假塑性金属纳米粒子流体纳米压印中转移图形形貌控制研究

作     者：夏委委 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段智勇

授予年度：2014年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：纳米压印 假塑性流体 金属纳米粒子 填充度 保真度 缺陷 脱模 

摘      要：半导体器件的特征尺寸必需急剧减小才能满足集成电路迅速发展的需要。传统光刻技术受光学原理的影响已达其技术极限，纳米压印采用非光学技术手段实现纳米结构图形的转移，是最具有潜力的下一代光刻技术备选支撑技术之一。 本文针对传统纳米压印工艺步骤复杂、成本高、分辨率低等技术缺陷，结合金属纳米压印步骤简单的优点和假塑性流体剪切稀化的特性，提出将不同大小的金属纳米粒子均匀分散在前驱体溶液中制备出假塑性金属纳米粒子流体，并作为转移介质用于纳米压印中。基于新型转移介质，对压印过程不同阶段影响图形转移精度的因素进行分析，并提出相应的解决措施。具体工作如下： 1、介绍了传统纳米压印技术的工艺原理和特点，并在此基础上阐述了实现纳米压印技术的新手段，同时对纳米压印工艺中转移介质的选取标准和纳米压印在不同领域内的应用做了一定的概括。 2、为提高压印过程中纳米线条保真度，基于假塑性流体的Carreau流变模型，利用COMSOL软件仿真分析了压印过程中不同参数如转移介质性质、流体粘度、施加压强、掩模板压印速度等对掩模板纳米腔穴内填充效果的影响，并验证了假塑性流体作为转移介质的技术优势。通过优化参数集可以实现压印阶段纳米腔穴的高填充度。 3、掩模板上纳米结构图形的形貌完全决定了基板上转移图形的保真度，因此研究纳米腔穴的图形形貌误差对填充效果的影响十分必要。利用有限元软件对不同种类缺陷纳米结构腔穴内的填充度进行了仿真、分析和计算，得出由于制备工艺不完善导致的形貌误差对转移图形的保真度和脱模工艺的影响，并提出解决办法。 4、脱模初始阶段微结构所受的脱模力最大，容易出现颈部微缩甚至断裂的现象。为保证转移图形的完整性，通过对脱模初始阶段影响微结构完整性的参数进行分析，获得流体粘附力、内部作用力、脱模摩擦力等作用于微结构的解析式，以及摩擦系数、Hamaker常数、图形深宽比、金属纳米粒子大小等对脱模完整性的影响。并得出在保证微结构不被拉断的情况下决定其最大深宽比的因素，为制备完整的高深宽比纳米线条提供了理论依据。 通过对不同阶段影响图形转移精度的因素进行分析，得出制备高保真度纳米线条的最优化参数集，分析结果对后续工作中实验平台的搭建和工艺流程的设计具有重要指导意义。