Sərbəst iş №1 Nanotexnologiya və onun inkişaf prespektivləri

Sərbəst iş №7
Nanolitoqrafiya

Litoqrafiya mahiyyət etibarilə müstəvi çap üsuludur. Mikroelektronikada (ME) litoqrafiya dedikdə bir sıra foto– və fiziki–kimyəvi proseslər başa düşülür. Bu proseslər İS–in və nanoquruluşların elementlərinin topoloji şəklini laybalay formalaşdırmaq üçün istifadə edilir. ME–da istifadə olunan bütün litoqrafiya üsulları tranzistor quruluşlarının və elementlərarası birləşdirici xətlərin şəklinin alınmasına əsaslanır.

Məlumdur ki, təsvirin formalaşması zamanı optik sistemin ayırdetmə qabiliyyəti həlledici rol oynayır. Ayırdetmə qabiliyyəti dedikdə təsviri formalaşdıran cihazın bir–birinə maksimal dərəcədə yaxın olan iki nöqtəni ayrı–ayrı əks etdirmək qabiliyyəti başa düşülür. ayırdetmənin sərhəddi aşağıdakı kimi təyin edilir:

Burada D – optik sistemin apertura bucağı, f – fokus məsafəsi, λ –işığın dalğa uzunluğu, K₁ – Reley sabitidir. Göründüyü kimi, λ azaldıqda, həmçinin D artdıqda sistemin ayırdetmə qabiliyyəti artır.
Deyilənlərdən aydındır ki, inteqral sxemlərin elementlərinin ölçüləri əsasən litoqrafik proseslərlə müəyyən edilir. Bu texnologiya mikro– və nanoelektronikanın artan tələblərinə cavab vermək üçün daim inkişaf etdirilir. Nanometr diapazonda iki əsas yaxınlaşmadan istifadə edilir. Birinci yaxınlaşma öz başlanğıcını mikroelektron texnologiyasından götürür. Bura litiqrafiya üsulları daxildir. Işıqlanmanın alınma üsulundan və dalğa uzunluğundan asılı olaraq bu üsullar optik, rentgen və elektron-şüa, ion-şüa litoqrafiyası kimi qruplara ayrılır. Qeyd edək ki, məhz litoqrafiya proseslərinin texniki parametrləri, bu proseslərin məhsuldarlığı və iqtisadi səmərəliliyi ME məmulatlarının qiymətini təyin edir. Bu yaxınlaşma çərçivəsində işığın dalğa uzunluğunun azaldılması, rentgen şüalanmasının və elektron selinin tətbiqi 100 nm-dən kiçik ölçülü şəkillərin alınmasına şərait yaradır. Müasir ME istehsal sahələrində məhsuldarlığı yüksək, yəni ~100 (lövhə/saat) qədər olan stepper–skanerlər tətbiq edilir. Onlarda (0,2÷0,3) mkm dalğa uzunluqlu ultrabənövşəyi şüalanmadan istifadə edilir.
İkinci yaxınlaşma sırf nanotexnolojidir, çünki skaneedici zondun istifadəsinə əsaslanır ki, bu da yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik olub fərdi atomlar üzərində manipulyasiya etməyə imkan verir. Burada yalnız nanometr ölçülü şəkilləri yaratmaq üçün istifadə olunan litoqrafiyalar haqqında danışacağıq. Əvəlcə qısa olaraq inteqral mikrosxemlərin hazırlanmasında istifadə olunan fotolitoqrаfiyа prosesi haqqında məlumat verək.
Optik litoqrafiyada verilmiş relyef və ya topologiya işıq şüalarının köməyilə formalaşdırılır. Bu üsul İS yaradılmasının ilk üsulu olmuşdur. Hazırda o ifrat böyük İS (İBİS) yaradılması üçün əsas yüksək məhsuldarlıqlı üsuldur. Müasir optik litoqrafiyada λ=(0,2÷0,3) mkm olan ultrabənövşəyi şüalanma istifadə edilir. Işıq mənbəyi olaraq eksimer lazerlər və ya civə–ksenon lampalar istifadə edilir.
Standart civə–ksenon lampalar işıqlanan kiçik həcmli cisimdən 2000 Vt–a qədər gücü olan işıq şüalandırır. Fotolitoqrafiyada lampanın xətti spektrinin g–xətti (425,83 nm), h–xətti (404,65nm) və ya i–xətti (365,48nm) istifadə edilir. Bu xətlərin hər birində lampanın işıqlanmasının ümumi gücünün iki faizi cəmlənmişdir.
Eksimer lazerlərin işi eksimer molekullarda elektron keçidlərinə əsaslanır. Bu molekullar iki təsirsiz qaz və halogen atomlarından ibarətdir; onlar ancaq həyəcanlanmış halda birgə mövcud ola bilərlər. Ən çox KrF (248 nm), ArF (193 nm) və F (157 nm) eksimer molekullar tətbiq edilir. Bu molekullar əsasında lazerlər davam etmə müddəti (5÷20) nsan, tezliyi 4 kHs və gücü 50 Vt–a qədər olan impulslar şüalandıra bilir.
Fotorezist olaraq UB şüalanmaya həssas materiallar istifadə edilir. Belə fotorezistlər 100 mC/sm2 tərtibində həssaslığa malikdirlər. Bombardman prosesində şüalanmanın sıxlığı 200 mVt/sm2 qədər olmalıdır. Lazerlər belə gücə malik şüalanmanı tam təmin edə bilirlər.
SiO2 və yа metаlliк səth təbəqələri üzərində istənilən ölçülü pəncərələr аçmаğа imкаn verən əməliyyаtdır. İnteqrаl sхemlər istehsаlındа fotolitoqrаfiyаnın tətbiqi SiO2–nin diffuziyа prosesindəкi mаsкаlаyıcı təsirinə əsаslаnır. Аşqаrlаr silisium təbəqəsinə SiO2 oksid təbəqəsindən diffuziyа ilə кeçə bilmir. Diffuziyа аncаq pəncərələrdən, yəni SiO2 oksid təbəqəsi olmаyаn yerlərdən dахil olur. Bundаn bаşqа, fotolitoqrаfiyа prosesi metаllаşdırılmış təbəqələrdə birləşdirici аrаlıqlаrın şəкillərini də аlmаğа imкаn verir.
Fotolitoqrаfiyа prosesi аşаğıdакı аrdıcıllıqlа аpаrılır:
1) lövhənin təmizlənməsi və qurudulmаsı;
2) lövhənin üzərinə fotorezist çəкilməsi;
3) fotorezistin qurudulmа və bərкidilməsi;
4) fotoşаblonlаrın üst-üstə sаlınmаsı və işıqlаndırılmаsı;
5) əкsin foto аşкаrlаnmаsı;
6) nəzаrət;
7) fotorezistin qurudulmаsı və bərкidilməsi;
8) аşılаmа;
9) fotorezistin çıхаrılmаsı;
10) nəzаrət.
Yarımkeçirici cihazların elementlərinin nanoölçülü şəkillərini yaratmaq üçün elektron- şüa litoqrafiyası ən çox istifadə olunan metodlardan biridir. Bu metod yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik olmaqla yanaşı həm də kütləvi istehsal üçün əlverişli hesab olunur. Bu üsulda verilmiş relyef və ya topologiya elektron şüalarının köməyilə formalaşdırılır.
Məlumdur ki, elektron dalğasının uzunluğu de–Broyl ifadəsi ilə təyin edilir: λ=h/(mv). H–Plank sabiti, m–elektronun kütləsi, v–onun sürətidir.
