Тема: Радиационные дефекты в тонких диэлектрических пленках, возникающие при облучении ионами гелия

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+).

Купить

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.

Купить