ICP システムを使用して Nanoscale のエッチング

ナノテクノロジーは正確に範囲 1nm に 100nm の内に普通ある nanoscale 次元の問題を処理する機能と定義されるかもしれません。 この能力は従来の装置のパフォーマンスの拡張 (CMOS のトランジスターのような)、および全く新しい装置および技術の開発を可能にしています。 ナノテクノロジーのアプリケーションは大幅にここ数年にわたって増加し、非常にそれによって寄与されなかった人間の技術の少数のフィールドがあることに注意することは重要です。

ナノテクノロジーによって寄与される領域は次を含んでいます:

1. 医学 - 例は診断のための nano 実験室チップ、薬剤配達、 nano ティッシュ工学が含まれています
2. 化学薬品 - 例は非常に能率的な nanocatalysts および nanofiltration が含まれています
3. エネルギー - 例はエネルギー効率にナノテクノロジー、および絶縁体、燃料電池、充電電池および photovoltaics 含めます
4. Nanotech は重工業のための材料を高めました - 例は大気および宇宙空間および構築が含まれています
5. メモリが、新しい半導体および光電子工学装置、表示および量子計算含まれている通信連絡および情報
6. 消費者食糧、化粧品、世帯、織物、光学

nanoscale のエッチングのこのペーパーはナノテクノロジー領域 5 に最も関連していますが、他の領域特に 3 および 1. のエッチングのまた発見の使用は装置の製造の 2 または三次元構造を作り出すマスクを通る固体材料の選択的な取り外しです。 標準的な例は単一集積回路の製造に必要でミクロンのスケールおよび今大いにより少し (CMOS)の形状の補足金属酸化物のケイ素のトランジスターチップが含まれているエッチングのステップにあります。 実際に CMOS の技術は nanoscale にずっと前に進歩しました。

フラッシュまたはドラムの技術のための半分ピッチの polysilicon のゲートの幅を考慮している間これが 2003 に約発生したことを半導体 (ITRS) の 2010 アップデートのための国際的な技術の道路地図から取られる図 1 は明記します。

この記事は ICP のエッチングの上の技術に焦点を合わせ、 nano 押印の技術および光通信の水晶製造のための技術そして結果を特に使用しましたり、また材料および装置の広い範囲のための nanoscale のエッチングの機能を説明します。 結果はすべて nanoscale のエッチングの強い機能を示すオックスフォードの器械 ICP のツールで達成されます。

図 1。 生産 [2] の年に対して製品半ピッチのゲートの長さを計画する ITRS 2010 のアップデートから

コブラソースの利点は下記のようにリストされています:

• ICP180 ソースと比較されたときソースに大きく使用可能な領域があります、
• ソースはイオン分布の単独制御を可能にし、電極を渡る最適化されたプロセス均等性を提供する実行中のスペーサのオプションによって高められた柔軟性を提供します。
• ソースは満たすウエファーを最小化する高められた高いアスペクトレシオのエッチングのために ICP ソース脈打つことを提供します。 それはまたイオン基の比率の調節に使用するかもしれません。
• 低周波力と普通脈打つバイアス力は絶縁体が付いているインターフェイスでノッチを付けることを減り、アスペクトレシオの依存したエッチングを減らします (ARDE)。
• 近いつながれたガスのポッドは短いプロセスステップで混合するガスを減らして Bosch のエッチングのようなガスによって切り刻まれるプロセスのために有用です。

nanoscale のエッチングが堅いなぜか理由は下記のようにリストされています:

• より小さい機能を出入りするニュートラル種の困難な輸送
• サイドウォールとしてイオンそして電子によって充満の高められた効果は一緒により近く得ます。

小さい装置を設計している間、通常側面収縮は図 4. に示すように縦の収縮従ってアスペクトレシオ h/d の増加より大きいです。

重大な次元 d として図 4. デザイン規則の (AR)命令の増加するアスペクトレシオは nanoscale 装置のために縮まります

中立エッチング種および腐食の製品は垂直な外装フィールドによって変化しない拡散によって isotropically 移動します。 アスペクトレシオが増加すると同時に、サイドウォールとの衝突の番号は増加します。 各衝突はエッチング種の進歩を攻撃されるべき表面の方に遅くし、製品種の脱出を遅らせます。 さらに、入力種は図 5. に示すように堀の上のコーナーによって尾行されます。

図 5. 多重 HAR 機能のガス種のサイドウォール衝突 (低いスタック係数と)

理想的にはエッチングの、スタック係数そして不動態化種注意深く制御されていて下さい。 図 6 はスタック係数および不動態化が最上に管理されない実質の例を提供します。

図 6a。 超過分スタックするか、または間違った種: たくさんのサイドウォールの不動態化。

図 6b。 不十分な不動態化: 曲げられたプロフィールおよび underetching

nanoscale のエッチングの増加する挑戦の第 2 主な理由はイオンおよび電子によってサイドウォールが一緒により近く得るので充満の高められた効果行います。 満たされた種の経験側面力 (サイドウォールからの間隔 y の正方形に反比例している電界増加する料金 q E) によって:

qE の ¥ 1/y²

比例定数はサイドウォールを構成する伝導性か北極材料のためにより高いです。 それ故に、移動するイオンはサイドウォールの方にほぼ縦に逸れ、より高いアスペクトレシオに図 7. に示すように重要な偏向を経験するイオンのより高いパーセントがあります。

満たされた種の図 7. 偏向: イオンはアプローチでほぼ縦でが、側面力を経験します。

逆に、バルク血しょうのそして表面、そしての近くの血しょう移動の大いにより大きい移動性の電子は isotropically、図 8a に示すように表面の開始の口で造り上げがちです。 この負電荷はそれ以上の電子を撃退し、機能の上で肯定的なイオンをまた逸らします。 基板が伝導性なら、そのような料金の蓄積を軽減するためにバランスをとる流れは流れることができます。 ただし、基板がまたはシリコン・オン・インシュレータ絶縁したら料金の蓄積 (SOI)のように電気で隔離されて図 8b に示すようにより悪くであって下さい。

図 8. 料金の方向効果

図 9 は肯定的なイオン偏向が機能の上か底で 「ノッチ」を引き起こしている、または中間の引き起こすボーイングによりの不動態化を取除くことを与えます例。

図 9a。 機能のトップのノッチ

図 9b。 機能 (SOI インターフェイス) のベースのノッチ

図 9c。 中間でボーイングを引き起こすイオン偏向により

図 9d。 またベースで trenching を引き起こすイオン偏向により

nanoscale のエッチングに直面されるある特定の挑戦は下記のようにリストされています:

• エッチングする Nanoscale は通常レートをより低く着実に表わします、
• さらに、機能幅が可変的である装置で、小さい機能は広い機能よりより少なく深くエッチングします。 これはタームアスペクトレシオの依存したエッチングによって有名で、 (ARDE)デザイン変更を要するある装置のための厳しい問題を提起できます。
• ARDE の別の結果は腐食の時間と非線形である深さをエッチングしています。
• 最後に nanoscale のエッチングのための、プロセス Windows 通常最小化され、形状が縮まると同時に当然、度量衡学および分析はより堅くなります。

このセクションでオックスフォードの器械からの ICP システムによる正常な nanoscale のエッチングの多くの例は示され、論議されます。

Nano 押印の石版印刷は (NIL)大きい領域 (ウエファー) 上の 10nm (および収縮) 構造への製造のための多目的で、経済的で、適用範囲が広く高いスループット (平行) 方法です。 それに半導体メモリーでアプリケーションが、マイクロおよび nano 流体素子工学、光学装置例えば LEDs およびレーザー、生命科学、例えば実験室チップシステム、バイオセンサー、無線周波のコンポーネント、再生可能エネルギーおよび新しい nanotech 装置あります。 無の基本プロセスの流れは図 10. で示されています。

図 10 は無プロセスの簡単な設計図です。

無プロセスの図 10. 設計図

よいスタンプの腐食のための条件は縦または非常に縦のプロフィール、スムーズなサイドウォール、均一深さおよび重大な次元の近くにです (CD)。 堀で囲むことを避けることもまた好ましいです。

図 11 ショーはクロム (Cr)カリホルニウムベースの血しょう化学を使用してシステム 100 ICP180 区域でエッチングされた水晶₄₈スタンプを覆いました。 30nm 機能は 2inch ウエファーを渡る 85nm/min ±<1% のレートで 200nm の深さにエッチングされます。 Cr 上の選択率は >170 でした: 1。 プロフィールは 89-90°、ベースでスムーズ、堀なしです。

無のスタンプのための図 11. 良質の nanoscale の水晶エッチング。

水晶プロフィールは図 12 に示すようにセットの電極の温度の使用によって堀で囲むことは図 13 に示すように十分な DC バイアスを低く使用することによって除去されたが、最適化されました。

図 12。 温度による簡単なならい制御

図 13。 DC バイアス減少による堀制御

Cr は頻繁に使用されますように水晶スタンプの腐食のための堅いマスク。 図 14 は 70nm に機能が付いている nanoscale の Cr の腐食を示します。

図 14。 水晶腐食 (AMO の映像の礼儀) の前の Nanoscale (70nm) の Cr マスクの腐食

腐食プロセスを必要とする第 2 領域は無の残余の descum です。 「浮きかす」は無ポリマーにスタンプの出版物の後であり、解放します。 低い浮きかすは好まれます。 H/H 0.1 の_Rl 比率は理想として考慮されます。

200nm ポリマーフィルムのための浮きかすの 20nm は図 15 で示されています。

図 15。 ステップを押した後残りの無ポリマー

よい descum のための条件は減少がプロフィールおよびカドミウムで変更する間浮きかすを取除くことです。 ICP はプロフィールおよび CD 制御の減らされた等方性エッチングそして損失を処理する descum、低圧に最大のパフォーマンスを提供します。

図 16 は 10nm を O-SF ICP プロセスを使用してそのまま残す BCB ポリマーの descum プロセスの₂₆ 例です。

図 16。 ICP によって descummed Nanoscale BCB ライン

準備された捺印されたポリマーそれは腐食マスクとして大抵使用されます。 最終的な基板の腐食への条件はアプリケーションに基づき、従ってスタンプの腐食および descum よりはるかに多様です。

光通信の水晶は 1-d の穴、図 17 に示すように光通信のバンドギャップの構造を作成する第 2 の定期的な整理または 3D です。 光通信の水晶軽い伝搬のための ` によって禁止される」波長で半導体の水晶内の禁止された電子エネルギーと同じように起こって下さい。 ただし穴のサイズは軽い波長の l と比例しなければなりません。

図 17。 光通信の水晶装置: 6 穴ミラーが付いている内部平面の空洞共振器および伝達は計画します (破線 = シミュレーション)

二次元の光通信の水晶穴の腐食の例は図 18 に 21 で示されています。 これらのプロセスは ` の nanopores を」必要とするそれらのような他のナノテクノロジーアプリケーションに当然使用するかもしれません。

図 18。 光通信の水晶穴は OI システム 100 ICP180 を使用して INP でエッチングしました。 P Strasser、等 ETH チューリッヒの親切な許可と再生される)

図 19。 低温学 ICP のエッチングによるケイ素の高いアスペクトレシオの光通信の水晶穴

図 20。 カリホルニウム彼が付いている ICP によって SiO で₂ エッチングされる光通信の水晶穴₄₈化学

図 21。 CF-O 化学の ICP によってタオ₂₅ でエッチングされる光通信の水晶₄₈₂ 穴

最もよいプロセスはポリマー自由な Cl/N/Ar 化学を₂₂使用しました。 CL は₂ 腐食のガスです、 N は₂ サイドウォールの不動態化を提供し、 Ar は希釈剤として使用されます。 広い温度の電極が 200°C サンプル部分の上のセットの温度と利用される OI はキャリア版につき、裏側のヘリウムの冷却は使用されます。 180nm 直径の穴のサイズのための 2.9mm のエッチングされた深さは 16 のアスペクトレシオで達成されました: 1。 腐食のレートは 1.75mm/min でした

図 22 に 24 では、例は nanoscale のエッチングのための補足の属性の 3 つの ICP のケイ素の腐食プロセスの与えられます。 第 1 は図 22 に示すように CF-SF のガスの混合物₄₈₆ を使用して室温プロセスです。 第 2 は図 23 に示すように SF-O のガスの混合物₆₂ を使用して低温学プロセスです。 第 3 プロセスは図 24 に示すように₂ 制御された O の取り替えによって達成可能な SiO 上の非常に高い₂ 選択率を提供できる HBr-₂ O プロセスです。

CF-SF ICP プロセスによってエッチングされる図 22。 16nm₄₈₆ Si ライン ((AMO、アーヘンの礼儀)。 CF% (右)₄₈ によるならい制御

脈打った LF ICP の cryo プロセスおよび ZEP520A マスクを使用して 169nm 深さに (7.5:1 のアスペクトレシオ) エッチングされる図 23。 22nm 広い Si の堀。

停止する 3nm SiO (AMO の礼儀) の図 24。 34nm polySi のゲートの₂ 腐食、覆われる HSQ。