549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_

∆UПП, В

f, кГц

б)

Рис. 1. АЧХ напряжения на пьезопластине при контакте с воздухом и кожным покровом а) абсолютные значения напряжений на пьезопластине,

б) разность напряжений на пьезопластине при контакте с воздухом и кожным покровом.

4. Выводы

1.Анализ рис. 1 показывает, что при контакте с кожным покровом амплитуда напряжения изменяется примерно на 10% по сравнению с воздухом, что подтверждает возможность оценки рыхлости кожного покрова исследуемой пьезопластиной.

2.Для исследуемого излучателя максимальным является изменение напряжения пьезопластины на резонансной частоте 655 кГц.

3.На АЧХ пьезоизлучателя обнаружено два максимума изменения напряжения пьезопластины при замене исследуемого объекта, что объясняется наличием как продольных, так и поперечных колебаний пьезопластины.

Литература

1.Портнов Ф.Г. Электропунктурная рефлексотерапия. – Рига: Зинатне. 1987. – 352 с.

2.Кутасевич Я.Ф. Обоснование целесообразности использования препаратов наружного действия, содержащих фузидиевую кислоту, в педиатрической практике // Современная педиатрия. – 2010. – № 1(29). – С. 180–184.

3.Белавская С.В., Кузьмин А.Н., Лисицына Л.И., Навроцкий Л.Г., Педдер В.В. Выбор рабочей частоты сканирующего сигнала при оценке рыхлости кожного покрова с помощью ультразвуковых колебаний // Труды XII международной конференции АПЭП-2014. – Новосибирск: НГТУ, IEEE. Т. 5. 2014. – С. 180–184.

4.Белавская С.В. Ультразвуковые терапевтические излучатели с малой рабочей площадью

// Научный вестник НГТУ. – 2006. – № 1(22). – С. 43–60.

491

Белавская Светлана Витальевна

к.т.н., доцент кафедры электронных приборов НГТУ.

Кузьмин Антон Николаевич

Магистр техники и технологии, инженер. E-mail: kuzan@ngs.ru.

Лисицына Лилия Ивановна

д.т.н., профессор кафедры электронных приборов НГТУ. E-mail: lisitcinali@gmail.com, тел. 8-905-952-9071.

492

Технология Tri-Gate и FinFET транзисторов (плазмохимичекое травление Si)

Б. К. Богомолов

Экспериментально подтверждено, что процесс плазмохимического травления (ПХТ) Si в плазме CCl2F2/O2 хорошо совместим с фоторезистивной маской на основе ФП-383. Изучены зависимости скорости ПХТ Si от величины потоков кислорода и фреона, анодного тока, расположения образца в реакторе, физических характеристик кремниевого образца, времени травления. Найден оптимальный режим ПХТ Si пригодный для практического использования.

Ключевые слова: плазмохимическое травление, кремний, фреон.

1. Введение

На конференции IEDM (International Electron Device Meeting), которая проходила с 9 по

11 декабря 2013 года в Вашингтоне компания TSMC анонсировала 16 нм техпроцесс. Среди главных особенностей технологии представлен трѐхмерный транзистор FinFET, впервые использованный компанией TSMC, вместо традиционных плоских транзисторов. Уже в начале 2015 года этот процесс TSMC будет применять для коммерческого выпуска СБИС. Компания Intel впервые применила 3D структуру в своих Tri-Gate транзисторах, изготовленных с использованием 22 нм техпроцесса в 2012 году [1]. Т.о., транзисторы с 3D-затвором становятся базовым компонентом современных СБИС в наноэлектронике. Для изготовления 3D- структуры применяется ПХТ Si.

19 февраля 2012 года была опубликована статья Мартина Фюхсле и др. [2], в которой рассматриваются результаты изготовления и исследования характеристик одноатомного транзистора (single-atom transistor, сокращѐнно SA-транзистор). Структура SA-транзистора приведена на рис.1. Активный элемент SA-транзистора – это единственный атом фосфора,

Рис. 1. Структура SA-транзистора

размещѐнный точно посредине между истоком и стоком с одной стороны и двумя электродами затвора, с другой на кристалле кремния. Фюхсле с сотрудниками провели это размещение атома фосфора при помощи СТМ (сканирующего туннельного микроскопа). Несмотря на то, что размеры активной части SA-транзистора равны диаметру атома фосфора,

493

размеры других элементов (истока, стока и затвора) достаточно велики для атомного масштаба и могут быть изготовлены традиционным способом (фотолитографией на основе ПХТ). Поэтому такая структура SA-транзистора не даѐт никаких преимуществ перед, например, 22 нм структурой КМОП транзисторов с 3D-затвором по плотности упаковки при их размещении на чипе. Только дальнейшее совершенствование процесса фотолитографии на основе ПХТ позволит промышленной технологии наноэлектроники продвигаться дальше по пути увеличения плотности упаковки на поверхности чипа за счѐт дальнейшего уменьшения топологических норм. Эти нормы достигнут 7 нм в 2020 году по мнению ведущего специалиста по технологии Дивендра Садана из IBM, о чѐм он сообщил на международной конференции в Киото.

