Gravure de Nanoscale Utilisant des Systèmes d'ICP

La Nanotechnologie peut être définie comme capacité de manipuler exactement la substance sur des cotes de nanoscale qui est normalement dans la marge 1nm à 100nm. Cette capacité active l'extension de la performance des dispositifs traditionnels (tels que le transistor de CMOS), et le développement des dispositifs et de la technologie complet neufs. L'application de la nanotechnologie a augmenté considérablement au cours des dernières années, et il est important de noter qu'il y a très peu de zones de technologie humaine qui n'ont pas été bénéficiées de lui.

Les Zones bénéficiées de nanotechnologie comprennent ce qui suit :

1. Médical - les Exemples comprennent la laboratoire-sur-puce nanoe pour des diagnostics, accouchement de médicament, bureau d'études de nano-tissu
2. Produit chimique - les Exemples comprennent les nanocatalysts et le nanofiltration très efficaces
3. Énergie - les Exemples comprennent la nanotechnologie dans le rendement énergétique, et l'isolation, les cellules à combustible, les batteries rechargeables et le photovoltaics
4. Matériau amélioré de Nanotechnologie pour l'industrie lourde - les Exemples comprennent l'aéronautique et astronautique et la construction
5. Les Informations et communication qui comprennent les souvenirs, le semi-conducteur nouveau et les dispositifs, les affichages et calculer optoélectroniques de tranche de temps
6. Nourriture du Consommateur, cosmétiques, famille, textiles, bloc optique

Cet article sur gravure de nanoscale est le plus approprié au secteur 5 de nanotechnologie mais également les utilisations de découvertes en autre Gravure des zones particulièrement 3 et 1. est le démontage sélecteur du matériau solide par un masque pour produire deux ou structures en trois dimensions dans la fabrication des dispositifs. L'exemple classique est dans les phases gravure exigées pour la fabrication monolithique de circuit intégré qui comprennent des puces de transistor (CMOS) de silicium de complémentaire-métal-oxyde avec des tailles de caractéristique technique sur l'échelle et maintenant beaucoup moins de micron. En Effet la technologie de CMOS depuis longtemps a progressé dans le nanoscale.

Le Schéma 1 pris du Calendrier de lancement International de Technologie pour la mise à jour 2010 des Semi-conducteurs (ITRS) indique que ceci s'est produit en environ l'année 2003 tout en considérant de demi largeurs de porte de polysilicium d'hauteur de son pour le flash ou la technologie de MÉMOIRE VIVE DYNAMIQUE.

Cet article se concentrera sur la technique de haut vers le bas gravure d'ICP et utilisera en particulier des techniques et des résultats pour la technologie de nano-empreinte et la fabrication en cristal photonique, ainsi qu'illustrera la capacité gravure de nanoscale pour une large gamme de matériaux et de dispositifs. Tous les résultats sont réalisés dans des outils des Instruments ICP d'Oxford, expliquant une capacité intense en gravure de nanoscale.

Le Schéma 1. De la mise à jour d'ITRS 2010, traçant la longueur de porte de moitié-hauteur de son de produit contre l'année de la production [2]

Les avantages de la source de Cobra sont cotés ci-dessous :

• La source a une grande zone utilisable si comparée à la source ICP180,
• La source offre la souplesse accrue par des options d'un espaceur actif qui permet le contrôle indépendant de la distribution d'ion et offre l'uniformité de processus optimisée en travers de l'électrode.
• La source offre la palpitation de source d'ICP qui réduit à un minimum le disque chargeant, pour gravure élevée améliorée de rapport hauteur/largeur. Elle peut également être utilisée pour le réglage des taux de radical d'ion.
• L'alimentation électrique Oblique palpitant normalement avec l'alimentation électrique basse fréquence réduit entailler aux surfaces adjacentes avec des isolants et réduit gravure dépendante de rapport hauteur/largeur (ARDE).
• Une nacelle accouplée proche de gaz est utile pour des procédés émincés de gaz tels que gravure de Bosch pour réduire le gaz se mélangeant dans des phases de processus courtes.

Les raisons pour lesquelles gravure de nanoscale est dure sont cotées ci-dessous :

• Transport Difficile de substance de points morts dans et hors des caractéristiques techniques toujours plus petites
• Les Plus Grands effets du remplissage par des ions et des électrons comme flancs obtiennent plus étroitement ensemble.

Tout En concevant de plus petits dispositifs, habituellement le rétrécissement transversal est plus grand que le rétrécissement vertical ainsi les augmentations du rapport hauteur/largeur h/d suivant les indications du Schéma 4.

Le Schéma 4. rapport hauteur/largeur croissant de précepte de règles de Design (AR) en tant que cote critique d rétrécit pour des dispositifs de nanoscale

Les substances Neutres gravure et les produits gravure à l'eau forte déménagent isotropically par la diffusion inchangée par la zone perpendiculaire d'étui. À Mesure Que le rapport hauteur/largeur augmente, le nombre de collisions avec les flancs augmente. Chaque collision accomplit le progrès de la substance gravure lent vers la surface à attaquer et ralentit l'évasion de la substance de produit. Supplémentaire, des substances entrantes sont ombragées par les premiers coins de la tranchée suivant les indications du Schéma 5.

Le Schéma 5. collisions Multiples de flanc d'une substance de gaz (avec le coefficient de collage faible) dans une caractéristique technique de HAR

De Façon Optimale, les coefficients de collage gravure et substance de passivation soyez soigneusement réglé. Le Schéma 6 fournit des exemples réels où les coefficients et la passivation de collage ne sont pas de façon optimale managés.

Figure 6a. Collage d'Excès ou substance incorrecte : excessive passivation de flanc.

Figure 6b. Passivation Insuffisante : profil cintré et underetching

La deuxième raison principale du défi croissant gravure de nanoscale est les plus grands effets du remplissage par des ions et des électrons car les flancs obtiennent plus étroitement ensemble. Une expérience Chargée de substance une force transversale (charge q multipliée par le champ électrique E) qui est inversement proportionnel au carré de la distance y des flancs :

¥ 1/y de qE²

La constante de proportionnalité est plus élevée pour le matériau conducteur ou polaire composant le flanc. Par Conséquent, des ions déménageant presque verticalement sont guidés vers les flancs, et à un rapport hauteur/largeur plus élevé il y a un pourcentage plus élevé des ions remarquant le fléchissement significatif suivant les indications du Schéma 7.

Le Schéma 7. Fléchissement de la substance chargée : Les Ions sont presque verticaux à l'élan mais remarquent une force transversale.

Réciproquement, les électrons avec leur mobilité beaucoup plus grande dans le mouvement de plasma isotropically, dans le plasma en vrac et près des surfaces, et de eux tendent à s'accumuler aux bouches des ouvertures dans la surface suivant les indications de la Figure 8a. Cette charge négative repousse d'autres électrons et guide les ions positifs en haut de la caractéristique technique aussi bien. Si le substrat est conducteur, alors les courants de équilibrage peuvent circuler pour alléger une telle accumulation de charge. Cependant, si le substrat isole ou électriquement d'isolement comme des silicium-sur-isolants (SOI) alors l'accumulation de charge soyez plus mauvais suivant les indications de la Figure 8b.

Le Schéma 8. effets Directionnels de la charge

Le Schéma 9 donne des exemples où le fléchissement positif d'ion entraîne des « encoches » au dessus ou au bas de la caractéristique technique, ou enlever la passivation dans le cintrage entraînant moyen.

