Материал: 1382

21

Метод электроннолитографии основан на явлении перестройки молекулярной структуры резиста под действием электронного облучения. Различают сканирующую и проекционную электроннолитографию. На рис.4.11 представлена схема проекционной электроннолитографии. Поток электронов находится в продольном магнитном поле индукцией В.

Рисунок 4.11 – Схема проекционной электроннолитографии

Время экспонирования t связано с коэффициентом чувствительности K резиста и плотностью тока луча J соотношением:

K = 10-6 10-8 кл/см2 соответственно для негативных и позитивных электронорезистов. Время экспозиции при диаметре пучка 0,1 мкм ~ 60 мкс на один элемент. Общее время экспонирования подложки диаметром 30 мм достигает 100 часов.

U – ускоряющее напряжение; h=6,6 10-34 Дж/с; me = 9,1 10-31кг.

Подставляя константы, получим: λ =1,227 U (нм);

2)сферическая аберрация и тепловой разброс поперечных скоростей электронов приводит к увеличению диаметра электронного пучка и его рассеянию в слое резиста;

3)мощность, вкладываемая в пучок, ограничена испарением электронорезиста. Энергия электрона складывается из энергии электрона и энергии взаимодействия с веществом и определяется выражением:

где с – скорость света; 4) яркость источников электронов конечна и имеет Гауссовское

распределение в пространстве. Яркость электронного пучка B при

22

электроннолитографии зависит от плотности тока эмиссии J и температуры катода T:

где k =1,38 10 -23 – постоянная Больцмана;

В ряде случаев для увеличения разрешающей способности используются подкладки под подложку, отражающие электронный поток, тем самым реализуется обратная электроннолитография. Диаметр пучка d для электроннолитографии может возрасти из-за дифракции или аберраций. Например, увеличение диаметра пучка из-за дифракции описывается уравнением:

где δ – угол сходимости луча, рад.

4.5.6 Рентгенолитография

На рис. 4.12 представлена схема реализации рентгенолитографии.

Рисунок 4.12 - Схема реализации рентгенолитографии

Достоинства рентгенолитографии состоят в отсутствии вакуумной системы, нечувствительность к загрязнениям.

Недостатком рентгенолитографии является наличие рентгеновского излучения, что предъявляет повышенные требования к помещению и обслуживающему персоналу.

4.5.7Ионнолитография

Вслучае ионнолитографии засветка резиста проводится ионами инертных газов. Достоинства применения ионов состоят в большой массе иона и высокой полимеризующей способности ионов. Большая масса иона препятствует его отклонению от первоначального направления даже в сильных магнитных полях.

4.6Планарная технология изготовления электронных приборов

Планарная технология (от английского planar – плоский) основывается на создании в приповерхностном слое полупроводниковой

23

монокристаллической пластины (Si, Ge, Ga, As) областей с различным типом проводимости и разной концентрацией примесей. Такие области создаются локальным введением в подложку (чаще Si) примесей через маску (чаще пленку SiO2), формируемую на подложке литографией. Это позволяет через окна в SiO2 осуществлять коммутацию элементов при помощи пленочных (чаще Al) проводников. Пленка SiO2, помимо использования ее в качестве маски, является хорошим диэлектриком и защищает поверхность прибора от повреждений.

Полупроводниковой называют интегральную микросхему (ИС), в основе структуры которой применен полупроводниковый материал. Пленочной называют ИС, состоящую из пленочных элементов, выполненных на изолирующих поверхностях (подложках) в виде слоистых комбинаций (планарная технология). Наиболее отработанной является технология изготовления транзисторов. Комбинируя соединения транзисторов, получают сопротивления, емкости, индуктивности и другие пассивные или активные элементы схемы.

Вопросы разработки ИС требуют знания закономерностей размещения элементов на данном геометрическом уровне – топологии. В качестве подложек микросхем используются стеклоподобные материалы (ситталы, сапфир), керамика и полимерные материалы. Микросхему начинают формировать с комбинации кремний – подложка. При этом различают КВД – кремний в диэлектрике; КНД – кремний на диэлектрике; КНС – кремний на сапфире.

