アトミックトレーサブルナノ構造作製

Summary

表面パターニングのための走査型トンネル顕微鏡の原子計測と選択的原子層堆積および反応性イオンエッチングを組み合わせるためのプロトコルを報告します。多数の大気への曝露と輸送を伴う堅牢なプロセスを使用して、原子計測を備えた3Dナノ構造が作製されます。

Abstract

エッチングされたナノ構造のスケールを10nmの範囲以下に縮小するには、最終的に、フィーチャーサイズとフィーチャー密度の両方を厳密に制御するために、使用されている製造プロセス全体の原子スケールの理解が必要になります。ここでは、最初のテンプレート定義から最終的なナノ構造計測まで、原子レベルで分解および制御された構造を追跡する方法を示し、ナノファブリケーションに対するトップダウンの原子制御への道を開きます。水素不動態化リソグラフィーは、ナノスケールの作製プロセスの最初のステップであり、その後、ナノスケールのエッチングマスクを作るために最大2.8 nmのチタニアを選択的に原子層を堆積させます。背景とのコントラストが示されており、目的のパターンとHパッシベーションされた背景での成長の異なるメカニズムを示しています。次に、パターンを反応性イオンエッチングを使用してバルクに転写し、線幅が~6nmまでの高さ20nmのナノ構造を形成します。このプロセスの限界を示すために、穴と線の配列が作製されています。さまざまなナノファブリケーションプロセスのステップは異なる場所で実行されるため、プロセスの統合について説明します。巨視的サンプル上のナノ構造を見つけるための基準マークの使用や、化学反応性パターン化されたSi(100)-H表面を大気曝露による劣化から保護することなど、関連する問題について説明します。

Introduction

ナノテクノロジーのように、特にリソグラフィや電子機器の分野で、利益の重要性を形成している構造を理解し、アリーナの多種多様でより重要になります。具体的には10nm以下のスケールで、ナノスケールでの計測の重要性を強調するために、それだけ1nmの特徴サイズの変動が分数変化の少なくとも10％を示すことが指摘されるべきです。この変動は、デバイス性能及び材料文字の重要な意味を持つことができる^{1,2 - 4}の合成方法を用いて、例えば、量子ドットまたは他の複雑な分子として非常に正確に形成された個々の特徴は^、2,5,6-、作製が、一般的に同じ精度を欠いていることができます機能の配置や向きで、サイズと配置制御を改善に向けての作業にもかかわらず。本稿では、機能の配置に近く、原子寸法精度と原子精度でナノ構造体を製造するための方法を示し、ならびに機能の配置の原子計測と。走査型トンネル顕微鏡（STM）水素誘起脱不動態化リソグラフィ（HDL）の原子精度を使用して、化学的に敏感なコントラストのアトミック正確なパターンが表面に形成されています。選択的な原子層堆積（ALD）は、図1に模式的に示すように、最終的に、バルク材料にパターンを転写する。標準で高精度なHDLプロセスを組み合わせる反応性イオンエッチング（RIE）を用いて、パターン形成された領域に硬質酸化物材料を適用しますALDとRIEは任意の形状と位置で表面にナノ構造を生成するために柔軟な方法で結果を処理します。

Protocol

1. 現場外サンプル調製

1. チップを準備
   1. のSi（100）ウェハに識別マーカーを置くために適切なエッチングマスクを設計します。標準的な光学リソグ​​ラフィとRIEを用いて、STM試料を採取されるからウエハに基準マークとしての線のグリッドをエッチングします。線は1ミクロン、深、および500μmのピッチで、幅10μmであるべきです。エッチング後、試料から残っているフォトレジストを除去。
      注：基準マークは、計測中のサンプルと同様にAFMとSEMでの先端の位置については、 その場で識別可能でなければなりません。
   2. 標準タックブルーダイシングテープを適用することにより、ウエハ表面を保護し、粘着性の面を下に。
   3. ダイヤモンドを使用してチップにダイスウェーハは、セラミックのダイシングは、HDLを実行するために使用される特定のUHV-STMツールを適切なサイズに見ひっくり返しました。ここでは、サンプルを8.1ミリメートル×8.1ミリメートルの正方形でした。
2. ダイシング後、そっとによってUHV-STMのパターニングツールに挿入するためのチップを準備下記のセクション2でUHVプレップ後の不利な表面再構成を誘発する任意のニッケル含有ツールでチップに触れないように注意しながら、ダイシングテープをバック剥離。
   1. ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ピンセットで試料の側面を把持しながら、それぞ....

Results

ここで説明するケースでは、HDLは、マルチモード·リソグラフィを用いて行われる。FEモードでは^24、8 Vサンプルバイアス、1 Na及び0.2 MC /センチメートル（50ナノメートル/秒の先端速度に相当する）を用いて行っ、先端が上に移動しますSiの格子に対して平行または垂直のいずれかの表面、脱不動態化のラインを生成します。この線形の場合はこちらで、非常に先端が依存しているが、ラインの完全depassivated部分は線の両側に別の2 NMを拡張部分脱不動態化の尾で、幅約6 nmでした。高精度のパターンが望ましい場合、APモードリソグラフィー4 Vサンプルバイアス、硫酸ナトリウム、及び4 MC / cmの（10ナノメートル/秒の先端速度に相当）を用いて行われます。各パターンのAPモード成分の範囲は、FEモードを使用して生成部分depassivatedパターンの幅に依存します。様々なHDLモードの-H（100）Si上のパターンのSTM像の例について、図2を参照してください。 図2（a）は小Pを示していますatternのみAPモードのHDLを使用して製.......

Discussion

上記のナノ構造の計測を実行すると、このようなAFMやSEMなどの他のツールを使用して、HDLとパターンの位置の間の先端の位置をブリッジする能力を必要とします。 図3に示すように、電子ビームリソグラフィのような高分解能の位置符号化と他のよく発達パターニングツールとは対照的に、ここで行わHDLは、そのように余分な位置特定プロトコルを使用した、十分に制御粗い位置決めすることなく、STMを用いて行きました。まず、長焦点顕微鏡は、チップ - 試料の接合部からUHVシステム約20cmの外側に配置されています。サンプルは、表面上の先端の位置の識別を容易にするために、500μmのピッチで、1μmの深さが10ミクロン幅の線の正方形の格子でパターン化されています。

SAMPの図5.パターンの位置画像ル。STMチップの（A.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Siウェーハ	VA半導体		Pタイプ(ホウ素)Si<100> ±2度、280 mm ±厚さ25 mm、0.01-0.02 Ω-cm
Taホイル	Alfa Aesar	335	0.025 mm (0.001 )厚さ、99.997%(金属ベース)
メタノール	アルファエー	ザー19393	半導体グレード、99.9%
2-プロパノール	アルファエーザー19397		半導体グレード、99.5%
アセトン	アルファエー	ザー19392	半導体グレード、99.5%
アルゴン	プラクセア超		高純度(グレード5.0)
脱イオン水	ミリポア	Milli-Q純水製造システム	>18MWの抵抗水はオンデマンドで生産されます。
TiCl4	Sigma Aldrigh	254312	>99.995% 微量金属基礎
O2	Matheson	G2182101	研究グレード
SF6	Matheson	G2658922	超高純度 (グレード 4.7)
ブルー ミディアム タック ロール	Semiconductor Equipment Corporation	18074	厚さ 75 μメートル/0.003インチ 長さ 200 m / 660'