Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №45 (май) 2017
Разделы: Физика, Нанотехнологии, Химия
Размещена 23.05.2017. Последняя правка: 28.05.2017.

Исследование влияния травителей на тонкие пленки тантала

Цветкова Анастасия Андреевна

ТУСУР

студент

Сороковикова Вероника Николаевна, студентка группы 313-1 Томского Государственного Университета Систем Управления и Радиоэлектроники; Научный руководитель: Чистоедова Инна Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры ФЭ, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники


Аннотация:
В данной статье рассмотрено влияние трех травителей различного состава на тонкие пленки тантала. Были получены результаты при воздействии на пленки двух различных травителей и выбран оптимальный травитель.


Abstract:
In this paper, we consider the effect of three etchants of different compositions on thin tantalum films. There is a result when exposed to film with two different etchants, and the Etchant selected optimum.


Ключевые слова:
Фотолитография; пленка тантала; травление; травитель; боковой подтрав.

Keywords:
Photolithography; tantalum film; etching; etchant; side podtrav.


УДК 53.044

Введение.

Микро- и наноэлектроника востребована почти во всех современных областях создания электронных приборов. Быстрое развитие в настоящее время этого направления в науке в большей степени определяется появившейся возможностью получения дискретных полупроводниковых приборов, микросхем, а также их элементов в больших масштабах с высокой точностью достижения необходимых геометрических размеров и электрофизических параметров. В настоящее время развитие микро- и наноэлектроники характеризуется широким применением интегральных микросхем и структур на их основе. Это связано со значительным увеличением требований к выполняемым приборами функциям и усложнением задач, решаемых современной техникой.

 

Актуальность.

 

Получение рельефа необходимой конфигурации в тонких пленках с различными электрофизическими свойствами, нанесенных на поверхность полупроводниковых или диэлектрических подложек, является, на настоящий момент, неотъемлемым этапом технологии изготовления интегральных микросхем, а также элементов, формируемых на их основе. Такой технологический процесс получил название «литография». Литография основана на использовании особых высокомолекулярных соединений – резистов, обладающих способностью изменять свои свойства под воздействием излучений различной природы – ультрафиолетового излучения (фотолитография), рентгеновского излучения (рентгенолитография), направленного и сфокусированного потока электронов (электронолитография) и потока ионов (ионно-лучевая литография) [1-2].

Наиболее простой и широко применяемый метод – это метод фотолитографии [3], поэтому изучение и модифицирование этого метода и является приоритетным в настоящее время.

Наиболее важным этапом фотолитографии является этап травления рабочего слоя. Необходимо подобрать такой селективный травитель [4, с.833] для состава материала пленки рабочего слоя, чтобы не повредить другие, уже сформированные, слои микросхемы или поверхность самой подложки. Грамотно подобранный травитель так же необходим для получения четкого топологического рисунка в рабочем слое.

В настоящее время активно развивается танталовая технология [5]. Широкое применение технологии в основном обусловлено особыми свойствами тонких пленок тантала. С появлением танталовой технологии появилась возможность создания резисторов и конденсаторов на основе только одного материала, это привело к упрощению технологического процесса и к существенному снижению получаемых интегральных микросхем. На основе танталовых пленок создаются наиболее надежные и стабильные во времени RC-элементы. Тантал имеет низкий температурный коэффициент сопротивления, при этом достигается высокое поверхностное сопротивление. Еще одним неоспоримым достоинством тантала можно назвать невосприимчивость к радиации. Это свойство также присутствует и в пленках тантала.

 

Методика эксперимента.

 

Основываясь на активном развитии танталовой технологии и повышении востребованности танталовых пленок, для экспериментов и были выбраны пленки тантала. Толщина исследуемых пленок составляла 130 нм. Для исследований были выбраны три рецепта травителей: HNO3:HF = 1:1, HNO3:HF:H2O = 1:1:0,5 и HF:HCl:H2O = 0,5:2:2.

Травление пленки тантала в растворе HNO3:HF = 1:1 проводилось при следующих параметрах: T = 24°C, при влажности воздуха 20%, в течение 1 секунды.

Травление пленки тантала в растворе HNO3:HF:H2O = 1:1:0,5 проводилось при следующих параметрах: T = 24°C, при влажности воздуха 20%, в течение 1 секунды.

Травление пленки тантала в растворе HF:HCl:H2O = 0,5:2:2 проводилось при параметрах: T = 24°C, при влажности воздуха 20%, в течение 15 минут.

Для оценки качества топологического рисунка, полученного после травления в каждом из растворов, в пленках тантала были проведены измерения бокового подтрава для каждого образца. Измерения бокового подтрава проводились на микроскопе MBC-9 при семикратном увеличении изображения топологического рисунка на пленке.

