BRPI0611622A2

BRPI0611622A2 - processo de modelagem

Info

Publication number: BRPI0611622A2
Application number: BRPI0611622-1A
Authority: BR
Inventors: James Stanislaus Williams; Jodie Elizabeth Bradby; Ian Andrew Maxwell
Original assignee: Wriota Pty Ltd
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2010-09-21
Also published as: EP1896165A1; CA2611184A1; US20090126589A1; CN101222974A; AU2006255487A1; WO2006130914A1; RU2007147628A; KR20080032074A; NZ564138A; JP2008543093A; TW200710986A

Abstract

PROCESSO DE MODELAGEM. A presente invenção refere-se a um processo de modelagem, que inclui aplicar uma pressão em e remover uma pressão de uma ou mais regiões de uma substância para transformar uma fase de uma ou mais regiões da substância, uma ou mais regiões transformadas tendo respectivas formas predeterminadas que representam um modelo predeterminado. O processo de modelagem pode ser utilizado para formar modelos em nanoescala em substâncias sem requerer a utilização de uma fotorresina ou uma litografia ótica ou de feixe de elétrons convencional, assim evitando as limitações destas técnicas. Por exemplo, uma pastilha de semicondutor com uma camada de superfície de silício amorfo ou cristalino pode ser modelada utilizando uma matriz ou um nanoindentador e subseqúentemente utilizada como elementos em dispositivos eletrónicos, áticos ou mecânicos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO DE MODELAGEM".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um processo de modelagem oulitográfico que pode ser utilizado como uma alternativa aos processos litográ-ficos padrão para transferir um modelo para uma substância ou substrato talcomo uma pastilha de semicondutor, por exemplo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O rápido progresso na microeletrônica está freqüentemente re-presentado pela Lei de Moore, a qual prediz que o número de transistorespor circuito integrado continuará a dobrar a cada par de anos. Esta duplica-ção requer que o tamanho físico de cada transistor diminua com cada gera-ção sucessiva de circuitos integrados. No entanto, a dificuldade de conseguiresta contração aumentou dramaticamente, até o ponto onde pode não sereconomicamente factível continuar a seguir a Lei de Moore devido aos au-mentos exponenciais em complexidade e no tempo requerido para desen-volver novas gerações de circuitos integrados. Por outro lado, a enorme de-manda para dispositivos eletrônicos, óticos, e/ou outros tipos menores e/oumais rápidos pode justificar tais altos custos de desenvolvimento em algunscasos. No entanto os desafios de desenvolver dispositivos cada vez meno-res permanecem consideráveis, especificamente conforme as dimensõescaracterísticas de tais dispositivos entram na escala nanométrica.

Especificamente, os processos litográficos utilizados para mode-lar as camadas de um circuito integrado ou outro tipo de chip pela definiçãodas dimensões laterais do dispositivo e das características de circuito enca-ram desafios cada vez mais difíceis, como descrito na 2004 Update to theInternational Technology Roadmap for Semiconductors, disponível emhttp://www.itrs.net/Common/2004Update/2004 07 Lithoaraphv.pdf. Os pro-cessos utilizados para definir estas dimensões laterais estão referidos ge-ralmente na técnica como processos de modelagem ou litográficos (o últimopor analogia com os processos de impressão tradicionais). Este processo demodelagem ou litográfico é geralmente compreendido como um que estabe-lece uma disposição ou Iayout desejado de uma ou mais regiões bidimensi-onais de forma arbitrária sobre a superfície de uma substância, tipicamenteuma pastilha de semicondutor, a qual pode já estar parcialmente processadapara incluir uma ou mais camadas modificadas e/ou depositadas. Tipicamen-te, a substância 'modelada' é então adicionalmente processada para proverum modelo correspondente de regiões modificadas ou depositadas. Por e-xemplo, uma camada de outra substância pode ser seletivamente deposita-da sobre somente aquelas uma ou mais regiões, ou o seu complemento (istoé, sobre todos os lugares exceto estas regiões, ou modificar ou estas regi-ões ou o seu complemento). O modelo desejado é dito ser 'transferido' paraa substância, e a superfície modelada pode ser considerada para reproduziro modelo. Além disso, o termo 'modelo' deve ser compreendido como inclu-indo uma situação onde somente uma região é definida, e não é necessárioque o modelo ou cada região tenha qualquer simetria, regularidade ou repe-tição. Apesar dos recentes avanços feitos em tecnologia de melhoramentode resolução e processos e sistemas litográficos sem máscara, de imersão,de ultravioleta extrema, de projeção de feixe de elétrons, e de elétron deproximidade, muitas das especificações de litografia no futuro próximo nãotêm soluções fabricáveis conhecidas. Existe portanto uma necessidade paranovas tecnologias para os processos de modelagem ou litográficos ou deoutro modo produzir uma ou mais regiões modeladas de uma substância.

Além disso, existe uma gama de outras aplicações de microele-trônica e de optoeletrônica onde os processo litográficos ou outras modela-gens são necessários mas onde o foco primário está sobre o baixo custoe/ou a modelagem de grandes áreas ao invés de tamanho de pequenas ca-racterísticas. Exemplos de tais aplicações incluem os displays de painel pla-no (FPDs), os dispositivos fotovoltaicos, os circuitos híbridos, os sistemasmicroeletromecânicos (MEMS), os circuitos de comunicação integrados, osmódulos de microeletrônica, os sinalizadores de identificação de radiofre-quência (RFID)1 e os transistores de filme fino (TFTs) para os displays decristal líquido (LCD), que incluem as telas de TV. Apesar de que muitas des-tas aplicações envolvem a modelagem de silício ou outros materiais de se-micondutor, existe um número crescente de aplicações baseadas em mate-riais orgânicos ou plásticos que são flexíveis. Em tais casos, a modelagemde materiais pode ser conseguida através de, por exemplo, impressão demicrocontato, modelagem de microtransferência e gravação líquida, ou pelautilização de litografia ótica, mas com características que permitem uma mo-delagem de grande área em uma resolução moderadamente alta. No entan-to, existe um número de desafios nestas áreas que referem-se à eficiênciade custo, reprodutibilidade, resolução lateral e definição de característica, aredução de erros de emendas para modelagem de grandes áreas, a fabrica-ção de matrizes mestres e 'estampos' que não degradem substancialmenteao longo de uma utilização estendida, a necessidade de trabalhar com mate-riais de substrato que podem não ser compatíveis em processo com o silício,assim como reduzir o número de etapas de processo e o equipamento dealto custo de capital associado requerido para conseguir a modelagem dese-jada do substrato.

É desejado, portanto, prover um processo de modelagem, quealivie uma ou mais das dificuldades acima, ou pelo menos provenha umaalternativa útil.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, está provido um processode modelagem, que inclui:

aplicar uma pressão e remover uma pressão de uma ou maisregiões de uma substância para transformar uma fase de uma ou mais regi-ões da dita substância, uma ou mais regiões transformadas tendo respecti-vas formas predeterminadas que representam um modelo predeterminado.

As modalidades preferidas da presente invenção podem ser uti-lizadas para produzir mudanças de fase induzidas por pressão de áreas se-lecionadas em uma substância que pode resultar em uma ou mais fasesamorfas e/ou cristalinas em áreas selecionadas que exibem diferentes pro-priedades elétricas, térmicas, mecânicas, óticas, químicas, de remoção dematerial, e outras com relação a uma ou mais regiões não-transformadascircundantes da substância.Em uma modalidade, a substância é o silício, e o processo incluiuma remoção seletiva de uma ou mais diferentes fases de silício por grava-ção química molhada preferencial destas fases. As fases removidas podemser uma ou mais regiões transformadas, ou uma ou mais regiões não-transformadas. Nesta modalidade, muitas das etapas requeridas pelos pro-cessos de litografia ótica padrão para transferir um modelo para o silício sãoeliminadas.

As regiões transformadas da substância, a qual pode ser umsemicondutor e o silício especificamente, podem também exibir diferentespropriedades elétricas e outras para a substância não-transformada, taiscomo mas não limitadas à condutividade elétrica, índice refrativo, velocidadede onda acústica superficial, módulo de Young, etc., e uma ou mais destaspropriedades modificadas pode levar diretamente à funcionalidade de dispo-sitivo ativa ou passiva desejada. A realização de tal funcionalidade de dispo-sitivo pode requerer a remoção das regiões transformadas ou não-transformadas, mas este não é necessariamente o caso.

