Nanoscale-Radierung Unter Verwendung ICP-Anlagen

Nanotechnologie wird als die Fähigkeit, Stoff auf nanoscale Abmessungen genau zu manipulieren definiert möglicherweise, der normalerweise innerhalb des Bereiches 1nm zu 100nm ist. Diese Fähigkeit aktiviert Ausdehnung der Leistung der traditionellen Einheiten (wie des CMOS-Transistors) und die Entwicklung von vollständig neuen Einheiten und von Technologie. Die Anwendung der Nanotechnologie hat im Wesentlichen während den letzten paar Jahren erhöht, und es ist wichtig, zu beachten, dass es sehr wenige Bereiche der menschlichen Technologie gibt, die nicht durch es gefördert worden sind.

Die Bereiche, die durch Nanotechnologie gefördert werden, umfassen das folgende:

1. Medizinisch - Beispiele umfassen Nano--Labor-aufchip für Diagnosen, Medikamentenverabreichung, Nano-gewebe Technik
2. Chemikalie - Beispiele umfassen in hohem Grade effiziente nanocatalysts und nanofiltration
3. Energie - Beispiele umfassen Nanotechnologie in der Energieeffizienz und Isolierung, Brennstoffzellen, Akkus und photovoltaics
4. Nanotech erhöhte Material für Schwerindustrie - Beispiele umfassen Aerospace und Bau
5. Informationen und Nachrichtenübermittlung, die Speicher, neuer Halbleiter und optoelektronische Einheiten, Bildschirmanzeigen und Quantumsdatenverarbeitung umfassen
6. Verbrauchernahrung, Kosmetik, Haushalt, Gewebe, Optik

Dieses Papier auf nanoscale Radierung ist zum Nanotechnologiebereich 5 am relevantesten, aber auch Entdeckungsgebrauch in anderer Bereiche 3 besonders und 1. Radierung ist der selektive Ausbau des Vollmaterials durch eine Maske, zum zwei oder dreidimensionale Zellen in der Fälschung von Einheiten zu produzieren. Das klassische Beispiel ist in den Radierungsschritten, die für monolithische Fälschung der integrierten Schaltung benötigt werden, die Ergänzend-Metalloxid Silikon-Transistor (CMOS)chips mit Kenngrößen auf der Mikronschuppe und jetzt viel -kleiner umfassen. Tatsächlich ist CMOS-Technologie seit langem in das nanoscale weitergekommen.

Die Abbildung 1, die von der Internationalen Technologie-Straßenkarte für Update genommen wird 2010 der Halbleiter (ITRS) zeigt an, dass diese ungefähr im Jahr 2003 bei der Berücksichtigung von halben Abstand Polysilicon-Torbreiten für Blinken oder D-RAM-Technologie auftrat.

Dieser Artikel konzentriert sich auf die Technik der Oberseite unten von ICP-Radierung und verwendet insbesondere Techniken und Ergebnisse für Nano-impressum Technologie und photonische Kristallfälschung sowie stellt die nanoscale Radierungsfähigkeit für eine breite Reichweite der Materialien und der Einheiten dar. Alle Ergebnisse werden in den Hilfsmitteln Oxford-Instrumente ICP erzielt und zeigen eine starke Fähigkeit in nanoscale Radierung.

Abbildung 1. Vom Update ITRS 2010 Produkt Halbabstand Torlänge gegen Produktionsjahr [2] grafisch darstellend

Die Vorteile der Kobraquelle sind unten aufgeführt:

• Die Quelle hat einen großen brauchbaren Bereich, wenn sie mit der Quelle ICP180 verglichen wird,
• Die Quelle bietet erhöhte Flexibilität durch Optionen eines aktiven Distanzstückes an, das unabhängige Regelung der Ionenverteilung erlaubt und optimierte Prozesseinheitlichkeit über der Elektrode anbietet.
• Die Quelle bietet die ICP-Quellpulsierung, die den aufladenden Wafer herabsetzt, für erhöhte hohe Längenverhältnisradierung an. Sie auch wird für Einstellung von Ionenradikaleverhältnissen verwendet möglicherweise.
• Die Schräge Leistung, die normalerweise mit Niederfrequenzleistung pulsiert, verringert, an den Schnittstellen mit Isolatoren einzukerben und verringert abhängige Radierung des Längenverhältnisses (ARDE).
• Eine nahe verbundene Gashülse ist nützlich für Gas gehackte Prozesse wie Bosch-Radierung, das Gas zu verringern, das in den kurzen Prozessschritten mischt.

