Группа ученых из Массачусетского технологического института
реализовала новый подход к самосборке микросхем на кремниевой подложке. Новая
технология основана на использовании со-полимеров, которые самостоятельно
цепляются к размеченным на пластине направляющим. Ученые научились создавать из
этих со-полимерных молекул узоры, которые в перспективе можно использовать для
создания полноценных микросхем с помощью более привычных методов литографии.
Традиционный способ фотолитографии, используемый в
производстве интегрированных микросхем, не претерпевает кардинальных изменений
вот уже 50 лет. На кремниевую подложку наносится многослойное покрытие из меди,
кремния и других материалов, а сверху накладывается светотвердеющий материал
(фоторезистивный слой). Чтобы создать из всего этого «бутерброда» набор
связанных рабочих элементов, чип экспонируют в лучах ультрафиолета через
специальную маску – на маске нанесена вся будущая схема. На тех местах, где
лучи света проникли через маску, фоторезистивный слой твердеет, а остальные, не
затвердевшие участки вымываются специальным раствором, обнажая подложку. Такой
метод имеет существенное ограничение – из-за фундаментальных свойств света
минимальный размер элементов на маске ограничен длиной волны.
Конечно, сейчас производители микросхем ищут новые способы
производства, в том числе литографию с помощью электронных
лучей, а не ультрафиолета. Электронный луч, хотя и дает гораздо лучшее разрешение, чем
ультрафиолет, имеет одно неприятное для производителей свойство – экспонировать
микросхему через маску можно только путем множества проходов – диаметр
управляемого потока электронов очень мал. По сравнению с традиционной
фотолитографией, где используются ультрафиолетовые лучи, электронная литография
слишком дорога.
Несмотря на дороговизну электронной литографии, группа ученых
из МТИ под руководством Кэролин Росс (Caroline Ross), профессора
материаловедения, и Карла Берггрена (Karl Berggren), адъюнкт-профессора
электротехники, нашла новоe применение электронному лучу. Сначала на
поверхность подложки наносятся так называемые направляющие – электронный луч
позволяет проделывать своего рода бороздки. Затем на обработанную таким образом
поверхность наносится со-полимер – материал из двух видов молекулярных цепочек,
сцепленных друг с другом. Сам профессор Берггрен сравнивает этот материал с
гибридом спагетти и лапши. Свободные концы «спагетти» и «лапши» в сополимере в
силу разных свойств стремятся занять разное положение на неоднородной
поверхности, а сцепленные концы не дают им полностью отделиться друг от друга.
Молекулы сополимера спонтанно цепляются к направляющим и образуют заданный
рисунок.
Меняя соотношение разных видов молекулярных цепочек в сополимере,
длину этих цепочек в исходном материале, а также форму и размещение
направляющих на подложке, ученые смогли добиться предсказуемого формирования
нужных рисунков. Дальше начинается процесс формирования маски для последующей
литографии – на сформированный рисунок направляют поток плазмы (электрически
заряженных молекул газа). Плазма сжигает один компонент сополимера, а другой
компонент, содержащий кремний, затвердевает и превращается в стекло – так и
получается маска с тончайшей детализацией. Не закрытые стеклянной маской
участки поверхности вымываются раствором, как и в традиционных процессах.
Сейчас группа Росс и Берггрена подбирает нужный рисунок
нанометровых направляющих, которые помогут создать первые прототипы микросхем
по новой технологии. Кроме того, авторы исследования собираются еще уменьшить
размер элементов, получаемых с помощью самосборки сополимерных цепочек.
Интересно, что ранее уже предпринимались попытки создать
технологии самосборки литографической маски на подложке, но в прежних работах
был необходим шаблон – этот шаблон в виде рисунка будущей микросхемы создавался
путем химической модификации подложки, либо путем вырезания относительно
крупных «зарубок». Группе Росс и Берггрена удалось отказаться от подобных
шаблонов, так что возможный технологический процесс стал гораздо эффективней.
Результаты исследований и экспериментов группы
Росс-Берггрена изложены в их статье «Complex self-assembled patterns using sparse
commensurate templates with locally varying motifs» («Самосборка сложных
рисунков с использованием разреженных пропорциональных шаблонов и
локально-переменных образцов») в разделе нанотехнологий журнала Nature.
По материалам сайта GizMag.
|
