Um novo hardmask

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12180 (2022) Cite este artigo

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Esta carta resolve um grande obstáculo que atrapalha a fabricação baseada em fotolitografia de estruturas de micro-mesoescala em silício. A fotolitografia convencional geralmente é realizada em superfícies de wafer lisas e planas para criar um design 2D e, posteriormente, gravá-lo para criar recursos de nível único. É, no entanto, incapaz de processar superfícies não planas ou wafers já gravados e criar mais de um nível na estrutura. Neste estudo, descrevemos um novo fluxo de processo baseado em sala limpa que permite a fácil criação de tais estruturas 3D hierárquicas de vários níveis em um substrato. Isso é obtido pela introdução de uma camada ultrafina de máscara rígida de dióxido de silício sacrificial no substrato, que é primeiro modelado em 3D por meio de várias rodadas de litografia. Esse padrão 3D é dimensionado verticalmente por um fator de 200 a 300 e transferido para o substrato por baixo por meio de uma etapa de gravação profunda de disparo único. O método proposto também é facilmente caracterizável - usando características de diferentes topografias e dimensões, as taxas de corrosão e seletividades foram quantificadas; esta informação de caracterização foi usada posteriormente durante a fabricação de estruturas alvo específicas. Além disso, este estudo compara de forma abrangente a nova técnica de transferência de padrão com métodos já existentes de criação de estruturas de vários níveis, como litografia em escala de cinza e empilhamento de chips. O processo proposto foi considerado mais barato, rápido e fácil de padronizar em comparação com outros métodos - isso tornou o processo geral mais confiável e repetível. Esperamos que isso encoraje mais pesquisas sobre estruturas híbridas que são a chave para melhorias drásticas de desempenho em vários dispositivos de micromesoescala.

Os avanços nas técnicas de processamento de micro-nano baseadas em litografia revolucionaram a tecnologia em todo o mundo por sua capacidade de produzir estruturas em massa com economia, desde a escala de comprimento abaixo de 10 nm até a escala milimétrica. Algumas dessas estruturas incluem componentes eletrônicos em escala nanométrica, como FETs, IGBTs1, recursos submicrométricos como guias de onda ópticos2, lentes Fresnel3, dispositivos fotônicos4 e dispositivos micronanofluídicos5. Os recursos de escala micro (1 a 100 μm) e meso (0,1 a 1 mm) ligeiramente maiores são ainda mais úteis na tecnologia moderna e têm inúmeras aplicações em microfluídica6, tecnologias de resfriamento7,8, pesquisa em baterias9, sorção-dessorção10, dessalinização11 e catálise12 . Embora onipresente, versátil e indispensável como técnica de fabricação micro-nano, a litografia convencional baseada em sala limpa sofre de uma grande limitação. Esse tipo de processamento pode criar com eficiência apenas estruturas 2,5D ou de nível único (Fig. 1a,b), mas é incapaz de criar estruturas hierárquicas 3D híbridas de vários níveis (estruturas com mais de um nível de altura ou profundidade, conforme mostrado na Fig. 1c–e) de profundidades superiores a 1–5 μm. Por meio da rota LELE convencional (Litho-Etch Litho-Etch), um design/padrão 2D (controle total disponível sobre o design do recurso em 2D) é primeiro colocado litograficamente em uma camada de máscara de sacrifício [geralmente, um polímero fotossensível chamado fotorresistente (PR)] na bolacha. Essa máscara agora é usada como proteção para gravar a parte exposta do desenho no wafer. Por meio de uma rodada de 'litografia + gravura', todo o design pode ser gravado em apenas uma profundidade específica, dando origem a uma estrutura de nível único. O processo convencional de sala limpa LELE normalmente exigiria várias rodadas de 'litografia + ataque' back-to-back para obter as estruturas de vários níveis desejadas (Fig. 1f-i). O gargalo surge devido à segunda rodada insatisfatória de litografia (Fig. 1i) em wafers que já passaram por uma rodada de 'litografia + corrosão' e, portanto, têm características gravadas (altura ≥ 5 μm) nelas. Isso representa um grande obstáculo de fabricação em uma época em que as estruturas híbridas são a chave para melhorias drásticas no desempenho dos dispositivos existentes. (Detalhes adicionais sobre a utilidade de estruturas híbridas podem ser encontrados na seção "Impacto".)