Лозовский В.Н. - Нанотехнология в электронике, страница 55

В Международной программе развитиямикроэлектроники до 2016 г. сформулированы требова%ния к точности измерения элементов СБИС с проектныминормами от 115 нм (2002) до 22 нм (2016.). Согласно этимтребованиям, точность измерения элементов должна со%ставлять 1–2% от проектной нормы.Для обеспечения единства измерений и их точностипроводится калибровка микроскопов по специальным образцам — линейным мерам, выполненным в виде рельефных периодических структур с заданными параметрамипрофиля.Часть 3.

ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ311В атомносиловой микроскопии для измерения размеров порядка атомарных в качестве линейных мер применяются периодические структуры в виде кристаллическихрешеток, параметры которых определены с помощью рентгеновской дифракции. Для калибровки микроскопов надиапазон измерений от нескольких нанометров до микрометров в разных странах используются разные линейныемеры. Одна из используемых в России линейных мер —МШПС2.0 К, что означает — мера ширины и периодаспециальная, номинальный размер 2,0 мкм, кремниевая.Это — универсальная (единая) мера для электронной иатомносиловой микроскопии.8.8.2.ЛИНЕЙНАЯ МЕРА МШПС2.0 КЛинейная мера МШПС2.0 К представляет собой изготовленную по технологии микроэлектроники шаговуюструктуру на поверхности пластины кремния с ориентацией (100).

Рельеф структуры получается анизотропнымтравлением пластины кремния (100) в растворе KOH через литографическую маску. Схема структуры с обозначением ее параметров приведена на рис. 8.68.В результате травления профиль каждой канавкиприобретает форму трапеции с одинаковыми боковымисторонами — плоскостями(111), а угол наклона боковой стороны относительнонижнего основания канавки равен 54,74° — это уголмежду кристаллографическими плоскостями монокристалла кремния (100) и(111); угол j = 35,26° (см.рис. 8.68).

Расстояние t называется шагом структуры;Рис. 8.68up — ширина линии; h — выСхема шаговой структурысота (глубина) рельефа. Прилинейной меры МШПС2.0 К.Справа указаны кристаллогразаданном шаге t структуфические ориентации боковыхры можно изготовить мерысторон и оснований выступов312аНАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьббРис. 8.69Скол линейной меры в электронном микроскопе (а) и в атомносиловом микроскопе (б)абвс шириной линий up, изменяющейся в диапазоне 30–500 нм, и глубиной рельефа hв 100–500 нм. Все три параметра шаговой структуры линейной меры задаются при ееизготовлении.На рис.

8.69 приведено изображение скола структуры линейной меры.Общий вид меры МШПС2.0 К представлен на рис. 8.70а.На площади 1´1 мм2 по углам квадрата и в его центрерасположены 5 модулей, потри шаговые структуры в каждом. Увеличенное изображениеодного модуля с тремя шаговыми структурами приведено нарис. 8.70б. На рис. 8.70в приведено изображение одной шаговой структуры с 11 канавками и10 выступами.

На рис. 8.70б,ввидны маркерные линии, позволяющие устанавливать зондРис. 8.70Микрофотографии меры МШПС2.0 К, выполненные на растровомэлектронном микроскопе: общий вид меры (а), модель с тремяшаговыми структурами (б), шаговая структура с 11 канавкамии 10 выступами (в)Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ313кантилевера или электронный зонд на половине длиныэлемента рельефа и выбирать заданную пару элементов.Аттестация линейных мер сводится к измерению ихгеометрических параметров с такой точностью, котораяпозволяет использовать эти меры для калибровки элек+тронных и атомно+силовых микроскопов.8.8.3.АТТЕСТАЦИЯ МЕРЫ МШПС2.0 КИзмерения на электронных микроскопах шага струк+туры в разных модулях (рис.

8.70) показали, что его зна+чения отличаются друг от друга и разброс этих значенийхарактеризуется среднеквадратической погрешностью24 нм. Разброс обусловлен неровностями края и инымидефектами рисунка на шаблоне, а также неоднородностьюсвойств поверхности пластины кремния, локальной тур+булентностью потоков жидкости в травителе и други+ми причинами, оказывающими влияние на скорость трав+ления кремния.Среднеквадратическая погрешность размера шага намалой площади составляет ~5 нм, что существенно мень+ше, чем при усреднении размера шага по всем 15 шаго+вым структурам. Поэтому для повышения точности атте+стации она производится следующим методом. Выбира+ется участок меры размером 2 ´ 3 мкм2, расположенный всредней структуре центрального модуля, и измеряетсярасстояние между эквивалентными стенками второго итретьего выступов в районе маркерных линий (шаг меры tрис.

