Лозовский В.Н. - Нанотехнология в электронике (1051254), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Длина пробега легкихионов с энергиями 50–100 кэВ примерно равна толщинерезиста, используемой в технологических процессах.Ионы всю энергию передают резисту и не проникают вподложку, как электроны. Поэтому чувствительность ре'зистов к ионному пучку на 1,5–2 порядка выше, чем кэлектронному, время экспонирования ионным пучкомзначительно меньше, и соответственно — выше произво'дительность процесса литографии. Разрабатываются так'же специальные резисты.В ионолитографии отсутствует дифракционное огра'ничение, так как из'за большой массы ионов длина волныде Бройля для ионов на 1,5 порядка меньше, чем для элек'тронов при тех же ускоряющих напряжениях.
Ионныепучки не испытывают обратного рассеяния, вторичныеэлектроны в резисте имеют малую энергию, а следователь'но, — малую длину свободного пробега. Пучок тяжелых,Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ235по сравнению с электронами, ионов испытывает слабоеугловое рассеяние. Благодаря этим факторам ионолито&графия обеспечивает разрешение до 10 нм.Проекционные установки имеют высокую разрешаю&щую способность и производительность. Однако из&засложности создания источников ионов, систем разверткии фокусировки ионных пучков метод пока не получил рас&пространения в серийном производстве.8.3.6.ИМПРИНТЛИТОГРАФИЯРазвитие методов традиционной лучевой литографиис целью выхода в нанометровый диапазон требует огром&ных финансовых вложений, что может быть экономиче&ски оправдано только при массовом производстве продук&ции, например микросхем процессоров или памяти.
Им&принт&литография1 — более простая и дешевая технология,основанная на ином подходе к производству нанолитогра&фической продукции. Она основана на прессовании рези&ста в формах с последующим переносом рисунка на пла&стину полупроводника. При импринт&литографии изо&бражение в слое резиста создается за счет физическойдеформации резиста, а не за счет модификации химиче&ской структуры резиста посредством облучения. Рольшаблона играет пресс&форма (штамп).Принципиальная схема метода. Последовательностьформирования рисунка на резисте показана на рис. 8.16;она включает несколько этапов.1. На подложке 1 при помощи центрифуги создаетсяплоскопараллельный слой резиста 2 (см. рис. 8.16а).2. Композиция нагревается до температуры размягче&ния отвержденного резиста.
Штамп 3 (см. рис. 8.16б) вдав&ливается в слой резиста, который заполняет углубленияна штампе.3. Система охлаждается до температуры ниже темпе&ратуры затвердевания резиста, и штамп поднимается.1 Другие названия — нанопечать, наноимпринтная литография, на&нопечатная литография, импринтинг.236НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьавбгРис. 8.16Этапы перенесения рисунка на резиств импринтлитографииабРис. 8.17Электронные микрофотографии отверстийв резисте:а — после импринтинга; б — после напыления металлаи удаления резиста.Возникновение на резисте выступов соответствует углуб!лениям штампа.
В местах, где были выступы штампа, ос!тается слой 4 резиста толщиной 10–20 нм (рис. 8.16в).4. Удаляется остаточный слой резиста (реактивнымионным травлением); в окнах резиста (5 на рис. 8.16г) по!верхность подложки оказывается открытой.Через окна в резисте может производиться травлениеподложки, напыление металла или ионная имплантация,после чего резист удаляется. Время одного цикла 10–15 минут. На рис.
8.17а,б представлены электронные мик!рофотографии отверстий в резисте ПММА после имприн!тинга и поверхность подложки после напыления металлав отверстия и удаления резиста.Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ237На рис. 8.18 приведена электронная микрофотография полосок металла на подложке послеимпринтинга и напыления. Дляполос характерны гладкость и острые углы, что недостижимо притрадиционных методах.Резисты. Используются органические термопластичные материалы, например ПММА, полистирен и материалы, разработанРис. 8.18ные специально для импринтингаЭлектронная микрофотография полосок(mrL6000, mr18030).
Толщинаметалла на подложкерезиста обычно изменяется в препосле импринтинга инапыления. Ширинаделах 50–200 нм, в зависимости отполос — 70 нм, высозадачи. Выбор режимов изменета — 200 нмния температуры и давления вовремя процесса производится с учетом механических и поверхностных свойств резиста и штампа. Например, дляПММА оптимальны рабочая температура 200°С и давление 13 МПа.Штампы. В качестве материала штампов используюткремний или слой SiO2 на кремниевой подложке. Для рисунков с деталями размером ~10–20 нм применяют металлические штампы, изготовленные с помощью электроннолучевой литографии с последующим напылением металла на подложку в отверстия резиста.
Ширина и высотавыступов могут быть различными для разных задач. Обычно ширина линий лежит в пределах от 10 нм до нескольких мкм, высота — от 50 нм до нескольких сотен нанометров.Один из методов получения штампов — интерференционная литография. Метод используется для изготовления штампов в виде одномерных решеток или массивовточек с треугольной и квадратной симметрией.
