Pomys∏

zaprz´gni´cia nanotechno-

logii do wytwarzania uk∏adów elektro-
nicznych kojarzy si´ raczej z odleg∏à
przysz∏oÊcià. W rzeczywistoÊci jednak
tranzystory o nanometrowych wymia-
rach mo˝na znaleêç ju˝ od kilku lat w
komputerach. Te niezwykle wyrafinowa-
ne mikrouk∏ady, a w∏aÊciwie nanouk∏a-
dy, sà obecnie wytwarzane w milionach
sztuk. Mimo to naukowcy i in˝ynierowie,
którzy przyczynili si´ do ich opraco-
wania, nie zyskali rozg∏osu. A przecie˝
sà oni dla nanotechnologii tym, czym
bracia Wright dla awiacji. Tak wi´c pra-
gn´ tu uroczyÊcie og∏osiç ich osiàgni´-
cia i wyjaÊniç, w jaki sposób praca tych
ludzi zapewnia nieustanny wzrost wy-
dajnoÊci uk∏adów scalonych, który trak-
tuje si´ ju˝ na ogó∏ jako coÊ zupe∏nie
naturalnego.

Ostatnie dokonania sà naprawd´ im-

ponujàce, ale mo˝na spytaç, czy techni-
ki wytwarzania pó∏przewodnikowych
uk∏adów scalonych to rzeczywiÊcie nano-
technologia? W samej rzeczy. Wystarczy
powo∏aç si´ na powszechnie przyj´tà de-
finicj´: nanotechnologia to wytwarzanie
obiektów o wymiarach mniejszych ni˝
100 nm – pierwsze tranzystory, których
wymiary bramki spe∏nia∏y ten warunek,
wesz∏y do produkcji ju˝ w roku 2000.
Uk∏ady scalone pojawiajàce si´ obecnie
na rynku zawierajà tranzystory o bram-
kach d∏ugoÊci zaledwie 50 nm. To 50 mi-

liardowych metra – tysi´czna cz´Êç gru-
boÊci ludzkiego w∏osa!

Komponentów o tak mikroskopijnych

wymiarach mo˝na zmieÊciç na niewiel-
kim skrawku krzemu ogromnie du˝o,
ale nie sama oszcz´dnoÊç miejsca jest
si∏à nap´dowà nieustannej miniatury-
zacji. Zasadniczym powodem wytwa-
rzania coraz to subtelniejszych struktur
jest dà˝enie do obni˝ania jednostkowe-
go kosztu tranzystora. Wyrazem ogól-
nej tendencji do miniaturyzacji jest te˝
zmniejszanie wymiarów bramki tran-
zystora – tej jego cz´Êci, która pozwala
prze∏àczaç go pomi´dzy stanami prze-
wodzenia pràdu i blokowania jego
przep∏ywu. Im mniejsze sà bramki, tym
szybciej mo˝na w∏àczaç i wy∏àczaç tran-
zystory, a tym samym zwi´kszaç szyb-
koÊç dzia∏ania uk∏adu scalonego. Tak
wi´c ze wzrostem liczby tranzystorów
w mikroprocesorach zwi´ksza si´ rów-
nie˝ ich szybkoÊç dzia∏ania.

Dà˝enie do wytwarzania coraz bar-

dziej z∏o˝onych i coraz szybszych uk∏a-
dów scalonych sprawi∏o, ˝e przemys∏
pó∏przewodnikowy, wraz z wkrocze-
niem w nowe tysiàclecie, przeszed∏ od
mikro- do nanouk∏adów. To kamieƒ mi-
lowy w historii techniki, nie s∏ychaç jed-
nak by∏o fanfar, a prace po prostu pro-
wadzono dalej, dokonujàc kolejnych
udoskonaleƒ. Historia tego post´pu jest
zadziwiajàcà opowieÊcià o ludziach sta-

wiajàcych czo∏o jednym z najwi´kszych
wyzwaƒ naszych czasów – porównywal-
nych ze skonstruowaniem pierwszej
bomby atomowej czy wys∏aniem cz∏o-
wieka na Ksi´˝yc.

NajproÊciej mo˝na sobie uzmys∏owiç

znaczenie technicznych innowacji, które
zapoczàtkowa∏y obecnà er´ nanouk∏a-
dów, analizujàc kolejne ulepszenia, któ-
rych dokonano na ka˝dym z etapów ko-
niecznych do wytworzenia nowoczesnego
uk∏adu scalonego, powiedzmy, mikropro-
cesora b´dàcego sercem komputera, na
którym napisa∏em ten artyku∏. Ten kon-
kretny uk∏ad, Pentium IV, zawiera 42 mln
tranzystorów po∏àczonych ze sobà mi-
sternà siecià Êcie˝ek. W jaki sposób zbu-
dowano ten cud techniki? Przyjrzyjmy si´
etapom procesu technologicznego.

Rozciàgnàç, aby przyÊpieszyç

DO ROZPOCZ

¢CIA PROCESU

produkcji uk∏a-

du scalonego potrzebny jest du˝y mono-
kryszta∏ czystego krzemu. Tradycyjnym
sposobem jego uzyskania jest metoda
Czochralskiego. Polega ona na tym, ˝e
w tyglu roztopionego krzemu zanurza
si´ niewielki kryszta∏ krzemu, zwany za-
rodkiem, i nast´pnie bardzo powoli si´
go wyciàga. Do zarodka do∏àczajà kolej-
ne warstwy atomów, tworzàc coraz wi´k-
szy monokryszta∏ w kszta∏cie grubego
pr´ta. Proces ten pozwala uzyskaç bar-
dzo du˝e kryszta∏y wysokiej jakoÊci, któ-

64

ÂWIAT NAUKI MAJ 2004

Poczàtki

nano

elektroniki

Tworzàc kolejne generacje uk∏adów scalonych,
in˝ynierowie niepostrze˝enie wkroczyli w Êwiat wymiarów
zarezerwowany dotychczas dla nanotechnologii

G. Dan Hutcheson

ZA ZGODÑ INTERNA

TIONAL BUSINESS MACHINES CORPORA

TION

re nast´pnie tnie si´ na cienkie plaster-
ki – p∏ytki pod∏o˝owe.

Okazuje si´ jednak, ˝e ten prawie ide-

alny kryszta∏ nie jest na tyle dobry, aby
uzyskane p∏ytki mo˝na by∏o wykorzystaç
bezpoÊrednio w produkcji: zbyt wiele w
nim defektów sieci krystalicznej, na przy-
k∏ad dyslokacji, które zmieniajà w∏aÊci-
woÊci elektryczne krzemu i przeszka-
dzajà we w∏aÊciwym przeprowadzeniu
operacji technologicznych. Stàd te˝ p∏yt-
ki pod∏o˝owe poddaje si´ rutynowo
operacji osadzania tzw. warstwy epita-
ksjalnej, czyli wytworzenia cienkiej i po-
zbawionej defektów monokrystalicznej
warstewki krzemu, w której b´dà wy-
twarzane tranzystory. Operacja ta pole-
ga na wystawieniu p∏ytki pod∏o˝owej na
dzia∏anie gazu zawierajàcego zwiàzki
krzemu. Wytworzenie warstwy epita-
ksjalnej poprawia szybkoÊç dzia∏ania
tranzystorów. To jednak nie koniec ulep-
szeƒ. In˝ynierowie opracowali jeszcze
bardziej z∏o˝ony proces nazywany w
skrócie SOI (silicon-on-insulator – krzem
na izolatorze). Jego idea polega na
umieszczeniu cienkiej warstwy izolacyj-
nej z ditlenku krzemu nieco poni˝ej po-

wierzchni p∏ytki pod∏o˝owej, tak by wy-
twarzane tranzystory zosta∏y odseparo-
wane od pod∏o˝a. W ten sposób obni˝a
si´ wartoÊç pojemnoÊci (czyli zdolnoÊç
do gromadzenia ∏adunku elektrycznego)
elementów paso˝ytniczych wyst´pujà-
cych pomi´dzy fragmentami struktury
tranzystora a pod∏o˝em – elementów,
które sà odpowiedzialne za ogranicza-
nie szybkoÊci prze∏àczania tranzystora i
wzrost rozpraszanej w uk∏adzie scalo-
nym mocy. Zastosowanie mikrostruktur
typu SOI pozwala na zwi´kszenie szyb-
koÊci prze∏àczania tranzystora do 30%
(lub zmniejszenia zu˝ywanej mocy). Jest
to poprawa parametrów porównywalna
z tà, jakà uzyskuje si´ w wyniku wprowa-
dzenia technologii kolejnej generacji.

Pionierem technologii SOI jest IBM,

który od pi´ciu lat stosuje jà z powo-
dzeniem do wytwarzania uk∏adów scalo-
nych. Opracowany tam proces nosi na-

zw´ SIMOX (separation by implantation
of oxygen – separowanie za pomocà
implantowanych jonów tlenu). Oryginal-
noÊç tego procesu polega na tym, ˝e
powierzchni´ p∏ytki pod∏o˝owej bom-
barduje si´ jonami tlenu (majà ∏adunek
elektryczny, ∏atwo je wi´c rozp´dziç do
bardzo du˝ych pr´dkoÊci). Jony przeni-
kajà przez powierzchni´ p∏ytki i zatrzy-
mujà si´ dopiero na pewnej g∏´bokoÊci,
gdzie zostajà wbudowane w sieç krysta-
licznà krzemu, tworzàc warstw´ ditlen-
ku krzemu. Jeden z problemów, jakie po-
woduje implantacja, to uszkadzanie sieci
krystalicznej krzemu przez p´dzàce jony,
co z kolei jest przyczynà powstawania
defektów. Konieczne jest wi´c wykonanie
dodatkowej operacji – tzw. wygrzewa-
nia poimplantacyjnego – polegajàcej na
silnym ogrzaniu p∏ytki pod∏o˝owej, dzi´-
ki czemu zostaje odtworzona struktura
sieci krystalicznej. Jeszcze wi´kszym pro-

MAJ 2004 ÂWIAT NAUKI

65

DOSKONALENIE TECHNOLOGII przek∏ada si´ na wzrost wydajnoÊci mikroprocesorów. Wprowadza-
ne innowacje to znacznie wi´cej ni˝ tylko zmniejszanie wymiarów tranzystorów. Uk∏ad, którego
powi´kszony oko∏o 50 tys. razy fragment pokazano powy˝ej, dzia∏a szybciej i zu˝ywa mniej mo-
cy, poniewa˝ obszar krzemu, w którym wytworzone sà tranzystory (jasnoniebieski), oddzielono od
pod∏o˝a warstwà ditlenku krzemu (zielony).

blemem jest to, ˝e implantacja jonów tle-
nu jest procesem z natury powolnym, co
podnosi koszty produkcji. Tak wi´c pro-
ces SOI IBM zarezerwowa∏ dla swoich
najdro˝szych produktów.

Jest jednak nowy, szybszy sposób na

osiàgni´cie tego samego celu i zdobywa
on sobie coraz wi´cej zwolenników. Po-
lega na tym, ˝e warstw´ ditlenku krze-
mu tworzy si´ bezpoÊrednio na po-
wierzchni p∏ytki pod∏o˝owej. Takà
utlenionà p∏ytk´ odwraca si´ i sk∏ada z
innà, nieutlenionà, uzyskujàc coÊ na
kszta∏t kanapki. Nast´pnie delikatnie
usuwa si´ z górnej p∏ytki krzem, war-
stw´ po warstwie. W koƒcu pozostaje
tylko stosunkowo cienka warstwa le˝à-
ca na plastrze ditlenku krzemu, a ca∏oÊç
jest podtrzymywana od spodu przez dru-
gà p∏ytk´ pod∏o˝owà.

Kluczem do wdro˝enia tej technolo-

gii by∏o opracowanie precyzyjnej meto-
dy pocieniania górnej p∏ytki pod∏o˝owej.
Francuska firma, której to si´ uda∏o, za-
strzeg∏a dla tej techniki bardzo trafnà
nazw´ – Smart Cut. Metoda ta polega
na bombardowaniu utlenionej p∏ytki jo-
nami wodoru (protonami), tak aby po-
kona∏y one warstw´ ditlenku krzemu i
zatrzyma∏y si´ poni˝ej, na ÊciÊle okre-
Êlonej g∏´bokoÊci (implantowanie jonów
wodoru jest znacznie szybszym proce-
sem ni˝ implantowanie jonów tlenu,
dzi´ki czemu ca∏y proces jest taƒszy). Jo-
ny wodoru dokonujà najwi´kszych znisz-
czeƒ sieci krystalicznej w miejscu, gdzie
wyhamowujà, na pewnej g∏´bokoÊci po-
wstaje wi´c stosunkowo krucha warstew-
ka krzemu. JeÊli tak spreparowanà p∏yt-
k´ teraz odwrócimy i po∏àczymy z p∏ytkà
bazowà, to nadmiarowà warstw´ górnej
p∏ytki b´dzie mo˝na „od∏upaç” (pozosta-
∏e na powierzchni krzemu nierównoÊci
mo˝na ∏atwo usunàç przez polerowanie.
Metod´ Smart Cut stosuje nawet IBM w
niektórych swoich najbardziej zaawan-

sowanych uk∏adach, a AMD (Advanced
Micro Devices z Sunnyvale w Kalifor-
nii) ma zamiar zastosowaç jà w mikro-
procesorach nast´pnej generacji.

Nigdy niekoƒczàcy si´ wyÊcig za coraz

szybszymi tranzystorami zaowocowa∏
jeszcze jednà zasadniczà modyfikacjà
tradycyjnego procesu technologicznego.
Jest to tzw. efekt napr´˝onego krzemu
(strained silicon). Okaza∏o si´, ˝e nie-
znaczne (oko∏o jednoprocentowe) roz-
ciàgni´cie sieci krystalicznej krzemu
zwi´ksza znacznie ruchliwoÊç porusza-
jàcych si´ w nim noÊników, co z kolei po-
zwala wytwarzaç w takim poddanym na-
pr´˝eniom krzemie szybsze tranzystory.
Technolodzy rozciàgajà sieç krystalicz-
nà krzemu przez wytworzenie jego war-
stwy na pod∏o˝u z innego materia∏u kry-
stalicznego o podobnej strukturze, ale
o wi´kszych odleg∏oÊciach pomi´dzy w´-
z∏ami sieci (atomami), na przyk∏ad na

pod∏o˝u ze stopu krzemu i germanu.
Techniczne szczegó∏y realizacji takiego
procesu sà obj´te Êcis∏à tajemnicà, wia-
domo jednak, ˝e wielu producentów za-
mierza zastosowaç to rozwiàzanie. Na
przyk∏ad Intel stosuje proces wykorzy-
stujàcy efekt napr´˝onego krzemu w pro-
dukcji zaawansowanej wersji procesora
Pentium IV, zwanej Prescott, który wszed∏
na rynek pod koniec ubieg∏ego roku.

Kochanie, zmniejszy∏em tranzystor

NOWE TECHNOLOGIE

wytwarzania p∏ytek

pod∏o˝owych to tylko jeden z elemen-
tów post´pu w mikroelektronice. Nie-
zwyk∏ym zmianom uleg∏a w ciàgu ostat-
nich lat równie˝ budowa wytwarzanych
na powierzchni tych p∏ytek tranzysto-
rów. Jednym z pierwszych etapów pro-
cesu produkcyjnego cyfrowego uk∏adu
scalonego jest wytwarzanie warstwy di-
tlenku krzemu na powierzchni p∏ytki
pod∏o˝owej przez wystawienie jej na
dzia∏anie atmosfery zawierajàcej tlen i
par´ wodnà (tzw. utlenianie w wilgot-
nym tlenie). Proces ten mo˝na porów-
naç, w pewnym sensie, do rdzewienia
(czyli utleniania si´) stali. Jednak ditle-
nek krzemu nie ∏uszczy si´ i nie odpa-
da od p∏ytki. Przeciwnie, przylega do
niej ÊciÊle, a atomy tlenu niezb´dne do
utleniania g∏´bszych poziomów krzemu
muszà dyfundowaç przez istniejàcà ju˝
warstw´ tlenku. Kontrolowanie tempa
tej dyfuzji pozwala technologom pano-
waç nad szybkoÊcià utleniania, co przy

66

ÂWIAT NAUKI MAJ 2004

L

UCY READING; èRÓD¸

A: INTEL I INTERNA

TIONAL TECHNOL

OG

Y ROADMAP FOR SEMICONDUCTORS

n

W roku 2000 przemys∏ pó∏przewodnikowy niepostrze˝enie wkroczy∏ w er´ wytwarzania

nanouk∏adów – uk∏adów scalonych, których najmniejsze elementy osiàgn´∏y wymiary
poni˝ej 100 nm (w przybli˝eniu jednej tysi´cznej gruboÊci ludzkiego w∏osa).
Uk∏ady te mo˝na dziÊ znaleêç w wi´kszoÊci komputerów osobistych.

n

Redukowanie wymiarów tranzystorów zwi´ksza szybkoÊç dzia∏ania uk∏adów scalonych

i zmniejsza koszty ich produkcji, umo˝liwiajàc upakowanie wi´kszej liczby tranzystorów
(cz´sto ponad 50 mln) w jednej strukturze. W ciàgu kilku najbli˝szych lat typowy
mikroprocesor b´dzie mia∏ ich ponaddziesi´ciokrotnie wi´cej.

n

Ten znaczàcy post´p zawdzi´czamy kilku modyfikacjom procesu technologicznego,

polegajàcym na zastosowaniu lepszych materia∏ów oraz doskonalszych metod fotolitografii,
które zapewniajà lepsze odwzorowywanie masek.

Przeglàd /

Mniejsze i szybsze uk∏ady scalone

Pentium

Pentium II

Pentium III

Pentium IV

1000

100

10

100

10

1

0.1

10 000

1000

100

10

1

1995

2000

2005

Rok

2010

2015

Liczba

tranzystorów (miliony sztuk)

Zegar

(GHz)

D∏ugoÊç bramki

tranzystora

(nm)

Prognoza

ROZMIARY TRANZYSTORÓW znalaz∏y si´ w ciàgu ostatniego dziesi´ciolecia w zakresie typowym
dla nanotechnologii (niebieski), co widaç na wykresach ilustrujàcych rozwój rodziny mikroproce-
sorów Pentium Intela. Niezwyk∏y wzrost szybkoÊci dzia∏ania i liczby tranzystorów nast´puje wraz
ze zmniejszaniem si´ d∏ugoÊci bramki tranzystora. JeÊli post´p technologii pó∏przewodnikowych b´-
dzie zgodny z prognozowanym, to trend ten utrzyma si´ jeszcze przez d∏ugie lata (˝ó∏ty).

w∏aÊciwym doborze jego czasu daje tle-
nek o ˝àdanej gruboÊci. Utleniane w wil-
gotnym tlenie nie sprawdza si´ jednak
(ze wzgl´du na gorsze parametry uzy-
skanej warstwy i zbyt du˝à szybkoÊç na-
rastania) w przypadku warstw bardzo
cienkich, gruboÊci zaledwie kilku ato-
mów, takich, które sà konieczne do izo-
lacji elektrody bramki tranzystora po-
lowego od pod∏o˝a. W tym przypadku
stosuje si´ utlenianie w suchym tlenie.

Ale czy tlenek bramkowy musi byç a˝

tak cienki? S´k w tym, ˝e ze wzrostem
gruboÊci tlenku spada pojemnoÊç bram-
ki. Ale przecie˝ powinno to nas cieszyç,
poniewa˝ pojemnoÊç jest wadà, czy˝
nie? Otó˝ nie zawsze. Cz´sto staramy
si´ jej unikaç i nazywamy jà wtedy po-
jemnoÊcià paso˝ytniczà. Jednak w przy-
padku tranzystora rolà bramki jest in-
dukowanie ∏adunku elektrycznego w
po∏o˝onym ni˝ej obszarze krzemu i
utworzenie w nim kana∏u, przez który
pop∏ynie pràd mi´dzy drenem i êród∏em.
JeÊli pojemnoÊç bramki b´dzie zbyt ma-
∏a, kana∏u nie uda si´ utworzyç.

Warstwa do warstwy

ROZWI

ÑZANIEM MO˚E BYå

zastàpienie tlen-

ku bramkowego innym materia∏em izo-
lacyjnym. Zainteresowanie technologów
budzà w szczególnoÊci materia∏y cha-
rakteryzujàce si´ du˝à wartoÊcià sta∏ej
dielektrycznej (high-K materials), takie
jak ditlenek hafnu czy tytanian strontu.
Wynika to stàd, ˝e pojemnoÊç bramki
jest odwrotnie proporcjonalna do gru-
boÊci izolatora i wprost proporcjonal-
na do wartoÊci jego sta∏ej dielektrycz-
nej. Dzi´ki zastosowaniu izolatora o
du˝ej wartoÊci tej sta∏ej mo˝na sobie po-
zwoliç na wytworzenie grubszej war-
stwy izolacyjnej (co jest ∏atwiejsze), nie
powodujàc spadku pojemnoÊci bramki,
a w konsekwencji pogorszenia parame-
trów tranzystora.

Jednak na∏o˝enie izolatora z materia-

∏u o wysokiej sta∏ej dielektrycznej na
krzem nie jest ju˝ tak prostà operacjà,
jak zwyczajne przyzwolenie na utlenie-
nie si´ powierzchni p∏ytki pod∏o˝owej.
Zadanie to najlepiej jest wykonaç tech-
nikà nazywanà osadzaniem warstw ato-
mowych. Wykorzystuje si´ w niej gaz o
stosunkowo ma∏ych czàsteczkach, które
∏atwo przywierajà do powierzchni krze-
mu, a trudno do siebie nawzajem. Wy-
stawiajàc pod∏o˝e na dzia∏anie takiego
gazu przez odpowiednio d∏ugi czas, mo˝-
na uzyskaç pokrycie go jednomolekular-

nà warstwà. Potraktowanie póêniej p∏yt-
ki drugim gazem, którego czàsteczki
reagujà z czàsteczkami poprzedniego,
pozwala uzyskaç docelowy zwiàzek po-
krywajàcy pod∏o˝e jednomolekularnà
warstwà. Cykliczne dostarczanie tych
dwóch gazów powoduje narastanie war-
stwy tego zwiàzku a˝ do uzyskania w∏a-
Êciwej gruboÊci.

JeÊli izolator bramkowy b´dzie ju˝

na∏o˝ony, a zosta∏o to wykonane na ca-
∏ej powierzchni p∏ytki pod∏o˝owej, to w
obszarach, gdzie jest on zb´dny, trzeba
go selektywnie usunàç. Wykorzystywa-
na w tym celu procedura fotolitografii
jest kluczowym elementem procesu tech-
nologicznego i stosuje si´ jà zarówno do
wykonywania tranzystorów, jak i ∏àczà-
cej je sieci metalicznych Êcie˝ek. Proces
fotolitografii polega w uproszczeniu na
tym, ˝e pokrytà emulsjà fotoczu∏à p∏ytk´
pod∏o˝owà naÊwietla si´ wiàzkà Êwiat∏a
przepuszczonà przez mask´ (lub od niej
odbità) definiujàcà kszta∏ty figur, które
nale˝y wytworzyç na powierzchni p∏yt-
ki. Emulsja z obszarów, które zosta∏y na-
Êwietlone, jest usuwana, a to, co pozo-
stanie, jest utrwalane z wykorzystaniem
odczynników chemicznych lub przez wy-
palanie. Nast´pnie wykonywana jest ope-
racja trawienia, podczas której utrwalo-

na emulsja chroni obszary, które majà
pozostaç nienaruszone.

TradycjonaliÊci przeÊwiadczeni byli,

˝e wykorzystywanie fotolitografii do od-
wzorowywania figur o wymiarach mniej-
szych ni˝ d∏ugoÊç fali zastosowanego
Êwiat∏a jest niemo˝liwe. Jednak ju˝ od
kilku lat detale o wymiarach 70 nm sà
rutynowo reprodukowane z wykorzysta-
niem êróde∏ promieniowania ultrafio-
letowego o d∏ugoÊci fali 248 nm. Aby
osiàgnàç ten niewiarygodny rezultat, tra-
dycyjnà fotolitografi´ trzeba by∏o grun-
townie zmodyfikowaç. Zastosowano roz-
maite usprawnienia o tajemniczych
nazwach, jak korekcja efektów blisko-
Êci, maski fazowe czy lasery ekscymero-
we, ale idea tych zmian jest prosta, przy-
najmniej w za∏o˝eniach. JeÊli wymiary
figury, którà nale˝y odwzorowaç, sà
mniejsze od d∏ugoÊci fali Êwiat∏a, to po-
wstajàce na skutek dyfrakcji zniekszta∏-
cenia obrazu mo˝na obliczyç i spróbo-
waç skorygowaç. Przy czym korekcji
podlega nie sam proces odwzorowania
(lub dok∏adniej nie tylko on) – skompli-
kowanym modyfikacjom poddawane sà
oryginalne kszta∏ty figur na maskach.
W rezultacie powstajàcy na p∏ytce pod-
∏o˝owej obraz tych wst´pnie zniekszta∏-
conych figur jest bliski idea∏u. Przyk∏ado-

MAJ 2004 ÂWIAT NAUKI

67

INTEL

(mikr

ofotografia)

; BRY

AN CHRISTIE

(ilustracja)

TRANZYSTOR POLOWY

PODSTAWOWYM ELEMENTEM konstrukcyjnym
mikroprocesorów jest tranzystor polowy wykorzysty-
wany jako prosty prze∏àcznik. W∏aÊciwe napi´cie
przy∏o˝one do elektrody bramki powoduje induko-
wanie ∏adunku elektrycznego w obszarze pod bram-
kà i utworzenie kana∏u, przez który mo˝e pop∏y-
nàç pràd pomi´dzy drenem i êród∏em. Sytuacja ta
odpowiada zamkni´ciu prze∏àcznika. JeÊli bramka
jest dostatecznie ma∏a, to tranzystory mogà byç
zamykane i otwierane miliardy razy na sekund´.

TRANZYSTOR pierwszej nanometrowej
generacji wyprodukowany przez Intel.

Elektroda bramki

Wspornik

elektrody bramki

70 nm

70 nm

Kana∏

èród∏o

Pod∏o˝e

Dren

Tlenek bramkowy

++++++

1.5 nm

68

ÂWIAT NAUKI MAJ 2004

BRY

AN CHRISTIE

(ilustracje)

; GIANNI T

ARASCHI

Massachusetts Institute of T

echnology

(na gór

ze)

; ZA ZGODÑ ASML MASK

TOOLS

(na gór

ze poÊr

odk

u)

;

ZA ZGODÑ SC FL

UIDS, INC.

(na dole poÊr

odk

u)

; ZA ZGODÑ INTERNA

TIONAL BUSINESS MACHINES CORPORA

TION

(na dole)

WYTWARZANIE UK¸ADÓW SCALONYCH

OKRÑG¸A KRZEMOWA P¸YTKA pod∏o˝owa o Êrednicy 200, a nawet 300 mm, jest punktem wyjÊcia dla wieloetapowego procesu technolo-
gicznego, w którym powstajà tranzystory i ∏àczàce je Êcie˝ki. Pokazane poni˝ej operacje sà powtarzane wielokrotnie w trakcie produkcji w ce-
lu wytworzenia kolejnych warstw.

DO PO¸ÑCZENIA milionów
tranzystorów we wspó∏czesnym
mikroprocesorze jest niezb´dnych
a˝ osiem warstw Êcie˝ek metalicznych.
Wykorzystywane w tym celu
od lat aluminium zosta∏o wyparte
przez miedê. Technika wykonywania
Êcie˝ek miedzianych jest trudniejsza,
ale zapewnia znacznie wi´kszà
szybkoÊç propagacji sygna∏ów.

ZMNIEJSZANIE SI¢ WYMIARÓW tranzystorów sprawia, ˝e usuwanie
emulsji i innych pozosta∏oÊci po trawieniu staje si´ coraz trudniejsze.
Jednak nadkrytyczny ditlenek w´gla (o w∏aÊciwoÊciach poÊrednich mi´dzy
cieczà i gazem, wykazujàcy niskie napi´cie powierzchniowe i majàcy
zdolnoÊç rozpuszczania) mo˝e penetrowaç najmniejsze zag∏´bienia
i usuwaç zabrudzenia, nie pozostawiajàc po sobie ˝adnych Êladów.

Przed czyszczeniem

Po czyszczeniu

TECHNIKI KOMPENSUJÑCE powsta∏e na skutek dyfrakcji rozmycie
kraw´dzi, takie jak tzw. optyczna korekcja efektów bliskoÊci,
pozwalajà w procesie fotolitografii wytworzyç na p∏ytce pod∏o˝owej
elementy o wymiarach mniejszych ni˝ d∏ugoÊç fali Êwiat∏a u˝ytego
do naÊwietlania emulsji. Tu na przyk∏ad optyczna korekcja
efektu bliskoÊci – dziwne wypustki i wci´cia w naro˝nikach figur
(z lewej) – umo˝liwi∏a uzyskanie figur o idealnych kraw´dziach
na powierzchni p∏ytki pod∏o˝owej (z prawej).

PODSTAWOWE OPERACJE TECHNOLOGICZNE

MODYFIKACJE PODSTAWOWYCH PROCESÓW

WZROST WYDAJNOÂCI
uk∏adów scalonych
zawdzi´czamy coraz
szerszemu zastosowaniu
technologii SOI lub
wykorzystujàcych napr´˝ony
krzem albo te˝ obie techniki
jednoczeÊnie.

Kszta∏ty na masce

Kszta∏ty odwzorowane
na p∏ytce pod∏o˝owej

Warstwa napr´˝onego krzemu

Warstwa stopu krzemowo-germanowego

Tlenek

Pod∏o˝e
krzemowe

1 Utlenianie powierzchni

p∏ytki (czerwona warstwa)
w wilgotnym tlenie

2 Nak∏adanie emulsji fotoczu∏ej

(ciemnoniebieska warstwa)
na utlenionà p∏ytk´

3 NaÊwietlanie emulsji

przez mask´ powoduje
przeniesienie ˝àdanych
kszta∏tów na p∏ytk´

4 Utrwalanie emulsji

znajdujàcej si´
w nienaÊwietlonych
obszarach za pomocà
odczynników chemicznych
i wypalania. Nieutrwalona
emulsja jest usuwana

5 Trawienie chemiczne

selektywnie usuwa tlenek
niepokryty przez utrwalonà
emulsj´. Resztki emulsji
sà wymywane

6 Formowanie drenów

i êróde∏ tranzystorów
przez implantacj´ jonów
domieszki w obszary
pozbawione os∏ony tlenku

7 Tworzenie kontaktów

metalicznych w dalszych
etapach procesu
z wykorzystaniem tych
samych operacji: nak∏adania,
naÊwietlania i utrwalania
emulsji oraz trawienia

P∏ytka pod∏o˝owa

Emulsja fotoczu∏a

Emulsja fotoczu∏a

Tlenek

Tlenek

Dren/êród∏o

Kontakt metaliczny

Maska

Soczewka

100 nm

500 nm

200 nm

3000 nm

wo jeÊli na masce znajduje si´ prosto-
kàt, to jego obraz odwzorowany na p∏yt-
ce pod∏o˝owej, na skutek dyfrakcji b´-
dzie mia∏ znacznie zaokràglone rogi. JeÊli
jednak ten oryginalny prostokàt wypo-
sa˝ymy w wypustki na ka˝dym z rogów,
tak ˝e b´dzie przypomnia∏ psie ciastecz-
ko w kszta∏cie koÊci, to jego obraz na
p∏ytce zyska kanciaste naro˝niki.

Wszystkie te sztuczki umo˝liwiajà

obecnie wytwarzanie tranzystorów o
d∏ugoÊci bramki 50 nm z wykorzy-
staniem êród∏a Êwiat∏a o d∏ugoÊci fali
193 nm. W ten sposób da si´ uzyskaç
jednak niewiele wi´cej. Dlatego naukow-
cy próbujà opracowaç fotolitografi´ no-
wego rodzaju o du˝o wi´kszej zdolnoÊci
rozdzielczej. Najbardziej obiecujàcym
kierunkiem wydaje si´ zastosowanie êró-
de∏ promieniowania o znacznie krótszej
fali – z zakresu, który astronomowie na-
zywajà mi´kkim promieniowaniem rent-
genowskim, a technolodzy bardzo g∏´bo-
kim ultrafioletem.

PrzejÊcie do fotolitografii bardzo g∏´-

bokiego ultrafioletu stanowi dla ca∏ego
przemys∏u mikroelektronicznego przyt∏a-
czajàce swym ogromem wyzwanie, po-
niewa˝ oznacza zmniejszenie d∏ugoÊci
fali Êwiat∏a, a w efekcie rozmiarów tran-
zystorów o rzàd wielkoÊci. Prototypowe
instalacje, które budowano dotychczas,
by∏y przystosowane do fali o d∏ugoÊci
13 nm. Sà to prawdziwe cuda techniki,
zarówno w skali nano, jak i makro.

Weêmy jako przyk∏ad aparatur´ nie-

zb´dnà do skierowania wiàzki Êwiat∏a na
mask´ i dalej na p∏ytk´ pod∏o˝owà.
Wszystkie znane materia∏y bardzo silnie
absorbujà Êwiat∏o z zakresu bardzo g∏´-
bokiego ultrafioletu, tak wi´c tradycyjne
uk∏ady optyczne wykorzystujàce soczew-
ki nie majà tu racji bytu. Zamiast nich w
systemach projekcji obrazu wykorzystuje
si´ niezwykle wyrafinowane zwierciad∏a.
Z tego samego powodu w maskach trzeba
stosowaç jako noÊnik inny materia∏ ni˝
obecnie u˝ywane szk∏o. Maski do fotoli-
tografii bardzo g∏´bokiego ultrafioletu
muszà Êwiat∏o zarówno poch∏aniaç, jak
i odbijaç. Ich wytworzenie wymaga na-
niesienia dziesiàtek warstw molibdenu
i krzemu gruboÊci kilku nanometrów ka˝-
da. W efekcie powstaje zwierciad∏o o bar-
dzo du˝ym wspó∏czynniku odbicia, na
które nak∏ada si´ poch∏aniajàcà Êwiat∏o
warstw´ chromu, tworzàc mozaik´ figur
do odwzorowania.

