К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 35
Текст из файла (страница 35)
От элерт)ги иона зависит глубина его проникновения в твердое тато, а следовательно, и глубина нарушенного слоя. При энергии ионов до 10 кэВ средний пробег иона в твердом теле 2 (нм) опредюшется ядерным торможением: где Е - в эВ; Е1 и 2~ - атомные номера соответственно иона и атома материала; уа - плотность атомов материала, см з.
Например, пробег иона аргона с энергией 1 кэВ в кремнии (уа = 5.10зз см з) не превышает 3 нм. Энергия иона не влияет на энергию распыленных атомов, состаллшоюую в среднем 5 - 15 эВ, но определяет характер распределения их по упту вылета с обрабатываемой поверхности. При средних энергиях ионов (1- 10 кэВ) наблюдается "косинусное" распределение распьоыемых атомов (Я - сомр, где <ругал между направлением вылета атома и нормалью к поверхности). Импульс иона.
Импульс иона определяет высокую направленность, анизотропию процесса обработки. В процессах микротравления )з 5гэ у)(2122(/; Е(юг +22 / к 6спг = 2 где Л1 - боровский рздиус электрона, 0,053 нм; у - плотность вещества мишени, г/смз; гч, г52 - атОМИЫВ НОМЕР СООтВЕтетВЕННО ИОНа И вещества мишени; Ц 13,б эВ - энерпш ионизация водорода; Е - энергия ионов, эВ.
При оптимальном угле падения иона коэффициент распьшения увеличивается в 1,5- 3 раза при энергии ионов до 1 кэВ и в 4- 10 раз при Е 1 ... 10 кэВ в зависимости от вида материала. Глубина нарушенного слоя в обрабатываемом материале уменыпается при увеличении упю падения иона 6. Химнчееяий состав нева.
Химический состав иона определяет характер взаимодействия с обрабатываемым материалом. При использовании ионов инертных швов происходят процессы только Физического распыления. Ионы химически акпавных веществ, например хлорили фторсодержащих соединений, вступают в химическое взаимодействие с обрабатываемым материалом с образованием, например, летучих соединений. В этом случае процессы физического распьоюння могут быть искзочены полностью (при энергии ионов, близкой к пороговым значениям), либо оба процесса происходят одновременно в разных соотношениях в зависимости от энергии иона.
Доля физического распыления в этом случае будет возрастать по мере увеличения энергии иона, что позволяет упраювпь селекгивностью процесса травпения. При нанесении слоев обработка растущей пленки ионами инертных газов позволяет проводить ее акгивацию, изменяя свойства и структуру слоя. При обрабо)ке от нето эависят разрешение минимальных размеров элементов, точносп их переноса и возможность получения микроструктур с различным наюгоном к поверхности (например, несимметричные дифракционные решетки). В процессе распыления материалов возможна ИЛО под углом к поверхности, что позволяет сущеспюнно повысить коэффициент распыления материала, а, следовательно, и производительносп процесса обработки.
Коэффициент распыления возрастает при умличенни угла падения 6 (при нормальном пщгении 6 = О), доспаает максимального значения при углах падения 6 = 45 ... 80 ', а затем резко уменьшается вследствие отражения ионов от поверхности. Оптимальный угол падения ионов, при котором коэффициент о' максимален кллссищиклциа мвтодов 1ЕЗ г.з.г. кяассиепкация ыиодов 1Ч 1Ш рв г.зЛСС в 1 аебу б пег 1 — источнех ионов; 2 — поязслхз; 3 — мишель; 4 - исяарвтехь; 5 - Везяск б - вюрц; 1 - травзеняе; П - очистка; Ш вЂ” лсзированяе; Ж вЂ” ззтязацвя; Ч - нанеаеняе пленок растущей пленки ионами реактивных пюов (кислорода, азота и других газов) можно получюъ пленочные покрытия различного хищнического состава (оксиды, нитриты и т.п.). Масса иена.
От массы иона зависят коэффициент распыления материала и глубина проникновении его в твердое тело. При увеличении массы иона коэффициент распыления, как правило, растет, а глубина проникновения в твердое тело и толщина нарушенного слоя уменьшаются. Заряд иена. Наличие заряда у иона позмвшет управлять траехторией ионов с помощью электр ичеасо го и магнитного полей. Осущестюшя сканирование пучка ионов, можно добиться высокой равномерности ИЛО неподвижных пластин. Сепарация пучка ионов по массе позволяет вьгдщппь ионы требуемого состава, что существенно при изучении механизма взаимодействия ионов химически активных соединений с твердым телом.
Измеряя поток ионов, легко контролировать процесс ИЛО и управлять им, При ИЛО поверхносп диэлектрической ллн изолированной от земли пластины будет заряжаться до определенного шпенциача. Зна- чение потенциала зависит от параметров пучка ионов, обрабатываемого материала и потока , электронов, компенсирующих поверхностный заряд. Наличие поверхностного заряда может влиять на параметры полупроводниковых приборов.и шпегральных схем, скорость ИЛО за счет появления отраженных медленных ионов, возникновения разрядов по поверхности и пробоев тонких диэлектрических пленок. Подробнее процессы на обрабатываемой поверхности рассмотрены в лодразд.
2.3.4. Методы ИЛО нашли применение в различных технологических процессах, связанных с очиспсой, полировкой и активацией поверхности, прецизионным ионно-лучевым траюгением материалов через резистнвные маски, нанесением пленок на подловим (рис. 2.3.1). Применение ИЛО позволяет либо повышать качество и выход годных выпускаемых приборов, либо создавать новые приборы или изделия, изготовление которых другими методами невозможно. 104 Гэээа 2.3.
ИОВНО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА Очиства, активация и яавщювавие поверхности. Очистал поверхности в вакууме может осуществляться различными методами: тлеющим разрядом, высокочастотным разрядом, подачей постоянного и ВЧ-потенциала на подлохагу, находящуюся в шзоразряд ной плазме. Преимущества очистки подложки пучком ионов следующие: высокий вакуум; возможность использования пучков ионов как инертных, так и химически акпшных газов; управление в широком диапазоне энергией ионов и их плотнооп,ю тока; регулировка заряда на обрабатываемой поверхности; отсутствие электрического поля вблизи поверхности.
Химические методы очиоппг не всегда позволяют получать поверхность, свободную от органичеохих растворителей, химических реагентов, пленок сложного оостава, не взаимодействующих с растворителями. Поскольку состав зирязнений большей частью неизвестен, распыление ионами аргона является наиболее эффекпшным методом удаления сверх- тонких слоев, покрывающих поверхность.
Это позволяет проводить очистку подложки, недостижимую в случае обработки жидкостными методами. Для удаления органических загрязнений очистку поверхности целесообразно проводить ионами кислорода, образующими с органическими соединениями летучие продукты взанмодейсппш. Наиболее эффективно использовать очиспсу пучком ионов непосредственно перед операцией нанесения пленок (без разгерметизации вакуумной системы) в едином вакуумном цикле. Нанесение пленок на очищенную поверхность приводит к существенному улучшению качества и надежности иэготоюшемых изделий эа счет увеличения Юпезии пленок к подложке, увели*юнна оплошности пленок при малых толшннах, уменьшению влияния окружюощей среды (пьшь, газовая среда) на качество локрыпш.
При использовании совмещенных процессов отпадает целый ряд технологических операций„связанных с последовательной обработкой пластин в смесях кислот, отмывках в растворителях и воде, сушках и т.д., сокращается время, необходимое на изготовление одного иэделия. Обработка поверхности пучком ионов не только очищает ее от загрязнений, но и активирует ее или растущую шинку, если процесс обработки пучком ионов проводится одновременно с нанесением пленки. При этом на поверхности образуются свободные связи, которые при нанесении пленки становятся искуственными центрами зародышеобразования. При акпгвапии поверхности стекла, например во время нанесения пленок из алюми- ния, меди, хрома иэи других металлов, сплошные пленки образуются даже при толщине 5,5 - В нм. На необлученной ионами поверхности сплошная пленка не образуетоя.
Активация поверхности после ионной обработки снижается на 30 - 40 % при выдервпсе пластин в вакууме в течение 0,5 - 1 ч. Следовяшльно, процесс акпеации эффективен, если примешпь его непосредственно перед нанесением или в процессе нанесения пленок. Обработка пучками ионов различных газов поверхности металлов, полупроводников и дизюктриков позволяет сущеспюнно снизить высоту неровностей поверхности, т.е. провести ее полирование (ом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