Die Gründe, warum nanoscale Radierung stark ist, sind unten aufgeführt:

• Schwieriger Transport von Spezies der neutralen Personen in und aus immer kleineren Merkmalen
• Erhöhte Effekte der Aufladung durch Ionen und Elektronen als Seitenwände erhalten näher zusammen.

Beim Konstruieren von kleineren Einheiten, normalerweise ist der seitliche Psychiater größer als der vertikale Psychiater also die Zunahmen des Längenverhältnisses h/d wie in Abbildung 4. gezeigt.

Abbildung 4. Auslegungsregeln schreiben zunehmendes Längenverhältnis (AR) als kritische Psychiater der Abmessung d für nanoscale Einheiten vor

Neutrale Radierungsspezies und Ätzungsprodukte bewegen sich isotropically durch die Diffusion, die durch den Senkrechthüllenbereich unberührt ist. Während das Längenverhältnis erhöht, erhöht die Anzahl von Zusammenstößen mit den Seitenwänden. Jeder Zusammenstoß macht den Fortschritt von den Radierungsspezies langsam in Richtung zur angegriffen zu werden Oberfläche, und verlangsamt das Entweichen von Produktspezies. Zusätzlich werden ankommende Spezies durch die oberen Ecken des Grabens wie in Abbildung 5. gezeigt beschattet.

Abbildung 5. Mehrfache Seitenwandzusammenstöße Gasspezies (mit niedrigem haftendem Koeffizienten) in einem HAR-Merkmal

Optimal, die haftenden Koeffizienten der Radierung und Passivierungsspezies seien Sie sorgfältig esteuert. Abbildung 6 liefert wirkliche Beispiele, in denen die haftenden Koeffizienten und die Passivierung nicht optimal gehandhabt werden.

Abbildung 6a. Überflusshaften oder falsche Spezies: zu viel Seitenwandpassivierung.

Abbildung 6b. Unzureichende Passivierung: gebeugtes Profil und Underetching

Der zweite Hauptgrund für die zunehmende Herausforderung von nanoscale Radierung ist die erhöhten Effekte der Aufladung durch Ionen und Elektronen, da Seitenwände näher zusammen erhalten. Belastete Spezieserfahrung eine seitliche Kraft (Ladung q multipliziert mit dem elektrischen Bereich E), der umgekehrt zum Quadrat des Abstandes o von den Seitenwänden proportional ist:

qE ¥ 1/y²

Die Proportionalitätskonstante ist für das leitfähige oder polare Material höher, welches die Seitenwand bildet. Folglich werden die Ionen, die fast vertikal sich bewegen, in Richtung zu den Seitenwänden abgelenkt, und am höheren Längenverhältnis gibt es einen höheren Prozentsatz von den Ionen, die beträchtlichen Ausschlag wie in Abbildung 7. gezeigt erfahren.

Abbildung 7. Ausschlag von belasteten Spezies: Ionen sind, fast vertikal auf Anflug aber erfahren eine seitliche Kraft.

Andererseits neigen Elektronen mit ihrer viel größeren Mobilität in der Plasmabewegung isotropically, im Massenplasma und nah an Oberflächen und ihnen, an den Mündern von Öffnungen in der Oberfläche wie in Abbildung 8a gezeigt aufzubauen. Diese negative Ladung stößt weitere Elektronen ab und lenkt positive Ionen an der Spitze des Merkmals auch ab. Wenn die Substratfläche leitfähig ist, dann kann ausgleichender Strom fließen, um solche Ladungsaufrüstung zu vermindern. Jedoch wenn die Substratfläche oder elektrisch getrennt wie Silikon-aufisolatoren dann (SOI) isoliert, Ladungsaufrüstung seien Sie wie in Abbildung 8b gezeigt falscher.

Abbildung 8. Richtwirkungen der Ladung

Abbildung 9 gibt Beispiele, in denen positiver Ionenausschlag „Kerben“ an der Oberseite oder an der Unterseite des Merkmals verursacht, oder das Löschen der Passivierung in der mittleren verursachenden Biegung.

