Вытравливание Nanoscale Используя Системы ICP

AZoNano

Содержание

Введение
Применение Нанотехнологии
Обзор
Инструменты ICP
Преимущества Источника Кобры
Затруднения и Пределы Вытравливания Nanoscale
Вытравливание Nanoscale ICP
Литографирование Nano-Отпечатка
     Etch Штемпеля
Остаток НОЛЕЙ Descum
Вытравливание Nanoscale НОЛЕЙ
Фотонное Кристаллическое Вытравливание Отверстия
Выбор Других Процессов Вытравливания Nanoscale ICP
Заключения
О Технологии Плазмы Аппаратур Оксфорда

Введение

Нанотехнология может быть определена как способность точно манипулировать дело на размерах nanoscale которое нормально внутри ряд 1nm к 100nm. Эта способность включает выдвижение представления традиционных приборов (как транзистор CMOS), и развитие вполне новых приборов и технологии. Применение нанотехнологии увеличивало существенно над последним немногие леты, и важно заметить что очень немногие поля людской технологии которые не были помоганы ей.

Применение Нанотехнологии

Зоны помоганные нанотехнологией включают следующее:

  1. Медицинско - Примеры включают nano лаборатори-на-обломок для диагностик, поставку снадобья, инженерство nano-ткани
  2. Химикат - Примеры включают сильно эффективные nanocatalysts и nanofiltration
  3. Энергия - Примеры включают нанотехнологию в выходе по энергии, и изоляцию, отсеки топливного бака, перезаряжаемые батареи и photovoltaics
  4. Nanotech увеличило материал для тяжелой индустрии - Примеры включают воздушно-космическое пространство и конструкцию
  5. Информация и сообщение которая включают памяти, романный полупроводник и электронно-оптический приборы, дисплеи и вычислять суммы
  6. Еда Едока, косметики, домочаец, тканья, оптика

Обзор

Эта бумага на вытравливании nanoscale самые уместные к зоне 5 нанотехнологии но также пользы находок в другом Вытравливании зон специально 3 и 1. селективное удаление твердого материала через маску для того чтобы произвести 2 или трехмерные структуры в изготовлении приборов. Классический пример в шагах вытравливания необходим для монолитового изготовления интегральной схемаы которые включают обломоки транзистора (CMOS) кремния комплементарн-металл-окиси с размерами характеристики на маштабе и теперь очень микрона. Деиствительно технология CMOS длиной с тех пор развивала в nanoscale.

Показано что на Диаграмму 1 принятую от Международной Дорожной карты Технологии для новой версии 2010 Полупроводников (ITRS) это произошло в около годе 2003 пока рассматривающ половинные ширины строба polysilicon тангажа для вспышки или технологии ДРАХМЫ.

Эта статья сфокусирует на методе верхней части вниз вытравливания ICP и использует в частности методы и результаты для технологии nano-отпечатка и фотонного кристаллического изготовления, так же, как проиллюстрирует возможность вытравливания nanoscale для обширного ряда материалов и приборов. Результаты все достиганы в инструментах ICP Аппаратур Оксфорда, демонстрируя сильную возможность в вытравливании nanoscale.

Диаграмма 1. От новой версии ITRS 2010, прокладывая курс длины бруса шлагбаума половин-тангажа продукта против года продукции [2]

Инструменты ICP

Инструменты ICP используемые для процессов вытравливания nanoscale описанных в этой бумаге все Аппаратуры Оксфорда как Система 100 PlasmaPro установленная с различными источниками ICP. Схема камеры etch ICP180 уступана Диаграмма 2 и фотоснимок Системы 100 PlasmaPro с источником Кобры показан в Диаграмме 3.

Диаграмма 2. Схема инструмента PlasmaPro System100 ICP180

Диаграмма 3. Кобра ICP Системы 100 Plasmapro

Источники ICP цилиндрической конструкции с силой RF прикладной к катушке снаружи изолируя прибора для того чтобы произвести high-density плазму, плотность иона вообще больше чем 10/cm113. Электростатический экран вокруг пробки ICP обеспечивает что сила ICP чисто индуктивно соединена (т.е. ` истинн-ICP'). Это исключает конденсаторную связь, которая может привести к в sputtering пробки и рассеянные траекториях иона. Вафли зажаты или механически или электростатически к температур-контролируемому более низкому электроду. Давление Гелия прикладной к задней стороне вафель для того чтобы обеспечить хорошую термальную електропроводимостьь между цыпленком и вафлей. Более Малые образцы или части которые нормально использованы для исследования etch nanoscale могут быть прикреплены к вафле несущей с термально проводной смесью.