Для этогоэкспонируется интерференционная картина, создаваемаясуперпозицией двух, трех или четырех лучей соответственно. Период L полученных решеток определяется длиной волны излучения l и углами q и j (см. рис. 8.19).238НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьабРис. 8.19Схема ориентирования лазерных лучей при получении одномерныхрешеток и массивов точек с треугольной и квадратной симметрией (а); изображения в фоторезисте, получаемые в результатеинтерференции двух, трех и четырех лучей соответственно (б)Полученные изображения используют для созданиятвердого штампа, с помощью которого формируют рельеф в термопластичных материалах.Применение импринтлитографии.
Ее разрешающаяспособность определяется главным образом минимальными размерами деталей на штампе. Этим методом можнополучать структуры с размерами до 10 нм.Импринт-литография имеет ряд очевидных преимуществ. Здесь не используют пучки электронов, фотонов иионов, поэтому нет проблем, связанных с дифракцией,рассеянием первичных и вторичных электронов, с химическими процессами в резисте. Импринтинг не толькоимеет разрешающую способность до 10 нм, но и позволяетнаносить рисунок сразу на площади порядка несколькихквадратных сантиметров, что дает высокую производительность.
Наконец, импринтинг — более простая и дешевая технология по сравнению с традиционной литографией в нанометровом диапазоне.Недостатки импринт-литографии — износ штампов исложность точного совмещения структур на подложке,239Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИкогда применяется несколько последовательно выполняе!мых этапов литографии. Например, в производстве чиповтребуется совмещение с точностью до малых долей разме!ра самого мелкого элемента.Импринтинг может быть эффективным методом в об!ластях с менее жесткими требованиями, например, приформировании периодических поверхностных структур,гребенчатых электродных структур, в органической оп!тоэлектронике, производстве сенсоров, нанобиотехноло!гии.
Такие быстро развивающиеся области, как микро! инаноструйная техника, лаборатории!на!чипе также нуж!даются в высокопроизводительной нанотехнологии с низ!кой стоимостью, подобной наноимпринтингу.Так как с помощью импринтинга можно создавать наподложках рисунки с высокой плотностью деталей нано!метровых размеров, то его можно рассматривать как ме!тод создания устройств для хранения данных. Например,детали диаметром 10 нм, расположенные на расстоянии10 нм друг от друга, дают плотность записи 0,15 Тбит/см2.Разрабатывается способ нанесения рисунка методомимпринтинга непосредственно на поверхность кремния,без использования резиста и без травления. Метод назван«прямой импринтинг с помощью лазера».
Импульс излу!чения XeCl!эксимерного лазера (l = 308 нм) длительно!стью 20 нс проходит через кварцевый штамп (не погло!щающий излучения) и расплавляет поверхностный слойкремния толщиной ~300 нм в течение пикосекунд. Этотслой остается расплавленным в течение сотен наносекунд.В него вдавливается кварцевый штамп. После затверде!вания кремния штамп отделяется. Разрешающая способ!ность может быть менее 10 нм.аРис. 8.20Электронныемикрофотографии:а — кварцевыйштамп, б — фор!мованная поверх!ность кремния.б240НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьНа рис.
8.20 приведены электронные микрофотогра"фии штампа (а) и формованной структуры на кремнии (б).Формованная структура полностью повторяет штамп,углы резкие и прямые.В заключение отметим, что в настоящем разделе за"тронуты лишь достаточно разработанные и более или ме"нее универсальные методы нанолитографии, области воз"можного применения которых сравнительно широки.Разрабатываются, кроме того, методы литографии ча"стного применения.
К ним относится, например, литогра"фия на нанопроволоках. Этим методом изготавливаютсяпроволоки с пазами шириной от 5 до 200 нм, в которыеможно помещать слои вещества соответствующей толщи"ны и исследовать их электрические свойства (если паз пус"той, то проводимость отсутствует). Методика полученияпроволок с нанопазами многостадийна и сложна. Ее мож"но использовать для решения исследовательских задач.Разрабатываются также принципиально новые мето"дики нанолитографии широкого применения.
К ним от"носятся, например, метод молекулярной литографии (с ис"пользованием молекул ДНК) и метод, основанный на атом"но"лучевой голографии. Подобные методы пока далеки отвозможности их массового использования в ближайшейперспективе.Какие из методов литографии станут основными в на"ноэлектронике, выяснится в ходе естественной конкурен"ции между ними.8.4.ЗОНДОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ8.4.1.ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СКАНИРУЮЩЕЙЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИВ настоящее время сканирующая зондовая микроско"пия (СЗМ) является одним из наиболее эффективных мето"дов исследования атомной структуры и локальных свойствповерхности. СЗМ основана на сканировании поверхности твердотельным зондом с тонким острием. Радиускривизны острия 10–20 нм, в некоторых устройствах мо"Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ241жет быть менее 10 нм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