Abbildung 9a. Kerbe an der Spitze des Merkmals

Abbildung 9b. Kerbe an der Basis des Merkmals (SOI-Schnittstelle)

Abbildung 9c. Ionenausschlag, der Biegung in der Mitte verursacht

Abbildung 9d. Ionenausschlag, der auch Rigolen an der Basis verursacht

Bestimmte Herausforderungen, die mit nanoscale Radierung gegenübergestellt werden, sind unten aufgeführt:

• Nanoscale, das weist ätzt normalerweise, ständig niedriger Kinetik auf,
• Zusätzlich in den Einheiten, in denen die Merkmalsbreite variabel ist, werden die kleineren Merkmale weniger tief als die breiten Merkmale ätzen. Dieses ist durch die abhängige Radierung des AusdruckLängenverhältnisses weithin bekannt (ARDE) und kann ein schweres Problem für einige Einheiten aufwerfen und erfordert Neukonstruktion.
• Eine Andere Konsequenz von ARDE ist Ätztiefen, die mit Ätzdauer nichtlinear sind.
• Schließlich, Prozessfenster für nanoscale Radierung wird normalerweise herabgesetzt, und selbstverständlich, werden Metrologie und Analyse immer stärker, während Kenngrößen schrumpfen.

In diesem Kapitel werden viele Beispiele erfolgreicher nanoscale Radierung durch ICP-Anlagen von Oxford-Instrumenten dargestellt und behandelt.

Nano-Impressum-Lithographie (NIL) ist eine vielseitige, wirtschaftliche, flexible und hohe (parallele) Methode des Durchsatzes für Fälschung von unten zu den Zellen 10nm (und Schrumpfen) sogar über großen Gebieten (Wafers). Sie hat Anwendungen im Halbleiterspeicher, Mikro- und Nano-Fluidik, optische Einheiten z.B. LED und Laser, Biowissenschaft, z.B. Labor-auf-einchip Anlagen, Bio-fühler, Hochfrequenzbauteile, erneuerbare Energie und neue nanotech Einheiten. Der grundlegende Prozessfluß der NULL wird in Abbildung 10. gezeigt.

Abbildung 10 ist ein einfaches Diagramm des NULL-Prozesses.

Abbildung 10. Diagramm des NULL-Prozesses

Anforderungen für eine gute Stempelätzung sind oder sehr nahe vertikalen Profilen, glatten Seitenwänden, einheitlichen Tiefen und kritischen Abmessungen vertikal (CD). Es ist auch wünschenswert zu graben zu vermeiden.

Abbildung 11 Shows ein Chrom (Cr) deckte den Quarzstempel ab, der in der Kammer ICP180 der Anlage 100 unter Verwendung einer CF-basierten Plasma₄₈chemie geätzt wurde. Merkmale 30nm werden zu einer Tiefe von 200nm mit einer Rate von 85nm/min ±<1% über einem Wafer 2inch geätzt. Die Selektivität über Cr war >170: 1. Das Profil ist 89-90°, glatt und Graben-frei an der Basis.

Abbildung 11. Quarzradierung nanoscale der Hohen Qualität für NULL-Stempel.

Das Quarzprofil wurde optimiert, indem man die Setelektrodentemperatur wie in Abbildung 12 gezeigt verwendete, während die Grabung beseitigt wurde, durch genügend GLEICHSTROM-Vorspannung niedrig verwenden wie in Abbildung 13 gezeigt.

Abbildung 12. Einfache Profilregelung durch Temperatur

Abbildung 13. Grabenregelung durch GLEICHSTROM-Vorspannungsreduzierung

Cr ist wie eine harte Maske für die Quarzstempelätzung häufig benutzt. Abbildung 14 zeigt eine nanoscale Crätzung mit Merkmalen unten zu 70nm.

Abbildung 14. Cr-Maskenätzung Nanoscale (70nm) vor Quarzätzung (Abbildungshöflichkeit von AMO)

Der zweite Bereich, der einen Ätzungsprozeß benötigt, ist das descum des NULL-Rückstands. Etwas „Abschaum“ ist nach den Stempeldruckereien in das NULL-Polymer anwesend und gibt frei. Niedriger Abschaum wird bevorzugt. Ein Verhältnis von H/H_Rl 0,1 gilt als Ideal.

20nm des Abschaums für einen Film des Polymers 200nm wird in Abbildung 15 gezeigt.

