Yarı iletken endüstri Moore Yasasının sınırlarını zorlamaya devam ettikçe, daha küçük, daha hızlı ve daha enerji verimli cihazlara karşı sürekli olarak takip edilen nano-patterning, modern üretimdeki tüm özellikleri basit optik projeksiyondan sadece birkaç nanometreye kadar ölçeklendirme yeteneği - atomik boyuttaki hassaslıklarla ilgili yapılara dayalı olarak tanımlayabilme yeteneği, bu makale, tüm gelişmiş cihazlardaki yarı iletken yöntemlerin performanslarını ve bağlantılarını belirleme yeteneğinin, basit optik projeksiyondan gelişmiş fiziksel ve kimyasal süreçlerden evrime geçişini sağlar.

Nano-Patterning'e Giriş

Yarı iletken cihaz miniaturizasyon, 10 nm altında daha fazla işlevsellik elde etmek için temel ekonomik ve teknik bir ölçeklendirme mantığını takip eder: daha küçük transistörler daha hızlı değiştirir, daha az güç harcar ve daha fazla işlevsellik sağlar, daha kısa dalgalar veya tamamen yeni desenler 10 nm altında, geleneksel fotolizografi - bu, ışık üretebilen bir fotoğrafa sahip yapıların tüm tekniklerini içerir - temel fiziksel sınırlarda, 10 nm altında, daha küçük uzunlukta olan tüm tekniklere izin verir.

Aşırı miniaturizasyona giden sürücü de yeni zorluklar getiriyor: model sadakat, çizgiye sahip olmak, aşırılık, aşırılık, hata kontrolü ve her türlü hata için tek bir teknik değil, tüm cihaz tabakaları için her gereksinimi karşılar. yerine, yarı iletken üreticiler her eleştirel tabaka için en uygun yaklaşımı tercih eder - kapı kesime, üzerinden, ve metal çizgiye kadar.

Anahtar Nano-Patterning Teknikleri

Modern nano-patterning, araştırma ve üretimde kullanılan en etkili teknikleri ayrıntılı olarak özetleyebilir ve seri olarak aşırı hassas ve replikasyon yöntemleri oluşturabilir.The following section details the most effective techniques currently deploy in research and production.

Elektron Beam Lithography (EBL)

[FONT:0]Electron kiriş lithography[[Döntgen: 1) Bir direnç noktası ortaya çıkarmak için elektronların odak noktası olarak, doğrudan maske olmadan istenen desen yazılması. Çünkü, elektron sütununun büyüklüğü ile (10-100 keV) incelenen gerilimler altında, 5 nm altında özellikleri sınırlı değildir. Bunun yerine, EBL, direnç ve substratlar içinde elektronun içindeki elektronun optik parametreleri ile sınırlı bir şekilde elde edilir.

EBL'nin birincil avantajı, fotonik kristalleri, kuantum dotları ve tek parçalı transistörler gibi özel cihazların üretimidir. Ancak, EBL doğal olarak seri: tüm hafızalarda 300 mm wafer, fotolitografi için maskeler ve yüksek hacimli üretim için ticari olarak engelleyici bir şekilde çalışır.

Uygulamada, EBL, yüksek ultraviyole (EUV) ve derin ultraviyole (DUV) lithografide kullanılan fotomasajlar üretmek için vazgeçilmezdir.[Uygunda 1 nm’den daha fazla bilgi için geçerlidir.)

Nanoimprint Lithography (NIL)

[FONT:0]Nanoimprint lithography[[Dönemli bir yaklaşıma sahip: ışık veya parçacıkları ile yazmak yerine, fiziksel olarak ön ayaklanmış bir kalıbı (parçalıştan veya füzyon silik) UV ışığıyla ısınan veya tedavi edilebilir bir direnç katmanına basın.

NIL, sadece EBL. özelliklerini kullanarak yapılabilecek kalıp üretimi ile sınırlı bir karar sunuyor.Scre tam bir basamak gösterilmiş gibi küçük olan Özellikler, tel kutupizerleri gibi uygulamalar için doğal olarak yüksek kodlu bir medyaya transfer edilir ve birden çok damgalı ve entegre fotoğraf makinesi gibi ekipmanlar, saatte düzinelerce wafers teknolojisini kullanarak çalışır.

Bu avantajlarına rağmen, NIL, hataları kontrol ve aşırı doğrulukta zorluklarla karşı karşıyadır. Pişmanlar arasında sıkışıp kalmış ve NILon gibi mekanik temaslar, yarı-sınıflama için gerekli olan temizlemeler hakkında endişeler yaratır.For front-end-of-line (FEOL) transistör tabakaları için, defektörleri 3DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

Extreme Ultraviolet Lithography (EUV)

[FONT:0)Extreme ultraviyole litografi[[Dönetici: 0,3) 13.5 nm bir dalga boyunda ışık kullanıyor, bir plazmayı tinseklerden üretti. Kısa ekranlı ayna kaplamaları, olayı ilk nesilde 13 nm'ye kadar yansıtmakta olan desenlerin projeksiyonunu sağlar (NA 0.33) ve yüksek çözünürlükte sub-8 nm (0.55) optikler şimdi dağıtılıyor.

EUV şu anda gelişmiş mantıktaki en kritik tabakalar için ana yer (örneğin, 5 nm ve 3 nm düğümleri) ve DRAM ve NAND flaşında temel adımlar için, kararın tek bir şekilde gerçekleşmesi için (daha fazla uzun süre maske ve süreç adımlarını azaltmak) önemli maliyetle karşılaştırıldığında, bu düğümlerdeki önemli miktarlardaki farklar için çok düşük maliyetlidir.

Yüksek-NA EUV, 0,55'in sayısal bir aperture of 0.55 ve anamorfik optik sistemi içeren, 8 nm altında tek bir fuar çözümü genişletecektir. 2025-2026 civarında yüksek hacimli üretim için planlanmıştır.

Block Copolimer Self-Assembly ve Yönetmen Self-Assembly (DSA)

[FONT:0)Block copolimer öz-assembly, Immiscible polimer bloklarının faz ayrılmasını kullanır - entip olarak polistyrene-b-poly methacrylate (PS-b-PMMA) - 5 nm ve alt yüzeydeki 3 nm üzerinde bir karar limiti ortadan kaldırırken, kopolimer spontane olarak lamellae, silindirler veya s global dots.

[DSA)[0] [DSA)[DÜye Olmayan Rehberlik Yapıları (profesyonel lithografi ile birlikte) blok kopolimerik düzene ulaşmak için iletişim delikler ve uzun vadeli siparişler için cazip bir montaj. kılavuz modeli, NAND hafıza hücrelerinin yerleştirilmesini ve yönünü belirler, 2017'de, DSA3 ile bir araya gelen 7 nm hattını kullanarak yapılan bir konsorsiyumun oluşumuna olanak sağlar.

Ancak, DSA, desen kusurlarından yüksek hatalardan muzdariptir (bunun, çizgi molaları) ve yarı iletken yol haritasının dikkatli kontrolü gerektirir.Yenileyici yüksek blok tıkanıklığı (en güçlü etkileşim parametreleri ile) araştırmada doğrulanmış olmasına rağmen, daha iyi bir baskı ile daha iyi üretim henüz geliştirilmemiştir.

Avantajları ve Challenges of each Technique

Doğru nano-patterning yöntemi seçmek, karar vermek, ikna etmek, malumluk ve olgunluk gerektirir. Aşağıdaki tablo, temel ticaret-offları özetliyor (note: bu HTML-sadece formata uymanın bir metinsel açıklaması).

Electron kiriş lithography en yüksek çözünürlük (<5 nm) ve esneklik, maske yapımı ve R&D için ideal, ancak seri doğası çok düşük transkript (saatler başına), yüksek maliyetle doğrudan yazılabilir hale getirmek, özellikle de çok fazla-beam araçları pahalı kalır.

[FONT:0]Nanoimprint lithography[Dönetici: 0,8 $ 1) ve 5 nm'ye ABV'den daha düşük maliyetle karşı çıkmak için karar vermek, ana zayıflığı parçacıklardan ve zayıf aşırılıktan kaynaklanıyor (tipik olarak >5 nm), hangi hataların sınırlı olduğunu daha az eleştirel tabakalara veya uygulamalarla sınırlandırır.

[FONT:0)Extreme ultraviyole litografi[DÜT:1)) Dönemde kritik tabakalar için şampiyondur, 13 nm yarı-pitch'e karar vermek ve 8 nm'yi yüksek-NA ile genişletmek.Sovma hacmini karşılamak için geçerlidir (150-200 wafers per hour), ancak araç maliyeti ve yükleme altyapısı şaşırtıcıdır.

[FONT:0)Block copolimer öz-assembly / DSA[[DÜT:1], alt-5 nm çözümü için son derece düşük maliyetle (seçmişler için) bir araştırma konusu olduğunda, en büyük bariyer hata kontrolüdir: tek bir yanlış konumlanmış bir silindir veya bir lamella'da kırılabilir bir cihaz.

Metroloji ve Proses Nano-Patterning için Kontrol

Özellikler küçüldüğü gibi, onları ölçme ve inceleme yeteneği, kendi başına modelleme olarak kritik hale gelir. nanometer ölçeklerdeki Metroloji, alt tomografi ile araçları gerektirir ve üretim ile hız tutma yeteneğidir. E-SEM) elektron mikroskobu (CD-SEM) doğrusal olmayan bir boyuta göre hızlanır.

