От микроэлектронной технологии к наноэлектронной

Нанопечать

Интересным стало возрождение в области нанолитографии давно известной технологии рельефной печати (рельефного тиснения, чеканки). На рис. 2.10 показаны основные этапы одного из вариантов нанопечати (англ. nanoimprint lithography – NIL, nanoimprinting), когда резистом служит термопластический материал (ТР). В качестве примера рассматривается наноструктурирование слоя окисла () на кремнии ().

На первом этапе выполняют технологические операции очистки подложки и нанесения слоя термопластического резиста (ТР). На этапе ІІ шаблон (пресс-форму из твердого материала, чаще всего из кремния) точно совмещают с топологией нижнего, уже структурированного слоя на подложке. Одинаковые материалы подложки и шаблона предпочтительны для того, чтобы предотвратить искажения масштаба под влиянием температурного расширения материалов. После этого шаблон с подложкой нагревают до температуры размягчения термопластического резиста (до 100–220 в зависимости от материала) и сильно прижимают к нему шаблон. Под давлением от 0,3 до 15 МПа (в зависимости от материала резиста) выступы шаблона погружаются в размягченный термопластический резист (ТР), придавая ему нужную структуру. Для предотвращения образования пузырьков воздуха и искажения из-за этого заданной топологической структуры, как правило, нанопечать выполняют в условиях технического вакуума. Сжатые шаблон и подложку охлаждают после этого до тех пор, пока термопластический резист (ТР) не перейдет в твердое стекловидное состояние. Затем шаблон и подложку разделяют. Затвердевший резист (ТР) сохраняет приданную ему форму. На этапе ІІІ выполняют операцию проявления, в ходе которой весь слой резиста подвергают физическому или реактивному ионному травлению, во время которого толщина резиста по всей площади постепенно уменьшается. Когда во всех тонких местах резист полностью удаляется, процесс прекращают, и на подложке остается нужная маска из резиста.

Рис. 2.10. Основные этапы технологического процесса нанопечати

На этапе ІV сквозь маску из резиста открытые участки рабочего слоя (в данном случае окисла кремния) вытравливают соответствующим химическим или физическим методом. На этапе V удаляют уже не нужную маску из резиста и выполняют очистку поверхности, сушку и контроль полученной структуры на соответствие предусмотренной топологии.

На рис. 2.11 слева в качестве примера показан участок шаблона (пресс-формы) для нанопечати. Мы видим систему круглых выступов диаметром 200 нм, расположенных на расстояниях 400 нм между их центрами.

Шаблон был изготовлен из кремния. Справа показан результат нанопечати. Таким было состояние нанопечати в 2004 г. Дальнейшие разработки и совершенствование материалов и технологии показали, что этим методом удается достичь разрешающей способности лучше 10 нм. Эта технология наноструктурирования уже используется в производстве серийных интегральных схем с проектными нормами 32 нм и 22 нм.

На рис. 2.12 показана структура электродов объемного транзистора, изготовленного методом нанопечати с проектной нормой 22 нм на фирме "Интел" в 2011 г.

Рис. 2.11. Изображение в растровом электронном микроскопе: слева – участок шаблона (штампа, пресс-формы) из кремния, справа – результат нанопечати отверстий в окисном слое кремния с помощью этого шаблона

Рис. 2.12. Изображение в растровом электронном микроскопе системы электродов для объемных транзисторов, сформированной с помощью нанопечати с проектно-технологической нормой 22 нм на фирме "Интел"

Развиваются также и другие варианты нанопечати, в частности вариант, похожий на обычную печать красками. Его схема показана на рис. 2.13. Пластина из кремния () покрыта относительно толстым (~ 10 мкм) слоем эластомера (ЭМ), например, полидиметилсилоксана.

Рис. 2.13. Схематическое изображение нанопечати "краской"

На поверхности этого слоя формируют рельефную структуру. Топологию из этого шаблона надо перенести на подложку, например, из кремния (). В качестве примера опять рассмотрим случай, когда топологическую структуру надо перенести на слой окисла кремния (). Поверхность шаблона равномерно смазывают "краской" (Кр).

После совмещения по реперным знакам шаблон на короткое время прижимают к подложке ( рис. 2.13 слева). "Краску" (Кр) выбирают такую, чтобы она

(1) обладала адгезией к подложке более высокой, чем к шаблону, и

(2) после нанесения на подложку могла сыграть роль резиста при травлении топологической структуры в рабочем слое (здесь ).

После отделения шаблона ( рис. 2.13 справа) на подложке остается оттиск "краски". Покрытые ею участки в дальнейшем используют в качестве резиста при травлении соответствующей топологической структуры в слое окисла.

В других вариантах для нанопечати применяют ультратонкие порошки (с наночастицами размером порядка 1 нм и менее) и пасты с такими наночастицами. Для переноса топологической структуры с шаблона на подложку используют электростатические силы, специфические химические реакции, электролиз и т.п.