Abbildung 15. Rest-NULL-Polymer, nachdem Schritt gestempelt worden ist

Anforderungen für ein gutes descum sind, den Abschaum, während die Verringerung zu löschen im Profil und in der CD ändert. ICP stellt die beste Leistung für das descum, Niederdruck zur Verfügung, die verringerte isotrope Radierung und Verlust des Profils und DER CD-Regelung aufbereiten.

Abbildung 16 ist ein Beispiel eines descum Prozesses BCB-Polymers 10nm intakt lassend unter Verwendung eines Prozesses₂₆ OSF ICP.

Abbildung 16. Zeilen Nanoscale BCB descummed durch ICP

Das vorbereitete aufgeprägte Polymer wird sie größtenteils als Ätzungsmaske verwendet. Die Anforderungen zur abschließenden Substratflächenätzung basiert auf der Anwendung und also ist viel verschiedener als die Stempel Ätzung und das descum.

Ein photonischer Kristall ist eine periodische Anordnung für Löcher in 1 d, 2 d oder 3 d, das eine photonische Bandabstandszelle wie in Abbildung 17 gezeigt erstellt. In ein photonisches Kristall-` verbotenen' Wellenlängen für Lichtausbreitung entstehen Sie ganz wie verbotene Elektronenergie innerhalb eines Halbleiterkristalles. Jedoch muss die Lochgröße mit dem hellen Wellenlängenl proportional sein.

Abbildung 17. Eine photonische Kristalleinheit: auf gleicher Ebene Resonanzkammer mit 6 Lochspiegeln und seine Übertragung stellen grafisch dar (ausgestrichene Linie = Simulation)

Beispiele von zweidimensionalen photonischen Kristalllochätzungen werden in Abbildungen 18 bis 21 gezeigt. Diese Prozesse selbstverständlich werden für andere Nanotechnologieanwendungen wie die verwendet möglicherweise, die ` nanopores' benötigen.

Abbildung 18. Photonische Kristalllöcher ätzten in InP unter Verwendung OI-Anlage 100 ICP180. Reproduziert mit netter Erlaubnis von P Strasser, et al. von ETH Zürich)

Abbildung 19. Hohe LängenverhältnisPhotonische Kristalllöcher im Silikon durch Kälteerzeugende ICP-Radierung

Abbildung 20. Photonische Kristalllöcher geätzt in SiO₂ durch ICP mit CF-Ihm₄₈ Chemie

Abbildung 21. Photonische Kristalllöcher geätzt in TaO₂₅ durch ICP mit CF-O₄₈₂ Chemie

Der beste Prozess verwendete eine freie Cl/N/Ar Chemie₂₂ des Polymers. Kontroll-Liste₂ ist das Ätzungsgas, liefert₂ N Seitenwandpassivierung und AR wird als Verdünnungsmittel verwendet. Die OI, die breite Temperaturelektrode mit einer Settemperatur über Stücken des Beispiel 200°C verwendet wird, werden zu einer Trägerplatte geklebt und das Rückseitenheliumabkühlen wird verwendet. Eine geätzte Tiefe des 2.9mm für Lochgröße des Durchmessers 180nm wurde an einem Längenverhältnis von 16 erzielt: 1. Die Ätzungskinetik war 1.75mm/min

In Abbildung 22 bis 24, werden Beispiele von drei ICP-Silikonätzungsprozessen mit ergänzenden Attributen für nanoscale Radierung genannt. Das erste ist ein Raumtemperaturprozeß unter Verwendung eines CF-SF₄₈₆ Gasgemisches wie in Abbildung 22 gezeigt. Das zweite ist der kälteerzeugende Prozess unter Verwendung eines SFO-₆₂ Gasgemisches wie in Abbildung 23 gezeigt. Der dritte Prozess ist ein Prozess HBr-₂ O, der sehr hohe Selektivität über SiO anbieten kann, das₂ durch esteuerte O-Substitution₂ wie in Abbildung 24 gezeigt erreichbar ist.

Abbildung 22. Zeilen des Si 16nm geätzt durch CF-SF₄₈₆ ICP Prozess ((Höflichkeit von AMO, Aachen). Profilregelung durch CF%₄₈ (recht)

Abbildung 23. breite Gräben des Si 22nm geätzt zur Tiefe 169nm (7.5:1Längenverhältnis) unter Verwendung pulsierten Prozesses cryo LF ICP und einer ZEP520A-Maske.

Abbildung 24. polySi 34nm Torätzung, HSQ abgedeckt, stoppend auf 3nm SiO₂ (Höflichkeit von AMO).