Gravura A Água-forte de Nanoscale Usando Sistemas do ICP

Por AZoNano

Índice

Introdução
Aplicação da Nanotecnologia
Vista Geral
Ferramentas do ICP
Vantagens da Cobra Source
Dificuldades e Limites Gravura A Água-forte de Nanoscale
Gravura A Água-forte de Nanoscale pelo ICP
Litografia da Nano-Impressão
     Gravura em àgua forte do Selo
Resíduo do NADA de Descum
Gravura A Água-forte de Nanoscale do NADA
Gravura A Água-forte De Cristal Fotónica do Furo
Selecção de Outros Processos Gravura A Água-forte de Nanoscale ICP
Conclusões
Sobre a Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford

Introdução

A Nanotecnologia pode ser definida como a capacidade para manipular exactamente a matéria em dimensões do nanoscale que está normalmente dentro da escala 1nm a 100nm. Esta capacidade está permitindo a extensão do desempenho de dispositivos tradicionais (tais como o transistor do CMOS), e a revelação de dispositivos e da tecnologia completamente novos. A aplicação da nanotecnologia aumentou substancialmente ao longo dos últimos anos, e é importante notar que há muito poucos campos da tecnologia humana que não foram beneficiados por ele.

Aplicação da Nanotecnologia

As Áreas beneficiadas pela nanotecnologia incluem o seguinte:

  1. Médico - os Exemplos incluem a laboratório-em-microplaqueta nano para diagnósticos, entrega da droga, engenharia do nano-tecido
  2. Produto Químico - os Exemplos incluem nanocatalysts e o nanofiltration altamente eficientes
  3. Energia - os Exemplos incluem a nanotecnologia no uso eficaz da energia, e a isolação, as células combustíveis, baterias recarregáveis e photovoltaics
  4. Nanotech aumentou o material para a indústria pesada - os Exemplos incluem o espaço aéreo e a construção
  5. Informação e comunicação que incluem memórias, semicondutor novo e dispositivos, indicadores e computação de quantum optoelectronic
  6. Alimento do Consumidor, cosméticos, agregado familiar, matérias têxteis, sistema ótico

Vista Geral

Este papel gravura a água-forte do nanoscale é o mais relevante à área 5 da nanotecnologia mas igualmente os usos dos achados outra Gravura A Água-forte das áreas especialmente 3 e 1. são a remoção selectiva do material contínuo através de uma máscara para produzir dois ou estruturas tridimensionais na fabricação dos dispositivos. O exemplo clássico está nas etapas gravura a água-forte exigidas para a fabricação monolítica do circuito integrado que incluem microplaquetas do transistor (CMOS) do silicone do complementar-metal-óxido com tamanhos de característica na escala e agora muito em menos do mícron. A tecnologia do CMOS tem progredido Certamente por muito tempo desde no nanoscale.

Figura 1 tomada do Mapa Rodoviário Internacional da Tecnologia para a actualização 2010 dos Semicondutores (ITRS) indica que esta ocorreu aproximadamente no ano 2003 ao considerar meias larguras da porta do polysilicon do passo para o flash ou a tecnologia da GOLE.

Este artigo centrar-se-á sobre a técnica da parte superior para baixo gravura a água-forte do ICP e usar-se-á em particular técnicas e resultados para a tecnologia da nano-impressão e a fabricação de cristal fotónica, assim como ilustrar-se-á a capacidade gravura a água-forte do nanoscale para uma escala larga dos materiais e dos dispositivos. Todos os resultados são conseguidos nas ferramentas dos Instrumentos ICP de Oxford, demonstrando uma capacidade forte gravura a água-forte do nanoscale.

Figura 1. Da actualização de ITRS 2010, traçando o comprimento da porta do metade-passo do produto contra o ano da produção [2]

Ferramentas do ICP

As ferramentas do ICP usadas para os processos gravura a água-forte do nanoscale descritos neste papel são todos os Instrumentos de Oxford tais como o Sistema 100 de PlasmaPro configurado com várias fontes do ICP. Um diagrama esquemático de uma câmara gravura em àgua forte ICP180 é dado em Figura 2 e uma fotografia de um Sistema 100 de PlasmaPro com a fonte da Cobra é mostrada em Figura 3.

