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

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4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN Es wird hier deutlich, dass eine geringe Peripheriefläche, wie sie bei 8 bit-Strukturen vorhanden ist zu einem höheren Füllungsgrad des Stempels führt als bei 16 bit- oder 32 bit-Strukturen, da ein geringeres Volumen gefüllt werden muss. Dennoch sind bei einer Lackdicke von 20 nm auch die 8 bit-Strukturen nicht zu 100 % vorhanden. Wird die initiale Lackdicke durch Erhöhung des Feststoffgehaltes vergrößert, so steigert sich die Füllungseffizienz (siehe Abbildung 4.19). Um stets alle Elektroden-Strukturen zu 100 % füllen zu können, muss ein Feststoffgehalt von mindestens 1,5 % des NX- 2010 gewählt werden. Dies resultiert in einer initialen Schichtdicke von ~ 45 nm und einen Residual-Layer im Zentrum der Nanostrukturen von ~ 35 nm. Die Originalgebinde von Nanonex enthielten einen Feststoffgehalt von 3 %, sodass diese in einem 1 : 1 - Verhältnis mit MMA gemischt wurden. Wie aus den oben aufgeführten Sachverhalten deutlich wird, kann kein beliebig dünner Residual-Layer unter Verwendung dieses Crossbar-Designs erzielt werden. Dadurch wird die Realisierung sehr kleiner Strukturen im sub-50 nm Nanometerbereich stark eingeschränkt, da die Verluste durch den Breakthrough-Prozess in diesem Bereich nicht mehr zu vernachlässigen sind. Eine Lösung bietet die Herstellung der Zuleitungsperipherie mit Hilfe anderer Technologiemethoden (z.B. durch optische Lithographieverfahren), sodass lediglich die Strukturen im Elektrodenzentrum mittels Nanoimprint-Lithographie hergestellt werden (siehe Kapitel 5.4). Somit sind keine großen Volumina im Stempel mehr zur füllen, der Residual-Layer kann reduziert werden und die Herstellung von Elektroden im Nanometerbereich ist möglich. Auch die Realisierung eines homogenen Residual-Layers ist mit dem vorhandenen Crossbar-Design und mit der Verwendung eines Aufschleuderverfahrens des Imprint- Lacks nicht möglich. Für regelmäßig angeordnete Strukturen, die über die Gesamtfläche des Wafers verteilt sind, kann jedoch durchaus ein homogener Residual-Layer erzielt werden. Ein Werkzeug zur Berechnung und somit zur Optimierung der Residual-Dicke bietet in diesem Fall die Stefan’s Gleichung [34] 1 1 2 p = + t , 2 2 2 h ( t) h η s 0 0 welche die Dicke des Residual-Layers h in Abhängigkeit von Imprint-Druck p, -Zeit t, Initial-Lackdicke h 0 , Lackviskosität η 0 und der Fläche des Stempels, die gefüllt werden muss, also in den Stempel hineingeätzt wurde, s 2 beschreibt. Für die Herstellung von Crossbar-Array-Strukturen kommt eine Abschätzung mit Hilfe der Stefan’s Gleichung erst dann in Frage, wenn die Zuleitungsperipherie für die elektrische Charakterisierung nicht mehr von Nöten ist, also wenn z.B. Crossbar-Array-Speicher auf einen CMOS- 53

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN basierten Demonstratorchip integriert werden. In diesem Fall kann durch regelmäßig angeordnete Elektroden-Strukturen eine Homogenität der Residual-Layer-Dicke erreicht werden. 4.2.4 Reaktives Ionenstrahl-Ätzen Das reaktive Ionenstrahl-Ätzen (Reactive Ion Beam Etching – RIBE) ist ein Plasma- Ätzverfahren und wurde in dieser Arbeit für verschiedene Strukturierungsmaßnahmen eingesetzt. Zum einen wurden bei der Stempelherstellung für die Nanoimprint- Lithographie Strukturen in Glassubstrate übertragen. Zum anderen wurde das RIBE- Verfahren zur Herstellung von Nanoelektroden der Crossbar-Arrays eingesetzt. Hierbei musste zunächst der Residual-Layer nach dem Imprint entfernt und dann die Metalle, die als Elektrodenmaterial benötigt wurden, strukturiert werden. Somit war eine Reihe an verschiedenen Materialien (SiO 2 , Ti, Pt, Cr ...) in unterschiedlichen Ätzprozessen zu strukturieren. Generell wird bei Plasmaverfahren zwischen drei Ätzmechanismen unterschieden: I) Sputtern II) Chemisches Ätzen III) Physikalisch unterstütztes chemisches Ätzen Maske Substrat + + a) b) c) Abbildung 4.20: Ätzmechanismen: a) Sputterätzen, b) Chemisches Ätzen, c) Physikalisch unterstütztes chemisches Ätzen. Im Fall I) des Sputterätzens werden Inertgase (Ar, N 2 ) eingesetzt, die in einer Plasmaquelle ionisiert werden. Durch die Beschleunigung der Ionen auf ein Substrat, werden in einem physikalischen Prozess Atome durch mechanisches Herausschlagen von der Oberfläche gelöst. Der Ätzabtrag findet durch kinetischen Energieaustausch beschleunigter Teilchen mit der Probe statt, wodurch auf vorstrukturierten Substraten (z.B. lithographisch definierte Lackmasken) schräge Ätzprofile entstehen 54