Nanoscale Ets Gebruikend ICP Systemen

Door AZoNano

Inhoudstafel

Inleiding
Toepassing van Nanotechnologie
Overzicht
ICP Hulpmiddelen
Voordelen van de Bron van de Cobra
Moeilijkheden en Grenzen van Nanoscale Ets
Nanoscale Ets door ICP
De Lithografie van de nano-Afdruk
     De Zegel etst
Het residu van de NUL van Descum
NUL Nanoscale Ets
Photonic Gat Ets van het Kristal
Selectie van Andere ICP Nanoscale Processen van de Ets
Conclusies
Ongeveer de Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford

Inleiding

De Nanotechnologie kan als capaciteit worden gedefinieerd kwestie op nanoscaledimensies nauwkeurig om te manipuleren die normaal binnen waaier 1nm tot 100nm is. Deze capaciteit laat uitbreiding van de prestaties van traditionele apparaten (zoals de CMOS transistor), en de ontwikkeling van volledig nieuwe apparaten en technologie toe. De toepassing van nanotechnologie is wezenlijk in de loop van de laatste jaren gestegen, en het is belangrijk om op te merken dat er zeer weinig gebieden van menselijke technologie zijn aan die niet ten goede zijn gekomen van het.

Toepassing van Nanotechnologie

De Gebieden van nanotechnologie ten goede aan die zijn gekomen aan die omvatten het volgende:

  1. Medisch - de Voorbeelden omvatten nano laboratorium-op-spaander voor diagnostiek, druglevering, nano-weefseltechniek
  2. Chemisch - de Voorbeelden omvatten hoogst efficiënte nanocatalysts en nanofiltration
  3. Energie - de Voorbeelden omvatten nanotechnologie in energieefficiency, en isolatie, brandstofcellen, navulbare batterijen en photovoltaics
  4. Nanotech verbeterd materiaal voor zware industrie - de Voorbeelden omvatten ruimte en bouw
  5. Informatie en mededeling die geheugen, nieuwe halfgeleider en optoelectronic apparaten, vertoningen en quantum gegevensverwerking omvatten
  6. Het voedsel Van De Consument, schoonheidsmiddelen, huishouden, textiel, optica

Overzicht

Dit document op nanoscale ets is het meest relevant voor nanotechnologiegebied 5 maar ook vindt gebruik op andere gebieden vooral 3 en 1. De Ets is de selectieve verwijdering van stevig materiaal door een masker om twee of driedimensionele structuren in de vervaardiging van apparaten te veroorzaken. Het klassiek voorbeeld is in etsstappen voor monolithische vervaardiging worden vereist van geïntegreerde schakelingen die de transistorspaanders van het bijkomend-metaal-oxyde (CMOS)silicium met eigenschapgrootte op de micronschaal die en nu veel minder omvatten. CMOS de technologie is sinds lang in nanoscale gevorderd namelijk.

Figuur 1 uit de Internationale Technologie Roadmap de update voor van Halfgeleiders (ITRS) wordt genomen 2010 wijst op dit in ongeveer het jaar 2003 terwijl het overwegen van halve hoogtepolysilicon poortbreedten voor flits of van de BORREL technologie die voorkwam.

Dit artikel zal zich op top down techniek van ICP ets concentreren en zal in het bijzonder technieken en resultaten voor nano-afdruktechnologie en photonic kristalvervaardiging, evenals illustrerend het vermogen van de nanoscaleets voor een brede waaier van materialen en apparaten gebruiken. De resultaten allen worden bereikt in ICP van de Instrumenten van Oxford hulpmiddelen, demonstrerend een sterk vermogen in nanoscale ets.

Figuur 1. Van de update van ITRS 2010, het in kaart brengen product helft-hoogte poortlengte tegen jaar van productie [2]

ICP Hulpmiddelen

De ICP hulpmiddelen voor de processen worden gebruikt van de nanoscaleets in dit document worden zijn alle die Instrumenten van Oxford zoals PlasmaPro Systeem 100 met diverse ICP bronnen wordt gevormd beschreven die. Een schema van een ICP180 etst kamer wordt gegeven in Figuur 2 en een foto van een PlasmaPro Systeem 100 met de bron van de Cobra wordt getoond in Figuur 3.

