Представлен атомарно тонкий двумерный материал для жестких масок, используемых при производстве микросхем
Чтобы создать такие узоры, инженеры используют жесткую маску — тонкий прочный слой материала, который защищает выбранные участки, пока незащищенные участки вытравливаются.
«По мере уменьшения размеров чипов производственный процесс становится все более сложным, — говорит Саптарши Дас, профессор инженерных наук и механики в Университете штата Пенсильвания. — Маска, используемая для формирования этих узоров, должна выдерживать чрезвычайно жесткие условия обработки. Если маска испортится, узоры не удастся перенести с нее на чипы».
Международная группа исследователей в статье, опубликованной в Nature Materials, сообщает, что атомарно тонкий двумерный (2D) материал, оксихлорид хрома (CrOCl), значительно превосходит традиционные материалы для жестких масок, используемых при производстве микросхем.
«Отрасль действительно испытывает трудности с поиском нового материала для жестких масок, — говорит Дас, автор исследования. — По мере того как чипы становятся все меньше и имеют все более сложную трехмерную архитектуру для более быстрой и качественной электроники, нам нужны новые материалы для жестких масок, чтобы упростить производство чипов».
Он отметил, что производители полупроводников в основном полагаются на одни и те же материалы для изготовления масок, такие как диоксид кремния, нитрид кремния, оксид алюминия, хром, никель, нитрид титана и т. д. В процессе производства инженеры используют плазменное травление — метод, при котором с помощью химически активных газов в кремнии вырезаются глубокие и узкие элементы. В таких суровых условиях многие традиционные материалы для изготовления масок постепенно разрушаются.
По мнению исследователей, ответом на этот вопрос могут стать 2D-оксигалогениды металлов, такие как оксихлорид хрома и оксихлорид ниобия. Цзыхэн Чен, аспирант Пенсильванского университета, специализирующийся на инженерных науках и механике, и соавтор исследования, объяснил, что ключевую роль в этих преимуществах играет слоистая кристаллическая структура материала.
«Этот двумерный материал похож на лазанью», — сказал Чен. «Это послойная структура». Вместо прочных химических связей между слоями листы неплотно скреплены друг с другом. При воздействии плазмы материал образует то, что Чен назвал защитной поверхностью. «Когда плазма бомбардирует поверхность, она образует пассивирующий слой», — сказал он. «Этот слой становится химически инертным и защищает материал под ним от дальнейшей реакции».
В более плотном объемном состоянии эти материалы обладают интересными магнитными и электронными свойствами. Однако их потенциал в качестве ультратонких, устойчивых к воздействию плазмы масок для производства микросхем ранее не был раскрыт. Дас и его команда не только продемонстрировали это, но и обнаружили еще одно преимущество 2D-оксихлорида хрома перед традиционными жесткими масками: его можно наносить отдельно, а затем переносить на хрупкие материалы, такие как гибкий пластик или стекло, для использования в гибкой электронике или специализированных сенсорных платформах. Такая гибкость может расширить возможности производства устройств из нетрадиционных материалов, в том числе гибкой электроники или специализированных сенсорных платформ.
«Вы изготавливаете эту жесткую маску на жесткой подложке и можете перенести ее на что угодно, — говорит Дас. — Таким образом вы устраняете ограничение, присущее обычным жестким маскам».
Исследователи проверили, насколько устойчив оксихлорид хрома. После систематического сравнения с материалами, используемыми в промышленности, они обнаружили, что оксихлорид хрома обладает превосходной устойчивостью к фторной плазме — высокореактивному газу, который используется для создания узоров на кремниевых пластинах при производстве микросхем. Поскольку оксихлорид хрома разрушается гораздо медленнее в таких суровых условиях, он может служить эффективной маской при гораздо меньшей толщине, при этом позволяя производителям создавать глубокие и точные узоры.
Ученые также обнаружили еще один неожиданный эффект: вместо того чтобы становиться более шероховатой при многократном воздействии плазмы, поверхность материала становилась более гладкой. По словам Пранаврама Венкатрама, докторанта в области инженерных наук и механики в Университете штата Пенсильвания и соавтора исследования, гладкая поверхность — залог качества продукта. В обычных масках побочные продукты воздействия плазмы оседают неравномерно, вызывая то, что инженеры называют микромаскированием.
«При любой бомбардировке разные участки протравливаются с разной скоростью, что затрудняет создание четких вертикальных элементов, — говорит Венкатрам. — Однако при использовании оксихлорида хрома бомбардировка эффективно удаляет шероховатые участки, обнажая более гладкую поверхность под ними. Поскольку теперь у нас более гладкий слой, повторное осаждение побочных продуктов не происходит, оно не влияет на процесс травления и не приводит к микромаскированию».
В результате получаются более четкие, вертикальные структуры, что является важным требованием для современной 3D-интеграции чипов в более совершенную электронику, где плотно уложенные слои должны располагаться с точностью до нанометра, чтобы обеспечивать надежную работу.
Сообщение Представлен атомарно тонкий двумерный материал для жестких масок, используемых при производстве микросхем появились сначала на Время электроники.