Диссертация (Исследование электронного транспорта в планарных наноструктурах молекулярного масштаба), страница 7

18, области, отмеченные красным).Затем проводилась настройка фокуса электронного микроскопа на краюцентральной контактной площадки грубой разводки (рис. 18, нижняяобласть, отмеченная зеленым). После этого при выключенном электронномлуче столик с образцами размещался так, чтобы поле зрения микроскопасовпадало с последним изгибом (коленом) центрального электрода грубойразводки (расстояние 3 мм).

На этом месте при отключенных горизонтальнойи вертикальной развертках электронный луч включался. Время нахождениялуча в одной точке составляло 1 мин. За это время происходило значительноеизменениедвухслойнойэлектронноголуча.полимернойПроисходилопленкивформированиеточкеточкинахожденияфокуса(такназываемой "contamination dot"). Расположение точки фокусировки вблизиобластизасветкиисключительноважнопризасветкетопологийнанопроводов с геометрическими размерами менее 100 нм. Послеформирования точки фокусировки на ней еще раз проводилась настройкапараметров электронного микроскопа, затем начало координатной сеткимикроскопа привязывалось к последнему участку центрального электродагрубой разводки, и только после этого начиналась засветка центральнойобласти 80 х 80 мкм.44Удаление засвеченных участков двухслойной полимерной пленки(вскрытие окон маски) проводилось в растворе толуола и спирта(соотношение 1 к 10) при температуре 20 С.

Время проявления составляло 2минуты с дополнительным использованием УЗ в течение 5 секунд в концекаждой минуты. После проявления полимерной пленки (формированиямаски) образцы промывались в изопропиловом спирте и высушивались нацентрифуге.Напыление электрода управления проводилось в установке Leybold L560. Давление перед напылением было не более 8*10-7 мбар. Сначаланапылялся слой Cr толщиной 2 нм (скорость напыления 1 А/с) дляобеспечения достаточной адгезии алюминия к диоксиду кремния. В качествематериала электрода управления был выбран алюминий, поскольку онобладает хорошей способностью к окислению и его окисел обладаетхорошими технологическими параметрами. В тоже время размер оксиднойпленки алюминия не превышает 2-3 нм, что является важным из-за малойтолщинысамогоэлектродауправления.Напылениепроводилосьтермическим распылением капли алюминия с помощью электронного луча.Скорость напыления выдерживалась на уровне 2 - 3 А/с. Толщинанапыленной пленки алюминия составляла 30 нм.

Малая толщина электродауправлениянеобходимадляобеспечениямалости"ступеньки",чтообеспечивает надежное подключение нанопроводов, которые будут еепересекать. При большой разности высот (больших толщинах) наблюдаетсяразрыв соединения нанопроводов.После процесса термического напыления в камеру напускалсякислород до давления 8*10-3 мбар. Окисление поверхности электродауправления проводилось в течение 20 минут. Затем подача кислорода вкамеру прекращалась и камера продолжала откачиваться до давления 8*10-7мбар.Для увеличения надежности изоляции электрода управления отнанопроводов, которые будут создаваться на верхних слоях, помимо45формирования естественного слоя окисла проводилось напыление тонкихдополнительных слоев изолятора (Al2O3).

Нависающий на поверхностьюобразца верхний слой двухслойной полимерной маски позволил осуществитьтакое допыление с небольшим углом отклонения образца от вертикали.Напыление дополнительного слоя изолятора проводилось путемтермического распыления таблеток Al2O3 электронным лучом. Скоростьнапыления выдерживалась 1 - 2 А/с, что позволило напылить по 4 нм пленкиAl2O3 с двух углов (+ 1.5 град и - 1.5 град относительно вертикали),поворачивая столик с образцом непосредственно в процессе напыления.Отклонение от вертикали необходимо, чтобы изолировать боковые стенкиэлектрода управления, что, как показал наш опыт, существенно увеличиваетнадежность изоляции.Удаление полимерной маски проводилось в ацетоне в течение 20минут. После высушивания образцы исследовались в РЭМ для анализакачества покрытия диэлектрическими слоями алюминиевогоэлектродауправления (рисунок 20).Рис.

