Ученые из МТИ продемонстрировали самосборку микросхем

Ученые из МТИ продемонстрировали самосборку микросхем

Группа ученых из Массачусетского технологического института реализовала новый подход к самосборке микросхем на кремниевой подложке. Новая технология основана на использовании сополимеров, которые самостоятельно цепляются к размеченным на пластине направляющим. Ученые научились создавать из этих сополимерных молекул узоры, которые в перспективе можно использовать для создания полноценных микросхем с помощью более привычных методов литографии.

Традиционный способ фотолитографии, используемый в производстве интегрированных микросхем, не претерпевает кардинальных изменений вот уже 50 лет. На кремниевую подложку наносится многослойное покрытие из меди, кремния и других материалов, а сверху накладывается светотвердеющий материал (фоторезистивный слой). Чтобы создать из всего этого «бутерброда» набор связанных рабочих элементов, чип экспонируют в лучах ультрафиолета через специальную маску – на маске нанесена вся будущая схема. На тех местах, где лучи света проникли через маску, фоторезистивный слой твердеет, а остальные, не затвердевшие участки вымываются специальным раствором, обнажая подложку. Такой метод имеет существенное ограничение – из-за фундаментальных свойств света минимальный размер элементов на маске ограничен длиной волны.

Конечно, сейчас производители микросхем ищут новые способы производства, в том числе литографию с помощью электронных лучей, а не ультрафиолета. Электронный луч, хотя и дает гораздо лучшее разрешение, чем ультрафиолет, имеет одно неприятное для производителей свойство – экспонировать микросхему через маску можно только путем множества проходов – диаметр управляемого потока электронов очень мал. По сравнению с традиционной фотолитографией, где используются ультрафиолетовые лучи, электронная литография слишком дорога.

Несмотря на дороговизну электронной литографии, группа ученых из МТИ под руководством Кэролин Росс (Caroline Ross), профессора материаловедения, и Карла Берггрена (Karl Berggren), адъюнкт-профессора электротехники, нашла новое применение электронному лучу. Сначала на поверхность подложки наносятся так называемые направляющие – электронный луч позволяет проделывать своего рода бороздки. Затем на обработанную таким образом поверхность наносится сополимер – материал из двух видов молекулярных цепочек, сцепленных друг с другом. Сам профессор Берггрен сравнивает этот материал с гибридом спагетти и лапши. Свободные концы «спагетти» и «лапши» в сополимере в силу разных свойств стремятся занять разное положение на неоднородной поверхности, а сцепленные концы не дают им полностью отделиться друг от друга. Молекулы сополимера спонтанно цепляются к направляющим и образуют заданный рисунок.

Меняя соотношение разных видов молекулярных цепочек в сополимере, длину этих цепочек в исходном материале, а также форму и размещение направляющих на подложке, ученые смогли добиться предсказуемого формирования нужных рисунков. Дальше начинается процесс формирования маски для последующей литографии – на сформированный рисунок направляют поток плазмы (электрически заряженных молекул газа). Плазма сжигает один компонент сополимера, а другой компонент, содержащий кремний, затвердевает и превращается в стекло – так и получается маска с тончайшей детализацией. Не закрытые стеклянной маской участки поверхности вымываются раствором, как и в традиционных процессах.

Сейчас группа Росс и Берггрена подбирает нужный рисунок нанометровых направляющих, которые помогут создать первые прототипы микросхем по новой технологии. Кроме того, авторы исследования собираются еще уменьшить размер элементов, получаемых с помощью самосборки сополимерных цепочек.

Интересно, что ранее уже предпринимались попытки создать технологии самосборки литографической маски на подложке, но в прежних работах был необходим шаблон – этот шаблон в виде рисунка будущей микросхемы создавался путем химической модификации подложки, либо путем вырезания относительно крупных «зарубок». Группе Росс и Берггрена удалось отказаться от подобных шаблонов, так что возможный технологический процесс стал гораздо эффективней.

Результаты исследований и экспериментов группы Росс-Берггрена изложены в их статье «Complex self-assembled patterns using sparse commensurate templates with locally varying motifs» («Самосборка сложных рисунков с использованием разреженных пропорциональных шаблонов и локально-переменных образцов») в разделе нанотехнологий журнала Nature.

Софт@mail. ru