Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication

8.6K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/52900

⸱

17 juli 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

In dit artikel

Samenvatting

We rapporteren een protocol voor het combineren van de atomaire metrologie van de Scanning Tunneling Microscope voor oppervlaktemodellering met selectieve Atomic Layer Deposition en Reactieve Ionen Etching. Met behulp van een robuust proces dat talrijke atmosferische blootstellingen en transport omvat, worden 3D nanostructuren met atomaire metrologie vervaardigd.

Samenvatting

Het verkleinen van de schaal van geëtste nanostructuren onder de 10 nm-bereik zal uiteindelijk een atomair schaalbegrip van het gehele fabricageproces dat wordt gebruikt, vereisen om een uiterst nauwkeurige controle over zowel de kenmerkenomvang als de kenmerkendichtheid te behouden. Hier demonstreren we een methode voor het volgen van atomaal opgeloste en gecontroleerde structuren vanaf de initiële sjabloondefinitie tot de uiteindelijke nanostructuurmetrologie, waardoor een weg wordt geopend voor top-down atomaire controle over nanofabricage. Waterstofdepassivatie litografie is de eerste stap van het nanoschaal fabricageproces, gevolgd door selectieve atomaire laagdeposities van maximaal 2,8 nm van titania om een nanoschaal etsmasker te maken. Het contrast met de achtergrond wordt getoond, wat duidt op verschillende mechanismen voor groei op de gewenste patronen en op de H-gepassiveerde achtergrond. De patronen worden vervolgens overgebracht naar de bulk met behulp van reactieve ionen etsen om 20 nm hoge nanostructuren te vormen met lijnbreedtes tot ~6 nm. Om de beperkingen van dit proces te illustreren, worden arrays van gaten en lijnen gefabriceerd. De verschillende nanofabricage processtappen worden op verschillende locaties uitgevoerd, dus procesintegratie wordt besproken. Gerelateerde problemen worden besproken, waaronder het gebruik van fiducial markeringen voor het vinden van nanostructuren op een macroscopisch monster en het beschermen van het chemisch reactieve gepatroneerde Si(100)-H oppervlak tegen degradatie door blootstelling aan de atmosfeer.

Inleiding

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 vervaardigd, 2,5,6 maar meestal ontbreekt dezelfde nauwkeurigheid in functie plaatsing en oriëntatie, ondanks het werk dat naar het verbeteren van de grootte en plaatsing controle. Dit document toont een benadering voor het vervaardigen van nanostructuren met vrijwel atoomgrootte precisie en Atoom in functie plaatsing enmet atomaire metrologie in functie plaatsing. De atomaire precisie van Scanning Tunneling Microscope (STM) geïnduceerde waterstof Depassivation Lithography (HDL) zijn atomair precieze patronen met chemisch gevoelige contrast gevormd op een oppervlak. Selectieve Atomic Layer Deposition (ALD) zijn dan een harde oxidemateriaal in de gevormde gebieden met Reactive Ion Etching (RIE) uiteindelijk het overbrengen van het patroon in het bulkmateriaal, zoals schematisch getoond in figuur 1. De combinatie van de zeer precieze HDL werkwijze de norm ALD en RIE processen resulteert in een flexibele manier om nanostructuren te produceren op een oppervlak met willekeurige vorm en positionering.

figure-introduction-1
Figuur 1. Primaire Nanofabrication processtappen. Als voorbeeld, 200 nm x 200 nm vierkant weergegeven. Elke omcirkelde pijl markeert een stap van weersinvloeden en tERVOER tussen sites. Na UHV sample prep, wordt het monster patroon met UHV HDL gevolgd door STM metrologie (linksboven). ALD wordt vervolgens uitgevoerd, gevolgd door AFM metrologie (rechts). RIE draagt ​​de patronen in de Si (100), gevolgd door de SEM metrologie (linksonder). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

