הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

ייצור ננו-מבנה אטומי למעקב

8.6K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/52900

⸱

17 ביולי 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Zyvex Labs, 2Department of Physics, University of Texas at Dallas, 3Department of Materials Science and Engineering, University of Texas at Dallas, 4Materials Science and Engineering, University of North Texas, 5National Institute of Standards and Technology

במאמר זה

סיכום

אנו מדווחים על פרוטוקול לשילוב המטרולוגיה האטומית של מיקרוסקופ המנהור הסורק לדפוס פני השטח עם שקיעת שכבה אטומית סלקטיבית ותחריט יונים תגובתי. באמצעות תהליך חזק הכולל חשיפות אטמוספריות רבות והובלה, ננו-מבנים תלת מימדיים עם מטרולוגיה אטומית מיוצרים.

תקציר

הפחתת קנה המידה של ננו-מבנים חרוטים מתחת לטווח של 10 ננומטר תדרוש בסופו של דבר הבנה בקנה מידה אטומי של כל תהליך הייצור המשמש על מנת לשמור על שליטה מעולה הן על גודל התכונה והן על צפיפות התכונה. כאן, אנו מדגימים שיטה למעקב אחר מבנים שנפתרו ומבוקרים אטומית מהגדרת התבנית הראשונית דרך מטרולוגיה סופית של ננו-מבנה, ופותחים מסלול לבקרה אטומית מלמעלה למטה על ננו-פבריקציה. ליתוגרפיה של דה-פסיבציה של מימן היא השלב הראשון בתהליך הייצור בקנה מידה ננומטרי ואחריו שקיעת שכבה אטומית סלקטיבית של עד 2.8 ננומטר של טיטניה ליצירת מסכת תחריט בקנה מידה ננומטרי. מוצג ניגוד לרקע, המצביע על מנגנוני צמיחה שונים על הדפוסים הרצויים ועל הרקע הפסיבי H. לאחר מכן הדפוסים מועברים לתפזורת באמצעות תחריט יונים תגובתי ליצירת ננו-מבנים בגובה 20 ננומטר עם רוחב קו עד ~6 ננומטר. כדי להמחיש את המגבלות של תהליך זה, מיוצרים מערכי חורים וקווים. שלבי תהליך הננו-פבריקציה השונים מבוצעים במקומות שונים, ולכן נדון באינטגרציה של תהליכים. נושאים קשורים נדונים כולל שימוש בסימנים ננו-מבניים על דגימה מקרוסקופית והגנה על משטח Si(100)-H בעל תבנית כימית מפני השפלה עקב חשיפה אטמוספרית.

מבוא

כננוטכנולוגיה הופכת להיות יותר חשובה במגוון רחב של זירות, הבנת המבנים מתגבש חשיבות רווחים, במיוחד בתחומים של יתוגרפיה ואלקטרוניקה. כדי להדגיש את החשיבות של המטרולוגיה בקנה המידה ננומטרי, במיוחד בקני מידה מתחת ל -10 ננומטר, יש לציין כי שינוי בגודל תכונה של רק 1 ננומטר מציין וריאציה חלקית לפחות 10%. וריאציה זו יכולה להיות השלכות משמעותיות על ביצועי מכשיר ואופי חומר 1,2 -. 4 שימוש בשיטות סינתטיות, יכולות להיות מפוברקות תכונות אישיות שנוצרו דווקא מאוד כגון נקודות קוונטיות או מולקולות מורכבות אחרות, 2,5,6 אבל בדרך כלל חסרות את אותו הדיוק במיקום תכונה וכיוון, למרות עבודה לשיפור שליטה בגודל ובמיקום. מסמך זה מדגים גישה לבודת ננו עם דיוק ליד אטומי גודל ודיוק אטומי במיקום תכונה, כמו גםעם המטרולוגיה אטומית במיקום תכונה. שימוש בדיוק האטומי של סריקת תיעול מיקרוסקופים (STM) מימן מושרה Depassivation ליתוגרפיה (HDL), דפוסים אטומי מדויקים עם ניגוד כימי רגיש נוצרים על משטח. אטומי שכבת הפקדת סלקטיבי (ALD) ולאחר מכן חלה חומר תחמוצת קשה באזורי הדוגמת, עם תגובתי יון תחריט (RIE) סופו של דבר להעביר את הדפוסים לחומר בתפזורת, כפי שמוצג באופן סכמטי באיור 1. שילוב תהליך HDL מאוד מדויק עם סטנדרטי אלד וRIE מעבדים תוצאות בשיטה גמישה כדי לייצר ננו על משטח עם צורה ומיקום שרירותיים.

figure-introduction-1
איור 1. שלבי תהליך הראשוני Nanofabrication. כדוגמא, ריבוע x 200 ננומטר 200 ננומטר מוצג. כל חץ עיגול מציין צעד של חשיפה ולא אטמוספריransport בין אתרים. לאחר הכנת מדגם UHV, המדגם הוא בדוגמת באמצעות UHV HDL אחרי המטרולוגיה STM (למעלה משמאל). אלד לאחר מכן ביצע, ואחריו המטרולוגיה AFM (מימין). RIE מעביר את הדפוסים לSi (100), ואחריו המטרולוגיה SEM (למטה משמאל). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

ליתוגרפיה המדויקת ביותר עד כה בדרך כלל טכניקות בדיקה סרוקות, דפוסים במיוחד מבוסס STM בי דפוסי רזולוציה אטומית וfunctionalization הודגמו עבור יישומים רבים. 7 ננו בעבר, מניפולציה אטום הפיק עם דיוק אולטימטיבי באמצעות אטומים בודדים כאבני בניין, 8 , 9,10 אבל ננו נדרש תנאי קירור וכך היה חסר לטווח ארוך חוסן. המניפולציה אטום RT על ידי הסרת אטומי מימן מפני השטח הוכחה, specifically HDL. 11,12,13 HDL מבטיח לאפשר סוגים חדשים של אלקטרוניקה והתקנים אחרים המבוססים על הלוקליזציה המרחבי של ניגוד פני השטח. באמצעות HDL ללא עיבוד נוסף, ארכיטקטורות מכשיר שונות אפשריות כוללים משתלשלים חוטי אג"ח או מכשירי היגיון. 14,15,16 בנוסף לאספקת חשמל ניגוד, HDL יכול להציג ניגוד כימי על פני השטח שבו שכבת H passivating הוסרה, בהשפעה יצירת תבנית לשינוי כימי נוסף. שינוי כימי זה הודגם על סיליקון ומשטחים אחרים, המציג סלקטיביות לתצהיר של מתכות, 17 מבודדים, 18 ומוליכים למחצה אפילו. 16,19 כל אחת מדוגמאות אלה מייצר שני מבנים ממדיים, מדרגות עיבוד כל כך אחרות חייבים לשמש לייצור אמיתי שלוש מבנים ממדיים עם השליטה האטומית החליטה שהובטחה על ידי ה- HDL. דפוסים חוזרים ונשנים בעבר, זה נדרש, 19,20,21 חישול, 22 או פחות טוב נפתר תהליכים כגון תצהיר מושרה קורה אלקטרוני מבוסס-קצה. 23

בדומה ליתוגרפיה קורה אלקטרוני, HDL משתמש שטף של אלקטרונים מקומיים לחשוף בפניו. כמה קווי דמיון קיימים כגון היכולת לבצע יתוגרפיה מצב מרובה עם גודל נקודה משתנה ויעילות דפוסים. 24 עם זאת, את הכח האמיתי של HDL נובע ממה הוא שונים מיתוגרפיה הקורה האלקטרוני. ראשית, להתנגד בHDL הוא monolayer של מימן אטומי, כך שלהתנגד חשיפה הופכת תהליך דיגיטלי; להתנגד אטום או הוא או היא לא קיימת. 25 מאז הנפקת אטום H המתאימה לSi הבסיס (100) סריג תהליך HDL יכול להיות תהליך אטומי מדויק, אם כי יש לציין כי במאמר זה HDL יש דיוק ננומטר כ בניגוד לכך ששלמות אטומית ולכן אינו דיגיטלי במקרה זה. מכיוון שמקור האלקטרונים בHDL הוא מקומי אל פני השטח, המצבים השונים של פעולת STM להקל שניאופטימיזציה תפוקה כמו גם בדיקת שגיאות. בקצה מדגם הטיות למטה ~ 4.5 V, ליתוגרפיה עשויה להתבצע ברמת האטום הבודד עם דיוק אטומי, הידוע בשם אטומי מצב מדויק (מצב AP). לעומת זאת, בהטיות מעל 7 ~ V, אלקטרונים נפלטים ישירות מהקצה למדגם עם linewidths הרחב ויעילות הגבוהה depassivation, מכונה כאן מצב שדה פליטה (מצב FE). אז יכולה להיות מותאמת תפוקה HDL על ידי שילוב זהיר של שני המצבים הללו, אם כי תפוקה הכוללת תישאר קטן יחסית לדואר הקורה ליתוגרפיה עם דפוסים עד 1 מיקרומטר 2 דקות / אפשריות. כאשר ההטיה היא הפוכה, כך שהמדגם שנערך ב~ -2.25 V, מנהרת אלקטרונים מהמדגם לקצה עם יעילות depassivation נמוכה מאוד, ובכך מאפשר בדיקה של המבנה האטומי של פני השטח הן לתיקון שגיאות ולמטרולוגיה בקנה מידה אטומית .