Figuur 2. Schema van het hulpmiddel ICP180 van PlasmaPro System100

Figuur 3. Systeem 100 van Plasmapro ICP Cobra

De ICP bronnen zijn van een cilindrisch die ontwerp met een macht van RF op een rol buiten een isolerend apparaat wordt toegepast een hoogte te produceren - het dichtheidsplasma, de ionendichtheid is over het algemeen meer dan 10/cm113. Een elektrostatisch schild rond de ICP buis zorgt ervoor dat de ICP macht zuiver inductief wordt gekoppeld (d.w.z. waar-ICP `'). Dit elimineert capacitieve koppeling, die in buis het sputteren kan resulteren en ionen afdwalen banen. De wafeltjes worden vastgeklemd of mechanisch of elektrostatisch aan de temperature-controlled lagere elektrode. De druk van het Helium wordt toegepast op de achtergevel van de wafeltjes om goed thermisch geleidingsvermogen tussen de klem en het wafeltje te verstrekken. De Kleinere steekproeven of de stukken die normaal voor nanoscale worden gebruikt etsen onderzoek kunnen aan een carrier wafeltje met een thermaal geleidende samenstelling worden vastgemaakt.

ICP van de Instrumenten van Oxford de systemen verstrekken een facultatieve brede temperatuurelektrode vaak nuttig in nanoscale ets. De temperatuur van de Elektrode is controleerbaar over een waaier van -150°C aan +400°. De systemen worden over het algemeen in werking gesteld over een MT 0.1 tot 100 van de drukwaaier door automatische drukcontrole. De Gassen worden gevoed binnen door de bovenkant van de bron of door een gasring rond de wafeltjeelektrode.

Het PlasmaPro Systeem 100 ICP180 is geschikt voor maximaal 100 mm- diameterwafeltjes. De Instrumenten van Oxford biedt ook een hulpmiddel van R&D aan, PlasmaPro NGP die 80 ICP65 bruikbaar gebied heeft 50 mmdiameter, en hulpmiddelen met grotere diametercapaciteit: het PlasmaPro Systeem 100 Cobra (200 mm), het PlasmaPro Systeem 133 ICP380 (300 mm) en de Adder van PlasmaPro NGP1000 (450 mm). De bron van de Cobra is geschikt voor R&D of productie, terwijl de andere twee systemen hoofdzakelijk voor productie zijn.

Voordelen van de Bron van de Cobra

De voordelen van de bron van de Cobra zijn hieronder vermeld:

  • De bron heeft een groot bruikbaar gebied wanneer vergeleken bij de bron ICP180,
  • De bronaanbiedingen verhoogden flexibiliteit door opties van een actief verbindingsstuk dat onafhankelijke controle van ionendistributie toestaat en geoptimaliseerde procesuniformiteit over de elektrode aanbiedt.
  • De bron biedt ICP bron aan die die wafeltje ladend, voor verbeterde hoge aspectverhouding ets minimaliseert pulseert. Het kan ook voor aanpassing van ionen radicale verhoudingen worden gebruikt.
  • Bias macht die normaal met macht met lage frekwentie pulseert vermindert het inkerven bij interfaces met isolatie en vermindert aspectverhouding afhankelijke ets (ARDE).
  • Een dichte gekoppelde gaspeul is nuttig want het gas processen zoals Bosch ets hakte om gas te verminderen zich mengt in korte processtappen.

Moeilijkheden en Grenzen van Nanoscale Ets

De redenen waarom nanoscale de ets taai is zijn hieronder vermeld:

  • Moeilijk vervoer van neutrals species in en uit steeds kleinere eigenschappen
  • De Verhoogde gevolgen van het laden door ionen en elektronen als zijwanden komen dichter samen.

Terwijl het ontwerpen van kleinere apparaten, gewoonlijk krimpt de zijde is groter dan de verticaal krimpt zodat stijgt de aspectverhouding h/d zoals aangetoond in Figuur 4.

Figuur 4. De regels van het Ontwerp dicteren stijgende aspectverhouding (AR) aangezien de kritieke afmeting D voor nanoscaleapparaten krimpt

De Neutrale etsspecies en etsen producten bewegen zich isotropically door verspreiding onaangetast door het loodrechte schedegebied. Aangezien de aspectverhouding stijgt, stijgt het aantal botsingen met de zijwanden. Elke botsing boekt de vooruitgang van etsspecies naar de aan te vallen oppervlakte langzaam en vertraagt de vlucht van productspecies. Bovendien, worden de inkomende species in de schaduw gesteld door de hoogste hoeken van de geul zoals aangetoond in Figuur 5.