Системы ICP Аппаратур Оксфорда обеспечивают опционный широкий электрод температуры часто полезный в вытравливании nanoscale. Температура Электрода controllable над рядом -150°C к +400°. Системы вообще эксплуатируются над рядом давления 0,1 до 100 mT автоматом давления. Газы поданы внутри через верхнюю часть источника или через газовое кольцо вокруг электрода вафли.

Система 100 ICP180 PlasmaPro соответствующа для до 100 вафель mm диаметра. Аппаратуры Оксфорда также предлагают инструмент R&D, PlasmaPro NGP 80 ICP65 имея годную к употреблению область диаметр 50 mm, и инструменты с емкостью более большого диаметра: Кобра Системы 100 PlasmaPro (200 mm), Система 133 ICP380 PlasmaPro (300 mm) и Змеенжш PlasmaPro NGP1000 (450 mm). Источник Кобры соответствующ для R&D или продукции, тогда как другие 2 системы главным образом для продукции.

Преимущества Источника Кобры

Преимущества источника Кобры перечислены ниже:

  • Источник имеет большую годную к употреблению область сравнивано к источнику ICP180,
  • Источник предлагает увеличенную гибкость через варианты активной прокладки которая позволяет независимому регулированию распределения иона и предлагает оптимизированное отростчатое единообразие через электрод.
  • Источник предлагает пульсировать источника ICP который уменьшает вафлю поручая, для увеличенного высокого вытравливания коэффициента сжатия. Он может также быть использован для регулировки коэффициентов радикала иона.
  • Косая сила пульсируя нормально с низкочастотной силой уменьшает надрезать на интерфейсах с изоляторами и уменьшает вытравливание коэффициента сжатия зависимое (ARDE).
  • Близкий соединенный стручок газа полезн для процессов прерванных газом как вытравливание Bosch для уменьшения газа смешивая вкратце отростчатые шаги.

Затруднения и Пределы Вытравливания Nanoscale

Причины почему вытравливание nanoscale грубо перечислены ниже:

  • Трудный переход вида нейтралей в и из всегда более малых характеристик
  • Увеличенные влияния поручать ионами и электронами как стенки получают более близко совместно.

Пока конструирующ более малые приборы, обычно боковое сокращение большле чем вертикальное сокращение поэтому увеличения коэффициента сжатия h/d как показано в Диаграмме 4.

Диаграмма 4. правила Конструкции диктует увеличивая коэффициент сжатия (AR) как критические сокращения размера d для приборов nanoscale

Нейтральные виды вытравливания и продукты etch двигают isotropically диффузией без изменений перпендикулярным полем оболочки. По Мере Того Как коэффициент сжатия увеличивает, число столкновений с стенками увеличивает. Каждое столкновение делает прогресс вида вытравливания медленным к поверхности, котор нужно атаковать и замедляет избежание вида продукта. Дополнительно, входящие виды затенены верхними углами шанца как показано в Диаграмме 5.

Диаграмма 5. Множественные столкновения стенки вида газа (с низким вставляя коэффициентом) в характеристике HAR

Оптимально, вставляя коэффициенты вытравливания и вид пассивировать быть осторожным проконтролирует. Диаграмма 6 обеспечивает реальные примеры где вставляя коэффициенты и запассивированность оптимально не управляются.

Диаграмма 6a. Вставлять Избытка или неправильный вид: слишком много запассивированности стенки.

Диаграмма 6b. Недостаточная запассивированность: обхватыванный профиль и underetching

Вторая главная причина для увеличивая возможности вытравливания nanoscale увеличенные влияния поручать ионами и электронами по мере того как стенки получают более близко совместно. Порученный опыт вида боковое усилие (обязанность q умноженная электрическим полем E) которое обратно пропорционально к квадрату расстояния y от стенок:

∞ 1/y qE2

Константа соразмерности более высока для проводного или приполюсного материала составляя стенку. Следовательно, ионы двигая почти вертикально отклонены к стенкам, и на более высоком коэффициенте сжатия более высокий процент ионов испытывая значительно отклонение как показано в Диаграмме 7.

Диаграмма 7. Отклонение порученного вида: Ионы почти вертикальные на подходе но испытывают боковое усилие.

Наоборот, электроны с их очень большой удобоподвижностью в движении плазмы isotropically, и в навальной плазме и близко к поверхностям, и им клонат построить вверх на ртах отверстий в поверхности как показано в Диаграмме 8a. Этот отрицательный заряд отталкивает более дополнительными электронами и отклонятьет положительные ионы вверху характеристика также. Если субстрат проводной, то балансируя течения могут пропустить для того чтобы разрешить такое строение обязанности вверх. Однако, если субстрат изолирует или электрически изолировано как кремнии на изоляторе (SOI) тогда, то строение обязанности вверх будет более плох как показано в Диаграмме 8b.