8.68). Аттестуются также размеры оснований высту+пов bp, канавок bt и величина h, т. е. глубина рельефа. Поаттестованным элементам пользователь может сам экспе+риментально измерить размеры элементов во всех осталь+ных модулях и использовать эти данные в своей работе.Аттестация мер производится на эталонной интерфе+ренционной установке, представляющей собой атомно+силовой микроскоп, у которого перемещения вдоль каж+дой из осей координат контролируются лазерными интер+ферометрическими измерителями наноперемещений. Повсем трем координатам измерения производятся в долях314НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ.

Введение в специальностьдлины волны лазерного излучения, то есть с абсолют$ной привязкой к первичному эталону единицы длины —метру.1 Диапазон перемещений по осям x и y составляет1–300 нм при погрешности измерений 3 нм. Диапазон пе$ремещений по оси z составляет 1–1000 нм при погрешно$сти измерений 0,5–3 нм.Мера МШПС$2.0 К рекомендуется для электронных иатомно$силовых микроскопов, работающих в диапазоне от10 нм до 100 мкм.

Используя аттестованные значения шагамеры t и глубины рельефа h, определяют цену деления шка$лы АСМ вдоль оси сканирования, а также в направлениивертикальной оси. По аттестованным значениям bp, bt, up,ut и их измеренным с помощью АСМ значениям определя$ют радиус острия зонда. Используя МШПС$2.0 К, устанав$ливают и другие характеристики АСМ.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ1. Охарактеризуйте два основных принципиально различных под$хода к изготовлению наноструктур.2. Опишите основы, достоинства и недостатки молекулярно$лу$чевой эпитаксии.3.

Опишите процесс формирования квантовых точек посредствомсамоорганизации при эпитаксии.4. Опишите методику получения квантовых точек и проволок,основанную на использовании эпитаксии и нанолитографии.5. Охарактеризуйте сферу практического применения массивовквантовых точек в приборных структурах.6. В каких приборных структурах находят применение одиноч$ные квантовые точки?7. Какими факторами ограничивается разрешающая способностьоптической литографии?8. Опишите направление и этапы развития современной оптиче$ской фотолитографии.9.

В чем особенности, достоинства и недостатки электронно$лу$чевой литографии и нанолитографии?10. В чем особенности, достоинства и недостатки рентгенолито$графии?1 По рекомендации IX Сессии Консультативного комитета по дли$не в сентябре 1997 г., в качестве материального носителя единицыдлины было рекомендовано излучение He–Ne$лазера на длине волныl = 632,99139812 нм.Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ31511. В чем особенности, достоинства и недостатки импринтлитографии?12. В чем особенности, достоинства и недостатки перьевой нанолитографии?13. В чем особенности, достоинства и недостатки методов нанолитографии, основанных на использовании СТМ и АСМ?14.

Опишите принципы работы, назначение и области применения сканирующего туннельного микроскопа.15. Опишите принципы работы, назначение и области применения атомносилового микроскопа.16. Каковы физические основы использования СТМ в нанотехнологии?17. Каковы физические основы использования АСМ в нанотехнологии?18. Опишите и поясните требования к зондам, используемым в зондовых микроскопах. Как эти зонды делаются?19. Что такое углеродные фуллерены и нанотрубки?20. Какие виды нанотрубок вы знаете?21.

Опишите методы получения нанотрубок.22. Какими механическими и электрическими свойствами обладают углеродные нанотрубки?23. Опишите перспективы применения нанотрубок в электронике.24. Как делаются электрические контакты к отдельным молекулам?25. Что такое линейная мера, для чего она используется в электронной и зондовой микроскопии?ЗАКЛЮЧЕНИЕНаноэлектроника — одно из наиболее судьбоносных дляразвития цивилизации научнотехнических направлений.В не столь отдаленном будущем оно коренным образомизменит все важнейшие характеристики электронной аппаратуры, значительно ускорит создание эффективныхсистем управления глобальными экономическими, социальными и экологическими процессами и существенноулучшит качество жизни человека.

Наноэлектроника несомненно станет инструментальной базой реализации проектов искусственного интеллекта и позволит создавать«разумные» роботы микро и наноразмеров.Фронт работ в области наноэлектроники чрезвычайноширок. Обилие новых принципов, методов и материалов,привлекаемых для создания наноэлектронных устройств,поражает воображение. Пока неясно, какие из методов иматериалов станут для наноэлектроники базовыми, т. е.выведут ее на уровень полномасштабного серийного производства высоконадежных экономически конкурентныхприборов, схем и систем. Поэтому в данном пособии приведено достаточно много идей, потенциально полезных длянаноэлектроники. Выбор материала, излагаемого на лекциях, должен делать преподаватель, сообразуясь с доминирующими в период чтения лекций тенденциями в наноэлектронике.Итогом конкурентной борьбы между различными направлениями развития наноэлектроники будет выход напервые позиции сравнительно небольшого количестваЗАКЛЮЧЕНИЕ317материалов и подходов, которые станут использоваться вкрупномасштабном производстве наноэлектронной аппа#ратуры нового поколения.