5. Физико-химические и физические основы ионных, ионно-плазменных, плазмохимических методов нанесения и травления микроэлектронных структур
Структура, тлеющего разряда. Аномальный тлеющий разряд. Элементы импульсной теории ионного распыления. Коэффициент ионного распыления и его зависимость oт материала мишени, энергии бомбардирующих мишень атомов, угла их падения, состояния поверхности и температуры мишени. Энергетическое и угловое распределение потока распыляемых частиц. Влияние давления газа и магнитного поля на процесс распыления. Магнетронное, реактивное, плазмо-дуговое распыление.
Плазмо-химическое осаждение. Кинетика и механизм осаждения. Параметры процесса осаждения, свойства пленок.
Ионно-плазменное и плазмохимическое травление, реактивное ионно-плазменное, реактивное ионно-лучевое травление, магнетронное травление, травление и охлаждение в плазме циклотронного резонанса, отделенной oт зоны oбpaбoтки. Параметры процессов травления. Взаимосвязь со свойствами микроструктур.
Термическое вакуумное напыление имеет ряд недостатков и ограничений, главные из которых следующие:
1. Напыление плёнок из тугоплавких материалов (W, Mo, SiO2, Al2O3 и др.) требует высоких температур на испарителе, при которых неизбежно "загрязнение" потока материалом испарителя.
2. При напылении сплавов различие в скорости испарения отдельных компонентов приводит к изменению состава плёнки по сравнению с исходным составом материала, помещённого в испаритель.
3. Инерционность процесса, требующая введения в рабочую камеру заслонки с электромагнитным приводом.
4. Неравномерность толщины плёнки, вынуждающая применять устройства перемещения подложек и корректирующие диафрагмы.
Первые три недостатка обусловлены необходимостью высокотемпературного нагрева вещества, а последний - высоким вакуумом в рабочей камере.
Суть процесса ионного распыления заключается в том, что атомарный поток вещества на подложку создаётся путём бомбардировки поверхности твёрдого образца (мишени) ионами инертного газа и возбуждения поверхности атомов до энергии, превышающей энергию связи с соседними атомами. Необходимый для этого поток ионов создаётся в электрическом газовом разряде, для чего давление газа в рабочей камере должно быть в пределах 0,1×10 Па, т.е. на несколько порядков более высокое, чем в камере установки термовакуумного напыления.
Классификация процессов взаимодействия атомных частиц с твердым телом.
При взаимодействии ускоренных атомных частиц, как нейтральных, так и заряженных, с поверхностью твердого тела (ТТ) основными процессами, приводящими к возникновению потоков вторичных частиц являются следующие:
Интенсивность каждого из возможных эффектов определяется всей совокупностью факторов, таких как энергия, масса и зарядовое состояние бомбардирующих частиц; состав, структура, состояние поверхности ТТ. В зависимости от целей определяются и указанные выше характеристики потока первичных частиц и ТТ.
Взаимодействие ускоренных атомных частиц с поверхностью твердого тела может приводить также к модификации структуры, состава и свойств поверхности. Так при достаточной энергии первичных частиц возможно смещение атомов ТТ из равновесных положений и образование дефектов различного типа (аморфизация), внедрение первичных атомов в ТТ (легирование).
Ряд процессов, происходящих при взаимодействии ускоренных атомных частиц с ТТ лежит в основе современных вакуумных технологий:
o ионная очистка - удаление адсорбированных на поверхности твердого тела ускоренными ионами;
o ионное травление - удаление аморфного поверхностного слоя ускоренными ионами: Энергия ионов в этом случае невелика и достаточна лишь для удаления слабо связанных атомов:
o ионное распыление - удаление поверхностных слоев. В этом случае энергия ионов достаточна для разрыва связей в твердом теле и выхода атомов в вакуум:
o ионное легирование - внедрение требуемого сорта атомов в твердое тело.
o радиационно- стимулированная диффузия и радиационно- стимулированный отжиг основанная на передаче энергии атомам ТТ достаточной для их перемещения в ТТ.
Основные характеристики тлеющего разряда.
Источником ионов в ряде технологических процессов ионно- плазменной технологии является низкотемпературная плазма тлеющего разряда. В самом простом случае разряд зажигается в газе низкого давления между двумя электродами при приложении между ними высокого напряжения (единицы кэВ). Тип разряда зависит от величины давления газа P, приложенного напряжения Uр , сорта атомов рабочего газа, площади и конфигурации электродов. В типичных технологических процессах давление газа поддерживается в пределах P ~ 0,1 – 10 Па, Те ~ 104 - 105 K, ne = ni ~ 1014 - 1021 м-3.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
