Основные технологические группы процессов в производстве электронных средств. Пучки атомных частиц, излучения и поля в качестве инструмента в технологиях электронного машиностроения, страница 8

д – физическое распыление;

е – химическое распыление;

ж – эмиссия вторичных ионов;

з – эмиссия вторичных электронов;

и – нагрев вещества;

к – химические реакции;

л – имплантация ионов

Рис. 1.2. Эффекты взаимодействия ионных пучков с веществом

4.       Упруго отраженные ионы могут вызывать десорбцию слабо связанных с поверхностью атомов и молекул газов и паров, а также различных видов загрязнений. В технологиях электронного машиностроения этот эффект широко используется для очистки поверхностей деталей перед многими операциями, особенно перед процессами эпитаксии и осаждения тонких пленок.

5.       Если бомбардирующие поверхность образца ионы передают настолько большой импульс, что полностью освобождают от связей один или несколько атомов, происходит физическое распыление. При этом атомы или группы атомов в приповерхностном слое толщиной порядка 1 нм движутся в направлении границы твердое тело - вакуум и выходят из мишени. Вылетающие атомы или кластеры (группы атомов) могут находиться в нейтральном, заряженном или возбужденном состоянии.

Явление ионного, или, как его часто называют, катодного, распыления широко используется в технологиях электронного машиностроения: для строго дозированного удаления вещества с определенных участков обрабатываемого изделия, нанесения тонких пленок в вакууме из различных материалов, анализа распыленных частиц по массам и т.д.

6.       Пучок химически активных ионов

(Н+, О+, N+, Сl+, F+ и др.) может вступать в химическую реакцию с атомами облучаемого образца и образовывать на его поверхности новые химические соединения, в том числе газообразные. Этот эффект называется химическим ионным распылением и широко используется в электронном машиностроении в операциях ионно-химического травления материалов и ионно-химического осаждения тонких пленок.

7.       Если при ионном распылении поверхностные атомы возбуждаются до ионизированных состояний и покидают образец, то происходит вторичная ионная эмиссия. Этот эффект лежит в основе принципа действия анализатора химического состава вещества и широко используется в технологиях микроэлектроники.

8.       При ионной бомбардировке металлических поверхностей возникает вторичная электронная эмиссия, которая является естественным средством поддержания самостоятельного газового разряда. Кроме того, это явление используется в ионной микроскопии и спектроскопии.

9.       Если энергия, переданная пучком ионов атомам мишени, недостаточна для их распыления, атомы начинают колебаться около положения равновесия, растрачивая энергию на нагрев окружающей их среды, что приводит, естественно, к нагреву мишени. При достаточной мощности, выделяемой на единицу поверхности мишени, возникают процессы (плавление и испарение вещества мишени, термоэмиссия электронов, термоизлучение и т.п.), которые ничем не отличаются от происходящих при облучении мишени электронами. Примером термической обработки с помощью ионных пучков может служить протонный отжиг полупроводниковых материалов. Однако в технологиях электронного машиностроения они, как правило, не выдерживают конкуренции с нагревом электронными пучками, получение которых значительно проще.

10.     Ионные пучки подобно электронным могут изменять химический состав вещества, в который они проникают. Если в качестве материала использовать ионорезист, а ионный пучок сфокусировать в пятно малого диаметра, то можно получить изображение с размерами в доли микрометра (ионолитография).

11.     При энергиях пучков приблизительно свыше 30 кэВ ионы могут проникать в глубь образца и, израсходовав всю энергию, оставаться там. Этот процесс называется ионной имплантацией, или ионным легированием.

Независимо от материала мишени в нее можно внедрить атомы практически любых элементов Периодической системы Менделеева, что широко используется для изменения механических, электрических, химических, оптических, эмиссионных и других свойств вещества. Так как имплантация ионов - процесс термодинамически неравновесный, то можно создавать соединения, которые принципиально невозможно получить диффузией или металлургическим путем, а также достигнуть концентрации имплантированного материала, существенно превышающей предел растворимости данной примеси в материале мишени.