Микрокатоды. Изготовление микрокатодов с использованием литографии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключение рассмотрим вопрос о том, как долго будет продолжаться наблюдающийся в течение последних 35-40 лет прогресс в микроэлектронике, связанный с быстрым ростом степени интеграции ИС и уменьшением размеров транзисторов. Или говоря другими словами, как долго ещё будет выполняться закон Мура.
Согласно мнению экспертов, закон Мура может прекратить своё действие в связи с несколькими основными, видными уже сегодня, проблемами. Первая проблема классически формулируется следующим образом:рано или поздноусложнение микроэлектронной продукции приведёт к исчерпанию возможностей существующих технологий и принципиальному изменению производственного процесса, а также механизмов функционирования самой электроники.
В связи с этим особый интерес представляет ответ на вопрос, как долго буд ...

Содержание
Введение 3
1 Понятие интегральной микросхемы и ее элементов 5
1.1 Анализ состояния микроэлектроники 5
1.2 Закон Мура 6
2 Получение интегральных микросхем и микрокатодов методами электронной литографии 7
2.1 Основные понятия и определения 7
2.2 Электронная литография 9
2.2.1 Сущность метода электронной литографии 9
2.2.2 Преимущества метода электронной литографии 12
Заключение 13
Список источников 15

ВВЕДЕНИЕ
Миниатюризация элементов интегральных схем есть способ увеличения их производительности и эффективности. Поэтому существует потребность как в развитии наноструктурирования, так и создания специализированных структур на чипах с элементами, имеющими нанометровые размеры в таких областях как: оптоэлектроника, рентгеновская оптика, исследования в области физики низких температур и квантово-размерных эффектов, новых материалов, таких как двумерный графен и т.д.[1]
Структурирование с помощью электронной литографии является самым удобным методом создания объектов ввиду своей гибкости и оперативности. В связи с этим задача развития методик получения суб-100нм разрешения в электронной литографии является актуальной.
Электронная литография основана на взаимодействии электронного пучка с рез истом. Электронный рсзист – это нечувствительный к видимому и ультрафиолетовому излучению полимерный материал, который изменяет свои свойства при взаимодействии с электронами.
Обладая запасом большой энергии, электроны разрывают химические связи в электронном рсзисте, в результате чего происходит его деструкция [2]. Электронные рсзисты подразделяются на негативные и позитивные. У позитивного резиста увеличивается растворимость областей проэкспонированных электронных пучком, а значит, при проявлении именно с облученной области резист будет удаляться легче.
Для негативного резиста – наоборот, растворимость экспонированной области негативного резиста понижается, а значит именно она остаётся на подложке после процесса проявления.
Автоэмиссионные кремниевые микрокатоды являются ключевым элементом в системах цифровой литографии. Для такой литографии эффективная скорость передачи топологической информации в цепи «САПР-канал-микрокатод» находится в терабитном диапазоне.
В настоящее время достичь такой скорости передачи информации технически сложно. Поэтому проведение комплексных исследований по разрабогке как структуры системы преобразования топологической информации в системах цифровой литографни, так и ее отдельных элементов, с возможностью их технической реализации, является перспективным направлением развития науки.
 