Em uma modalidade da presente invenção, está provido ummeio para causar uma mudança de fase induzida por pressão em uma oumais regiões de uma substância, onde a forma de pelo menos uma regiãotransformada é controlada não somente no plano bidimensional x-y, mastambém em uma terceira dimensão ζ ortogonal, para produzir uma regiãotransformada que tenha uma forma tridimensional desejada. Isto é conse-guido pelo controle da aplicação e/ou liberação de pressão, levando em con-ta a forma do aplicador de pressão. A forma da região transformada podeser relativamente complexa, tal como, por exemplo, uma esfera, um poliedroe similares.

A presente invenção também provê um sistema que tem compo-nentes para executar as etapas de qualquer um dos processos acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As modalidades preferidas da presente invenção serão daqui emdiante descritas, por meio de exemplos somente, com referência aos dese-nhos acompanhantes, em que:A Figura 1 é um diagrama de estado que ilustra as várias fasesde silício que podem ser obtidas pela aplicação e a remoção de pressão deacordo com uma modalidade preferida da presente invenção;

A Figuras 2 e 3 são vistas plana e lateral esquemáticas, respec-tivamente, de uma partilha de silício cristalino que tem uma fina camada desuperfície de silício amorfo relaxado;

A Figuras 4 e 5 são vistas plana e lateral esquemáticas, respec-tivamente, de uma ferramenta ou matriz de estampagem que inclui caracte-rísticas de superfície elevadas ou projeções para aplicar e remover pressãode regiões correspondentes de uma substância de acordo com uma modali-dade preferida da presente invenção;

A Figuras 6 e 7 são vistas plana e lateral esquemáticas, respec-tivamente, que ilustra a aplicação da matriz em uma porção do substrato desilício das Figuras 2 e 3, mas antes da aplicação de pressão no substrato;

A Figuras 8 e 9 são vistas plana e lateral esquemáticas, respec-tivamente, que ilustram a transformação de fase em regiões corresponden-tes da camada de superfície que resulta da aplicação de pressão no substra-to pelas projeções sobre a matriz;

A Figuras 10 e 11 são vistas plana e lateral esquemáticas, res-pectivamente, que ilustram as mudanças de fase adicionais das regiõestransformadas que resultam da remoção controlada de pressão destas regiões;

A Figura 12 é uma vista lateral em corte transversal esquemáticaque ilustra ainda mudanças adicionais em fase que resultam do recozimentodas regiões transformadas da camada de superfície;

A Figura 13 é uma vista lateral em corte transversal esquemáticada pastilha após a remoção das regiões não-transformadas da camada desuperfície por gravação molhada;

A Figura 14 é um diagrama de fluxo de uma modalidade preferi-da de um processo de modelagem;

A Figura 15 é uma imagem de AFM que mostra uma rede ilhasde silício amorfo sobre um substrato de Si-I cristalino formadas pela lentaremoção de pressão aplicada por um endentador esférico em regiões cor-respondentes de um substrato de Si-I;

A Figura 16 é um gráfico de um escaneamento de linha de AFMatravés de uma fila de ilhas amorfas mostradas na Figura 15, que indica quecada ilha tem aproximadamente 450 nm de altura, e aproximadamente 2,5pm de largura;

A Figura 17 é uma imagem de AFM que mostra uma rede ilhasdas fases de alta pressão de Si-lll/Si-XII sobre um substrato de Si-I cristali-no, formadas pela rápida remoção de pressão aplicada por um endentadoresférico em regiões correspondentes de um substrato de Si-I;

A Figura 18 é um gráfico de um escaneamento de linha de AFMatravés de uma fila de ilhas mostradas na Figura 17, que indica que cadailha tem aproximadamente 800 nm de altura, e aproximadamente 2,5 μηι delargura;

A Figura 19 é uma imagem de AFM que mostra uma rede ilhasdas fases de alta pressão de Si-lll/Si-XII sobre um substrato de Si-I cristali-no, formadas pela lenta remoção de pressão aplicada por um endentadoresférico em regiões correspondentes de uma camada de a-Si relaxada;

A Figura 20 é um gráfico de um escaneamento de linha de AFMatravés de uma fila de ilhas mostradas na Figura 19, que indica que cadailha tem aproximadamente 300 nm-de altura, e aproximadamente 3 μιτι delargura;

A Figura 21 é uma imagem de AFM que mostra uma rede deaberturas ou rebaixos formados pela lenta remoção de pressão aplicada porum endentador esférico em regiões correspondentes de uma camada de a-Si relaxada;

A Figura 22 é um gráfico de um escaneamento de linha de AFMatravés de uma fila de rebaixos mostrados na Figura 21, que indica que cadarebaixo tem aproximadamente 120 nm de profundidade, e aproximadamente2,5 pm de largura;

A Figura 23 é uma imagem de AFM que mostra uma rede deilhas de silício amorfo formadas pela rápida remoção de pressão aplicadapor um endentador Berkovich em regiões correspondentes de um substratode Si-I;

A Figura 24 é um gráfico de um escaneamento de linha de AFMatravés de uma série de ilhas amorfas mostradas na Figura 23, que indicaque cada ilha tem aproximadamente 60 nm de altura, e aproximadamente 1pm de largura;

A Figura 25 é uma imagem de AFM que mostra uma rede ilhasdas fases de alta pressão de Si-lll/Si-XII sobre um substrato de Si-I cristali-no, formadas pela lenta remoção de pressão aplicada por um endentadorBerkovich em regiões correspondentes de um substrato de Si-I;

A Figura 26 é um gráfico de um escaneamento de linha de AFMatravés de uma fila de ilhas mostradas na Figura 25, que indica que cadailha tem aproximadamente 50 nm de altura, e aproximadamente 1 pm delargura;

A Figura 27 é uma imagem de AFM de uma característica linearou de linha estendida de silício amorfo formada aplicando e rapidamenteremovendo a pressão de uma rede linear de regiões sobrepostas, seguidopor uma gravação para gravar de preferência o silício cristalino não-transformado; e

A Figura 28 é um escaneamento de linha de AFM através dalinha de silício amorfo, que indica que a linha tem aproximadamente 250 nmde altura, e quase 2 pm de largura.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

O silício cúbico em diamante cristalino (também referido comoSi-I, a fase de silício 'comum' produzida em forma de pastilha para a fabrica-ção de dispositivos microeletrônicos) sofre uma série de transformação defase durante a deformação mecânica. Experiências de batente de diamantede alta pressão mostraram que o Si-I cúbico em diamante cristalino sofreuma transformação de fase para uma fase de β-Sn metálico (também referi-do como Si-ll) a uma pressão de ~ 11 GPa, como descrito em J. Z. Hu1 L. D.Merkle, C. S. Menoni, e I. L. Spain, Phys. Rev. B 34, 4679 (1986), e como oSi-Il é instável a pressões abaixo de ~ 2 GPa, o Si-Il sofre uma transforma-ção adicional durante a liberação de pressão.

Estas transformações de fase também foram observadas ocorrerdurante um processo referido como endentação, em que uma ponta de en-dentador extremamente dura é pressionada para dentro da superfície de ummaterial por uma aplicação crescente de força (referida como a fase ou eta-pa de carregamento ou aplicação do processo de endentação), e esta forçaé subseqüentemente diminuída (referida como a fase ou etapa de descarre-gamento ou liberação do processo de endentação) e a ponta de endentadorremovida da superfície deformada ou endentada. A endentação como acimadescrito é uma técnica bem estabelecida para avaliar as propriedades dematerial de substâncias, a dureza especificamente. A Figura 1 resume astransformações de fase que ocorrem durante o carregamento e o descarre-gamento de endentação de Si-I 102. Como nas experiências de batente dediamante, a fase de Si-I 102 inicial transforma para a fase Si-Il 104 sob pres-são; isto é, durante o carregamento. No descarregamento a fase Si-Il 104sofre transformações adicionais para formar ou as fases cristalinas Si-Xll/Si-Ill 106 ou uma fase amorfa (a-Si) 108, dependendo da taxa de remoção depressão. Um rápido descarregamento leva à formação de a-Si 108, enquan-to que um descarregamento lento resulta na formação de Si-XII/Si-lll 106.

O a-Si, é uma fase incomum pelo fato de que esta exibe proprie-dades marcadamente diferentes, dependendo de como esta foi formada.Especificamente, o a-Si pode existir um de dois estados: um estado 'não re-laxado' (por exemplo, como depositado ou diretamente após a formação porimplantação de íons na temperatura ambiente), e um estado 'relaxado' (porexemplo, formado pelo recozimento de a-Si não relaxado a 450° C), e estesdois estados têm diferentes propriedades. Especificamente, a-Si como im-plantado (não relaxado) foi descoberto ser significativamente mais macio doque o Si-I1 enquanto que o a-Si recozido (relaxado) foi descoberto ter propri-edades mecânicas muito similares àquelas do Si-I em estado cristalino. Arazão para estas diferenças não é conhecida.

Por exemplo, uma camada contínua de a-Si não-relaxado podeser preparada por implantação de íons de Si-I 102 cristalino com 600 keVíons de Si para uma fluência de pelo menos aproximadamente 3x1015 íonscm"2 na temperatura de nitrogênio líquido. Após a implantação, uma amostraproduzida deste modo pode ser recozida por 30 minutos a uma temperaturade 450° C em uma atmosfera de argônio para fazer com que o a-Si não rela-xado transforme-se em a-Si 'relaxado1. As espessuras das camadas amorfasrelaxadas e não relaxadas produzidas sob estas condições foram medidaspara ser de ~ 650 nm por contradispersão de Rutherford (RBS) com 2 MeVíons de hélio, demonstrando que o processo de recozimento não é suficientepara recristalizar uma camada de a-Si, e com isto a camada permanece a-morfa. Assim os estados relaxado e não relaxado são ambos estados amor-fos de silício.

Como descrito no Pedido de Patente Internacional NúmeroPCT/AU2004/001735, a endentação de uma camada de a-Si não-transformao a-Si relaxado em qualquer outra fase, presumivelmente porque o a-Si nãorelaxado relativamente macio flui para fora sob a ponta de endentador econseqüentemente não atinge a pressão requerida para iniciar a transforma-ção de fase.

Em contraste com o a-Si não-relaxado, a endentação de umacamada de a-Si relaxada pode causar transformações tanto durante o carre-gamento quanto o descarregamento. No carregamento, o a-Si relaxadotransforma-se na fase de Si-Il metálico 104. No descarregamento, a fase deSi-Il 104 sofre transformações adicionais, dependendo da taxa de liberaçãode pressão. Um lento descarregamento faz com que o Si-Il transforme-seem Si-XII/Si-lll 106 (e possivelmente uma quantidade relativamente pequenade a-Si dentro destas fases), enquanto que um rápido descarregamento fazcom que o Si-Il transforme-se em a-Si. Não está claro se o a-Si formado nodescarregamento está no estado relaxado ou não relaxado, mas não pareceinfluenciar a sua capacidade de transformar-se em Si-Il em uma subseqüen-te reendentação, presumivelmente porque a pequena região amorfa induzidapor endentação está confinada sob o endentador e circundada por um mate-rial que não flui na aplicação de pressão. Conseqüentemente, mesmo seeste material amorfo estivesse no estado não relaxado, este não fluiria parafora de sob o endentador, e seria portanto sujeito às altas pressões requeri-das para transformá-lo em fase de Si-Il 104.

Mais ainda, o aquecimento da região do material de Si-Xl l/l 11transformado em fase na camada de Si amorfo relaxado a temperaturas a -cima de 200° C e até 450° C por 30 minutos faz com que a fase de Si-Xl l/l 11sofra uma transformação adicional na fase de Si-I. Significativamente, qual-quer Si amorfo dentro da região transformada que contém Si-Xll/lIl é tam-bém transformado em Si-I. No entanto, o a-Si relaxado que circunda a regiãoendentada (isto é, o a-Si relaxado que não sofreu nenhuma transformaçãode fase) não sofre a transformação de fase termicamente induzida para Si-Iquando aquecido até 450° C por 30 minutos.

Como mostrado na Figura 14, um processo litográfico ou de mo-delagem com base nestas observações foi desenvolvido. O processo come-ça projetando ou de outro modo produzindo um modelo desejado na etapa1402. Isto pode ser feito utilizando um Iayout físico padrão ou um softwarede projeto de máscara tal como o L-edit, descrito emhttp://www.tanner.com/EDA/products/ledit/default.htm. para gerar os dadosde modelo que representam o modelo desejado. Na etapa 1404, uma ferra-menta ou matriz de estampagem é produzida dos dados de modelo parareproduzir o modelo desejado (em relevo) como características de superfícieelevadas ou projeções sobre uma superfície de outro modo substancialmen-te plana. Alternativamente, se o modelo consistir em uma ou mais caracterís-ticas repetidas, a matriz pode reproduzir uma porção do modelo desejadoque pode ser repetido para reproduzir o modelo inteiro. Por exemplo, as Fi-guras 4 e 5 são vistas plana e em corte transversal lateral esquemáticas,respectivamente, de uma matriz simples 400 que tem uma série de linhas de10 nm de largura 402 separadas por 100 nm. Uma tal matriz é de preferên-cia fabricada de ou revestida com um material que é significativamente maisduro do que o material de substrato. Na modalidade descrita onde o substra-to é o silício elementar, a matriz pode ser feita de ou revestida com um mate-rial tal como o nitreto de boro, o carbureto de silício, o diamante, ou um ma-terial como diamante para aperfeiçoar a dureza das projeções e assim a du-rabilidade da matriz. O modelo, ou uma porção do modelo, é transferido emrelevo para o material de matriz utilizando um processo litográfico padrão noqual o material de matriz que circunda o modelo em relevo é removido atéuma profundidade desejada por um processo de gravação químico molhadoou, de preferência seco. Ficará aparente para aqueles versados na técnicaque o processo litográfico pode incluir a produção de uma máscara de lito-grafia ótica dos dados de modelo. Alternativamente, os dados de modelopodem ser utilizados para determinar o percurso de um elétron em uma fer-ramenta de litografia de feixe de elétrons.

As Figuras 2 e 3 são vistas plana e em corte transversal lateralesquemáticas, respectivamente, de uma partilha de silício 200, preparada naetapa 1406 pela criação de uma camada de superfície de silício amorfo rela-xado 302 sobre o substrato de silício cristalino 304. Por exemplo, as etapasde implantação de íons e de recozimento acima descritas podem ser utiliza-das para formar uma camada de superfície de 650 nm de a-Si relaxado so-bre um substrato de Si-I. Se uma diferente espessura de camada for reque-rida, a energia de feixe e a fluência de íons podem ser ajustadas conseqüen-temente, como ficará aparente para aqueles versados na técnica.

Referindo à Figura 14, na etapa 1408 a matriz 400 que foi mode-lada para reproduzir pelo menos uma porção do modelo desejado é utilizadapara aplicar uma pressão em regiões correspondentes da camada de super-fície 302. Como mostrado na Figura 6, isto é conseguido pela aplicação damatriz 400 para contactar a camada de superfície 302, e então aplicar umapressão, de preferência mas não necessariamente em uma direção substan-cialmente normal à camada de superfície 302, mas em qualquer caso tal quenão exista nenhum movimento lateral substancial da matriz 400 em relaçãoà camada de superfície 302. As projeções 402 da matriz 400 contactam asregiões correspondentes da camada de superfície 302 e aplicam pressãonestas regiões. Como mostrado nas Figuras 8 e 9, uma pressão suficiente(pelo menos ~ 11 GPa) é aplicada pelo menos nas regiões 802 imediata-mente sob as projeções 402 da matriz 400 para transformar estas regiões nafase de silício - Il metálico. A pressão máxima aplicada na camada de super-fície 302, a direção na qual a pressão é aplicada, e em algum grau a formado endentador determina a profundidade e a extensão lateral das regiõestransformadas.

Ficará aparente para aqueles versados na técnica que apesardas regiões transformadas serem representadas esquematicamente na Figu-ra 10 como sendo retangulares na forma, as regiões realmente transforma-das na prática serão aquelas regiões dentro do campo de tensões produzidodentro da camada de superfície 302 (e potencialmente também o substrato304 sob a camada de superfície 302) que estão sujeitas a uma pressão iguala ou maior do que aquela requerida para transformar a fase destas regiões.Tipicamente, estas regiões são esperadas serem quase esféricas ou parci-almente esféricas na forma no caso de uma projeção como um ponto, alta-mente localizada tal como uma ponta de endentador, por exemplo. Além dis-so, em muitos casos a forma da ponta pode ser pelo menos parcialmentetransferida em imagem de espelho para a superfície endentada por defor-mação plástica daquela superfície, e esta própria deformação pode ser útilpara algumas aplicações, incluindo as estruturas de MEMS, e a texturizaçãode superfície de células solares, como abaixo descrito.

Na etapa 1410 na Figura 14, a pressão aplicada pela matriz 400é liberada em um modo controlado de modo que a taxa de liberação depressão das regiões transformadas pelas projeções 402 provenha a fase oufases finais desejadas até uma profundidade desejada. Na modalidade des-crita onde a camada de superfície 302 é de silício amorfo relaxado, a pres-são é liberada relativamente lentamente (menos do que aproximadamente 3mN s'1 no caso de uma ponta de endentador esférica de raio 4,2 μιτι) de mo-do que as fases finais nas regiões localizadas 1002 sejam predominante-mente Si-lll/Si-XII, como mostrado nas Figuras 10 e 11. Alternativamente, seas regiões transformadas fossem originalmente cristalinas, então a pressãopode ser liberada relativamente rapidamente, se a fase final desejada for osilício amorfo (mas pode adicionalmente conter uma proporção relativamentepequena de Si-lll/Si-XII).

A aplicação e a subseqüente remoção de pressão pela matrizcomo acima descrito é aqui referida como um processo de 'estampagem'.

Nesta especificação, o termo 'estampagem' refere-se a um processo pormeio de que uma ferramenta de estampagem, uma matriz, uma ponta deendentador, ou qualquer outro tipo de ferramenta, refere-se a um processopor meio de que uma ferramenta de estampagem, uma matriz, uma ponta deendentador, ou qualquer outro tipo de ferramenta, um instrumento de estile-te, ou outra entidade física é colocada em contato com uma ou mais regiõescorrespondentes de uma substância, e então é utilizado para aplicar pressãopelo menos nas regiões imediatamente sob as regiões de contato. Comoacima descrito, apesar da pressão não precisar ser aplicada em uma direçãonormal a uma superfície da substância, a pressão é aplicada de tal modoque, durante a aplicação desta pressão, não existe nenhum grau substancialde movimento lateral entre a ferramenta ou matriz de estampagem ou a pon-ta de endentador. Assim um processo de estampagem pode ser contrastadocom um processo de arraste ou de raspagem por meio do qual uma ferra-menta ou outro instrumento é movido através de uma superfície enquantoaplicando uma pressão substancial naquela superfície. No caso de raspa-gem, o resultado é geralmente a fratura e a remoção de porções da superfí-cie, resultando na formação de calhas, arranhões, ou outra forma de danosmecânicos ao longo daquela superfície. Apesar de que, no caso de estam-pagem, é possível aplicar a pressão na superfície em uma direção que não énormal àquela superfície de modo a formar as regiões transformadas emfase com uma forma ou orientação específica, uma distinção é que a ferra-menta ou o instrumento que aplica esta pressão não move-se em relação aosubstrato, outro do que por qualquer pequeno grau de deformação elásticaou plástica daquela superfície. No entanto, uma exceção a isto é a aplicaçãode pressão por uma ferramenta que tem um componente de rolo para con-tactar a superfície. Por analogia com o mundo macroscópico, uma tal ferra-menta poderia ser considerada ser estruturalmente similar a uma caneta deponta esférica ou um rolo a vapor cilíndrico. Apesar desta forma de ferra-menta poder ser movida através da superfície (transladando a ferramenta oua superfície) enquanto aplicando pressão a esta superfície, da perspectivada superfície na qual a ferramenta é aplicada, cada porção de contato daferramenta aplica uma pressão substancialmente normal à superfície semraspar ou arrastar, e assim a aplicação e a remoção de pressão utilizandouma tal ferramenta pode apesar de tudo ser considerada ser um processode estampagem.

Na etapa 1412, se as regiões modeladas selecionadas 1002 fo-ram substancialmente transformadas de silício amorfo para as fases Si-lll/Si-Xll a pastilha 200 inteira pode ser sujeita a um recozimento térmico em tem-peraturas acima de aproximadamente 200° C e até aproximadamente 450°C (e de preferência aproximadamente 250° C) por 30 minutos de modo atransformar as regiões de silício-lll/silício-XII em regiões de silício-l cristalino1202, como ilustrado na Figura 12. Esta etapa opcional é geralmente prefe-rida porque esta pode aperfeiçoar o contraste eficaz entre as regiões trans-formadas e não-transformadas (por exemplo, aumentando a diferença emtaxas de gravação) e/ou porque a fase Sl-I é mais termodinamicamente es-tável.

O processo de modelagem foi acima descrito em termos detransferir um modelo desejado para uma camada de superfície amorfa rela-xada 302 sobre um substrato de silício cristalino 304. No entanto, ficará apa-rente para aqueles versados na técnica que o processo de modelagem podeser empregado para modelar uma ampla variedade de tipos de substratos esubstâncias ou materiais. Em Si, o material de partida pode ser o a-Si rela-xado ou uma ou mais fases de Si cristalino, ou em forma de cristal único oupolicristalina, incluindo o Si-I, o Si-lll, o Si-IV, e/ou o Si-XII. Em uma modali-dade alternativa, a camada de superfície é cristalina, e o modelo é transferi-do para a camada de superfície como uma ou mais regiões de silício subs-tancialmente amorfo formadas liberando rapidamente a pressão aplicada aestas regiões, como acima descrito. Por exemplo, a pastilha na qual o mode-lo deve ser aplicado pode ser uma pastilha de silício cristalino que tem umacamada de superfície epitaxial de silício cristalino formada sobre um substra-to de silício cristalino o qual pode ter um diferente nível de dopagem do quea camada de superfície. Especificamente, o nível de dopagem da camada desuperfície pode ser substancialmente mais alto do que aquele do substrato.

Alternativamente, a pastilha para a qual o modelo deve ser transferido podeser uma pastilha de silício sobre isolante (SOI) que tem uma camada de dió-xido de silício isolante disposta entre a camada de superfície cristalina e osubstrato subjacente. Alternativamente, a pastilha poderia ser uma pastilhade silício sobre safira, ou o processo poderia ser aplicado em um filme finode silício depositado sobre um substrato de cerâmica, de polímero, de vidroou de outro tipo. Alternativamente, a pastilha poderia ser uma pastilha de Si-Ipadrão sem nenhuma camada de superfície, e o processo de modelagemutilizado para modelar a pastilha pela formação de uma ou mais regiõessubstancialmente consistindo em uma ou mais outras fases de silício.

Em uma modalidade alternativa adicional, o modelo é transferidopara o substrato utilizando um endentador com ponta ou esférico, onde otamanho de endentador é igual a ou menor do que o menor tamanho de ca-racterística do modelo. Nesta modalidade alternativa, o endentador é movidosobre o substrato, de preferência sob controle de computador, e repetida-mente abaixado para estampar o substrato em uma pluralidade de localiza-ções de modo a reproduzir coletivamente o modelo desejado. Em cada loca-lização o endentador é abaixado para contactar o substrato, e então o en-dentador aplica uma pressão no substrato sem nenhum grau substancial demovimento relativo entre o endentador-e o substrato. Em geral, as localiza-ções nas quais o endentador contacta o substrato são tais que pelo menosalgumas das regiões transformadas resultantes sobreporão para formar umaou mais regiões transformadas estendidas de modo a reproduzir as caracte-rísticas estendidas correspondentes do modelo desejado. Em ainda umamodalidade alternativa adicional, a ponta de endentador com ponta ou esfé-rica é abaixada para aplicar uma pressão no substrato e então arrastada aolongo da superfície do substrato para produzir um modelo desejado de mate-rial transformado ao longo do percurso atravessado pelo endentador. Noentanto, a primeira modalidade, baseada em matriz é preferida em casosonde as características predominantemente linhas estreitas ou pontos.

Em ainda outra modalidade adicional, os processos baseadosem matriz e endentador são combinados, de modo que uma matriz que re-presenta uma porção do modelo desejado em relevo é fabricada e utilizadapara reproduzir uma porção do modelo desejado sobre o substrato (se ne-cessário, pela utilização de um processo de etapa e repetição para transferirrepetidamente a porção de matriz do modelo para o substrato), e o restantedo modelo desejado transferido utilizando o endentador, ou por estampagemsem movimento lateral substancial, ou arrastando ao longo da superfície,como acima descrito.