De meest nauwkeurige lithografie actuele omvat gewoonlijk gescande probetechnieken specifiek STM-gebaseerde patronen waarbij atomaire resolutie patroon en functionalisering is aangetoond voor vele toepassingen. 7 Eerder heeft atom manipulatie geproduceerd nanostructuren met ongekende nauwkeurigheid door individuele atomen als bouwstenen, 8 , 9,10 maar de vereiste cryogene omstandigheden en dus nanostructuren ontbrak lange termijn robuustheid. RT atoom manipulatie door verwijdering van waterstofatomen van het oppervlak is getoond, specifically HDL. 11,12,13 HDL belooft nieuwe klassen van elektronische en andere componenten op basis ruimtelijke lokalisatie van contrast oppervlak mogelijk. Met HDL ongewijzigde verschillende architecturen apparaat mogelijk inclusief bungelende binding draden of logische bouwstenen. 14,15,16 Naast het leveren van elektrische contrast, HDL kan chemische contrast op het oppervlak waar de passiverende laag H is verwijderd voeren, inderdaad een sjabloon voor verdere chemische modificatie. Deze chemische modificatie is aangetoond op silicium en andere oppervlakken, met selectiviteit voor depositie van metalen, isolatoren 17, 18 en zelfs halfgeleiders. 16,19 Elk van deze voorbeelden produceert twee dimensionale structuren, zodat andere verwerkingsstappen worden gebruikt om waar zij drie dimensionale structuren met de atomair opgelost controle beloofd door HDL. Eerder heeft dit vereiste herhaalde patronen, 19,20,21 gloeien, 22 of minder goed opgelost processen zoals tip-gebaseerde e-beam geïnduceerde depositie. 23

Vergelijkbaar met elektronenbundel lithografie, HDL gebruikt een gelokaliseerde stroom van elektronen bloot een resist. Verschillende gelijkenissen bestaan, zoals het vermogen om multi-mode lithografie voeren met variabele spotgrootte en patroonvorming efficiency. 24 De ware kracht van HDL voort uit hoe het verschilt van e-beam lithografie. Ten eerste, de resist in HDL is een monolaag van atomaire waterstof zodat weerstaan ​​blootstelling wordt een digitaal proces; de resist atoom of wel of niet aanwezig is. 25 Aangezien het H-atoom plaatsing overeenkomt met de onderliggende Si (100) rooster HDL proces kan een atomair nauwkeurig proces, hoewel moet worden opgemerkt dat in dit document het HDL heeft nanometer precisie in tegenstelling tot het hebben van atomaire perfectie en is dus niet digitaal in dit geval. Aangezien de elektronenbron HDL zich lokaal op het oppervlak de verschillende wijzen van STM te vergemakkelijken beidenthroughput optimalisatie evenals foutcontrole. Bij tip-sample vooroordelen hieronder ~ 4,5 V, kan lithografie worden uitgevoerd op het enkel atoom niveau met atomaire precisie, bekend als atomair Precise mode (AP-modus). In tegenstelling, op vooroordelen boven ~ 7 V, elektronen worden rechtstreeks uitgezonden vanuit de tip om het monster met brede lijnbreedten en hoge depassivation efficiëntie, hier bekend als Field Emission mode (FE-modus). HDL doorvoersnelheden kan vervolgens worden geoptimaliseerd door zorgvuldige combinatie van beide modes, hoewel de totale doorvoersnelheid klein blijven ten opzichte van e-beam lithografie met patroonvorming tot 1 um 2 / minuut mogelijk. Wanneer de voorspanning is omgekeerd, zodat het monster wordt bij ~ -2,25 V, elektronen tunnel van het monster naar de punt met extreem lage depassivation efficiency, waardoor aldus inspectie van de atomaire structuur van het oppervlak zowel voor foutcorrectie en atomaire schaal metrologie .

Dit nanostructuur fabricageproces figuur 1 begint met een UHV-HDL stap, zoals hierboven beschreven. Na HDL wordt het monster afblazen, waarna de gevormde gebieden wordt verzadigd met water, vormen van een dunne (bijvoorbeeld ~ 1 monolaag) SiO 2 lagen. 26 Na het transport, het monster in een ALD kamer voor depositie van ingevoegd titaniumoxide (TiO 2), met een dikte ongeveer 2-3 nm here gedeponeerd, zoals gemeten met AFM en XPS. 27 Aangezien de titania reactie hangt af van een water verzadiging van het oppervlak, dit proces kan ondanks atmosfeer belichting waarbij het ​​oppervlak verzadigd met water . Vervolgens de ALD maskerpatroon overbrengen in de bulk van het monster werd geëtst met behulp RIE zodat 20 nm Si wordt verwijderd, met de etsdiepte bepaald door AFM en SEM. Om metrologie stappen vergemakkelijken wordt een Si (100) wafer patroon met een rooster van lijnen die zijn ontworpen zichtbaar na UHV bereiding door een lange werkafstand optische microscoop, AFM bovenaanzicht optische beeldvorming enlage vergroting bovenaanzicht SEM beeldvorming. Om u te helpen identificeren van de nanoschaal structuren, zijn 1 micrometer 2 serpentine patronen (SERP) patroon op de monsters met de meest geïsoleerde nanopatronen zich op vaste locaties ten opzichte van de SERPs.

