Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 26
Текст из файла (страница 26)
На рис. 2.24 эта критическая величина отмечена пунктирной линией. Онтическая литография с типичной скоростью экспонирования в диапазоне 10 — 100 ем~/с полностью удовлепюряет требованиям массовою производства. Однако по разрешающей способности она имеет существенные ограничения на минимальный размер элементов, что связано главным образом с конечной длиной волны излучения, использующегося для экспонирования резисгов. В эгой группе методов работа по увеличению разрешающей способности и соответствующему снижению минимальных размеров формируемых элементов идет по нуги уменьшения длины волны излучения за счет, например, использование О-линии (436 нм) и 1-линии (365 нм) ртути, излучения эксимерных лазеров КгГ (248 нм), АгР (197 нм), Г1 (157 нм) и пр.
При этом минимальный размер элементов составляет 100 нм. Его дальнейшее уменьшение до 50 нм представляется в принципе возможным, что требует, однако, существенного прогресса в технологии изготовления резистивных масок и повышения чувствительности фоторезистов с высоким разрешением. Фотолигнография в ультрафиолетовом дианазояе длин волн представляет собой естественный пугь развития оптической литографии с применением коротковолнового излучения. Для этих целей используются синхротронное излучение и излучение плазменных лазерных источников, что обеспечивает формирование элементов с размерами менее 100 нм. Соответствующие методики могут быть усовершенствованы для создания элементов с размерами 30 нм.
Несмотря на ряд преимуществ, синхротронное излучение не находит пока широкою технологического применения в полупроводниковой электронике из-за сложности, энергоемкости и громоздкости синхротронов. Плазменные лазерные источники во многом лишены этих недостатков, что делает их более перспективными для практической нанолитографии. Формирование рисунка с размерами меньше длины волны излучения ограничивается дифракционными эффектами на границе маски. Для преодоления этого предложено несколько специальных методов.
Это енеосевое асеев(ение (ой-охи (Дит/яайоп) системы фотошаблон/подложка и маскирование с фазовым сдвигом (рйате зй(12 тозЫяя). Применение этих методов (по теоретическим оценкам и без учета роли фоторезиста) позволит формировать линии с шириной в два раза меньше длины волны используемого излучения. На практике это требует сложных (а следовательно 130 Гх а в а 2.
Методы формнровання наноэлектронных структур дорогих) в изготовлении масок, при этом имеются определенные ограничения геометрии формируемого рисунка. Реитгенооская литографа, использующая излучение с длиной волны в диапазоне от 0,4 нм до 5 нм, представляет собой последнюю ступень на пути уменьшения длины волны экспонирующего электромагнитного излучения для целей литографии.
При этом, в отсутствие подходящей рентгеновской оптики, приходится проводить прямое экспонирование (1: 1). Достаточную для практических целей интенсивность рентгеновского излучения обеспечивают синхротроны и плазменные лазерные источники. Минимальные размеры элементов составляют 50 — 70 нм. Преимуществом ренчтеновской литографии является возможность использования однослойных резистивных масок. Кроме того, благодаря высокой проникающей способности рентгеновских лучей достигается высокая воспроизводимость результатов, а дефектность создаваемого рисунка не чувствительна к поверхностным загрязнениям шаблона, поскольку такие загрязнения слабо поглощают рентгеновское излучение, так как имеют в основном органическое происхождение и состоят из легких атомов (Н, С, О и др.).
Недостатки аналогичны отмеченным выше для литографии в глубоком ультрафиолетовом диапазоне длин волн и дополняются необходимостью использования сложного дорогостоящего оборудования. Электроиио-лучевая литогуа4ия является наиболее подходящей основой для массового производства наноструктур. При использовании одиночного луча она обеспечивает скорость экспонирования 1О ' —: 1О 2 см2/с, а в режиме модульного экспонирования — на два-три порядка выше. Типичное разрешение составляет 30 нм с возможностью его уменьшения до 5 нм за счет применения неорганических резистов.
Основной недостаток этого метода — невысокая производительность, которая определяется плотностью электронного тока и чувствительностью резиста. Увеличение плотности тока Х в электронном луче сопряжено помимо технических сложностей с тем, что взаимодействие между электронами приводит к пропорциональному /ьз расширению луча и соответствующему ухудшению разрешения.
Для обеспечения приемлемой производительности требуются резисты с порогом чувствительности ниже 10 мКл/см'. Чувствительность к изменению дозы экспозиции и глубины фокуса (деформации маски) намного меньше, чем при оптической литографии.
Воино-лучеоая литогиафия по своим технологическим принципамм близка к электронно-лучевой литографии. Облучение легкими ионами — ионами водорода (Н') и гелия (Не') используется для экспонирования резистов толщиной до 50 нм. Более тяжелые 2 3. Нанолито рафия тзг ионы — ионы «технологических» примесей — применяются для безмасочного создания рисунка элементов интегральных схем путем прямой модификации материала подложки.
Установки для ионно-лучевой обработки материалов обеспечивают приемлемые скорости экспонирования. Сравнивая эффективность экспонирования резиста ионами и электронами в одном энергетическом диапазоне (50 — 100 кэВ), следует отметить, что ионы полностью передают свою энергию резистивному слою, тогда как электроны проходят глубже в подложку. Это приводит к существенному различию в пороговой чувствительности резистов, которая оказывается ниже для ионного экспонирования. Однако процесс последовательного экспонирования ионным лучом остается пока слишком медленным для массового производства. Наноиечать является многообещающей технологией литографии, хотя для ее использования в промышленном производстве требуются дополнительные исследования.
Одним из сдерживающих факторов здесь остается сравнительно большое время обработки одной подложки, что связано с необходимостью ее нагрева и охлаждения в контакте со штампом (имеются впрочем определенные резервы для интенсификации этого процесса). Лотогра4ия скамарующямы зондами дает наиболее высокое разрешение, обеспечивая даже возможность манипулирования отдельными атомами. Типичное же разрешение составляет 30 — 50 нм. Основным недостатком этой группы методов является низкая скорость экспонирования одиночным зондом. Для ее увеличения следует использовать при экспонировании многозондовые устройства с независимым управлением каждым зондом.
Для обеспечения приемлемой производительности число интегрированных в одной головке зондов должно составлять 104 — 10». Положение каждого зонда относительно поверхности подложки должно задаваться индивидуально. Несмотря на практические сложности, формирование рисунка наноразмерных элементов интегральных микросхем с использованием сканирующих зондов рассматривается как наиболее перспективное направление для организации массового производства.
В заключение раздела следует отметить, что известные нанолитографические методы обеспечивают разрешение в пределах 10 — 100 нм. Этого вполне достаточно для изготовления большинства наноэлектронных приборов. Однако для соответствия уровню требований промышленного производства производительность этих методов должна быть повышена. 132 Гл в в в 2.
Методы формирования нвноэле нных структур ВОПРОСЫ ДПЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какой разрешающей способностью характеризуются методы оптической литографии, электронно-лучевой литографии, зонловой нанолитографии, наиопечатн, рентгеновской литографии, ионне-лучевой литографии? 2. Охарактеризуйте по производительности возможности методов оптической литографии, электронно-лучевой литографии, зондовой нано- литографии, нанопечати, рентгеновской литографии, ионио-лучевой литографии? 2.4. САМОРЕГУЛИРУЮЩИЕСЯ ПРОЦЕССЫ Саморегулирование является одной из наиболее общих закономерностей в природе. Оно осуществляется различными путями, но всегда с одной общей целью — обеспечить наибольшую устойчивость системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