20. РЭМ снимок управляющего электрода Al (средняя, наиболееконтрастная грань), покрытого слоем диэлектрика Al2O3. Хорошо видно46смещение двух пленок Al2O3 (маркеры 35 и 25 нм от грани электродауправления), напыленных под двумя разными углами (+1.5 град и -1.5 град).На снимке РЭМ отчетливо виден край тонкопленочного (30 нм)электрода управления из алюминия. Сверху электрод покрыт двумя слоями(по 4 нм) диэлектрической пленки Al2O3. Хорошо видно смещениенапыленных пленок перпендикулярно оси поворота образца при напылении.Это является результатом напыления через нависающий верхний слойполимерной маски под двумя разными углами (+ 1.5 град и - 1.5 градотносительно вертикали).

На РЭМ видно надежное изолирование электрода сдвухсторон(электрическиехарактеристикидостигнутойизоляцииприведены ниже). Стоит отметить, что вместе с электродом управлениянапыляются и маркеры, по которым все последующие слои будутсовмещаться между собой. Однако покрытие электрода управления тонкимислоями диэлектрика (в сумме 8 нм) не уменьшает контрастностиалюминиевых маркеров (толщиной 30 нм) в растровый электронныймикроскоп.

Примененное ограничение на толщину диэлектрического слоясвязано также с необходимостью создания в последующем соединяющихнанопроводовнанопроводами,междугрубойкоторыеразводкойбудутподводящихрасполагатьсяэлектродовнаиповерхностидиэлектрического покрытия электрода управления.Таким образом, нам удалось совместить в одном технологическомпроцессе создание электрода управления и его надежное электрическоеизолирование от нанопроводов, которые будут формироваться на электродеуправления.На третьем этапе (Рис. 17.

этап 3) построения многослойной системынанопроводов проводилось создание тонких (15 нм) и узких (50 нм) золотыхнанопроводов на поверхности Al2O3 над электродом управления. Данныенанопроводаявляютсязаготовками47дляпроведенияпроцессаэлектромиграции и формирования итоговых электродов"исток-сток"нанотранзистора. Для создания таких узких нанопроводов мы использовалиоднослойную полимерную маску ПММА. Процесс нанесения и оптимальныепараметры засветки структуры нанопроводов описаны в первой части главы.Шаблон засветки нанопроводов приведен на рисунке 21, нанопровода(светло-зеленый цвет) представляют собой узкие полоски на изолированномэлектроде управления.Рис 21.

Шаблон для засветки с помощью растрового электронногомикроскопа узких нанопроводов (светло-зеленый цвет) над изолированнымэлектродом управления в центральной области образца размером 80х80 мкм.Особую сложность засветки нанопроводов над электродом управлениясоставляла точность совмещения слоев между собой. Для осуществлениявозможноститочногосовмещениявместеснапылениемэлектродауправления рядом с ним (в зоне 80 х 80 мкм) напылялись специальныекрестовидные маркеры. Маркеры, покрытые тонким слоем диэлектрика(необходимымдляизоляцииэлектродауправленияотзолотыхнанопроводов) остаются видимыми и через тонкую (50 нм) однослойнуюполимерную маску.

Это позволило надежно совмещать слой нанопроводов со48слоем электрода управления. Процесс совмещения можно разделить на 3этапа. Сначала проводилось выравнивание координатной сетки электронногомикроскопа по крайним контактам грубой разводки подводящих электродов(рис. 18, области, отмеченные красным, расстояние 7 мм) с точностью до 0.02градуса. Затем с центральной контактной площадки грубой разводки привыключенномлучеэлектронногомикроскопастоликсобразцамипододвигался так, чтобы поле зрение микроскопа совпало с последнимизгибом (коленом) топологии грубой разводки подводящих электродов (рис.18, области отмеченные зеленым, расстояние 3 мм).

Здесь после включенияэлектронноголучаможнобылообнаружитьточкуфокусировки,сформированную при засветке первого слоя нанопроводов (электродауправления). Стоит еще раз подчеркнуть важность размещения точкифокусировки рядом с непосредственной областью засветки. При размереобразца 10 х 10 см смещение фокуса электронного микроскопа довольнозначительно на краю образца и в центре образца. Поэтому при засветкенаноструктур (в частности нанопроводов и наноэлектродов) с размерамименее 100 нм очень важным является подстройка фокуса микроскопа рядом собластью засветки.После подстройки фокуса сетка координат микроскопа привязываласьк последнему изгибу центрального электрода грубой разводки проводов, истолик микроскопа (при выключенном электронном луче) смещался вцентральную область 80 х 80 мкм.В центральной области образца (80 х 80 мкм) проводился поискмаркеров, сформированных при напылении первого слоя нанопроводов(электрода управления).