Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Она остается недостаточной для массового производства. Между тем малые размеры зондов позволяют интегрировать их в многозондовые блоки для одновременной обработки больших участков поверхности. Создание надежных многозондовых (1000 зондов и более) головок приближает зондовые методы формирования наноразмерных структур к их широкому практическому испольюванию. дан и ф 115 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какой механизм окисления металлов и полупроводников реализуется при использовании сканирующих зондов? 2.
Каков типичный диапазон толщин оксидных слоев, формируемых зондовыми методами? 3. Каковы основные механизмы, обеспечивающие зондояое локальное химическое осаждеиие материалов из газовой фазы? 4. Каков типичный диапазон тслщин слоев материалов, осаждаемых зонловыми методами? 2.3. НАНОЛИТОГРАФИЯ Размеры элементов интегральных микросхем определяются преимущественно литографическими процессами. Эта область технологии постоянно развивается, чтобы отвечать все возрастающим требованиям микро- и наноэлектроники. В нанометровом диапазоне размеров используют два основных технологических подхода. Первый берет свое начало от микроэлектронной технологии и основан на оптической, ренттеновской и электронно-лучевой литографии.
Уменьшение длины волны света при экспонировании фоторезиста (а также применение рентгеновского излучения и электронных потоков) обеспечивает создание рисунков с размером элементов менее ! 00 им. Другой подход является типично нанотехнологическим, поскольку основан на использовании сканирующего зонда — инструмента, обладающего самым высоким разрешением и позволяющего манипулировать даже отдельными атомами. Полагая, что читатель уже знаком с обычной оптической литографией, подробно описанной в учебниках по микроэлектронике, здесь мы рассмотрим другие литографические процессы, подходящие для создания рисунка с нанометровыми размерами.
2.3.1. Электронно-лучевая литография Среди различных методов формирования наноразмерного рисунка элементов полупроводниковых приборов злеюпроино-лучевая литография (е!есггоп-Ьеат Пгйорарйу) наилучшим образом сочетает в себе высокое разрешение с приемлемой производительностью, что является непременным условием для массового производства. Установка для электронно-лучевой литографии включает вакуумируемую колонну с источником электронов, системой ускоряющих электродов, магнитными линзами и системой сканирования электронного луча по поверхности экспонируемой подложки. Сис- Гл а в а 2.
Методы рмироаания нанозле нных структур 116 темы формирования электронного луча обеспечивают создание потока электронов с энергией 20-100 кэВ, сфокусированного в пятно размером 1 — 1,5 нм. Этот луч сканируют по поверхности подложки, покрытой чувствительным к облучению материалом — резистом. С помощью электростатической системы запирания луча, управляемой компьютерным генератором изображения, экспонирование поверхности резиста производится выборочно, в соответствии с требуемой геометрией элементов. Воздействие электронного луча на резист, в зависимости от состава его материала, может сопровождаться либо разрушением молекул на фрагменты, растворимые при последующем проявлении экспонированных областей, либо соединением молекул резиста в более устойчивые к растворению полимерные структуры.
В качестве резистивного материала используют как органические, так и неорганические соединениязх. По аналогии с материалами классической фотографии, первую группу резистов называют позитивными. Полученный после их проявления рисунок повторяет рисунок экспонированных областей, а материал резиста в этих областях отсутствует.
Во второй группе резистов, которые называют негативными, ситуация противоположная — экспонированные области после проявления сохраняются нерастворенными. Это достигается за счет полимеризации исходных мономеров в экспонированных областях, что обеспечивает их химическую устойчивость в соответствующих растворителях, тогда как исходный мономер легко растворяется в них и удаляется с подложки при проявлении. В качестве резиста чаще всего используют «алиме«гилме«га«- р«лггг«(ро(утейу! тег)хаете!аге, РММА). В подверженных воздействию электронного луча участках этого полимера молекулярные цепочки разрываются и вследствие этого укорачиваются, что делает их растворимыми в соответствующих проявителях. Порог чувствительности РММА к электронному облучению составляет порядка 5 ° 1О 4 Кл/ем!.
Среди органических негативных резистов требованиям нанолитографии отвечают юм««саре«(гекеаацетат п-лгетилкалигссарен) и а-лге««хдстирпд, которые обладают необходимой стойкостью к плазменному травлению. Каликсарен имеет циклическую структуру, прелсгавляюшую собой кольцеобразную молекулу с диаметром около 1 нм (рис. 2.18). Ее главный фрагмент — фенольная Расширенный анализ свойств и особенностей применения различных резистивных материалов для злектронно-лучевой литографии представлен в обзоре А. Е. б)гдогезси, С Иг. Надел, Кез(зи Гог юЬ-20-пш е(ее!гоп Ьеат (йьойгарьу ийь а )оспа оп Н БО; маге о( !ье агг, Ыапогесьпо!ойу 20(29), 29200 ! (3 ! рр.) (2009). 22 Налолитог а ил сн Рис. 2.18. Молекула каликсарена СНа~ ОСОСН3 производная, которая очень устойчива благодаря сильным химическим связям в бензальном кольце.
