ВПРОВАДЖЕННЯ ПЛАЗМОХіМіЧНОГО ТРАВЛЕННЯ В СУБМіКРОННУ ТЕХНОЛОГіЮ СТРУКТУР іНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

При освоенш дiапазону суб- i наномi-кронних елементiв ттегральних схем вини-кае ряд проблем, яких або взагалi не було при розробщ технологИ виготовлення з м^мальними розмiрами елементiв бшьше 0,8 мкм, або вони не представлялись значни-ми. Дана стаття розкривае саме перспективу та альтернативу використання субмшрон-ног технологИ плазмохiмiчного травлення та впровадження гг у виробництво

Ключовi слова: плазмохiмiчне травлення, осадження, боро-фосфоро силшатне скло,

фоторезист, реактор

□-□

При освоении диапазона суб- и наноми-кронных элементов интегральных схем возникает ряд проблем, которых либо вообще не было при разработке технологии изготовления с минимальными размерами элементов больше 0,8мкм, или они не представлялись значительными. Данная статья раскрывает именно перспективу и альтернативу использования субмикронной технологии плазмохи-мического травления и внедрения ее в производство

Ключевые слова: плазмохимическое травление, осаждение, боро-фосфоро силикатное стекло, фоторезист, реактор

УДК 621.794.4

|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.42128|

ВПРОВАДЖЕННЯ ПЛАЗМОХ1М1ЧНОГО ТРАВЛЕННЯ В СУБМ1КРОННУ ТЕХНОЛОГ1Ю СТРУКТУР 1НТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ

С. П. Новосядлий

Доктор техычних наук, професор* E-mail: nsp@mail.pu.if.ua Л. В. Мельник Астрант* E-mail: lj-3d@rambler.ru С. В. Новосядлий* E-mail: nsp@mail.pu.if.ua *Кафедра комп'ютерноТ шженери i електронки ***Прикарпатський Нацюнальний ушверситет iM. В. Стефаника вул. Шевченка, 57, м. 1вано-Франмвськ, УкраТна, 76025

1. Вступ

Сьогодт е вже певт трудношд при використант для формування топологи 1С/В1С найб^ьш пошире-ного способу реактивного юнного травлення (Р1Т) за такими причинами :

- висока енерпя юшв (сотнi еВ), що бомбують по-верхню пiдкладки в процесi Р1Т, та викликають вагомi радiацiйнi ушкодження;

- введення в плазму полiмероутворюючих добавок для забезпечення високо! ашзотропп i селективностi травлення е основним джерелом додаткового забруд-нення поверхнi функцюнальних шарiв в процесi ix травлення:

- Р1Т - це бiльш фрезерний процес, що вимагае великих значень енергп юшв, як можуть наводити додатковi заряди на межi натвпровщник^електрик.

2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми

Перспективне для прецизшного травлення функщональних шарiв структур В1С/НВ1С е метод НВЧ -плазмоxiмiчного травлення, що дозволяе отримувати велику густину плазми (1-7).1011см-1 в порiвняннi з (2-7).109см-1 для ВЧ - розряду, вже при б^ьш низьких енерпях iонiв (10-20 еВ), менше майже на порядок [1].

Б^ьш ефективна дисоцiацiя молекул робочого газу у НВЧ - розрядi дозволяе проводити процес травлення при б^ьш низьких тисках (до (1-5)10-2 Па), а значить суттево збшьшуе довжину в^ьного пробiгу хiмiчно активних частинок i отримувати достатньо високу ашзотротю травлення без використання в ролi ком-понентiв робочого газу полiмероутворюючих добавок, що забруднюють процес травлення [2].

Для НВЧ - плазмохiмiчного травлення застосо-вуеться традицшна система НВЧ - розряду в умовах формування електронно-циклотронного резонансу (ЕЦР). В склад установки НВЧ ПХТ входить:

- вакуумна система, що дозволяе тдтримувати ро-бочий тиск в дiапазонi 610-2-0,2 Па i яка складаеться iз турбомолекулярного насосу ТМН - 750 ^з швидкь стю вiдпалу до 1000 п/с) агрегату вщкачки АВР-150 для попереднього вiдпалювання робочо! напруги i турбомолекулярного насосу, високовакуумного крю-сорбцiйного насосу ВАН - 160 (швидкють вiдкачки за повiтрям до 150 п/с) заливного тиску [3]. У форвакуум-нш магiстралi передбачена охолоджуюча азотна паста для виморожування газоподiбних домiшок [4];

- плазмотрон - конструкщя якого представляе собою круглий хвилевщ дiаметром 150 мм iз нерiв-номiрноi сталi, всередиш якого знаходиться кварцевий реактор дiаметром 110 мм. Пiдвiд НВЧ - енергп ввд генератора до плазмотрона здшснюеться вже за допо-

©

МОГОЮ прямокутного хвилеводу 3 ПОДВ1ИНИМ Щ1ЛИН-ним мостом для збудження плазми та електромагшт-них хвиль методом Ню, а в круглому - моди Нц [5];

- робоча камера, всередиш яко! знаходиться охо-лоджувальний пщкладкотримач, ВЧ - склад для подач! напруги змщення, електричний вщвщ для д1агностики плазми технолопчно! САПР;

- система газонапускна для трьох р1зних техноло-пчних газ1в, як1 використовуються в ПХТ;

- чотири незалежш секцп електромагнтв, що до-зволяють формувати плазму електронно-циклотрон-ного резонансу, пщвигцуюче ступшь дисощацп реактивного газу [6].

профгть електронно! мжроскопп. Потужшсть НВЧ -розряду у вс1х експериментах складала 300-400 Вт.

На рис. 2,3 приведен! залежносп швидкоди травления моно-81 в потощ 8Р6 / СС14 вщ складу сум1пп 1 напруги поспйного змщення на пщкладкотримач. Висоьа ре-зультати (оптимальш) були досягнуй при моделюванш процесу при низьких (вщносно) швидкосп травления (—0,3^-0,4 им/с). При використанш в рол1 робочого газу сум1пп фреону-14 СР4/СС14 (0-15%) у вих експериментах спостерйалось високоашзотропне (>0,95) травления кремшю ¿з дегцо нижними швидкостями (0,25-0,35 им/с). Швидюсть травления регулюеться выбором фреону [7].

3. Мета та завдання дослщження

Х'^.нм/с

Метою роботи являеться дослщження технологи плазмох1м1чного травления.

Для дослщження мети були поставлен! таю завдання:

- ана.из установки плазмох1м1чного травления (рис. 1);

- дослщження технологи на кремни та арсенщ1 га.тю;

- визначення оптимальних технолопчних режим1в ПХР.

Рис. 1. Схема установки НВЧ ПХТ : 1 — НВЧ — генератор, 2 — хвилевщ, 3 — електромагшт, 4 — гмдкладка, 5 — зона горшня плазми, 6 — гпдкладкотримач ¡з змшенням, 7 — реакцшна камера

4. /\нал'|л та впровадження оптимальних технолопчних режим! I! плазмох1м1чного травления

1,5-

1,0-

0,5-

С(Ш,%

Рис. 2. Залежжсть швидкосп травления моно-51 плазми БРб/ССЦ вщ вщсотку ССЦпри изм=0

80%, Аг

V гч>,нм1с

-25 0

Травления монокриста.ичного кремшю чи арсеш-ду га.тю проводиться через маску, що виконана в двох вар1антах:

- маска алюмппю товщиною 0,1 мкм;

- двошарова маска \ селШрувальний електроре-зист 7РП - 60 (товщиною 0,3 мкм) та плазмопо.иру-вальна оргашка (товщиною 0,6 мкм) типу полпмщу.

Для визначення оптимальних технолопчних ре-жим1в ПХТ вар1ювались основш робоч1 параметри процесу - склад \ тиск робочого газу, напруга змщення та пщкладкотримач, вщстань пщкладкотримача до джерела плазми; в ро.и вихщних параметр1в ПХТ визначали швидккть травления моно-81 та СаАз \

Рис. 3. Залежжсть швидкосп травления моно-51 плазми БРб/ССЦ вщ постшного зм1щення при Р5рб+ССЦ=0,66 Па, Р3Р6+ССЦ=0,2Па

Практичний штерес представляе використання в ро.щ робочого газу елегазу 8Рб/Аг, що не дозволяе ут-ворюватись в продеи травления по.тмерного осадку на бокових стшках структур В1С як на 81 так 1 на СаАз.

Залежност1 швидкост1 травления моно-81 вщ вмР сту гексафториду с1рки (елегазу) в сум1ш1 8Рб/Аг, напруги пост1йного зм1щення на пщкладкотримач! 1 величин! робочого тиску подаш на рис. 3, 4. Для змен-

шення робочого тиску сум1ш1 SF6/Aг в умовах постшо-го парщального тиску SF6 спостернаються спочатку зменшення швидкосл травлення Si, а пот1м знову збшьшеного до початкового значення (рис. 4).

