Die Verwendung von Aufopferungs Nanopartikel zu entfernen, die Auswirkungen von Shot-Rauschen in Kontaktlöchern Vorgefertigte durch Elektronenstrahl-Lithografie

Das exponentielle Wachstum in Rechenleistung, als ¹ von Moores Gesetz ^{quantifiziert, 2} (1), ist ein Ergebnis der fortschreitenden Fortschritte in der optischen Lithographie. In diesem Top-down – Strukturierungstechnik, die erreichbare Auflösung R wird von dem bekannten Raleigh Satz ³ gegeben:

Hier λ und NA sind die Lichtwellenlänge und der numerischen Apertur, respectively. Man beachte , daß NA = sin & theta; · η, wobei η der Brechungsindex des Mediums zwischen der Linse und dem Wafer; θ = tan ^-1 (d / 2 l) für den Durchmesser, d, der Linse und der Abstand L zwischen der Mitte der Linse und dem Wafer. In den letzten fünfzig Jahren hat die lithographische Auflösung durch die Verwendung von verbesserten (a) Lichtquelles, einschließlich Excimer-Lasern, mit zunehmend kleineren UV-Wellenlängen; (b) geschickte optische Designs unter Verwendung von Phasenverschiebungsmasken ^4; und (c) höhere NA. Für die Belichtung in Luft (η = 1), ist NA immer kleiner als eins, aber durch Einführen einer Flüssigkeit mit η> 1, beispielsweise Wasser ^5, zwischen der Linse und dem Wafer kann NA über 1 erhöht werden, wodurch die Auflösung des Eintauchens Lithographie zu verbessern. Derzeit tragfähige Wege zu einem 20-nm – Knoten und darüber hinaus sind extreme UV – Quellen (λ = 13 nm) oder Strukturierungsverfahren unter Verwendung komplexer Doppel- und Vierer Verarbeitung eines mehrschichtigen Photoresist ^{6, 7.}

In Nanometer-Längenskalen, statistischen Schwankungen, hervorgerufen durch Schrotrauschen (SN), in der Anzahl von Photonen innerhalb einer Nanobereich Ursache Variation in den Dimensionen des lithogra ankommen phische Muster. Diese Effekte sind noch ausgeprägter bei Exposition gegenüber hochenergetischer EUV Licht und E-Strahlen, Systemen , die ⁸ Grßenordnungen weniger Photonen / Teilchen im Vergleich zu normalen optischen Lithographie benötigen. Supersensitive chemisch verstärkte (mit einem Quantenwirkungsgrad> 1) Photoresists einzuführen auch eine SN chemischen durch eine Variation in der Anzahl der photoreaktiven Moleküle in exponierten nanoregions verursacht ^{9, 10.} Niedrigere Empfindlichkeit Photolacke, die längere Belichtungszeiten benötigen unterdrücken diese Effekte, sondern sie reduzieren auch den Durchsatz.

Auf molekularer Ebene zu der Beitrag Line-Kantenrauigkeit von der molekularen Größenverteilung , die zu den Photoresist – Polymere , die durch Verwendung von Molekular Resists ¹¹ reduziert werden kann. Ein Ansatz, der zu diesem Top-down – Verarbeitung von Nanostrukturierung ist die Verwendung von Bottom-up – Verfahren komplementäres ^12,s = "xref"> 13 , die ¹⁴ speziell auf die Selbstorganisation (DSA) von Diblockpolymeren verlassen. Die Fähigkeit dieser Verfahren Nukleation zu lenken und zu ungleichmäßigen Abstand zwischen gewünschten Mustern, wie Bohrungen oder Leitungen zu schaffen, bleibt eine Herausforderung. Die Größenverteilung der molekularen Komponenten ^{15, 16} begrenzt auch das Ausmaß und die Ausbeute der Herstellung ^{17, 18.} Ähnliche Probleme begrenzen Mikrokontaktdruck von Nanopartikeln in Weich – Lithographie ^19.

Dieser Beitrag stellt Untersuchungen eines neuen Hybrid – Ansatz (Abbildung 1), die die klassischen Top-Down – Projektionslithografie mit elektrostatisch Selbstorganisation kombiniert die Wirkung von SN / Line-Kantenrauigkeit (LER) ²⁰ zu reduzieren. Positiv Amingruppen auf selbstorganisierte Monoschichten (SAMs) von N berechnet – (2-aminoethyl)-11-Amino-Undecyl-methoxy-Silan (AATMS), um die PMMA-Film zugrunde liegen, sind nach der Entwicklung ausgesetzt. Die negativ geladenen Photoresist – Film aus PMMA elektrostatisch Trichter negativ Goldnanopartikel (GNPs), mit einer Kappe bedeckt mit Citrat geladen, ^21-24 in SN betroffenen Löcher ^25. Re-flow des PMMA Photoresist verschlingt zuvor abgeschiedenen Nanopartikel in dem Film.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Strategie , um die Auswirkungen von Schrotrauschen und Linien Kantenrauigkeit für die Strukturierung von Kontaktlöchern mit NPs genaue Größe zu entfernen. Hier ist die kritische Dimension (CD) ist der gewünschte Durchmesser der Löcher. Der Ansatz (Schritt 1) ​​beginnt mit einer selbstorganisierten Monoschicht (SAM) von Silan-Molekül Ablagern positiv geladene Aminogruppen auf dem Oxid Surflagerace eines Silizium-Wafers. Als nächstes wird die Löcher Muster Elektronenstrahllithographie verwendet (Schritte 2 und 3) in PMMA Photoresistfilm, der blauen Schicht, die Schrotrauschen erzeugt, wie in der eingesetzten SEM-Bild dargestellt. Lithographie belichtet Amingruppen an der Unterseite der Löcher. Schritt 4 beinhaltet die wässrige Phasenabscheidung von kontrollierter Größe, Citrat-capped (negativ geladene) Goldnanopartikel (GNPs) in lithographisch gemusterten Löcher unter Verwendung elektrostatischer funnelling (EF). In Schritt 5 Erwärmen des Wafers auf 100 ° C, unterhalb der Glasübergangstemperatur des PMMA, 110 ° C, bewirkt, daß das Aufschmelzen des Photoresist rund vorher entnommenes Nanopartikeln. Ätzen überlagert PMMA mit Sauerstoffplasma (Schritt 6) macht die GNPs und anschließende Nassätzen (Iod) der freigelegten Partikel (Schritt 7) erzeugt Löcher zu der Größe der GNPs entspricht. Gekoppelt mit reaktiven Ionen / Nassätzen, ist es möglich , die Lochmuster in dem Photoresist zu SiO ₂ (Schritt 8) ³¹ zu übertragen. Regedruckt mit Genehmigung aus Lit. ^20. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den entgegengesetzt geladenen GNPs und Amingruppen auf dem Substrat verhindert, dass die Verschiebung der GNPs von der Bindungsstelle. Der Reflow-Schritt hält die relative Anordnung der GNPs sondern löscht die Löcher und die Auswirkungen von SN / LER. Plasma- / Nassätzen Schritte regenerieren Löcher, die die Größe des BSP haben. Reaktives Ionenätzen überträgt ihr Muster zu SiO ₂ Hartmaskenschichten. Das Verfahren beruht auf Verwendung von gleichmäßiger Größe Nanopartikel als eine gemusterte nanohole (NH), ausgedrückt als die Standardabweichung, σ, derart , daß σ _GNP <σ _NH. Dieser Bericht konzentriert sich auf die Schritte (4 und 5 in Abbildung 1 beschrieben) , um die Ablagerung von Nanopartikeln aus Dispersion beteiligt und dieAufschmelzen des Photoresist um sie herum die Vorteile und Grenzen des Verfahrens zu beurteilen. Beide Schritte sind im Prinzip skalierbar auf größeren Substraten, erfordern keine umfangreiche Änderung des Stromflusses von modernen integrierten Schaltungen auf Chips zu erzeugen.