Aguafuerte de Nanoscale Usando Sistemas del ICP

La Nanotecnología se puede definir como la capacidad de manipular exactamente la materia en dimensiones del nanoscale que está normalmente dentro del rango 1nm a 100nm. Esta capacidad está activando la extensión del funcionamiento de dispositivos tradicionales (tales como el transistor del CMOS), y el revelado totalmente de nuevos dispositivos y tecnología. La aplicación de la nanotecnología ha aumentado substancialmente en los últimos años, y es importante observar que hay muy pocos campos de la tecnología humana que no han sido beneficiados por él.

Las Áreas beneficiadas por la nanotecnología incluyen el siguiente:

1. Médico - los Ejemplos incluyen la laboratorio-en-viruta nana para los diagnósticos, salida de la droga, ingeniería del nano-tejido
2. Substancia Química - los Ejemplos incluyen nanocatalysts y el nanofiltration muy eficientes
3. Energía - los Ejemplos incluyen la nanotecnología en rendimiento energético, y aislante, las pilas de combustible, las baterías recargables y photovoltaics
4. Nanotech aumentó el material para la industria pesada - los Ejemplos incluyen espacio aéreo y la construcción
5. Información y comunicación que incluyen memorias, semiconductor nuevo y los dispositivos, las visualizaciones y el calcular de quantum optoelectrónicos
6. Comida del Consumidor, cosméticos, hogar, materias textiles, la óptica

Este documento sobre la aguafuerte del nanoscale es el más relevante al área 5 de la nanotecnología pero también las aplicaciones de los hallazgos en la otra Aguafuerte de las áreas especialmente 3 y 1. son el retiro selectivo del material sólido a través de una máscara para producir dos o las estructuras tridimensionales en la fabricación de dispositivos. El ejemplo clásico está en los pasos de progresión de la aguafuerte requeridos para la fabricación monolítica del circuito integrado que incluyen virutas del transistor (CMOS) del silicio del complementario-metal-óxido con tallas de característica en la escala y ahora mucho menos del micrón. La tecnología del CMOS hace mucho tiempo ha progresado De Hecho en el nanoscale.

El Cuadro 1 tomado del Mapa Itinerario Internacional de la Tecnología para la actualización 2010 de los Semiconductores (ITRS) indica que éste ocurrió en alrededor el año 2003 mientras que consideraba los medios anchos de la entrada de la polisilicona del tono para el destello o la tecnología de la COPITA.

Este artículo se centrará en la técnica de la parte superior hacia abajo de la aguafuerte del ICP y utilizará particularmente técnicas y los resultados para la tecnología de la nano-impresión y la fabricación cristalina fotónica, e ilustrará la capacidad de la aguafuerte del nanoscale para una amplia gama de materiales y de dispositivos. Los resultados todos se logran en las herramientas del ICP de los Instrumentos de Oxford, demostrando una capacidad fuerte en la aguafuerte del nanoscale.

Cuadro 1. De la actualización de ITRS 2010, trazando longitud de la entrada del mitad-tono del producto contra el año de la producción [2]

Las ventajas de la fuente de la Cobra son mencionadas abajo:

• La fuente tiene un área usable grande cuando está comparada a la fuente ICP180,
• La fuente ofrece adaptabilidad creciente con opciones de un espaciador activo que permita el mando independiente de la distribución del ión y ofrezca uniformidad de proceso optimizada a través del electrodo.
• La fuente ofrece la pulsación de la fuente del ICP que disminuye el fulminante que carga, para la alta aguafuerte aumentada de la relación de aspecto. Puede también ser utilizada para el ajuste de las relaciones de transformación del radical de ión.
• La potencia Diagonal que pulsa normalmente con potencia de baja fricción reduce el hacer muescas en los interfaces con los aisladores y reduce la aguafuerte relacionada de la relación de aspecto (ARDE).
• Una barquilla acoplada cercana del gas es útil para los procesos truncados gas tales como Bosch que graba el ácido para reducir el gas que se mezcla en pasos de progresión de proceso cortos.

Las razones por las que la aguafuerte del nanoscale es resistente son mencionadas abajo:

• Transporte Difícil de la especie de las líneas neutrales dentro y fuera de características siempre más pequeñas
• Los efectos Crecientes de cargar por los iones y los electrones como flancos consiguen más cerca juntos.

Mientras Que diseña dispositivos más pequeños, el encogimiento lateral es generalmente mayor que el encogimiento vertical así que los aumentos de la relación de aspecto h/d tal y como se muestra en del Cuadro 4.

El Cuadro 4. relación de aspecto cada vez mayor de la orden de las reglas del Diseño (AR) como dimensión crítica d se encoge para los dispositivos del nanoscale

Las especies Neutrales de la aguafuerte y los productos del grabado de pistas se mueven isotropically por la difusión inafectada por el campo perpendicular de la vaina. Mientras Que la relación de aspecto aumenta, el número de colisiones con los flancos aumenta. Cada colisión hace el progreso de especie de la aguafuerte lento hacia la superficie que se atacará y reduce el escape de la especie del producto. Además, las especies entrantes son sombreadas por las esquinas superiores del foso tal y como se muestra en del Cuadro 5.

Cuadro 5. colisiones Múltiples del flanco de una especie del gas (con coeficiente que adhiere inferior) en una característica de HAR

Óptimo, los coeficientes que adhieren de aguafuerte y especie del apaciguamiento sea cuidadosamente controlado. El Cuadro 6 proporciona a los ejemplos reales donde los coeficientes y la pasivación que adhieren no se manejan óptimo.

Figura 6a. El adherir del Exceso o especie incorrecta: demasiada pasivación del flanco.

Figura 6b. Pasivación Escasa: perfil arqueado y el underetching

La segunda razón principal del reto cada vez mayor de la aguafuerte del nanoscale es los efectos crecientes de cargar al lado de los iones y de los electrones pues los flancos consiguen más cerca juntos. Experiencia Cargada de la especie una fuerza lateral (carga q multiplicada por el campo eléctrico E) que es inverso proporcional al cuadrado de la distancia y de los flancos:

¥ 1/y del qE²

El constante de la proporcionalidad es más alto para el material conductor o polar que compone el flanco. Por Lo Tanto, los iones que se mueven se desvían casi verticalmente hacia los flancos, y en una relación de aspecto más alta hay un porcentaje más alto de los iones que experimentan la desviación importante tal y como se muestra en del Cuadro 7.

Cuadro 7. Desviación de la especie cargada: Los Iones son casi verticales en la aproximación pero experimentan una fuerza lateral.

Inversamente, los electrones con su movilidad mucho mayor en el movimiento del plasma isotropically, en el plasma a granel y cerca ante superficies, y de ellos tienden a acumularse en las bocas de aperturas en la superficie tal y como se muestra en de la Figura 8a. Esta carga negativa repele otros electrones y desvía los iones positivos en la cima de la característica también. Si el substrato es conductor, después las corrientes de equilibrio pueden fluir para aliviar tal aumento de la carga. Sin Embargo, si el substrato está aislando o aislado eléctricamente como silicio-en-aisladores (SOI) después aumento de la carga sea peor tal y como se muestra en de la Figura 8b.

Cuadro 8. efectos Direccionales de carga

El Cuadro 9 da los ejemplos donde la desviación positiva del ión está causando “muescas” en la parte superior o la parte inferior de la característica, o la eliminación de la pasivación en la inclinación que causa central.

Figura 9a. Muesca en la parte superior de la característica

Figura 9b. Muesca en la base de la característica (interfaz de SOI)

Figura 9c. Desviación del Ión que causa la inclinación en el centro

Figura 9d. Desviación del Ión también que causa el atrincheramiento en la base

Ciertos retos hechos frente con la aguafuerte del nanoscale son mencionados abajo:

• Nanoscale que graba el ácido exhibe generalmente constantemente más bajo tipos,
• Además, en dispositivos donde está variable el ancho de la característica, las características más pequeñas grabarán el ácido menos profundamente que las características anchas. Esto es bien sabido por la aguafuerte relacionada de la relación de aspecto del término (ARDE) y puede plantear un problema severo para algunos dispositivos, necesitando el reajuste.
• Otra consecuencia de ARDE está grabando el ácido las profundidades que son no lineales con tiempo del grabado de pistas.
• Finalmente, ventana de proceso para la aguafuerte del nanoscale se disminuye generalmente, y por supuesto, la metrología y el análisis llegan a ser más resistentes mientras que las tallas de característica se encogen.

En esta sección muchos ejemplos de la aguafuerte acertada del nanoscale por los sistemas del ICP de los Instrumentos de Oxford serán presentados y discutidos.

La Litografía Nana de la Impresión (NIL) es un método (paralelo) versátil, económico, flexible y alto de la producción para la fabricación de hacia abajo a las estructuras 10nm (y el encogerse) incluso sobre las áreas extensas (fulminantes). Tiene aplicaciones en memoria de semiconductor, fluídica micra y nana, los dispositivos ópticos e.g. LED y los laseres, ciencias de la vida, e.g sistemas de la laboratorio-en-uno-viruta, biosensores, componentes de la radiofrecuencia, energía renovable y nuevos dispositivos del nanotech. El flujo de proceso básico de la NADA se muestra en el Cuadro 10.

El Cuadro 10 es un diagrama esquemático simple del proceso de la NADA.

Cuadro 10. Diagrama Esquemático del proceso de la NADA

Los Requisitos para un buen grabado de pistas del sello son verticales o muy cerca de perfiles verticales, de flancos lisos, de profundidades uniformes y de dimensiones críticas (CD). Es también deseable evitar trenching.

El Cuadro 11 demostraciones un cromo (Cr) enmascaró el sello del cuarzo grabado el ácido en el compartimiento ICP180 del Sistema 100 usando una química₄₈ CF-basada del plasma. las características 30nm se graban el ácido a una profundidad de 200nm hasta una tasa de 85nm/min el ±<1% a través de un fulminante 2inch. La selectividad sobre el Cr era >170: 1. El perfil es 89-90°, liso y foso-libre en la base.

Cuadro 11 aguafuerte De Alta Calidad del cuarzo del nanoscale para el sello de la NADA.

El perfil del cuarzo fue optimizado usando la temperatura del electrodo del conjunto tal y como se muestra en del Cuadro 12, mientras que el trenching fue eliminado usando bajo suficiente polarizado de DC tal y como se muestra en del Cuadro 13.

Cuadro 12. Mando de perfil Simple por temperatura

Cuadro 13. Mando del Foso por la reducción el polarizado de DC

El Cr es de uso frecuente como una máscara dura para el grabado de pistas del sello del cuarzo. El Cuadro 14 muestra un grabado de pistas del Cr del nanoscale con las características hacia abajo a 70nm.

Cuadro 14. Grabado de pistas de la máscara del Cr de Nanoscale (70nm) antes del grabado de pistas del cuarzo (cortesía del retrato del AMO)

La segunda área que requiere un proceso del grabado de pistas es el descum de la residual de la NADA. Algo de “espuma” está presente después de las prensas del sello en el polímero de la NADA y release/versión. Se prefiere la espuma Inferior. Una relación de transformación de H/H_Rl 0,1 se considera ideal.

20nm de la espuma para una película del polímero 200nm se muestra en el Cuadro 15.

Cuadro 15. Polímero Residual de la NADA después de estampar el paso de progresión

Los Requisitos para un buen descum son quitar la espuma mientras que el reducir cambia en perfil y CD. El ICP proporciona al mejor funcionamiento para el descum, la presión inferior tramitando la aguafuerte y la baja isotrópicas reducidas del perfil y del mando del CD.

