典型纳米结构制备及其测量表征-中国工程科学.PDFVIP

典型纳米结构制备及其测量表征 1，2 1，2 1，2 蒋庄德 ，王琛英 ，杨树明 （1.西安交通大学机械工程学院，西安 710049 ；2.西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710049 ） [摘要] 针对纳米器件中的典型几何特征，制备了3 种纳米结构，采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜 （AFM ）等测量工具对所制备的纳米样板进行了测量、分析和表征。提出转换薄膜厚度为线宽的公称值、基于 多层薄膜淀积技术制备纳米宽度结构的方法，制备出了具有名义线宽尺寸分别为20 nm 、25 nm 、35 nm 的纳米 栅线结构。用离线的图像分析算法对所制备的纳米线宽样板的线边缘粗糙度/线宽粗糙度（LER/LWR ）以及 栅线线宽的一致性进行了评估。实验表明所制备纳米线宽样板的栅线具有较好的一致性，LER/LWR 值小，且 具有垂直的侧壁。采用电子束直写技术（EBL ）和感应耦合等离子体刻蚀（ICP ）制备了名义高度为220 nm 的 硅台阶样板。实验表明刻蚀后栅线边缘LER/LWR 的高频成分减少，相关长度变长，均方根偏差值（σ）增大。 采用聚焦离子束（FIB）制备了纳米单台阶和多台阶结构，并对Z 方向的尺度与加工能量之间的关系进行了分析。 [关键词] 纳米栅线；纳米台阶；EBL ；ICP ；FIB [文献标识码] TB383 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742（2013）01-0015-06 对于纳米结构的制备及测量表征，需要解决的 1 前言 问题主要包括纳米线宽、节距、台阶结构的制备，纳 随着器件特征尺寸进入纳米量级，以及新材料和 米结构测量与表征，高深宽比纳米结构侧壁几何参 新工艺的不断引入，纳米器件的特性和制备过程越来 数测量技术的研究等。在所有的纳米测量需求中， 越呈现出两大特点：器件特性的统计规律明显加强； 线宽和膜厚的测量一直是两个最具历史推动力的 [1] 一些物理结构则达到了原子尺度。这些特点一方面 领域 。当前对这些问题进行系统研究，对于建立 对作为纳米科技主要测量和操作工具的扫描电子显 纳米典型结构的精确表征与计量方法，以及加速我 微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等的特性和测量准 国亚微米和纳米尺度的量值溯源体系的建立等有 确度提出了更高的要求，需要研制各种典型纳米结构 重要的意义。 并进行量值溯源，以便对纳米测量仪器进行校准，实 2 典型纳米结构的制备和表征 现纳米器件几何量各参数的精确测试表征。因此，典 型纳米结构的制备就变得非常重要。另一方面，由于 在纳米器件中，典型的几何特征尺寸包括线 器件加工过程中受加工工艺和多种材料性质（如掩膜 宽、台阶、节距、粗糙度和斜率等。其中，粗糙度参 版材料、光刻过程中用的光刻胶材料、纳米结构中的 数是影响纳米结构几何特征尺寸精度的主要因 多晶硅材料等）的影响，加工出的纳米结构用宏观几 素。本文采用不同的加工方法制备纳米栅线结构、 何量各参数不能准确甚至不能正确描述其特点，因 纳米单台阶结构和纳米多台阶结构等典型几何特 此，典型纳米结构的制备及测量表征成为目前纳米制 征结构作为测量样品，并采用AFM 、SEM 等测量仪 造和测量领域中的研究重点。 器对所制备的纳米结构进行测量、分析和表征。 [收稿日期] 2012-07-09 [基金项目] 国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目；教育部科学技术研究重大计划项目（311001）；高等学校学科创新引 智计划项目（B 12016） [作者简介] 蒋庄德（1955―），男，辽宁大连市人，教授，博