Этапы измерений бокового подтрава были следующие:

1)                 С помощью микроскопа замерялся размер элемента на фотошаблоне: он составил 1,47 мм. Для измерений был выбран минимальный размер элемента на фотошаблоне.

2)                 Замерялся размер соответствующего элемента на пленке тантала после травления.

3)                 Вычислялась разность размеров элементов, полученных на пленке и соответствующего элемента на фотошаблоне. Так как разность показывала отличие геометрических размеров соответствующих элементов с двух сторон (симметрично относительно центра), то полученное значение делилось пополам.

Эксперименты показали, что при травлении танталовой пленки в растворе HF:HCl:H2O = 0,5:2:2 наблюдается недотрав. Такие результаты говорят о том, что использовать данный раствор для травления пленок тантала нецелесообразно.

 

Таблица 1 – Оценка бокового подтрава для различных рецептов травителей

HNO3:HF:H2O = 1:1:0,5

HNO3:HF = 1:1

№ образца

Размер элемента, полученного на пленке, мм

Величина бокового подтрава, мм

№ образца

Размер элемента, полученного на пленке, мм

Величина бокового подтрава, мм

1

1,49

0,01

1

2,74

0,635

2

1,5

0,015

2

2,6

0,565

3

1,53

0,03

3

2,83

0,68

4

1,48

0,005

4

2,71

0,62

5

1,5

0,015

5

2,62

0,575

Среднее значение, мм

1,5

0,015

Среднее значение, мм

2,7

0,615

 

Усреднив полученные значения бокового подтрава для каждого образца, получили, что при травлении пленки тантала в растворе HNO3:HF = 1:1 боковой подтрав составляет 0,615 мм, а при травлении пленки в растворе HNO3:HF:H2O = 1:1:0,5 боковой подтрав составляет 0,015 мм.

 

Анализ результатов.

 

Результаты экспериментов показали, что наиболее удачным для травления пленок тантала является травитель с составом HNO3:HF:H2O = 1:1:0,5. При травлении в этом растворе боковой подтрав составил наименьшую величину. Также было отмечено, что поверхность керамической подложки не была повреждена. Это говорит о том, что водный раствор соединения фтористоводородной и азотной кислот является очень хорошим травителем для пленок тантала. Однако при этом для керамики он оказался абсолютно безвреден и не оказывает на нее какого-либо существенного воздействия, что является несомненным достоинством для травителя, ведь большая часть современных интегральных микросхем и элементов на их основе проектируется и создается на основе керамических или ситалловых подложек.

Представлена фотография полученного в пленке тантала после травления в растворе HNO3:HF:H2O = 1:1:0,5 топологического рисунка. Так как измерения проводились на неэлектронном микроскопе, то изображение при семикратном увеличении зафиксировать оказалось невозможным. Ввиду этого представлена фотография с окуляра микроскопа MBC-9 при увеличении окуляра 2:1.



Представлена фотография полученного в пленке тантала после травления в растворе HNO3:HF:H2O = 1:1:0,5 топологического рисунка. Так как измерения проводились на неэлектронном микроскопе, то изображение при семикратном увеличении зафиксировать оказалось невозможным. Ввиду этого представлена фотография с окуляра микроскопа MBC-9 при увеличении окуляра 2:1.

 

Библиографический список:

1. Данилина, Т.И. Технология тонкопленочных микросхем / Т.И. Данилина. – Т.: ТУСУР, 2006. – 165 с. 2. Лапшинов, Б.А. Технология литографических процессов / В.А. Лапшинов. – М.: Московский государственный институт электроники и математики, 2011. – 99 с. 3. Моро, У. Микролитография. Часть 2. / У. Моро. – М.: Мир, 1989. – 1240 с. 4. Гудымович, Е.Н. Основы фотолитографии: Учебное пособие. / Е.Н. Гудымович, Н.А. Гавриленко – Т.: Издательство Томского университета, 2009. – 182 с. 5. Данилина, Т.И. Технология тонкопленочных микросхем: Учебное пособие / Т.И. Данилина. – Т.: ТУСУР, 2012. – 149 с.




Рецензии:

23.05.2017, 20:52 Манин Константин Владимирович
Рецензия: Данная статья является актуальной по данному вопросу. Оригинальным выводом является тот факт, что раствор фтороводород и хлороводорода + пары воды является менее эффективной подтравкой, чем раствор азотной кислоты и фтороводорода. Хотя первая смесь должна быть активнее, так как состоит из двух наиболее активных галогенов. Скорее всего это связано с источником тантала (сырьем), так как данный металл в свободном виде в природе не встречается! Возможно большая часть активности данного раствора идёт не на тантал, а на его примеси. В целом данная статья может быть рекомендована к публикации.

24.05.2017, 6:54 Ивлев Виктор Иванович
Рецензия: Рекомендации: 1 - убрать описание процесса фотолитографии, это есть в учебниках; 2 - желательно привести фотографии образцов после травления (с увеличением). После этого можно публиковать.

