1. Введение 3
2. Цель работы 3
3. Литературный обзор 3
3.1. Взаимодействие ионов с твердым телом 3
3.2. Диоксид кремния 6
3.3. Дефекты в SiO2. 9
3.4. Травление пленок SiO2. 10
3.5. Травление облученных пленок SiO2. 12
4. Исследуемые образцы 14
5. Экспериментальные методы 14
5.1. Предварительная подготовка образцов 14
5.2. Экспонирование 14
5.3. Травление 15
5.4. Исследование с помощью оптического микроскопа 15
5.5. Исследование рельефа методом атомно-силовой микроскопии 15
5.6. Измерения толщин пленок методом сканирующей электронной микроскопии 15
5.7. Измеряемые и используемые величины 16
6. Результаты 17
6.1. Исследование с помощью оптического микроскопа 17
6.2. Исследование с помощью сканирующего электронного микроскопа 17
6.3. Исследование с помощью атомно-силового микроскопа 18
7. Обсуждение 22
8. Заключение 34
9. Благодарности 35
Список литературы 36
Приложения 38
Ионная имплантация -широко применяемая технология в современной микроэлектронике, которая позволяет управлять свойствами материала. Например, за счет введения примесей в структуру твердого тела, генерации ионно-индуцированных дефектов [1].
Кремний и диоксид кремния (SiO2) составляют основу элементной базы твердотельной электроники[2]. Так, оксид кремния используется в виде тонких пленок в качестве подзатворного диэлектрика и изолирующего слоя при производстве интегральных микросхем.
Таким образом, управление геометрией и толщиной пленок оксида кремния является актуальной практической задачей. Для ее решения может быть применена локальная ионная имплантация и последующее травление пленки оксида кремния. При этом “традиционная” локальная имплантация осуществляется путем наложения маски и облучения сплошным потоком ионов, здесь присутствуют ограничения на форму и размеры обрабатываемой области. В нашей работе осуществляется ионная имплантация сфокусированным пучком, что позволяет облучать области произвольной геометрии, а минимальный размер области ограничен размерами пучка.
2. Цель работы
Выявление возможности локального управления скоростью химического травления пленок SiO2 путем облучения сфокусированным пучком ионов гелия (He+).
В ходе работы были изучены основы сканирующей ионной, электронной и зондовой микроскопии (АСМ). Возможности ионной и электронной микроскопии были применены в эксперименте.
Области диоксида кремния, облученные сфокусированным ионным пучком травятся в растворе плавиковой кислоты быстрее, образуются ямки. Увеличение дозы облучения до величины порядка 1016 ионов/см2 приводит к росту глубины ямок, дальнейшее увеличение дозы облучения не изменяет измеряемую глубину ямок в пределах погрешностей.
Рассмотрение изменения со временем травления толщины необлученной пленки окисла с помощью СЭМ позволило определить скорость травления необлученной пленки. Объединение результатов сканирования на АСМ и СЭМ и более тщательный их анализ показали, что имплантация ионов гелия в пленку оксида кремния приводит к увеличению скорости ее травления до 5 раз.
Возможный механизм увеличения скорости травления заключается в том, что ионы фтора быстрее образуют связь с атомом кремния, если у кремния отсутствует связь с атомом кислорода, быстрее происходит образование тетрафторсилана.
Согласно результатам моделирования ионной имплантации, на небольших расстояниях от исходной поверхности образца (до 90 нм в случае ионов с энергией 30 кэВ)мала концентрация имплантируемых ионов гелия, но при этом образуются значительные концентрации вакансий. Рассмотрение зависимости скорости травления от концентрации вакансий в данной области показывает, что скорость травления практически линейно возрастает с увеличением концентрации вакансий до величины порядка 0,1 (в единицах дефект/атом). Это же позволяет предположить, что зависимость концентрации вакансий от дозы облучения близка к линейной до тех пор, пока концентрация не станет порядка 0,1.
Насыщение скорости травления позволяет предположить стабилизацию концентрации ионно-индуцированных дефектов, например, за счет их взаимодействий между собой, столкновений с замещением и других механизмов, приводящих к нейтрализации дефектов. Здесь перестает работать приближение неизменяющегося материала в процессе ионной имплантации.
При небольших дозах облучения, когда справедливо приближение неизменяющегося материала в процессе ионной имплантации, концентрация образующихся дефектов пропорциональна дозе. Таким образом, варьирование энергии ионов и дозы облучения позволяет управлять концентрацией и распределением дефектов, а вместе с этим и скоростью травления. В результате мы можем управлять формой структур получаемых после травления.