Deze combinatie van HDL, selectieve ALD en RIE kan een belangrijk proces voor nanostructuur vervaardiging, en omvat een atomaire schaal metrologie als een natuurlijk bijproduct van het proces. Hieronder wij een gedetailleerde beschrijving van de stappen die tot sub-10 nm nanostructuren fabriceren Si (100) via HDL, selectieve ALD en RIE. Aangenomen wordt dat men bedreven in elk van deze processen, maar informatie zal worden opgenomen in verband met hoe de verschillende processen. Bijzondere aandacht zal worden gegeven aan die onverwachte moeilijkheden ervaren door de auteurs om dezelfde moeilijkheden te voorkomen, in het bijzonder met betrekking tot vervoer en metrologie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

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, kleverige kant naar beneden.
    3. Dice wafers in chips met behulp van een diamant getipt keramische blokjes zagen in de maten die geschikt zijn voor de specifieke UHV-STM instrument wordt gebruikt om HDL te voeren. Hier werden de monsters 8,1 mm x 8,1 mm vierkantjes.
  2. Na het dobbelen, bereiden chip voor het inbrengen in UHV-STM patroonvorming instrument door zachtjesschillen terug de blokjes tape, zorg ervoor dat u chip aan met elke nikkel-bevattende instrumenten die een ongunstige ondergrond wederopbouw na UHV prep in paragraaf 2 hierna zal opwekken.
    1. Clean chip door spoelen het voorvlak van 10 seconden elk met stromen aceton, isopropylalcohol, methanol en gedeïoniseerd water, respectievelijk terwijl het vastgrijpen van de zijden van het monster met polytetrafluorethyleen (PTFE) pincet. Tot slot droog met ultrapuur N2 of Ar, nog aangrijpend met Teflon pincet.
    2. Mount sample chip STM monsterhouder met werkwijzen geschikt is voor de UHV-STM instrument te gebruiken voor HDL.
      1. Wanneer het apparaat in een nikkel-bevattende monsterhouder, snijd tantaal folie barrière strips (appx. 4 mm door monster hoogte) met behulp van titanium schaar. Ultrasone trillingen foliestrips gedurende 5 minuten elk in ultrazuiver aceton, isopropanol, methanol, en DI water resp. Droog met ultrapuur N 2 gas door gedeeltelijke dekking van een beker met aluminiumfolie en injecteering een N 2 mondstuk in de opening. Flow gas totdat alle vocht is verdampt. Met behulp van nikkelvrij pincet, vorm folie rond uiteinden van het monster vervolgens klem in monsterhouder om voor- en achterzijde van het monster te isoleren van monsterhouder.
    3. Na montage, plasma schoon monster en sample houder in zuurstofplasma koolstof vervuiling te verwijderen. 28

2. UHV Monstervoorbereiding

  1. Introduceer monster in UHV systeem via load-lock of een andere voorkeur UHV-veilige methode, zodat de UHV verwerking en HDL meestal kan blijven onder 1,3 x 10 -9 mbar (behalve voor stap 2.5.1.1 hieronder).
  2. Ontgas O / N bij 650 ° C, een temperatuurcontrole met een pyrometer. Zorg ervoor dat de druk in de verbrandingskamer is binnen 25% van de achtergrond. In het hier beschreven geval typische achtergrond druk ongeveer 4,5 x 10 -10 mbar.
  3. Ontgas wolfraam waterstofscheuren filament bij 1500 ° C gedurende 5 min.Activeer titanium sublimatie pompen indien mogelijk.
  4. Voer sample "Flash" cyclus.
    1. Flash monster door verhitting tot 1250 ° C gedurende 20 sec, bewaking T met behulp van een pyrometer en 10 ° C / sec helling verwarmen. Neem niet meer dan een maximale druk van 7 x 10 -9 mbar. Cool door het verwijderen verwarmingsstroom in minder dan 5 seconden.
    2. Rest monster bij 350 ° C gedurende 5 min. zodat de druk om te herstellen van de uitgangswaarde. Herhaal 3x.
  5. Voer sample passiveren.
    1. Stel monstertemperatuur tot 350 ° C onder toepassing van een pyrometer om de temperatuur te controleren. Introduceer 1,3 x 10 -6 mbar ultra-pure H 2 in prep kamer met lek ventiel.
      1. Zet een koude val aan het H 2 regel zeer dicht bij een lek klep in het systeem om H 2 verder te zuiveren.
      2. Indien mogelijk pompsysteem met een hoge snelheid turbo pomp in plaats van een ionenpomp. Dit is dus de ionenpomp niet het monster uit zijn expo doet besmettensed de hoge druk en uitwerpen verontreinigingen. De pompen zijn terug in de normale toestand nadat de meeste van de waterstof is verwijderd en het monster is nog steeds warm (350 ° C).
    2. Schakel wolfraam waterstof kraken filament tot een temperatuur van 1.400 ° C gedurende 12 min, dan schakel filament en H2 gasstroom. Cool monster RT.

3. Scanning Tunneling Microscopy en lithografie

  1. Transfer monster STM, en breng monster en STM-tip in tunneling bereik. Met behulp van een camera met een oplossend vermogen van meer dan 20 urn vlekgrootte, neem hoge-resolutie optische beeld van de tip-sample kruising. Rechtzetten en het formaat van het optische beeld, zodat het vertegenwoordigt een onvervormde weergave van de vaste merktekens.
  2. Verwijder eventuele verlichting om het systeem thermische instabiliteiten verminderen. Bepaal de kwaliteit van het oppervlak.
    1. Met behulp van conventionele technieken STM met voorbeeld vooringenomenheid van -2,25 V en 200 Pa, het identificeren van de gevoellooser defecten op het oppervlak.
    2. Als het oppervlak gebreken aanvaardbare niveaus, te verplaatsen naar de volgende stap. Maximaal aanvaardbare defect niveaus zijn als volgt: De bengelende obligaties van 1%; Si vakantie van 3%; verontreinigingen van 1%.
  3. Ontwerp HDL patronen worden geproduceerd, zowel experimentele patronen en grote (1 urn x 1 pm) SERP identificatie patronen. De SERP patronen moeten worden getrokken met een lange vector loodrecht op verwachte AFM snelle scan as, met behulp van een pitch van 15-20 nm. Fracture algemene patroon in fundamentele vormen om het pad gevolgd door de punt bij de toepassing van HDL omstandigheden 24 definiëren.
  4. Met vector uitgangssignalen van de vorige stap uitvoeren HDL behulp FE modus lithografie voor grote oppervlakken met voorbeeld voorspanning van 7-9 V, stroom van 1 nA en 0,2 mC / cm en AP-modus lithografie kleine gebieden of de gebieden die Atoom randen . 24
    1. Bepaal optimale AP-modus lithografie voorwaarden door performing HDL met verschillende aandoeningen met voorbeeld voorspanning varieert 3,5-4,5 V, stroom variërend van 2 tot 4 nA en lijn doseringen variërend van 2 tot 4 mC / cm. Kies voorwaarden die de smalste volledig depassivated lijn te produceren.
  5. Voer STM metrologie op gewenste HDL patroon gebieden door beeldvorming bij -2,25 V monster vooringenomenheid en 0,2 nA tunnelstroom.
    1. [Optioneel] uitvoeren foutcorrectie. Na STM metrologie, vergelijken depassivation patroon in de STM beelden met het gewenste patroon uit stap 3.5. Als er gebieden tonen onvoldoende vorming bungelende obligaties, herhaal de lithografie cyclus in die gebieden.
  6. Na het voltooien van STM HDL, los tip van het monster, en beweeg monster lock laden.
  7. Vent en verwijder monster. Tijdens de vent met ultrapuur N 2, te beschermen monster door contact te brengen met inert, vlakke ondergrond zoals schone saffier. 29 Na de bescherming van het oppervlak, dicht kleppen elke pompen dan introduceren vent gas als quicKly mogelijk. Verwijder het monster uit het systeem.

4. Sample Transport

  1. Verwijder het monster uit de belasting slot. Laat sample uit sample houder, met inbegrip van het verwijderen van de folie barrière stukken indien mogelijk. Met PTFE (of Ti) pincet, verplaats monster transporter, waardoor voorzijde monster beschermde, probeert teststof in de atmosfeer te houden tot minder dan 10 min.
  2. Installeer cover over monster en losjes monteren een steekproef onder druk transporter. Spoel met ultrapuur Ar gedurende 1 min. Niet evacueren systeem op elk punt, of het oppervlak schade kan ontstaan. 29 Ten slotte, seal monster transporter met een kleine positieve druk (~ 50-100 mbar) van Ar zodat het monster stabiel up blijft een maand.

5. Atomic Layer Deposition

  1. Controleer de ALD is bovenaan juiste depositietemperatuur (100 ° C). Verhoog langzaam het argon druk in de ALD kamer tot de atmosferische druk is bereikt.
  2. Open ALD kamer.
  3. Open sample transporter en snel overbrengen ALD kamer met een paar pincetten PTFE grijpen het monster op scherp sluit de ALD kamer en zuiveren onder toepassing van een stroom van argon bij een druk van <2 x 10 -1 mbar gedurende 1 uur ontgassen de monster. Stel een proces tot 80 herhaalde cycli van ALD te voeren tot 2,8 nm van amorf titania groeien.
    1. Het gebruik van een ongemodificeerde commerciële ALD-systeem bij een monstertemperatuur van 100-150 ° C, met titaantetrachloride (TiCl4) en water (H2O) als voorlopers voeren afzetting reactanten bij een druk van 0,3 mbar en 0,8 mbar, met pulstijden van 0.1 sec en 0,05 sec, respectievelijk. 27
    2. Na elke gaspuls, spoelen van de reactor met Ar gedurende 60 sec bij 0,2 mbar tot minimale achtergrond afzetting zorgen vanwege fysisch gesorbeerde reactanten. Voor de maskers in dit werk worden 80 ALD cycli gebruikt om ongeveer 2,8 nm van amorf titania groeien bij 100 ° C.
  4. Langzaam vent ALD kamer met Ar gas en open. Herhaal stap 4.1 en 4.2 voor het vervoer monster.

6. Atomic Force Microscopy (AFM)

  1. Zorg voor een goede kalibratie van de AFM volgens het protocol van de fabrikant. Open monster vervoerder en verwijder voorzichtig monster met behulp van een pincet.
  2. Na het verwijderen van transporter, stevig het monster in de AFM met behulp van een mechanische bevestiging werkwijze installeren zoals een klemsysteem indien mogelijk. Focus de AFM camera op het monster, en zoek de vaste markeringen op het monster oppervlak aan de AFM tip om het patroon op basis van de optische metrologie in stap 3.2 uit te lijnen.
  3. Zorg ervoor dat de AFM instellingen zowel de hoogte en fase zal tonen en zet de scan grootte tussen 20 en 40 micrometer breed te zijn. Schakel de AFM tip op het monster.
  4. Met behulp van de hoogte en fase informatie op de hoogste resolutie, scannen totdat de locator patronen regio zijn geïdentificeerd. Zoom in op het patroon reGion en zoek de regio waarin een beeld wordt gewenst.
  5. Een foto van de gewenste gebieden met de juiste beeldkwaliteit en resolutie (gewoonlijk de hoogste). Zodra alle gewenste gebieden zijn gescand, los van de tip van het monster. Uitladen van het monster. Herhaal stap 4.1 en 4.2 voor het vervoer monster.

7. Reactive Ion Etching

  1. Chill capacitief gekoppeld RIE reactor tot -110 ° C, dan laadt het monster in zijn intro kamer en de pomp naar beneden tot 7,5 x 10 -6 mbar.
    1. Stabiliseer temperatuur gedurende 3 min. Draai het gas met stroomsnelheden van O 2 in 8 sccm (standaard kubieke centimeter per minuut) Ar bij 40 sccm en SF 6 bij 20 sccm.
    2. Strike plasma met behulp van een 150 W RF ontlading, dan passen de gasstroom te etsen gedurende 1 minuut met behulp van SF 6 bij 52 SCCM en O 2 op 8 SCCM. Interactie van deze gassen met Si zal etsen met een snelheid van circa 20 nm / min. 30
    3. Pomp vacuüm tot 7,5 x 10 -6 mbar. Vent RIE systeem. Herhaal stap 4.1 en 4.2 voor het vervoer monster.