Очевидно, з графшв моделювання ПХТ видно, що першочергове зменшення швидкосл травлення зв'язане 1з зменшенням густини юнного струму на шд-кладку 1, як наслщок, 1з зменшенням iонноi активацii ii поверхш вiдносно малоi енергii iонiв. Вияснення ме-ханiзму збiльшення швидкостi травлення при подаль-шому змiщеннi робочого тиску вимагае приведення бшьш детальних дослщжень фiзики процесiв за допо-могою спецiальних тестових структур технолопчно'! САПР[8].

через алюмiнiеву маску, якого замють постiйноl на-пруги изМ=-50 В на пiдкладкотримач подавалась змш-на напруга частотою 330 КГц та амплггудою ±50 або ± 100 В (рис. 5, а).

Рис. 4. Залежнють швидкост1 травлення моно-81 плазми SFб/Ar в1д робочого тиску P5Fб=0,03 Па, изм=—50 В

Рис. 5. Проф1л1 НВЧ ПХТ моно^1 : а — через маску А1; б — двошарову маску, в плазм1 SFб(15 %+Аг) при тиску Рх=0,2 Па 1 изм=-50 В на установц1 GIR-520

Тут також необхiдно пiдкреслити, що ашзотрошя травлення як моно-Si, так i GaAs в чистому SF6 при тиску 3.10-2 Па е набагато пршою, нiж при травленш сумiшi SF6/Aг (Р=0,2 Па) при тому ж парщальному тиску SF6. Це дозволяе зробити висновок, що на аш-зотропiю травлення в чистому SF6 впливають хiмiчно активш частинки, якi розсiянi поверхнею моно^. Оптимальнi умови процесу анiзотропного травлення (рис. 5, а) при високш швидкос^ травлення кремнiю (>1,3 нм/с); об'емна концентрацiя SF6 в Аг - 15 %; робочий тиск - 0,2 Па, напруга постшного змiщення -50 В, маска - iз алюмжю. Рiзке змiщення анiзотропii, що спостернаеться в цьому ж режимi при викори-станнi вже двошарово! маски (сендвiча), що подано на рис. 5, б, пояснюеться, очевидно, ефектом зарядження конденсатора iз маски. Тут необхщно вiдмiтити, що се-лективнiсть травлення Si/SiO2 в такому режимi висока i складала >12-14 [9].

Навггь при нормальному падшш на поверхню Si, що е характерно для низьких робочих тисов, хiмiчно активш частинки мають бшьшу iмовiрнiсть вiдбить на бiчну стшку профiлю i прореагувати з нею. 1он-не бомбування поверхнi Si дозволяе рiзко збiльши-ти iмовiрнiсть взаемодП хiмiчно активноi частинки (ХАЧ) з дном канавки, в результат чого по™ ХАЧ, розсiяних на бiчнi стiнки, зменшуються, а ашзотрошя збшьшуеться. Цей процес з устхом може бути викори-станий для формування канавок, за допомогою яких можна формувати дiелектричну iзоляцiю елементiв.

На практищ експериментальних робiт спостерiга-лося рiзке зменшення анiзотропii травлення моно-Si

При використанш на постiйного, в ВЧ - змщен-ня на шдкладкотримач частина перiоду (позитивна амплiтуда) шдкладки Si чи GaAs не шддаеться бом-буванню позитивно зарядженими юнами. Якщо цей перiод часу е бшьшим, нiж середнiй час ХАЧ в аб-сорбованому станi, то тодi рiзко зростае розсiювання ХАЧ на бокових стшках i ашзотрошя плазмохiмiчного травлення зменшуеться до величини 0,75-0,85 [10].

5. Висновки

1. Проведеш експериментальш дослiдження ПХТ на установщ GIR-520 з використанням електронно-циклотронного резонансу на частой 2,45 ГГц дозволили розробити високоашзотропний процес НВЧ ПХТ кремшю та GaAs через металеву алюмжеву маску з використанням газовоi сумiшi SF6+CCl4, що не мiстить полiмероутворюючих добавок i якi не вно-сять додаткових зображень на поверхш шдкладки.

2. Такий технолоНчний процес може бути ви-користаний для глибинного травлення моно^ та GaAs, а також для формування топологи елемен^в в шарах полi-Si i нiтридiв кремнiю, алюмiнiю, бору ^N4, AlN, BN).

3. Низькi значення енерги iонiв (10-20 еВ) до-зволяють мiнiмiзувати радiацiйнi пошкодження в структурах В1С/НВ1С.

4. Якщо помшяти реактивний газ на моносилан, дисилан, то даний НВЧ - реактор перетвориться в реактор осадження функцюнальних шарiв.

Лиература

1. Новосядлий, С. П. Суб-наномшрона технолопя структур В1С [Текст] / С. П. Новосядлий. - 1вано-Франгавськ: Мюто НВ, 2010 - 456 с.

2. Новосядлий, С. П. Ф!зико-технолопчш основи субмжронно! технолог!! В1С [Текст] / С. П. Новосядлий. - 1вано-Франювськ: С!мик, 2003. - С. 52-54.

3. Симонов, В. В. Оборудование ионной имплантации [Текст] / В. В. Симонов, Л. В. Корнилов. - М.: Радио и связь, 1988. - 354 с.

4. Риссел, Х. Ионная имплантация [Текст] / Х. Риссел, И. Руге. - М.: Наука, 1983. - 360 с.

5. Болтакс, Б. И. Глубокие центри в GaAs, связание с собственними структурними дефектами [Текст] / Б. И. Болтакс, М. Н. Колотов, Е. А. Скоретина. - Известия вузов. Физика, 1983. - 10 с.

6. Афанасев, В. А. Оборудование для импульсной термообработки полупроводниковых материалов [Текст] / В. А. Афанасев, М. П. Духвський, Г. А. Красов. - Електроника СВЧ, 1984. - С. 56-58.

7. Окамото, Т. Устройства ионной имплантации [Текст] / Т. Окамото. - Саймицу кикай, 1985. - С. 1322-1325.

8. Черилов, А. В. Исследование електрофизических характеристик ионно-легированих слоев GaAs [Текст] / А. В. Черилов. -Електронная техника, 1984. - С. 8-12.

9. Ди Лоренцо, А. В. Полевие транзисторы на арсениде галлия. Принципы работи и технология изготовления [Текст] / А. В. Ди Лоренцо, Д. Д. Канделуола; пер с англ. под ред. Г. В. Петрова. - М: Радио и связь, 1988 - 489 с.

10. Ватанаба, Н. Проектирование СБИС [Текст] / Н. Ватанаба К. Асада, К. Кани, Т. Оцуки; пер с англ.; под ред. Л. В. Поспелова. - М: Мир, 1988 - 304 с.

Зроблено аналiз розподЫу густини струму в електродах електрохiрургiчних iнструментiв при зварювант бiологiчних м'яких тканин. Для цього розроблено алгоритм розв'язання та розв'язана елттична задача, що моделюе скт-ефект в проводниках компактного перерiзу. Проведена верифжа-щя математичног моделi розподЫу густини струму в монополярному електродi шляхом порiвняння з експериментальними даними при хiрургiчнiй опе-раци приварювання Ыттвки ока до його судинног оболонки

Ключовi слова: зварювання бiологiчних м'яких тканин, електрохiрургiчнi тструменти, електро-ди, високочастотний струм, скт-ефект

Сделан анализ распределения плотности тока в электродах электрохирургических инструментов при сварке мягких биологических тканей. Для этого разработан алгоритм решения и решена эллиптическая задача, моделирующая скин-эффект в проводниках компактного сечения. Проведена верификация математической модели распределения плотности тока в монополярном электроде путем сравнения с экспериментальными данными при хирургической операции приваривания сетчатки глаза к его сосудистой оболочке

Ключевые слова: сварка мягких биологических тканей, электрохирургические инструменты, электроды, высокочастотный ток, скин-эффект

-□ □-

УДК 615.47:621.791

|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.43372|

РОЗПОД1Л СТРУМУ В ЕЛЕКТРОДАХ ЕЛЕКТРОХ1РУРГ1ЧНИХ 1НСТРУМЕНТ1В ПРИ ЗВАРЮВАНН1 Б1ОЛОГ1ЧНИХ ТКАНИН

В. М. Сидорець

Доктор техычних наук, професор провщний науковий ствроб^ник* E-mail: sydorvn@gmail.com А. Г. Дубко Кандидат техшчних наук, старший науковий ствроб^ник* E-mail: andredu@yandex.ru *1нститут електрозварювання iM. £. О. Патона НАН УкраТни вул. Боженко, 11, м. КиТв, УкраТна, 03680

1. Вступ

Високочастотний струм в сучаснш електрохiрурrii застосовують в багатьох галузях загальноi xipyprii, кардюлоги, офтальмологи, урологи, отоларингологи, гшекологи, онкологи i т. д. [1, 2]. З 1994 року в 1нсти-

туп електрозварювання iM. 6. О. Патона в ствпращ xipypгами ведуться роботи по створенню нових техно-логш та обладнання для високочастотного зварювання живих м'яких тканин [3].

Протжання через проввдник змшного струму супро-воджуеться сюн-ефектом, який полягае в неоднорвдному

© В.