Новая жесткая маска

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12180 (2022) Цитировать эту статью

2200 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Это письмо решает главное препятствие, мешающее изготовлению микро-мезомасштабных структур в кремнии с помощью фотолитографии. Обычная фотолитография обычно выполняется на гладких плоских поверхностях пластин для нанесения 2D-проекта и последующего его травления для создания одноуровневых элементов. Однако он не способен обрабатывать неплоские поверхности или уже протравленные пластины и создавать в структуре более одного уровня. В этом исследовании мы описали новый технологический процесс в чистых помещениях, который позволяет легко создавать такие многоуровневые иерархические трехмерные структуры на подложке. Это достигается за счет нанесения на подложку ультратонкого защитного слоя твердой маски из диоксида кремния, на который сначала наносится трехмерный рисунок с помощью нескольких этапов литографии. Затем этот трехмерный рисунок масштабируется по вертикали в 200–300 раз и переносится на подложку под ним посредством однократного этапа глубокого травления. Предложенный метод также легко охарактеризовать: с использованием особенностей различной топографии и размеров были количественно определены скорости и селективность травления; эта информация о характеристиках позже использовалась при изготовлении конкретных целевых структур. Кроме того, в этом исследовании новый метод переноса рисунка всесторонне сравнивается с уже существующими методами создания многоуровневых структур, такими как литография в оттенках серого и укладка чипов. Было обнаружено, что предложенный процесс дешевле, быстрее и его легче стандартизировать по сравнению с другими методами, что сделало весь процесс более надежным и повторяемым. Мы надеемся, что это будет стимулировать дополнительные исследования гибридных структур, которые являются ключом к значительному улучшению производительности нескольких микро-мезомасштабных устройств.

Достижения в области методов микро-нанообработки, основанных на литографии, произвели революцию в этой технологии во всем мире благодаря ее способности экономически эффективно производить массовое производство структур размером от менее 10 нм до миллиметровых размеров. Некоторые из этих структур включают электронные компоненты нанометрового масштаба, такие как полевые транзисторы, IGBT1, субмикронные элементы, такие как оптические волноводы2, линзы Френеля3, фотонные устройства4 и микронанофлюидные устройства5. Чуть более крупные микро (1–100 мкм) и мезо (0,1–1 мм) элементы еще более полезны в современных технологиях и нашли множество применений в микрофлюидике6, технологиях охлаждения7,8, исследованиях аккумуляторов9, сорбции-десорбции10, опреснении11 и катализе12. . Несмотря на повсеместное распространение, универсальность и незаменимость в качестве технологии микронанопроизводства, традиционная литография в чистых помещениях страдает от одного серьезного ограничения. Этот тип обработки может эффективно создавать только 2,5D или одноуровневые структуры (рис. 1a,b), но не может надежно создавать многоуровневые, гибридные, 3D иерархические структуры (структуры с более чем одним уровнем высоты или глубины, как показано на рисунке). на рис. 1в–д) глубиной более 1–5 мкм. С помощью обычного метода LELE (литотравление литотравлением) 2D-дизайн/узор (полный контроль над дизайном элементов в 2D) сначала литографически наносится на жертвенный слой маски [обычно это светочувствительный полимер, называемый фоторезистом (PR)] на вафле. Эта маска теперь используется в качестве защиты для травления открытой части рисунка на пластине. За один цикл «литографии + травление» весь дизайн может быть выгравирован только на одну определенную глубину, что приводит к созданию одноуровневой структуры. Традиционный процесс чистых помещений LELE обычно требует нескольких циклов последовательной «литографии + травления» для достижения желаемых многоуровневых структур (рис. 1f–i). Узкое место возникает из-за неудовлетворительного второго этапа литографии (рис. 1i) на пластинах, которые уже прошли один этап «литография + травление» и, таким образом, имеют вытравленные элементы (высота ≥ 5 мкм). Это становится серьезным производственным препятствием в то время, когда гибридные структуры являются ключом к значительному улучшению производительности существующих устройств. (Дополнительную информацию о пользе гибридных структур можно найти в разделе «Воздействие».)