Podobnie jak w innych dziedzinach

mikro-, a raczej nanoelektroniki, maski

muszà byç wolne od defektów. Jednak
ze wzgl´du na stosowanie Êwiat∏a o tak
krótkiej fali, a wi´c i niezwykle ma∏e roz-
miary potencjalnych defektów, weryfi-
kacja jakoÊci masek jest bardzo trudna.
Naukowcy i in˝ynierowie zatrudnieni w
przemyÊle, na uczelniach i w rzàdowych
laboratoriach w USA i Europie wspó∏-
pracujà ze sobà w celu rozwiàzania tego
i innych problemów, które trzeba poko-
naç, zanim fotolitografia bardzo g∏´bo-
kiego ultrafioletu zostanie zastosowana
w praktyce. Do tego czasu przemys∏ mu-
si zadowoliç si´ dost´pnymi dziÊ rozwià-
zaniami i pozostaç przy d∏ugoÊci bram-
ki tranzystora rz´du 50 nm.

Odwzorowywanie na p∏ytce pod∏o˝o-

wej kszta∏tu figur zdefiniowanych na ma-
skach w procesie fotolitografii jest tylko
jednym z wielu kroków koniecznych do
wytworzenia tranzystorów i Êcie˝ek.
Technolodzy muszà znaleêç sposoby usu-
ni´cia naÊwietlonej (czyli nieutrwalonej)
emulsji fotoczu∏ej, a tak˝e takiego tra-
wienia ods∏oni´tych obszarów p∏ytki, któ-
re nie uszkodzi∏yby przy okazji tych
fragmentów, które majà pozostaç niena-
ruszone. Ale to jeszcze nie wszystko. Po
trawieniu trzeba usunàç utrwalonà emul-
sj´ i pozosta∏e zabrudzenia, co z pozoru
jest czynnoÊcià prozaicznà, ale urasta
do rangi problemu przy zmniejszajàcych

MAJ 2004 ÂWIAT NAUKI

69

BRY

AN CHRISTIE

G. DAN HUTCHESON jest dyrektorem generalnym i prezesem VLSI Research Inc., firmy
wykonujàcej badania rynku i analizy ekonomiczne na potrzeby przemys∏u pó∏przewodniko-
wego. Absolwent Wydzia∏u Ekonomii w San Jose State University, opracowa∏ rozmaite mo-
dele iloÊciowe, które sà wykorzystywane przez wytwórców uk∏adów scalonych do prognozo-
wania kosztów produkcji i wyboru aparatury. Pracuje jako analityk, Êledzi nowinki z zakresu
technologii pó∏przewodnikowych i przygotowuje raporty dla firm, dotyczàce post´pów badaƒ
naukowych i trendów technologicznych.

O

AUTORZE

KRZEMOWY PRZEK¸ADANIEC

PROCES SOI (krzem na izolatorze) pozwala uzyskaç znacznie szybsze uk∏ady scalone. Dzi´-
ki technice Smart Cut opracowanej przez francuskà firm´ Soitec technologia SOI sta∏a si´
taƒsza, a przez to bardziej dost´pna.

P¸YTKA A

1 Dwie oddzielne p∏ytki pod∏o˝owe na poczàtku procesu

P¸YTKA B

GOTOWA P¸YTKA POD¸O˚OWA

DLA PROCESU SOI

Jony wodoru

Utleniona powierzchnia

2 Utlenianie w wilgotnym tlenie

powierzchni p∏ytki A
(pokazanej w przekroju)

3 Jony wodoru przenikajà w g∏àb p∏ytki A

i wyhamowujàc poni˝ej tlenku, tworzà
warstewk´ kruchego krzemu. Nast´pnie
p∏ytka jest odwracana tlenkiem do do∏u

4 Po oczyszczeniu p∏ytka A tlenkiem do do∏u

jest nak∏adana na p∏ytk´ B. Powstaje „kanapka”
z tlenkiem w Êrodku

5 Nast´puje rozspojenie p∏ytki A

wzd∏u˝ os∏abionej warstwy.
Górna jej cz´Êç zostaje usuni´ta

6 Proces tworzenia pod∏o˝a

dla procesu SOI koƒczà
wygrzewanie i polerowanie

si´ wymiarach tranzystorów. TrudnoÊç
polega na tym, ˝e przy nanometrowych
wymiarach poszczególnych fragmentów
wytwarzanej struktury wyglàda ona
niczym miniaturowe centrum metropo-
lii, usiane drapaczami chmur i poprze-
cinane szczelinami ulic. W tej skali zwy-
k∏e Êrodki czyszczàce zadzia∏a∏yby jak
tsunami, wywracajàc te nanowie˝owce.
Nawet jeÊli uda∏oby si´ uniknàç kata-
strofy, to zwyk∏e ciecze majà zbyt du˝à
lepkoÊç i ich czàsteczki utkn´∏yby w za-
kamarkach nanostruktury.

Pomys∏owe rozwiàzanie tego proble-

mu pojawi∏o si´ w latach dziewi´çdziesià-
tych w Los Alamos National Laboratory.
Sà nim mianowicie p∏yny nadkrytyczne.
Idea polega na tym, aby u˝yç ditlenku
w´gla pod odpowiednio zwi´kszonym
ciÊnieniem i temperaturà, które odpo-
wiadajà punktowi powy˝ej punktu kry-
tycznego. W stanie tym p∏yn wykazuje
zarówno cechy gazu, jak i cieczy: zacho-
wuje niskà lepkoÊç gazu, ale jest rozpusz-
czalnikiem. Tak wi´c nadkrytyczny CO

2

przep∏ywa ∏atwo przez meandry nano-
struktury i usuwa pozosta∏oÊci po trawie-
niu. (To nie przypadek, ˝e nadkrytyczny
ditlenek w´gla sta∏ si´ ostatnio popu-
larnym Êrodkiem do prania na sucho).
Po∏àczony z odpowiednim rozpuszczalni-
kiem, nadkrytyczny CO

2

bardzo skutecz-

nie wymywa resztki utrwalonej emulsji.
Co wi´cej, po zakoƒczonym czyszczeniu
nadkrytyczny p∏yn daje si´ ∏atwo usunàç:
wystarczy obni˝yç ciÊnienie do poziomu
ciÊnienia atmosferycznego i pozwoliç di-
tlenkowi, jak ka˝demu skroplonemu ga-
zowi, wyparowaç.

Kiedy p∏ytka pod∏o˝owa zostanie

oczyszczona i wysuszona w wy˝ej opisa-
ny sposób, nadchodzi pora na uformo-
wanie drenu i êród∏a tranzystora. Sà to
obszary przeciwnego typu przewodnic-
twa ni˝ pod∏o˝e, umieszczone z obu stron
bramki. JeÊli przyjmiemy, ˝e tranzystor
pracuje jak prze∏àcznik, to êród∏o i dren
mo˝na porównaç do zacisków tego prze-
∏àcznika, pomi´dzy którymi pop∏ynie (lub
nie) pràd, zale˝nie od wartoÊci napi´cia
przy∏o˝onego do elektrody bramki. Dren
i êród∏o powstajà przez selektywne wpro-
wadzenie do pod∏o˝a niewielkich iloÊci
atomów domieszki (zwykle jest to arsen
lub bor), które wbudowujàc si´ w struk-
tur´ krystalicznà pod∏o˝a, zmieniajà w
tym obszarze typ przewodnictwa (np. je-
Êli pod∏o˝e jest typu p, to dren i êród∏o
muszà byç typu n). Wprowadzanie ato-
mów domieszek odbywa si´ na drodze
implantacji jonów, czyli bombardowania
powierzchni p∏ytki jonami (podobnie jak
w przypadku wytwarzania p∏ytek pod∏o-
˝owych do procesu SOI). Jony dostajà
si´ do pod∏o˝a tylko tam, gdzie w utle-
nionym pod∏o˝u za pomocà fotolitogra-
fii i trawienia utworzono tzw. okna. Jony
wstrzelone do pod∏o˝a nie sà jeszcze
„aktywne”, poniewa˝ nie zosta∏y wbudo-
wane w jego sieç krystalicznà. Ich uak-
tywnienie wymaga przeprowadzenia wy-
grzewania poimplantacyjnego, które
dostarcza energii niezb´dnej do rekry-
stalizacji. Efektem ubocznym wygrzewa-
nia jest niestety zjawisko dyfundowania
domieszki, polegajàce na „rozpe∏zni´ciu”
si´ atomów arsenu i boru poza granice
wyznaczone przez okno.

Ograniczenie tego zjawiska wymaga,

aby wzrost i spadek temperatury pod-

czas wygrzewania by∏ b∏yskawiczny, a
ogrzewana by∏a g∏ównie górna po-
wierzchnia p∏ytki, tak aby ograniczyç
do minimum czas dyfundowania domie-
szek. Wspó∏czesna aparatura pozwala-
jàca na przeprowadzenie tego procesu
(tzw. Rapid Thermal Processing) wyko-
rzystuje do nagrzewania lampy haloge-
nowe i pozwala uzyskaç szybkoÊç wzro-
stu temperatury rz´du tysi´cy stopni na
sekund´. OczywiÊcie zjawiska dyfuzji
domieszek nie da si´ ca∏kowicie wyeli-
minowaç i granice drenów i êróde∏ prze-
mieszczajà si´ tak, ˝e cz´Êciowo wni-
kajà pod elektrod´ bramki i w g∏àb
pod∏o˝a. Jednak projektuje si´ ju˝ urzà-
dzenia do nagrzewania laserowego, któ-
re pozwolà osiàgnàç szybkoÊç wzrostu
temperatury rz´du miliarda stopni na
sekund´. Technika ta, która wkrótce
ma ju˝ zagoÊciç w halach fabrycznych,
daje nadziej´, ˝e praktycznie wyelimi-
nuje si´ dyfuzj´ atomów domieszek, co
pozwoli na wytwarzanie drenów i êró-
de∏ o bardzo dobrze kontrolowanych
granicach.

Kiedy wytwarzanie tranzystorów jest

ju˝ zakoƒczone, cz´sto dodaje si´ milio-
ny mikroskopijnych kondensatorów, ko-
niecznych do zbudowania dynamicznej
pami´ci RAM (DRAM). Kondensatory te
sta∏y si´ ostatnio tak ma∏e, ˝e technolodzy
zaczynajà mieç te same problemy, co
w przypadku wytwarzania tlenku bram-
kowego tranzystorów. Problem jest tu na-
wet bardziej palàcy, a dobrym rozwiàza-
niem mo˝e si´ ponownie okazaç technika
osadzania warstw atomowych, która zo-
sta∏a ju˝ wypróbowana w najnowszych
generacjach pami´ci DRAM.

Nowe spotyka stare

TECHNIKA OSADZANIA

warstw atomowych

mo˝e byç równie˝ pomocna w nast´p-
nych etapach produkcji uk∏adu scalo-
nego – do wykonywania po∏àczeƒ mi´-
dzy elementami. Proces ten zaczyna si´
od pokrycia p∏ytki pod∏o˝owej warstwà
szkliwa, na której wytwarza si´ za po-
mocà fotolitografii i trawienia wzór mo-
zaiki po∏àczeƒ. Przy czym nie sà to ju˝
gotowe Êcie˝ki metaliczne, ale dopiero
kanaliki, które póêniej zostanà wype∏-
nione metalem. Kroki te sà powtarzane
wielokrotnie i ostatecznie powstaje do
oÊmiu warstw po∏àczeƒ. Przemys∏ mi-
kroelektroniczny latami wykorzystywa∏
aluminium do wykonywania tych Êcie-
˝ek. Jednak ostatnio zosta∏o ono zastà-
pione przez miedê, która dzi´ki wi´k-

70

ÂWIAT NAUKI MAJ 2004

BRY

AN CHRISTIE

TECHNIKA OSADZANIA warstw atomowych
polega na pokrywaniu pod∏o˝a pojedynczymi
atomami. Wykonujàc t´ operacj´ cyklicznie,
mo˝na wytwarzaç pokrycia o niemal idealnej
strukturze.

4 Czàsteczki ZrCl

4

przylegajàce do powierzchni

pod∏o˝a reagujà z czàsteczkami wody
(H

2

O), aby utworzyç jednomolekularnà

warstw´ docelowego zwiàzku, w tym
przypadku ditlenku cyrkonu (ZrO

2

).

3 Pod∏o˝e jest wystawione na dzia∏anie

drugiego gazu, w tym przypadku
pary wodnej (H

2

O).

2 Czàsteczki ZrCl

4

nie przywierajà do siebie

nawzajem, ale do materia∏u pod∏o˝a.

1 Pod∏o˝e wystawione jest na dzia∏anie

pierwszego gazu, w tym przypadku
tetrachlorku cyrkonu (ZrCl

4

).

Czàsteczka
tetrachlorku cyrkonu

Atom chloru

Atom wodoru

Warstwa ditlenku cyrkonu

Atom tlenu

Czàsteczka wody

Atom cyrkonu

szej przewodnoÊci pozwala uzyskaç
Êcie˝ki o mniejszym oporze, a dzi´ki te-
mu zapewnia znacznie wi´kszà szyb-
koÊç propagacji sygna∏ów. Ale zastoso-
wanie miedzi ma swoje wady. JeÊli jej
znajdujàce si´ w Êcie˝ce atomy dostanà
si´ (na zasadzie dyfuzji) do krzemowe-
go pod∏o˝a, zanieczyszczà je, co spowo-
duje katastrofalne uszkodzenie uk∏adu
scalonego. Tak wi´c miedziane Êcie˝ki
nie mogà le˝eç bezpoÊrednio na wspo-
mnianym szkliwie, lecz muszà byç od
niego izolowane specjalnie wytworzo-
nà wyÊció∏kà (która praktycznie nie
wp∏ywa na w∏asnoÊci elektryczne Êcie˝-
ki). I znowu przychodzi z pomocà tech-
nika osadzania warstw atomowych.

Wraz ze zwrotem ku technologii Êcie-

˝ek miedzianych technolodzy stan´li
przed dodatkowymi wyzwaniami. Otó˝
nak∏adanie miedzi na pod∏o˝e jest z na-
tury rzeczy trudne. Wypróbowano wiele
zaawansowanych technologii, ale ˝adna
z nich nie da∏a po˝àdanych rezultatów.
W koƒcu sfrustrowani in˝ynierowie z
IBM spróbowali staroÊwieckiej metody
powlekania galwanicznego. I to by∏ strza∏
w dziesiàtk´. Metoda ta pozostawia jed-
nak na p∏ytce pod∏o˝owej nierównoÊci i
wymaga zastosowania w nast´pnym kro-
ku polerowania chemiczno-mechanicz-

nego. W tym czasie myÊl o drastycznym
traktowaniu p∏ytki pastà polerskà by∏a
dla przywiàzanych do sterylnych warun-
ków wytwarzania uk∏adów scalonych me-
ned˝erów nie do pomyÊlenia. Tak wi´c
in˝ynierowie z IBM wykonali pierwsze
eksperymenty, nie pytajàc prze∏o˝onych
o pozwolenie. Z satysfakcjà stwierdzili,
˝e wyrównanie nierównoÊci na p∏ytce
pod∏o˝owej u∏atwia uzyskanie na niej
ostrzejszego obrazu figur podczas foto-
litografii (poniewa˝ stosowane uk∏ady
optyczne dajà obraz o stosunkowo ma-
∏ej g∏´bi ostroÊci), a tak˝e nak∏adanie ko-
lejnych warstw w nast´pnych etapach
procesu technologicznego.

Nauka, jakà nale˝y stàd wynieÊç, jest

taka, ˝e metody uwa˝ane za przestarza-
∏e mogà byç tak samo u˝yteczne jak naj-
nowsze zdobycze techniki. RzeczywiÊcie,
przemys∏ pó∏przewodnikowy odniós∏

ogromne korzyÊci z umiej´tnego po∏à-
czenia starego z nowym. To, ˝e osiàgni´-
to tak wiele, powinno si´ staç wskazów-
kà dla niezliczonych rzesz naukowców
i in˝ynierów, aby nie ustawali w wysi∏-
kach nad udoskonalaniem ju˝ ponad-
czterdziestoletnej technologii wytwarza-
nia uk∏adów scalonych.

Czy metody wytwarzania uk∏adów sca-

lonych za nast´pne 40 lat b´dà przy-
najmniej troch´ przypominaç dzisiejsze?
Chocia˝ futurolodzy przekonujà, ˝e to
egzotyczne rozwiàzania nanotechnolo-
gii zrewolucjonizujà elektronik´ po∏owy
naszego wieku, mog´ si´ za∏o˝yç, ˝e tech-
nologie pó∏przewodnikowe przysz∏oÊci
b´dà w du˝ej mierze bazowaç na obec-
nych rozwiàzaniach, wspieranych wpro-
wadzanymi stopniowo b∏yskotliwymi
odkryciami, których teraz nawet nie po-
trafimy sobie wyobraziç.

n

MAJ 2004 ÂWIAT NAUKI

71

BRY

AN CHRISTIE

O krok od granic mo˝liwoÊci. Gary Stix; Âwiat Nauki, s. 76-83; IV/1995.
Technologia i koszty w przemyÊle pó∏przewodnikowym. G. Dan Hutcheson i Jerry D. Hutcheson;

Âwiat Nauki, s. 32-38; III/1996.

Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology. Red. Yoshio Nishi i Robert Doering; Mar-

cel Dekker, 2000.

2003 International Technology Roadmap for Semiconductors
Prognoza rozwoju przemys∏u pó∏przewodnikowego z roku 2003 dost´pna w Internecie pod adre-

sem: http://public.itrs.net/Files/2003ITRS/Home2003.htm

Serwis informacyjny redagowany przez International SEMATECH, globalne konsorcjum najwi´kszych

producentów uk∏adów scalonych, dost´pny w Internecie pod adresem: www.sematech.org.

JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ

FOTOLITOGRAFIA W BARDZO G¸¢BOKIM ULTRAFIOLECIE

SOCZEWKI stosowane w obecnych systemach fotolitograficznych nie
b´dà mog∏y byç wykorzystywane do projekcji masek z elementami
o wymiarach mniejszych ni˝ 50 nm, poniewa˝ wprowadza∏yby zbyt
du˝e t∏umienie dla Êwiat∏a z zakresu tzw. g∏´bokiego ultrafioletu.

W rezultacie tradycyjne soczewki s∏u˝àce do skupiania wiàzki

Êwiat∏a generowanego przez plazmowe êród∏o UV i reduko-
wania wymiarów figur znajdujàcych na maskach zastà-
pià wielowarstwowe zwierciad∏a. System poka-
zany na poni˝szym rysunku jest oparty na
jednej z koncepcji opracowanych przez
holenderskà firmà ASML.

WIELOWARSTWOWE
ZWIERCIAD¸O
Pojedyncza warstwa odbija
tylko niewielki procent
padajàcego Êwiat∏a. Jednak
skumulowane odbicia od wielu
warstw dajà w rezultacie
wystarczajàco dobry efekt.

3 Wiàzka Êwiat∏a odbita

od maski jest kierowana
na p∏ytk´ pod∏o˝owà za
pomocà systemu okràg∏ych
zwierciade∏, który dokonuje
czterokrotnego zmniejszenia
obrazu figur znajdujàcych si´
na masce. Tak uzyskany
koƒcowy obraz uk∏adu
scalonego jest wielokrotnie
reprodukowany na powierzchni
p∏ytki pod∏o˝owej (za pomocà
urzàdzenia zwanego
stepperem).

1 Laser emituje wiàzk´ Êwiat∏a

z zakresu podczerwieni, która
oÊwietla chmur´ wtryskiwanego
ciek∏ego ksenonu. Wytwarzana
jest plazma, która emituje Êwiat∏o
o stosunkowo bogatym widmie

2 System wielowarstwowych

zwierciade∏ o ró˝nych profilach
ogniskuje wiàzk´ Êwiat∏a
o wybranej d∏ugoÊci fali
i kieruje jà na mask´

Laser

Zwierciad∏a
okràg∏e

Wiàzka

Êwiat∏a

odbita

od maski

Maska

Pojedynczy

uk∏ad

scalony

P∏ytka
pod∏o˝owa

Plazma

Zwierciad∏o
sferyczne

Zwierciad∏o
prostokàtne

Chmura

wtryskiwanego

ciek∏ego

ksenonu