способ создания наноструктур
Классы МПК: | H01L21/265 с внедрением ионов |
Автор(ы): | Овчинников Борис Михайлович, Овчинников Юрий Борисович |
Патентообладатель(и): | Овчинников Борис Михайлович, Овчинников Юрий Борисович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-10-02 публикация патента:
15.02.1994 |
Использование: технология микроэлектроники. Сущность изобретения: способ создания ионоструктур заключается в пропускании атомарного пучка через двумерную стоячую световую волну, создаваемую лазером. Атомарный пучок распределен на входе в световую волну на площади (/2)2 , центром которой является узловая линия. При движении в стоячей волне пучок сжимается за счет радиационной силы к узловой линии до размеров ионометров. Для получения эффекта сжатия направление движения атомов должно совпадать с направлением узловых линий световой волны с высокой степенью точности. Длину световой волны выбирают близкой к частоте радиационного перехода атома, а интенсивность световой волны выбирают близкой к частоте радиационного перехода атома. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОСТРУКТУР, включающий формирование пучка атомов, отличающийся тем, что атомный пучок пропускают через двумерную стоячую световую волну так, чтобы среднестатистическое направление движения атомов совпадало с направлением узловых линий волны и энергия движения атомов относительно этих линий не превышала величины= h (32 )1/3,
где 2 - радиационная ширина атомного перехода, с-1;
= -0 ,
- частота световой волны, рад/с;
0 - частота атомного перехода, рад/с,
причем частоту световой волны выбирают близкой к частоте радиационного перехода 0 между основным, или метастабильным, и некоторым возбужденным состоянием атома, а интенсивность I световой волны выбирают из условия
I/Iн ()2,
где Iн - интенсивность насыщения атомного перехода, м Вт/см2.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области изготовления электронных приборов, в том числе запоминающих устройств, СБИС и т. д. Способы световой и рентгеновской литографии обеспечивают получение структур с топологическими размерами до 0,25 мкм [1] . Известен способ прокалывания микроскопических углублений на поверхности кремниевой подложки, заключающийся в расположении вольфрамовой сверхтонкой иглы, на конце которой имеется всего один атом, в вакууме на расстоянии 0,5 нм от поверхности подложки с периодическим надавливанием иглы на различные участки поверхности, создающим углубления диаметром 10 нм и глубиной 0,6 нм. Развитием этого способа является подача на острие напряжения, приводящего к появлению тока с острия величиной до 108 А на 1 см2 при напряженности электрического поля до 106 В см-1 [2] . При этих условиях возможно нанесение с острия на поверхность отдельных атомов либо съем поверхности атомов различных элементов. Недостатком способа является его низкая производительность, трудность дозировки количества наносимых атомов. Известен способ электронно-лучевой литографии со сканированием, обладающий высоким пространственным разрешением, с помощью электронного микроскопа, обеспечивающего зонд диаметром 0,5 нм; при облучении галогенидов щелочных металлов получены структуры с минимальным размером 1,5 нм [3] . Недостатком этого способа является его низкая производительность. Прототипом изобретения является способ создания наноструктур с помощью ионных пучков [4] . В установке Национального центра с помощью фокусирующих магнитных линз получен пучок ионов Н+ с энергией 50 КэВ, расчетным диаметром 100 и плотностью тока 100 Асм-2. Использование ионных пучков обеспечивает существенные преимущества по сравнению с электронными за счет возможности получения лучшего пространственного разрешения и возможности создания наноструктуры путем непосредственного облучения ионами подложки без слоя резиста. Недостатком способа является его низкая производительность и недостаточное пространственное разрешение. Целью изобретения является улучшение пространственного разрешения, увеличение производительности способа и получение возможности нанесения не только заряженных, но и нейтральных атомов. Цель достигается тем, что атомный пучок пропускают через двумерную стоячую световую волну так, чтобы направление движения атомов совпадало с направлением узловых линий волны и энергия поперечного движения атомов относительно этих линий не превышала величины= 32 , где 2 - радиационная ширина атомного перехода;
= - o;
- частота световой волны;
o - частота атомного перехода;
- постоянная Планка. Для создания условий сжатия атомного пучка двумерной стоячей световой волной должны выполняться следующие условия. Частота световой волны выбирается близкой к частоте радиационного перехода o между основным, или метастабильным, и некоторым возбужденным состоянием атома. Интенсивность I световой волны должна удовлетворять соотношению I/Iн , где Iн - интенсивность насыщенного атомного перехода. На чертеже представлена схема устройства, используемого для осуществления способа. Устройство содержит лазер, систему зеркал, источник нейтральных или заряженных атомов, коллиматор 1 и подложку 2, на которой изготавливается структура. Формирование атомного пучка на первой ступени до лазерного сжатия осуществляется с помощью диафрагмы либо с помощью системы магнитных и электрических линз. Ограничение пучка диафрагмой пригодно для нейтральных и заряженных атомов. Фокусировка магнитными и электрическими линзами осуществляется в случае заряженных атомов. С помощью лазера и системы зеркал создают две стоячие ортогональные световые волны. В местах пересечения плоскостей узлов двух стоячих волн образуются узловые линии, используемые для сжатия атомных пучков. Одним концом эти линии касаются поверхности подложки. Атомы, испускаемые источником и коллимируемые экраном с отверстием либо фокусируемые магнитными и электрическими линзами, движутся по двумерной стоячей световой волне в направлении, совпадающем с направлением узловых линий волны. Атомный пучок, распределенный на входе в световую волну на площади (/2)2, центром которой является узловая линия, при движении в стоячей волне сжимается за счет радиационной силы к узловой линии до размеров нанометров. В сильной стоячей световой волне, частота которой отстроена от частоты атомного перехода o в сторону больших частот на величину = - o, на атом действует радиационная сила. Эта сила может быть разбита на три составляющие: градиентную силу, силу трения и диффузионную силу. Градиентная сила образует потенциал вида
U= ln1+, (1) где G = I/Iн - параметр насыщения атомного перехода, пропорциональный интенсивности поля I в стоячей световой волне. Минимумы этого потенциала совпадают с узловыми линиями стоячей волны. Под действием силы трения атомы с начальной энергией поперечного движения меньшей 0= 3 и однородно распределенные в пространстве с течение времени собираются вблизи минимума потенциала в области с поперечными размерами
2x0= , (2) где 0= ;
K= - волновой вектор излучения;
М - масса атома;
Go - значение параметра насыщения в максимуме стоячей световой волны. Существующие лазеры позволяют осуществлять эффективное механическое воздействие света, например, на такие ионы, как 7Li+, 9Be+, 24Mg+, 298Hg+ и нейтральные атомы Na, Cs, K, Ca. П р и м е р. В качестве примера рассмотрим сжатие пучка ионов 7Li+. Положим, что начальный пучок ионов имеет поперечный размер 0,2 мкм, плотность в пучке n = 109 ионовсм-3, среднюю продольную скорость v11 = 105 см/с-1 и угловую расходимость = 10-3 рад. При своем движении пучок влетает в двумерную плоскую стоячую световую волну и движется по одной из узловых линий этой волны. Частоту стоячей волны отстраивают на величину /(2) = 1600 Мгц по отношению к переходу 23SF= 23PF, которому соответствует длина волны = 5485 . Резонансное световое излучение имеет + -поляризацию, поэтому данный переход можно рассматривать как замкнутую двухуровневую схему. Диаметр каждого из двух лучей, образующих стоячую волну, равен D = 1 мм, а средняя мощность излучения каждого луча Р1бег = Р2бег = 0,8 Вт. Поскольку интенсивность насыщения данного перехода Iн 3 мВт/см-2, то параметр насыщения в пучностях волны Go = 16 Р1/ x xD2Iн 106. Используя формулу (2), получаем, что при прохождении по узловой линии стоячей волны атомный пучок 7Li+ сжимается в поперечном сечении до размера 2хо = 20 . Поток ионов на выходе из стоячей волны равен = nv(2x)2 = 2109 атомов/с-1. Одновременное использование многих узловых линий, образующихся при пересечении двух световых лучей стоячих волн, увеличивает производительность способа. Если в рассмотренном примере использовать пучок ионов или нейтральных атомов диаметром 1 мм, то при прохождении двумерной стоячей световой волны, имеющей 106 узловых линий на 1 мм2, атомный пучок разобьется на 106 отдельных пучков, каждый из которых на выходе из световой волны сжимается до размеров 20 . Таким образом, на подложке атомы создадут 106 напылений 20 . с расстояниями между ними /2 (2700 ). В процессе создания наноструктуры перемещается подложка относительно пучка с помощью пьезокристаллов, управляемых напряжением, с точностью 0,01 . При перемещении подложки на каждой площадке (2700 )2 может быть создана какая-либо структурная схема (всего 106 схем на 1 мм2). Использование для создания наноструктуры светового излучения лазера открывает возможность задавать абсолютные точности нанесения наноструктур до 0,01 , что необходимо при последовательном изготовлении схем. Экономический эффект от использования способа ожидается большим вследствие существенного улучшения характеристик создаваемых электронных устройств, в первую очередь - увеличения их быстродействия, надежности. Кроме того, скорость изготовления схемы по сравнению с известными пучковыми способами намного увеличивается. (56) Берски Д. Последние достижения технологии энергозависимых ЗУ: Электроника, N 9, 1990, с. 10. Новейшие экспериментальные исследования, направленные на повышение плотности упаковки запоминающих устройств: Электроника, N 6, 1990, с. 5. Вульф Э. Д. Исследования и разработки Национального центра исследований субмикронных структур: ТИИЭР, 71 (1983), с. 54. Там же, с. 75.
Класс H01L21/265 с внедрением ионов