Em cada modalidade, as etapas acima produzem uma superfíciemodelada que compreende regiões localizadas de uma fase de silício 1002ou 1202 em uma camada de outra fase de silício 302. Dependendo da formae das dimensões do aplicador de pressão e da força aplicada no aplicador,as regiões localizadas, 1002 e 1202, podem ser de dimensões de nanoesca-la, e ter propriedades físicas que diferem daquelas da camada de superfície302 circundante. Estas propriedades modificadas podem incluir as proprie-dades elétricas, óticas, mecânicas, e/ou outras propriedades de material, epodem prover a base de um ou mais elementos ou componentes ativos oupassivos de um dispositivo elétrico, ótico, mecânico, e/ou de outro tipo. Maisainda, as fases transformadas e não-transformadas podem ter taxas de re-moção significativamente diferentes quando sujeitas a um processo subtrati-vo tal como a gravação química, como abaixo descrito. Para muitas aplica-ções, é preferido que as regiões transformadas estendam-se verticalmenteatravés de uma camada de superfície, mas isto pode não ser necessáriopara muitas outras aplicações.

Dependendo da aplicação, o processo de modelagem pode sercontinuado na etapa 1414 pela aplicação de um processo subtrativo pararemover seletivamente ou as regiões localizadas 1002 ou 1202 ou as regi-ões circundantes da camada 302 (isto é, aquelas porções da camada desuperfície 302 nas quais a pressão não foi aplicada, como mostrado na Figu-ra 13). Como descrito na literatura (ver por exemplo, Beadle et al, lQuick Re-ference Manual for Silicon Processing1, Wiley1 New York (1985); 'Semieon-ductor Silicon', Ed Haff et al., 1973; e 'Silicon', lnspec, Institute of ElectriealEngineers, Londres, 1988), uma ampla variedade de produtos e processosde gravação foi desenvolvida para seletiva ou preferencialmente remover ascamadas de silício de diferentes fases, tais como as fases de silício amorfaou cristalina, ou diferente tipo de dopagem e concentração de dopante, oudiferente orientação cristalográfica, e camadas que contém diferentes tiposde defeitos ou impurezas. Por exemplo, dependendo do tipo de dopagem(tipo ρ ou n) e da concentração de dopagem no silício cristalino, é possívelutilizar a gravação molhada (utilizando as misturas apropriadas de ácido ní-trico, fluorídrico, e acético, novamente dependendo do tipo de dopagem),assim como a aplicação de um potencial elétrico na superfície de gravação,para fornecer quase 100% de seletividade para remover o silício amorfocomparado com a fase cristalina. A remoção preferencial de silício cristalinoem relação ao silício amorfo não é tão seletiva mas diferenças de taxa dediversas vezes é possível entre as duas fases. Além disso, um plasma dehidrogênio também foi descoberto ser muito seletivo na remoção de silícioamorfo comparado com o silício do tipo n. Utilizando tais métodos, as regi-ões de silício amorfo ou cristalino podem ser de preferência removidas. Aetapa de processo subtrativo pode assim deixar ou um modelo de caracterís-tica de superfície elevadas que correspondem às regiões transformadas1002 ou 1202, ou da camada restante que circunda as (agora removidas)regiões transformadas localizadas 1002 ou 1202. Se um substrato de SOI forutilizado, o padrão resultante de regiões de silício podem ser parcialmenteou completamente independentes sobre a camada de dióxido de silício, aqual pode ser removida se desejado para liberar parcialmente ou completa-mente as estruturas de silício, permitindo que as estruturas movam-se ousejam completamente separadas da subestrutura ou camada 302 restante.

Além de prover um processo econômico para transferir um mo-delo diretamente por sobre o silício que pode eliminar muitas das etapas Ii-tográficas dispendiosas atualmente utilizadas, as regiões restantes, 1002 e1202, podem ser utilizadas como ou para fabricar diretamente elementos oucomponentes passivos ou ativos para os dispositivos eletrônicos, óticos, me-cânicos, e/ou de outros tipos pela exploração de suas propriedades elétricas,óticas, e/ou outras propriedades.

Mais ainda, as características de superfície restantes 1002 e1202 podem também ser utilizadas como uma máscara modelada de modoa introduzir seletivamente impurezas ou de outro modo processar as regiõesexpostas do substrato de silício cristalino 304. Por exemplo, as regiões ex-postas do substrato 304 entre as características de superfície modeladas1202 podem ser utilizadas para metalização / levantamento, gravação adi-cional e/ou introduzir seletivamente impurezas no substrato 304. Assim oprocesso de modelagem permite que o silício seja modelado sem a utiliza-ção de uma fotorresina. Isto é especificamente vantajoso porque o silício écompatível com o processamento de CMOS, a sua utilização não introduzum novo material, pode ser modelado, gravado, e utilizado como uma barrei-ra para a gravação seca, e pode não precisar ser destacado da pastilha, de-pendendo da aplicação. Com isto, este potencialmente remove a necessida-de de metalização e tem muito menos etapas de processamento do que osprocessos litográficos baseados em resina convencionais. Mais ainda, o pro-cesso de modelagem permite que modelos que incluem pequenas caracte-rísticas sejam formados sem consideração / limitação do comprimento deonda de luz, o que precisa ser considerado quando as fotorresinas são utili-zadas.

Em comparação com as técnicas litográficas padrão, o processode modelagem provê uma variedade de vantagens. Especificamente, o ta-manho e a forma dos modelos resultantes estão somente limitados pelaconstrução de matriz para uma única etapa de endentação ou por erros e-menda 7 alinhamento se um endentador e/ou matriz móvel for utilizado paraproduzir regiões transformadas sobrepostas. Em comparação com as fotor-resinas tradicionais, a utilização de silício como um material de mascara-mento é especificamente vantajosa, já que a camada de mascaramento desilício não precisa ser destacada da pastilha, mas pôde permanecer no dis-positivo ou circuito final, e pode mesmo constituir uma camada ativa ou pas-siva que provê uma função eletrônica, ótica, mecânica, e/ou outras. Alémdisso, o contato físico simples envolvido simplifica o processamento, e podeser substancialmente mais barato que muitos processos litográficos de na-noescala existentes. Mais ainda, o processo não está restrito às pastilhas desemicondutor padrão, mas pode ser aplicado em regiões de modelo de umaampla variedade de materiais e substratos, incluindo os substratos de gran-de escala tais como os painéis de display de LCD e os painéis de célulassolares, por exemplo. A substância transformada pode estar na forma deuma camada presa em um substrato, o qual pode ser, por exemplo, um se-micondutor, uma cerâmica, um vidro, ou um polímero.

Apesar do processo de modelagem ter sido acima descrito emtermos de um substrato de silício, ficará aparente para aqueles versados natécnica que o processo não está limitado ao silício, mas pode ser aplicado aqualquer material capaz de ser transformado em fase pela aplicação e re-moção de pressão. Tais materiais incluem outros semicondutores (que in-cluem o Ge, o GaAs e o InSb, por exemplo) e cerâmicas (que incluem o SiC1o α-quartzo, e o vidro de sílica).

Finalmente, como acima descrito, a pressão aplicada máximapode ser controlada para controlar e extensão espacial das regiões trans-formadas. Mais ainda, devido à distribuição tridimensional do campo de ten-sões, a liberação de pressão pode ser controlada em um modo mais com-plexo para mudar a taxa eficaz de liberação de pressão em duas ou maissub-regiões de cada região transformada. Por exemplo, uma porção da forçaaplicada pelo aplicador de pressão (seja uma ponta de endentador, uma ma-triz, ou outra forma de aplicador) pode inicialmente ser liberada relativamen-te rapidamente para liberar a pressão rapidamente das regiões transforma-das na extensão externa do campo de tensões para um valor de pressãoabaixo de um limite de pressão crítico (por exemplo, < 11 GPa no caso dosilício elementar e, no caso de um endentador esférico de 4,2 μηι de raio,utilizando uma taxa de liberação maior do que aproximadamente 3 mN s"1),assim fazendo com que estas sub-regiões transformem-se para a fase amor-fa enquanto que regiões mais próximas da fonte da pressão permanecemacima do limite, e assim no caso do silício, permanecem Si-ll. A pressão a-plicada residual pode então ser liberada relativamente lentamente (isto é,menor do que aproximadamente 3 mN s"1 sob as condições acima especifi-cadas) para transformar as regiões de Si-Il restantes em Si-lll/Si-XII. O resul-tado é uma região amorfa enterrada, ao contrário, o processo poderia serutilizado para prover uma região cristalina enterrada sob o silício amorfo.Ficará aparente que uma variedade quase infinita de combinações possíveisde aplicação e/ou remoção de pressão parcial e/ou completa e suas taxasde aplicação e/ou remoção poderia ser utilizada para controlar adicionalmen-te a(s) fase(s) final(is) e/ou as suas distribuições espaciais, dependendo docomportamento de transformação de fase destas fases e especificamente aspressões limite relevantes para efetuar as respectivas transformações defase. Por exemplo, a pressão poderia ser parcialmente liberada e parcial-mente reaplicada antes da liberação completa, e a substância poderia atéser aquecida em um ou mais estágios deste processo enquanto sob pressãopara controlar adicionalmente as transformações de fase.

