Лозовский В.Н. - Нанотехнология в электронике (1051254), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Все разработки используют эту длину волны.Зеркальная оптическая система не может иметь высокую числовую апертуру. Увеличение апертуры достигается за счет уменьшения поля изображения. Поэтому ЭУФнанолитограф должен работать по принципу степперсканера. Числовую апертуру можно увеличить также за счетувеличения количества зеркал объектива. Перспективный8зеркальный промышленный ЭУФлитограф по оценкамсможет обеспечить апертуру ~0,4 и разрешение ~20 нм.4. Образец с нанесенным резистом (5 на рис.
8.10).В ЭУФлитографии необходимы специальные резисты свысоким контрастом и чувствительностью, например,кремнийводородные (силановые) полимеры, неорганический резист AsSe.Метод ЭУФ рассчитан на промышленное применение и внастоящее время успешно развивается. Презентация первойЭУФустановки проведена в 2001 г. консорциумом по нанесению рисунков на чипы.
Установка позволяла получитьаmin ~ 80 нм. Компании Intel, Odvanced Micro Devices и другие вложили 250 млн долларов в создание прототипа ЭУФустановки. Чтобы довести ЭУФустановку до промышленного производства, потребовалось еще 2,5 млрд долларов.224НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьВ настоящее время достигнуто разрешение ~30 нм.Ожидается, что к 2014–2016 гг.
промышленные ЭУФ)на)нолитографы дадут разрешение ~20 нм, а в последующиегоды — до 10 нм.Таким образом, фотолитография еще не исчерпала сво)их возможностей. Объем рынка электроники, основаннойна кремнии, составляет несколько триллионов долларовв год. Поэтому, по крайней мере в ближайшее десятиле)тие, полупроводниковая промышленность будет продол)жать идти по пути усовершенствования высокоэффектив)ной фотолитографии.8.3.3.ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВАЯ ЛИТОГРАФИЯЭлектронно)лучевая литография (ЭЛЛ) — промыш)ленная технология, имеющая высокую разрешающую спо)собность. Основные области применения: 1) технологияИМС с размерами элементов менее 100 нм; 2) изготовле)ние шаблонов для рентгенолитографии и фотолитографиив дальнем ультрафиолете.Принципы и основные этапы электронолитографиии фотолитографии аналогичны, различие в том, что вЭЛЛ вместо световых потоков для экспонирования ис)пользуются пучки электронов, ускоренных электриче)ским полем.Электронно)лучевая литография в настоящее времярассматривается как один из альтернативных методов на)нолитографии, поэтому интенсивно ведутся разработки поусовершенствованию и увеличению разрешающей способ)ности ЭЛЛ.Важнейшее достоинство метода — отсутствие дифрак)ционных ограничений на разрешающую способность.
Дляэкспонирования используются высоковольтные пучки (ус)коряющее напряжение составляет 10–200 кВ) и низко)вольтные пучки (ускоряющее напряжение равняется 1–10 В). В первом случае процесс проводится на специаль)ных установках или с помощью пучков сканирующихэлектронных микроскопов. Во втором случае используют)ся пучки сканирующих туннельных микроскопов. ДлинаЧасть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ225волны де Бройля электронов, движущихся со скоростьюv, равна:hhh1222,mv2mEкин2mеUгде U — ускоряющее напряжение, т — масса электронов.При средних значениях U = 50 кВ и U = 5 В находимl » 0,6×10–2 нм и l » 0,6 нм соответственно, что много меньше реальных значений amin. Поэтому дифракционные ограничения при использовании ЭЛЛ в наноэлектронике невозникают, что следует из формулы (8.1).
Благодаря малости l, электроны могут быть сфокусированы в пучокдиаметром ~1 нм.Высоковольтные пучки, проникая в подложку, создают в поверхностном слое полупроводника высокую плотность радиационных дефектов. Это сказывается на качестве элементов ИМС. При понижении энергии электроновглубина проникновения в подложку уменьшается, плотность радиационных дефектов снижается. ЭЛЛ присущабольшая глубина резкости передаваемого изображения,поэтому не происходит искажения рисунка при увеличении глубины рельефа или неплоскостности пластины.На практике применяют два вида ЭЛЛ — сканирующую и проекционную.Сканирующая электроннолучевая литография. В этомметоде сфокусированный пучок электронов, управляемыйкомпьютером, перемещается по поверхности подложки,покрытой резистом, вычерчивая заданный рисунок.
Метод является серийным и применяется в тех случаях, когда оптическая литография не удовлетворяет требованиям по точности совмещения и глубине фокуса.Достоинство метода — возможность наносить рисунок на резист без шаблона.Недостаток — длительность формирования рисунка, что ограничивает производительность метода. Скорость движения луча, в зависимости от тока в пучке ичувствительности резиста, может меняться в пределах1 мкм/с–1 мм/с. Скорость лимитируется тем, что облучение участка резиста должно проявляться на полнуюглубину слоя.
