Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D

Ny tillverkningsteknik Producerar Chip funktioner så små som 10 nm

Published on September 1, 2011 at 9:57 AM

Tillverkningen av nanoskala enheter - transistorerna i datorchips, optiken i kommunikation marker, den mekaniska system i biosensorer och mikroflödessystem och micromirror chips - beror fortfarande överväldigande på en teknik som kallas fotolitografi. Men i slutändan, är storleken på de enheter som fotolitografi kan producera begränsas av mycket våglängd av ljus. Som nanomaskiner blir mindre, kommer de att kräva nya tillverkningsmetoder.

I ett par av de senaste papper, forskare vid MIT: s Research Laboratory i elektronik och Singapores Engineering myndighet för vetenskap, har teknologi och forskning (A * STAR) visade en ny teknik som kunde producera chip har bara 10 nanometer - eller ca 30 atomer - över. Forskarna använda befintliga metoder för att deponera smala pelare av plast på ett chip yta, då de orsakar pelarna att kollapsa i förutbestämda riktningar, som täcker chip med intrikata mönster.

Den RLE Forskarna kan också styra kollaps nanoskala "väggar" prägling raka linjer på ett chip - eller, som i detta fall, återger MIT-logotypen.

Ironiskt nog var det arbete som en utlöpare av forskningen att försöka förhindra en kollaps av nanopillars. "Minimera av strukturer är en av de stora problem som litografi nere på 10-nanometers nivå kommer att möta", säger Karl Berggren, den Emanuel E. Landsman (1958) docent i elektroteknik och datavetenskap, som ledde den nya arbetet. "Strukturellt, dessa saker är inte lika stel på den längdskala. Det är mer som försöker få ett hår att stå upp. Det bara vill floppen över." Berggren och hans kollegor var förbryllande över problemet då, säger han, slog det dem att "om vi inte kan sluta att slå det, kanske vi kan använda det."

Status quo

Med fotolitografi är chips byggs upp i lager, och efter varje lager deponeras, är det täckt med ett ljuskänsligt material som kallas en motstå. Ljuset skiner genom ett intrikat mönstrade stencil - kallas en mask - exponerar delar av motstånd men inte andra, ungefär på samma sätt ljuset skiner igenom ett fotografiskt negativ avslöjar fotopapper. De utsatta delarna av motstånd hårdnar, och resten tas bort. Den del av chip oskyddade från motstå är sedan etsas bort, oftast genom att en syra eller plasma, resterande motstå tas bort, och hela processen upprepas.

Storleken på de funktioner som etsade i chipet är begränsad, men med våglängden som används av ljus, och chipmakers redan stångas mot gränsen för synligt ljus. Ett möjligt alternativ är att använda fokuserade strålar av elektroner - eller e-balkar - att exponera motstå. Men e-strålar inte utsätter hela kretsen på en gång, inte vägen ljuset, utan de måste scanna över ytan av chipet en rad i taget. Det gör e-beam litografi mycket mindre effektiv än fotolitografi.

Etsning en pelare i motstånd, däremot, kräver att man inriktar en e-beam på en enda plats. Scattering glesa pelare över chipet och tillåta dem att kollapsa in i mer komplicerade mönster kunde därmed öka effektiviteten av e-beam litografi.

Lagret av motstånd deponeras i e-beam litografi är så tunn att efter oexponerade motstå har tvättats bort, är den vätska som naturligt ligger kvar bakom nog att dränka pelarna. Eftersom vätskan avdunstar och pelarna dyker orsakar ytspänning av vätskan återstår mellan pelarna dem att kollapsa.

Komma ojämn

I den första av de två uppsatser, som publicerades förra året i tidskriften Nano Letters, visade Berggren och Huigao Duan, en besökande student från Lanzhou University i Kina, att när två pelare är mycket nära varandra kommer de att kollapsa mot varandra. I en uppföljande, som förekommer i september-5 Utfärdande av nanoteknik tidskriften Liten, Berggren, Duan (nu på A * STAR) och Joel Yang (som gjorde sin PhD arbete med Berggren, ansluter också A * STAR efter examen i 2009) visar att genom att kontrollera formen av isolerade pelare, kan de få dem att kollapsa i vilken riktning de vill.

Mer specifikt kommer något flackare ena sidan av pelaren, få det att kollapsa i motsatt riktning. Forskarna har ingen aning om varför, säger Berggren: När de kläcktes idén om asymmetriska pelare, förväntas de dem att kollapsa mot den platta sidan, hur ett träd tenderar att kollapsa i riktning mot yxan som är slående det. I försök skulle delvis tillplattade pelare kollaps i avsedd riktning med cirka 98 procent tillförlitlighet. "Det är inte acceptabelt ur ett industriellt perspektiv," Berggren säger, "men det är säkert bra som utgångspunkt i en teknisk demonstration."

Just nu gör tekniken har sina begränsningar. Space pelarna nära varandra, och de kommer att kollapsa mot varandra, oavsett deras form. Som begränsar utbudet av mönster att tekniken kan producera på marker med strukturer packade tätt tillsammans, som de är på datorchips.

Men enligt Joanna Aizenberg kan Amy Smith Berylson professor i materialvetenskap vid Harvard University, applikationer där tekniken kommer att vara mest användbar har inte tänkt ännu. "Det kan öppna vägen för att skapa strukturer som bara inte möjligt förut," Aizenberg säger. "De är inte i tillverkningsindustrin ännu eftersom ingen visste hur man gör dem."

Även Berggren och hans kollegor inte visste det när de började sina egna experiment, under flera år Aizenberg grupp har använt kontrollerad kollaps av strukturer på mikrometerskala att producera material med nya optiska egenskaper. Men "särskilt intressanta applikationer skulle komma från denna sub-100-nanometerskala," Aizenberg säger. "Det är en verkligen häpnadsväckande nivå av kontroll av nanostruktur församling som Karls grupp har uppnått."

Last Update: 3. October 2011 08:45

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit