Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

ייצור ננו-מבנה אטומי למעקב

Published: July 17, 2015 doi: 10.3791/52900
Automatic Translation
1, 2, 3, 4, 5, 1, 1, 1, 4, 5, 1, 3, 3, 4, 5, 1, 1
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

Introduction

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.

איור 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 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 (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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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.
    3. 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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 הטיה מדגם, 4 NA, ו -4 MC / סנטימטר (שווה ערך למהירות קצה / sec 10 ננומטר). של רכיב מצב AP של כל דפוס המידה תלויה ברוחב של דפוסי depassivated חלקי הופקו באמצעות מצב FE. ראה איור 2 לדוגמאות של תמונות STM של דפוסים על Si -H (100) למצבי HDL השונים. איור 2A מציג עמ קטןattern הופק באמצעות HDL מצב AP בלבד. איור 2 היא דוגמא לדפוס בכתב באמצעות יתוגרפיה מצב מרובה, שבו קווי מצב FE היו רחבים כ 6 ננומטר, אך נכתב על המגרש 10 ננומטר, עם כ 2 ננומטר של כל קצה בכתב באמצעות HDL מצב AP. חלקי מצב FE בחלק הפנימי של התבנית נכתבו על המגרש של 10 ננומטר, ולכן יש אזורים צרים בתוך התבנית שבי HDL לא היה שלם. לדפוסים גדולים, לא מדויקים מצב FE יכול לשמש לבד, כמו באיור 2C בי דפוס כ 1 מיקרומטר 2 SERP נכתב על המגרש 20 ננומטר.

איור 2
איור 2. דפוסי הנציג HDL. (א) תמונת STM של דפוס HDL נכתב עם יתוגרפיה AP מצב של 4V, 4 NA, ו -4 MC / סנטימטר (10 ננומטר / sec). תמונת STM של mu (ב)דפוס HDL LTI-מצב נכתב באמצעות שילוב של מצב AP ומצב FE (8V, 1 Na, 0.2 MC / סנטימטר). המגרש קו מצב FE נבחר להיות מעט גדול יותר linewidth נכתב כדי לשפר את הנראות של הווקטורים המשמשים בכתב. ליתוגרפיה מצב (C) FE של SERP איתור גדול נכתב על המגרש 20 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

כדי להשיג את ייצור המסכה הטוב ביותר באמצעות דפוסי HDL אטומי מדויקים, ברמה גבוהה של סלקטיביות חייבת להיות אפשרית. בעבר, את הסלקטיביות אלד נחקרה על ידי XPS ושיטות אחרות שהשווה בתצהיר על Si יותר יופיע (100) -H וSi (100) -SiO x משטחים כתחליפים לאזורים יותר יופיעו בדוגמת, בהתאמה. 27,31 שימוש כוח אטומי מיקרוסקופ (AFM), אנו צופים תוצאות דומות, כפי שמוצג באיור 3

איור 3
הסלקטיביות איור 3. בתצהיר. תמונה () AFM הדוגמה מראה Tio 2 בתצהיר על אזורים בדוגמת ורקע. בתצהיר בוצע ב 100 מעלות צלזיוס. מעמקי הפקדת (ב) למספרים שונים של מחזורים. הצלבים מייצגים את הגובה כפי שנמדד על ידי AFM של הצמיחה "בדפוס" ביחס לרקע. החוגים הפתוחים להראות את הגובה כפי שנמדד על ידי AFM של תצהיר הרקע הגבוה ביותר בשטח של 200 ננומטר x 200 ננומטר ליד אזור בדוגמת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

בהתחשב בכך שניתן להפקיד על patte HDLRNS, חקירה של גבולות תכונות תבנית יש לבחון. למרות שזה כבר הוכח שילד מייצר הרחיב דפוסים ביחס לדפוסי HDL, וכי המבנים חרוטים הם התכווצו מעט יחסית למסכות, את ההשפעה של ייצור מערכים צפופים ביותר עדיין נותרה בלתי פתורה במידה מסוימת. איור 4 מראה את ה- HDL, טיטניה מסכה, ומבנים חרוטים למערך של ריבועים מפוברקים באמצעות קווי HDL מצב FE נכתבו במגרש של 15 ננומטר. באיור 4 א, ​​דפוס HDL תערוכות -One שני SERPs מסובב ב -90 מעלות ביחס לעם הטיה 8 V טיפ-מדגם, 1 נוכחי Na, וMC 0.2 / מינון ס"מ כתוב אחר (או 50 ננומטר / מהירות קצה שניות) . יש בבירור פתחים בדפוס בגדלים שונים. בתוך הפתחים עצמם, כמה HDL התרחש, אבל הוא נשאר נמוך בסדר הגודל של הסרת H 20%. איור 4 מציג תמונת AFM של אותו הדפוס לאחר תצהיר מסכה. בשל להטות convoluהשפעות tion, הפתחים בדפוס קשים לפתור. עם זאת, על מנת שברור הוא לצפייה. איור 4C הוא תמונת SEM של אותו הדפוס לאחר RIE. כ -60% מהפתחים הרצויים הועברו אכן לתוך המצע, מצביעים על כך שגודל תבנית זה וצפיפות הוא כ הגבול לייצור ננו-מבנה יעיל באמצעות HDL מצב FE.