Defect inceleme, hata büyüklüğü optik araçların tespit limitine yaklaşırken daha zor hale gelir. Elektron kirişi denetimi (EBI) nano ölçekli hataları yakalamakta, ancak tam bir wafer taraması için çok yavaştır; son yıllarda, hesaplamalı metroloji - makine öğrenimi fiziksel modeller ile öğrenme - bu yaklaşımın hızını ve doğruluğunu arttırmaktadır[TFLT)

İnternal Üretime Entegrasyon

Nano-patterning teknikleri izolasyonda kullanılmamaktadır; sürekli olarak genel üretim akışına entegre edilmelidir, ki bu da daha az kritik tabakaları maliyetle karşı karşıya kalmaya devam eder.Örneğin, ABV lithography plazma etching yoluyla altta bir maskeye aktarılmalıdır, ki, immersion DUVyografi (193 nm) daha zorlanmış maddelere karşı dirençlidir.

Kendi kendine özgü çift desenli (SADP) ve öz kendini kınayan dörtlü (SAQP) aşağıdaki perdeler için gerekli kalır. Bu süreçler tek bir lithografi ve etching kontrolü. Örneğin, 193 nm immersion tarayıcı 80 nm perdeyi yazdırabilir; SADP her bir nm altında 10 nm ve SAQP daha fazla yarı yarıya itebilir.

Bir başka entegrasyon meydan okuması aşırıdır: Her başarıcı lithografi tabakası, minimum özellik büyüklüğün küçük bir kısmında önceki katmanlara uyum sağlaması gerekir. Gelişmiş tarayıcılar, ABV için 2 nm'den daha az sayıda uygulama için sofistike metroloji ve inter-tip geri bildirimlerini kullanır, ancak en sıkı kapı katmanları için değil.

Gelişen ve Hibrit Yaklaşımlar

Mevcut nano-patterning yeteneklerini genişletmek için birkaç gelişmekte olan teknoloji söz konusu.ETHFLT:0)Scanning probe lithography) (SPL) bir atomik kuvvet (veya benzer) ve yerel olarak bıçak onarımı veya değiştirme yeteneğinin (örneğin, İsviçreLitho) yüzeyin ısıtılması ile 10 nm'ye kadar özelliklerini yazabiliyor.

[FONT:0]Laser doğrudan yazı[[Dönetici:0)[Dönetici:0)Laser, yarı iletken olmayan, fotoresistlerde iki foton absorpsiyon polimerizasyonu, alt-100 nm üç boyutlu yapılara sahip. Mikro-optik cihazlar ve fotonik cihazlar için henüz yarı iletken olmayan üretim için değil.

DSA, nano-konomik cihazlar veya kuantum parçaları oluşturmak için bir sparse EBL modeli tarafından değiştirilebilir. veya EUV ve DSA'nın bir kombinasyonu daha iyi bir hata kontrolü ile subpolimer hatlarına sahip subpolimer hatlarına eklenerek, yarı iletken nanoparçacık cihazlar için kendi parçalı nanoparçacıklı nanoparçacıklar için de uygulanabilir.

Future Yol ve Scaling Roadmap

Uluslararası Motorlar ve Sistemler (IRDS) projeleri için, transistörlerin fiziksel kapısı uzunluğu 2030 yılına kadar 10 nm'ye kadar küçültülecektir, alt 7 nm'de desenli kapasite gerektiren. Yüksek-NA EUV, önümüzdeki iki ila üç düğümü kapsamak üzere bekleniyor, ancak bu çözümlerin ötesinde, alternatif olarak devre dışı bırakılabilir.

Başka bir umut verici yön şu:0) Daha karmaşık nanoyapıların bir araya gelmesiyle (Dönetici) DNA veyaigami kullanarak veya atom tabakasının konsensülmesi için temelleştirilmiş proteinler kullanılarak, bu biyomimetik yaklaşımlar daha atomik hassaslığa ulaşabilir.Son olarak, endüstri bir başka yerden kaçınarak atomik tabakanın bazı kritik aşamalara ihtiyaç duyduğu daha fazla “yüzlü süreçlere” doğru değişebilir.

Sonuçta, ölçeklendirme ekonomisi, yeni bir tekniğin benimsenmesini belirleyecektir. Eğer transistör başına maliyet düşerse, o zaman yeni teknolojiler dahil edilecektir. Ancak, desenli araçların ve tesislerin maliyeti yasaklanırsa, endüstri, tasarıma karşı en az maliyetli çözümlere doğru önemli olabilir (CFET), wafer-scale entegrasyonu veya agresif bir şekilde performans geliştirmesine izin veren yeni malzemeler. Nano-pattering topluluğu her iki senaryo için de hazırlanıyorsa, araçların da miniaturizasyon için hıza devam etmesini sağlayabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Nano-patterning teknikleri, dijital çağın en iyi çözümleridir; nanoimprint lithography, transistörleri, anıları ve süper bilgisayarlardan gelen her şeyi güçle ilişkilendirir; Elektron kirişi kendi kendine benzeyen, alt 5 nm özelliklerini daha düşük maliyetle ortaya çıkarır; daha fazla ultraviyole litometrik olmayan yöntemlerin üstesinden gelmek için daha verimli olan çalışma yöntemlerin ötesinde, en kritik tabakaları sağlamak için çalışır.