Figuur 5. Veelvoudige zijwandbotsingen van een gasspecies (met lage het plakken coëfficiënt) in een eigenschap HAR

Optimaal, de het plakken coëfficiënten van het etsen en het passiveren van species zal zorgvuldig gecontroleerd worden. Figuur 6 verstrekt echte voorbeelden waar de de het plakken coëfficiënten en passivering niet optimaal worden beheerd.

Cijfer 6a. Het Bovenmatige plakken of verkeerde species: teveel zijwandpassivering.

Cijfer 6b. Ontoereikende passivering: het gebogen profiel en underetching

De tweede belangrijkste reden voor de stijgende uitdaging van nanoscale ets is de verhoogde gevolgen van het laden door ionen en elektronen aangezien de zijwanden dichter samenkomen. De Geladen species ervaren een zijdiekracht (last q met het elektrische veld E wordt vermenigvuldigd) die omgekeerd evenredig aan het vierkant van de afstand y van de zijwanden is:

qE ∞ 1/y2

De evenredigheidsconstante is hoger voor geleidend of polair materiaal omhoog makend de zijwand. Vandaar, ionen wordt het bewegen zich bijna verticaal doen afwijken naar de zijwanden, en bij hogere aspectverhouding is er een hoger percentage ionen ervarend significante afbuiging zoals aangetoond in Figuur 7.

Figuur 7. Afbuiging van geladen species: De Ionen zijn bijna verticaal op benadering maar ervaren een zijkracht.

Omgekeerd, isotropically bewegen de elektronen zich met hun veel grotere mobiliteit in het plasma, zowel in het bulkplasma als dicht bij oppervlakten, en zij neigen om bij de monden van openingen in de oppervlakte zoals aangetoond in Cijfer 8a op te bouwen. Deze negatieve last weert verdere elektronen af en doet afwijken positieve ionen eveneens bij de bovenkant van de eigenschap. Als het substraat geleidend is, dan kunnen de in evenwicht brengende stromen stromen om dergelijke lastenopeenhoping te verminderen. Nochtans, als het substraat isoleert of elektrisch geïsoleerd als silicon-on-insulators (SOI) dan laad zal de opeenhoping zoals aangetoond in Cijfer 8b slechter zijn.

Figuur 8. Richting gevolgen van last

Figuur 9 geeft voorbeelden waar de positieve ionenafbuiging „inkepingen“ bij de bovenkant of de bodem van de eigenschap, veroorzaakt of de passivering in de midden veroorzakende stokvoering verwijdert.

Cijfer 9a. Inkeping boven eigenschap

Cijfer 9b. Inkeping bij basis van eigenschap (interface SOI)

Cijfer 9c. Ionen afbuiging die stokvoering in het midden veroorzaakt

Cijfer 9d. Ionen afbuiging die ook omspitten veroorzaakt bij basis

Bepaalde die uitdagingen met nanoscale ets worden geconfronteerd zijn hieronder vermeld:

  • Nanoscale ets stelt gewoonlijk regelmatig lagere tarieven tentoon,
  • Bovendien, in apparaten waar de eigenschapbreedte veranderlijk is, zullen de kleinere eigenschappen minder diep dan de brede eigenschappen etsen. Dit is goed - gekend door de term aspectverhouding afhankelijke ets (ARDE) en kan een streng probleem geven dat voor sommige apparaten, herontwerp vergt.
  • Een Ander gevolg van ARDE etst diepten die met etsen tijd niet-lineair zijn.
  • Tot Slot procesvenster voor nanoscale ets gewoonlijk wordt geminimaliseerd, en natuurlijk, worden de metrologie en de analyse steeds taaier aangezien de eigenschapgrootte krimpt.

Nanoscale Ets door ICP

In deze sectie zullen vele voorbeelden van succesvolle nanoscale ets door ICP systemen van de Instrumenten van Oxford worden voorgelegd en worden besproken.