איור 4
מערך איור 4. פתחים. () STM של HDL עם קווים נכתבו שימוש במצב FE. שני דפוסים מתפתל, לסובב ב -90 מעלות ביחס לזה, כתובים בגובה צליל של 10 ננומטר. AFM (ב ') תמונה לאחר 2.8 ננומטר של ALD של Tio 2 של אותו הדפוס. (ג) SEM של אחרי RIE מערך "חור" כדי להסיר 20 ננומטר של Si. שים לב שכמה "חורים" לא הצליחו לחרוט.אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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, מיקרומטר 1 עמוקים, על המגרש של 500 מיקרומטר כדי להקל על זיהוי של מיקום הקצה על פני השטח.

איור 5
תמונות איור מיקום 5. תבנית של SAMP le. (א) תמונה אופטית של קצה STM (משמאל) והשתקפותה (מימין) בשטח סי (100) בשטח של המדגם עם דפוס קו 500 מיקרומטר המגרש. הקווים הם 1 מיקרומטר עמוקים ועיבוד 10 מיקרומטר לפני UHV רחב. קווי מדריך כלולים להראות כיווני הקו. תקריב (B), תמונה אופטית דה-מוטה של הקצה (למטה מהשמאל) וההשתקפות (ימני העליון) שלה. מיקום Centerpoint בין הקצה וההשתקפות שלו מזוהה בתוך 500 מיקרומטר x 500 מיקרומטר כיכר fiducial C:. Closeup של מיקום דפוסים עם מקום 50 מיקרומטר כלול בקנה המידה D:. 5 מיקרומטר x 5 מיקרומטר תמונת AFM של אזור בדוגמת שלם לאחר אלד E:.. 1 מיקרומטר מיקרומטר 1 תמונת SEM x של אחד מדפוסי האיתור לאחר RIE אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

e_content "> הצעד הראשון לאיתור ננו הוא זיהוי מיקום הקצה על פני השטח, 32,33 שנעשה במקרה זה באמצעות מיקרוסקופ מרחק עבודה ארוך. איור 5 א 'מציג תמונה אופטית של הקצה כאשר עוסקים במדגם, עם קווים מקווקווים הוסיפו להנחות את הקורא לכיוונים של רשת fiducial. כדי לאתר את צומת קצה / מדגם התמונה האופטית unskewed לעשות רשת רבועה, כפי שמוצג באיור 5, למרות שיש שגיאות בעיבוד בטמפרטורה גבוהה של הדגימות בשל הגירת אטום משטח משמעותית. דבר זה מפחית את העומק ואת הנראות של רשת fiducial כצלם כאן, הגדלת אי הוודאות בעמדת הקצה. 32 למרות שזה הוכח בעבר כי עיבוד מדגם טמפרטורה גבוהה יגרום לשיקום שטח בקנה מידה אטומי משמעותי, המגרש רשת משמש כאן הוא גדול מספיק כדי להיות השפעה מועטת על שיקום השטח באמצע מ"רuared שהוגדר על ידי הרשת. 34 עם זאת, בסמוך לקצוות של האזורים בדוגמת, אגידה הצעד עושה להתרחש עם סימטריה שתלויה בכיוון הזרימה הנוכחית במהלך הכנת מדגם. 34 מאז ההדמיה האופטית מבוצעת בזווית אלכסונית ביחס למשטח , שינויים קטנים בגובה בצד אחד של תעלה ביחס לאחרים יגרמו לחוסר ודאות נוספת בדפוס מיקום-במיוחד בהשוואה להדמית תכנית-נוף כמו בAFM או SEM הרגיל. לאחר הקצה עוסק המדגם, גודל נקודת מוקד 10 מיקרומטר של מיקרוסקופ בשילוב עם ~ 20 מיקרומטר תוצאות linewidth fiducial לאחר עיבוד בודאות משוערת בזיהוי עמדת דפוס של ± 27 מיקרומטר. זה מגדיר את חלון החיפוש עבור שימוש בטכניקות שונות לזיהוי תבנית.

