WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Материал

Vтр, нм/мин

Селективность
материала
относительно
экспонированного V2O5

экспонированный V2O5

6 – 7

Результаты настоящей работы

исходный V2O5

17 – 20

2.6 – 3

GaAs

132 – 150

20 – 23

Согласно
данным из [11]

Ag

102 – 150

15 – 23

LiNbO3

30

4.6

Si

18 – 30

2.8 – 4.6

Ti

18

2.8

SiO2*

24 – 36

3.7 – 5.5

Пермаллой

18 – 30

2.8 – 4.6

Al2O3

4.8 – 6

отсутствует

V

9 – 18

1.4 – 2.8

ПММА

42 – 48

6.5 – 7.4

* - Термически осажденный диоксид кремния.

Таким образом, максимально допустимая плотность энергии для используемого в работе модифицирующего излучения с применением исследуемого рабочего материала (пентаоксид ванадия) составляет
50 мДж/см2. Превышение данного значения приводит к изменению топологии поверхности оксида. Чувствительность представленного в работе V2O5–резиста к ультрафиолетовому излучению на длине волны 248 нм не хуже 13 мДж/см2.

Резисты на основе оксидов ванадия обладают хорошей плазмостойкостью по сравнению с другими материалами. Стехиометрия резиста определяется только технологическим процессом осаждения, а толщина может варьировать от десятков нанометров до микрометров. Чувствительность к УФ облучению представленного резиста сравнима или лучше аналогов среди традиционных органических резистов. В табл. 2 представлены некоторые сравнительные характеристики оксидно-ванадиевого резиста, Al2O3-резиста и ПММА.

Таблица 2. Сравнительные характеристики V2O5-резиста, Al2O3-резиста и ПММА для ИЛТ

V2O5-резист

Al2O3-резист [11,13,14]

ПММА

[11,12]

Чувствительность,
мДж/см2

< 50

(=248 нм)

40 – 100

(УФ)

> 500

(=248 нм)

Скорость ИЛТ, нм/с

6 – 7

4.8 – 6

42 – 48

Минимальная
толщина, мкм

< 0.05

0.03

> 0.15

Далее представлены результаты исследований поведения тонких пленок пентаоксида ванадия после электронно-лучевой модификации в процессах жидкофазного и ионно-лучевого травления.

Сразу после экспонирования на поверхности оксида наблюдался хорошо различимый в оптический микроскоп рисунок. Чувствительность пленок составила 550 мкКл/см2.

Электронно-микроскопическое исследование экспонированных образцов показало, что на их поверхности нет топологического рельефа (даже для больших экспозиционных доз, формирующих высококонтрастные рисунки), а наблюдаемый рисунок определяется изменением оптических свойств исходного материала под действием электронной бомбардировки.

Удовлетворительные результаты были получены при травлении оксида в растворе изо-пропанол : вода (3:1). Были проявлены рисунки с минимальным размером элемента – 4 мкм, электронная доза ~ 150 мКл/см2. Оксид ведет себя как положительный резист.

Наблюдаемый эффект селективного жидкофазного травления можно объяснить в рамках полупроводниковой теории окисления и восстановления оксидных фаз. Согласно этой теории, растворение полупроводникового материала при контакте с электролитом сопровождается переносом электронов между ионами полупроводника и раствора, а скорость растворения зависит от концентрации электронов вблизи поверхности полупроводника. В нашем случае, увеличение скорости травления экспонированных областей V2O5 пленки может быть вызвано увеличением поверхностных состояний, что увеличивает (или облегчает) обмен электронами между полупроводником и адсорбированными молекулами растворителя.

Эксперименты по ИЛТ модифицированных пленок ионами аргона не выявили селективности процесса. Происходит равномерное стравливание оксида.

Отметим, что при разработке сухих методов проявления пентаоксида ванадия как неорганического электроно-резиста может эффективно использоваться плазмохимическое травление в реактивных газах таких как, например CF4 или SF6.

В Главе 4 представлены результаты, полученные при разработке электронно-лучевого и фото литографического процесса с неорганическим резистом на основе аморфных оксидов ванадия.

При разработке процесса электронно-лучевой литографии применялись анодные оксиды ванадия, соответствующие по своему стехиометрическому составу, аморфному метастабильному диоксиду ванадия.

Описана методика получения оксидно-ванадиевого резиста, включающая в себя разработку оптимальных с точки зрения получения высокой чувствительности и высокого разрешения технологических операций: очистка подложек, осаждение металлического ванадия, выбор состава электролита и условий анодного окисления.

Приведены результаты выбора оптимальных условий электронно-лучевого экспонирования резиста. Выявлена обратная зависимость чувствительности резиста от величины ускоряющего напряжения.

Изучены и оптимизированы этапы плазменного проявления резиста. Показано, что оксидную часть резиста можно проявлять в CF4 или SF6, тогда как для металлической части оптимальным является травление в плазме Cl или SF6. Применение плазмы смесей газов Cl : CF4; SF6 : CHF3 позволило разработать одностадийный процесс проявления резиста.

Далее показана возможность проводить фотолитографию по V2O5, а также восстанавливать его до более низких оксидов, в том числе и фазы VO2, проявляющей ПМИ, что позволяет создавать переключательные структуры микромасштаба без использования дополнительных резистивных масок. Представлен литографический процесс для производства планарного микропереключателя, включающий следующие технологические этапы:

1. отчистка Si-SiO2 подложек,

2. напыление пленки аморфного пентаоксида ванадия на Si-SiO2 подложки,

3. экспонирование стационарным ультрафиолетовым излучением на длине волны 402 нм дозой ~10 Дж/см2 или лазерным ультрафиолетовым излучением на длине волны 248 нм дозой ~150 мДж/см2 при нормальных условиях через маску с использованием установки позиционирования масок Karl Suss MA6/BA6 или импульсного лазера COMPEX-102,

4. проявление в водном растворе метанола (10:1) или ионно-лучевое травление (структуры представляли собой линии шириной 8мкм),

5. восстановление полученных структур до стехиометрии VO2 (процесс восстановления производился методом отжига в кислородной атмосфере (10 мТор) при T=450°C в течение 30 мин),

6. напыление золотых контактов.

