纳米压印技术:32纳米光刻之选?

摘要  设想一下,如果能够一步实现低介电常数绝缘材料的双大马士革结构(包括通孔和金属导线槽),就能减少123步的工艺步骤。这就是纳米压印技术所能够带来的惊人之处。此外,这项技术成本低廉、潜力无限。   纳米压印光刻技术(NIL)是一项确实可行的技术,它已经在数据存储、生命科学、MEMS、生物芯片以及光学和光子器件的制造领域大展拳脚,并具有举足轻重的作用。这项技术性能可靠,表现优良而且成本低廉。举例来说,一家名为NanoOpto的公司就正使用纳米压印光刻技术制造各种光学元件,包括在DVD和CD播放器中用于调节光信号的波基板。纳米压印光刻技术的独到之处在于它可以实现超乎想象的细小图形。在伊利诺斯州大学,研究人员使用纳米压印光刻技术和碳纳米管技术制造纳米级别的图形器件。“现在,我们能够可靠的制造2纳米的图形,甚至可以延伸到1纳米,” 伊利诺斯州大学材料科学与工程系教授John Rogers说:“这个级别的图形尺寸和单个的大分子相差无几。”图1说明了纳米压印技术在半导体领域的表现:使用紫外(UV) 纳米压印光刻技术制造finFET晶体管。在19纳米的鳍型结构上,栅电极的
对准精度在20纳米以内。


  在实现32纳米甚至更细小的器件时,纳米压印光刻技术是否能够取代极紫外光刻技术(EUV),这是摆在半导体产业面前的现实问题。全世界成千上万的科学家正在为此而奋斗。日新月异的研究成果表明这并非痴人说梦,但还必须说服芯片制造商,使他们相信这项技术确实大有可为。由于这项技术与众不同,这也难怪人们对它疑惑重重,尽管研发资金并不充裕,纳米压印光刻技术仍然创造了许多奇迹。“如果把业界为研发下一代光刻技术花费资金的10%投资给我的话,我们将给你一台能够满足需求的纳米压印光刻设备”, EV Group副总裁Steve Dwyer说。

  能够让半导体产业摆脱传统思维方式束缚的方法是提出一套全新的理念。如果仅仅需要进行一些研发,其结果会使后道互连图形工艺节省100多步操作,那情况将会怎样?答案就是 ——这会带来巨大的产能提升、并且使成本进一步的降低。也就是说,这项突破性的技术将使业界持续向前发展。在几乎没有限制的分辨率、低廉的成本和易于集成整合等让业界无法拒绝的诱惑面前,那些需要克服的难题显得不那么令人畏惧了。(表1)


  操作方案是 — 使用多层纳米压印光刻技术取代传统光刻技术,一步操作实现双大马士革结构(包括通孔和金属导线槽)的制造。实现上述方案的前提是压印光刻技术使用的材料满足绝缘材料的需求(如低介电常数绝缘材料等)。今天的集成电路通常有八层甚至更多层的互连金属,这就意味着采用这种技术能够极大的节约工艺时间和降低生产成本。而且,使用多层纳米压印光刻技术能够避免现今大马士革制造工艺中的诸多难题。其原因是使用一次光刻形成两层图形,这避免了以往第二层光刻受到第一层图形形貌的影响。此外,由于多层纳米压印光刻技术可以忠实的再现原先的设计,因此在制作掩膜版的过程中就已经决定了通孔和金属导线层之间的套准表现,这也就意味着对准问题不再成为妨碍互连技术发展的障碍。

  不久之后,一个主要的问题就会摆在你的面前:新一代的光敏材料既要具备绝缘材料的电学特性,又必须能够经受刻蚀的损伤。设想引入一种新的绝缘材料,它需要紫外线和热固化工艺,而且在特定的条件下它还可以发生更为惊人的变化,这对于半导体产业来说是难以想象的。

  此外,为了满足工艺的需求,一套完整的纳米压印光刻技术将需要多层掩膜版,由于这项技术是等比例图形传递,这意味着这套多层掩膜版的图形的几何尺寸将会非常细小,但是现在制版商仍然在为实现符合规范的单层掩膜版而苦苦挣扎。所幸的是,在大多数情况下,双大马士革结构的尺寸还是比较大的,也就是说,商业制版商能够制造和测试纳米压印光刻技术使用的三维结构掩膜版。而对于两维结构掩膜版而言,根据 Molecular Imprints Inc.公司的介绍,目前商业制版商的高分辨率电子束成像装置能够制造32纳米半节距图形,并有希望进一步向下延伸至22纳米。
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  • linjunespn (2010-11-24 17:13:44)

    谢谢分享  多多学习。