Waiting
Login processing...

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

Engineering

Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication

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

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.

Figuur 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 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 (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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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.
    3. 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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative 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 nog 2 nm aan weerszijden van de lijn. Bij zeer nauwkeurige patronen worden gewenst, wordt AP-modus lithografie uitgevoerd met 4 V sample bias, 4 nA, en 4 mC / cm (gelijk aan 10 nm / s tip snelheid). De omvang van de AP-modus component van elk patroon hangt af van de breedte van de gedeeltelijk depassivated patronen geproduceerd uit FE mode. Zie Figuur 2 voor voorbeelden van STM afbeeldingen van patronen op Si (100) H voor de verschillende modes HDL. Figuur 2A toont een pattern geproduceerd met uitsluitend AP-modus HDL. Figuur 2B is een voorbeeld van een patroon geschreven met behulp van multi-mode lithografie, waarbij de FE modus lijnen waren ongeveer 6 nm breed, maar zijn geschreven op 10 nm plaats, waarbij ongeveer 2 nm van elke rand geschreven met behulp van AP-modus HDL. De FE-modus gedeelten in het inwendige van de patroon geschreven op een steek van 10 nm, dat er nauwe gebieden binnen de patroon waarbij HDL onvolledig was. Voor grote onnauwkeurig patronen FE modus kan alleen worden gebruikt, zoals in figuur 2C waarin een ongeveer 1 pm 2 SERP patroon op een 20 nm pek werd geschreven.

Figuur 2
(A) STM beeld van een HDL patroon geschreven met AP-modus lithografie van 4V, 4 nA, en 4 mC / cm (10 nm / sec) Figuur 2. Vertegenwoordiger HDL patronen.. STM afbeelding van een mu (B)lti-mode HDL patroon geschreven met behulp van een combinatie van AP-modus en FE mode (8V, 1 nA, 0,2 mC / cm). De FE-modus lijn pek werd gekozen om iets groter dan de schriftelijke lijnbreedte zijn om de zichtbaarheid van de vectoren gebruikt in het schrijven te verbeteren. (C) FE-modus lithografie van een groot locator SERP geschreven op een 20 nm toonhoogte. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Om de beste masker productie te gebruiken atomair precieze HDL patronen, moeten een hoge mate van selectiviteit mogelijk. Eerder heeft de ALD selectiviteit onderzocht door XPS en andere werkwijzen vergeleken depositie op unpatterned Si (100) -H en Si (100) -SiO x oppervlakken als analogen voor effen en gedessineerde gebieden resp. 27,31 behulp atomic force microscopie (AFM), zien we dezelfde resultaten, zoals weergegeven in figuur 3

Figuur 3
Figuur 3. Selectiviteit van depositie. Afbeelding (A) Steekproef AFM tonen TiO 2 depositie op de patroon en de achtergrond gebieden. Afzetting werd uitgevoerd bij 100 ° C. (B) Deposition diepten van verschillende aantallen cycli. De kruisen vertegenwoordigen de hoogte zoals gemeten door AFM van de groei "op patroon" ten opzichte van de achtergrond. De open cirkels tonen de hoogte zoals gemeten door AFM van de hoogste achtergrond afzetting binnen een gebied van 200 nm x 200 nm in de buurt van een patroon gebied. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Aangezien het mogelijk is om af te zetten op HDL patterns moet onderzoek naar de grenzen van patroonkenmerken onderzocht. Hoewel reeds is aangetoond dat het ALD produceert verbreed patronen ten opzichte van het HDL patronen, en dat de geëtste structuren enigszins gekrompen opzichte van het masker, het effect van vorming van zeer dichte arrays blijft enigszins opgelost. Figuur 4 toont de HDL, titaanoxide maskeren en geëtste structuren voor een reeks van pleinen vervaardigd met behulp van FE-modus HDL lijnen geschreven in een pitch van 15 nm. In figuur 4A, het HDL patroon toont twee serps -on 90 graden gedraaid ten opzichte van de anderen geschreven met 8 V tip-sample bias, 1 nA stroom en 0,2 mC / cm dosis (of 50 nm / s tipsnelheid) . Er zijn duidelijke openingen in het patroon van verschillende grootte. Binnen de openingen zelf zijn enige HDL plaatsgevonden, maar het lage in de orde van 20% H verwijdering blijft een AFM afbeelding van het masker hetzelfde patroon na afzetting. Figuur 4B toont. Door convolu tiptie-effecten, de openingen in het patroon zijn moeilijk op te lossen. Echter, een duidelijke volgorde is waarneembaar. Figuur 4C is een SEM beeld van hetzelfde patroon na RIE. Ongeveer 60% van de gewenste openingen inderdaad overgebracht naar het substraat, wat aangeeft dat dit patroon grootte en dichtheid is ongeveer de limiet voor effectieve nanostructuur fabricage middels FE mode HDL.

Figuur 4
Figuur 4. Array openingen. (A) STM van HDL met lijnen geschreven met behulp van FE-modus. Twee serpentine patronen, geroteerd met 90 graden ten opzichte van elkaar, worden geschreven met een steek van 10 nm. (B) AFM afbeelding na 2,8 nm van ALD van TiO 2 van hetzelfde patroon. (C) SEM van "gat" matrix na RIE tot 20 nm van Si verwijderen. Merk op dat een aantal "gaten" hebben gefaald te etsen.Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 . Eerst wordt een lange brandpuntsafstand microscoop geplaatst buiten het UHV systeem ongeveer 20 cm van de tip-sample junction. Het monster wordt gevormd door een vierkant raster van 10 pm brede lijnen, 1 urn diep, op een steek van 500 urn om identificatie van de punt op de ondergrond vergemakkelijkt.

Figuur 5
Figuur 5. Patroon locatie beelden van samp le. (A) Optische beeld van STM-tip (links) en haar reflectie (rechts) in de Si (100) oppervlak op een oppervlakte van het monster met 500 pm worp lijn patroon. De lijnen zijn 1 urn diep en 10 urn brede vóór UHV processing. Richtlijnen zijn opgenomen om de lijn richtingen zien. (B) Close-up, de-scheve optische beeld van de tip (linksonder) en de reflectie (rechtsboven). Het middelpunt ligging tussen de tip en de reflectie wordt geïdentificeerd binnen de 500 pm x 500 pm de vaste vierkante C: Close-up van patroonvorming locatie met een 50 um spot opgenomen voor schaal D:. 5 micrometer x 5 micrometer AFM beeld van een hele patroon gebied. na ALD E:.. 1 micrometer x 1 micrometer SEM beeld van een van de locator patronen na RIE Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

e_content "> De eerste stap om het lokaliseren van nanostructuren identificeert de tip locatie op het oppervlak, 32,33 die wordt bereikt in dit geval met een lange werkafstand microscoop. een optisch beeld van de tip Figuur 5A toont wanneer zij met het monster, met stippellijnen toegevoegd aan de lezer geleiden van de richting van de vaste rooster. De tip / sample knooppunt het optische beeld wordt unskewed een vierkant rooster te maken, zie figuur 5B lokaliseren, hoewel er fouten in hoge temperatuurverwerking van de monsters door de significante oppervlak atoom migratie. Dit vermindert de diepte en de zichtbaarheid van de vaste net zoals hier afgebeeld, waardoor de onzekerheid in de punt stand. 32 Hoewel is aangetoond dat eerder hoge temperatuur van verwerking zullen aanzienlijke atomaire schaal oppervlak reconstructie induceren, de raster veld hier gebruikt groot genoeg weinig effect op het oppervlak reconstructie hebben in het midden van het vierkanteuared gedefinieerd door het rooster. 34 echter aan de randen van de gevormde gebieden, stap ophoping optreedt met asymmetrie die afhangt van de richting van de stroom tijdens de voorbehandeling. 34 Aangezien de optische beeldvorming wordt uitgevoerd onder een schuine hoek ten opzichte van het oppervlak Kleine veranderingen in de hoogte aan één zijde van de geul ten opzichte van de ander extra onzekerheid in patroonlocatie-vooral in vergelijking met bovenaanzicht beeldvorming als in AFM of normaal SEM induceren. Na de tip grijpt het monster, de 10 micrometer brandpunt grootte van de microscoop in combinatie met de ~ 20 urn achteraf verwerken de vaste linewidth resulteert in een geschatte onzekerheid in de patroon positie identificatie van ± 27 micrometer. Dit definieert het zoekvenster voor het gebruik van verschillende technieken voor het patroon identificatie.

Om de locatie van de kleinere 10-100 nm functies te vergemakkelijken, worden additionele grote serps toegevoegd bij de nanoschaal patronen, eens getoond in figuur 5B. Deze 800 nm x 800 nm serps worden geschreven met behulp van FE-modus HDL met verticale lijnen en gaten van 15 nm per stuk. Door het uitlijnen van de snelle scanrichting AFM loodrecht op de SERP lijnen (bijvoorbeeld, horizontale aftasting) zijn deze patronen de neiging om een hoog contrast van de AFM fase vertonen als gevolg van de hoge ruimtelijke frequentie van de topografie, patroonlocatie verder te vergemakkelijken. Nadat deze patronen worden gevonden, wordt het veel gemakkelijker om de kleinere nanoschaal patronen die zijn ondergebracht bij ongeveer 100 nm nauwkeurig ten opzichte van de grote patronen.

Hiervoor nanostructuur fabricageproces, het monster ondergaat weersinvloeden tussen elke belangrijke processtap na HDL is uitgevoerd, zoals schematisch getoond in figuur 1. Op grond hiervan moet worden gegarandeerd dat het monster niet afbreekt op elk punt in de verwerking. Zoals hierboven aangegeven, is er een eindige hoeveelheid achtergrond depositie dijdens ALD, waarvan wordt aangenomen dat zaad op de achtergrond defect sites. 31 Dus, onjuiste behandeling zoals uitgebreide sfeer blootstelling kan het aantal achtergrond defecten verhogen en de schijnbare ALD selectiviteit. Een extra oppervlak degradatiemechanisme kunnen optreden tijdens het ontluchten van het monster uit het UHV load-lock aan atmosferische omstandigheden. 29 Om dit probleem te verlichten, een veerbelaste saffier chip die op een lineaire actuator UHV werd geplaatst in contact met de 125 pm dikke monster montage folie die contacten het monster aan de oppervlakte degradatie te voorkomen. Nadat het monster onder atmosferische omstandigheden, de mate van accumulatie bungelende binding blijft laag (dat wil zeggen, <0,1% / uur) gedurende ten minste enkele uren, dus zolang het monster in een stabiele omgeving wordt geplaatst, zoals ultrazuiver Ar binnen minder dan 1 uur, moet de extra achtergrond depositie als gevolg van beschadiging van het oppervlak laag blijven. Op dit punt moet worden opgemerkt dat het monster niet moet stroleerd in een vacuümomgeving, aangezien dit vereist een extra ventilatie / pomp wordt uitgeschakeld, waardoor de kans op beschadiging van het oppervlak. Deze tijd tussen HDL en ALD is het punt waarop het monster gevoeligste aangezien de etsmasker is nog niet toegepast. Na ALD, het monster nog bescherming nodig heeft, maar alleen om extra masker groei te voorkomen als gevolg van siliciumdioxide vorming, een relatief langzaam proces.

In de in figuur 4 patronen, het HDL verwijderde> 80% van de achtergrond H in het midden van de patroon, met een ruimtelijke roll-off van de efficiëntie van de depassivation vanaf de rand van de regel bereikt is. 24 Vanwege de beperkingen zeer geringe ALD op de achtergrond en incubatie vrije groei volledig depassivated patronen (figuur 3), de randen van FE modus patronen met een overgang van volledig effectief HDL en geen HDL, tonen een overgang van de effectiviteit van ALD mask groei. Onder 70% H verwijdering gedurendeHDL is wanneer deze overgang begint op te treden, hetgeen wijst op een benaderende gebied van ~ 2 nm op elke zijde van een FE modusregel waarbij deelmasker afzetting plaatsvindt. 35 Bovendien ALD groei plaatsvindt in een "paddestoel" wijze 36 verder verruimt het masker relatieve aan de HDL patronen, zodat een masker van 2,8 nm verbreedt elke masker functies met dat bedrag. Samenvattend, de ALD lijnbreedte kan worden uitgedrukt als W m = W zat + f (Sn) M + m waarin W de totale breedte W zat de breedte van de lijn waar de HDL verzadigde verwijderen> 70% van de oppervlak H, f (Sn) is de extra breedte door de groei op elk punt als gevolg van de dichtheid van H dat op het oppervlak, en M de extra lijnbreedte als gevolg van de explosieve groei. Sn is afhankelijk van de ruimtelijke afstand van de verzadigde randvan de HDL patroon, dus f (Sn) wordt f (r) aangezien er ruimtelijke afhankelijkheid van de HDL. Van deze voorwaarden, W zat speelt de voornaamste rol in de totale linewidth, alsmede de overige voorwaarden bepalen de mate van roll-off van de lijn randen.

Met de ultieme nanostructuur fabricage, de ALD masker alleen niet de totale functie maat te bepalen. In plaats daarvan, het patroon grootte hangt af van de mate van erosie van het substraat onder het masker. De totale geëtste linewidth wordt uitgedrukt in W t = W m - W e = W zat + f (r) + M - W e, waarbij W e wijst op een erosie linewidth of patroon verkleinen vanwege het etsproces. Dit hangt onder meer, de dikte en de kwaliteit van het etsmasker zoals hierboven beschreven voor W m. Fof wanneer de lijnbreedte vereist zonder het verwijderen van het masker voor het etsen plaatsvindt, de term W e nul, echter wordt opgemerkt dat er een wijziging van de functie grootte na etsen ten opzichte van het masker vorm, wat suggereert dat ingewikkelder dynamiek in het spel.

Van de elementen bepalen lijnbreedte beperkingen W ging kan worden teruggebracht tot een minimale breedte van ~ 4 nm voor de groei stopt opgenomen gelijk bulk ALD. 35 Van de andere elementen van de paddestoel groei-effect, M (en bijgevolg W m) kunnen alleen worden verlaagd indien de totale filmdikte gereduceerd, correleert met de totale nanostructuur hoogte na etsen. De lijnverbredingseffect gevolg van de ruimtelijke afhankelijkheid van de dichtheid van H dat op het oppervlak, f (Sn), worden gereduceerd tot nagenoeg nul met meerdere modi waarin HDL HDL lijn produceert randen met verwaarloosbare line edge roll-off. 24 Om het effect van deze verlaging van f (Sn) tonen, Figuur 6 toont een patroon reeks van vierkanten geproduceerd met behulp van multi-mode HDL. De array omvat patronen met HDL lijnbreedten van 7 nm, 14 nm en 21 nm van boven naar beneden en binnenste HDL opening groottes van 7 nm, 14 nm en 21 nm van links naar rechts. Hoewel er een kleine speling van de multi-mode HDL in de onderste rij langs de bovenste rij de registratie nauwkeurig <1 nm. Na RIE, de lijnen blijven hoofdzakelijk intact breedtes van 5 nm met twee kleine defecten, en de openingen tussen de lijnen oplosbaar voor alle patronen met 7 nm gaten nauwelijks oplosbaar met deze metrologie tool.

Figuur 6
Figuur 6. Lijnbreedte en holewidth testen. (A) STM van HDL dozen geschreven met behulp van multi-mode HDL. De linewidth rijen is 21 nm, 14 nm, en 7 nm van beneden naar boven, respectievelijk, en de holewidth van de kolommen 7 nm, 14 nm en 21 nm van links naar rechts resp. (B) SEM van dezelfde patronen na ALD en RIE. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Het uiteindelijke grenzen van dit proces afhankelijk selectiviteit van de ALD-proces, de kwaliteit van de HDL, de weerstand van het masker etsen, en de gewenste functie zelf vormen. Methoden om de selectiviteit te verbeteren op basis van de chemie en de achtergrond defect mitigatie hierboven reeds is aangepakt. Eerder is dat het verlaten H defecten in de gevormde gebieden vermindert de kwaliteit van masker groei, en dus de weerstand tegen etsen zijn. 35 Verder ontbreken van een zorgvuldige controle van de gevormde regel randen results in a mask "roll-off", of overmatige thinning van het masker langs de randen van patronen die als proximity effect voorkomen close plaatsing van patronen. Gelukkig is de selectiviteit van het etsproces afhankelijk van de dikte masker, zodat oneigenlijke afzetting op de achtergrond of defecten aan de randen van patronen netto effect klein. Verder is het voor constructies korter dan 20 nm, dunnere lagen masker zal waarschijnlijk mogelijk zijn. Aangezien de ALD groei vindt in een paddestoel wijze dunner maskers vanwege kortere structuren een nog betere zijdelingse controle en minder functies dan hier getoond. Hoewel de uiteindelijke reductie functie grootte niet bekend zijn voor dit proces, zeker een aantal down-scaling waarschijnlijk is.

Terwijl de SEM metrologische bladeren onzekerheid ten aanzien kenmerkgrootte en positionering, de eerste stap metrologie bovenin figuur 1 beschreven geeft Atoom wat de HDL patroon geschreven. Aangezien de Si (100) -H oppervlak bestaat uit een very regelmatig rooster, en aangezien de STM in een niet-destructieve beeldvorming bediend kan worden, het HDL patroon kan worden afgebeeld zonder het opwekken van verdere oppervlakteschade of verdere patronen, in tegenstelling tot andere technieken, zoals elektronenstraal lithografie. Met atomaire schaal beeldvorming van de invariante Si (100) rooster, de STM metrologie elimineert het grootste deel van de positioneerinrichting onzekerheid op het AFM en SEM metrologie stappen. In figuur 6B geven opstelling verschijnt scheef, bijvoorbeeld. Met de hoge resolutie metrologie van de STM geven Atoom van de functie posities binnen de matrix, kan de schijnbare scheef worden bevestigd als gevolg van SEM beeldvorming artefacten. Ook met zeer nauwkeurig bekend afstanden tussen de array elementen, een kalibratiepunten onzekerheid over lijnbreedten in de SEM lichtbestendig.

Dit manuscript beschrijft een nanofabricage methode die de atomaire precisie van scanning tunneling microscoop maakt gebruik-gebaseerde waterstof depassivation lithografie (HDL). HDL produceert chemisch reactieve patronen op een Si (100) -H oppervlak waar atomic layer deposition titania produceert een gelokaliseerde etsmasker met een dwarsafmeting aangetoond tot beneden 10 nm. Reactief ion etsen dan overdraagt ​​de HDL-patronen in de ondergrond, waardoor 17 nm grote patronen met hoge precisie zijdelingse controle. Om deze resultaten te bereiken, moeten de monsters worden beschermd tijdens het ontluchten en transfer van instrumenten. Met een zorgvuldige controle van het monster handling, kan nanostructuren met de traceerbaarheid van de atomaire rooster worden vervaardigd met atomaire positie precisie en ~ 1 nm grootte precisie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

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.

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

Engineering nanolithografie Scanning Tunneling Microscopy Atomic Layer Deposition Reactive Ion Etching
Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication
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