Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication

Summary

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

Abstract

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

Introduction

Nanotechnologie belangrijker in diverse arena, het begrijpen van de structuur gevormd steeds belangrijker, met name in gebieden van lithografie en elektronica. Om het belang te benadrukken van metrologie op nanoschaal, specifiek op schalen onder de 10 nm, dient te worden opgemerkt dat een variatie in functie grootte van slechts 1 nm wijst op een fractionele variatie ten minste 10%. Deze variatie kan aanzienlijke gevolgen hebben voor de prestaties van het apparaat en het materiaal karakter ^1,2 hebben ^{-. 4} Gebruik synthetische methoden, kan heel precies gevormd individuele kenmerken, zoals quantum dots of andere complexe moleculen worden vervaardi....

Protocol

1. Ex-situ Monstervoorbereiding

1. Bereid chips
   1. Ontwerp geschikte etsmasker identificeren van markers in de Si (100) wafer te zetten. Met behulp van standaard optische lithografie en RIE, etsen een rooster van lijnen vaste merktekens op de wafer waaruit STM monsters worden genomen. De lijnen moet 10 micrometer breed, 1 micrometer diep, en toonhoogte van 500 pm. Na het etsen, strippen resterende fotolak van monster.
      Opmerking: De vaste merktekens moet identificeerbaar in situ tip op de steekproef en in AFM en SEM tijdens metrologie.
   2. Bescherm wafer oppervlak door het toepassen van standaard tack blauwe blokjes tape, k....

Results

In de hier beschreven gevallen wordt HDL uitgevoerd met behulp van multi-mode lithografie. ²⁴ In de FE-modus, uitgevoerd met 8 V sample bias, 1 nA, en 0,2 mC / cm (gelijk aan 50 nm / s tip snelheid), de punt beweegt over het oppervlak ofwel parallel of loodrecht op de Si rooster, het produceren van lijnen van depassivation. Hoewel deze lineshape zeer tip afhankelijk van het geval, de volledig depassivated gedeelte van de lijnen ongeveer 6 nm breed, met staarten van gedeeltelijke depassivation uitstrekkende no.......

Discussion

Het uitvoeren metrologie van de hierboven beschreven nanostructuren vereist het vermogen om de tip positionering tijdens HDL en patroonlocatie op andere instrumenten zoals AFM en SEM overbruggen. In tegenstelling tot andere goed ontwikkelde patroon gereedschappen met hoge resolutie voor positiecodering zoals elektronenbundel lithografie, de HDL hier uitgevoerd werd met een STM niet goed onder controle grove positionering, zodat extra positie identificatieprotocollen werden gebruikt, zoals getoond in figuur 3

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Si Wafer	VA Semiconductor		P type (Boron) Si<100> ± 2 degrees, 280 mm ± 25 mm thick, 0.01-0.02 ohm-cm
Ta foil	Alfa Aesar	335	0.025 mm (0.001 in) thick, 99.997% (metals basis)
Methanol	Alfa Aesar	19393	Semiconductor Grade, 99.9%
2-Propanol	Alfa Aesar	19397	Semiconductor Grade, 99.5%
Acetone	Alfa Aesar	19392	Semiconductor Grade, 99.5%
Argon	Praxair		Ultra high purity (grade 5.0)
Deionized water	Millipore	Milli-Q Water Purification System	>18 MW resistance water produced on demand.
TiCl4	Sigma Aldrigh	254312	≥99.995% trace metals basis
O2	Matheson	G2182101	Research Grade
SF6	Matheson	G2658922	Ultra high purity (grade 4.7)
Blue Medium Tack Roll	Semiconductor Equipment Corporation	18074	Thickness 75 μm / 0.003”  Length 200 M / 660’