25.05.2017 7:07 Ответ на рецензию автора Цветкова Анастасия Андреевна:
Проведено редактирование статьи в соответствии с рекомендациями.

24.05.2017, 22:16 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Рецензия: Очевидно, две положительные рецензии достаточно для публикации статьи. Рецензент не возражает. Статья тщательно подготовлена, выверена, литература оформлена по формату. В отличие от Виктора Ивановича возражений против небольшого экскурса в "дорожную карту" фотолитографии нет, и даже более того, хотелось бы не специалистам узнать, почему избран такой уникальный элемент, каким является тантал и какие его характеристики сопутствовали этому выбору? Возражений против публикации нет после ответа на неясности или их выполнения.
25.05.2017 8:08 Ответ на рецензию автора Цветкова Анастасия Андреевна:
Фотолитография – это современный технологический процесс, основанный на использовании фото-химических явлений, которые происходят в нанесенном на подложку слое фоторезиста. Процесс фотолитографии включает в себя девять основных этапов: 1) очистка поверхности подложки (этот этап определяет качество всего дальнейшего процесса фотолитографии); 2) нанесение рабочего слоя (нанесение пленки материала, в котором будет происходить формирование топологического рисунка) нанесение слоя фоторезиста (нанесенный слой фоторезиста должен быть однородным по толщине по площади подложки, без проколов, без царапин, и должен иметь хорошую адгезию к материалу рабочего слоя); 3) первичная сушка фоторезиста (для окончательного удаления растворителя из слоя фоторезиста, при этом молекулярная структура нанесенного слоя фоторезиста уплотняется, уменьшаются внутренние напряжения и повышается адгезия фоторезистивной пленки); 4) совмещение и экспонирование; 5) проявление слоя фоторезиста, формирование фоторезистивной маски; 6) задубливание фоторезиста (этот процесс необходим для того, чтобы произошла окончательная полимеризация проявленных участков, вследствие чего слой фоторезиста приобретает повышенную стойкость к воздействию травителей, а также улучшается адгезия фоторезистивного слоя к пленке рабочего слоя); 7) травление рабочего слоя (для каждого материала рабочих слоев подбирается свой, селективный, травитель); 8) удаление фоторезистивной маски; 9) проверка качества технологического слоя. Как указано в статье, сейчас становится популярным такое направление, как "танталовая технология". Тантал имеет низкий температурный коэффициент сопротивления, при этом обладает высоким поверхностным сопротивлением. При окислении пленок получается отличный диэлектрик, который можно использовать в качестве резистивных слоев или в качестве диэлектрика в структуре конденсатора. Пленки оксида тантала (оксид тантала легко получить анодирванием уже нанесенной пленки тантала) обладают высокой электрической прочностью и высоким значением диэлектрической проницаемости. При этом пленки отличаются невосприимчивостью к влажности и обладают высокой добротностью. Также тантал является материалом, невосприимчивым к радиации. При этих несомненных положительных свойствах тантал является недорогим материалом, что снижает стоимость ИМС, полученных на основе пленок тантала.

25.05.2017, 10:19 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Рецензия: В рецензии не говорилось о необходимости всё это разместить в форме ответа, предлагалось о тантале включить в статью. Рекомендация на публикацию уже была.
25.05.2017 10:10 Ответ на рецензию автора Цветкова Анастасия Андреевна:
О тантале в статье уже указано.

26.05.2017, 0:40 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Рецензия: Вроде бы этого непосредственно в статье нет: "Тантал имеет низкий температурный коэффициент сопротивления, при этом обладает высоким поверхностным сопротивлением. При окислении пленок получается отличный диэлектрик, который можно использовать в качестве резистивных слоев или в качестве диэлектрика в структуре конденсатора. Пленки оксида тантала (оксид тантала легко получить анодирванием уже нанесенной пленки тантала) обладают высокой электрической прочностью и высоким значением диэлектрической проницаемости. При этом пленки отличаются невосприимчивостью к влажности и обладают высокой добротностью. Также тантал является материалом, невосприимчивым к радиации. При этих несомненных положительных свойствах тантал является недорогим материалом, что снижает стоимость ИМС, полученных на основе пленок тантала". Ведь именно поэтому стала популярна танталовая технология, о чём не все знают. Статья рекомендуется к печати.



Комментарии пользователей:

25.05.2017, 21:01 Ивлев Виктор Иванович
Отзыв: Уважаемый Эдуард Григорьевич! В научных статьях не принято приводить информацию, хорошо известную специалистам, тем более имеющуюся в учебной литературе. Для тех, кто интересуется проблемами, не входящими в сферу их профессиональных интересов, есть научно-популярные издания. Моя рекомендация написана в предположении, что данный журнал позиционирует себя как научный.


Оставить комментарий


 
 

Вверх