Для этого доза облучения должна быть226НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьдостаточно высокой. (Чувствительность резиста равнаэтой дозе, выраженной в Кл/см2.)Разрешающая способность сканирующей ЭЛЛ. В на&стоящее время промышленные установки и сканирую&щие электронные микроскопы работают в интервале на&пряжений 100–200 кВ при диаметрах пучка 1–10 нм.С использованием чувствительных резистов получаютаmin = 30 нм с высокой степенью воспроизводимости.
Ис&следования показывают, что можно достичь разрешенияменее 10 нм.Роль электронорезистов. Так как дифракционныйпредел практически не играет роли, а сфокусированныйэлектронный луч имеет диаметр ~1 нм, то ограниченияразрешающей способности ЭЛЛ обусловлены свойствамирезиста. Во&первых, при экспонировании происходит рас&сеяние первичных и вторичных электронов во все стороныот направления первичного пучка, в резист проникают так&же электроны, отразившиеся от подложки. В результатеобласть экспонирования расширяется.
Во&вторых, приблизком расстоянии между соседними линиями областирассеяния электронов перекрываются, и может произой&ти искажение рисунка или слияние соседних линий (эф&фект близости). Для улучшения разрешения необходимонаносить тонкие (< 50 нм) слои резиста или увеличиватьускоряющее напряжение.Наиболее широко используется в качестве резиста по&лиметилметакрилат (ПММА). Чувствительность ПММА~10–4 Кл/см2, разрешающая способность ~10 нм при ми&нимальном расстоянии между линиями 30–50 нм. С це&лью повышения разрешающей способности электронно&лучевой литографии разрабатываются новые резистивныематериалы.
Ниже приводятся примеры резистов ультра&высокого разрешения.1. Диоксид кремния (SiO2). Обеспечивает аmin ~ 7–10 нмпри минимальном расстоянии между линиями 10–11 нм.Облучение вызывает увеличение скорости травления SiO2 втравителях, содержащих HF.
Недостаток резиста — малаячувствительность (2–4 Кл/см2), которая ограничивает егопрактическое применение.Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ2272. Фтористолитиевый резист (LiF), легированныймолекулами AlF3. На облученных участках резист улетучивается. Для слоя резиста толщиной 40 нм получено разрешение 3–4 нм при таком же расстоянии между линиями. Для LiF необходима доза облучения в 30 раз больше,чем для ПММАрезиста.3. Органические резисты, например aметилстирол.Разрешающая способность £ 10 нм при толщине резистов20–30 нм.
Однако чувствительность на порядок ниже, чему ПММАрезиста.Пример применения ЭЛЛ для формирования наноструктур. Изготовлялись квантовые проволоки In0,53Ga0,47Asвысокого качества при помощи пучков электронногомикроскопа (200 кВ). Для таких высоких энергий электронов эффект близости значительно ослабляется, чтопозволяет получать низкоразмерные структуры с малымпериодом.На буферный слой InP толщиной 200 нм эпитаксиальным методом наращивался слой InGaAs толщиной 5 нм, азатем — слой InP толщиной 8 нм. Квантовая яма образована слоем узкозонного InGaAs между двумя широкозонными слоями InP.
На верхний слой InP наносился слой резиста ПММА толщиной 100 нм и экспонировалась системапараллельных полос шириной 15 нм с расстоянием междуними 60 нм. После проявления резиста сверху наносилсяслой золота толщиной 20 нм. Затем резист, оставшийсяпосле проявления, покрытый золотом, удалялся, и на верхнем слое InP оставались полоски золота шириной 15 нм,служившие масками при последующем травлении. Травлением удалялся материал между масками с заходом в нижний слой InP. В результате изквантовой ямы вырезалиськвантовые проволоки шириной 16–18 нм.
Слой InGaAsРис. 8.11толщиной 5 нм расположен на Электрономикрофотографияквантовых проволок,8 нм ниже верха структуры.полученных с помощью ЭЛЛ228НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьПри ориентации проволок в направлении [011] стенки проволок были практически вертикальными. На рис. 8.11приведена микрофотография рассматриваемой структуры,полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа.Увеличение производительности сканирующей ЭЛЛ.Как уже отмечалось, промышленные установки с высоковольтными пучками обеспечивают разрешение 30 нм.Исследования показывают, что, в принципе, возможнодостичь разрешения менее 10 нм. Однако производительность сканирующей ЭЛЛ низка, она ограничена скоростьюсканеров, а последняя во многом зависит от чувствительности резиста. Один из способов увеличения производительности — использование матрицы параллельных электронных пучков для формирования рисунка на большойплощади (рис.
8.12). Указанные пучки создаются системой электронных микропушек. Микропушки содержатисточники электронов, фильтры, микролинзы.Использование матриц предъявляет жесткие требования к характеристикам каждого источника электронов поинтенсивности и методам управления пучком. Уменьшение времени экспонирования сдерживается ограниченияРис. 8.12Схема матрицы параллельныхэлектронных пучков для прямогонанесения рисунка на пластинуРис. 8.13Схема проекционнойсистемы SCALPELЧасть 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