Figura 2. Diagrama Esquemático da ferramenta de PlasmaPro System100 ICP180

Figura 3. Cobra do Sistema 100 ICP de Plasmapro

As fontes do ICP são de um projecto cilíndrico com uma potência do RF aplicada a uma bobina fora de um dispositivo de isolamento para gerar um plasma high-density, a densidade do íon são geralmente mais de 10/cm113. Um protector electrostático em torno da câmara de ar do ICP assegura-se de que a potência do ICP esteja acoplada puramente indutiva (isto é ` verdadeiro-ICP'). Isto elimina o acoplamento capacitivo, que pode conduzir a engasgar da câmara de ar e às trajectórias dispersas do íon. As bolachas são apertadas mecanicamente ou eletrostaticamente ao eléctrodo mais baixo temperatura-controlado. A pressão do Hélio é aplicada ao lado traseiro das bolachas fornecer a boa condutibilidade térmica entre o mandril e a bolacha. As amostras ou as partes Menores que são usadas normalmente para a pesquisa gravura em àgua forte do nanoscale podem ser anexadas a uma bolacha do portador com um composto tèrmica condutor.

Os sistemas dos Instrumentos ICP de Oxford fornecem um eléctrodo largo opcional da temperatura frequentemente útil gravura a água-forte do nanoscale. A temperatura do Eléctrodo é verificável sobre uma escala de -150°C a +400°. Os sistemas são operados geralmente sobre uma amplitude da pressão 0,1 a 100 mT pelo controle de pressão automático. Os Gáss são alimentados dentro através da parte superior da fonte ou através de um anel de gás em torno do eléctrodo da bolacha.

O Sistema 100 ICP180 de PlasmaPro é apropriado para até 100 bolachas do milímetro do diâmetro. Os Instrumentos de Oxford igualmente oferecem uma ferramenta do R&D, o PlasmaPro NGP 80 ICP65 que tem a área útil diâmetro de 50 milímetros, e ferramentas com capacidade do diâmetro maior: a Cobra do Sistema 100 de PlasmaPro (200 milímetros), o Sistema 133 ICP380 de PlasmaPro (300 milímetros) e a Víbora de PlasmaPro NGP1000 (450 milímetros). A fonte da Cobra é apropriada para o R&D ou a produção, visto que outros dois sistemas são primeiramente para a produção.

Vantagens da Cobra Source

As vantagens da fonte da Cobra estão listadas abaixo:

  • A fonte tem uma grande área útil quando comparada à fonte ICP180,
  • A fonte oferece a flexibilidade aumentada com as opções de um espaçador activo que permita o controle independente da distribuição do íon e ofereça a uniformidade aperfeiçoada do processo através do eléctrodo.
  • A fonte oferece a pulsação da fonte do ICP que minimiza a bolacha que cobra, para gravura a água-forte alta aumentada do prolongamento. Pode igualmente ser usada para o ajuste de relações do radical de íon.
  • A potência Diagonal que pulsa normalmente com potência de baixa frequência reduz-se entalhar em relações com isoladores e reduz-se gravura a água-forte dependente do prolongamento (ARDE).
  • Uma vagem acoplada próxima do gás é útil para processos desbastados gás tais como gravura a água-forte de Bosch reduzir o gás que mistura em etapas curtos do processo.

Dificuldades e Limites Gravura A Água-forte de Nanoscale

As razões pelas quais gravura a água-forte do nanoscale é resistente estão listadas abaixo:

  • Transporte Difícil da espécie dos pontos mortos dentro e fora das características sempre menores
  • Os efeitos Aumentados de cobrar por íons e por elétrons como sidewalls obtêm mais perto junto.

Ao projetar dispositivos menores, geralmente o psiquiatra lateral é maior do que o psiquiatra vertical assim que os aumentos do prolongamento h/d segundo as indicações de Figura 4.

A Figura 4. regras do Projecto dita o prolongamento crescente (AR) como psiquiatras críticos da dimensão d para dispositivos do nanoscale

As espécies Neutras gravura a água-forte e os produtos gravura em àgua forte movem-se isotropically por difusão não afectada pelo campo perpendicular da bainha. Enquanto o prolongamento aumenta, o número de colisões com os sidewalls aumenta. Cada colisão faz o progresso da espécie gravura a água-forte lento para a superfície a ser atacada e retarda o escape da espécie do produto. Adicionalmente, as espécies entrantes são sombreadas pelos cantos superiores da trincheira segundo as indicações de Figura 5.

Figura 5. colisões Múltiplas do sidewall de uma espécie do gás (com baixo coeficiente de colagem) em uma característica de HAR

Óptima, os coeficientes de colagem gravura a água-forte e espécie passivating seja com cuidado controlado. Figura 6 fornece os exemplos reais onde os coeficientes e o passivation de colagem não são controlados óptima.

Figura 6a. Colagem do Excesso ou espécie errada: demasiado passivation do sidewall.

Figura 6b. Insuficiente passivation: perfil curvado e underetching

A segunda razão principal para o desafio crescente gravura a água-forte do nanoscale é os efeitos aumentados de cobrar por íons e por elétrons porque os sidewalls obtêm mais perto junto. Experiência Cobrada da espécie uma força lateral (carga q multiplicada pelo campo elétrico E) que é inversamente proporcional ao quadrado da distância y dos sidewalls:

∞ 1/y do qE2

A constante da proporcionalidade é mais alta para o material condutor ou polar que compo o sidewall. Daqui, os íons que movem-se são deflexionados quase verticalmente para os sidewalls, e em um prolongamento mais alto há uma porcentagem mais alta dos íons que experimentam a deflexão significativa segundo as indicações de Figura 7.

Figura 7. Deflexão da espécie cobrada: Os Íons são quase verticais na aproximação mas experimentam uma força lateral.

Inversamente, os elétrons com sua muito maior mobilidade no movimento do plasma isotropically, no plasma maioria e perto das superfícies, e dos eles tendem a acumular-se nas bocas das aberturas na superfície segundo as indicações da Figura 8a. Esta carga negativa repele uns elétrons mais adicionais e deflexiona íons positivos na parte superior da característica também. Se a carcaça é condutora, a seguir as correntes de equilíbrio podem fluir para aliviar tal acumulação da carga. Contudo, se a carcaça está isolando ou isolado electricamente como silicone-em-isoladores (SOI) a seguir acumulação da carga seja mais ruim segundo as indicações da Figura 8b.

Figura 8. efeitos Direccionais da carga

Figura 9 dá os exemplos onde a deflexão positiva do íon está causando “entalhes” na parte superior ou na parte inferior da característica, ou a remoção do passivation no curvatura de causa médio.

Figura 9a. Entalhe no auge da característica

Figura 9b. Entalhe na base da característica (relação de SOI)

Figura 9c. Deflexão do Íon que causa o curvatura no meio

Figura 9d. Deflexão do Íon igualmente que causa o trenching na base

Determinados desafios enfrentados com gravura a água-forte do nanoscale estão listados abaixo:

  • Nanoscale que grava exibe geralmente firmemente mais baixo taxas,
  • Adicionalmente, nos dispositivos onde a largura da característica é variável, as características menores estarão gravando menos profundamente do que as características largas. Isto é conhecido gravura a água-forte dependente do prolongamento do termo (ARDE) e pode levantar um problema severo para alguns dispositivos, necessitando o re-projecto.
  • Uma Outra conseqüência de ARDE está gravando as profundidades que são não-lineares com tempo gravura em àgua forte.
  • Finalmente, indicador do processo para gravura a água-forte do nanoscale é minimizado geralmente, e naturalmente, a metrologia e a análise tornam-se sempre mais resistentes enquanto os tamanhos de característica encolhem.

Gravura A Água-forte de Nanoscale pelo ICP

Nesta secção muitos exemplos gravura a água-forte bem sucedida do nanoscale por sistemas do ICP dos Instrumentos de Oxford serão apresentados e discutidos.

