Nanolitografia do silício utilizando o microscópio de força atômica

Abstract

A indústria de semicondutores está cada vez mais interessada na miniaturização dos dispositivos na faixa nanométrica. Como as técnicas de litografia tradicionais estão alcançando seus limites, cresce a demanda por novas, incluindo aquelas que utilizam equipamentos que operam por sonda, tal como o microscópio de força atômica (AFM). Uma das técnicas que usa o AFM para produzir nanolitografia sobre semicondutores é a oxidação anódica local (LAO) do silício (Si), um dos semicondutores mais utilizados na fabricação de nano- dispositivos. Em geral, a LAO é baseada num mecanismo de anodização assistido por um alto campo elétrico produzido pela diferença de potencial aplicada entre a sonda condutora e o silício. Durante a oxidação alguns dos parâmetros que devem ser controlados são: a velocidade de varredura, a força entre a ponta e a amostra, a umidade relativa do ar, a etapa de limpeza pré-oxidação, dentre outros. No nosso trabalho, investigamos a nano-oxidação anódica no silício pela técnica LAO utilizando sondas condutoras de carbeto de tungstênio. Para este estudo, foi construída uma câmara com controle da umidade relativa do ar adaptada ao AFM. Os resultados obtidos mostram que é possível fazer nano- oxidação com geometrias pré-especificadas em escalas micrométricas e nanométricas, de boa qualidade e estudar a dinâmica da sua rugosidade com eficácia.

The semiconductor industry is increasingly interested in the miniaturization of devices in the nanometer range. As the traditional techniques of lithography are reaching their limits growth the demand for new, including those that use equipment operating by probe, such as the atomic force microscope (AFM). One of the techniques that uses AFM on to produce nanolithography in semiconductors is the local anodic oxidation (LAO) of silicon (Si), one of the most widely used semiconductors in the manufacture of nano-devices. In general, the LAO is based on a mechanism for anodizing assisted by a high electric field produced by a potential difference applied between the probe and the conductive silicon. During the oxidation some of the parameters to be controlled are the scanning speed, the force between the tip and the sample, the relative humidity, the pre-oxidation cleaning, among others. In our study, we investigated the anodic nano-oxidation of silicon by the LAO technique using tungsten carbide probes. For this study, a chamber with controlled relative humidity adapted to the AFM, was built. The results show that it is possible to make nano-oxidation with pre- specified geometries in the micrometric and nanometric scale, of good quality and to study the dynamics of its roughness effectively.