Exemplos de aplicações selecionadas (principalmente para ossubstratos de silício) do processo de modelagem estão abaixo descritos.

CIRCUITOS MICROELETRÔNICOS

O processo de modelagem pode ser utilizado na produção decircuitos integrados microeletrônicos selecionando um substrato apropriado,aplicando pressão nas e removendo pressão das regiões selecionadas dosubstrato para modificar a fase destas regiões, e então gravar seletivamentepara remover ou as regiões modificadas, ou as regiões não modificadas quecircundam as regiões modificadas.

A espessura das características restantes pode ser selecionadaconforme requerido pelo ajuste da pressão aplicada, dos parâmetros de gra-vação, ou ambos. Por exemplo, quando utilizada como uma máscara degravação, a altura das características de máscara pode ser selecionadaconsiderando as relativas taxas de gravação do material de substrato não-transformado e as características transformadas. Quando utilizada em umaporta em um transistor, a altura de característica pode ser selecionada sertão pequena quanto 25 nm. O processo de modelagem pode ser utilizadopara produzir linhas de comprimentos que excedem 1 mm. O passo de linha,sendo a soma da largura de cada linha e o espaçamento entre as linhas ad-jacentes, pode ser tão pequeno quanto 50 nm, com uma largura de linha de25 nm, e um espaçamento de linha de 25 nm.

Exemplos adicionais incluem modelar as portas depositandouma camada de silício amorfo sobre uma camada de polissilício, utilizando oprocesso de modelagem para criar linhas paralelas de silício cristalino nosilício amorfo, ou vice versa e então remover o silício amorfo ou o silício cris-talino restante, conforme desejado.

DISPLAYS DE PAINEL PLANO

Atualmente, os displays de painel plano de matriz ativa utilizamos transistores de filme fino (TFTs) com canais de silício policristalino paracontrolar os displays de cristal líquido (LCDs), e também LEDs de polímeroorgânico (PLEDs). O silício é depositado como um filme fino de silício amorfoque é subseqüentemente transformado em silício policristalino em regiõesselecionadas que correspondem aos canais dos TFTs. A indústria de displayde painel plano consideraram depositar diretamente o silício cristalino, masexistem dificuldades com a produção de filmes finos de silício policristalinode grande área de qualidade aceitável. Na tecnologia corrente, o silício a-morfo como depositado é transformado em silício policristalino por recozi-mento a laser UV nas regiões dos canais de TFT, mas isto resultou ser umprocesso de alto custo e baixo rendimento. No entanto, o processo de mode-lagem acima descrito pode ser aplicado para transformar as regiões selecio-nadas de uma camada de silício amorfo em silício (poli)cristalino, no qual osTFTs ou outros dispositivos podem ser feitos. Ainda, pelo controle de dopa-gem, propriedades de material de partida, taxas de aplicação e liberação depressão, recozimento e outras propriedades, as propriedades eletrônicasdas zonas policristalinas convertidas podem ser controladas conforme dese-jado. Além disso, a camada inteira de silício amorfo pode ser substancial-mente transformada em silício policristalino se desejado pela aplicação deuma pressão além de 11 GPa na camada inteira e então liberando relativa-mente lentamente aquela pressão. A pressão pode ser aplicada na camadainteira por uma única matriz na forma de uma única região que tem dimen-sões pelo menos tão grandes quanto as dimensões laterais da camada, oupor uma aplicação repetida de uma matriz, um endentador, e/ou outra formade aplicador de pressão menor em respectivas regiões da camada até quesubstancialmente a camada inteira seja substancialmente transformada.

CIRCUITOS MICROELETRÔNICOS FLEXÍVEIS

Atualmente, os Cls flexíveis são produzidos sobre substratos depolímero especializados de alto custo utilizando as tecnologias de deposiçãode jato de tinta e outras de alto custo. No entanto, um filme de silício podeser depositado sobre um substrato plástico a temperaturas relativamentebaixas, e o processo de modelagem aqui descrito pode então ser utilizadopara mudar as propriedades elétricas de regiões selecionadas do filme paradefinir as regiões condutoras (silício cristalino), isolantes (silício amorfo) esemicondutoras (silício cristalino) no filme de silício depositado.

CÉLULAS SOLARES

Para as aplicações de células solares, o processo de modela-gem pode ser utilizado para produzir regiões cristalinas e/ou amorfas em umúnico filme fino de silício. Assim um único filme fino de silício pode ser pro-duzido que inclui muitas células solares de área pequena interconectadaspor silício cristalino condutor e isoladas por silício amorfo. A provisão de mui-tas pequenas células solares permitem voltagens aditivas e correntes maisbaixas, provendo vantagens significativas em custo e em desempenho em-relação às tecnologias padrão, as quais estão correntemente baseadas emprocessos de fotolitografia e de escrita de laser mais dispendiosos e maiscomplexos.

Além disso, o processo de modelagem pode ser utilizado paraformar uma máscara de gravação para gravar valas profundas nas superfí-cies policristalinas de células solares, e as valas são então cheias com metalpara fazer as linhas condutoras metálicas de contato enterrado. Estas sãomuito preferidas para as linhas metálicas impressas por tela porque estasprovêem um melhor contato elétrico, e também encobrem menos da superfí-cie de célula solar da radiação solar. A máscara de gravação pode ser for-mada pela formação de uma fase que tem um taxa de gravação mais baixaem relação à substância não-transformada, em cujo caso as regiões trans-formadas constituem a máscara, ou no caso da substância transformada teruma taxa de gravação mais rápida, as regiões não-transformadas provêem amáscara de gravação. Em qualquer caso, as regiões menos gravadas (ounão-transformadas ou transformadas, conforme apropriado) podem opcio-nalmente ser adicionalmente transformadas para outra fase ou fases se de-sejado.

As células solares tem superfícies texturadas para reduzir a re-flexão da luz solar e assim aperfeiçoar a sua eficiência. Atualmente, estatexturização é conseguido por gravação anisotrópica de uma pastilha de silí-cio policristalino, um processo relativamente dispendioso. No entanto, o pro-cesso de modelagem aqui descrito pode ser utilizado no processo de texturi-zação de células solares pela modelagem da superfície de um substrato desilício para definir uma máscara de gravação. A gravação subseqüente dasuperfície modelada cria uma rede correspondente de características de su-perfície topográficas que reduzem a refletividade da superfície gravada eassim constituem a texturização. Além disso, a forma do próprio aplicador depressão, o qual pode ser uma ponta de endentador pode ser utilizada paradeformar permanentemente a superfície de silício correspondentemente,assim também reduzindo uma reflexão indesejada e provendo uma forma detexturização adicional ou alternativa.

EXEMPLO

Três tipos de amostras de silício foram preparados:

(i) uma pastilha de silício de cristal único do tipo ρ padrão (100)que tem uma concentração de dopagem de ~ IO15B cm'3;

(ii) amostras idênticas a (i), mas tendo uma camada de superfí-cie amorfa não relaxada de 650 nm formada por implantação de íons comoacima descrito; e

(iii) amostras idênticas a (ii) mas tendo sido recozidas a 450° Cpor 30 minutos para relaxar a camada de superfície amorfa.

Uma solução de gravação anisotrópica de KOH foi preparada de75 gramas de grãos de KOH, 150 mililitros de água desionizada, e 30 milili-tros de álcool isopropílicol (IPA). Esta solução foi utilizada para gravar asvárias amostras como abaixo descrito a uma temperatura de 80° C, com20% de IPA por volume adicionado à solução de KOH para assegurar umaacabamento de superfície liso. Redes de endentações bidimensionais foramcriadas em tipos de amostra (i) e (iii) utilizando um endentador UMIS quetem uma ponta esférica de 4,3 μηι de raio e cargas de até 80 mN. As amos-tras de endentador foram então gravadas na solução de KOH por dois minu-tos a 80° C1 como acima descrito.

