Печатать микросхемы теперь можно всухую

Упростить производство микросхем можно с помощью так называемой сухой нанолитографии - утверждают физики из Санкт-Петербурга, провести исследование которым помогли РАН, Министерство науки и образования и грант INTAS (проект № 2136).

В применении к нанолитографии слова "мокрая" и "грязная" - это скорее не эпитеты, а термины. Впрочем, уже в самое ближайшее время она, возможно, будет сухой, а главное - чистой. Способ придумали питерские физики, сотрудники Физико-технического института РАН имени Иоффе. В основе метода - новые свойства фуллеренов, обнаруженные учеными. И возможность использовать их в нанолитографии.

Атомы углерода, помимо широко известных структур алмаза и графита, умеют выстраиваться еще и в полые шарики из нескольких десятков атомов, так называемые фуллерены. Фуллерены - давно не экзотика, и некоторые из них получают уже десятками и сотнями килограммов.

Если на какую-нибудь поверхность напылить слой фуллеренов, получится так называемый фуллерит - то есть кристалл из фуллеренов. Аккуратно нагревая затем эту поверхность, можно добиться, чтобы почти все фуллерены с нее испарились - улетели, как, например, молекулы йода, и ничуть при этом не пострадают.

Но если воздействовать на слой фуллерита пучком, например, электронов, то в этом месте фуллерены можно разрушить. Превратить их в аморфный углерод, в котором атомы расположены кое-как, без всякого порядка. Такой углерод способен проводить электричество.

При нагревании, когда фуллерит - молекула за молекулой - легко с поверхности улетучивается, этот аморфный углерод остается на ней, как приваренный. Про способность углерода прилипать к чему-нибудь знает всякий, кто хоть раз очищал кастрюлю от подгоревшей каши. Однако если для дна кастрюльки углерод - грязь, то для микросхемы углеродные структуры - это потенциальные квантовые проволоки, затворы полевых транзисторов и другие электронные элементы.

Вот такие превращения углерода и предлагают использовать авторы. Пока для производства микрочипов, скажем, сотовых телефонов. В будущем - для сверхмалых и сверхпроизводительных процессоров, поскольку такой подход позволяет получить разрешение, то есть минимальную ширину элемента, всего в несколько нанометров (10 в минус 9-й степени метра).

А с помощью традиционной мокрой литографии микрочипы делают так: на поверхность заготовки, состоящей, например, из чередующихся слоев проводящего материала, диэлектрика и полупроводника, наносят слой материала. Это так называемый резист. На нем, как на фотопленке, создают скрытое изображение элементов будущей микросхемы. Затем необлученную часть пленки смывают органическим растворителем - скрытое изображение становится явным. Теперь такую структуру можно подвергнуть химическому или плазменному травлению и удалить незащищенные маской участки, например слой проводника.

Отсюда и масса проблем, неизбежных в «мокрой» нанолитографии. Во-первых, растворители. Они должны быть сверхчистыми - потому что в микроэлектронике любая примесь, даже в ничтожных количествах, категорически лишняя. Зато потом они уже грязные, и с ними приходится что-то делать. Либо регенерировать, приобретая лишнюю головную боль, либо выбрасывать, что нехорошо, но многие именно так и поступают. И проблема номер два: для проявления заготовку приходится из камеры вынимать. При этом она может испачкаться.

Свет в конце тоннеля показался благодаря работе коллектива ученых под руководством доктора физико-математических наук профессора Юрия Гордеева. Потому что они не просто предложили в качестве резиста использовать тот самый фуллерит, но и выяснили параметры процесса, в ходе которого можно заставить часть углерода с заготовки улететь, а часть - на ней остаться. Результаты исследований авторы запатентовали, научную часть опубликовали в специальных журналах.

Так что вскоре любимое авторами древнегреческих трагедий и современными технологами единство действий в нанолитографии вполне может стать реальностью. Ведь сделать исходную полупроводниковую структуру и провести все технологические операции можно в одной и той же вакуумной системе!

При этом качество операции и приборных элементов можно проконтролировать по ходу дела, то есть в процессе изготовления прибора, а не после, когда бракованный чип остается только выбросить. И все это не подвергая будущую микросхему опасности поймать из воздуха вредоносную примесь или пылинку, по разрушительному воздействию на тонкие его структуры соизмеримую с обломком скалы, рухнувшим на дорогу. Да и с растворителями мороки не будет. Нет растворителей - нет проблемы. Ни для производства, ни для окружающей среды.