Актиночувствительным называется слой, который изменяет свои свойства (растворимость, химическую стойкость) под действием актиничного излучения (например, ультрафиолетового света или потока электронов).Литографические процессы позволяют:получать на поверхности окисленных полупроводниковых подложек свободные от слоя оксида области, задающие конфигурацию полупроводниковых приборов и моментов ИМС, в которые проводится локальная диффузия примесей для создания p-n-переходов;формировать межсоединения элементов ИМС;создавать технологические маски из резистов, обеспечивающие избирательное маскирование при ионном легировании.Широкое применение литографии обусловлено следующими достоинствами:высокая воспроизводимость результатов и гибкость технологии, что дает возможность с легкостью переходить от одной топологии структур к другой сменой шаблонов;высокая разрешающая способность актиничных резистов; универсальностью процессов, обеспечивающей их применение для самых разнообразных целей (травления, легирования, осаждения);высокая производительность, обусловленная групповыми методами обработки.Процесс литографии состоит из двух основных стадий:формирование необходимого рисунка элементов в слое актиночувствительного вещества (резиста) его эспонированием и проявлением;травление нижележащего технологического слоя (диэлектрика, металла) через сформированную топологическую маску или непосредственного использования слоя резиста в качестве топологической маски при ионном легировании.В качестве диэлектрических слоев обычно служат пленки диоксида SiO2 и нитрида Si3N4 кремния, а межсоединений — пленки некоторых металлов. Все пленки называют технологическим слоем.В зависимости от длины волны используемого излучения применяют следующие методы литографии [7]:фотолитография (длина волны актиничного ультрафиолетового излучения = 250 … 440 нм);рентгенолитография (длина волны рентгеновского излучения =0,5 … 2 нм);электронолитография (поток электронов, имеющих энергию 10-100 КэВ или длину волны = 0,05 нм);ионолитография (длина волны излучения ионов = 0,05 … 0,1 нм).В зависимости от способа переноса изображения методы литографии могут быть контактными и проекционными, а также непосредственной генерации всего изображения или мультипликации единичного изображения. В свою очередь, проекционные методы могут быть без изменения масштаба переносимого изображения (Ml : 1) и с уменьшением его масштаба(М 10:1;М 5:1).В зависимости от типа используемого резиста (негативный или позитивный) методы литографии по характеру переноса изображения делятся на негативные и позитивные.Литография является прецизионным процессом, т.е. точность создаваемых рисунков элементов должна быть в пределах долей микрометра (0,3-0,5 мкм). Кроме того, различные методы литографии должны обеспечивать получение изображений необходимых размеров любой геометрической сложности, высокую воспроизводимость изображений в пределах полупроводниковых кристаллов и по рабочему полю подложек, а также низкий уровень дефектности слоя сформированных масок. В ином случае значительно снижается выход годных изделий.2.2 Электронная литография2.2.1 Сущность метода электронной литографииВ основе электронолитографии лежит избирательное экспонирование чувствительного маскирующего покрытия (электронорезиста) потоком электронов. При достаточной энергии электронов они способны разрывать межатомные связи электронорезиста и создавать тем самым условия для перестройки структуры.Длина волны движущегося электрона зависит от его энергии:где h – постоянная Планка;Например, при ускоряющем напряжении 15 кВ длина волны составляет 0,01 нм, т.е. более чем на четыре порядка меньше длины волн УФ-излучения. Поэтому явлениями дифракции в электронолитографии можно пренебречь.Существует две основные возможности использования электронных пучков для облучения поверхности пластины с целью нанесения рисунка. Это одновременное экспонирование всего изображения целиком (проекционная литография) и последовательное сканирование отдельных участков рисунка (сканирующая литография).Применение электронно-лучевой литографии (ЭЛЛ) позволяет решить технические (например, повышение разрешающей способности) и экономические (рост выхода годных структур, снижение затрат на изготовление шаблонов) проблемы, сдерживающие прогресс в микроэлектронике. Такие возможности ЭЛЛ обусловлены тем, что она принципиально отличается от фотолитографии — свободна от дифракции и других ограничений, которые действуют в случае использования оптических методов. Определенные фундаментальные ограничения существуют и для ЭЛЛ, но пределы разрешающей способности этого метода таковы, что можно на порядок уменьшить минимальную ширину линий [8].Рис. 2. Последовательность операций электронно-лучевой литографии.Полное время изготовления шаблона с помощью фотолитографических процессов доходит до 6 недель, что существенно ограничивает освоение производства новых микроэлектронных приборов. Время изготовления шаблонов с помощью ЭЛЛ составляет в зависимости от их сложности от одного до нескольких часов.Применение электронно-лучевой литографии для изготовления микроэлектронных приборов сводится к созданию маскирующего рельефа резиста на подложке — кремниевой пластине или заготовке шаблона. Этот процесс схематически показан на REF _Ref374115798 \h Рис. 2В основе метода лежит использование остросфокусированного электронного луча, движением которого ио поверхности подложки, включением и выключением управляет процессор.Под действием электронного луча происходит экспонирование резиста.