Após a gravação, a topografia de superfície resultante foi visuali-zada e medida utilizando um microscópio de força atômico (AFM). As Figu-ras 15 a 22 incluem imagens de AFM tridimensionais da topografia de super-fície resultante, e perfis topográficos unidimensionais das superfícies gravadas.

Uma amostra do tipo (i), isto é, Si-I (100) foi endentada pela apli-cação de uma pressão além do limite de ~ 11 GPa, seguido por um rápidodescarregamento (maior do que aproximadamente 3 mN s"1 sob estas con-dições) como acima descrito para formar a região localizada de silício amor-fo. O endentador UMIS foi programado para executar esta etapa de enden-tação em uma rede bidimensional de localizações mutuamente espaçadassobre a superfície de Si-I. A amostra endentada foi então gravada como a-cima descrito.

A Figura 15 é uma imagem de AFM da rede bidimensional resul-tante de ilhas de silício amorfo que projetam acima do substrato de Si-I cris-talino. Como esperado das medições de gravação brutas, as regiões de silí-cio amorfo formadas por rápido descarregamento projetam-se acima dosubstrato de silício cristalino como uma rede bidimensional de ilhas devido àsua taxa de gravação relativa mais baixa. Como mostrado na Figura 16, umescaneamento de linha de AFM correspondente através destas ilhas oumontes de silício amorfo indica que estas tem 450 nanômetros de altura eaproximadamente 2,5 mícrons de largura. A execução das mesmas etapasem uma nova amostra do tipo (i), mas com lento descarregamento, produzuma rede de regiões que consiste nas fases de alta pressão misturadasSi-lll/Si-XII. Como mostrado nas Figuras 17 e 18, a topografia de superfícieresultante após a gravação é novamente uma rede de ilhas elevadas quetem a mesma largura que as ilhas amorfas acima descritas, mas projetando-se a 800 nm acima do substrato Si-I, quase o dobro da altura das ilhas amor-fas, sugerindo que a taxa de gravação das fases de alta pressão misturas ésubstancialmente mais baixa do que aquela das ilhas de silício amorfo mos-tradas na Figura 15.

Como acima descrito, a endentação de a-Si relaxado com baixodescarregamento transforma o a-Si relaxado em fases de alta pressão Si-III/Si-XII. Como mostrado nas Figuras 19 e 20, a gravação de uma amostrado tipo (iii) endentada deste modo também resultou na formação de umarede bidimensional de ilhas elevadas de Si-lll/Si-XII, cada ilha tendo aproxi-madamente 300 nm de altura e tendo uma largura de aproximadamente 2,5μm.

As Figuras 21 e 22 mostram os resultados de amostras de gra-vação preparadas no mesmo modo, isto é, endentando o a-Si relaxado comdescarregamento lento, mas incluindo uma etapa de recozimento por meiode que a amostra endentada foi aquecida a 450° C por 30 minutos paratransformar as fases de alta pressão em Si-I policristalino para gravar. Devi-do à alta taxa de gravação relativa do Si-I, o resultado é uma rede de rebai-xos ao invés de ilhas. Cada rebaixo tem uma largura de aproximadamente2,5 mícrons, e uma profundidade de aproximadamente 120 nanômetros.

Redes bidimensionais de endentações foram também formadasem amostras do tipo (i) de Si de cristal único (100) como acima descrito, masutilizando um endentador Hysitron que tem uma ponta Berkovich (pirâmidede 3 lados) para criar menores endentações e cargas de até 5000 μΝ. Comoantes, as amostras endentadas foram então gravadas por 30 segundos nasolução de KOH a 80° C, como acima descrito.

A Figura 23 é uma imagem de AFM em uma amostra endentadacom descarregamento rápido para criar uma rede bidimensional de regiõesse silício amorfo, seguido por gravação como acima descrito. Como espera-do, a taxa de gravação mais baixa das regiões amorfas resultantes produzilhas de silício amorfo que projetam-se acima do substrato de Si-I cristalino(100) circundante. Como mostrado no escaneamento de linha de AFM daFigura 24, cada ilha ou monte tem uma altura de aproximadamente 60 nm euma largura de aproximadamente 1 mícron.

Como mostrado na Figura 25, quando um descarregamento len-to é utilizado, as fases de alta pressão Si-lll/Si-XII são formadas, e sua taxade gravação mais baixa combinada em relação ao Si-I (100) novamente re-sulta na formação de uma rede bidimensional de ilhas elevadas. Como mos-trado no escaneamento de linha da Figura 26, cada ilha tem uma altura deaproximadamente 50 nm e uma largura de aproximadamente 1 mícron.

A tabela abaixo resume os resultados acima descritos.<table>table see original document page 28</column></row><table>As endentações acima descritas foram formadas utilizando pon-tas de endentador padrão. Para formar as regiões transformadas de nano-escala, uma ponta de endentador de cubo de canto ultra afiada de cargamáxima para aproximadamente 100 μΝ foi utilizada para criar as regiõestransformadas em Si-I que tem profundidade de = 10 nm e dimensões late-rais de ~ 25 nm. Neste regime de carregamento a forma e o tamanho de ca-da região transformada está limitado pela afiação da ponta de endentador.Neste caso, a ponta era uma ponta de canto de cubo de 90 graus Northstarque tem um raio <50 nm, disponível da Hysitron Inc.

Os resultados acima descritos demonstram a formação de regi-ões isoladas de microescala e de nanoescala que geralmente correspondemàs dimensões de pontas de endentador individuais. De modo a criar umacaracterística estendida, o endentador foi programado para criar uma fila deendentações sobrepostas e por meio disto definir uma região ou linha trans-formada estendida linear em uma amostra de Si-I, utilizando cargas de até10.000 μΝ. Como mostrado na Figura 27, uma gravação de KOH de 30 se-gundos desta amostra resulta na formação de uma região linear elevada es-tendida de silício amorfo que projeta-se acima do substrato de Si-I cristalino(100) circundante. Como mostrado na Figura 28 um escaneamento de linhaperpendicular ao eixo geométrico longitudinal da linha de silício amorfo indi-ca que a linha tem aproximadamente 250 nm de altura e aproximadamentedois mícrons de largura. Como mostrado na Figura 27, o comprimento dalinha amorfa tem mais do que 20 mícrons. Ficará aparente que o endentadorpoderia ser alternativamente programado para produzir regiões endentadasestendidas praticamente em qualquer forma e por meio disto formar caracte-rísticas elevadas tridimensionais daquela forma. Se estas endentações fo-rem formadas em uma camada de superfície, tal como uma camada de su-perfície de silício fino de uma pastilha de SOI, as características de superfí-cie resultantes podem ser liberadas do substrato subjacente gravando a ca-mada de oxido subjacente para produzir um ou mais objetos tridimensionaisna forma (ou na forma complementar) do padrão desejado.

Muitas modificações serão aparentes para aqueles versados natécnica sem afastar-se do escopo da presente invenção como aqui descritacom referência aos desenhos acompanhantes.

Claims

1. Processo de modelagem, que inclui:aplicar uma pressão e remover uma pressão de uma ou maisregiões de uma substância para transformar uma fase de uma ou mais regi-ões da dita substância, uma ou mais regiões transformadas tendo respecti-vas formas predeterminadas que representam um modelo predeterminado.

2. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 1,que inclui:receber os dados de modelo que representam as ditas uma oumais formas predeterminadas, a dita etapa de aplicar e remover uma pres-são sendo executada com base nos ditos dados de modelo.

3. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que pelo menos uma das ditas uma ou mais formas predeterminadasé uma forma estendida.

4. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, em que a dita pressão é aplicada em uma superfície dadita substância em uma direção substancialmente normal à dita superfície.

5. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 4, em que a dita pressão é aplicada e removida por es-tampagem da dita substância de modo que não exista nenhum movimentorelativo substancial entre o dito aplicador de pressão e a dita substância du-rante a dita etapa de aplicar e remover a pressão.

6. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 5, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui controlar pelo menos uma da aplicação e da remoção da dita pressãopara controlar a transformação das ditas uma ou mais regiões da dita subs-tância.

7. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 6, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui controlar pelo menos uma da aplicação e da remoção da dita pressãopara determinar uma fase final de uma ou mais regiões transformadas dadita substância.

8. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 6, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui controlar pelo menos uma da aplicação e da remoção da dita pressãopara determinar as fases finais das uma ou mais regiões transformadas dadita substância.

9. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 8, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui controlar pelo menos uma da aplicação e da remoção da dita pressãopara determinar uma forma de uma ou mais regiões transformadas da ditasubstância.

10. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 9, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui controlar pelo menos uma da aplicação e da remoção da dita pressãopara determinar uma extensão lateral de uma ou mais regiões transformadasda dita substância.

11. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 10, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui controlar pelo menos uma da aplicação e da remoção da dita pressãopara determinar uma espessura de uma ou mais regiões transformadas dadita substância.

12. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 11, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui controlar uma taxa de remoção da dita pressão para controlar a trans-formação das ditas uma ou mais regiões da dita substância.

13. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 12, em que a dita fase inclui uma primeira fase, e a ditaetapa de aplicar e remover a pressão inclui controlar a aplicação e a remo-ção de pressão para transformar a dita primeira fase em uma segunda fasee uma terceira fase, e determinar as respectivas distribuições espaciais dadita segunda fase e da dita terceira fase.

14. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 13,em que o dito controle da dita aplicação e remoção de pressão inclui sele-cionar uma pressão máxima aplicada e controlar uma ou mais taxas de re-moção da dita pressão.

15. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 12,em que o dito controle inclui remover uma porção da dita pressão em umaprimeira taxa de remoção para transformar uma primeira fase de uma oumais primeiras regiões para uma segunda fase, e ainda remover pelo menosuma porção adicional da dita pressão em uma segunda taxa de remoçãopara transformar uma ou mais segundas regiões em uma terceira fase.

16. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 15, em que a dita pressão é aplicada na dita substânciapor um aplicador de pressão que inclui uma ou mais projeções para aplicar adita pressão na dita substância.

17. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 16,em que as ditas uma ou mais projeções incluem uma ou mais projeções es-tendidas.

18. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 16ou 17, em que as ditas uma ou mais projeções incluem uma ou mais proje-ções substancialmente como ponto.

19. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 16 a 18, em que o dito aplicador de pressão inclui um ou maisde uma matriz, um estilete, e uma ponta indentadora.

20. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 16 a 19, em que o dito aplicador de pressão inclui pelo menosuma matriz que tem uma ou mais projeções para aplicar a dita pressão nadita substância, o processo ainda incluindo formar as ditas uma ou mais pro-jeções com base em dados de modelo que representam as ditas uma oumais formas predeterminadas.

21. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 20, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui estampar sucessivamente umas respectivas das ditas uma ou maisregiões da dita substância para transformar uma fase das ditas regiões.

22. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 21,em que cada uma das ditas sucessivas etapas de estampagem é executadapor um aplicador de pressão, o processo incluindo transladar a dita pressãoentre sucessivas etapas de estampagem para uma localização correspon-dente da dita substância.

23. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 22, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui transladar sucessivamente um aplicador de pressão para uma plurali-dade de localizações e sucessivamente aplicar uma pressão em e remover apressão de uma ou mais regiões correspondentes da dita substância paratransformar uma fase das ditas uma ou mais regiões da dita substância.

24. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 23,em que as etapas sucessivas de aplicar e remover a pressão transformamregiões sobrepostas da dita substância, as regiões sobrepostas formandouma região transformada estendida.

25. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 24, em que as uma ou mais regiões transformadas defi-nem pelo menos um componente de um dispositivo eletrônico, mecânicoe/ou ótico, uma célula solar ou um dispositivo de display.

26. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 25,em que o dito pelo menos um elemento inclui as ditas uma ou mais regiõesda dita substância.

27. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 25,em que o dito pelo menos um componente consiste em uma ou mais regiõesda dita substância na qual a dita pressão não foi aplicada.

28. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 25,em que a transformação de fase muda pelo menos uma propriedade da ditasubstância, a pelo menos uma propriedade mudada determinando uma fun-ção de pelo menos um componente de um dispositivo.

29. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 25,em que pelo menos uma propriedade mudada inclui pelo menos uma decondutividade elétrica, mobilidade eletrônica, resistência à gravação, umapropriedade térmica, um módulo de Young, um índice refrativo, e uma velo-cidade de onda acústica de superfície.

30. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 29, em que a aplicação e a remoção de pressão mudauma taxa de remoção das ditas uma ou mais regiões durante um processosubtrativo subseqüente.

31. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 30,o processo incluindo aplicar o processo subtrativo na substância de modoque uma ou mais regiões são seletivamente removidas ou retidas.

32. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 30ou 31, em que o processo subtrativo incluí um processo de gravação molha-do ou seco, um processo de crepitação, ou um processo de ablação.

33. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 32, em que a dita substância inclui uma fase amorfa rela-xada da dita substância, uma ou mais regiões da dita substância sendotransformadas em uma fase cristalina.

34. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 32, em que a dita substância inclui pelo menos uma fasecristalina da dita substância, uma ou mais regiões da dita substância sendotransformadas em uma fase amorfa.

35. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 34, em que o processo inclui aquecer a substância paratransformar adicionalmente as regiões transformadas em outra fase.

36. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 35,em que as regiões transformadas incluem Si-lll/Si-XII, e o processo incluiaquecer a substância para transformar adicionalmente as regiões transfor-madas para uma fase Si-I.

37. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 36, em que a dita substância inclui um semicondutor.

38. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 37,em que o dito semicondutor é o silício.

39. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 30 a 32, em que o processo subtrativo inclui um processo degravação anisotrópico, a remoção ou retenção seletiva de uma ou mais regi-ões transformadas definindo uma máscara de gravação para o dito processode gravação anisotrópico.

40. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 39,em que o processo inclui uma gravação mascarada da dita substância pelodito processo de gravação anisotrópico para reduzir a reflexão de luz solarde uma superfície correspondente de uma célula solar.

41. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 40, em que a aplicação e remoção de pressão causa umadeformação substancialmente permanente de uma superfície do dito subs-trato para reduzir a reflexão de luz solar da dita superfície.

42. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 41, em que as uma ou mais regiões transformadas defi-nem uma ou mais regiões de condução e/ou isolamento de um dispositivoeletrônico.

43. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 42, em que a dita etapa de aplicar e remover a pressãoinclui aplicar a pressão em e remover a pressão de uma ou mais regiões deum filme fino de um semicondutor para transformar uma fase de uma oumais regiões do dito filme fino.

44. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 43,em que o filme fino está preso em um substrato flexível.

45. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 44, em que uma ou mais regiões transformadas definemregiões eletricamente condutoras de uma ou mais células solares.

46. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 45, em que uma ou mais regiões transformadas definemum ou mais canais de respectivos transistores.

47. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 46,em que os ditos um ou mais transistores incluem um ou mais transistores defilme fino de um dispositivo de display.

48. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 47, em que substancialmente a totalidade de uma superfí-cie da dita substância é substancialmente transformada de pelo menos umaprimeira fase para pelo menos uma segunda fase.

49. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 48, em que a substância está na forma de uma camadapresa em um substrato, uma ou mais regiões transformadas estendendo-sesubstancialmente através da dita camada.

50. Processo de modelagem de acordo com a reivindicação 49,em que substancialmente a totalidade da dita camada da dita substância ésubstancialmente transformada de pelo menos uma primeira fase para pelosmenos uma segunda fase.

51. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 50, em que uma ou mais regiões da dita substância sãosubstancialmente transformadas de pelo menos uma fase cristalina para uma fase amorfa.

52. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 50, em que as uma ou mais regiões da dita substânciasão substancialmente transformadas de uma fase amorfa para pelo menosuma fase cristalina.

53. Processo de modelagem de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 50, em que uma ou mais regiões são substancialmentetransformadas de pelo menos uma primeira fase cristalina para pelo menosuma segunda fase cristalina.

54. Sistema de modelagem que tem componentes para executaras etapas de qualquer uma das reivindicações 1 a 53.

55. Substância modelada formada pela execução das etapas dequalquer uma das reivindicações 1 a 53.

56. Dispositivo ou célula solar que tem um componente formadopela execução das etapas de qualquer uma das reivindicações 1 a 53.