Результаты работ Федерального исследовательского центра Проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук (ФИЦ ПХФ и МХ РАН) в области разработки материалов для микроэлектроники представили научные сотрудники лабораторий исследовательского центра.

Модератором научной сессии «Материалы микро- и наноэлектроники, диагностика материалов и элементов электронной компонентной базы» форума «Микроэлектроника 2024» выступили директор Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Рощупкин и начальник отдела службы главного конструктора АО «НИИМЭ» Валерий Бокарев.

Так, например, о разработках в консорциуме с АО «НИИМЭ», АО «НИОПИК», АО «Микрон» и частной компанией из Нижнего Новгорода для фотолитографии с KrF-актиничным излучением, необходимых для изготовления интегральных схем с топологией 130-250 нм, рассказал заведующий Отделом полимеров и композиционных материалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН Георгий Малков.

Перед учёными ФИЦ стояла задача проанализировать зарубежные фоторезисты-аналоги и на основе этих данных создать российский полимерный светочувствительный материал, характеристики которого будут соответствовать мировому уровню. «Нужно было наиболее точно воспроизвести параметры иностранных фоторезистов, чтобы их можно было использовать в текущих производственных процессах», — сказал докладчик.

В ходе работы были синтезированы полимерные основы, изучены их основные параметры, которые совпали с физико-химическими свойствами полимерных основ, выделенных из иностранных аналогов, отметил Георгий Малков. Полученные образцы передали компании-партнёру — АО «НИОПИК», который занялся тонкой «настройкой» составов фоторезистивных композиций. «Учитывая состав нашего полимера, нужно было максимально снизить скорость растворения плёнки фоторезиста в проявителе, достичь таких же пороговой дозы проявления и толщины, как у иностранного аналога», — добавил учёный.

Итогом совместной работы команды разработчиков стало заключение АО «Ммкрон» о высоком потенциале готовности применения разработанных композиций фоторезистов при изготовлении интегральных микросхем. «Разработки уже готовятся к переходу на следующий уровень — изготавливаются опытные партии, чтобы провести отработку на существующей технологической линии», — заключил Георгий Малков.

Тему продолжил старший научный сотрудник Отдела полимеров и композиционных материалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН Владимир Курбатов и рассказал об анализе состава и разработке антиотражающих покрытий с рабочей длиной волны 248 нм.

«Микроэлектроника в условиях санкционной политики требует разработки собственных материалов. Как только доступ к зарубежным материалам перекрыли, оказалось, что подобных материалов в России нет. Поэтому в достаточно сжатые сроки встал вопрос их разработки и постановки на производство», — подчеркнул докладчик.

Исследователям нужно было синтезировать антиотражающее покрытие, которое позволяет обеспечить высокое качество линий и отверстий в слое фоторезиста после проявления и избавиться от таких негативных эффектов, как интерференция и переотражение, приводящих к неровностям края элементов.

В ходе работы был проведён анализ промышленно выпускаемого аналога антиотражающего покрытия, разработаны технологии синтеза полимерной основы и хромофора, разработана рабочая композиция и проведена её апробация в промышленных условиях.

«Свойства разработанных антиотражающих покрытий не отличаются от промышленных аналогов, которые использовались на реальных производственных линиях до того, как мы приступили к данной работе. Принято решение, что подобные композиции будут изготавливаться в виде опытных партий», — подытожил докладчик.

Результатами работы в области молекулярного дизайна фотогенераторов кислоты (ФГК), важных компонентов фоторезистов, поделился заведующий «молодёжной» Лабораторией фоточувствительных и электроактивных материалов Александр Аккуратов.

Для получения отечественных образцов научная группа, основываясь на расшифровке составов зарубежных фоторезистов и использующихся ФГК, провела анализ имеющихся подходов к их получению, апробацию и оптимизацию выявленных подходов, масштабирование синтеза. ФКГ в составе экспериментальных образцов фоторезистов, изготовленных АО «НИОПИК», успешно прошли испытания в АО «Микрон».