Диаграмма 8. Эффекты направленности обязанности

Диаграмма 9 дает примеры где положительное отклонение иона причиняет «зазубрины» на верхней части или дне характеристики, или извлекать запассивированность в среднем причиняя bowing.

Диаграмма 9a. Зазубрина наверху характеристики

Диаграмма 9b. Зазубрина на основании характеристики (интерфейс SOI)

Диаграмма 9c. Отклонение Иона причиняя bowing в середине

Диаграмма 9d. Отклонение Иона также причиняя trenching на основании

Некоторые возможности ые с вытравливанием nanoscale перечислены ниже:

  • Nanoscale вытравляя обычно показывает устойчиво менее высокие ставки,
  • Дополнительно, в приборах где ширина характеристики переменна, более малые характеристики будут вытравлять более менее глубоко чем широкие характеристики. Это всем известно вытравливанием коэффициента сжатия термине зависимым (ARDE) и может представить строгую проблему для некоторых приборов, требуя переконструкцию.
  • Другое последствие ARDE вытравляет глубины которые нелинейны с временем etch.
  • Окончательно, отростчатое окно для вытравливания nanoscale обычно уменьшает, и конечно, метрология и анализ будут ever more более грубыми по мере того как размеры характеристики сжимают.

Вытравливание Nanoscale ICP

В этом разделе и будут обсужены много примеров успешного вытравливания nanoscale системами ICP от Аппаратур Оксфорда.

Литографирование Nano-Отпечатка

Nano Литографирование Отпечатка (NIL) разносторонний, экономичный, гибкий и высокий метод объём (параллельный) для изготовления вниз к структурам 10nm (и сжимать) даже над обширными районами (вафлями). Оно имеет применения в памяти полупроводника, микро- и nano fluidics, СИД оптических приборов например и лазерах, науках о жизни, например системах лаборатори-на--обломока, биосенсорах, компонентах радиочастоты, возобновляющей энергии и новых приборах nanotech. Основной поток процесса НОЛЕЙ показан в Диаграмме 10.

Диаграмма 10 простая схема процесса НОЛЕЙ.

Диаграмма 10. Схема процесса НОЛЕЙ

Etch Штемпеля

Требования для хорошего etch штемпеля вертикальные или очень около вертикальных профилей, ровных стенок, равномерных глубин и критических размеров (CD). Также желательно во избежание trenching.

Диаграмма 11 выставки хромий (Cr) замаскировала штемпель кварца вытравленный в камере ICP180 Системы 100 используя CF-основанную48 химию плазмы. характеристики 30nm вытравлены к глубине 200nm по норме 85nm/min ±<1% через вафлю 2inch. Селективность над Cr было >170: 1. Профиль 89-90°, ровно и шанц-свободно на основании.

Диаграмма 11. Высокомарочное вытравливание кварца nanoscale для НОЛЕЙ штемпелюет.

Профиль кварца был оптимизирован путем использование температуры электрода комплекта как показано в Диаграмме 12, пока trenching было исключен путем использовать низко достаточное смещение DC как показано в Диаграмме 13.

Диаграмма 12. Простое управление профиля температурой

Диаграмма 13. Управление Шанца уменьшением смещения DC

Cr часто использован по мере того как трудная маска для etch штемпеля кварца. На Диаграмму 14 показано etch Cr nanoscale с характеристиками вниз к 70nm.

Диаграмма 14. Etch маски Cr Nanoscale (70nm) перед etch кварца (учтивость изображения AMO)

Остаток НОЛЕЙ Descum

Вторая область требуя процесса etch descum остатка НОЛЕЙ. Некоторая «шлачка» присутствовал после давлений штемпеля в полимер НОЛЕЙ и выпускает. Низкая шлачка предпочтена. Коэффициент H/HRl 0,1 учтен идеалом.

20nm шлачки для фильма полимера 200nm показано в Диаграмме 15.

Диаграмма 15. Остаточный полимер НОЛЕЙ после штемпелевать шаг

Требования для хорошего descum извлечь шлачку пока уменьшение изменяет в профиле и КОМПАКТНОМ ДИСКЕ. ICP обеспечивает самое лучшее представление для descum, низкое давление обрабатывая уменьшенные равносвойственные вытравливание и потерю профиля и управления КОМПАКТНОГО ДИСКА.

Диаграмма 16 пример процесса descum полимера BCB выходя 10nm неповрежденным используя процесс26 O-SF ICP.

Диаграмма 16. Линии Nanoscale BCB descummed ICP

Вытравливание Nanoscale НОЛЕЙ

Подготовленный отпечатанный полимер оно главным образом использован как маска etch. Требования к окончательному etch субстрата основаны на применении и поэтому очень разнообразне чем etch и descum штемпеля.

Фотонное Кристаллическое Вытравливание Отверстия

Фотонный кристалл периодическое расположение отверстий в 1 d, 2 d или 3 d который создает фотонную структуру зазора диапазона как показано в Диаграмме 17. В фотонный кристаллическим длинах волны запрещенных `' для светлого распространения возникните больше как запрещенные электронные энергии внутри кристалл полупроводника. Однако размер отверстия должен быть пропорциональн с светлым λ длины волны.

Диаграмма 17. Фотонный кристаллический прибор: полость в-плоскости резонирующая с 6 зеркалами отверстия и своя передача прокладывают курс (брошенные линия = имитация)

Примеры плоских фотонных кристаллических etches отверстия показаны в Диаграммах 18 до 21. Эти процессы конечно могут быть использованы для других применений нанотехнологии как те требуя nanopores `'.

Диаграмма 18. Фотонные кристаллические отверстия вытравили в InP используя Систему 100 ICP180 OI. Воспроизведено с добросердечным позволением P Strasser, et al. ETH Цюрих)

Диаграмма 19. Отверстия Высокого коэффициента сжатия Фотонные Кристаллические в Кремнии Криогенным вытравливанием ICP

Диаграмма 20. Фотонные кристаллические отверстия вытравленные в SiO2 ICP с CF-Им48 химия

Диаграмма 21. Фотонные кристаллические отверстия вытравленные в Дао25 ICP с химией482 CF-O

Самый лучший процесс использовал химию полимера свободную22 Cl/N/Ar. Cl2 газ etch, N2 обеспечивает запассивированность стенки и Ar использован как разжижитель. OI широкий электрод температуры использован с температурой комплекта над частями образца 200°C склеены к плите несущей и охлаждение гелием задней стороны использовано. Вытравленная глубина 2.9μm для размера отверстия диаметра 180nm была достигана на коэффициенте сжатия 16: 1. Тариф etch было 1.75μm/min

Выбор Других Процессов Вытравливания Nanoscale ICP

В Диаграмме 22 до 24, примеры даются 3 процессов etch кремния ICP с комплементарными атрибутами для вытравливания nanoscale. Первое процесс комнатной температуры используя смесь486 газа CF-SF как показано в Диаграмме 22. Второе криогенный процесс используя смесь62 газа SF-O как показано в Диаграмме 23. Третий процесс процесс HBr-2 O который может предложить очень высокую селективность над SiO2 достижимым контролируемым замещением2 O как показано в Диаграмме 24.

Диаграмма 22. линии 16nm Si вытравленные процессом486 CF-SF ICP ((Учтивость AMO, Аахен). Управление Профиля CF%48 (право)

Диаграмма 23. шанцы 22nm широкие Si вытравленные к глубине 169nm (коэффициент сжатия 7.5:1) используя пульсированный процесс cryo LF ICP и маску ZEP520A.

Диаграмма 24. etch строба polySi 34nm, замаскированное HSQ, останавливая на 3nm SiO2 (Учтивости AMO).

Заключения

Давалось просмотрение вытравливания ICP для нанотехнологии. Увеличивая затруднение вытравливания nanoscale было обсужено и заявлено что настоящая технология ICP хороша на несколько лет больше к под тангажу 20 nm половинному. Новые развития оборудования могут включить controllable частоту и пульсированные плазмы, более лучший контроль температуры субстрата и управление продвинутого программного обеспечения, например цепи обратной связи используя спектроскопию оптически излучения и другие диагностические методы, ramping параметра. Давались Много примеров высокомарочных etches nanoscale системами ICP Аппаратур Оксфорда и мы постоянно добавляем к нашему портфолио `' материалов вытравленных и применений в все больше и больше важной области нанотехнологии.

О Технологии Плазмы Аппаратур Оксфорда

Технология Плазмы Аппаратур Оксфорда снабубежит ряд высокой эффективности, гибких инструментов полупроводник обрабатывая клиентов, котор включили в научные исследования и разработки, и продукции. Они специализируют в 3 главных областях:

  • Etch
    • RIE, ICP, DRIE, RIE/PE, Луч Иона
  • Низложение
    • PECVD, CVD ICP, Nanofab, ALD, PVD, IBD
  • Рост
    • HVPE, Nanofab

Эта информация найденный, расмотрена и приспособлена от материалов обеспеченных технологией Плазмы Аппаратур Оксфорда.

Для больше информации на этом источнике, пожалуйста посетите технологию Плазмы Аппаратур Оксфорда.

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

Last Update: 15. July 2013 16:31

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit