Atomiquement traçable nanostructures Fabrication

Summary

Nous rapportons un protocole pour combiner la métrologie atomique du microscope à effet tunnel pour la structuration de surface avec le dépôt sélectif de couches atomiques et la gravure ionique réactive. À l’aide d’un processus robuste impliquant de nombreuses expositions atmosphériques et de transport, des nanostructures 3D avec métrologie atomique sont fabriquées.

Abstract

Réduire l’échelle des nanostructures gravées en dessous de la gamme des 10 nm nécessitera à terme une compréhension à l’échelle atomique de l’ensemble du processus de fabrication utilisé afin de maintenir un contrôle exquis à la fois sur la taille et la densité des caractéristiques. Ici, nous démontrons une méthode de suivi des structures résolues et contrôlées atomiquement depuis la définition initiale du modèle jusqu’à la métrologie finale de la nanostructure, ouvrant ainsi la voie au contrôle atomique descendant de la nanofabrication. La lithographie par dépassivation de l’hydrogène est la première étape du processus de fabrication à l’échelle nanométrique, suivie d’un dépôt sélectif de couche atomique allant jusqu’à 2,8 nm de titane pour fabriquer un masque de gravure à l’échelle nanométrique. Le contraste avec l’arrière-plan est montré, indiquant différents mécanismes de croissance sur les motifs souhaités et sur le fond passivé en H. Les motifs sont ensuite transférés dans la masse à l’aide de la gravure ionique réactive pour former des nanostructures de 20 nm de haut avec des largeurs de raie allant jusqu’à ~6 nm. Pour illustrer les limites de ce processus, des réseaux de trous et de lignes sont fabriqués. Les différentes étapes du processus de nanofabrication sont effectuées à des endroits disparates, de sorte que l’intégration du processus est discutée. Des questions connexes sont abordées, notamment l’utilisation de marques de repère pour trouver des nanostructures sur un échantillon macroscopique et la protection de la surface Si(100)-H chimiquement réactive contre la dégradation due à l’exposition atmosphérique.

Introduction

Comme la nanotechnologie devient plus important dans une grande variété d'arènes, la compréhension des structures étant formé gagne en importance, notamment dans les domaines de la lithographie et de l'électronique. Pour souligner l'importance de la métrologie à l'échelle nanométrique, en particulier à des échelles inférieures à 10 nm, il convient de souligner qu'une variation de la taille de la fonction de seulement 1 nm indique une variation fractionnaire au moins 10%. Cette variation peut avoir des implications importantes pour les performances de l'appareil et de caractère matériel ^{1,2 -. 4} Utilisation de méthodes de synthèse, les caractéristiques indi....

Protocol

1. Ex-Situ Préparation de l'échantillon

1. Préparer puces
   1. Concevoir masque de gravure approprié de mettre identifier des marqueurs dans le Si (100) tranche. En utilisant la lithographie optique standard et RIE, graver une grille de lignes comme points repères dans la tranche à partir de laquelle des échantillons de la STM seront prises. Les lignes doivent être de 10 m de large, 1 pm de profondeur, et à hauteur de 500 um. Après l'attaque, la bande restante résine photosensible de l'échantillon.
      Remarque: Les points repères doivent être identifiables in-situ pour l'emplacement de la pointe sur l'échantillon ....

Results

Dans les cas décrits ici, HDL est effectuée à l'aide multi-mode lithographie. ²⁴ En mode FE, réalisée avec 8 V biais de l'échantillon, 1 nA, et 0,2 mC / cm (équivalent à 50 nm / s la vitesse de pointe), la pointe se déplace sur la surface soit parallèle, soit perpendiculaire au réseau de Si, en produisant des lignes de dépassivation. Bien que cette forme de raie est très dépendant de pointe, dans le cas ici, la partie complètement dépassivée des lignes était d'environ 6 nm de large, avec des queues de dépassi.......

Discussion

Effectuer la métrologie sur les nanostructures décrites ci-dessus nécessite la capacité de combler le positionnement de la pointe pendant HDL et le modèle emplacement à l'aide d'autres outils tels que l'AFM et SEM. Contrairement à d'autres outils de structuration bien développés avec haute résolution position de codage comme la lithographie par faisceau d'électrons, le HDL effectué ici a été réalisée avec un STM sans positionnement grossier bien contrôlée, de sorte que des protocoles d'identification de position supplém.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
SiWafer	VA Semiconductor		Type P (Bore) Si< 100> ± ; 2 degrés, 280 mm ± ; 25 mm d’épaisseur, 0,01-0,02 ohm-cm
Ta foil	Alfa Aesar	335	0,025  ; mm (0,001  ; po) épais, 99,997 % (à base de métaux)
Méthanol	Alfa Aesar	19393	Grade semi-conducteur, 99,9%
2-Propanol	Alfa Aesar	19397	Grade semi-conducteur, 99,5
Acétone	Alfa Aesar	19392	Grade semi-conducteur, 99,5
Argon	Praxair		Ultra haute pureté (grade 5.0)
Eau déminéralisée	Millipore	Système de purification d’eau Milli-Q	>Eau de résistance de 18 MW produite à la demande.
TiCl4	Sigma Aldrigh	254312	&ge ; 99,995 % de métaux traces à base
O2	Matheson	G2182101	Research Grade
SF6	Matheson	G2658922	Ultra haute pureté (grade 4.7)
Blue Medium Tack Roll	Semiconductor Equipment Corporation	18074	Épaisseur 75 μ ; m / 0,003"   ; Longueur 200 m / 660'   ;