Учёные выяснили, что известные методы получения ФГК пригодны только для лабораторных исследований, так как они имеют нестабильные соединения и крайне высокую стоимость реактивов. Поэтому для проведения реакторного синтеза были разработаны альтернативные методы, благодаря которым удалось сократить количество стадий синтеза и упростить его, избавившись от нестабильных соединений.

Также была решена сложная задача получения дорогостоящего норборнен-содержащих ФГК. Чтобы упростить цепочку синтеза потребовался год работы, и в результате удалось не только заменить дорогостоящие реактивы, но и отойти от использования токсичного тетрагидрофурана и заменить его на водный раствор соды, который «инициирует сшивку гидроксипроизводного норборнена с фторированным прекурсором. Это очень просто и очень дёшево», — подчеркнул Александр Аккуратов.

«За два года работы номенклатура разработанных ФГК и монометров выросла до 20 наименований. Всё воспроизводимо с хорошим выходом. Есть некоторые проблемы со стабилизацией мономеров для фоторезистов, которыми мы тоже занимаемся, но будем двигаться дальше и получать нужные востребованные соединения для этого сектора микроэлектронной отрасли», — заключил учёный.

В стенах исследовательского центра был проведён синтез электронных резистов на основе сополимеров метилметакрилата и метакриловой кислоты. Результатами исследований поделилась лаборант ФИЦ ПХФ и МХ РАН, студент Пермского научно-исследовательского Политехнического университета Алиса Бороздина.

Она рассказала, что электронные резисты используются в электронно-лучевой литографии для создания особо малых по размеру элементов с высоким разрешением. Перед учёными, как и в других случаях, стояла задача разработать отечественный электронно-лучевой резист на полимерной основе.

«Был проведён анализ зарубежного промышленного образца; синтез полимерной основы резиста в растворах ацетона, диоксана, метилизобутилкетона; исследовано влияние температуры синтеза на конверсию реакции полимеризации; показано влияние осадителя на фракционирование полученного сополимера, а также исследовано влияние количества инициатора, используемого в синтезе, на молекулярную массу получаемых полимеров. Полученные образцы в ближайшее время будут опробованы в литографическом процессе на установке электронно-лучевой литографии в ИПТМ РАН», — отметила Алиса Бороздина.

Об импортозамещении материалов для корпусирования интегральных микросхем рассказал научный сотрудник ФИЦ ПХФ и МХ РАН Кирилл Пахомов.

Корпусирование интегральных микросхем — завершающая стадия микроэлектронного производства, когда полупроводниковый кристалл устанавливается на плату и упаковывается в корпус, защищающий микросхему от внешних факторов, таких как пыль, влага, механические воздействия и электронные помехи. Для создания полимерных корпусов используется набор функциональных (для заливки подкристального пространства, герметизации) и технологических материалов (для смазывания и очистки пресс-форм).

«В максимально сжатые сроки нужно создать и внедрить в структуру производства целый перечень материалов и оптимальным решением было принято отталкиваться от импортных аналогов, а не «с нуля» разрабатывать новые материалы», — сказал учёный. Так, были изучены составы и свойства заливочного, герметизирующего, смазывающего и очищающего материалов, и в настоящее время совместно с НИУ МИЭТ и АО «Институт пластмасс» проводится экспериментальная работа по оптимизации составов этих материалов.

Научная секция состоялась в рамках форума «Микроэлектроника 2024», который проходит в эти дни на федеральной территории «Сириус». В мероприятии принимают участие свыше 3000 специалистов из 850 организаций микроэлектронной и смежных отраслей.

Мероприятие проводится в преддверии нового профессионального праздника — Дня работника электронной промышленности, с инициативой установления которого к Правительству РФ обратился президент РАН академик Геннадий Красников.