Fabbricazione di depositi di metallo con disegno nanometrico su silicio tramite nanoindentazione ed elettrodeposizione

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Oggetto del lavoro (traduzione)

Fabbricazione di depositi di metallo con disegno nanometrico su silicio tramite nanoindentazione ed elettrodeposizione

In questo lavoro è stato studiato un nuovo metodo per creare nano-strutture metalliche su substrato di silicio senza l'uso di maschere e di "fotoresist". L'industria dei dispositivi microelettronici e micromeccanici è costantemente alla ricerca di processi ad alto rendimento e basso costo; un aspetto critico di questi processi è rappresentato dal trasferimento di un dato disegno sul substrato. Spesso questo substrato è costituito da un materiale semiconduttore, come il silicio, sul quale deve essere fatto crescere uno strato metallico con un disegno preciso (pattern) a livello nanometrico per la fabbricazione di sistemi microelettronici (MEMS). Tipicamente, vengono usati processi litografici, come la fotolitografia, per trasferire il pattern da una maschera ad uno strato di materiale fotoresist, precedentemente deposto sul substrato. L'uso di un fotoresist ha lo svantaggio di richiedere diversi stadi di lavorazione, tra cui la sua deposizione e rimozione. In questa ricerca sono stati ottenuti strati metallici su silicio, senza l'uso di fotoresist, tramite la combinazione di tecniche nano-meccaniche di modificazione della superficie (nano-indentazione e nano-scratching) e l'elettrodeposizione. Il substrato, costituito da un monocristallo (100) di silicio di tipo n, è stato dapprima ripulito dall'ossido nativo. La nano-indentazione ed il nano-scratching sono stati poi utilizzati per modificare localmente la microstruttura del substrato e creare zone con conducibilità elettrica ridotta. Il substrato è stato infine montato come catodo in una cella elettrochimica a tre elettrodi per l'elettrodeposizione di strati di nichel da un bagno di tipo Watts. La deposizione non è avvenuta nelle zone con la microstruttura modificata, come conseguenza della ridotta conducibilità elettrica, e si è avuta la formazione del pattern di nichel solo nelle zone non modificate. E' stata ottenuta la formazione di diversi tipi di pattern, tra cui linee continue di nichel di 200 nm di larghezza e diversi micron di lunghezza.

Job task

Fabrication of nanopatterned metal layers on silicon by nanoindentation/nanoscratching and electrodeposition  

The present work illustrates a novel approach for the maskless and resistless fabrication of nanopatterned metal layers on Si substrates. Microelectronic and micro-mechanical devices industry is in constant need of high resolution and low cost fabrication processes. One critical aspect is represented by the processes involved in the transfer of a given pattern onto a substrate. Often the substrate is constituted by a semiconductor material, like Si, onto which a patterned metal layer needs to be grown for the fabrication of micro-electro-mechanical systems (MEMS). Typically, lithographic processes such as photolithography are used for transferring the pattern from a mask to a photoresist material layer, previously deposited on the substrate. The use of a resist has the disadvantage of requiring several fabrication steps, including resist deposition, curing and removal. In the present work, nanopatterned metal layers on Si were obtained by the combination of nanomechanical surface modification techniques (such as nanoindentation and nanoscratching) and electrodeposition. Single crystal (100) n-doped Si substrates were first cleaned from native oxide. Nanoindentation and nanoscratching were then used to locally change the substrate microstructure and create regions with reduced electrical conductivity. The substrates were finally mounted as cathode electrodes in a three electrode electrochemical cell to potentiostatically deposit a Ni layer using a Watts type bath. Electrodeposition was prevented in regions with modified microstructure, enabling the formation of a patterned Ni layer. The fabrication of several patterns including continuous Ni lines of 200 nm width and several microns length was obtained

Referente:

Roventi Gabriella

Dipartimento di Fisica e Ingegneria Materiali e Territorio

Tel. 071 220 4272

fax  071 220 4729

E-mail: g.roventi@univpm.it