совмещения на пластине; 9 – фигуры совмещения на фотошаблоне
2.3 Электронолитография
Электронолитография представляет собой современный высокоразрешающий метод создания топологии микроструктур с использованием электронных пучков в качестве источника излучения. [1]
Рисунок 5 – Проекционная система с уменьшением изображения
В системе с уменьшением изображения в качестве маски используется свободно подвешенная перфорированная металлическая фольга. Поток электронов, сфокусированный специальной электронооптической системой, проходит через маску и формирует на пластине ее четкое изображение меньших размеров. При десятикратном уменьшении маски могут быть сформированы поля диаметром 3 мм и получена ширина линий до 0,25 мкм. Схема установки приведена на рисунке 5.
В основе электронолитографии лежит явление нетермического воздействия электронных лучей на материал резиста, чувствительного к потоку электронов. Метод электронолитографии представляет собой комплекс технологических приемов, позволяющий создать технологический рисунок на пластине. [5]
Для электронной литографии характерна значительная глубина фокуса электронно-оптической системы. Это позволяет значительно снизить требования к плоскостности и положению обрабатываемых пластин, что особенно важно для технологии пластин большого диаметра. [1]
2.4 Ионная литография
Ионная литография представляет собой современный высокоразрешающий метод создания топологии микроструктур с использованием ионных или протонных пучков излучения.
Масса ионов значительно больше массы электронов, поэтому пучки протонов или ионов значительно меньше подвержены влиянию паразитных электрических полей. По этой же причине ионные пучки легче фокусировать и коллимировать. Из-за отсутствия эффекта близости ионно-оптическая фокусировка позволяет хорошо фокусировать изображение и исключать возникновение полутеневых искажений. Вследствие большого сечения пучка протонов и высокой чувствительности позитивного резиста к протонному излучению экспонирование происходит за доли секунды, что позволяет создать процессы высокой производительности. [6]
Разрешающая способность ионной литографии (ИЛ) выше, чем электронной. Вследствие большой массы иона дифракционные ограничения практически отсутствуют, так как длина волны де-Бройля для ионов при сравнимых энергиях значительно меньше, чем для электронов. Для ИЛ не существует эффектов близости. Боковое рассеяние ионов при их проникновении в вещество незначительно, вторичные электроны имеют малую энергию и тормозятся на расстояниях, меньше сотой доли микрометра. Резисты обладают значительно большей чувствительностью к ионам, чем к электронам, так как удельные потери энергии ионов в десятки раз больше. [5]
Рисунок 6 – Схема экспонирования коллимированным ионным пучком
Недостатком метода является сложность изготовления шаблонов и создания систем их совмещения с подложками.
2.5 Рентгеновская литография
Рентгеновская литография является разновидностью оптической бесконтактной печати, в которой для экспонирования используют «мягкие» рентгеновские лучи длиной волны 0,4 – 12 нм, возбуждаемые с помощью интенсивных электронных лучей. Несмотря на то, что при рентгеновской литографии используется бесконтактная экспонирующая система, проявление дифракционных эффектов уменьшено за счет малой длины волны рентгеновского излучения. Основная причина разработки метода рентгеновской литографии заключалась в возможности получения высокого разрешения и в то же время высокой производительности оборудования. Кроме того, за счет малой величины энергии мягкого рентгеновского излучения уменьшается проявление эффектов рассеяния в резистах и подложке. [5]
2.5.1 Синхротронный источник излучения
Синхротронное (или магнитотормозное) излучение — электромагнитное излучение, испускаемое заряженными частицами, движущимися с релятивистскими скоростями по траекториям, искривлённым магнитным полем. [4]
Рисунок 7 – Схема источника синхротронного излучения: L–линейный ускоритель; B–бустерный синхротрон; C накопительное кольцо; М-поворотные магниты; R – каналы синхротронного излучения; J – место соединения бустерного синхротрона с накопительным кольцом
На рисунке 7 показана схема и общий вид синхротронного источника излучения. Первоначальное ускорение электронов происходит в объеме линейного ускорителя, отмеченного на рисунке буквой L. После этого электроны разгоняются до скоростей, близких к скорости света, внутри кольца бустерного ускорителя B. Место инжекции разогнанных электронов в накопительное кольцо C отмечено на рисунке буквой J. СИ возникает при прохождении электронов поворотных магнитов M и оно сразу попадает в соответствующие каналы R, где расположены установки для физических исследований строения вещества (спектрометры, содержащие кристаллы-монохроматоры). Окна для выхода пучков, находящиеся в местах расположения поворотных магнитов, позволяют направлять излучение через каналы к вышеназванным экспериментальным установкам. [7]
Электронная пушка (электронный прожектор), устройство для создания направленного потока электронов; применяется в телевизионных трубках, рентгеновской аппаратуре, электронных микроскопах. В телевизионном приемнике электронная пушка используется для развертки изображения по экрану кинескопа. [8]
2.5.2 Рентгеновская трубка
Еще одним источником излучения является рентгеновская трубка.
