Физико-технические принципы построения, разработка и применение высокоэнергетичных ионных имплантеров

• Автор: Авдиенко, Александр Андреевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 322 с. : ил.

1.1. Тенденции, перспективы развития и применения оборудования ИИ

1.1.1. Ионно лучевая модификация материалов.

1.1.2. Ионнолучевая литография.

1.1.3. Ионная имплантация в проблеме КНИ

1.2. Установки ионнолучевой обработки

1.2.1. Основные характеристики

1.2.2. Ускоритель ионов.

1.2.3. Примная камера

1.2.4. Выход годных критерий качества оборудования

ГЛАВА 2. ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ УСКОРИТЕЛЯ

2.1. Электрическая прочность вакуумного межэлектродного зазора

2.1.1. Элементарные процессы разрушения электродов
2.1.2. Распределение плотности эмиссионного тока на аноде
2.1.3. Условие локального взрыва анода.
2.2. Электрическая прочность изоляторов в вакууме
2.2.1. Предпробойные явления
2.2.2. Пробивное напряжение
2.2.3. Пробивное напряжение изоляторов сложной формы.
2.2.4. Влияние внешних воздействий на пробой по поверхности
2.2.5. Количественные модели пробоя по поверхности.
2.3. Внешняя высоковольтная изоляция
ГЛАВА 3. ГЕНЕРАЦИЯ, ФОРМИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОННОГО ПУЧКА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИОННОЛУЧЕВЫХ УСТАНОВКАХ
3.1. Ионные источники
3.1.1. Физические процессы в газоразрядных источниках ионов
3.1.2. Выбор катода ионного источника
З.1.З Ионный источник типа Пигатрон.
3.1.4. Сильноточный источник протонов
3.2. Экстракция и сепарирование ионного пучка
3.2.1. Особенности экстракции ионов из газоразрядных источников.
3.2.2. Разделение ионов по массам.
3.3. Ускоряющая структура высоковольтного имплантера
3.3.1. Основные принципы построения.
3.3.2. Оптика ускорительных трубок
3.3.3. Конструкции высокоградиентных ускорительных трубок
3.4. Система высоковольтного питания
3.4.1. Высоковольтный выпрямитель
3.4.2. Передача мощности в высоковольтный терминал.
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ И ПОДДЕРЖКА ПРОЦЕССА ИМПЛАНТАЦИИ
4.1. Приемная камера
4.1.1. Однородность легирования по пластине
4.1.2. Температурный режим обработки.
4.1.3. Производительность
4.2. Управление имплантером и контроль технологического
процесса.
ГЛАВА 5. УСТАНОВКИ ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СЕРИЙ ПРИЗ И ВИТУС
5.1. Имплантеры серии ПРИЗ
5.1.1. Экспериментальная установка ПРИЗ0
5.1.2. Ионнолучевая установка ПРИЗ0
5.1.3. Ионнолучевая установка имплантации ионов водорода ПРИЗ
5.1.3.1. Структура и компоновка
5.1.3.2. Стойка питания и управления
5.1.3.3. Система управления и контроля
5.2. Высокоэнергетическая технологическая установка ВИТУС .
5.2.1. Описание конструкции установки
5.2.2. Система управления
5.2.3. Программное обеспечение.
5.2.4. Исследование предельных характеристик установки
5.3. Перспективные модульные установки.
5.3.1. Основные технические данные и характеристики установки ионного легирования ВИТУС1,5
5.3.2. Малогабаритный аналитический комплекс ионный микроанализатор .
5.3.3. Сильноточный имплантер ВИТУС0,
5.4. Физический проект установки ионнолучевой литографии Ореол
5.4.1. Постановка задачи.
5.4.2. Энергомасссепаратор
5.4.3. Выбор варианта ионнооптической колонны.
5.4.4. Система высоковольтного питания.
5.4.5. Экстракторколлиматор
5.4.6. Проекционная система.
ГЛАВА 6. НАПРАВЛЕННОЕ ИЗМЕНЕНИЕ СЛУЖЕБНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ
6.1. Обработка полупроводниковых материалов на ц имплантерах ПРИЗ И ВИТУС
6.1.1. Формирование оптических волноводов в арсениде галлия .
6.1.2. Протонностимулированная диффузия.
6.1.3. Селективное травление, облученных протонами полупроводниковых материалов.
6.1.4. Внедрение технологии протонной изоляции в техпроцесс изготовления серийно выпускаемых приборов
6.1.5. Высокоэнергетичная имплантация в кремний
6.2. Формирование микроизображений методом ионнолучевой проекционной литографии
ф 6.2.1. Выбор сорта ионов для ионнолучевой литографии
6.2.2. Термомеханическая стабильность масок
6.2.3. Получение субмикронных элементов изображения методом ионнолучевой литографии.
6.3. Упрочнение поверхности конструкционных металлов и сплавов
6.3.1. Методика ионнолучевой обработки
6.3.2. Ионнолучевое борирование
ф 6.3.3. Влияние элементного состава пучка на упрочнение.
6.3.4. Ионнолучевое смешивание и трибологические характеристики.
6.3.5. Кристаллохимический анализ
6.3.6. Качественная модель износа при сухом трении.
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ


Смена источника ионов требует в большинстве установок от 0,5 до 2х часов, что снижает производительность имплантеров в целом. Совершенствование ионных источников идет по пути замены накаливаемого источника электронов на источники с полым или плазменным катодом. В последнее время некоторое распространение для сильноточных имплантеров получили источники с электронноциклотронным резонансом, токи которых достигают мА. Широкому распространению этих источников препятствует сложная система питания и управления, а также сложная конструкция. Другая проблема ионных источников выбор рабочего вещества. Применяемые сложные вещества, такие как ВБ3, галогениды металлов, арсин, фосфин и т. Совершенствование ионных источников в этом направлении идет по пути использования в качестве рабочего вещества продуктов распыления, испарения или возгонки элементарного вещества. Поток ионов, сгенерированный, сформированный и ускоренный до требуемой энергии, транспортируется и направляется на объект обработки. Объектом обработки при производстве приборов микроэлектроники является пластина подложка из полупроводникового материала чистая создание структур КНИ, с нанесенным фоторезистом ионная литография, с топологическим маскирующим слоем собственно ионное легирование. Во всех случаях обработки подложка должна быть подана в область обработки и закреплена в определенном положении относительно пучка ионов. В области обработки должен быть обеспечен вакуум не хуже 5. Па. Пластины могут быть обработаны поштучно, либо сразу партией групповая обработка. Применяются три способа сканирования поверхности пластин двухкоординатная электромагнитная развертка ионного луча растровое сканирование механическое перемещение пластины по одной координате и развертка луча по другой гибридное и двойное механическое. Двойное механическое сканирование применяется в виде быстро вращающегося диска с закрепленными на нем пластинами и медленного перемещения центра диска относительно луча. Окончание процесса набора дозы определяется путем интегрирования тока, попавшего на пластины. Точность набора дозы должна быть не хуже 0, . Точность измерения тока пучка, определяющая точность набора дозы, должна быть не хуже 0,5 . В условиях взаимодействия ионов с поверхностью объекта обработки такая точность достигается путем подавления тока вторичных кинетических электронов на стенки камеры, в которой ведется обработка, и любые другие элементы, находящиеся под нулевым потенциалом. При работе с плохо проводящими объектами, а также при легировании изолированных элементов приборов микроэлектроники или работе на КНИ структурах происходит заряжение элементов до высокого потенциала с последующим электрическим пробоем и разрушением элементов микросхемы или материала. Для компенсации возникающих поверхностных зарядов применяются источники низкоэнергетических электронов. Такие электроны получают в виде вторичных электронов на динодной структуре, либо в плазме газового разряда. Низкоэнергетические электроны захватываются положительным пространственным зарядом ионного пучка и компенсируют его. Степень компенсации регулируется величиной первичного тока при динодном размножении или величиной тока разряда в газоразрядном варианте. В процессе легирования вся мощность, переносимая потоком ионов, выделяется в объекте обработки, нагревая его. Для различных технологических процессов допускается различная температура объекта. Так процесс IX проводится при температуре С, процесс при 0С, при ионном легировании по фоторезистивной маске температура не должна превышать 0С, а при ионнолучевой литографии нагрев подложки вообще недопустим более, чем на С. Таким образом, устройство, на котором закреплены пластины, должно обеспечивать требуемый температурный режим обработки. При поштучной обработке применяется передача тепла от пластины к охлаждаемому столику газом при давлении Па. При групповой обработке на диске пластины укладываются на наклоненные к оси вращения пьедесталы, покрытые эластомером с повышенной теплопроводностью. Прижим пластин к эластомеру обеспечивается центробежной силой при быстром вращении диска.