2. Постановка задачи исследования

Основным инструментом трѐхмерного формообразования при создании изделий наноэлектроники, микроэлектроники и микросистемной техники является глубокое анизотропное плазменное травление различных материалов и прежде всего кремния. Кремний продолжает оставаться самым массовым полупроводниковым материалом при формировании изделий микро- и наноэлектроники.

Нами осуществлено всестороннее изучение ПХТ Si. В работах [1, 3] – [14] подробно описаны полученные нами результаты. Проведено исследование ПХТ Si в плазме CCl2F2/O2 в кварцевом реакторе с индуктивным возбуждением плазмы, стенки которого покрыты фторопластом.

В настоящей работе рассматриваются проблемы ПХТ Si в исследуемой плазме CCl2F2/O2 при наличии на образце плѐнки фоторезиста ФП-383. Для переноса рисунка топологии в промышленной технологии микро- и наноэлектроники используется светочувствительная плѐнка – фоторезист. Из всех проблем плазменной технологии ни одна не является более важной, чем проблема еѐ совместимости с резистом [15]. Если попытаться выделить главный фактор, ограничивающий применение плазменной технологии, то таким фактором является возможность создания маски, пригодной для травления нижележащего слоя материала. Совместимость фоторезиста и плазменной обработки должна позволять точно управлять получением элементов нм-размеров в нижележащих материалах. Из целого ряда возникающих здесь проблем в данной работе рассматриваются вопросы совместимости травления в плазме CCl2F2/O2 кремния и материала фоторезиста ФП-383 в качестве маски. Наиболее важные результаты, полученные нами, представлены далее.

3. Исследование совместимости ПХТ Si в плазме CCl2F2/O2 и материала маски из фоторезиста ФП-383

Для улучшения показателей установка “Плазма-600” была доработана путѐм отключения одного из двух реакторов и использования фторопластового покрытия на стенках кварцевого реактора. Кроме того для измерения скорости травления использовался разработанный нами ранее датчик эмиссионно-спектрального типа [16].

494

3.3. Зависимость скорости травления Si от анодного тока (с датчиком скорости травления)

Рис. 4. Зависимость скорости травления Si от анодного тока (с датчиком скорости травления)

Режим травления: I сетки = 0…150 мА; P = 14…17 ед.; время травления 5 минут; поток фреона 50 ед.; показания датчика 0…57 ед.; площадь образца 11.75 см2; поток кислорода 30ед.; положение в реакторе от входа = 12 см; тип образца - КЭФ-7.5 (100).

На рис. 4 наблюдается практически линейная зависимость скорости травления кремния от тока анода. Фоторезист способен выдерживать режимы с током анода до 0.4 А. На данном этапе начато использование датчика скорости травления. Это позволило добиться более точного нахождения резонанса высокочастотного контура.

3.4. Зависимость скорости травления Si от расположения образца в реакторе

Рис. 5. Зависимость скорости травления Si от расположения образца в реакторе

496

3.6. Зависимость скорости травления образцов Si разных типов проводимости, ориентации и размеров

Рис. 7. Зависимость скорости травления образцов Si разных типов проводимости, ориентации и размеров

Режим травления: I анода = 0.4 А; I сетки = 90…150 мА; P = 14…16 ед.; время травления 5 минут; поток фреона 50 ед.; показания датчика 30…43 ед.; поток кислорода 30 ед.

Для измерения скорости травления образцов, с различной ориентацией, типом проводимости и площадью, были выбраны два режима. Первый для образцов с фоторезистом (30 ед. поток кислорода), обусловлен тем, что при большем расходе кислорода фоторезистивная маска травится с высокой скоростью. Второй режим для кремния без фоторезиста или кремния с нанесенной алюминиевой маской (80 ед. поток кислорода), выбран потому, что при больших расходах кислорода травление проходит с более высоким показателем анизотропии. На рис. 7 видно, что наибольшую скорость травления имеет образец кремния КЭФ (100) площадью 10.25 см2. Самое медленное травление среди трех образцов у КДБ (111) площадью 45.75 см2. По литературным данным кремниевая пластина ориентации (100) травится в 1.5 раза быстрее чем ориентации (111). Также наблюдается загрузочный эффект.

3.7. Зависимость скорости травления Si от времени травления

Рис. 8. Зависимость скорости травления Si от времени травления

498

Режим травления: I анода = 0.5 А; I сетки = 105…150 мА; P = 14…14.5 ед.; поток фреона 50 ед.; поток кислорода 30 ед.; показания датчика 52…59 ед.; тип образца - КЭФ-7.5 (100); площадь образца 11.75 см2.

На рис. 8 видно, что в пределах 15 минут время обработки практически не влияет на скорость травления Si.

3.8. Зависимость скорости травления Si от наличия в реакторе фоторезиста

Режим травления: I анода = 0.4 А; I сетки = 140 мА; P = 15 ед.; поток фреона 50 ед.; поток кислорода 30 ед.; показания датчика 32…48 ед.; время травления 1 мин.

При травлении кремния в присутствии фоторезиста оптимальное время травления составляет 1 минуту. Как видно из рис. 9 наличие образца с фоторезистом практически не влияет на скорость травления Si (не более чем на 10%).

Рис. 9. Зависимость скорости травления Si от наличия в реакторе фоторезиста

4. Обсуждение результатов

Исходя из полученных зависимостей (см. рис. 2 - 6) установлен оптимальный режим ПХТ Si с учѐтом использования в качестве маски фоторезиста. Установлено, что разработанный нами датчик травления позволяет осуществлять более точную настройку режима ПХТ Si. Благодаря этому экспериментально удалось практически в тех же режимах (по показаниям приборов) увеличить скорость травления Si до 30% по сравнению с принятой настройкой по максимальному току сетки. Эксперименты по исследованию зависимости скорости травления от типа проводимости образца Si, его ориентации и размеров (см. рис. 7) показали хорошее соответствие с литературными данными [3, 15]. Из этого можно сделать предположение о том, что покрытие стенок реактора фторопластом и использование плазмы CCl2F2/O2 с относительно высоким содержанием кислорода не приводит к качественным изменениям известных закономерностей травления Si. Важным является результат экспериментов, представленный на рис. 8. То что скорость травления Si остаѐтся практически постоянной в течение 15 минут позволяет предположить, что найден стабильный режим травления Si, пригодный для практических применений, т.к. площадь образца достаточно большая (11.75 см2). В

499

работе [12] нами описаны результаты ПХТ Si образцов небольших размеров (25…70 мм2). В этих условиях изменения скорости ПХТ Si в зависимости от времени были существенными (в 2-3 раза). Рис. 9 иллюстрирует также отсутствие заметного влияния на скорость ПХТ Si наличия или отсутствия и местоположения образца с фоторезистом в реакторе. Это свидетельствует о том, что продукты травления фоторезиста в условиях достаточно высокого содержания кислорода не оказывают заметного влияния на процесс ПХТ Si и т.о. маска из фоторезиста ФП-383 вполне пригодна для практического применения в найденном режиме травления.

5. Выводы и заключение

1) Найдены два оптимальных режима:

- для ПХТ кремния: Iанода=0.5 А; поток O2 80 ед. ; поток CCl2F2 50 ед.;

- для ПХТ кремния с нанесенным фоторезистом: Iанода=0.4 А; поток O2 30 ед.; поток

CCl2F2 50 ед.

2) Обнаружено, что в течение 15 минут скорость ПХТ Si не зависит от времени обработ-

ки.

3)При повышении Iанода линейно возрастает скорость ПХТ Si.

4)Увеличение потока O2 ведет к увеличению скорости ПХТ Si и анизотропии.

5)В данном исследовании определены следующие оптимальные параметры процесса при ПХТ Si с маской на основе фоторезиста ФП-383: максимально допустимый ток анода 0.4 А; поток фреона 50 ед.; расстояние от входа реактора 12.5 см.

6)Фоторезист практически не травится, его наличие в реакторе почти не влияет на скорость ПХТ Si (не более 10%).

7)Кремний с ориентацией (100) травится в 1.5 раза быстрее, чем с ориентацией (111).

Литература

1.Bogomolov B.K. Problems of plasmochemical etching of Si in case of formation 3D structures (Tri-Gate technology of nanotransistors) //2012 11th International conference on actual problems of electronic instrument engineering proceeding, APEIE-30057, V.1. October 2 – 4.

Novosibirsk, NSTU. 2012. P. 15-20. http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0-

84890281316&partnerID=40

2.Fuechsle M., Miwa J.A., Mahapatra S., Kyu H., Sunhee J. ”A single-atom transistor”, Nature

Nanotechnology, 2012, v.7, P.242-246.

3.Богомолов Б.К. Плазмохимическое травление кремния. Препринт N 03, Новосибирск, Издательство НГТУ. 2003. - 64 с.

4.Bogomolov B.K. Plasma chemical etching of silicon (optimization of process) // 9th Korea-

Russia International Symposium on Science and Technology - Proceedings: KORUS 2005. Novosibirsk. June 26 - July 2. V. 1. P. 121-125.

5.Bogomolov B.K., Sirota A.N. About Application of a Spectral Method for in Situ of Measurement of Silicon Etch Rate in CCl2F2/O2 Plasma // Proc. 4th Siberian Russian Workshop on EDM, 2003. July 1 – 4. Erlagol. Altai. P.52 – 53.

6.Bogomolov B.K. Development silicon of nanotechnology and technology of plasma etching

silicon//2008 9th International conference on actual problems of electronic instrument

engineering proceeding, APEIE’2008, Novosibirsk, NSTU, September 23 - 25. V.1. P. 22-25. http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0

77951155451&partnerID=40

500