Моделирование процессов плазмохимического травления диэлектрика для формирования оптического рисунка в технологическом цикле изготовления интегральной микросхемы Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 655.2262

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО РИСУНКА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ

Александр Владимирович Пацан

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студент, тел. (923)182-22-96, e-mail: [email protected]

Геннадий Васильевич Перов

Новосибирский завод полупроводниковых приборов с объединенным конструкторским бюро, 630082, Россия, г. Новосибирск, ул. Дачная, 60, кандидат технических наук, доцент, заместитель начальника ОКБ по научной работе, руководитель центра обучения, тел. (913)703-70-61, e-mail: [email protected]

В статье рассматривается проблема визуализации процессов плазмохимического травления диэлектрика для формирования оптического рисунка в техническом цикле изготовления интегральной микросхемы, рассмотрен способ решения визуализации данного процесса.

Ключевые слова: моделирование, плазмохимическое травление, интегральные микросхемы.

SIMULATION OF PLASMA-CHEMICAL DIELECTRIC FRICTION PROCESSES FOR FORMING THE OPTICAL FIGURE IN THE TECHNICAL CYCLE OF MANUFACTURING THE INTEGRAL MICROCIRCUIT

Alexandr V. Patsan

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., student, tel. (923)182-22-96, e-mail: [email protected]

Gennady V. Perov

Novosibirsk Plant of Semiconductor Devices with an Integrated Design Bureau, 630082, Russia, Novosibirsk, 60 Dachnaya St., Ph. D., associate Professor, deputy head of the OKB for scientific work, head of the training center, tel. (913)703-70-61, e-mail: [email protected]

The problem of visualization of the processes of plasma-chemical etching of a dielectric for the formation of an optical pattern in the technical cycle of manufacturing an integrated microcircuit will be considered, and a method for solving the visualization of this process is considered.

Key words: modeling, plasma-chemical etching, integrated microcircuits.

В настоящее время технология формирования элементов микромеханических систем основана на групповых операциях, технологического цикла полупроводниковых, в основном кремниевых, приборов и интегральных схем (ИС). Но она имеет ряд существенных особенностей и проблем, которые приходится учитывать при использовании процесса формирования рисунка на операции фотолитографии. Один из важнейших компонентов, обеспечивающий точность рисунка, является процесс плазмо-химического травления. Поэтому моделирование процессов плазмохимического травления диэлектрика для формирования

оптического рисунка в технологическом цикле изготовления интегральной микросхемы актуальной задачей.

Как правило, эти проблемы могут быть преодолены путем модернизации существующих типовых процессов и (или) разработки нестандартных технических решений. Одним из главных отличий технологии микромеханических структур от технологии интегральных схем является необходимость формирования глубокого (до нескольких сотен микрометров) рельефа в монокристаллическом кремнии и других материалах. Некоторые примеры структур элементов МЭМС, полученных методом плазмохимического травления (сухое), представлены на рис. 1.

Рис. 1.

а) вертикальные канавки в кремнии (минимальная ширина канавки - 2,5 мкм); б) фрагмент гироскопа кольцевого типа (толщина кремния 100мкм); в) общий вид гироскопа кольцевого типа; г) фрагмент акселерометра типа «гребёнка»

Традиционно для формирования таких структур используются плазмохи-мические реакторы, создающие высокоплотную плазму, в частности, реакторы с индуктивно - связанной плазмой, или 1СР реакторы. В связи со значительным увеличением глубины травления, при производстве структур МЭМС зачастую необходимо выполнение гораздо более жёстких требований к параметрам технологических процессов по сравнению с требованиями процессов производства ИС. Ужесточаются требования к стойкости маски, т.к. фоторезистивная маска

не всегда выдерживает травления на достаточную глубину. Возрастает шероховатость травимой поверхности, что порой недопустимо, особенно при формировании элементов оптических систем (в частности, зеркал). Однородность травления по пластине, характерная для процессов производства ИС, в ряде случаев недостаточна при производстве МЭМС. Особенно это актуально при формировании чувствительных элементов, работающих в динамическом режиме (акселерометры, гироскопы).