תהליך ייצור זה ננו-מבנה שמוצג באיור 1 מתחיל בצעד UHV-HDL, כפי שתואר לעיל. בעקבות HDL, המדגם פרק לאווירה, בו בזמן באזורי הדוגמת להיות רוויים במים, ויצר דק (כלומר, ~ monolayer 1) SiO 2 שכבה. 26 אחרי התחבורה, המדגם מוכנס לתוך תא אלד לתצהיר של טיטניה (Tio 2), עם עובי סביב 2-3 ננומטר הופקד כאן, כפי שנמדד על ידי AFM וXPS. 27 מאז תגובת טיטניה תלויה רוויה מים של פני השטח, תהליך זה הוא אפשרי למרות חשיפת אווירה שמרווה את המשטח במים . בשלב הבא, להעביר את תבנית המסכה אלד לתפזורת המדגם נחרט באמצעות RIE כך כי 20 ננומטר של Si מוסר, עם העומק לחרוט נקבע על ידי AFM וSEM. על מנת להקל צעדי המטרולוגיה, רקיק Si (100) הוא בדוגמת עם רשת של קווים שנועדו להיות גלוי לאחר UHV הכנה על ידי מיקרוסקופ עבודה ארוכה מרחק אופטי, הדמיה אופטית AFM תכנית-נוף, וההדמיה SEM תכנית צפייה נמוכה הגדלה. כדי לסייע בזיהוי המבנים ננומטריים, דפוסים מתפתל 1 מיקרומטר 2 (SERP) הם בדוגמת על הדגימות עם nanopatterns המבודד ביותר ממוקם במקומות קבועים ביחס לתוצאות החיפוש.

שילוב זה של HDL, אלד סלקטיבית, וRIE יכול להיות תהליך חשוב לייצור ננו-מבנה, והוא כולל המטרולוגיה בקנה מידה אטומית כתוצר לוואי טבעי של התהליך. להלן, אנו כוללים תיאור מפורט של השלבים הכרוכים לפברק ננו ננומטר תת-10 בSi (100) באמצעות ה- HDL, אלד סלקטיבית, וRIE. ההנחה היא כי אחד היא מיומן בכל אחד מתהליכים אלה, אך המידע ייכלל קשור לכיצד לשלב התהליכים השונים. דגש מיוחד יינתן לאלה קשיים בלתי צפויים שחוו המחברים כדי למנוע אותם הקשיים, במיוחד קשור להובלה והמטרולוגיה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

לדוגמא הכנת 1. אקס-Situ

  1. הכן שבבים
    1. עיצוב מסכה לחרוט מתאימה לשים זיהוי סמנים בSi (100) הרקיק. באמצעות ליתוגרפיה אופטית סטנדרטית ורי, לחרוט רשת של קווים כסימני fiducial לרקיק ממנו דגימות STM יילקחו. הקווים צריכים להיות 10 מיקרומטר רחבים, 1 מיקרומטר עמוק, ובגובה הצליל של 500 מיקרומטר. לאחר תחריט, רצועה נותרה photoresist ממדגם.
      הערה: סימני fiducial חייבים להיות מזוהים באתר למיקום קצה במדגם, כמו גם בAFM וSEM במהלך המטרולוגיה.
    2. הגן על משטח ופל על ידי יישום קלטת סימון סטנדרטי חיתוך כחול, צד דביק כלפי מטה.
    3. הוופלים קוביות לתוך שבבים באמצעות יהלום הטו חיתוך קרמיקה ראה לגדלים מתאימים לכלי UHV-STM הספציפי שבשימוש כדי לבצע HDL. כאן, הדגימות היו 8.1 מ"מ x 8.1 מ"מ ריבועים.
  2. לאחר החיתוך, להכין שבב להכנסה לתוך כלי דפוסי UHV-STM בעדינות על ידילקלף את קלטת החיתוך, נזהר שלא לגעת בשבב עם כל כלים המכיל ניקל שיגרמו לשיקום משטח שלילי לאחר הכנת UHV בסעיף 2 להלן.
    1. שבב נקי על ידי שטיפת הפנים מול במשך 10 שניות כל אחד עם זרמים של אצטון, אלכוהול איזופרופיל, מתנול, ומים ללא יונים, בהתאמה, ואילו לופת את הצדדים של המדגם עם polytetrafluoroethylene פינצטה (PTFE). לבסוף, יבש עם ultrapure N 2 או אר, עדיין מרתק עם פינצטה הטפלון.
    2. שבב מדגם הר בבעל מדגם STM תוך שימוש בשיטות מתאימות לכלי UHV-STM הספציפי שישמש לHDL.
      1. אם התקנה בבעל מדגם המכיל ניקל, לחתוך רצועות טנטלום מחסום נייר כסף (appx. 4 מ"מ בגובה מדגם) באמצעות מספריים טיטניום. רצועות נייר כסף Sonicate במשך 5 דקות כל אחד באצטון ultrapure, אלכוהול איזופרופיל, מתנול, ומים DI, בהתאמה. יבש עם N 2 ultrapure גז על ידי באופן חלקי מכסה כוס בנייר האלומיניום ולהזריקing N 2 זרבובית לתוך הפתח. זרימת גז עד שכל הנוזלים מתאדים. באמצעות פינצטה חופשית ניקל, אלומיניום צורה סביב מסתיים מדגם אז לצבוט בבעל מדגם לבודד צדדים הקדמיים ואחוריים של מדגם מבעל מדגם.
    3. לאחר ההרכבה, מדגם נקי פלזמה ובעל מדגם בפלזמת חמצן להסרת זיהום פחמן. 28