8. Scanning Electron Microscopy (SEM)

  1. SEM Sample Montage en introductie van het monster tot systeem.
    1. Plaats de niet-klevende monster te monteren in een gunstige locatie om het monster montage te vergemakkelijken.
    2. Open monster vervoerder en verwijder voorzichtig monster met een pincet om het monster te grijpen door de randen en veilig te installeren in SEM mount, dan introduceren monster assemblage in SEM.
    3. Vent open SEM kamer. Veilig te installeren monster montage aan de SEM monster podium. Pump beneden SEM kamer.
  2. Zoek de fiducials.
    1. Breng de vergroting om laagst mogelijke waarde. Selecteer de versnellende spanning en balk huidige instellingen die goede resolutie zou geven. Begin met de laagste acceptabele instellingen. Ga naar behoefte.
    2. Schakel de elektronenbundel. Breng de algemene regiovan belang zijn voor aanbevolen werkafstand en eucentrische hoogte.
    3. Lokaliseren en zich richten op fiducials in paragraaf 1.1 beschreven. Pas werkafstand als dat nodig is. Optimaliseer de focus, helderheid en contrast.
  3. Lokaliseren en het beeld van de patronen.
    1. Ten opzichte van de fiducials, zoekt u de patronen op basis van de optische metrologie van paragraaf 3.2 en de AFM metrologie van paragraaf 6. Om carbon depositie op patronen te minimaliseren, te optimaliseren nadruk nabije niet-essentiële functies. Eenmaal geoptimaliseerd, te verplaatsen naar de patronen en het verwerven van bovenaanzicht beelden en metingen.
    2. Indien nodig, kantel het monster voor 3D-beelden en het patroon hoogtemetingen. Voor andere patronen, herhaal van 8.3 als nodig is.
  4. Voer SEM-systeem sluiten routine en afstappen monster / s, zoals voorgeschreven door de SEM fabrikant. Zet het monster weer in de transporter.
  5. Herhaal de stappen 4.3 en 4.4 voor transport en opslag monster. Op dit moment, de monsters zijn robuust en kunnenworden opgeslagen voor onbepaalde tijd. Voer post-imaging analyseert indien nodig.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door een contract van DARPA (N66001-08-C-2040) en door een subsidie ​​van de Emerging Technology Fund van de staat Texas. De auteurs willen graag Jiyoung Kim, Greg Mordi, Angela Azcatl en Tom Scharf erkennen voor hun bijdragen in verband met selectieve atomic layer deposition, evenals Wallace Martin en Gordon Pollock voor ex-situ monster verwerking.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Si WaferVA SemiconductorP type (Boron) Si<100> ± 2 degrees, 280 mm ± 25 mm dik, 0.01-0.02 ohm-cm
Ta folieAlfa Aesar3350.025 mm (0.001 in) dik, 99.997% (metalen basis)
MethanolAlfa Aesar19393Semiconductor Grade, 99.9%
2-PropanolAlfa Aesar19397Semiconductor Grade, 99.5%
AcetonAlfa Aesar19392Semiconductor Grade, 99.5%
ArgonPraxairUltra hoge zuiverheid (graad 5.0)
De-ionized waterMilliporeMilli-Q Water Purification System>18 MW weerstand water geproduceerd op aanvraag.
TiCl4Sigma Aldrigh254312≥99.995% sporenmetalen basis
O2MathesonG2182101Research Grade
SF6MathesonG2658922Ultra hoge zuiverheid (graad 4.7)
Blue Medium Tack RollSemiconductor Equipment Corporation18074Dikte 75 μm / 0.003”  Lengte 200 M / 660’ 

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

atoomlaagdepositiewaterstofdepassivatielithografiereactief ionetstsenscanning tunneling microscopiesilicium nanostructurentitania etsmaskerreferentiepuntenultrahoog vacu metsen op nanoschaal
Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.