Атомно Прослеживаемый созданию наноструктур

Общая цель данного эксперимента заключается в изготовлении кремниевых наноструктур с прослеживаемостью до атомной решетки с использованием прямого роста маски оксида металла и реактивного ионного травления. Предельная точность этой процедуры включает в себя удаление точных участков слоя пассивации водорода на силиконовом чипе с помощью наконечника сканирующего туннельного микроскопа в качестве второго этапа, поверхность рисунка подвергается воздействию с помощью процесса осаждения атомного слоя, который избирательно наносит диоксид титана и действует как маска против реактивного ионного травления. Далее выполняется реактивное ионное травление с целью удаления кремния с поверхности на всех участках, кроме тех, которые были ранее структурированы.

Результаты показывают возможность изготовления структур высотой до 20 нанометров с критическими размерами значительно ниже 10 нанометров. Основное преимущество этого метода по сравнению с более традиционными методами, такими как электронный луч или оптическая литография, заключается в том, что начальные метрологические этапы в STM предоставляют информацию в атомном масштабе. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы нанотехнологий, например, каковы точные взаимодействия между наноструктурами, расположенными в очень четко определенных положениях относительно друг друга?

Как правило, люди, плохо знакомые с этим методом, будут испытывать трудности, потому что существует так много шагов и возможностей повредить образец. Итак, мы впервые подумали об этом методе, когда пытались максимизировать толщину масок для травления диоксида кремния, которые мы писали на кремнии, используя наконечник A FM и STM в окислительной атмосфере. Вместо этого, объединив водородную литографию с атомно-слоевым осаждением, мы смогли получить аналогичный воздушный контроль, фактически получив большую степень свободы в направлении роста.

Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, так как шаги переноса и определения местоположения шаблона сложны для изучения, потому что каждый человек должен правильно выполнять свои собственные шаги и быть в состоянии понимать инструкции по позиционированию. Для начала подготовьте и установите кремниевый чип 1 0 0 с реперными метками в держатель образца сканирующего туннельного микроскопа, а также выполните цикл флэш-памяти и пассивацию, как описано в сопроводительном текстовом протоколе. Затем перенесите образец в сканирующий туннельный микроскоп и поместите образец и наконечник в зону туннелирования.

Используйте камеру с разрешающей способностью не менее 20 микрон для получения оптического изображения с высоким разрешением перекоса на месте пересечения образца зонда и измените размер оптического изображения таким образом, чтобы оно представляло собой неискаженное воспроизведение реперных знаков с наблюдаемым расположением наконечника. Затем спроектируйте паттерны ЛПВП, которые будут получены, включая как экспериментальные паттерны, так и паттерны идентификации серпентина. Разбейте общие узоры на фундаментальные фигуры, чтобы определить основные векторы, за которыми будет следовать кончик.

При применении условий режима AP и режима FE HDL используйте информацию о решетке с поверхности кремния. Чтобы определить идеальную траекторию зонда, используйте атомарно точную лизондию HDL, также известную как литография в режиме AP для небольших областей или областей, требующих атомно-точных краев, с использованием векторных выходных данных предыдущего шага. Выполнение HDL с использованием литографии в режиме полевого излучения для больших площадей со смещением образца от семи до девяти вольт, током в один наноампер и 0,2 милликлоза на сантиметр.

Затем выполните метрологическое измерение сканирующего туннельного микроскопа на желаемых участках с рисунком ЛПВП путем получения изображений со смещением образца минус 2,25 В и туннельным током 0,2 наноампера. Затем отсоедините наконечник от образца и переместите образец обратно в загрузочный замок. Защитите образец, соприкоснувшись с инертной плоской подложкой, такой как чистый сапфир, после защиты закройте клапаны для любых насосов, а затем как можно быстрее введите газообразный азот в камеру.

Когда камера будет проветрена, извлеките образец из системы. Здесь крупным планом показана защитная сборка образца с использованием политетрафторэтиленового или титанового пинцета. Быстро переместите образец в транспортер, защищая переднюю сторону образца.

Установите крышку над образцом и неплотно соберите транспортер образцов под давлением. Промойте транспортер сверхчистым аргонном в течение одной минуты, а затем запечатайте транспортер образцов с небольшим положительным давлением Аргонна. Выполните эти действия, чтобы защитить образец между каждым этапом процесса в этом состоянии.

Образец будет оставаться стабильным до одного месяца. Разогрейте камеру атомного осаждения до 100 градусов Цельсия. Затем откройте транспортер образцов и с помощью пинцета без нержавеющей стали быстро переместите образец в камеру осаждения.

Записываем положение и ориентацию образца и контрольного чипа. Закройте камеру и продуйте ее с помощью потока аргона и давления менее 0,2 миллибар в течение одного часа. Затем выполните 80 повторных циклов атомно-слоевого осаждения для выращивания слоя аморфного титана толщиной 2,8 нанометра на образце по рецепту, описанному в сопроводительном текстовом протоколе.

После завершения быстро переместите образец обратно в транспортер и продуйте его с помощью Argonne. После надежного извлечения образца из транспортера установите его в систему A FM с помощью механического способа монтажа, такого как зажимная система или вакуумный патрон. Наведите камеру A FM на образец и найдите реперные отметки на поверхности образца, чтобы выровнять наконечник A FM по области, где ожидается обнаружение наноузоров.

Используя информацию о высоте и фазе с наивысшим разрешением, сканируйте образец до тех пор, пока не будут определены области шаблона локатора. Затем сделайте снимок нужных областей с использованием самого высокого качества изображения и доступного разрешения. После того, как интересующая область будет изображена, извлеките образец и поместите его обратно в транспортер под газообразным аргоном.

При подготовке к реактивному ионному травлению охладите емкостный реактивный ионный травильный реактор до минус 110 градусов Цельсия. Затем извлеките образец из транспортера и загрузите образец и все контрольные чипы в его индукционную камеру. С помощью проводящей пасты и прокачаем камеру до 7,5 раз по 10 до минус шести миллибар.

Стабилизируйте систему в течение трех минут, затем подайте кислород со скоростью восемь стандартных кубических сантиметров в минуту. Аргон при 40 стандартных кубических сантиметрах в минуту и гексафторид серы при 20 стандартных кубических сантиметрах в минуту. Удар плазмой с помощью радиочастотного разряда мощностью 150 Вт.

Затем измените расход газа и травите в течение одной минуты, используя скорость потока 52 стандартных кубических сантиметра в минуту для фторида серы и гекса, восемь стандартных кубических сантиметров в минуту для кислорода после реактивного ионного травления. Поместите образец обратно в транспортер под газообразным аргоном. Откройте транспортер образцов и надежно установите образец, крепление SEM.

Затем введите образец в SEM, откачайте камеру, а затем найдите и сфокусируйтесь на реперных маркерах. При необходимости отрегулируйте рабочее расстояние и оптимизируйте фокусировку, яркость и контрастность, чтобы свести к минимуму отложение углерода на узорах. Оптимизируйте фокусировку с помощью близлежащих несущественных функций.

После оптимизации определите приблизительное расположение шаблона на образце. Затем переходите к шаблонам и получайте изображения и измерения в плане. Затем выполните типичную процедуру закрытия системы SEM и демонтируйте образец в соответствии с предписаниями производителя SEM.

Закрепите образец обратно в транспортере под аргоном. На этом этапе образцы надежны и могут храниться в течение неопределенного периода времени. Здесь представлены репрезентативные изображения шаблонов HDL с помощью сканирующего туннельного микроскопа, созданные только в режиме AP.

Комбинация режимов AP и полевого излучения, в которой режим AP использовался для записи каждого края и только режим полевого излучения для достижения наилучшего создания маски. При использовании шаблонов AP HDL должна быть обеспечена высокая степень селективности с помощью атомно-силовой микроскопии. Высота оксида титана, осажденного на участках рисунка, сравнивалась с осаждением на фоновых участках.

Этот образец показал инкубацию примерно из 20 циклов для самого высокого фонового роста. Здесь два змеевидных паттерна записываются с шагом 10 нанометров с использованием режима FE HDL. Поворачивая узоры на 90 градусов относительно друг друга, создается сетка.

Та же картина показана здесь с использованием FM после нанесения на маску 2,8 нанометров оксида титана. Из-за эффектов свертки вершин отверстия в узоре трудно устранить. После реактивного ионного травления примерно 60% желаемых отверстий были перенесены в подложку, что указывает на то, что этот размер и плотность шаблона являются примерно пределом для эффективного изготовления наноструктур с использованием только режима FE HDL после освоения.

Этот метод может быть выполнен примерно за три дня при правильном выполнении, при этом большая часть времени отводится на подготовку образцов сверхвысокого вакуума и транспортировку между местами, если это необходимо. При попытке выполнить эту процедуру важно сохранить образцы в чистоте и защитить фон после этой процедуры. Другие методы, такие как наноимпринтная литография, могут быть использованы для расширения производственных возможностей этой технологии.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как бережно обращаться с образцами для изготовления структур в масштабе одного нанометра. При выполнении этого процесса всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как разбавление газа. В противном случае это может привести к повреждению насосных систем LD.