De Lithografie van de nano-Afdruk

Nano Lithografie van de Afdruk (NIL) is een veelzijdige, economische, flexibele en hoge productie (parallelle) methode voor vervaardiging van neer aan 10nm (en het krimpen) structuren zelfs over grote gebieden (wafeltjes). Het heeft toepassingen in halfgeleidergeheugen, micro en nano fluïdica, optische apparaten b.v. LEDs en lasers, het levenswetenschap, b.v. laboratorium-op-a-spaander systemen, bio-sensors, radiofrequentiecomponenten, vernieuwbare energie en nieuwe nanotechapparaten. De basisprocesstroom van NUL wordt getoond in Figuur 10.

Figuur 10 is een eenvoudig schema van het proces van de NUL.

Figuur 10. Schema van het proces van de NUL

De Zegel etst

De Eisen ten aanzien van een goede zegel etsen zijn verticaal of zeer dichtbij verticale profielen, vlotte zijwanden, eenvormige diepten en kritieke afmetingen (CD). Het is ook wenselijk om omspitten te vermijden.

Figuur 11 toont een chromium (Cr) gemaskeerde die kwartszegel in Systeem 100 kamer wordt geëtst ICP180 gebruikend een op cf.-Gebaseerde48 plasmachemie. 30nm de eigenschappen worden geëtst aan een diepte van 200nm aan een tarief van 85nm/min ±<1% over een wafeltje 2inch. De selectiviteit over Cr was >170: 1. Het profiel is 89-90°, vlot en geul-vrij bij de basis.

Figuur 11. Hoog - kwaliteits nanoscale kwarts ets voor de zegel van de NUL.

Het kwartsprofiel werd geoptimaliseerd door de vastgestelde elektrodentemperatuur zoals aangetoond in Figuur 12 te gebruiken, terwijl het omspitten door lage genoeg bias van GELIJKSTROOM zoals aangetoond in Figuur 13 te gebruiken werd geëlimineerd.

Figuur 12. Eenvoudige profielcontrole door temperatuur

Figuur 13. De controle van de Geul door bias vermindering van GELIJKSTROOM

Cr wordt vaak gebruikt aangezien een hard masker voor de kwartszegel etst. Figuur 14 toont een nanoscaleCr met eigenschappen neer aan 70nm etst.

Figuur 14. Het masker van Cr van Nanoscale (70nm) etst alvorens het kwarts etst (beeldhoffelijkheid van AMO)

Het residu van de NUL van Descum

Het tweede gebied vereisen etst proces is descum van het residu van de NUL. Wat „schuim“ is aanwezig na de zegelpersen in het polymeer van de NUL en versies. Het Lage schuim heeft de voorkeur. Een verhouding van H/HRl 0.1 wordt beschouwd als ideaal.

20nm van schuim voor een 200nm polymeerfilm worden getoond in Figuur 15.

Figuur 15. Het Overblijvende polymeer van de NUL na het stempelen van stap

De Eisen ten aanzien van een goede descum moeten het schuim verwijderen terwijl het verminderen van veranderingen in profiel en CD. ICP verstrekt de beste prestaties voor descum, lage verminderde drukverwerking isotrope ets en verlies van profiel en CD controle.

Figuur 16 is een voorbeeld van een descumproces van polymeer BCB verlatend 10nm intact gebruikend een ICP26 van OSF proces.

Figuur 16. Lijnen van Nanoscale BCB descummed door ICP

NUL Nanoscale Ets

Het voorbereide gestempelde polymeer wordt het meestal gebruikt aangezien masker ets. De vereisten aan het definitieve substraat etsen is gebaseerd op de toepassing en zo zijn diverser dan de zegel en descum etst.

Photonic Gat Ets van het Kristal

Een photonic kristal is een periodieke regeling van gaten in 1 D, tweede of 3 D die tot een photonic structuur van het bandhiaat zoals aangetoond in Figuur 17 leiden. In een photonic verboden kristal ` de' golflengten voor lichte propagatie doen zich heel erg zoals verboden elektronenenergieën voor binnen een halfgeleiderkristal. Nochtans moet de gatengrootte met de lichte golflengte λ evenredig zijn.

Figuur 17. Een photonic kristalapparaat: in-vlakke resonerende holte met 6 gatenspiegels en zijn transmissieperceel (gestormde lijn = simulatie)

De Voorbeelden van tweedimensionaal photonic kristalgat etst worden getoond in Cijfers 18 tot 21. Deze processen kunnen natuurlijk voor andere nanotechnologietoepassingen zoals die worden gebruikt die ` nanopores' vereisen.