Öz növbəsində elektronun sürəti U sürətləndirici gərginlikdən asılıdır: v=(2e/m)1/2. Hesablamalar göstərir ki, sürətləndirici gərginlik U=(20÷50) kV olduqda elektron dalğasının uzunluğu λ=0,01 nm qiymət alır. λ–ın bu qiymətində ayırdetmə nəzəri olaraq 0,1 nm–ə yaxın qiymət alır. Elmi tədqiqatlarda diametri 0,5 nm olan elektron şüasından istifadə etməklə eni 1,3 nm olan zolaq almaq mümkün olmuşdur.
Hazırda iki cür elektron litoqrafiya üsulundan istifadə edilir: şablonlardan istifadə etməklə proyeksiya üsulu və rezist təbəqəsini fokuslanmış elektron şüası ilə emal etməklə skaneducu üsul.
Birinci – proyeksiya üsulunda şablonun şəkli bütünlüklə birdəfəyə rezist təbəqəsinin üzərinə köçürülür. Bu üsulda şəklin ölçüləri saxlana və ya kiçildilə bilər. Bu üsulun nöqsanı elektronların səpilməsi nəticəsinda ayırdetmənin azalması, həmçinin düşən elektronların rezisti qızdırmasıdır. Bunlar isə şəklin təhrif olunmasına səbəb olur. Rezistin və altlığın qızma dərəcəsi şüa dəstəsinin ani gücündən, rezist və altlığın istilikkeçiriciliyindən asılıdır. Təhrifləri azaltmaq üçün elektronların dozasını və qızmanı azaltmaq lazımdır. Bu halda həssas rezistlərdən (1 mkKl/sm2) istifadə etmək zəruridir. Hazırda bu üsulla submikron ölçülü şəkillər almaq mümkün olmuşdur.
Elektron litoqrafiyanın ikinci üsulunda rezistin üzərinə fokuslanmış skanedici elektron şüası yönəldilir (şəkil 1). Bu üsulda istifadə edilən qurğu elektron mənbəyi olan vakuum kamerasından, sürətləndirici elektrodlar sistemindən, fokuslayıcı sistemdən, maqnit linzalarından, elektromexaniki stol və altlıq üzərinə salınan elektron şüa skanedici sistemdən ibarətdir.
Elektron mənbəyi olaraq volfram naqil, lantan heksaborid və s. götürülə bilər. sürətləndirici gərginlik (5÷10) keV olur.
Üzərində topologiya formalaşdırılan altlıq stolun üzərində yerləşdirilir və onun vəziyyətinə XY müstəvisində optik üsullarla nəzarət edilir. Elektron şüasının səth üzərində fokuslanması və skane edilməsi elektrostatik və elektromaqnit linzaların və deflektorların köməyilə aparılır. Bu linza və deflektorlar EHM–ı vasitəsilə idarə edilir.
Elektron şüa formalaşdırıcısı sistemi (1÷1,5) nm ölçülü nöqtəyə fokuslanmış, enerjisi (20÷100) keV olan elektron selinin yaranmasını təmin edir. Bu şüa rezist təbəqəsi ilə örtülmüş altlıq üzərinə skan edilir. Rezist kimi ən çox uzun zəncirlərə malik olan polimerdən- polimetilmetakrilatdan istifadə edilir. Elektron selinin təsirinə məruz qalan bu polimerlərdə zəncirlər bölünür və qısalır. Nəticədə onların həlledicilərdə həll olması asanlaşır.
PMMK-nın elektron şüalanmasına həssaslığı 5•10-4 Kl/sm2 , ayırdetmə qabiliyyəti 10 nm təşkil edir.
Səthin elektronlarla şüalandırılması iki üsulla aparıla bilər. Birinci üsulda şüa televiziya kineskopunda olduğu kimi sətirlər üzrə yerini dəyişir və topoloji şəklin elementlərinə uyğun nöqtələrdə qoşulur. Ikinci üsul daha məhsuldardır. Burada elektron şüası ancaq topoloji şəklin elementlərinə uyğun nöqtələrə yönəldilir və bir elementdən digərinə keçilən hissələrdə söndürülür.