Figure 9a. Encoche au sommet de caractéristique technique

Figure 9b. Encoche à la base de la caractéristique technique (surface adjacente de SOI)

Figure 9c. Fléchissement d'Ion entraînant le cintrage au milieu

Figure 9d. Fléchissement d'Ion entraînant également le défoncement à la base

Certains défis confrontés gravure de nanoscale sont cotés ci-dessous :

• Nanoscale corrodant montre habituellement solidement des bas débits,
• Supplémentaire, dans des dispositifs où la largeur de caractéristique technique est variable, les caractéristiques techniques plus petites corroderont moins profondément que les caractéristiques techniques larges. C'est réputé par gravure dépendante de rapport hauteur/largeur de condition (ARDE) et peut poser un problème sévère pour quelques dispositifs, rendant nécessaire la nouvelle conception.
• Une Autre conséquence d'ARDE corrode les profondeurs qui sont non linéaires avec du temps gravure à l'eau forte.
• En Conclusion, hublot de processus pour gravure de nanoscale est habituellement réduit à un minimum, et naturellement, la métrologie et l'analyse deviennent ever more plus dures pendant que les tailles de caractéristique technique rétrécissent.

Dans cette partie beaucoup d'exemples gravure réussie de nanoscale par des systèmes d'ICP des Instruments d'Oxford seront présentés et discutés.

La Lithographie Nanoe d'Empreinte (NIL) est une méthode (parallèle) versatile, économique, flexible et élevée de débit pour la fabrication de vers le bas aux structures 10nm (et rétrécissement) même au-dessus des vastes zones (disques). Elle a des applications dans la mémoire à semiconducteurs, la fluidique de micro et de nano, les périphériques optiques par exemple LED et les lasers, les sciences de la vie, par exemple systèmes de laboratoire-sur-un-puce, biocapteurs, composants de radio frequency, énergie renouvelable et dispositifs neufs de nanotechnologie. Le flux d'opération de base de ZÉRO est affiché sur le Schéma 10.

Le Schéma 10 est un schéma simple du procédé de ZÉRO.

Le Schéma 10. Schéma du procédé de ZÉRO

Les Conditions pour bonne gravure à l'eau forte d'estampille sont verticales ou très près des profils verticaux, des flancs lisses, des profondeurs uniformes et des cotes critiques (CD). Il est également désirable d'éviter de trenching.

Le Schéma 11 montux un chrome (Cr) a masqué l'estampille de quartz corrodée dans la cavité ICP180 du Système 100 utilisant une chimie₄₈ Cf-basée de plasma. les caractéristiques techniques 30nm sont corrodées à une profondeur de 200nm à un taux de 85nm/min ±<1% en travers d'un disque 2inch. La sélectivité au-dessus du Cr était >170 : 1. Le profil est 89-90°, lisse et tranchée tranchée à la base.

Le Schéma 11. gravure de quartz de nanoscale de Haute qualité pour l'estampille de ZÉRO.

Le profil de quartz a été optimisé à l'aide de la température d'électrode de positionnement suivant les indications du Schéma 12, alors qu'on éliminait trenching à l'aide bas d'assez de polarisation de C.C suivant les indications du Schéma 13.

Le Schéma 12. Contrôle de profil Simple par la température

Le Schéma 13. Contrôle de Tranchée par réduction de polarisation de C.C

Le Cr est employé souvent comme un masque dur pour gravure à l'eau forte d'estampille de quartz. Le Schéma 14 affiche gravure à l'eau forte de Cr de nanoscale avec des configurations vers le bas à 70nm.

Le Schéma 14. Gravure à l'eau forte de masque de Cr de Nanoscale (70nm) avant gravure à l'eau forte de quartz (accueil d'illustration d'AMO)

La deuxième zone exigeant un procédé gravure à l'eau forte est le descum du résiduel de ZÉRO. De la « écume » est présente après les presses d'estampille dans le polymère et les releases de ZÉRO. L'écume Faible est préférée. Un taux de H/H_Rl 0,1 est considéré idéal.

20nm d'écume pour un film du polymère 200nm est affiché sur le Schéma 15.

Le Schéma 15. Polymère Résiduel de ZÉRO après le timbrage de la phase

Les Conditions pour un bon descum sont d'enlever l'écume tout en la réduction change en profil et CD. L'ICP fournit la meilleure performance pour le descum, la basse pression traitant gravure isotrope réduite et la perte de profil et de contrôle CD.