Каликсарен почти в 20 раз менее чувствителен к электронному облучению, чем РММА. Малый размер молекулы каликсарена и ее высокая однородность обеспечивают резистам на его основе гладкую поверхность резистивных пленок и сверхвысокое разрешение. Ограничения на разрешающую способность органических резистов определены главным образом тем, что при бомбардировке этого материала высокоэнергетическими электронами в нем генерируются низкоэнергетические (-50 эВ) вторичные электроны, которые экспонируют область резиста на расстоянии до 5 нм за пределами области облучения.
Это ограничивает разрешающую способность на уровне 10 нм. Роль же обратно рассеянных электронов зависит как от материала подложки, так и от энергии электронов в первичном пучке. Повышение разрешающей способности РММА до б нм может быть обеспечено при ультразвуковом проявлении и тщательном контроле процесса экспонирования. Это достигается за счет снижения эффективности образования вторичных электронов при использовании для экспонирования резиста электронов с энергиями 2 — 10 кэВ.
Однако увеличению разрешающей способности сопутствует снижение чувствительности резиста, что требует увеличения дозы и, соответственно, времени экспонирования. Кроме органических резистов хорошие перспективы для электронно-лучевой литографии имеют неорганические соединения (соединения кремния и галогениды металлов), которые обеспечивают лучший контраст изображений и более высокую стойкость при последующем травлении рисунка. Их разрешение составляет менее 5 нм, однако чувствительность к электронному воздействию, характеризующаяся порогом около 0,1 Кл/см', остается недостаточно высокой. Значительный практический интерес представляют соединения кремния, среди которых в первую очередь следует отметить диоксид кремния (РВОа) и силсесквиоксан водорода (Луг(го8еп лИлелдиуохане, НЯД) ввиду хорошей совместимости с традицион- 118 Гл а ва 2.
Методы формирования наноэлектронных структур ной технологией изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на кремнии. Нанопрофилирование ЯО, электронным лучом может быть реализовано на пленках толщиной менее 1 нм. Облучение таких пленок проводят при комнатной температуре сильносфокусированным электронным лучем. При последующей термообработке в вакууме при 720-750 'С диоксид в облученных областях редуцируется до монооксида (ЯО), который испаряется. Такой подход привлекателен для формирования наноструктур!и зйи, поскольку все процессы, связанные с формированием ЯО,-маски и последующим нанесением других материалов, могут быть осуществлены в высоковакуумной камере без извлечения подложки на воздух. Силсесквиоксан водорода образует в растворах кубоподобные структуры с обобщенной химической формулой (НЯОм,),„. Его используют в качестве негативного резиста при формировании элементов с размерами менее 10 нм.
Под действием электронного облучения Я вЂ” Н-связи в этом материале разрываются, образуя метастабильные группы Я вЂ” ОН, которые разрушают кубоподобную структуру и приводят к образованию сети линейных полимеров со стабильными Я вЂ” О-связями. Это и обеспечивает устойчивость экспонированных областей к растворению при последующем проявлении. Среди галогенидных резистов можно выделить две специфические группы.
В первой группе (А1Еп 1.!Р, ХаС1) электронное облучение приводит к диссоциации молекул на атомы металла и атомы галоида. Атомы галоида переходят в газообразное состояние и покидают облучаемую поверхность. Освободившиеся атомы металла за счет диффузии по поверхности подложки также уходят из облучаемой электронами области. Использование таких резистов не требует дополнительной операции проявления, поскольку рисунок резистивной маски формируется непосредственно в процессе облучения электронами. Вторая группа галогенидных резистов, типичными представителями которой являются СаР, и МяЕ,, требует значительных доз облучения электронами (до 10 Кл/см'), поскольку прямого их разложения не происходит, а образуются промежуточные соединения, легко растворимые в воде при последующем проявлении рисунка.
Требуемая конфигурация пленочных элементов может быть создана путем вытравливания материала в окнах резистивной маски или нанесения материала на поверхность подложки с предварительно сформированным на ней рисунком маски. Первый подход широко используется в традиционной полупроводниковой техно- 2 Х Нанолитографил 119 е»з»:ее»Ч»»»г»аее»»е»»~ оаейет йа~|есее»»е магернала Ое»зеге»»йеи ма»еои Рнс.
2.19. Создание наноструктур методом взрывной литографии с использованием позитивного резнста (РММА): а — электронно-лучевое экспонирование пленки ревиста; б — проявление ревиста; в — осаждснне металла; г— взрывное удаление разнота н металла на его поверхности логии. В технологии же нанозлектроники он применяется для профилирования пленок диэлектриков и полупроводников, тогда как для пленок металлов часто используется второй подход, который получил название «взрывная лятгггра4яя» (гггг-о3" ргосезт).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
