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Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

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4 DIE

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN nicht entfernt wurde. Dies liegt daran, dass hier die Lackdicke höher war als im nahen Umfeld der Strukturen und die Ätzzeit somit nicht ausreichte, um den Restlack zu entfernen. Die höhere Restlackschicht ergibt sich dadurch, dass sich im entfernten Umfeld der Lack-Elektroden keine weiteren Strukturen befinden und der Lack nicht verdrängt werden kann. Im Gegensatz zu den Stellen, an denen der fließfähige Lack die Vertiefungen des Stempels füllt und sich somit die initiale Lackdicke verringern kann, bleibt an den Stellen, in deren nahen Umfeld sich keine Strukturen befinden, die initiale Lackdicke erhalten. Um diesen Restlack zu entfernen und auch hier das sich darunter befindende Metall freizulegen, muss die Breakthrough-Etch-Zeit dementsprechend länger gewählt werden. Abbildung 4.16 zeigt also einen nicht komplettierten Residual- Ätzschritt. Wird die Ätzzeit für den Residual-Layer verlängert, so besteht die Gefahr, dass die Elektroden-Lackstrukturen verloren gehen. Die Höhe der Strukturen und damit die Tiefe des Stempels muss stets deutlich größer sein als die des Restlacks. Bei der Stempelherstellung wurden Strukturtiefen von 100 nm realisiert. Somit ergibt sich beispielsweise eine Differenz von Strukturhöhe und Restlackhöhe von 90 nm bei einem Feststoffgehalt von 1,5 % des NX-2010 mit: D Differenz = D Stempel + D Residual-Layer - D Initial-Dicke Diese Differenz genügte zur erfolgreichen Herstellung von Nanoelektroden für Crossbar-Strukturen, wie in empirischen Untersuchungen festgestellt werden konnte. Wird die initiale Lackdicke zu gering gewählt, entstehen Probleme bei der Realisierung großer Flächen, hier der Kontaktflächen und der Mikrometer-Zuleitungen der Elektrodenstrukturen. Große Kontaktflächen bedeuten große Volumina im Stempel, welche während des Imprints mit Lack gefüllt werden müssen. Steht durch eine zu geringe Lackdicke nicht genügend Material zur Verfügung, so werden große Volumina unvollständig ausgefüllt. Abbildung 4.17 zeigt die Auswirkung einer zu geringen Lackdicke auf die Fülleffizienz großer Volumina anhand der Elektrodenstrukturen. Wird z.B. die initiale Lackhöhe mit ~ 20 nm gewählt, so können sowohl die Kontaktflächen (Abbildung 4.17 a) als auch die Mikrometerzuleitungen (Abbildung 4.17 b) der 32 bit-Struktur nicht mehr adäquat gefüllt werden. Es treten blasenartige Füllmuster auf, wobei sich zunächst die Ränder der großen Strukturen aufgrund von Kapillarkräften füllen. Das Auffüllen findet demzufolge von Außen nach Innen statt [111]. Elektrodenkonfigurationen, die weniger Zuleitungsperipherie umfassen, also 8 bit und 16 bit Strukturen, bieten ein geringeres Großvolumen und sind daher durch geringere Lackdicken leichter vollständig auffüllbar. Abbildung 4.18 zeigt die Füllungseffizienz verschiedener Elektrodenstrukturen bei einer Lackdicke von 51

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN 20 nm. Die Füllungseffizienz in [%] beschreibt darin das Verhältnis aus dem Volumen, welches nicht vollständig gefüllt wurde, zu dem Gesamtvolumen der Zuleitungs- und Kontaktperipherie. Die Volumina wurden durch optische Mikroskopaufnahmen vermessen. a) b) Abbildung 4.17: Unvollständig gefüllte Kontaktflächen a) und Zuleitungen b) der Elektroden-Strukturen durch eine zu geringe Initial-Lackdicke von ~ 20 nm. Füllungseffizienz [%] 70 60 50 40 30 20 10 8 bit 16 bit 32 bit 0 0,5 1 1,5 Peripheriefläche [mm 2 ] Füllungseffizienz [%] 100 70 40 10 32 bit 16 bit 8 bit 0,7 1,85 3 Feststoffgehalt [%] Abbildung 4.18: Füllungseffizienz des Imprint-Stempels in Abhängigkeit der zu füllenden Peripheriefläche (Kontaktfläche und Zuleitungsfläche) der Elektrodenstrukturen bei einer initialen Lackdicke von 20 nm. Abbildung 4.19: Füllungseffizienz in Abhängigkeit des Feststoffgehaltes des UV- Lacks NX-2010 für unterschiedliche Elektroden-Peripherieflächen der Crossbar- Array-Strukturen. 52