Для формирования рельефа в кремнии на глубину до 100 мкм и более с вертикальными стенками используется, как правило, так называемый «ВоэсЬ) -процесс. Его суть состоит в многократном повторении трехстадийного цикла травления. В первой стадии цикла производится травление кремния через маску на сравнительно небольшую глубину в среде эле - газа (химическая формула -SF6). Во второй стадии цикла производится пассивация стенок протравленного профиля с помощью, например, разряда на основе хладона - 318 (химическая формула - C4F8). В третьем шаге травления ионная компонента разряда удаляет пассивирующий слой полимера со дна канавки, в то время как боковые стенки канавки остаются защищёнными маскирующим слоем полимера. Далее снова проводится стадия травления, и т.д. В результате, травление идёт только в вертикальном направлении с небольшими периодическими подтравами в боковых направлениях.

Моделирование и анализ физико-химических процессов при получении слоев диэлектриков и металлов оптического рисунка микросхем проводится в основном одномерном или двумерном формате.

В настоящей работе предлагается такое моделирование проводить в 3D формате на примере плазмохимического глубокого травления подложки. Экспериментальные работы (моделирование) относились к BOSH процессу, реализованному на нетехнологической площадке НПП «Восток» при формировании рисунка балочной структуры МЭМС микрогенератора в основу модели травления положены скоростные параметры установки LAB 100 до глубины 100-300 мкм и уходов размеров на сторону 1%. Визуализация процесса в поперечном сечении во временном интервале до 60 мин проводилась в среде 3Dmax.

На рис.1 представлено изменение поперечного сечения "колодца" кремния во времени при линейном уходе на сторону стенки колодца. Однако в модель можно заложить, например, более сложную конфигурацию профиля в зависимости от состояния (формы) фоторезиста на краю «колодца». Это может возникнуть, например, при нарушении условий постановки фоторезистивной маски.

Предлагается разработка приложения для смартфона визуализирующая процесс получения рисунка во время БОШ процесса. Приложение предназначено для учеников старших классов, колледже и вузов. Им будет предложено наглядное представление процессов плазмохимического травления диэлектрика и сопутствующий теоретический материал для формирования оптического рисунка в техническом цикле изготовления интегральной микросхемы. Таким образом, необходима программа, в которой будут смоделированы и визуализированы основные процессы данного метода травления.

Программа будет представлять собой набор необходимых 3D моделей:

- автоматизированная система для проведения процессов плазмохимиче-ского травления;

- заготовка для травления;

- визуализация процесса травления.

Таким образом, пользователь может моделировать процесс травления на компьютере, используя программу, позволяющую визуализировать процесс травления на оборудовании с такими же характеристиками, как и в реальном производственном процессе. Кроме того имеются возможности для оптимизации параметров процесса травления для того, чтобы получить заданные характеристики изделия. При компьютерном моделировании процесса экономятся дорогостоящие материалы, оборудование не задействовано в оптимизации технологии и может быть использовано для решения реальных технологических задач. Компьютерное моделирование позволяет воспроизвести возможные варианты неверных технологических решений при изготовлении изделия и оперативно внести соответствующую корректировку в технологический процесс. Также будет возможным воспроизводить все технологические операции без опасения, того что оборудование будет сломано.

Температура =1000С Время 98 мин.

Сформулирован алгоритм приложения для смартфона для визуализация процессов плазмохимического травления, а также необходимость создания данного приложения для повышения квалификации специалистов и обучения учащихся.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. О.В. Рувинский,. Плазмохимическое травление органических материалов в технологии изготовления монолитных интегральных микросхем [Текст] / О.В. Рувинский, М.В. Устьянцев, А.Х. Харахашев, М.М. Климов // Вестник Донского государственного технического университета. - 2009. - №9 - С. 101-102.

2. Булычев А.Л.Аналоговые интегральные схемы: Справочник / А.Л. Булычев, В.И. Галкин, В.А. Прохоренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Беларусь, 1993. - 382 с.

3. Пинт Э.М., Сёмов И.Н. Классификация интегральных микросхем [Электронный ресурс] / Современные научные исследования и инновации.- Электрон. дан. - М., 2016. - Режим доступа: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/48130. - Загл. с экрана.

© А. В. Пацан, Г. В. Перов, 2017