Le Schéma 16 est un exemple d'un procédé de descum de polymère de BCB laissant 10nm intact utilisant un procédé₂₆ de l'OSF ICP.

Le Schéma 16. Lignes de Nanoscale BCB descummed par l'ICP

Le polymère imprimé préparé elle est en grande partie utilisée comme masque gravure à l'eau forte. Les conditions gravure à l'eau forte finale de substrat est basée sur l'application et ainsi est beaucoup plus diverse que gravure à l'eau forte et le descum d'estampille.

Un cristal photonique est un arrangement périodique des trous dans 1 d, 2 d ou à trois dimensions qui produit une structure photonique d'écartement de bande suivant les indications du Schéma 17. Dans en cristal photonique des' longueurs d'onde interdites par ` pour le bouturage léger surgissez tout comme des énergies d'électrons interdites dans un cristal de semi-conducteur. Cependant la taille de trou doit être proportionnelle avec le l léger de longueur d'onde.

Le Schéma 17. Un dispositif en cristal photonique : la cavité résonnante de dans-plan avec 6 miroirs de trou et sa boîte de vitesses tracent (ligne tirée = simulation)

Des Exemples gravure à l'eau forte en cristal photoniques bidimensionnelles de trou sont affichés sur les Schémas 18 21. Ces procédés naturellement peuvent être utilisés pour d'autres applications de nanotechnologie comme ceux qui exigent des nanopores de `'.

Le Schéma 18. Les trous en cristal Photoniques ont corrodé dans l'INP utilisant le Système 100 ICP180 d'OI. Reproduit avec l'autorisation aimable de P Strasser, et autres d'ETH Zurich)

Le Schéma 19. Trous En Cristal Photoniques Élevés de rapport hauteur/largeur en Silicium par gravure Cryogénique d'ICP

Le Schéma 20. Trous en cristal Photoniques corrodés dans SiO₂ par l'ICP avec Cf-Lui₄₈ chimie

Le Schéma 21. Trous en cristal Photoniques corrodés en TaO₂₅ par l'ICP avec la chimie₄₈₂ de CF-O

Le meilleur procédé a utilisé une chimie libre du polymère₂₂ Cl/N/Ar. Le Cl₂ est le gaz gravure à l'eau forte, N₂ fournit la passivation de flanc et l'AR est utilisée comme diluant. Les OI l'électrode que large de la température est employée avec une température de positionnement au-dessus des pièces témoin 200°C sont collés à un plaque-support et le refroidissement d'hélium de postérieur est utilisé. Une profondeur corrodée de 2.9mm pour la taille de trou du diamètre 180nm a été réalisée à un rapport hauteur/largeur de 16 : 1. Les tarifs gravure à l'eau forte étaient 1.75mm/min

Sur le Schéma 22 24, les exemples sont donnés de trois procédés gravure à l'eau forte de silicium d'ICP avec des attributs complémentaires pour gravure de nanoscale. Le premier est un procédé de température ambiante utilisant un mélange₄₈₆ de gaz de CF-SF suivant les indications du Schéma 22. Le deuxième est le procédé cryogénique utilisant un mélange₆₂ de gaz du SFO suivant les indications du Schéma 23. Le troisième procédé est un procédé de HBr-₂ O qui peut offrir la sélectivité très élevée au-dessus de SiO₂ réalisable par le remplacement réglé₂ d'O suivant les indications du Schéma 24.

Le Schéma 22. lignes de 16nm SI corrodées par procédé₄₈₆ de CF-SF ICP ((Accueil d'AMO, Aix-la-Chapelle). Contrôle de Profil de CF%₄₈ (droit)

Le Schéma 23. tranchées larges de 22nm SI corrodées à la profondeur 169nm (rapport hauteur/largeur de 7.5:1) utilisant le procédé pulsé de cryo de LF ICP et un masque de ZEP520A.

Le Schéma 24. gravure à l'eau forte de porte du polySi 34nm, HSQ masqué, s'arrêtant sur 3nm SiO₂ (Accueil d'AMO).