Вкачестве резисторов используются пленки железа, хрома, никеля, алюминия, меди. Резисторы для улучшения теплоотвода располагают ближе к краям, а частотозависимые элементы (трансформаторы, дроссели, индуктивности, конденсаторы) при определенном взаимном расположении друг относительно друга. Подгонку номиналов резисторов выполняют на специальных стендах выжиганием части пленки лазером или локальной напайкой. Межслойная изоляция микросхем может выполняться стеклом, напылением кремния или пленок переходных металлов (алюминия, титана, циркония и др.) с последующим окислением или азотированием. Для увеличения электрической прочности изоляцию располагают в форме U и V канавок (изоляция U и V канавками)

Впоследнее время широко распространились методы диффузионной изоляции, основанные на формировании изоляции между элементами методами локальной примеси элементов. Соединения элементов выполняются перемычками, коммутационными дорожками и контактными площадками. Основное требование к подобным элементам – паяемость и формирование невыпрямляющего контакта. Материалами соединяющих элементов служит алюминий, медь, никель, железо и др., толщиной до 5 мкм.

4.6.1Последовательность операций при изготовлении биполярного

24

транзистора по планарной технологии

Пример изготовления биполярного n-p-n транзистора представлен на рис. 4.13. В качестве подложки используется пластина монокристаллического кремния с избыточной электронной проводимостью (n-Si). На ней термическим окислением создают пленку SiO2, в которой литографией формируют окна для введения акцепторной примеси (например, В). В результате образуется базовая область транзистора (р-Si). Затем пластину снова окисляют и во вновь образованной пленке SiO2 повторной литографией создают окна для введения донорной примеси (например, фосфора) для создания эмиттера. Проводя литографию по пленке алюминия, формируют контакты к соответствующим областям транзистора, проводники и контактные площадки. После вжигания контактов пластину разрезают на кристаллы (чипы), каждый из которых содержит один транзистор. Чипы помещают в корпус и присоединяют выводы и герметизируют.

а) исходный кремний; б) – окисление; в) – создание маски для базы; г) – диффузия акцептора; д) – создание маски для коллектора; е) – диффузия донора; ж) – создание маски для эмиттера; з) – формирование контактов.

Рисунок 4.13 – Схема изготовления биполярного n-p-n транзистора.

На рис. 4.14 представлены структуры навесного дискретного (а) и интегрального (б) транзисторов, а также некоторые пассивные элементы в поле микросхемы (в).

25

Рисунок 4.14 – Структуры транзисторов и пассивные элементы в поле микросхемы

4.7 Планарно-эпитаксиальная технология изготовления твердотельных электронных приборов

Планарно-эпитаксиальная технология применяется для получения мощных (в частности полевых) транзисторов.

Для изготовления полевых транзисторов на поверхности полупроводниковой подложки (с проводимостью р-типа и удельным сопротивлением ~10 8 Ом см) методами эпитаксии создают канал (n-типа) толщиной ~ 0,1-0,5 мкм и концентрацией электронов ~ 1017 1/cм3. Затвор формируют наращиванием нового эпитаксиального слоя или диффузией примеси. Сток и исток представляют собой омические контакты с эпитаксиальным слоем. Контактные области транзисторов создаются методом металлизации в вакууме путем напыления пленки толщиной ~ 1 мкм.

4.8 Технология элементов наноэлектроники, молекулярной электроники и квантовых транзисторов

Квантовые эффекты в низкоразмерных структурах. При рассмотрении трехмерной структуры кристалла на границе раздела кристалла энергия связи меньше энергии в кристалле. Углеродная связь по границе раздела сравнима с колебательной энергией связи и составляет 0,1 эВ, что соответствует волне де Бройля порядка 4 нм. Квантовой точкой называют частицу, размер которой порядка волны де Бройля. В этом случае проводимость определяется движением носителей по ребрам нанокристаллов. Кристалл можно условно представить как электронный газ с набором стоячих электронно-колебательных волн с энергиями от 0,05 до 5, 5 эВ. При этом появляется прыжковая проводимость, которая может изменяться на 12 порядков. В этом отношении перспективны пористые полупроводниковые материалы (пористый кремний, наноалмаз, пироуглерод).

4.8.1 Технология формирования квантового транзистора

При введении наночастиц материалов при сохранении физических