כדי להקל על המיקום של תכונות ננומטר הקטנות 10-100, SERPs הגדול נוסף מתווספים ליד דפוסי ננו,שעות שמוצגים באיור 5 ב. SERPs 800 ננומטר x 800 ננומטר אלה נכתבו באמצעות HDL מצב FE עם קווים ופערים של 15 ננומטר כל אנכיים. על ידי יישור כיוון הסריקה המהיר AFM להיות בניצב לקווי SERP (כלומר, סריקה אופקית), דפוסים אלה נוטים להראות ניגודיות גבוהה בתמונה שלב AFM בשל התדירות מרחבית הגבוהה של הטופוגרפיה, להקל מיקום דפוס נוסף. ברגע שדפוסים אלה נמצאים, הוא הופך להיות הרבה יותר קל למצוא את דפוסי ננו הקטנים אשר ממוקמים כ 100 ננומטר דיוק ביחס לדפוסים הגדולים.

לתהליך ייצור ננו-המבנה הזה, המדגם עובר חשיפה באטמוספרה בין כל שלב בתהליך גדול פעם אחת HDL שבוצע, כפי שמוצג באופן סכמטי באיור 1. בהתחשב בכך, הוא חייב להיות סמוך ובטוח כי המדגם לא לבזות בכל נקודה בטיפול. כפי שניתן לראות לעיל, יש כמות סופית של ד תצהיר הרקעuring אלד, שהנחה הוא הזרע באתרי פגם רקע. 31 כך, טיפול לא נכון כגון חשיפת אווירה מורחבת יכול להגדיל את מספר פגמי רקע ולהפחית את הסלקטיביות אלד הנראית לעין. מנגנון השפלה שטח נוסף יכול להתרחש במהלך האוורור של המדגם מעומס נעילת UHV לתנאים אטמוספריים. 29 כדי להקל על בעיה זו, שבב ספיר קפיץ שהיה רכוב על מפעיל ליניארי בUHV יוצר קשר ל125 מיקרומטר עבה מדגם רדיד הרכבה שקשר המדגם כדי למנוע השפלה שטח. לאחר המדגם הוא בתנאים אטמוספריים, שיעור משתלשלת אג"ח הצטברות נשאר נמוך (כלומר, <0.1% / שעה) במשך כמה שעות לפחות, כל עוד כמדגם מוכנס לתוך סביבה יציבה כגון אולטרה-טהור Ar בתוך פחות משעה 1, בתצהיר רקע נוסף בשל נזק משטח צריך להישאר נמוך. בשלב זה, יש לציין כי המדגם לא צריך להיות שלהנמצאת בסביבת ואקום, כמו זה דורש אוורור / מחזור משאבה למטה נוסף, הוספה לאפשרות של נזק לפני שטח. הפעם בין HDL ואלד הוא הנקודה שבה המדגם הוא רגיש ביותר מאז המסכה לחרוט עדיין לא יושמה. לאחר אלד, המדגם עדיין זקוק להגנה, אבל רק כדי למנוע צמיחת מסכה נוספת עקב היווצרות דו תחמוצת צורן, תהליך איטי יחסית.

בדפוסים שמוצגים באיור 4, HDL הוסר> 80% של H הרקע במרכז התבניות, עם רול-ממרחבים ביעילות של depassivation כקצה של הקו הוא הגיע. 24 בהתחשב במגבלות של מוגבל מאוד אלד בצמיחת הרקע ודגירה חופשית על דפוסים (איור 3) depassivated מלא, הקצוות של דפוסי מצב FE שבו יש מעבר מHDL האפקטיבי באופן מלא ולא HDL, להראות מעבר של האפקטיביות של צמיחת מסכה אלד. להלן 70% הסרת H בHDL הוא המקום שבי המעבר הזה מתחיל להתרחש, המצביע על אזור משוער של ~ 2 ננומטר בכל צד של קו מצב שבו בתצהיר FE מסכה חלקי מתרחש. 35 בנוסף, צמיחה אלד מתרחשת באופן "פטרייה", 36 ההרחבה ביחס מסכה נוספת לדפוסי HDL כך שמסכה של 2.8 ננומטר מרחיבה כל תכונות מסכה על ידי הסכום ש. לסיכום, linewidth אלד יכול לבוא לידי ביטוי כמטר W = W ישב F + (δH) + M בי מ 'W הוא הרוחב הכולל, W ישב הוא הרוחב של הקו שבו יש HDL רווי להסיר> 70% מ H המשטח, f (δH) הוא הרוחב נוסף בשל הצמיחה בכל נקודה עקב הצפיפות של H שנותר על פני השטח, וM הוא linewidth נוסף בשל פטריות של צמיחה. δH תלוי במרחק מרחבי מהקצה הרווישל דפוס HDL, כך f (δH) הופך f (r) שכן אין תלות המרחבית של HDL. במונחים אלה, W ישב משחק את התפקיד הראשי בlinewidth הכולל, והתנאים האחרים לקבוע את מידת רול-off של קצות הקו.

עם ייצור ננו-המבנה האולטימטיבי, המסכה אלד לבד אינה קובעת כלל גודל התכונה. במקום זאת, בגודל התבנית תלוי במידת השחיקה של המצע שמתחת למסכה. Linewidth חרוט הכולל מבוטא מ 't = W W - דואר W = W ישב F + (r) + M - ה W, שבו ה W מציינת linewidth שחיקה, או הפחתת גודל תבנית בשל תהליך התחריט. זה תלוי, בין היתר, את העובי והאיכות של המסכה לחרוט כפי שתואר לעיל למ 'W. Fאו מקרה שבו linewidth פשוט דורש את הסרת המסכה לפני התחריט מתרחש, טווח ה W הוא אפס, עם זאת הוא ציין כי יש שינוי לגודל התכונה לאחר התחריט ביחס לצורת המסכה, המצביע על כך דינמיקה מסובכת יותר הן במשחק.

של אלמנטי קביעת מגבלות linewidth, W ישב יכול להיות מופחת לרוחב מינימאלי של 4 ~ ננומטר לפני הצמיחה מפסיקה להופיע זהה אלד בתפזורת. 35 לאלמנטים האחרים השפעת צמיחת פטריות, M (וכמטר W תוצאה) , רק יכול להיות מופחת אם כולל עובי הסרט מצטמצם, מקשר עם גובה ננו-המבנה הכולל לאחר תחריט. קו הרחבת השפעה בשל התלות המרחבית של הצפיפות של H שנותרה על פני השטח, f (δH), ניתן לצמצם כמעט לאפס באמצעות HDL מצב מרובה המייצר קו HDL קצוות עם לין זניחקצה הדואר להתגלגל. 24 כדי להדגים את ההשפעה של הפחתה זו בf (δH), איור 6 מציג מערך דפוס של ריבועים הופקו באמצעות HDL מצב מרובה. המערך כולל דפוסים עם linewidths HDL של 7 ננומטר, 14 ננומטר ו -21 ננומטר מלמעלה עד למטה, וגדלי פתיחת HDL פנימיים של 7 ננומטר, 14 ננומטר ו -21 ננומטר משמאל לימין. אמנם יש חוסר תיאום קל של HDL המצב מרובה בשורה התחתונה, לאורך השורה העליונה הרישום מדויק ל< 1 ננומטר. לאחר RIE, הקווים יישארו בעיקר שלמים לרוחב של 5 ננומטר עם שני פגמים קטנים, והפתחים בין הקווים הם פתירים לכל הדפוסים עם חורי ננומטר 7 בקושי פתירים באמצעות כלי המטרולוגיה זה.

איור 6
איור linewidth 6. ובדיקת holewidth. STM () של HDL של תיבות בכתב באמצעות HDL מצב מרובה. Linewidtשעות של שורות היא 21 ננומטר, 14 ננומטר, ו- 7 ננומטר מהתחתית לפסגה, בהתאמה, וholewidth של העמודות היא 7 ננומטר, 14 ננומטר ו -21 ננומטר משמאל לימין, בהתאמה. (ב) SEM של אותם דפוסים לאחר אלד וRIE. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

הגבולות הסופיים של תהליך זה תלוי בסלקטיביות של התהליך אלד, איכות HDL, ההתנגדות של המסכה לתחריט, ואת התכונה הרצויה מעצבת את עצמם. שיטות לשיפור סלקטיביות המבוססת על כימיה והפחתת פגם רקע כבר התייחסו לעיל. זה כבר הראה בעבר כי עזבו את פגמי H באזורי הדוגמת מפחית את האיכות של צמיחת מסכה, ולכן ההתנגדות לתחריט. 35 כמו כן, חוסר שליטה זהירה על תוצאות קצות קו בדוגמת במסכה "להתגלגל", או לא מוגזםhinning של המסכה בשולי דפוסים הפועלים כאפקט קרבת מניעה קרוב מיקום של דפוסים. למרבה המזל, את הסלקטיביות של התהליך לחרוט תלויה בעובי המסכה, כך לתצהיר מזויף על הרקע או פגמים בשולי דפוסי ההשפעה נטו היא קטנה. יתר על כן, למבנים קצרים יותר מאשר 20 ננומטר, שכבות מסכה דקות יותר סבירות להניח כי תהיינה אפשריות. מאז הצמיחה אלד מתרחשת באופן פטריות, מסכות דקות יותר בשל מבנים קצרים תגרום לשליטה אפילו טוב יותר לרוחב ותכונות קטנות יותר מאלה הפגינו כאן. בעוד הפחתת גודל תכונה האולטימטיבית אינן ידועה לתהליך זה, בהחלט כמה למטה קנה מידה סבירה.

בעוד המטרולוגיה SEM משאירה ודאות לגבי גודל תכונה ומיצוב, צעד המטרולוגיה הראשון המתואר בחלק העליון של איור 1 נותן דיוק אטומי בנוגע לדפוס HDL כפי שנכתב. מאז פני השטח סי (100) -H מורכב Verסריג רגיל y, ומאז STM יכול להיות מופעל במצב הדמיה שאינה הרסני, ניתן הדמיה דפוסי HDL ללא גרימת נזק נוסף משטח או דפוסים נוספים, בניגוד לשיטות אחרות כגון ליתוגרפיה קורה אלקטרוני. עם ההדמיה בקנה מידה האטומית של סריג Si משתנה (100), המטרולוגיה STM מבטלת את החלק הגדול ביותר של חוסר ודאות הקשורים למיקום AFM וצעדי המטרולוגיה SEM. באיור 6 המערך מופיע התיבה מוטה, למשל. עם המטרולוגיה ברזולוציה הגבוהה של STM נותן דיוק אטומי של עמדות התכונה בתוך המערך, להטות לכאורה ניתן לאשר להיות בשל ממצאי הדמיה SEM. כמו כן, עם מרווחים מאוד ידועים במדויק בין תכונות המערך, אי ודאות כיול נוספת ביחס לlinewidths בתמונות SEM מתבטלת.

כתב יד זה מתאר שיטת nanofabrication אשר מנצלת את הדיוק האטומי של מיקרוסקופ מנהור סורקליתוגרפיה מבוססת depassivation המימן (HDL). HDL מייצר תבניות כימי תגובתי על Si (100) משטח -H בי תצהיר שכבה אטומי של טיטניה מייצר מסכה לחרוט מקומית עם ממד רוחב הפגין עד מתחת ל -10 ננומטר. תחריט יון תגובתי אז מעביר את דפוסי HDL לתוך המצע, מה שהופך את 17 דפוסים גבוהים ננומטר עם שליטת דיוק גבוה לרוחב. על מנת להשיג את התוצאות הללו, דגימות חייבות להיות מוגנות במהלך אוורור והעברה בין מכשירים. עם שליטה קפדנית של טיפול מדגם, ננו עם עקיבות לסריג האטומי יכול להיות מפוברק עם דיוק אטומי עמדה ו~ דיוק 1 ננומטר גודל.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

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.

Materials

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’ 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

הנדסה גיליון 101 Nanolithography סריקה מיקרוסקופית מנהור אטומית שכבת הפקדת תגובתי יון תחריט
ייצור ננו-מבנה אטומי למעקב
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ballard, J. B., Dick, D. D.,… More

Ballard, J. B., Dick, D. D., McDonnell, S. J., Bischof, M., Fu, J., Owen, J. H. G., Owen, W. R., Alexander, J. D., Jaeger, D. L., Namboodiri, P., Fuchs, E., Chabal, Y. J., Wallace, R. M., Reidy, R., Silver, R. M., Randall, J. N., Von Ehr, J. Atomically Traceable Nanostructure Fabrication. J. Vis. Exp. (101), e52900, doi:10.3791/52900 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter