發(fā)布時(shí)間：2019-05-15 04:09

【摘要】：隨著微電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,硅技術(shù)時(shí)代的半導(dǎo)體制備工藝種類(lèi)越來(lái)越多。圖形轉(zhuǎn)移是微納制造的最主要核心,納米壓印工藝相比傳統(tǒng)光刻工藝避免了在小尺寸應(yīng)用上的曝光波長(zhǎng)衍射的限制,并具有工藝簡(jiǎn)單、分辨率高、低成本和高產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn),自被提出以來(lái)而備受關(guān)注并得到蓬勃發(fā)展,成為國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖多年來(lái)一直推薦的半導(dǎo)體圖形轉(zhuǎn)移支撐技術(shù)之一,目前已應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的微納結(jié)構(gòu)圖形制造。納米壓印工藝根據(jù)使用的掩模板、介質(zhì)流體、施壓方式等不同有很多分類(lèi)方式。金屬直接壓印不需要刻蝕溶脫和金屬再淀積的繁瑣工藝,用于金屬微納圖形的制備具有顯著的優(yōu)勢(shì)。目前金屬直接壓印技術(shù)主要可分為三種,對(duì)于不同工藝需求各有優(yōu)缺點(diǎn)。金屬納米粒子假塑性流體納米壓印是一種新發(fā)展工藝,具有壓印時(shí)間短、掩模板圖案間隙填充度高、壓印圖形線條無(wú)氣泡等優(yōu)點(diǎn)。脫模工藝是納米壓印流程中關(guān)鍵的一步,由于金屬納米粒子假塑性流體具有剪切變稀的性質(zhì),脫模過(guò)程中壓印微結(jié)構(gòu)圖形頂部存在坍塌的可能,并通過(guò)軟件仿真證實(shí)了這一推論。微結(jié)構(gòu)體坍塌將嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)移圖形的保真度甚至分辨率,具有極大的危害。通過(guò)脫模完成瞬間微結(jié)構(gòu)圖形受力分析,得出微結(jié)構(gòu)體不坍塌的臨界粘度,當(dāng)微結(jié)構(gòu)體粘度小于臨界粘度時(shí)微結(jié)構(gòu)體將坍塌。而影響臨界粘度的參數(shù)有金屬納米粒子假塑性流體的稠度系數(shù)、流變指數(shù)和表面張力系數(shù),臨界粘度隨稠度系數(shù)、流變指數(shù)的增加而增加,隨表面張力系數(shù)的增加而減小。由于金屬納米粒子假塑性流體的粘度在脫模過(guò)程中是由大變小,臨界粘度越小微結(jié)構(gòu)體越不容易坍塌。另外脫模速度越大,坍塌體粘度變小的程度越大。因此為使微結(jié)構(gòu)體不坍塌應(yīng)采用小稠度系數(shù)、小流變指數(shù)和大表面張力系數(shù)的金屬納米粒子假塑性流體,并降低脫模速度。除了介質(zhì)流體,掩模板是納米壓印工藝中影響轉(zhuǎn)移圖形形貌的另一關(guān)鍵因素。但由于制備掩模板材質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性和工藝局限,出現(xiàn)一些掩模板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如梯形、倒梯形、鋸齒形間隙結(jié)構(gòu)。通過(guò)分析納米壓印工藝的初始?jí)簭?qiáng)、壓印速度及掩模板圖案間隙填充度,得知初始?jí)簭?qiáng)與掩模板側(cè)壁傾斜角度α和掩模板底部間隙的周長(zhǎng)面積比成正比;而壓印速度隨α的增大而增大,隨掩模板的深寬比的增大而減小;掩模板圖案間隙填充高度與掩模板對(duì)準(zhǔn)時(shí)所處環(huán)境的氣體壓強(qiáng)及掩模板圖案間隙體積大小相關(guān)。通過(guò)軟件仿真假塑性流體對(duì)拓?fù)溲谀０褰Y(jié)構(gòu)間隙的填充過(guò)程,并與理想掩模板作對(duì)比得知梯形掩模板結(jié)構(gòu)下的假塑性流體粘度變化梯度最利于掩模板圖案間隙的填充而較易實(shí)現(xiàn)理想微納結(jié)構(gòu)圖形的轉(zhuǎn)化,而倒梯形掩模板結(jié)構(gòu)壓印的圖形效果最差。
[Abstract]:With the continuous expansion of the application field of microelectronics technology, there are more and more kinds of semiconductor preparation processes in the era of silicon technology. Graphic transfer is the most important core of micro-nano manufacturing. Compared with the traditional lithography process, nano-imprinting process avoids the limitation of exposure wavelength diffraction in small size applications, and has the advantages of simple process, high resolution, low cost and high yield. Since it was put forward, it has attracted much attention and has been vigorously developed, and has become one of the semiconductor graphics transfer support technologies recommended by the international semiconductor technology blueprint for many years. It has been used in micro-nano structure graphics manufacturing in various fields. There are many classification methods according to the mask, medium fluid, pressure mode and so on. Metal direct imprinting does not need the tedious process of etch dissolution and metal re-deposition, so it has remarkable advantages in the preparation of metal micro-nano graphics. At present, metal direct imprinting technology can be divided into three kinds, which have their own advantages and disadvantages for different process requirements. Metal nanoparticles pseudo-plastic fluid nano-imprinting is a new development technology, which has the advantages of short imprinting time, high filling degree of mask pattern gap, no bubbles in imprint graphic lines and so on. Demoulding process is a key step in the process of nano-imprinting. Because the pseudoplastic fluid of metal nanoparticles has the property of shear thinning, it is possible that the top of imprint microstructure may collapse in the process of demoulding. This inference is confirmed by software simulation. The collapse of microstructure will seriously affect the fidelity and even resolution of the transfer pattern, which is of great harm. Through the stress analysis of the instantaneous microstructure figure, it is concluded that the critical viscosity of the microstructure does not collapse, and when the viscosity of the microstructure is less than the critical viscosity, the microstructure will collapse. The parameters affecting the critical viscosity are the consistency coefficient, the flow index and the surface tension coefficient of the pseudoplastic fluid of metal nanoparticles. The critical viscosity increases with the increase of the consistency coefficient and the flow index, and decreases with the increase of the surface tension coefficient. Because the viscosity of metal nanoparticles pseudo-plastic fluid changes from large to small in the process of demoulding, the smaller the critical viscosity is, the less likely the microstructure is to collapse. In addition, the higher the demoulding speed, the greater the viscosity of the collapse becomes smaller. Therefore, in order to make the microstructure not collapse, the pseudo-plastic fluid of metal nanoparticles with small consistency coefficient, small flow index and large surface tension coefficient should be used, and the demoulding speed should be reduced. In addition to dielectric fluid, mask is another key factor affecting the morphology of transfer pattern in nano-imprint process. However, due to the structural characteristics and process limitations of mask materials, there are some mask topologies, such as ladder, inverted ladder and sawtooth gap structure. By analyzing the initial pressure, imprint speed and filling degree of mask pattern gap, it is found that the initial pressure is proportional to the inclination angle 偽 of the side wall of the mask and the perimeter area ratio of the gap at the bottom of the mask. However, the imprinting speed increases with the increase of 偽 and decreases with the increase of the aspect ratio of the mask, and the filling height of the mask pattern gap is related to the gas pressure of the mask to the punctual environment and the volume of the mask pattern gap. The filling process of topological mask structure gap by pseudo-plastic fluid is simulated by software. Compared with the ideal mask, it is found that the variation gradient of pseudoplastic fluid viscosity under the ladder mask structure is most beneficial to the filling of the pattern gap of the mask, and it is easier to realize the transformation of the ideal micro-nano structure figure. However, the graphic effect of inverted ladder mask structure imprint is the worst.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN305

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本文編號(hào)：2477302