Исследование процессов формирования профилированных полупроводниковых и диэлектрических структур для изделий нано- и микроэлектросистемной техники методом. - презентация

1 Исследование процессов формирования профилированных полупроводниковых и диэлектрических структур для изделий нано- и микроэлектросистемной техники методом распыления атомов образца бомбардировкой высокоэнергетичными ионами фокусированного ионного пучка (ФИП) Бандин А.А. ИУ4-113

2 Цель работы Изучение теоретических основ распыления атомов бомбардировкой высокоэнергичными ионами фокусированного ионного пучка (ФИП). Освоение работы сверхвысоковакуумного модуля ФИП. Получение профилированных полупроводниковых и диэлектрических структур для изделий нано- и микроэлектросистемной техники.

3 На рисунке сфокусированный поток ионов нормально направлен к поверхности образца. Падающий ион бомбардирует атом образца, в результате происходит передача энергии от высокоэнергичного иона к атому образца. В результате атом покидает узловое положение в кристаллической решетке, в этом случае этот атом может после каскадных соударений эмитировать в вакуум. Данный процесс носит название ионного распыления. Также в результате соударения иона с атомом происходит возбуждение электронов на энергетических уровнях атома, что приводит к эмиссии электронов из образца. Эмитированные электроны называются вторичными электронами. Взаимодействие заряженных частиц с атомами поверхности

4 На рисунке показано 10 разновидностей взаимодействия ионов с поверхностью. Падающий ион может обратно рассеиваться атомом или группой атомов бомбардируемого образца. Процесс обратного рассеяния обычно приводит к отклонению траектории иона от первоначального направления после столкновения и к обмену энергией между ионом и атомом мишени. Обмен энергией может быть упругим и неупругим в зависимости от типа взаимодействующих частиц и энергии иона. Виды взаимодействий ионов с твердым телом

5 Ионная бомбардировка поверхности твёрдых тел приводит к возникновению взаимосвязанных процессов, основные из которых объёмное и поверхностное рассеяние бомбардирующих ионов (в том числе и с изменением их зарядового состояния), эмиссия из различных конденсированных сред заряженных и нейтральных частиц и их комплексов (ионно- ионная эмиссия, ионно-электронная эмиссия, распыление, ионно-стимулированная десорбция с поверхности твёрдого тела), испускание электро-магнитного излучения с широким спектром частот (ионно-фотонная эмиссия, рентгеновское излучение), различные радиационные процессы, в том числе образование дефектов как в объёме твёрдого тела, так и на его поверхности. Результат бомбардировки

6 Распыление характеризуется коэффициентом распыления Y, определяемым как среднее число атомов, удаляемых с поверхности твердого тела одной падающей частицей Если не считать легких ионов, то для коэффициента распыления типичны значения 1-5, хотя он может изменяться от нуля до 100. Это зависит от энергии и массы первичных частиц, угла их падения на поверхность, массы атомов мишени, кристаллического состояния твердого тела и ориентации кристалла поверхностной энергии связи мишени. Коэффициент распыления

7 Зависимость коэффициента распыления от свойств мишени: а) Зависимость от кристаллического состояния мишени б) Зависимость от температуры в) Зависимость от фазового состояния поверхности г) Зависимость от рельефа поверхности д) Зависимость от чистоты поверхности Зависимости коэффициентов распыления

8 Техника ФИП относится к высоковакуумной технике. В лабораторной работе рассматривается модуль ФИП в нанотехнологическом комплексе «Нанофаб-100». Модуль фокусированного ионного пучка НТК «Нанофаб- 100» Модуль состоит из колонны ФИП, формирующей остросфокусированный поток ионов, детектора вторичных электронов, вакуумных насосов и корпуса камеры. Техника ФИП

9 Изучение теоретических основ распыления атомов бомбардировкой высокоэнергетичными ионами фокусированного ионного пучка (ФИП). Освоение работы сверхвысоковакуумного модуля ФИП. Получение профилированных полупроводниковых и диэлектрических структур для изделий нано- и микроэлектросистемной техники. Устройство колонны ФИП

10 Ионное распыление материала характеризуется коэффициентом распыления, Y где N atom – количество распыленных атомов, N ion – количество падающих ионов. Количество распыленных атомов определяется из соотношения где S – площадь распыляемого участка в планаре, h – глубина вытравленной канавки, N1 – концентрация атомов материала. Количество падающих ионов определяется из соотношения Определение скорости распыления образца

11 Работа выполняется на нанотехнологическом комплексе (НТК) «НаноФаб 100» (ЗАО «НТ-МДТ», г. Зеленоград). Сверхвысоковакуумный модульный нанотехнологический комплекс «НаноФаб 100» предназначен для исследований наноструктур, наноэлементов и устройств на их основе. Четырехкамерный нанотехнологический комплекс (НТК - 4) включает модули Сканирующей Зондовой Микроскопии (СЗМ) и Фокусированного Ионного Пучка (ФИП) и модули загрузки зондов и образцов. Установка позволяет обрабатывать и исследовать образцы диаметром до 100 мм в условиях сверхвысокого вакуума (до 10-9Па). Выполнение работы

12 НаноФаб 100

13 Модули ФИП относятся к основным модулям комплекса НаноФаб 100 и предназначены для проведения технологических операций с применением Фокусированного Ионного Пучка, в том числе операций нанолитографии, локального роста, резки и визуализации наноэлементов и наноструктур, очистки поверхности полупроводниковых пластин и пр. В состав платформы НаноФаб 100 входят два типа модулей ФИП - сверхвысоковакуумный и снабженный системой ввода паров элементоорганических соединений, таким образом модули ФИП обеспечивают практически все значимые "top-down" и "bottom-up" ФИП технологии. Модуль фокусированного ионного пучка (ФИП)

14 Эксперименты проводятся в условиях сверхвысокого вакуума. Поэтому для сохранения условий вакуума необходимо очистить образец в спиртовой ванне. Перед помещением внутрь сверхвысоковакуумной (СВВ) камере образец проходит стадии очистки, таких как механическая полировка, химическое травление, кипячение в органических растворителях, полоскание в деионизированной воде. Результат бомбардировки

15 Установка подготовленных образцов производится на специальный металлический держатель. Закрепление производится с помощью проводящего клея. На одну сторону наносится клей и прижимается на держатель. Далее готовый держатель с образцами загружаем в камеру загрузки образцов (КО). Устанавливаем на специальный держатель в камере КО. Результат бомбардировки

16 Профилированная структура образцов показана на рисунке. а) изображение исходного образца, б) и в) изображение поверхности после литографии с различным временем распыления Электронное изображение канавок и АСМ профиль поверхности Результат бомбардировки