Litografia da Nano-Impressão

A Litografia Nano da Impressão (NIL) é um método (paralelo) versátil, econômico, flexível e alto da produção para a fabricação de para baixo às estruturas 10nm (e encolhimento) mesmo sobre grandes áreas (bolachas). Tem aplicações na memória de semicondutor, micro e fluídica nano, Diodo emissor de luz dos dispositivos ópticos por exemplo e lasers, ciência da vida, por exemplo sistemas da laboratório-em-um-microplaqueta, bio-sensores, componentes da radiofrequência, energia renovável e dispositivos novos do nanotech. O fluxo de processo básico do NADA é mostrado em Figura 10.

Figura 10 é um diagrama esquemático simples do processo do NADA.

Figura 10. Diagrama Esquemático do processo do NADA

Gravura em àgua forte do Selo

As Exigências para boa gravura em àgua forte do selo são verticais ou muito perto dos perfis verticais, dos sidewalls lisos, das profundidades uniformes e das dimensões críticas (CD). É igualmente desejável evitar trenching.

A Figura 11 mostras um cromo (Cr) mascarou o selo de quartzo gravado na câmara ICP180 do Sistema 100 usando uma química48 CF-baseada do plasma. as características 30nm são gravadas a uma profundidade de 200nm a uma taxa de 85nm/min ±<1% através de uma bolacha 2inch. A selectividade sobre o Cr era >170: 1. O perfil é 89-90°, liso e trincheira-livre na base.

Figura 11. gravura a água-forte De Alta Qualidade de quartzo do nanoscale para o selo do NADA.

O perfil de quartzo foi aperfeiçoado usando a temperatura do eléctrodo do grupo segundo as indicações de Figura 12, quando trenching foi eliminado usando baixo bastante polarização da C.C. segundo as indicações de Figura 13.

Figura 12. Controle de perfil Simples pela temperatura

Figura 13. Controle da Trincheira pela redução da polarização da C.C.

O Cr é usado frequentemente como uma máscara dura para gravura em àgua forte do selo de quartzo. Figura 14 mostra gravura em àgua forte do Cr do nanoscale com características para baixo a 70nm.

Figura 14. Gravura em àgua forte da máscara do Cr de Nanoscale (70nm) antes gravura em àgua forte de quartzo (cortesia da imagem do AMO)

Resíduo do NADA de Descum

A segunda área que exige um processo gravura em àgua forte é o descum do resíduo do NADA. Alguma “escumalha” esta presente após as imprensas do selo no polímero do NADA e libera-se. A Baixa escumalha é preferida. Uma relação de H/HRl 0,1 é considerada ideal.

20nm da escumalha para um filme do polímero 200nm é mostrado em Figura 15.

Figura 15. Polímero Residual do NADA após ter carimbado a etapa

As Exigências para um bom descum são remover a escumalha enquanto se reduzir muda no perfil e no CD. O ICP fornece o melhor desempenho para o descum, a baixa pressão processando gravura a água-forte e a perda isotropic reduzidas de perfil e de controle do CD.

Figura 16 é um exemplo de um processo do descum de polímero de BCB que deixa 10nm intacto usando um processo26 do O-SF ICP.

Figura 16. Linhas de Nanoscale BCB descummed pelo ICP

Gravura A Água-forte de Nanoscale do NADA

O polímero imprimido preparado é usada na maior parte como uma máscara gravura em àgua forte. As exigências gravura em àgua forte final da carcaça são baseadas na aplicação e assim que são muito mais diversas do que gravura em àgua forte e o descum do selo.

Gravura A Água-forte De Cristal Fotónica do Furo

Um cristal fotónico é um regime periódico dos furos em 1 d, 2 d ou 3 d que cria uma estrutura fotónica da diferença de faixa segundo as indicações de Figura 17. De cristal fotónico' em comprimentos de onda proibidos um ` para a propagação clara elevare bem como energias de elétron proibidas dentro de um cristal do semicondutor. Contudo o tamanho do furo deve ser proporcional com o λ claro do comprimento de onda.