Рентгеновская трубка - электровакуумный прибор для получения рентгеновских лучей. Простейшая рентгеновская трубка состоит из стеклянного баллона с впаянными электродами - катодом и анодом (антикатодом). Электроны, испускаемые катодом, ускоряются сильным электрическим полем в пространстве между электродами и бомбардируют анод. При ударе электронов об анод их кинетическая энергия частично преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Рентгеновские трубки различают: по способу получения потока электронов — с термоэмиссионным (подогревным) катодом, автоэмиссионным (острийным) катодом, катодом, подвергаемым бомбардировке положительными ионами и с радиоактивным (β) источником электронов; по способу вакуумирования — отпаянные, разборные; по времени излучения — непрерывного действия, импульсные; по типу охлаждения анода — с водяным, масляным, воздушным, радиационным охлаждением; по размерам фокуса (области излучения на аноде) — макрофокусные, острофокусные и микрофокусные; по его форме — кольцевой, круглой, линейчатой формы; по способу фокусировки электронов на анод — с электростатической, магнитной, электромагнитной фокусировкой. [8]
Рисунок 8 – Рентгеновская трубка Кулиджа
При бомбардировке электронами вольфрамовой антикатод испускает характеристическое рентгеновское излучение. В рентгеновской трубке, разработанной Кулиджем (Рис. 8), источником электронов является вольфрамовый катод, нагреваемый до высокой температуры. Электроны ускоряются до больших скоростей высокой разностью потенциалов между анодом (или антикатодом) и катодом. Поскольку электроны должны достичь анода без столкновений с атомами, необходим очень высокий вакуум, для чего нужно хорошо откачать трубку. Этим также снижаются вероятность ионизации оставшихся атомов газа и обусловленные ею побочные токи. Электроны фокусируются на аноде с помощью электрода особой формы, окружающего катод. Этот электрод называется фокусирующим и вместе с катодом образует «электронный прожектор» трубки. Подвергаемый электронной бомбардировке анод должен быть изготовлен из тугоплавкого материала, поскольку большая часть кинетической энергии бомбардирующих электронов превращается в тепло. Кроме того, желательно, чтобы анод был из материала с большим атомным номером, т.к. выход рентгеновского излучения растет с увеличением атомного номера. В качестве материала анода чаще всего выбирается вольфрам, атомный номер которого равен 74.
Рисунок 9 – Рентгеновские трубки разных конструкций.
Конструкция рентгеновских трубок может быть разной в зависимости от условий применения и предъявляемых требований. Рентгеновские трубки применяют в рентгеновском структурном анализе (Рис.9,а), рентгеновском спектральном анализе, дефектоскопии (Рис.9,б) рентгеодиагностике (Рис.9,в), рентгенотерапии, рентгеновской микроскопии и микрорентгенографии. Наибольшее применение во всех областях находят отпаянные рентгеновские трубки с термоэмиссионным катодом, водоохлаждаемым анодом, электростатической системой фокусировки электронов. [8]
Рисунок 10 – Схема установки рентгеновской литографии
На рисунке 10 показана схема рентгеновской установки экспонирования. Электронная пушка генерирует электронный пучок, фокусируемый на охлаждаемой водой мишени (часто используется палладиевая мишень). Напряжение на аноде составляет 25 кВ, потребляемая мощность 4-6 кВт. В результате анод испускает рентгеновские лучи с длиной волны 0.437 нм, которые через бериллиевое окно попадают в камеру экспонирования. [5]
Описанная выше схема не позволяет достичь максимально возможного разрешения ввиду геометрических ограничений (рис. 11). Рассмотрим ситуацию, когда источник рентгеновских лучей диаметром d расположен на расстоянии L от рентгеновского шаблона, который в свою очередь отстоит на расстояние s от покрытой резистом пластины. Протяженность источника приводит к размытию края изображения на резисте на величину δ = d (s/L). Для типичных величин d = З мм, s = 40 мкм и L= 50 см размытие изображения составляет величину порядка 0,2 мкм. [5]
Рисунок 11 – Геометрические искажения в системе рентгеновского экспонирования
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