El Cuadro 16 es un ejemplo de un proceso del descum del polímero de BCB que deja 10nm intacto usando un proceso₂₆ del O-SF ICP.

Cuadro 16. Líneas de Nanoscale BCB descummed por el ICP

El polímero impreso preparado se utiliza sobre todo como máscara del grabado de pistas. Los requisitos al grabado de pistas final del substrato se basan en la aplicación y así que son mucho más diversos que el grabado de pistas y el descum del sello.

Un cristal fotónico es una ordenación periódica de agujeros en 1 d, la 2.a o tridimensional que crea una estructura fotónica de la separación de banda tal y como se muestra en del Cuadro 17. En cristalino fotónico las' longitudes de onda prohibidas un ` para la propagación pálida preséntese como energías de electrón prohibidas dentro de un cristal del semiconductor. Sin Embargo la talla del agujero debe ser proporcional con el l pálido de la longitud de onda.

Cuadro 17. Un dispositivo cristalino fotónico: la cavidad resonante del en-avión con 6 espejos del agujero y su transmisión trazan (línea discontinua = la simulación)

Los Ejemplos de los grabados de pistas cristalinos fotónicos bidimensionales del agujero se muestran en los Cuadros 18 a 21. Estos procesos por supuesto se pueden utilizar para otras aplicaciones de la nanotecnología tales como ésos que requieren nanopores del `'.

Cuadro 18. Los agujeros cristalinos Fotónicos grabaron el ácido en el INP usando el Sistema 100 ICP180 de OI. Reproducido con la autorización buena de P Strasser, y otros de ETH Zurich)

Cuadro 19. Agujeros Cristalinos Fotónicos de la Alta relación de aspecto en Silicio por la aguafuerte Criogénica del ICP

Cuadro 20. Agujeros cristalinos Fotónicos grabados el ácido en SiO₂ por el ICP con CF-Él₄₈ química

Cuadro 21. Agujeros cristalinos Fotónicos grabados el ácido en TaO₂₅ por el ICP con química₄₈₂ de CF-O

El mejor proceso utilizó una química libre del polímero₂₂ Cl/N/Ar. El Cl₂ es el gas del grabado de pistas, N₂ proporciona a la pasivación del flanco y utilizan a AR como diluente. Los OI que el electrodo ancho de la temperatura se utiliza con una temperatura del conjunto encima de pedazos de la muestra 200°C se pegan a una placa portadora y se utiliza el enfriamiento del helio de la parte trasera. Una profundidad grabada el ácido del 2.9mm para la talla del agujero del diámetro 180nm fue lograda en una relación de aspecto de 16: 1. El tipo del grabado de pistas era 1.75mm/min

En el Cuadro 22 a 24, los ejemplos se dan de tres procesos del grabado de pistas del silicio del ICP con los atributos complementarios para la aguafuerte del nanoscale. El primer es un proceso de la temperatura ambiente usando una mezcla de gases₄₈₆ de CF-SF tal y como se muestra en del Cuadro 22. El segundo es el proceso criogénico usando una mezcla de gases₆₂ de la SFO tal y como se muestra en del Cuadro 23. El tercer proceso es un proceso de HBr-₂ O que puede ofrecer selectividad muy alta sobre SiO₂ realizable por la substitución controlada₂ de O tal y como se muestra en del Cuadro 24.

Cuadro 22. líneas de 16nm Si grabadas el ácido por proceso₄₈₆ de CF-SF ICP ((Cortesía de AMO, Aquisgrán). Mando de Perfil por el CF%₄₈ (derecho)

Cuadro 23. fosos anchos de 22nm Si grabados el ácido a la profundidad 169nm (relación de aspecto del 7.5:1) usando proceso pulsado del cryo del LF ICP y una máscara de ZEP520A.

Cuadro 24. grabado de pistas de la entrada del polySi 34nm, HSQ enmascarado, parando en 3nm SiO₂ (Cortesía del AMO).