Figura 17. Um dispositivo de cristal fotónico: a cavidade ressonante do em-plano com os 6 espelhos do furo e sua transmissão traçam (linha = a simulação tracejadas)

Os Exemplos gravura em àgua forte de cristal fotónicas bidimensionais do furo são mostrados em Figuras 18 21. Estes processos naturalmente podem ser usados para outras aplicações da nanotecnologia tais como aquelas que exigem nanopores do `'.

Figura 18. Os furos de cristal Fotónicos gravaram no InP usando o Sistema 100 ICP180 de OI. Reproduzido com permissão amável de P Strasser, e outros de ETH Zurique)

Figura 19. Furos De Cristal Fotónicos Altos do prolongamento no Silicone gravura a água-forte Criogênica do ICP

Figura 20. Furos de cristal Fotónicos gravados em SiO2 pelo ICP com CF-Ele48 química

Figura 21. Furos de cristal Fotónicos gravados em TaO25 pelo ICP com química482 de CF-O

O melhor processo usou uma química livre do polímero22 Cl/N/Ar. O Cl2 é o gás gravura em àgua forte, N2 fornece o passivation do sidewall e a AR é usada como um diluente. Os OI que o eléctrodo largo da temperatura é utilizado com uma temperatura do grupo acima das partes da amostra 200°C são colados a uma placa de portador e refrigerar do hélio da parte traseira é usado. Uma profundidade gravada de 2.9μm para o tamanho do furo do diâmetro 180nm foi conseguida em um prolongamento de 16: 1. A taxa gravura em àgua forte era 1.75μm/min

Selecção de Outros Processos Gravura A Água-forte de Nanoscale ICP

Em Figura 22 24, os exemplos são dados de três processos gravura em àgua forte do silicone do ICP com atributos complementares para gravura a água-forte do nanoscale. O primeiro é um processo da temperatura ambiente usando uma mistura de gases486 de CF-SF segundo as indicações de Figura 22. O segundo é o processo criogênico usando uma mistura de gases62 do SFO segundo as indicações de Figura 23. O terceiro processo é um processo de HBr-2 O que possa oferecer a selectividade muito alta sobre SiO2 realizável por substituição controlada2 de O segundo as indicações de Figura 24.

Figura 22. linhas do Si 16nm gravadas pelo processo486 de CF-SF ICP ((Cortesia de AMO, Aix-la-Chapelle). Controle de Perfil por CF%48 (direito)

Figura 23. trincheiras largas do Si 22nm gravadas à profundidade 169nm (prolongamento do 7.5:1) que usa o processo pulsado do cryo do LF ICP e uma máscara de ZEP520A.

Figura 24. gravura em àgua forte da porta do polySi 34nm, HSQ mascarado, parando em 3nm SiO2 (Cortesia do AMO).

Conclusões

Uma revisão gravura a água-forte do ICP para a nanotecnologia foi dada. A dificuldade crescente gravura a água-forte do nanoscale foi discutida e indicou-se que a tecnologia actual do ICP é boa para diversos anos mais abaixo do meio passo de 20 nanômetro. As revelações Novas do hardware podem envolver a freqüência verificável e plasmas pulsados, melhor controle de temperatura da carcaça e controle do software avançado, por exemplo laços de feedback usando a espectroscopia de emissão óptica e outras técnicas diagnósticas, ramping do parâmetro. Muitos exemplos gravura em àgua forte de alta qualidade do nanoscale por sistemas dos Instrumentos ICP de Oxford foram dados e nós estamos adicionando continuamente a nossa carteira do `' dos materiais gravados e das aplicações na área cada vez mais importante da nanotecnologia.

Sobre a Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford

A Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford fornece uma escala do elevado desempenho, de ferramentas flexíveis ao semicondutor que processa os clientes envolvidos na investigação e desenvolvimento, e de produção. Especializam-se em três áreas principais:

  • Gravura Em Àgua Forte
    • RIE, ICP, DRIE, RIE/PE, Feixe de Íon
  • Depósito
    • PECVD, CVD do ICP, Nanofab, ALD, PVD, IBD
  • Crescimento
    • HVPE, Nanofab

Esta informação foi originária, revista e adaptada dos materiais fornecidos pela tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

Para obter mais informações sobre desta fonte, visite por favor a tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

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

Last Update: 15. July 2013 16:28

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