автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка неразрушающих методов контроля ионно-плазменных процессов формирования тонкопленочных структур и элементов оборудования для создания устройств электронной техники

На правах рукописи

СИМАКИН СЕРГЕЙ БОРИСОВИЧ

РАЗРАБОТКА НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР И ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.27.06 - «Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва, 2009

003463326

Работа выполнена в ФГУП «НИИВТ им. С.А. Векшинского» г. Москва и в Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов»

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кузнецов Геннадий Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Панфилов Юрий Васильевич

доктор технических наук, с.н.с. Киреев Валерий Юрьевич

доктор технических наук, профессор Мурашев Виктор Николаевич

Ведущая организация:

Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН

Защита состоится «26 » марта 2009 г. в часов на заседании диссертационного Совета Д 212.132.06 в Государственном технологическом университете « Московский институте стали и сплавов»

Адрес института: 119049, Москва, Крымский вал, д.З., ауд. 421

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ГТУ «МИСиС» Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета доктор физико-математических наук,

профессор В.В. Герасышн

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бурное развитие микроэлектроники, а в последние годы и наноэлектроники, потребовало разработки новых технологических процессов. Микроминиатюризация, высокая степень интеграции, возрастание числа и уменьшение размеров отдельных элементов электронных устройств неизбежно приводит к совершенствованию тонкопленочной технологии.

Важнейшими операциями в технологии производства БИС и СБИС являются процессы формирования микро- и наноразмерных слоев и гетерокомпози-ций, травление и создание топологического рисунка.

Широкое применение для создания тонкопленочных устройств находят ионно-плазменные методы обработки, в том числе ионно-лучевое и реактивное ионно-лучевое травление (ИЛТ и РИЛТ), а также нанесение плёнок материалов ионно-лучевым и реактивным ионно-лучевым распылением (ИЛР и РИЛР).

Актуальной является проблема автоматизации ионно-плазменных процессов, которая не может быть решена без создания достаточно простых, точных и надежных методов контроля и управления. Проводимые в настоящее время исследования направлены на поиск и изучение физических явлений, на основе использования которых могут быть разработаны методики контроля состояния поверхности объектов обработки, устройства и оборудование для управления технологическими процессами формирования и травления тонких, сверхтонких и многослойных гетероструктур.

В процессе ионно-плазменной обработки необходимо иметь информацию о начальных стадиях зарождения пленки, образовании сплошного слоя, о составе растущего слоя, а в случае травления - о переходе от одного слоя к другому и об окончании процесса.

Анализ физических явлений, возникающих в твердом теле при ионном и электронном воздействии на поверхность, позволяет заключить, что наиболее предпочтительным для отмеченных целей является использование эффектов, свойственных самим процессам. К числу таких эффектов относится ионно-электронная, электрон-электронная эмиссия и ионно-индуцированный ток, возникающий в пленочных структурах при воздействии на них низкоэнергетических заряженных частиц.

Методы контроля ионно-плазменных процессов, основанные на анализе ионно-индуцированных и эмиссионных токов в процессе обработки, представляют научный и практический интерес. Они наиболее адаптивны к изменяющимся условиям обработки и составу материалов структур.

Практическое применение этих методов представляется перспективным вследствие использования ионных и электронных пучков в качестве инструмента как для обработки поверхности, так и для контроля состояния поверхности в процессе обработки. Применение отмеченных эффектов дает возможность разработать оперативные (in situ) неразрушающие методы контроля. Кроме того, это позволит разработать адаптивно-управляемую технологию создания тонкопленочных электронных устройств.

В настоящее время отсутствует системный подход к изучению и использованию отмеченных эффектов ионного и электронного воздействия на поверхность обрабатываемого материала. Цель и основные задачи работы.

Цель работы состояла в исследовании и применении электрофизических эффектов низкоэнергетического воздействия ионов и электронов для эффективного управления процессами вакуумного ионно-плазменного травления и осаждения тонких пленок и гетероструктур на основе полупроводников, диэлектриков и металлов и разработке элементов технологического оборудования.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обобщить и проанализировать электрофизические эффекты, сопровождающие электронную и ионную бомбардировку тонкопленочных структур на основе металлов, полупроводников и диэлектриков;

- создать экспериментальное оборудование и разработать методики измерений ионно-индуцированных токов и токов вторичных электронов в процессе элионной обработки тонкопленочных гетероструктур;

- исследовать закономерности изменения ионно-индуцированных токов и токов вторичных электронов в процессах ИЛТ и РИЛТ гетероструктур, ионной очистки поверхности подложек, формирования методами ИЛР и РИЛР тонкопленочных композиций и обработки структур электронной бомбардировкой;

- построить феноменологические модели возникновения и эволюции ионно-индуцированных токов и токов вторичных электронов в процессе ионно-лучевой обработки гетероструктур;

- разработать концепцию построения алгоритмического обеспечения системы управления технологическим процессом на базе адаптивных математических моделей;

- разработать методики высокоточного определения момента окончания процессов ионно-плазменной обработки, исключающих негативное воздействие потоков ионов на подложку в процессах ИЛТ и нанесения пленок заданной толщины в процессах ИЛР;

- создать и внедрить в серийное производство специальное вакуумное оборудование, оснащенное современными устройствами ионно-плазменной обработки и системами контроля технологических параметров, позволяющее реализовать адаптивно управляемые технологические процессы производства изделий электронной техники.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовались современные методы экспериментальных исследований, в том числе Оже-спектроскопии, ВИМС, рентгеноструктурного анализа и сканирующей зондовой микроскопии. Использовались методы математического и физического моделирования, системного анализа и компьютерной обработки расчетных и экспериментальных зависимостей.

Научная новизна работы.

Впервые установлены закономерности проявления электрофизических эффектов: возникновение ионно-индуцированных токов и электронной эмиссии при низкоэнергетическом воздействии ионов (до 5 кэВ) и электронов (до 0,9

4

кэВ) на поверхность обрабатываемых материалов: металлов, полупроводников, диэлектриков.

Впервые экспериментально показана возможность использования возникающих электрофизических эффектов для неразрушающего и оперативного контроля состояния обрабатываемой ионами и электронами поверхности в процессе травления и осаждения микро- и наноразмерных пленок и гетероструктур на их основе.

Установлены закономерности немонотонного изменения ионно-индуцированного тока в приповерхностных слоях металлов, полупроводников и диэлектриков в пределах ЮСКЗОО нм при бомбардировке тонкопленочных материалов ионами с энергией до 5 кэВ, позволившие непрерывно контролировать процессы ионно-лучевого травления и осаждения. Показано, что изменения ион-но-индуцированного тока связаны со свойствами материала пленок, их толщиной, видом бомбардирующих ионов, их энергией и плотностью тока.

Показано, что интегральный сигнал вторичных электронов при ионно-лучевом травлении тонкопленочных гетерокомпозиций позволяет фиксировать изменение состава и состояния поверхности непосредственно в процессе ионной обработки. Теоретические и экспериментальные результаты по кинетической ионно-электронной эмиссии с поверхности металлов и полупроводников удовлетворительно согласуются друг с другом.

Установлено, что при воздействии электронов низкой энергии (до 0,9 кэВ) на поверхность твердого тела с увеличением энергии интенсивность рассеяния электронов многокомпонентных мишеней носит ступенчатый характер, связанный с механизмом резонансной эмиссии.

Предложена феноменологическая модель возникновения и эволюции ион-но-индуцированной проводимости и ионно-электронной эмиссии в процессе ионно-лучевого травления пленочных структур, учитывающая влияние сильных электрических полей и изменение коэффициента ионно-электронной эмиссии при переходе от одного слоя к другому.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

1. Разработаны методики измерения ионно-индуцированных токов и токов вторичных электронов в пленочных структурах в процессе обработки, позволяющие фиксировать момент окончания процессов ИЛТ гетероструктур диэлектрик - полупроводник (металл), диэлектрик - диэлектрик - полупроводник, металл - металл с относительной погрешностью ± 1+2 %.

2. Разработана новая методика определения толщины диэлектриков до 500 нм с точностью не хуже ± 5 нм по изменению ионно-индуцированного тока и тока вторичных электронов в процессе формирования пленок ионно-лучевым и реактивным ионно-лучевым распылением.

3. Созданы экспериментальные вакуумные многофункциональные установки с ионно-лучевыми устройствами и системой оперативного контроля для реализации управляемых процессов ИЛТ, РИЛТ и нанесения пленок материалов ИЛР, РИЛР с использованием в качестве информационного сигнала ионно-индуцированного тока и тока вторичных электронов.

4. Созданы устройства контроля и управления процессами ИЛТ и нанесения пленочных структур, позволяющие фиксировать момент окончания процесса обработки с относительной погрешностью не более ±3 %.

5

5. Разработана методика контроля состава поверхности пленочных гетерост-руктур путем регистрации интегрального сигнала электронной эмиссии при ионно-лучевом травлении, позволяющая в едином технологическом процессе безинерционно определять все стадии процесса травления: счистка поверхности, травление, переход травления от одного слоя к другому, окончание процесса травления, а также устанавливать изменение концентрации примесей, например, в пределах 2+4 ат.% водорода в a-Si:H, 3+5 ат.%, мышьяка в GaAs.

6. Разработаны аппаратура и система регистрации сигнала вторичных электронов, обеспечивающие увеличение практически в 2 раза его интенсивность в процессе ионно-лучевого травления и формирования тонкопленочных гетерокомпозиций.

7. Разработан способ контроля отклонения от заданного состава многокомпонентных пленок, содержащих кремний, основанный на анализе электрон-электронной эмиссии в процессе их формирования, позволяющий повысить воспроизводимость состава и свойств получаемых резистивных и диэлектрических пленок. Воспроизводимость состава резистивных пленок на основе сплава PC - 3710 составила по содержанию Si - 95 %, по содержанию Сг - 90 %, воспроизводимость свойств при этом находится в пределах Др/р -1+15 %, AR/R- 0,5+1 %, ДЕ/ео- 1+1,5 %.

8. Разработан способ поддержания и управления давлением плазмообразую-щего газа в процессе ионно-лучевой обработки тонкопленочных гетерокомпозиций, обеспечивающий высокую (до 95 %) воспроизводимость измерений интегрального сигнала вторичной электронной эмиссии и ионно-индуцированного тока.

9. Разработан и создан ряд высокоэффективных распылительных устройств и многофункциональных вакуумных установок для ионного синтеза и обработки многокомпонентных пленок.

10. Полученные экспериментальные и теоретические результаты использованы в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по направлению «Электроника и микроэлектроника» при подготовке магистров по профилю «Процессы микро- и нанотехнологии» и инженеров по специальности «Микроэлектроника и твердотельная электроника» в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете).

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Использование эффектов низкоэнергетического (до 5 кэВ) ионного воздействия на поверхность в процессе вакуумного ионно-плазменного формирования и травления тонких пленок металлов, полупроводников и диэлектриков и гетерокомпозиций на их основе (индуцированные токи, эмиссия электронов, распыление и активирование гетерогенных реакций) позволяет с высокой эффективностью управлять их химическим и фазовым составами, атомной структурой и электрофизическими свойствами.

2. Регистрация ионно-индуцированного тока в тонкопленочных гетерокомпо-зициях в процессе их ионно-плазменной обработки обеспечивает возможность использования его в качестве информационного сигнала для эффек-

тивного управления процессами очистки поверхности, определения продолжительности и окончания травления и нанесения тонких пленок.

3. Вторичная электронная эмиссия в процессе ионно-лучевой обработки поверхности слоистых материалов позволяет не только фиксировать все стадии процесса: очистка, момент окончания травления, включая переход травления от одного слоя к другому, но и изменение химического состава приповерхностной области при практически любой толщине слоев, применяемых в микро- и наноэлектронике.

4. Применение адаптивно-управляемых процессов на основе интеллектуальных систем управления позволяет обеспечить одновременный контроль нескольких технологических параметров, повысить разрешающую способность методов контроля, производительность, точность, быстродействие вакуумного ионно-плазменного оборудования.

5. Разработанные методики регистрации ионно-индуцированного тока и электронной эмиссии позволяют с высокой точностью определять момент окончания процессов ионно-плазменной обработки тонкопленочных гете-рокомпозиций.

6. Разработанные элементы и устройства технологического вакуумного оборудования с непрерывным контролем состояния обрабатываемой поверхности позволяют реализовать адаптивно-управляемые ионно-плазменные процессы нанесения и травления микро- и наноразмерных гетерокомпози-ций из металлов, полупроводников и диэлектриков с повышенной эффективностью.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: I Международной конференции «Интеллектуальные системы» (Махачкала, Россия, 1994), I и II Международном конгрессе «Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего» (Тюмень, Россия, 1996, 1997), Международном научно-техническом семинаре «На-пылительная техника» (Москва, Россия, 2002), V Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» (Алушта, Украина, 2003), III и IV Международной конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе (Москва, Россия, 2003, 2004), III Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, Россия, 2003), Международной конференции «Термоэлектрики» (Санкт-Петербург, Россия, 2004), 7 International Symposium «Nanostructures», (Прага, Чехия, 2005), IV Российско-японском семинаре «Перспективные технологии и оборудование для материаловедения, микро- и нано-электроники» (Астрахань -АГУ, Россия, 2006), II Международной конференции «Перспективные технологии производства радиоэлектронных блоков на печатных платах» ( Москва, Россия, 2007), Международном семинаре «Вакуумная техника и технология» (Санкт-Петербург, Россия, 2007), 28~м заседании постоянно действующего научно-технического семинара: «Электровакуумная техника и технология», (Москва, Россия, 2007), IV Международной конференции «Микро- и нано-электроника» (Звенигород, Россия, 2007), Международной конференции «Квантовая информатика» (Звенигород, Россия, 2007), XIV Международной конференции

7

«Вакуумная наука и техника» (Сочи, Россия, 2007), III Международной научно-технической конференции «Вакуумная техника, материалы и технология» (Москва, Россия, 2008), XVIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика» (Нижний-Новгород, Россия, 2008). Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 52 работы в отечественной и зарубежной научной печати, в том числе 10 в изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации основных результатов на соискание ученой степени доктора наук. Получено 7 авторских свидетельств. Личный вклад автора.