На рисунке 3 представлены вольтамперные характеристики полученных переключающихся микроструктур при температуре T=55°C.

Рисунок 3 – Вольтамперные характеристики VO2 планарной структуры,
с различным значением ограничительного тока Ic. Температура 55 °C.

Эффект переключения связан с Джоулевым разогревом образцов выше температуры перехода. Характер переключения ВАХ зависит от ограничительного тока проходящего через структуру Ic. Наибольшая величина Ic, соответствовала максимальной проводимости во включенном состоянии. Это связанно с тем, что при наибольшем токе формируется более широкий канал металлической фазы.

В Заключении перечислены основные результаты и выводы диссертационной работы.

1. В аморфных пленках оксидов переходных металлов (V, Nb, Ta), полученных методом электрохимического окисления в электролите, в результате ионно-плазменной обработки происходит модификация электрических (рост электронной проводимости), структурных (кристаллизация) и оптических (уменьшение оптической плотности выше края поглощения) свойств.

2. Механизм модификации структуры АОП ванадия, ниобия и тантала вследствие ионно-плазменной обработки обусловлен процессом термостимулированной кристаллизации изначально аморфных пленок.

3. Внедрение ионов аргона в матрицу оксидов ванадия, ниобия и тантала при ИПО ведет к уменьшению поглощения выше оптического края и размытию плотности состояний в зоне проводимости, что обусловлено ослаблением влияния наиболее удаленных атомов кислорода на ион металла в октаэдре и уменьшением гибридизации их pd–связи.

4. Сдвиг края фундаментального поглощения оксидов в коротковолновую область (“синее смещение”) при ионно-плазменной обработке отсутствует. Следовательно, в матрице оксидов не происходит эффективного дефектообразования по кислороду.

5. В результате плазменного воздействия изменяется электрическая проводимость АОП ванадия, ниобия, тантала. С ростом мощности разряда и ионной дозы на участке ВАХ в области средних полей наблюдается увеличение проводимости (омический участок ВАХ не меняется). Здесь протекание тока определяется прыжковым механизмом, а наблюдаемый рост проводимости пленок оксидов при ИПО обусловлен перераспределением по энергиям локализованных состояний в запрещенной зоне, при котором они концентрируются в основном вблизи равновесного уровня Ферми (с меньшим разбросом по энергии). Для больших мощностей обработки, когда образцы превращались в поликристаллические пленки с большими зернами, характерны омические ВАХ для всех оксидов.

6. Под действием электронно-лучевого излучения в тонких пленках аморфных оксидов ванадия (VOx, x~2) полученных анодным окислением, наблюдается существенная модификация физико-химических свойств материалов с изменением химической активности. Эффект модификации свойств аморфной пленки позволяет использовать ее в качестве резиста для субмикронной электронно-лучевой литографии с разрешением менее 100 нм и чувствительностью 15 – 100 мкКл/см2. Разработаны оптимальные условия получения, экспонирования и проявления резиста.

7. Разработана методика нанесения тонких пленок метастабильного аморфного оксида ванадия близкого по стехиометрии к V2O5, с применением стандартной техники импульсного лазерного осаждения. Физико-химические свойства, синтезированных таким образом пленок оксида ванадия, модифицируются лазерным ультрафиолетовым излучением высокой интенсивности. Чувствительность оксида к подобным воздействиям не хуже 13 мДж/см2 (длина волны – 248 нм, длительность импульса – 20 нс).

8. Воздействие лазерного ультрафиолетового излучения высокой интенсивности на аморфные пленки оксида ванадия индуцирует изменение физико-химических свойств, заключающееся, в частности, в росте плазменной и химической стабильности оксида, что делает его перспективным материалом для применения в микроэлектронике в качестве неорганического резиста.

9. Механизм лазерно-индуцированного роста стабильности V2O5 к ионно-лучевым воздействиям заключается в изменении топологической разупорядоченности и нарушении координации атомов металла и кислорода с образованием нового (по сравнению с исходным) структурного состояния вещества, в котором материал обладает большей энергией сублимации.

10. Разработан процесс селективного ионно-лучевого проявления V2O5-резиста. Среднее значение селективности ИЛТ составляет 2.8±0.4. Материал ведет себя как негативный фоторезист.

11. Разработанный процесс фото(электронно-лучевой) литографии по оксидам ванадия является перспективным для создания микро- и наноприборов на основе двуокиси ванадия с ПМИ, совместимых с кремниевой электроникой, управляемых процессами в кремниевых структурах и входящих в состав кремниевых микрочипов.

Основные результаты опубликованы в виде статей и тезисов докладов конференций:

1. Черемисин А. Б., Величко А. А., Пергамент А. Л., Путролайнен В. В., Стефанович Г. Б. // Исследование модификации свойств анодных пленок оксидов переходных металлов при ионно-плазменном воздействии. // Письма в ЖТФ. Т. 35, В. 3, С. 9 – 16. (2009).

2. Pergament A., Velichko A., Putrolaynen V., Stefanovich G., Kuldin N., Cheremisin A., Feklistov I., Khomlyuk N. // Electrical and optical properties of hydrated amorphous vanadium oxide. // J. Phys. D: Appl. Phys. 41, 225306 (3pp) (2008) doi: 10.1088/0022-3727/41/22/225306

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»