Figuur 18. Photonic kristalgaten in InP worden geëtst gebruikend OI Systeem 100 ICP180 die. Gereproduceerd met vriendelijke toestemming van P Strasser, et al. ETH Zürich)

Figuur 19. Hoge aspectverhouding Photonic gaten van het Kristal in Silicium door Cryogene ICP ets

Figuur 20. Photonic kristalgaten in SiO door2 ICP met cf.-hij worden geëtst48 chemie die

Figuur 21. Photonic kristalgaten in TaO door25 ICP met chemie die cf.-o482 worden geëtst

Het beste proces gebruikte een polymeer vrije chemie22 Cl/N/Ar. Cl2 is etst gas, verstrekt2 N zijwandpassivering en AR wordt gebruikt als verdunner. De OI brede temperatuurelektrode wordt gebruikt met een vastgestelde temperatuur boven 200°C steekproefstukken is gelijmd aan een steunplaat en achtereindhelium het koelen wordt gebruikt. Een geëtste diepte van 2.9μm voor 180nm de grootte van het diametergat werd bereikt bij een aspectverhouding van 16:1. Ets tarief was 1.75μm/min

Selectie van Andere ICP Nanoscale Processen van de Ets

In Figuur 22 tot 24, worden de voorbeelden gegeven van drie ICP silicium etsen processen met bijkomende attributen voor nanoscale ets. De eerste is een kamertemperatuurproces dat een gasmengsel cf.-SF486 zoals aangetoond in Figuur 22 gebruikt. De tweede is het cryogene proces dat een gasmengsel van SFO62 zoals aangetoond in Figuur 23 gebruikt. Het derde proces is een proces van HBr-2 O dat zeer hoge selectiviteit over SiO kan aanbieden2 uitvoerbaar door de gecontroleerde substitutie2 van O zoals aangetoond in Figuur 24.

Figuur 22. 16nm de lijnen van Si door CF-SF ICP486 proces ((Hoffelijkheid van AMO, Aken dat) worden geëtst. De controle van het Profiel door CF%48 (juist)

Figuur 23. 22nm de brede die geulen van Si aan 169nm diepte die (7.5:1aspectverhouding) worden geëtst gepulseerd ICP van LF cryoproces en een masker ZEP520A gebruikt.

Figuur 24. 34nm polySipoort etst, gemaskeerde HSQ, ophoudend op 3nm SiO2 (Hoffelijkheid van AMO).

Conclusies

Een overzicht van ICP ets voor nanotechnologie is gegeven. De stijgende moeilijkheid van nanoscale ets is besproken en men heeft verklaard dat de huidige ICP technologie meer verscheidene jaren aan onder 20 NM halve hoogte goed is. De Nieuwe hardwareontwikkelingen kunnen controleerbare frequentie en gepulseerd plasma, de betere controle van de substraattemperatuur en geavanceerde softwarecontrole impliceren, bijvoorbeeld lijnen terugkoppelen gebruikend de optische emissiespectroscopie en andere kenmerkende technieken, parameter het ramping. Vele voorbeelden van hoogte - de kwaliteit nanoscale etst door ICP van de Instrumenten van Oxford systemen is gegeven en wij voegen voortdurend aan onze portefeuille `' van geëtste materialen en toepassingen op het meer en meer belangrijke terrein van nanotechnologie toe.

Ongeveer de Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford

De Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford verstrekt een waaier van hoge prestaties, flexibele hulpmiddelen aan de klanten van de halfgeleiderverwerking betrokken bij onderzoek en ontwikkeling, en productie. Zij specialiseren zich in drie belangrijke gebieden:

  • Ets
    • RIE, ICP, DRIE, RIE/PE, Ionenstraal
  • Deposito
    • PECVD, ICP CVD, Nanofab, ALD, PVD, IBD
  • De Groei
    • HVPE, Nanofab

Deze informatie is afkomstig geweest, herzien en die van materialen door de technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford worden. verstrekt aangepast

Voor meer informatie over deze bron, te bezoeken gelieve de technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford.

Date Added: Nov 2, 2011 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 15:54

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit