Исследование процессов локально-селективной обработки материалов и элементов электронной техники наноразмерным ионным пучком

Исследование процессов локально-селективной обработки материалов и элементов электронной техники наноразмерным ионным пучком

Автор: Савенко, Алексей Юрьевич

Шифр специальности: 05.27.06

Научная степень: Кандидатская

Год защиты: 2008

Место защиты: Санкт-Петербург

Количество страниц: 105 с. ил.

Артикул: 4231086

Автор: Савенко, Алексей Юрьевич

Стоимость: 250 руб.

Исследование процессов локально-селективной обработки материалов и элементов электронной техники наноразмерным ионным пучком  Исследование процессов локально-селективной обработки материалов и элементов электронной техники наноразмерным ионным пучком 

1.1 Описание комплекса остросфокусированного ионного пучка I 5
1.2 Развитие ионнолучевой технологии. Перспективные виды оборудования
1.3 Базовые операции препарирования микрообъектов
1.4 Выводы
Глава 2. Ионнолучевые процессы травления 2 и 3 микро и нанострукггур
2.1 Оптимизация технологических режимов для получения структур с требуемыми геометрическими параметрами
2.2 Постановка экспериментов по прецизионному травлению фокусированным ионным пучком
2.3 Определение минимального латерального разрешения формируемых структур
2.4 Зависимость аспектного отношения от режима травления
2.5 Определение коэффициента распыления
2.6 Особенности травления карбида кремния
2.7 Влияние ускоряющего напряжения на процесс травления
2.8 Зависимость коэффициента распыления от угла падения ионов
2.9 Модификация поверхности при обработке фокусированным ионным пучком
2. Выводы
Глава 3. Ионностимулированные процессы травления материалов
3.1 Ионностимулированное травление с использованием высокоселективной газовой химии
ВВЕДЕНИЕ
Эволюция конструктивнотехнологических решений в области разработки и создания элементной базы электронной техники характеризуется в настоящее время следующими тенденциями
переходом от микро к наноразмерам, стимулированным быстрым развитием сверхиитегрированных быстродействующих информационных систем и микроволновой электроники гигагерцового диапазона частот
активным использованием не только поверхности кристалла, но и третьего измерения, что связано с расширением рынка изделий микросистемной техники
внедрением в практику структур с полной диэлектрической изоляцией, а также нетрадиционных материалов электронной техники, например, карбида кремния Б1С, что связано с ужесточением требований к наджности и условиям эксплуатации электронной компонентной базы ЭКБ.
Данные тенденции определяют необходимость развития прецизионных гибких методов наноразмерной обработки материалов электронной техники для решения задач создания ЭКБ и ее исследования.
В качестве базовой технологии для решения вышеуказанных задач в настоящей работе выбрана наноразмерная ионнолучевая обработка материалов. В работе проведн комплекс исследований не только в области ионнолучевого травления, основанного на локальном ионном распылении материалов под действием остросфокусированного ионного пучка при высоких ускоряющих напряжениях, но и для реализации процессов локального избирательного травления и осаждения материалов с использованием активации остросфокусированным ионным пучком газовых реагентов, т.е. с помощью ионностимулированных химических реакций.
Характеризуя выбранную технологию, следует выделить следующие особенности ионного пучка как средства воздействия на вещество
возможность фокусировки ионного пучка в зонд с наноразмерными геометрическими параметрами, что наряду с малой длиной пробега ионов в тврдом теле, предопределяет возможность получения высокого пространственного разрешения
эффективное взаимодействие ионного пучка с веществом, находящимся не только в тврдом, но и в газообразном состоянии, благодаря чему могут быть реализованы стимулированные процессы травления и осаждения
возможность гибкого управления ионным зондом в пространстве и во времени, что определяет малые времена адаптации ионнолучевого
технологического комплекса для решения задач наноразмерной обработки по заданному геометрическому закону
возникновение при взаимодействии ионного пучка с веществом вторичных электронов и ионов, что определяет возможность наблюдения результата процесса обработки с высоким пространственным разрешением непосредственно в технологической камере в микроскопическом режиме с представлением информации в цифровой форме.
Ранее указанные особенности наноразмерных ионных пучков открывают новые возможности в достижении конечного результата по отношению к широкой гамме материалов электронной техники с обеспечением требуемых точностных параметров обработки и препарирования объектов микро и нанотехники. С учтом общих тенденций внедрения процессов создания нанообъектов, выбранное направление исследований в области наноразмерных ионнолучевых технологий следует считать весьма актуальным.
До настоящего времени аппаратуру для реализации процессов сверхпрецизионной ионнолучевой обработки можно отнести к уникальному оборудованию и на период начала реализации данной диссертационной работы практически отсутствовали системные исследования, позволяющие целенаправленно реализовать совокупность технологических операций с использованием остросфокусированного ионного пучка для решения следующих задач
изготовления 3 и 2 микро и наноразмерных объектов
свсрхлокального препарирования гомогенных и гетерогенных микро и наноразмерных объектов с целью анализа внутренней архитектуры и топологии
ремонта и реконструкции объектов микроэлектроники и микромеханики с целью обеспечения требуемых технических параметров при минимизации временных и экономических затрат.
Дополнительную актуальность данной работе придат и тот факт, что оборудование на основе так называемой ФИПтехнологии фокусированный ионный пучок, I i оказалось достаточно сильно востребованным при переходе к наноразмерным объектам и становится вс более доступным для научнопроизводственных и образовательных организаций.
В соответствии с потребностью развития данной технологии была поставлена цель работы исследование процессов взаимодействия
остросфокусированного ионного пучка с веществом при препарировании, формировании и модификации двумерных и трехмерных микро и наноразмерных объектов.
В диссертации решались следующие задачи.
1. Исследование процессов обработки материалов электронной техники кремния и карбида кремния остросфокусированным ионным пучком с целью формирования 2 и 3 областей с минимальными геометрическими размерами и максимальным аспектным отношением в условиях обеспечения малых времен адаптации аппаратуры для создания требуемых микро и наноразмерных объектов.
2. Исследование ионностимулированного химического травления кремния, карбида кремния, диоксида кремния, алюминия и углерода для достижения максимальной селективности процессов избирательного травления.
3. Исследование ионностимулированного химического локального осаждения но заданному топологическому закону слоев коммутации на основе платины и изоляции в виде оксидов кремния при обеспечении максимального пространственного разрешения и требуемых электрических характеристик конструктивных элементов микроприборов.
4. Разработка комплексных маршрутов на основе операций препарирования, диагностики работоспособности и прецизионного ремонта элементной базы интегральной электроники и микросистемной техники с использованием остросфокусированного ионного пучка в режимах локального и избирательного травления, а также локального осаждения вещества.
5. Разработка методик применения ионного пучка для изготовления наноразмерных 3 систем автоэмиссионных острий, зондов для атомносиловой микроскопии .
Использованная аппаратура и методы исследования.
Основной цикл технологических исследований проводился на установке остросфокусированного ионного пучка I 5 фирмы I. Изучение морфологии, структуры и состава поверхности после травления и осаждения материалов осуществлялось методами растровой электронной и ионной микроскопии, атомносиловой микроскопии, рентгеноспектралыюго микроанализа, дифракции быстрых электронов и эллипсометрии. При изучении характера воздействия ионного пучка на различные материалы электронной техники использовались результаты моделирования процессов рассеяния ионов в тврдом теле.
Научная новизна работы заключается в следующем
1. Разработана методика ионнолучевого формирования 2 и 3 микро и наноразмерных объектов, основанная на процессах прецизионного травления остросфокусированным ионным пучком в режимах достижения максимальной
пространственной разрешающей способности и высокого аспектного отношения.
2. Определены скорости травления и коэффициенты распыления кремния и карбида кремния сфокусированным ионным пучком в условиях различных плотностей токов с учтом геометрической формы и размеров изготавливаемых структур и возможности получения максимального аспектного отношения.
3. Определены скорости ионностимулированного химического травления ряда материалов кремния, карбида и оксида кремния, алюминия, углерода в условиях ионностимулированных химических процессов с участием различных реагентов йода, фторида ксенона, газообразных паров воды.
4. Определена зависимость скорости осаждения платины и оксида кремния от плотности ионного тока и от ускоряющего напряжения, выработаны рекомендации по оптимальным режимам осаждения для достижения высокой скорости процесса и пространственного разрешения.
Практическая значимость работы заключалась в следующем
1. Предложена и реализована методика прецизионного локального препарирования интегральных микросхем ИМС с помощью остросфокусированного ионного пучка, включающая рекомендации по обеспечению сверх локальности и избирательности травления отдельных материалов в составе многослойной композиции до 9 слоев коммутации.
2. Выполнен комплекс работ по восстановлению работоспособности ИМС с субмикронной топологической нормой 0, мкм с использованием операций локального ионнолучевого травления элементов коммутации и изоляции, с последующим локальным осаждением платины и диоксида кремния для внутренней перекоммутации и изоляции отдельных элементов токоразводки ИМС.
3. Разработан и реализован процесс формирования ЗИ наиоразмерных структур в виде матриц авгоэмиссионных острий на кремнии и карбиде кремния по результатам исследований был получен патент РФ 5 от и изготовлены образцы зондов АСМ с высоким аспектным отношением более 1 при радиусе острия зонда 0 нм.
4. На основе разработанных методик применения фокусированного ионного пучка подготовлена и реализована в учебном процессе СПбГЭТУ лабораторная работа по дисциплине Процессы микро и нанотехнологии для магистров, обучающихся по направлениям Электроника и микроэлектроника и Нанотехнологии.
5. Результаты диссертационной работы были использованы при выполнении НИР ЦМИД1 ШельфЦМИД, ЦМИД2 Скальпель,
3.2 Экспериментальное определение избирательности травления
с участием химических реагентов
3.3 Факторы, влияющие на эффективность ионностимулированных химических процессов
3.4 Применение селективного ионностимулированного травления с ХеР2
3.5 Применение селективного ионностимулированиого травления с
3.6 Ионное и ионностимулированное газовое декорирование
3.7 Выводы
Глава 4. Ионностимулированные процессы осаждения .материалов
4.1 Иопностимулированное локальное осаждение Р1
4.2 Ионностимулированное осаждение диэлектрика БЮХ
4.3 Исследование режимов осаждения Р1 и БЮх
4.4 Выводы
Глава 5. Практическое использование фокусированного ионного пучка нри препарировании и формировании микро и
наноразмерных объектов
5.1 Ионнолучевое препарирование кристаллов ИМС
5.2 Формирование контактных площадок для электрических зондовых измерений
5.3 Локальная ионнолучевая перекоммутация электрической
схемы СБИС
5.4 Формирование микро и нанообъектов
5.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература


Изучение морфологии, структуры и состава поверхности после травления и осаждения материалов осуществлялось методами растровой электронной и ионной микроскопии, атомносиловой микроскопии, рентгеноспектралыюго микроанализа, дифракции быстрых электронов и эллипсометрии. При изучении характера воздействия ионного пучка на различные материалы электронной техники использовались результаты моделирования процессов рассеяния ионов в тврдом теле. Определены скорости травления и коэффициенты распыления кремния и карбида кремния сфокусированным ионным пучком в условиях различных плотностей токов с учтом геометрической формы и размеров изготавливаемых структур и возможности получения максимального аспектного отношения. Определены скорости ионностимулированного химического травления ряда материалов кремния, карбида и оксида кремния, алюминия, углерода в условиях ионностимулированных химических процессов с участием различных реагентов йода, фторида ксенона, газообразных паров воды. Определена зависимость скорости осаждения платины и оксида кремния от плотности ионного тока и от ускоряющего напряжения, выработаны рекомендации по оптимальным режимам осаждения для достижения высокой скорости процесса и пространственного разрешения. Предложена и реализована методика прецизионного локального препарирования интегральных микросхем ИМС с помощью остросфокусированного ионного пучка, включающая рекомендации по обеспечению сверх локальности и избирательности травления отдельных материалов в составе многослойной композиции до 9 слоев коммутации. Выполнен комплекс работ по восстановлению работоспособности ИМС с субмикронной топологической нормой 0, мкм с использованием операций локального ионнолучевого травления элементов коммутации и изоляции, с последующим локальным осаждением платины и диоксида кремния для внутренней перекоммутации и изоляции отдельных элементов токоразводки ИМС. Разработан и реализован процесс формирования ЗИ наиоразмерных структур в виде матриц авгоэмиссионных острий на кремнии и карбиде кремния по результатам исследований был получен патент РФ 5 от и изготовлены образцы зондов АСМ с высоким аспектным отношением более 1 при радиусе острия зонда 0 нм. На основе разработанных методик применения фокусированного ионного пучка подготовлена и реализована в учебном процессе СПбГЭТУ лабораторная работа по дисциплине Процессы микро и нанотехнологии для магистров, обучающихся по направлениям Электроника и микроэлектроника и Нанотехнологии. Глава 4. Ионностимулированные процессы осаждения . Глава 5. ЦМИД6 АналитикаПВ, ЦМИД5 Эпитаксия и ОКР ЦМИД5 Зонд4, ЦМИД8 Зонд7, ЦМИД9 Зонд8, а также договоров на оказание услуг ЦМИД5, 7, 1, 3. Имеются акты, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы в НИИСИ РАН, ФТИ им. А.Ф. Иоффе, ОАО НИИ Г ириконд. При ионнолучевом травлении материалов наноразмерным сфокусированным ионным пучком латеральное пространственное разрешение определяется в первую очередь диаметром остросфокусированного ионного пучка, величина которого зависит от тока пучка и ускоряющего напряжения, а глубина обработки преимущественно определяется током х пучка и продолжительностью процесса травления таким образом, основным параметром оптимизации в достижении требуемого пространственного разрешения и аспектного отношения при ионнолучевом наноразмерном травлении является ток ионного пучка. При ионносгимулированном химическом травлении скорость процесса травления различных материалов определяется выбором активируемого химического агента и плотностью тока ионного пучка, а обеспечение требуемой селективности травления достигается выбором оптимального значения плотности тока при определнных ускоряющих напряжениях. При ионностимулированном осаждении материалов определяющим фактором в обеспечении скорости процесса является плотность тока ионного пучка, оптимальное значение которой устанавливается, исходя из соотношения скоростей процессов осаждения и перераспыления осаждаемого материала, а локальность процесса осаждения, т. Апробация результатов работы.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.173, запросов: 229