Уменьшение размеров микрочипов делает устранение мельчайших дефектов структуры полупроводниковых структур критически важной задачей, стоимость которой зачастую превышает стоимость самого процесса травления. Ученые из Принстонского университета придумали технологию, позволяющую легко и просто избавиться от микроскопических и наноразмерных дефектов полупроводниковых схем.
Авторство нового метода устранения дефектов принадлежит профессору Стивену Чоу и его научной группе, уже принесшей ряд инноваций в мир микро- и наноэлектроники. В частности их лаборатория известна разработкой методов создания печатных электронных плат наноразмерного масштаба.
Часто дефекты вытравленных полупроводниковых структур сводятся к грубым краям фигур вместо прямых, тонких и строго рельефных. Это нарушает работу сложных интегральных схем - порой самым непредсказуемым образом. При создании наноразмерных структур подобные дефекты возникают вовсе не из-за недостатков методов травления, а из-за небольших флуктуаций свойств пучков электронов и фотонов, используемых для создания нанорельефа. Будучи незначительными в макромасштабах эти флуктуации становятся серьезной помехой в наномире.
Чоу предлагает вместо дальнейшего совершенствования методик создания литографических структур использовать существенно более дешевые методы устранения дефектов уже после нанесения рельефа на полупроводниковые поверхности. По сути, методика сводится к расплавлению поверхности чипа на мгновение, в ходе которого образовавшаяся жидкая фаза приобретает более правильную форму под действием естественных поверхностных сил, а затем мгновенно затвердевает.
Для расплавления поверхности Чоу предлагает использовать эксимерный лазер, прецизионное нагревание которого используется в очень тонких хирургических задачах, например операциях на зрительных органах. Настройка такого лазера позволяет нагревать до высоких температур лишь очень тонкий поверхностный слой полупроводников и металлических контактов микрочипов, причем расплавленная фаза в таких условиях существует лишь миллионную долю секунды, за которую силы поверхностного натяжения успевают придать расплаву необходимую форму.
Для того, чтобы расплавившаяся фаза не растеклась, Чоу использовал так называемую направляющую пластину – гладкую прозрачную поверхность – которую помещал поверх восстанавливаемой структуры. Оказалось, что при помещении этой пластины не в плотную к структуре травления, а немного выше восстановленные структуры получались даже более узкими и высокими, чем сразу после травления. Этот неожиданный эффект сулит еще большие перспективы методу восстановления дефектов полупроводниковых структур.
Главным же и принципиальным достоинством метода Чоу является его универсальная применимость ко всем типам дефектов одновременно: метод позволяет восстанавливать все дефекты на пластине единовременно не задумываясь ни о их форме ни о степени отклонения от идеальной формы. В ближайшем будущем Чоу планирует опробовать свою методику на промышленных образцах кремниевых пластин, после чего его изобретением должны вовсю начать пользоваться ведущие производители микросхем и микропроцессоров. Оно позволит использовать традиционные методики для создания микрочипов с сверхмалой размерностью единичного элемента, достичь которой ранее было просто невозможно.
На рисунке показан модельный образец структуры травления полупроводникового кремния до и после обработки по методу Чоу. Статья, описывающая инновацию вышла в последнем номере Nature Nanotecnology.
