Нанолитография

Литографией в микроэлектронике называют различные методы микрогравировки диэлектрических, металлических и полупроводниковых слоев, используемых при изготовлении интегральных микросхем (ИМС).основным методом в технологии ИМС в настоящее время является фотолитография - фотохимический метод микрогравировки. Кроме оптической литографии используются рентгенолитография, электронолитография и ионолитография. Это лучевые и пучковые методы литографии.

Оптическая проекционная литография: изображение фотошаблона (маски) проектируются на поверхность фоторезиста с помощью специальной оптической системы.см рис218 с+

Рис Взаимное расположение элементов проекционной системы.

Разрешающая способность. Разрешающая способность метода фотолитографии называется число линий одинаковой ширины разделенных промежутками той же ширины, которое можно получить на 1 мм поверхности резиста

На практике под разрешающей способность подразумевается характеристика .

Фотолитография имеет физический предел разрешающей способности. Определяемый для проекционной системы дифракционным критерием Рэлея (изображение двух близко расположенных точек видны раздельно)

Где для УФ –излучения, -длина волны излучения -показатель преломления, -половина апертурного угла выхода, - числовая апертура.

Проекционная система работает с уменьшением рисунка шаблона (обычно4:1).см рис218+

При данной длине волны можно отобразить детали на поверхности фоторезиста размером до половины длины волны. До 2003 гв фотолитографии применялась длина волны излучения фторкриптоного -эксимерного (активная среда –молекулы галогены инертных газов) лазера, чему соответствует .

Нанолитография в дальнем экстремальном вакуумном ультрафиолете(ЭУФ). Излучение (ЭУФ)лежит в диапазоне 10-50 нм, и граничит с мягким рентгеном 0,5-10 нм.

Эта нанолитография предназначена для изготовления микропроцессорных интегральных микросхем сверхвысокого уровня интеграции до 10⁸-10¹⁰ элементов на кристалле.

Принцип действия ЭУФ –нанолитографа. Пошаговое экспонирование чипов при помощи проекционной отражательной оптической системы с последующим сканированием. схема на рис223с+.

 

Рис Принципиальная схема ЭУФ-нанолитографа

 

Устройство состоит из четырех главных блоков.

1.Источник УФ излучения -50-100 микронное облачко вещества мишени (источник6).в плазменном состоянии при температуре 10⁶К ионизированное до 10-20 крат. Плазма создается импульсным лазерным излучением 1 при его взаимодействии с мишенью. используют излучение ксенона .

2.Узел маски.3.Поверхность шаблона - плоское зеркало с бреговским покрытием. На его поверхности наносится поглощающий слой вольфрама, таллия, хрома , в котором гравируется увеличенный рисунок ИМС.

3.оптическая система состоит из конденсора2, объектива4, Конденсор направляет излучение на шаблон3.Объектив переносит уменьшенное изображение рисунка маски шаблона на поверхность пластины5, покрытой резистом. Зеркала конденсора и объектива имеют расчетную кривизну и бреговские покрытия, состоящие из нескольких десятков чередующихся слоев молибдена и кремния толщиной .покрытия обеспечивают высокий коэффициент отражения, максимум которого достигается при длине волны 13.4 нм.

8-зеркальный промышленный ЭУФ-литограф сможет обеспечить апертуру и разрешение .

4.образец с нанесенным резистом 5 на рис223. Здесь необходимы специальные резисты с высоким контрастом и чувствительностью. Например, кремний - водородные (силановые) полимеры, неорганические резист селенид мышьяка. .

 

Импринт – литография

Технология основана на прессовании резиста с последующим переносом рисунка на пластину полупроводника. Изображение в слое резиста создается физической деформацией резиста. Роль шаблона играет пресс -форма. См рис 236+

 

Рис Электронные фотографии отверстий в резисте:

а)посли инпринтинга. б) после напыления.

 

1.На подложке 1 при помощи центрифуги создается плоскопараллельный слой резиста2.

2.Композиция нагревается до температуры размягчения отвержденного резиста. Штамп3 вдавливается в слой резиста, который заполняет углубления на штампе.

3.системаохлаждается до температуры ниже затвердевания резиста, и штамп поднимается. возникновение на резисте выступов соответствует углублениям штампа. в местах. Где были выступы штампа, остается слой резиста толщиной10-20 нм.

4.Удаляется остаточный слой резиста ионным тралением. В окнах резиста 5поверхность подложки оказывается открытой.

Через окна в резисте можно производить травление подложки, напыление металла и ли ионная имплантация., после чего резист удаляется. Время одного цикла 10-15 минут. Например после импринтинга и напыления полоски металла имеют гладкость и острые углы, что недостижимо при традиционных методах.

В качестве резистов. используются органические термопластические материалы. ПММА,полистерен. Материалом для штампов используют кремний или слой оксида кремния на кремниевой подложке. Для рисунков с деталями 10-20 нм применяют металлические штампы, изготовленные с помощью электронно-лучевой литографией с последующим напылением металла на подложку в отверстия резита. Ширина линийот10 нм, до нескольких мкм. Высота от 50 нм до сотен нм.

Этим методом можно получать структуры с размерами до10 нм. Детали диаметром 10 нм на расстоянии 10 нм дают плотность записи 0,15 Тбит/см².

 

На рис приведена электронная микрофотография полосок металла послеимпритинга и напыления.Для полос характерны острые углы и гладкость

Рис. электронная фотография полосок металла(белые) после импринтинга и напыления. Ширина полос-70 нм,высота-200 нм.

 

 

Лк9* Зондовые технологии

Зондовые технологии: сканирующая туннельная микроскопия(СТМ)

и атомно-силовая микроскопия(АСМ).