2. הכנה לדוגמא UHV

  1. להציג מדגם לתוך מערכת UHV באמצעות עומס נעילה או אחר שיטת UHV בטוחה העדיפה, כך שעיבוד UHV וHDL בדרך כלל יכולים להישאר מתחת 1.3 x 10 -9 mbar (פרט לצעד 2.5.1.1 להלן).
  2. דגה O / N ב 650 מעלות צלזיוס, ניטור הטמפרטורה עם pyrometer. ודא שהלחץ קאמרי הוא תוך 25% מרקע. במקרה המתואר כאן, לחצי רקע טיפוסיים הם כ 4.5 x 10 -10 mbar.
  3. מימן טונגסטן דגה פיצוח נימה ב 1500 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות.הפעל משאבות סובלימציה טיטניום במידת האפשר.
  4. לבצע מדגם מחזור "פלאש".
    1. מדגם פלאש על ידי חימום ל1,250 מעלות צלזיוס במשך 20 שניות, ניטור T עם pyrometer ובאמצעות שיפוע חימום / sec 10 מעלות צלזיוס. לא יעלה על לחץ מקסימאלי של 7 x 10 -9 mbar. מגניב על ידי הסרת נוכחי חימום בפחות מ -5 שניות.
    2. מדגם פנאי במעלות צלזיוס 350 במשך 5 דקות. כדי לאפשר לחץ לשחזר לנקודת התחלה. חזור 3x.
  5. בצע פסיבציה מדגם.
    1. טמפרטורה שנקבעה מדגם 350 מעלות צלזיוס באמצעות pyrometer כדי לפקח על הטמפרטורה. להציג 1.3 x 10 -6 mbar H אולטרה-טהור 2 לתא הכנה באמצעות שסתום דליפה.
      1. שים מלכודת קרה על קו H 2 קרובים מאוד שסתום דליפה במערכת כדי לטהר H 2 נוסף.
      2. במידת האפשר, לשאוב מערכת עם משאבה טורבו במהירות גבוהה במקום משאבת יונים. זה כל כך משאבת היון לא לזהם את המדגם מתערוכה שsed למזהמים בלחץ ולהוציא הגבוהים. הם הכניסו המשאבות בחזרה במדינה הנורמלית, לאחר שרוב המימן הוסר והמדגם הוא עדיין חם (350 מעלות צלזיוס).
    2. הפעל מימן טונגסטן נימה פיצוח לטמפרטורה של 1400 מעלות צלזיוס במשך 12 דקות, ואז לכבות את נימה וH 2 זרימת גז. מדגם מגניב RT.

3. סריקה מיקרוסקופית מנהור וליתוגרפיה

  1. העבר את המדגם לSTM, ולהביא מדגם וקצה STM לטווח נהור. שימוש במצלמה בפתרון של כוח טוב יותר מגודל נקודת 20 מיקרומטר, לקחת תמונה אופטית ברזולוציה גבוהה של צומת קצה-לדוגמא. ביטול הטיה ולשנות את גודל התמונה האופטית, כך שהוא מייצג רבייה מעוותת של סימני fiducial.
  2. הסר את כל תאורה להפחית חוסר יציבות תרמית מערכת. לקבוע את איכות פני השטח.
    1. באמצעות שימוש בטכניקות STM קונבנציונליים עם הטיה מדגם של -2.25 V ו -200 הרשות הפלסטינית, לזהות את התחושהאה של פגמים על פני השטח.
    2. אם פגמי משטח הם מתחת לרמות מקובלות, לעבור לשלב הבא. רמות פגם המרביות מקובלות הן אחריו כמו: קשרים רופפים של 1%; משרות פנויות Si של 3%; מזהמים של 1%.
  3. דפוסי HDL העיצוב להיות מיוצר, כוללים שני דפוסים ניסיוניים ודפוסי זיהוי SERP גדולים (x 1 מיקרומטר מיקרומטר 1). דפוסי SERP צריכים להיגרר עם ציר וקטור ארוך בניצב צפוי ציר סריקה מהיר AFM, באמצעות המגרש של 15-20 ננומטר. תבנית כללית שבר לצורות בסיסיות להגדיר את הדרך ואחריו את הקצה בעת החלת תנאי HDL. 24
  4. שימוש בתפוקות וקטור מהשלב הקודם, לבצע HDL באמצעות יתוגרפיה מצב FE לשטחים גדולים עם הטיה מדגם של 7-9 V, נוכחי של 1 Na, וMC 0.2 / יתוגרפיה מצב סנטימטר וAP לאזורים קטנים או באזורים אלה הדורשים דיוק קצוות אטומיים . 24
    1. לקבוע תנאים ליתוגרפיה המצב אופטימליים AP על ידי PErforming HDL עם מגוון רחב של מצבים עם הטיה מדגם החל 3.5-4.5 V, נוכחי החל 2-4 Na, וקו מינונים הנע 2-4 MC / סנטימטר. בחר תנאים המייצרים את קו depassivated לחלוטין הצר.
  5. לבצע המטרולוגיה STM על אזורי HDL בדוגמת רצויים על ידי הדמיה ב-2.25 הטיה V מדגם ו -0.2 נוכחי נהור Na.
    1. [אופציונאלי] בצע תיקון שגיאות. לאחר המטרולוגיה STM, להשוות דפוס depassivation בתמונות STM עם הדפוס הרצוי מהשלב 3.5. אם כל אזורים להראות מספיקה אג"ח משתלשל היווצרות, לחזור על מחזור יתוגרפיה באזורים אלה.
  6. לאחר שסיימתי את STM HDL, להתנתק מקצה המדגם, ולהעביר מדגם לטעון מנעול.
  7. Vent ולהסיר מדגם. במהלך אוורור עם ultrapure N 2, להגן על מדגם על ידי יצירת קשר עם אותו מצע אינרטי, שטוח כמו ספיר נקי. 29 אחרי הגנת משטח, קרובים סתומים לכל משאבות לאחר מכן להציג את פורקן גז כquicקלי האפשר. הסר מדגם ממערכת.

תחבורה 4. לדוגמא

  1. הסר מדגם ממנעול עומס. שחרר מדגם מבעל מדגם, כולל הסרת חלקי מחסום נייר במידת האפשר. באמצעות פינצטה PTFE (או טי), להעביר מדגם לטרנספורטר, שמירה על הצד קדמי של המדגם המוגן, מנסה לשמור על חשיפה לאווירה פחות מ -10 דקות.
  2. התקן כיסוי על מדגם ורופף להרכיב טרנספורטר מדגם לחץ. סומק עם Ar ultrapure דקות 1. אל לפנות מערכת בכל נקודה, או נזק משטח עשוי להתרחש. 29 לבסוף, טרנספורטר מדגם חותם עם לחץ קטן חיובי (~ 50-100 mbar) של Ar כך שהמדגם נותר יציב עד לחודש.

5. אטומי שכבת הפקדת

  1. ודא אלד הוא בטמפרטורה הנכונה בתצהיר (100 מעלות צלזיוס). לאט לאט להגביר את לחץ הארגון בתא אלד עד לחץ אטמוספרי הושג.
  2. תא אלד פתוח.
  3. טרנספורטר מדגם פתוח ובמהירות להעביר לתא אלד באמצעות פינצטה PTFE אחיזת המדגם על קצה, אז לסגור את התא אלד ולטהר באמצעות זרימה של ארגון בלחץ של שעות <2 × 10 -1 mbar ל1 לדגה מדגם. להגדיר תהליך כדי לבצע 80 מחזורים חוזרים ונשנים של ALD לגדול 2.8 ננומטר של טיטניה אמורפי.
    1. שימוש במערכת אלד מסחרית ללא שינוי בטמפרטורה של מדגם 100-150 מעלות צלזיוס, עם טטרא טיטניום (TiCl 4) ומים (H 2 O) כמבשרים לבצע בתצהיר עם מגיבים בלחצים של 0.3 mbar וmbar 0.8, עם זמני דופק של 0.1 שניות ו0.05 שניות, בהתאמה. 27
    2. בעקבות דופק בכל גז, לטהר את הכור עם Ar 60 שניות על 0.2 mbar כדי להבטיח בתצהיר רקע מינימאלי בשל מגיבים physisorbed. למסכות בעבודה זו, 80 מחזורים אלד משמשים לגידול של כ 2.8 ננומטר של טיטניה אמורפי ב 100 מעלות צלזיוס.
  4. לאט לפרוק תא אלד בגז Ar ופתוח. חזור על שלבים 4.1 ו -4.2 לתחבורת מדגם.

6. מיקרוסקופית כוח אטומי (AFM)

  1. להבטיח כיול נכון של AFM על פי הפרוטוקול של היצרן. טרנספורטר מדגם הפתוח ולהסיר בעדינות מדגם באמצעות פינצטה.
  2. לאחר הסרת מטרנספורטר, מאובטח להתקין את המדגם לAFM באמצעות שיטת הרכבה מכאנית כגון מערכת הידוק אם אפשר. פוקוס המצלמה AFM על המדגם, ולאתר את סימוני fiducial על פני השטח המדגם כדי ליישר את קצה AFM לדפוס המבוסס על מטרולוגיה האופטית בשלב 3.2.
  3. ודא שהגדרות AFM תציג שני מידע גובה ושלב ולהגדיר את גודל הסריקה להיות רחבים בין 20 ל 40 מיקרומטר. לעסוק קצה AFM על המדגם.
  4. שימוש במידע הגובה ושלב ברזולוציה הגבוהה ביותר, לסרוק עד אזור דפוסי איתור מזוהה. זום לתוך מחדש בדוגמתגיון ולאתר את האזור שבו תמונה רצויה.
  5. קח תמונה של האזורים הרצויים באמצעות איכות התמונה המתאימה ורזולוציה (בדרך כלל הגבוהה ביותר האפשרית). ברגע שכל האזורים הרצויים נסרקו, להתנתק מקצה המדגם. לפרוק את המדגם. חזור על שלבים 4.1 ו -4.2 לתחבורת מדגם.

7. תגובתי יון תחריט

  1. צ'יל כור RIE שילוב capacitively ל-110 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן טען את המדגם לתוך תא ההקדמה ולשאוב עד 7.5 x 10 -6 mbar.
    1. לייצב את הטמפרטורה במשך 3 דקות. לאחר מכן הפעל את הגז ובספיקות של O 2 בשעה 8 SCCM (סמ"ק הסטנדרטי לדקה), Ar ב 40 SCCM, וSF 6 ב 20 SCCM.
    2. פלזמה שביתה באמצעות פריקת RF 150 W, ולאחר מכן לשנות את זרימת הגז כדי לחרוט דקות 1 באמצעות SF 6 בגיל 52 SCCM וO 2 בשעה 8 SCCM. אינטראקציה של גזים אלה עם Si תהיה לחרוט בשיעור של כ 20 ננומטר / דקה. 30
    3. משאבת ואקום 7.5 x 10 -6 mbar. Vent מערכת RIE. חזור על שלבים 4.1 ו -4.2 לתחבורת מדגם.

8. סריקה מיקרוסקופית אלקטרונים (SEM)

  1. הרכבה SEM דוגמא והכנסה של מדגם למערכת.
    1. הנח מדגם הלא דביק הר למיקום נוח כדי להקל על הרכבת מדגם.
    2. טרנספורטר מדגם הפתוח ולהסיר בעדינות מדגם באמצעות פינצטה כדי לתפוס את המדגם בקצוות ומאובטח להתקין לSEM הר, לאחר מכן להציג את מכלול מדגם לSEM.
    3. Vent וקאמריים SEM פתוח. מאובטח להתקין הרכבה מדגם לבמה מדגם SEM. לשאוב את תא SEM.
  2. אתר fiducials.
    1. להביא את ההגדלה לערך הנמוך ביותר האפשרי. בחר את ההגדרות הנוכחיות מתח וקרן ההאצה שתעניק רזולוציה טובה. התחל עם ההגדרות מקובלות הנמוכים ביותר. לעלות בהתאם לצורך.
    2. הפעל את אלומת האלקטרונים. להביא את האזור הכללילעניין את מרחק עבודה מומלץ וגובה eucentric.
    3. אתר ולהתמקד בfiducials המתואר בסעיף 1.1. התאם עובד מרחק כנדרש. לייעל את המיקוד, בהירות והניגודיות.
  3. אתר ותמונה הדפוסים.
    1. ביחס לfiducials, לאתר את הדפוסים המבוססים על מטרולוגיה האופטית של סעיף 3.2 והמטרולוגיה AFM של סעיף 6. כדי למזער תצהיר פחמן על דפוסים, לייעל מיקוד שימוש בתכונות שאינן חיוניות בקרבת מקום. ברגע שמותאם, לעבור לדפוסים ולרכוש תמונות נוף תכנית ומדידות.
    2. במידת הצורך, להטות את המדגם עבור תמונות 3D ומדידות גובה תבנית. לדפוסים אחרים, לחזור מ8.3 במידת צורך.
  4. בצע שגרת סגירת מערכת SEM ומדגם לרדת / s, כפי שנקבע על ידי יצרן SEM. Secure המדגם בחזרה לטרנספורטר.
  5. חזור על שלבים 4.3 ו -4.4 הובלה ואחסון מדגם. בשלב זה, הדגימות הם חזקות ויכוליםלאחסן לתקופה בלתי מוגבלת של זמן. בצעו הודעה הדמיה-ניתוחים במידת צורך.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

במקרים שתוארו כאן, HDL מתבצע באמצעות יתוגרפיה מצב מרובה. 24 במצב FE, הופיע עם 8 V הטיה מדגם, 1 Na, וMC 0.2 / סנטימטר (שווה ערך ל 50 ננומטר / מהירות קצה שניות), הקצה עובר מעל המשטח או מקביל או בניצב לסריג Si, הפקת קווים של depassivation. בעוד lineshape זה מאוד תלוי קצה, במקרה כאן, חלק depassivated לחלוטין של הקווים היה כ 6 ננומטר רחב, עם זנבות של depassivation החלקי הארכה עוד 2 ננומטר משני צדי הקו. כאשר דפוסים מדויקים ביותר הם רצויים, ליתוגרפיה מצב AP מתבצעת באמצעות 4 V ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

ביצוע המטרולוגיה על ננו שתואר לעיל דורש את היכולת לגשר על מיקום הקצה במיקום HDL ודפוס שימוש בכלים אחרים, כגון AFM וSEM. בניגוד לכלים אחרים מפותחים דפוסים עם קידוד עמדה ברזולוציה גבוהה כגון ליתוגרפיה קורה אלקטרוני, HDL ביצע כאן בוצע עם STM ללא מיצוב גס מבוקר היטב, כך פרוטוקולי זיהוי עמדה נוספת שמשו, כפי שמוצג באיור 3 . ראשית, מיקרוסקופ-מוקדי באורך ארוך ממוקם מחוץ למערכת UHV כ 20 סנטימטרים מצומת קצה-לדוגמא. המדגם הוא בדוגמת עם רשת רבועה של 10 מיקרומטר קווים רחבים, מ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי חוזה מDARPA (N66001-08-C-2040) ועל ידי מענק מקרן הטכנולוגיה המתפתח של מדינת טקסס. המחברים מבקשים להודות Jiyoung קים, גרג מורדי, אנג'לה Azcatl, וטום שרף על תרומתם הקשורים לתצהיר שכבה אטומי סלקטיבית, כמו גם וואלאס מרטין וגורדון פולוק לעיבוד מדגם לשעבר באתר.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
Si WaferVA מוליכיםמסוג P (בורון) Si< 100> ± 2 מעלות, 280 מ"מ ו-#177; עובי 25 מ"מ, 0.01-0.02 אוהם-ס"מ
נייר כסף Taאלפא Aesar3350.025  מ"מ (0.001  ב) עבה, 99.997% (בסיס מתכות)
מתנולאלפא Aesar19393כיתה מוליכים למחצה, 99.9%
2-פרופנולאלפא Aesar19397כיתה מוליכים למחצה, 99.5%
אצטוןאלפא Aesar19392כיתה מוליכים למחצה, 99.5%
ארגוןPraxairטוהר גבוה במיוחד (דרגה 5.0)
מים נטולי יוניםMilliporeמערכת טיהור מים Milli-Q>18 מגה-וואט מים עמידים המיוצרים לפי דרישה.
TiCl4Sigma Aldrigh254312≥ 99.995% בסיס מתכות קורט
O2MathesonG2182101דרגת מחקר
SF6MathesonG2658922טוהר גבוה במיוחד (דרגה 4.7)
Blue Medium Tack Roll SemiconductorEquipment Corporation18074עובי 75 & #956; מטר / 0.003 אינץ'   אורך כללי 200 מטר  
למחצה

מקורות

  1. Yoffe, A. D. Low-dimensional systems: quantum size effects and electronic properties of semiconductor microcrystallites (zero-dimensional systems) and some quasi-two-dimensional systems. Adv. in Phy. 42 (2), 173-262 (1993).
  2. Alivisatos, A. P. Semiconductor Clusters, Nanocrystals, and Quantum Dots. Science. 271 (5251), 933-937 (1996).
  3. Craighead, H. G. Nanoelectromechanical Systems. Science. 290 (5496), 1532-1535 (2000).
  4. Dai, M. D., Kim, C. -W., Eom, K. Finite size effect on nanomechanical mass detection: the role of surface elasticity. Nanotechnology. 22 (26), 265502(2011).
  5. Personick, M., Mirkin, C. Making sense of the mayhem behind shape control in the synthesis of gold nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 135 (C), 18238-18247 (2013).
  6. Rothemund, P. W. K., Ekani-Nkodo, A., et al. Design and Characterization of Programmable DNA. Nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 26, 16344-16353 (2004).
  7. Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W. Silicon-based molecular nanotechnology. Nanotechnology. 11 (2), 70-76 (2000).
  8. Eigler, D. M., Schweizer, E. K. Positioning single atoms with a scanning tunnelling microscope. Nature. 344, 524-526 (1990).
  9. Heinrich, A. J., Lutz, C. P., Gupta, J. A., Eigler, D. M. Molecular cascades. Science. 298, 1381-1387 (2002).
  10. Crommie, M. F., Lutz, C. P., Eigler, D. M. Confinement of Electrons to Quantum Corrals on a Metal Surface. Science. 262 (5131), 218-220 (1993).
  11. Shen, T. -C., Wang, C., et al. Atomic-Scale Desorption Through Electronic and Vibrational Excitation Mechanisms. Science. 268, 1590-1592 (1995).
  12. Randall, J. N., Lyding, J. W., et al. Atomic precision lithography on Si. J. Vac. Sci. Tech. B. 27 (6), 2764-2768 (2009).
  13. Tong, X., Wolkow, R. A. Electron-induced H atom desorption patterns created with a scanning tunneling microscope: Implications for controlled atomic-scale patterning on H-Si(100). Surf. Sci. 600 (16), L199-L203 (2006).
  14. Hitosugi, T., Hashizume, T., et al. Scanning Tunneling Spectroscopy of Dangling-Bond Wires Fabricated on the Si(100)-2x1-H Surface. Jap. J. App. Phys, Pt 2 2. 36 (3B), L361-L364 (1997).
  15. Bird, C. F., Fisher, A. J., Bowler, D. R. Soliton effects in dangling-bond wires on Si(001). Phys. Rev B. 68, 115318(2003).
  16. Wolkow, R. A., Livadaru, L., et al. Beyond-CMOS Electronics. , Available from: http://arxiv.org/abs/1310.4148 1-28 (2013).
  17. Lyding, J. W., Shen, T. -C., Hubacek, J. S., Tucker, J. R., Abeln, G. C. Nanoscale patterning and oxidation of H-passivated Si(100)-2×1 surfaces with an ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope. App. Phys. Lett. 64 (15), 2010-2012 (1994).
  18. Lyding, J. W., Shen, T. -C., Abeln, G. C., Wang, C., Tucker, J. R. Nanoscale patterning and selective chemistry of silicon surfaces by ultrahigh-vacuum scanning tunneling microscopy. Nanotechnology. 7, 128-133 (1996).
  19. Owen, J. H. G., Ballard, J., Randall, J. N., Alexander, J., Von Ehr, J. R. Patterned Atomic Layer Epitaxy of Si / Si(001):H. J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F201(2011).
  20. Goh, K. E. J., Chen, S., Xu, H., Ballard, J., Randall, J. N., Ehr, J. R. Von Using patterned H-resist for controlled three-dimensional growth of nanostructures. App. Phys. Lett. 98 (16), 163102(2011).
  21. Ye, W., Peña Martin, P. Direct writing of sub-5 nm hafnium diboride metallic nanostructures. ACS Nano. 4 (11), 6818-6824 (2010).
  22. Brien, J. L., Schofield, S. R., et al. Scanning tunnelling microscope fabrication of arrays of phosphorus atom qubits for a silicon quantum computer. Smart. 11 (5), 741-748 (2002).
  23. Van Oven, J. C., Berwald, F., Berggren, K. K., Kruit, P., Hagen, C. W. Electron-beam-induced deposition of 3-nm-half-pitch patterns on bulk Si. J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F305(2011).
  24. Ballard, J. B., Sisson, T. W., et al. Multimode hydrogen depassivation lithography: A method for optimizing atomically precise write times. J. Vac. Sci. Tech. B. 31 (6), 06FC01(2013).
  25. Randall, J. N., Ballard, J. B., et al. Atomic precision patterning on Si: An opportunity for a digitized process. Microelec. Eng. 87 (5-8), 955-958 (2010).
  26. Perrine, K. A., Teplyakov, A. V. Reactivity of selectively terminated single crystal silicon surfaces. Chem. Soc. Rev. 39 (8), 3256-3274 (2010).
  27. McDonnell, S., Longo, R. C., et al. Controlling the Atomic Layer Deposition of Titanium Dioxide on Silicon: Dependence on Surface Termination. The J. Phys. Chem. C. 117 (39), 20250-20259 (2013).
  28. Kane, D. F. Plasma cleaning of metal surfaces. J. Vac. Sci. Tech. 11 (3), 567(1974).
  29. Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W., Thompson, D. S., Moore, J. S. Atomic-level study of the robustness of the Si(100)-2×1:H surface following exposure to ambient conditions. App. Phys. Lett. 78 (7), 886-888 (2001).
  30. Agostino, R., Flamm, D. L. Plasma etching of Si and SiO2 in SF6–O2 mixtures. J. App. Phys. 52 (1), 162(1981).
  31. Longo, R. C., McDonnell, S., et al. Selectivity of metal oxide atomic layer deposition on hydrogen terminated and oxidized Si(001)-(2×1) surface. J. Vac. Sci Tech. B. 32 (3), 03D112(2014).
  32. Ruess, F. J., Oberbeck, L., et al. The use of etched registration markers to make four-terminal electrical contacts to STM-patterned nanostructures. Nanotechnology. 16 (10), 2446-2449 (2005).
  33. Ruess, F. J., Pok, W., et al. Realization of Atomically Controlled Dopant Devices in Silicon. Small. 3 (4), 563-567 (2007).
  34. Li, K., Namboodiri, P., et al. Controlled formation of atomic step morphology on micropatterned Si (100). J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (4), 041806(2011).
  35. Ballard, J. B., Owen, J. H. G., et al. Pattern transfer of hydrogen depassivation lithography patterns into silicon with atomically traceable placement and size control. Journal of Vacuum Science and Technology B. 32 (4), 041804(2014).
  36. Gusev, E. P., Cabral, C. Jr, Copel, M., D’Emic, C., Gribelyuk, M. U ltrathin HfO 2 films grown on silicon by atomic layer deposition for advanced gate dielectrics applications. Microelectronic Engineering. 69, 145-151 (2003).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

ייצור ננו-מבנה אטומי למעקב
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.