Автором лично определена идеология всей работы, сформулирована цель и задачи работы, осуществлена постановка теоретических и экспериментальных исследований и их практическая реализация, проведено обобщение представленных в диссертации результатов. Отдельные результаты работы получены, опубликованы в печати, в соавторстве с сотрудниками МГИСиС, ФГУП «НИИВТ им. С.А. Векшинского», МГТУ им. Н.Э. Баумана. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы из 206 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 382 страниц текста, включая 124 рисунка и 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, представлена апробация работы.

Первая глава посвящена анализу литературных данных по известным методам и способам контроля процессов ионно-плазменной обработки материалов электронной техники (полупроводников, металлов, диэлектриков). Основное внимание уделено возможным методам контроля процессов с использованием оптических эффектов, масс-спектрометрии и электрических сигналов, возникающих в обрабатываемых структурах. Обсуждаются проблемы контроля состояния обрабатываемой поверхности, скорости и равномерности ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок, определения момента окончания обработки.

В соответствии с целью работы рассмотрены физические основы и характеристики многочисленных способов вакуумной ионно-плазменной обработки. Обсуждаются основные эффекты, сопровождающие ионно-плазменную обработку. Основу ионно-плазменной обработки составляет, прежде всего, воздействие на материалы энергетически активных и неактивных частиц плазы. К этим явлениям относятся: ионизация атомов и молекул, физическое распыление, упругие и неупругие столкновения ионов с ядрами и электронами, химические реакции в плазме и на поверхности, отражение ионов, эмиссия с поверхности вто-

ричных частиц, процессы нейтрализации ионов, изменение зарядового состояния поверхности обрабатываемого материала.

Важной особенностью ионно-плазменных процессов является то, что в результате обмена зарядами между бомбардирующими ионами и атомами поверхности и вторичной ионно-электронной эмиссии, непосредственно на поверхности обрабатываемых подложек возникает положительный электрический потенциал, изменяющийся в процессе обработки. Изменение этого наведенного в процессе обработки потенциала обусловливает возникновение и изменение величины тока, протекающего через обрабатываемую структуру с ее поверхности на землю. Этот ток получил название ионно-индуцированного тока (ИИТ). Появление и изменение ИИТ может быть связано с изменением величины вторичной ионно-электронной эмиссии с поверхности обрабатываемого материала и увеличением электропроводимости цепи обрабатываемая поверхность диэлектрика - «земля». Изменение тока, индуцированного бомбардирующими ионами в обрабатываемых структурах, может быть использовано в качестве источника информации о состоянии поверхности объекта обработки при контроле и управлении ионно-плазменными процессами.

Анализ существующих методов получения информации о динамике ионно-плазменных процессов показал, что большинство из них либо неприменимы для управления ионно-плазменными процессами, либо применение их связано со значительными техническими трудностями.

Существующие технологические установки ионного и ионно-лучевого травления и нанесения тонкопленочных структур в большинстве случаев не оснащены устройствами регистрации момента окончания процесса удаления пленки с подложки или процесса нанесения требуемой толщины. Процессы проводятся по времени, которое определяется экспериментально перед проведением типовых процессов ионно-плазменной обработки. Результатом такого подхода к определению режимов технологического процесса становится их невоспроизводимость. Это связано с нестабильностью работы ионно-плазменных устройств, систем напуска рабочих газов, блоков питания, неравномерностью обработки по площади подложек, что приводит к недотравливанию или к перетравливанию структур или к неравномерности наносимых пленок.

Представляется, что наибольший практический интерес для контроля и управления процессами ИЛТ, РИЛТ, ИЛН и РИЛН является измерение и анализ ИИТ и тока вторичной ионно-электронной эмиссии (ВИЭЭ).

Одним из основных достоинств такого контроля является то, что ионный пучок, используемый при осуществлении, например, процесса ИЛТ, является одновременно и средством, обеспечивающим контроль поверхности обрабатываемого объекта. Для эффективного применения данных методов контроля и управления процессами ионно-лучевой обработки структур, практически используемых в производстве ИС, необходимо проведение экспериментальных исследований и их анализ для установления физической природы явлений, определяющих величины ИИТ и ВИЭЭ в зависимости от состояния поверхности.

Во второй главе выбраны объекты исследования и рассматриваются полученные зависимости изменения ионно-индуцированного тока в многослойных пленочных гетероструктурах в процессе ионно-лучевого и реактивного ионно-лучевого травления и нанесения слоев, включая методику регистрации ИИТ.

9

В качестве объектов при исследовании закономерностей изменения ион-но-индуцированного гока в процессах ионно-плазменной обработки выбраны наиболее типичные для создания по планарной технологии изготовления ИС и СБИС пленочные структуры: диэлектрик-полупроводник, диэлектрик-металл, диэлектрик - диэлектрик, металл - металл, металл - диэлектрик - полупроводник (табл.1).

Для проведения экспериментальных работ в качестве базовой выбрана специально спроектированная установка, оснащенная безмасляными средствами высоковакуумной откачки (рис.1).

Рис. 1. Базовая экспериментальная установка: а - внешний вид базовой экспериментальной установки; б - состав экспериментальной установки:

1- стойка питания и управления; 2 - СНА-1; 3,6 - вакуумметры; 4 - вакуумметр ВМБ-14; 5 - блок БР-4; 7 - блок управления вакуумной системой; 8 - форвакуумный насос; 9 - ловушка сорбционная; 10-клапан КВУМ-40Л; 11 - стойка вакуумная; 12 - масс-спектрометр Micro Vision Plus; 13- камера вакуумная; 14 - электронно-лучевая пушка; 15,16 - датчики вакуума; 17 -натекагель СНА-1; 18 - источник ионов

Конструкция вакуумной технологической камеры позволила одновременно пристыковывать к технологическому объему масс-спектрометр Micro Vision Plus, электронно-лучевую пушку, источники ионов, датчики и зонды для исследования состояния плазмы. Геометрия основного порта технологической камеры обеспечила пристыковку источников ионов различной конструкции, в разработке которых принимал участие автор.

Измерения ИИТ проводились при обработке подложек, размещенных на подложкодержателе - медном диске диаметром 76 мм, изолированном от «земли». Замыкание его на «землю» осуществлялось через измерительные приборы. На рис. 2 приведена схема измерительной системы для определения ИИТ (/,.,.) и статического потенциала^, наводимого на поверхность обрабатываемых структур при ионной бомбардировке.

Поток ионов из источника ионов направлялся на подложкодержатель с обрабатываемыми структурами. Предварительные исследования показали, что диапазон фиксируемых в процессе экспериментов токов меняется в пределах 5-

ти порядков величины. Для удобства контроля изменения ионно-индуцированного тока в процессах травления и нанесения пленок в схему включен разработанный автоматический переключатель диапазонов, позволяющий непрерывно фиксировать изменение тока /„в диапазонах до: 10 мкА, 100 мкА, 1 мА, 10 мА, 100 мА. Регистрация измеряемого тока проводилась самопишущим потенциометром. Переключатель Я, позволял проводить независимые измерения тока /,, и потенциала ип. Во избежание утечек при измерениях потенциала использовались электростатические вольтметры, имеющие большое входное сопротивление =1014-Н016 Ом).

Таблица 1

Объекты исследования

Исследуемые структуры, материалы Состав структур Способ формирования

диэлектрик - полупроводник SiOr-Si; ShNf-Si; AIN-Si; BN-Si; AhOj-Si ИЛР, РИЛР, термическое окисление

диэлектрик - металл SiOr-Al (NiFe, W, Mo, Ti, Ta); A12Oj-A1; Ta2Or~ Ta; Cu30-Cu ИЛР, РИЛР

диэлектрик - диэлектрик - полупроводник 5101-AhOs-Si; 5102-Si3Nr-Si; SÍO2- AIN-Si ИЛР, РИЛР

металл - диэлектрик-полупроводник Ta-SiOr-Si; Mo-SiO^Si; W-Si02-Si; Al-SiOr-Si ИЛР, РИЛР

металл - металл (полупроводник; углерод) Ni- W; Ni-Cu; Ni-Si; Al-Si; C-W ИЛР, ионно-плазменное осаждение, магнетрон-ное распыление

нитриды металлов, карбиды кремния NbN-GaAs; ZrN-GaAs; WNX - GaAs; (SiC^/AlNJ

резистивные сплавы PC3107; PC5406H магнетронное распыление

металлы Al; Ti; V; Cr; Mo; Ta; W; Cu; Al-V-LiNb03 магнетронное распыление, ИЛР

} ,П1

^ср сги гз^

Рис, 2. Схема измерений 1а и и„ на подложке в процессе ионной бомбардировки: 1 - источник ионов; 2 - подложкодержатель с экспериментальным

образцом; 3 - измеритель тока; 4 - переключатель диапазона измеряемых токов; 5 - измеритель напряжения

Специальная методика измерений разработана для установления зависимости ИИТ от времени при травлении структур металл - металл. Необходимость этого вызвана тем, что в процессе травления таких структур скачкообразное изменение измеряемого тока 1а имеет малую величину.

Скачок тока оказывается соизмеримым с уровнем шумов, возникающих при измерениях. Вследствие этого точность фиксации стравливания одного металла на другом оказывается невысокой. Источником возникающих при измерениях шумов являются электрические колебания в плазме, создаваемой в источнике ионов, и нестабильность потока рабочего газа, что создает нестабильность плотности потока ионов. Сущность разработанной методики компенсации заключается в сведении в один узел ионно-индуцированного тока /.. и анодного тока источника ионов с помощью которого осуществляется бомбардировка исследуемой пленочной структуры, Схема реализации подобной методики измерений представлена на рнс. 3.

Рис. 3. Схема компенсационного метода измерений ионно-индуцированного тока при тралении пленочных структур металл - металл: 1 - технологическая камера; 2 - источник ионов; 3 - блок питания источника ионов; 4-подложкодержатель; 5 - пленочная структура; 6 - измерительный прибор; 7 и 8 - резисторы

Данная схема и методика могут быть использованы для контроля ИИТ при ИЛТ и РИЛТ объектов, имеющих малую площадь относительно всей обрабатываемой площади поверхности подложки. Суммарная площадь локальных участков протравленных структур может составлять 0,01 % общей площади подложки. Эта методика также может быть использована для фиксирования момента окончания процесса при групповой обработки подложек, размещенных на под-ложкодержателе большой площади.

При контроле процесса травления структуры металл - металл сопротивле-ниеЛ, при заданном сопротивлении рассчитывалось по формуле:

__я,[\-к,кг(\+г) I т --' 0)

где кг - постоянная, равная отношению площади поверхности обрабатываемой подложки к площади подложкодержателя; у - коэффициент вторичной ионно-электронной эмиссии с поверхности пленки металла, подвергаемой обработке.

В технологии производства ИС и СБИС одной из основных и часто повторяющейся технологических операций является операция полного стравливания диэлектрика до дна окна, т.е. до поверхности проводящей пленки или полупроводниковой подложки.

На рис. 4 представлена типичная зависимость измеряемого ИИТ от времени травления пленки диоксида кремния толщиной 500 нм со всей поверхности кремниевой подложки диаметром 76 мм пучком ионов аргона {Аг*) со средней энергией £,=300 эВ. Плотность тока (у) ионов в течение всего процесса поддерживалась на постоянном уровне порядка 0,7 мА/см2, неравномерность травления по пластине не превышала 2 + 3 %.

С момента начала ионной обработки появляется и растет со временем измеряемый ток /,, . Возрастание тока /„(/) происходит одновременно с уменьшением толщины пленки диэлектрика по мере ее стравливания с постоянной скоростью 0,5 нм/с. При уменьшении толщины пленки ток возрастает до максимального значения при толщине порядка 75 нм (точка А) и затем немного уменьшается при полном стравливании пленки.

Рис. 4. Типичная зависимость тока /„ и толщины й от времени травления пленки диоксида кремния на кремнии пучком ионов аргона

Наблюдаемые различия в форме кривых на завершающем этапе травления, по-видимому, определяются условиями получения пленок, степенью разупоря-доченности структуры и неоднородности оксидных пленок в слоях, расположенных вблизи границы раздела пленка - подложка. Обнаружено, что вид материала подложки (подслоя) оказывает влияние на ход изменения и относительную величину "всплеска" ИИТ Д 1и.

Из данных рис. 5 следует, что моменты выхода кривых /„(/) на насыщение для различных диэлектриков не совпадают. Это связано с тем, что скорости их травления различаются. Следует отметить, что качественно вид кривых не изменяется при травлении ионами аргона полимерных пленок типа фоторезиста А2-

1в.м А

О 1 23 456789 10

13501

Для практических приложений оказывается важным, что характер зависимости /„(/) не меняется в процессе РИЛТ пленок диэлектриков, например 8Юг, ионами реактивных газов 02,СЕНа рис. 6 представлены зависимости величины

Рис. 5. Изменение тока 1„ в процессе травления аргоном диэлектрических пленок различного химического состава на кремнии: \-AlN-, 2 - 3 - А120,; 4 -ВИ; (Е, = 300 эВ;/= 1,0 мА/см2, с1 = Ш нм)

ИИТ от времени травления пленки диоксида кремния толщиной 500 нм ионами, извлекаемыми из плазмы реактивных газов: 1 - СГ4, 2 -02 .По-видимому, ионы реактивных газов при бомбардировке тонких пленок диэлектриков вызывают эффекты, аналогичные наблюдаемым при бомбардировке ионами аргона.

1 А н /ли';

'1 2 \ |/

>2

*

Рис. 6. Зависимости /, 0) при травлении пленок толщиной 500 нм ионами, извлекаемыми из плазмы реактивных газов: 1 - СУ\,; 2 - 02 (Е = 300 эВ, / = 0,7 мА/см2)

При бомбардировке пленки диоксида кремния ионами кислорода величина "всплеска" ИИТ оказывается большей, чем при травлении той же пленки ионами, образующимися при ионизации молекул четырехфтористого углерода. Большой угол наклона (а, >а2) "линейного" участка кривой /„(О в случае использования в качестве рабочего газа С7\, объясняется большей скоростью травления пленки 5(02 ионами четырехфтористого углерода, чем ионами кислорода.

Сравнение временных интервалов г! и соответствующих продолжительности процесса травления пленок Л02 ионами указанных газов, позволяет уста-

ловить, что при данных режимах ионной обработки скорость травления пленок диоксида кремния ионами, извлекаемыми из плазмы четырехфтористого углерода, в 3,5 раза больше скорости травления этих пленок ионами кислорода.

Таким образом, в процессе ИЛТ пленок диэлектриков на полупроводниках или металлах на кривых изменения ионно-индуцированного тока всегда могут быть выделены характерные точки, соответствующие моменту полного стравливания пленки с поверхности подложки. Относительная погрешность фиксации момента окончания процесса травления не превышает 1-К2 %.

Присутствие на поверхности полупроводников (металлов) тонких (практически моноатомных) слоев оксидов может принципиально изменять эмиссионные свойства поверхности и характер изменения ИИТ. Примером такого изменения ИИТ может служить зависимость /,(;) при травлении ионами аргона многослойной структуры м(100 нм) - ^(100 нм) - 5/, представленная на рис. 7. Перед нанесением пленки вольфрама поверхность кремния не подвергалась очистке ионами, т.е. была покрыта тонким слоем оксида. Из зависимости следует, что каждой из пленок, подвергаемой травлению, соответствует определенный уровень тока : 1„',1а,1~ . При выходе в процессе травления на границу раздела (Г-Л' на кривой /,,(/) наблюдается отчетливый "всплеск" тока /„. Наличие этого "всплеска", по-видимому, обусловлено эффектами, связанными с травлением пленки оксида толщиной 5 6 нм на поверхности кремния, достаточно проницаемой для прохождения ИИТ через загрязняющей поверхность слой, но увеличивающей коэффициент ионно-электронной эмиссии с поверхности кремния.

,мкА

5Ю? ■ 3

д

—■ )

>1 ч \

г

0 ЮО 200 300 400 500

1,се*.

Рис. 7. Изменение тока в процессе травления ионами аргона структуры М (100 нм) - IV (100 нм) - Я(£, = 300 эВ, ] = 1,0мЛ/сл?, 50б = 0,5мЛ/сл?)

Исследования показали возможность в определенных пределах управлять процессами нанесения пленок металлов и диэлектриков методами ИЛР и РИЛР на основе анализа измерений тока /.., возникающего в цепи: подложка с растущей на ее поверхности пленкой - «земля».

Установлено, что с ростом толщины диэлектрической пленки ток 1и уменьшается по нелинейному закону. Сопоставление экспериментальных данных по нанесению диэлектрических пленок с данными, полученными при их ИЛТ, показало, что на величину и изменение /„ в процессе нанесения оказывает влияние тот же набор факторов, что и в процессе травления диэлектриков. Значения измеряемого тока обратно пропорциональны толщине пленки и так же, как и при травлении, величина его прямо пропорциональна плотности тока ио-

нов, бомбардирующих распыляемую мишень. На рис. 8 представлено изменение 1ц с увеличением толщины пленки 8Ю2, формируемой на кремниевой подложке распылением кварцевой мишени пучком ионов аргона различной интенсивности. Большей плотности тока бомбардирующих ионов аргона соответствует более резкое изменение ИИТ, свидетельствующее об увеличении скорости нанесения пленки А'02.

кварцевой мишени при различной плотности потока ионов: 1 - _/ = 2,5 мА/см2; 2 - } ~ 2,0 мА/см2; 3 - у' = 1,5 мА/см2

Исследования закономерностей изменения ионно-индуцированных токов в процессе ИЛТ структур диэлектрик - диэлектрик - полупроводник показали возможность фиксировать момент удаления пленки одного диэлектрика с поверхности другого, а также определять момент стравливания всей диэлектрической структуры с поверхности подложки.

Установлено, что при формировании пленок диэлектриков методами ИЛН и РИЛН, значения ионно-индуцированного тока находятся в зависимости от толщины пленок. Эти зависимости легли в основу методики определения момента окончания процесса нанесения.

При стравливании пленок металлов и углерода с поверхности проводящих подложек момент окончания процесса травления фиксируется по скачкообразному изменению ионно-индуцированного тока на границе раздела пленка-подложка с относительной погрешностью не более 2 %.

Ответственным за возникновение ионно-индуцированного тока в цепи диэлектрик - «земля» является возникновение обрабатываемой ионами поверхности положительного электрического потенциала, величина которого определяет величину тока.

В третьей главе рассматриваются результаты экспериментальных исследований эффекта вторичной ионно-электронной эмиссии и закономерности ее изменения в процессе ионно-лучевого травления многослойных пленочных гетерост-руктур на основе металлов, полупроводников и диэлектриков.

Рассмотрена специальная конструкция приемника электронов, размещенного в вакуумной камере установки ионно-лучевой обработки (рис. 9).

Конструктивно приемник вторичных электронов представляет собой полусферическое зеркало, улавливающее вторичные электроны. Для увеличения поглощающей способности на рабочую поверхность приемника нанесена гальванически выращенная пленка золота. Приемник оборудован двумя сетками, обес-

16

печивающими избирательный захват электронов, эмитированных с бомбардируемой ионами поверхности при подаче на них регулируемого положительного электрического потенциала. Магнитной системой приемника создается магнитное поле, силовые линии которого имеют аксиальную симметрию. В магнитном поле происходит изменение направления движения вторичных электронов, эмитируемых с обрабатываемой ионами поверхности, и поступление их на приемник.

Рис. 9. Конструкция приемника и схема измерений тока вторичных электронов: 1 - полусферического основание; 2 - поглощающее покрытие; 3 -корпус; 4 - кольцевой магнит с аксиальным направлением создаваемого магнитного поля; 5 - фторопластовые изоляторы; 6 - сетка супрессора; 7 -сетка вытягивающая; 8 - экран, ограничивающий область распространения магнитного поля

Измерение абсолютных значений вторичной ионно-электронной эмиссии в процессах ИЛТ и РИЛТ не представляется возможным. Задача сводиться к выделению сигнала вторичной электронной эмиссии, характеризующего состояние обрабатываемой ионами поверхности, с целью использования его для контроля технологических процессов ионно-плазменной обработки.

Возможность такого контроля иллюстрируется данными, представленными на рис. 10, где приведена экспериментально установленная зависимость изменения интегрального сигнала ионно-электронной эмиссии от времени травления /„(О пленки меди толщиной 300 нм, нанесенной термическим вакуумным напылением на полиамидную подложку, при обработке пучком ионов аргона со средней энергией 300 эВ.

На графике зависимости величины измеряемого тока вторичной электронной эмиссии от времени травления можно выделить три участка (этапа), характеризующиеся различной величиной эмиссии. Повышенное значения тока в начальный момент времени (I этап) соответствует процессу очистки поверхности меди от загрязнений и образовавшегося на поверхности собственного оксида толщиной порядка 5 + 10 нм (подложка находилась на воздухе в течение 30 минут после нанесения пленки меди). Этап II соответствует процессу травления собственно пленки меди. Этап III соответствует переходу к травлению полиамидной подложки. Время перехода от травления пленки меди к травлению полиамидной подложки составляет 2 +3 минуты. Таким образом, экспериментально установлено, что величина сигнала вторичной ионно-электронной эмиссии достаточно достоверно характеризует состояние и вид материала поверхности, подвергаемой в определенном промежутке времени ионной бомбардировке, и

данный метод может быть использован для технологического контроля процессов ионно-плазменной обработки.

2,0 1.5 1,0 0.5

Рис. 10. Изменение интенсивности ионно-электронной эмиссии /„(О при травлении пленки меди на полиимиде: I - очистка поверхности от загрязнений; II - травление пленки меди; III - травление полиамида (Е.= 300 эВ, )= 0,5 А/см2)

Подобные зависимости тока вторичных электронов /„от времени проведения процесса ИЛТ характерны для многих комбинаций материалов гетерост-руктур металл - диэлектрик - полупроводник. Основными факторами, определяющими зависимость /„(;)> являются энергия и плотность тока бомбардирующих ионов, физико-химические свойства материала поверхности, определяющие ток вторичных электронов, токи утечки поверхностного заряда, зависящие от величины компенсирующего тока электронов вторичной плазмы, а при заземлении подложки - ионно-индуцированный ток.

При травлении многослойных пленочных структур изменение тока вторичных электронов при переходе от травления одного слоя к другому не имеет характер резкого скачка. Наблюдается определенный временной интервал плавного изменения тока /„(?). чт0 свидетельствует о наличии слоев переходного компонентного состава.

Известно, что чем больше ширина запрещенной зоны полупроводника, тем больше проявляются его свойства как диэлектрика, поскольку ширина запрещенной зоны является дополнительным энергетическим барьером для выхода вторичных электронов. Логично предположить, что с увеличением ширины запрещенной зоны должна увеличиваться эмиссия вторичных электронов с поверхности высокоомных полупроводников, как это наблюдается у диэлектриков.

По своей электрической проводимости полупроводники занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками.

Коэффициенты вторичной электронной эмиссии (КИЭЭ), вызванной ионной бомбардировкой, для различных металлов сравнимы по величине из-за практически одинаковых объемных концентраций электронов, высот потенциальных барьеров на поверхности и энергий, необходимых для возбуждения и отрыва (активации) электронов от атомов. Исключение в ряду металлов составляет алюминий, энергия взаимодействия ион - атом у которого заметно выше.

В диэлектриках по причине малого количества электронов проводимости практически исключается механизм потерь энергии в электрон-электронных

взаимодействиях, что значительно увеличивает вероятность эмиссии электронов и, в конечном итоге, обеспечивает более высокий коэффициент вторичной эмиссии.

К числу технологических параметров, которые могут влиять на вторичную электронную эмиссию, относятся энергия и плотность тока ионов.

В металлах, где плотность электронов высока, вероятность вторичной ионно-электронной эмиссии с поверхности зависит только от потерь энергии ионом во взаимодействиях с электронами, т.е. определяется в основном количеством переданной энергии всей электронной подсистеме металла.

Значения КИЭЭ с поверхностей различных полупроводниковых материалов достаточно велики и количественно не отличаются от токов вторичных электронов с поверхностей металлов. Следует отметить, что и энергия вторичных электронов, эмитированных с поверхности полупроводников и металлов, практически одинакова.

На рис. 11 представлена зависимость тока вторичных электронов с поверхности от времени травления пленочной структуры Си-П-Подложка. В установленной зависимости отчетливо выделяются шесть областей различных значений тока вторичных электронов. Начальный этап травления (область I) характеризуется повышенным уровнем тока эмиссии, обусловленным стравливанием поверхностных загрязнений и пленки оксида меди толщиной 2+6 нм. Из сравнения кривых 1 и 2 следует, что с увеличением времени экспонирования увеличивается уровень повышенной эмиссии на начальном этапе травления. Следующий временной промежуток (область II) характеризуется стабильным уровнем эмиссии и соответствует травлению пленки меди. Третий временной промежуток (область II1) соответствует травлению переходного слоя между пленками металлов. Четвертый временной промежуток характеризуется возрастанием уровня эмиссии при переходе от травления пленки меди к травлению пленке титана. Пятый временной промежуток (область III1) соответствует травлению переходного слоя между пленкой титана и подложкой. Наконец, последний временной промежуток (область IV) характеризуется стабильностью эмиссии на более высоком уровне, соответствующем травлению подложки.

1 f

Си 1 ОЬЛ

j

1 < 1 N

0 200 400 S00 800 Ш 1200 1400 1600

Рис. 11. Зависимость тока вторичной электронной эмиссии от времени травления ионами аргона структуры Си - Л - Подложка: 1- травление после выдержки структуры на атмосфере 10 минут; 2 - травление после выдержки в течении 2 часов; I- этап очистки поверхности от загрязнений; II- этап травления пленки меди; II1 - этап травления переходного слоя; III - этап

травления пленки тнтана; III1 - этап травления переходного слоя; IV - этап травления подложки

Наблюдается существенное различие в уровне измеряемой вторичной ион-но-электронной эмиссии при травлении различных материалов, а также может быть идентифицировано наличие переходных слоев между пленками меди и титана и между пленкой титана и подложкой. Наличие этих промежуточных слоев проявляется в резком изменении величины регистрируемого сигнала вторичной электронной эмиссии при переходе от травления одного материала к другому. Проведенные эксперименты по травлению различных структур пленок металл -металл показали, что переходные слои между пленками могут травиться довольно продолжительное время. В результате, ключевой проблемой при травлении многослойных металлических структур может стать проблема травления переходных слоев неопределенного состава между слоями структуры.

На рис. 12. приведены зависимости измеряемого тока вторичной эмиссии электронов от времени травления / и толщины с! пленок металлов (тантала, меди и алюминия) и пленки диоксида кремния, нанесенных на полупроводники (германий и кремний).

Изменение тока со временем травления имеет характерный вид: всплеск эмиссии в начальный момент травления, когда стравливаются поверхностные загрязнения, постоянство уровня эмиссии при травлении металлической пленки, спад уровня эмиссии и ее стабилизация при переходе к травлению полупроводниковых подложек.

Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о том, что разработанный метод контроля ИЛТ может служить способом технологической диагностики и контроля травления гетероструктур по изменению тока вторичной ионно-электронной эмиссии.

'эе.мкА й.нм

О 40 80 120

18

14

Ю

0 4 8 12

I, мин.

Рис.12. Зависимость тока ионно-электронной эмиссии/„ и толщины <1 от времени травления ионами аргона различных однослойных структур:

1 - Та - ве ;2 - Си - Я ;3 - А1 - 5/ ;4 - Я02 - 5» Результаты исследований ионно-электронной эмиссии в процессе травления пленочных структур ионами аргона с энергиями 600 -^2500 эВ при плотности тока Н 3 мА/см2 показали практическую возможность регистрации в условиях ионно-плазменной обработки сигнала эмитируемых электронов величиной до 20 мкА. Уровень сигнала позволяет регистрировать практически все стадии процессов

20

г- х'

^-ч У

4 / V \ Х-

1

ИЛТ и РИЛТ: очистку поверхности, переход от травления одного слоя к другому и момент окончания травления всей гетероструктуры.

В четвертой главе дается анализ экспериментальных закономерностей двух физических явлений, происходящих в материале и на его поверхности при бомбардировке его ионами с энергией порядка сотен и тысяч электронвольт: возникновение ионно-индуцированных токов в цепи обрабатываемая ионами поверхность - «земля» и токов вторичной ионно-электронной эмиссии с поверхности. На основе экспериментального материала проведено моделирование механизмов этих явлений, выявлены причины их возникновения и изменения в процессах ИЛТ, РИЛТ, и РИЛН многослойных гетероструктур, состоящих из различных комбинаций пленок металлов, полупроводников и диэлектриков. Моделирование позволило разработать практические рекомендации для использования этих явлений в качестве основы методов неразрушающего оперативного контроля процессов ионно-лучевой обработки.

Меняющиеся в зависимости от толщины пленки диэлектрика условия формирования электрического потенциала на обрабатываемой ионами поверхности структуры диэлектрик - полупроводник (металл) обусловливают характерный вид зависимости ионно-индуцированного тока /,, от времени ионно-плазменной обработки. С целью установления закономерностей ионно-индуцированной проводимости тонких пленок диэлектриков сделана попытка определить аналитический вид функции /,,(/) при ИЛТ и РИЛТ, а также объяснить с привлечением известных теоретических моделей механизм эволюции ИИТ в процессе травления. Изменение электрического потенциала ип поверхности структуры &'02 - , величина которого определяется изменяющейся в процессе травления проводимостью пленки БЮг, с достаточной степенью приближения может быть описано функцией вида:

где С/0 - установившийся потенциал поверхности толстого (более 500 нм) диэлектрика с реальными для данных условий обработки каналами стока заряда; (0 =</„ /Кгр - время полного стравливания с поверхности кремниевой подложки

пленки Я02 толщиной (¡а при заданной скорости травления УГР, и, «0,1 В - падение напряжения на кремниевой подложке.

Зависимость /„(г), характеризующая динамику процесса ИЛТ и РИЛТ, можно аппроксимировать следующим аналитическим выражением:

где А, К0 - параметры, подбираемые эмпирически; у - плотность тока бомбардирующих ионов, мА/см2; 5 - площадь поверхности стравливаемой пленки, см2; л, - омическое сопротивление кремниевой подложки, Ом.

Результирующее уравнение для расчета ионно-индуцированного тока имеет вид:

=гу0 ехр(-0,14——) + ии 1й (

(2)

(3)

4 = л } 5

£/0ехр + £/,

О ^ .

Я, +Д,

о

з

(4)

Полученная зависимость ИИТ от времени качественно отражает резкое возрастание ионно-индуцированного тока при уменьшении толщины пленки диоксида кремния до 200 и менее нанометров. Экспериментально установлено, что ИИТ прямо пропорционален плотности тока бомбардирующих ионов и обрабатываемой площади.

Прохождение тока в пленке определяется не только собственно свойствами диэлектрика, но и природой контакта подложка - диэлектрик. В свою очередь, природа контакта определяется соотношением работ выхода электрона из диэлектрика и материалов подложки.

Экспериментальная проверка влияния свойств материала подложки на значение и характер изменения тока Д/,7 в пленках диоксида кремния показала, что при толщинах пленки диэлектрика менее 100 нм относительная величина "всплеска" ИИТ Дй„ определяется природой контакта подложка - диэлектрик и коррелируется со значениями работы выхода электрона из материала подложи (подслоя).

Одним из условий возникновения электронной эмиссии, усиленной полем, является наличие в диэлектрических пленках структурных дефектов различного вида: пор, микротрещин и т.п. Таким образом, структурно-морфологическое строение пленок диэлектриков также оказывает влияние на эффект появления "всплеска" тока.

Граница раздела диэлектрик - полупроводник представляет некоторую область, включающую в себя в той или иной мере разупорядоченный слой диэлектрика. На границе контактируют монокристаллическая структура полупроводниковой подложки и аморфная структура диэлектрической пленки. Кроме того, вблизи границы раздела накапливаются примеси, присутствующие в полупроводнике и диэлектрике. В результате на ней образуются пространственные структурные дефекты. Перестройка электронной структуры вблизи дефектов существенно изменяет электрические характеристики слоев, примыкающих к границе пленка - подложка. Кроме этого, на ранних этапах формирования тонкая пленка неизбежно проходит островковую стадию, когда она представляет собой систему изолированных участков. Формирование сплошной пленки, не имеющей сквозных пор, наблюдается только при толщине более 30 + 45 нм. При травлении диэлектрических пленок именно такой толщины, когда они имеют структуру, близкую к островковой, наиболее сильно проявляется эффект усиления эмиссии электронов и "всплески" измеряемых токов /„ и /„ имеют максимумы.

Сопоставление экспериментальных данных с результатами исследования масс-спектров вторичных ионов, измеренных при распылении пленок диоксида кремния, полученных различными способами, показывает, что особенности изменения ИИТ связаны с неоднородностью состава оксидных пленок в переходных слоях, которая оказывается различной для разных типов оксидов обнаруже-

но, что переходный слой наименее выражен в случае оксида, полученного методом РИЛР, и в наибольшей степени проявляется в оксидах, полученных термическим окислением.

На рис. 13 представлены в сравнении распределение плотности дефектов в пленке &'02, полученной термическим окислением кремния (кривая I), и изменение величины ИИТ 1„(ё) в зависимости от остаточной толщины при травлении пленки ионами аргона (кривая 2).

Рис. 13. Изменение плотности дефектов и зависимости ионно-индуцированного тока /„ от остаточной толщины пленки диоксида кремния в процессе травления ионами аргона ( £, = 300 эВ, у = 0,7мА / см1)

Анализ кривых показывает, что с уменьшением толщины пленки диэлектрика растет плотность дефектов, образовавшихся на начальной стадии ее формирования. При этом ИИТ увеличивается по закону, аналогичному закону изменения Толщина пленки диоксида кремния, соответствующая максимуму плотности дефектов и максимальному значению измеряемого ИИТ в момент "всплеска" практически совпадают.

При нанесении пленок диэлектриков ИЛР и РИЛР возникает ионно-индуцированный ток, меняющийся в зависимости от толщины пленки.

Проведена серия экспериментов и анализ результатов по зависимостям вторичной ионно-электронной эмиссии из металлов и полупроводников при ионной бомбардировке от свойств обрабатываемых материалов и параметров технологического процесса ионно-плазменного травления (рис. 14).

Полученные результаты позволили предложить модель выхода вторичных электронов при низкоэнергетической обработке поверхности подложек.

Модель основана на классических представлениях о взаимодействии ионов, ускоренных до энергий не более 10 кэВ, с материалами, в основе которых лежит представление о модифицированном потенциале взаимодействия атомных частиц Фирсова.

Схожий вид зависимостей для различных материалов объясняется тем, что у всех металлов и полупроводников энергия вторичных электронов примерно одинакова. При достижении определенного порогового значения величины электрического потенциала (80+120 В) происходит резкое возрастание величины тока вторичных электронов.

18 16 14 12 10 6 6 4 2

0' 100 200 300 400 500 600

и, В

Рис. 14. Зависимость величины тока вторичных электронов при обработке материалов ионами аргона от электрического потенциала на приемнике электронов: 1 - А1; 2 - ваР; 3 - СаАв; 4 - Си

Представленные теоретические соображения по моделированию кинетической ионно-электронной эмиссии с поверхности металлов и полупроводников являют собой вид модели выхода вторичных электронов под воздействием ионных пучков на мишень (многозарядные ионы не рассматриваются). Данная модель основана на физико-математическом понимании передачи кинетической энергии электронам при неупругих столкновениях частиц; зонную теорию твердого тела; характеристику вероятности выхода свободного электрона через поверхность. Модель имеет статистический характер, что позволяет не учитывать всевозможные угловые распределения электронов и множество вторичных эффектов, возникающих при бомбардировке мишени.

В рамках данной модели становится возможным оценить не только коэффициент кинетической ионно-электронной эмиссии разных металлов и полупроводников в зависимости от энергии бомбардирующего иона, но и рассчитать ожидаемый ток вторичных электронов с заданной площади поверхности.

В пятой главе рассматриваются возможности использования электрон-электронной эмиссии для контроля состояния поверхности при получении пленок методом ИЛР.

Одним из наиболее адаптивных по отношению к решению задач управления процессами ионно-плазменной обработки является метод контроля, основанный на возбуждении поверхности обрабатываемых материалов пучком моноэнер-гетичных электронов и регистрации вторичной электронной эмиссии с возбуждённой поверхности. Проблема состоит в разработке совокупности методик контроля, которая позволяла бы получать максимальный полезный сигнал электрон-электронной эмиссии при минимальном уровне шумового фона и низкой энергии первичного потока электронов, снизить влияние аппаратурного и геометрического факторов, при этом необходимо решить задачу усиления характеристического сигнала, а также адаптировать метод контроля к технологии иоино-плазменных процессов.

Для большинства исследованных однородных по компонентному составу материалов зависимость распределения вторичных электронов по энергиям имеет два максимума в диапазоне энергий от нескольких сотен до нескольких тысяч электронвольт независимо от энергии первичного потока электронов. Для более сложных по составу материалов возникают дополнительные максимумы, как правило, в зоне малых энергий (менее 50 эВ). Такая зависимость для простых и

сложных по компонентному составу материалов носит немонотонный характер, что определяется, главным образом, неупругими процессами рассеяния электронов в материале, в основе которых лежат различные механизмы. Однако во всех случаях один из максимумов соответствует упруго отраженным первичным электронам, изменившим траекторию своего движения, но практически сохранившим энергию. На рис. 15 представлен типичный спектр распределения относительной интенсивности измеряемого тока вторичных электронов в зависимости от их энергии £,.

Часто коэффициент интегральной вторичной электронной эмиссии, особенно для многокомпонентных мишеней, превышает единицу, т.е. число эмитированных электронов превышает число первичных. Это превышение определяется аномальной эмиссией истинно вторичных электронов, а также электронов, возникающих в результате многократных актов рассеяния при большой глубине внедрения первичного потока электронов.

Ее,эВ

Рис. 15. Энергетическое распределение вторичных электронов при энергии бомбардирующих подложку из ситалла СТ 38-1 электронами с энергией Ер = 600 эВ

Были рассчитаны зависимости сечений упругих и неупругих взаимодействий от энергии электронов в выбранном диапазоне. Длины пробегов до первого акта рассеяния (однократное рассеяние) электронов в различных материалах (ре-зистивных и диэлектрических), представлены в табл. 2.

Таблица 2

Длина пробега Л -10"3 нм, рассеянных электронов в упругих столкновениях в ма-

териалах, приведённая к единичной плотности материала (р= 1).

Энергия, эВ Материал

О т РС3710 РС5406Н

200 0,522 0,839 0,435 0,481 0,486

500 5,275 2,705 3,002 2,820 3,081

700 6,396 10,040 5,290 5,830 6,170

900 10,494 16,730 8,760 9,810 11,310

Рассчитанная длина пробега Я для исследованных пленок материалов оказались много меньше их толщины, которая составляла величину от несколь-

ких сот до нескольких тысяч нанометров, т.е. подложка не оказывала влияния на процессы рассеивания электронов в пленках.

На рис. 16 представлены результаты измерения интенсивности ИВЭЭ вблизи поверхности образцов различной толщины ¡1 резистивных сплавов РС3710 и РС3001 на подложках из ситалла СТ38-1. Режим измерения статический с промежуточной разгерметизацией для контроля толщины пленки.

Величина эмиссии истинно вторичных электронов при толщинах пленок от 50 до 500 нм остается постоянной. Это указывает на однородность состава исследуемых пленок при всех толщинах более 50 нм.

Причину появления пика можно объяснить, проделав аналогичные измерения в динамическом режиме, т.е. в процессе послойного стравливания плёнки пучком ионов аргона с известной скоростью травления без разгерметизации технологической камеры. Результаты эксперимента приведены на рис.17 для плёнки сплава РС3710 с исходной толщиной 300 нм, нанесенной на еиталл СТ38-1, которая травилась пучком ионов с постоянной скоростью 30 нм/мин. Приведенные экспериментальные результаты показывают наличие трех временных интервалов, отличающихся характером зависимости /„„„ (/).

1,отн. ед.

1,2

1.0

0,8 0,6

0 100 200 300 400 500

а, нм

Рис. 16. Зависимости интенсивности истинной вторичной электрон-электронной эмиссии от толщины резистивных пленок РС3710 (1) и РС3001 (2) при зондировании пучком электронов с энергией Е = 600 эВ

1,огм.ед.

1,0

0,5

А -А—

I и III

Рис. 17. Зависимость относительной эмиссии вторичных электронов от времени травления пленки РС3710 ионами аргона: I - зона травления оксида на поверхности пленки; II - зона травления пленки; III - зона травления подложки

Зона I соответствует процессу травления оксидной пленки на поверхности резистивного сплава, образовавшейся в процессе хранения на атмосфере, зона II

соответствует травлению непосредственно пленки РС3710, зона III соответствует фону, определяемому свойствами диэлектрической подложки. После 5 +7 минут травления на интенсивность эмиссии оказывает влияние фон - дополнительная эмиссия с поверхности подложки. Однако, между областью II и областью III наблюдается небольшой всплеск интенсивности, превышающий фоновое значение. Это, по-видимому, связано с тем, что при малых остаточных толщинах пленки она становится не сплошной и имеет островковую структуру.

Анализ зависимостей позволяет заключить, что избирательность по глубине рассматриваемого метода контроля составляет от 10 до 50 нм. Это позволяет использовать его не только для контроля состава растущих пленок, но и для высокоточного контроля процессов травления, чистоты поверхности материалов, а также, при определенных условиях, для исследования процессов зародышеобра-зования и островкового роста сверхтонких пленок. Контроль этих процессов возможно осуществлять в динамическом режиме, причем глубина области взаимодействия потока электронов с материалом составляет величину 30 +150 нм.

Использование ионно-лучевого распыления для получения тонких пленок нитридов тугоплавких металлов позволяет, в частности, усовершенствовать технологию формирования элементов сверхбыстродействующих ИС на основе диодов Шоттки, которая предъявляет жесткие требования по термостабильности к материалу выпрямляющего контакта металл - полупроводник.

Для определения возможности контроля состава обрабатываемых пленок регистрацией интегрального сигнала вторичных электронов проведена серия экспериментов по нанесению пленок нитрида вольфрама на арсенид галлия. Для распыления вольфрамовой мишени использовались ионы азота и аргона в различном соотношении, извлекаемые из плазмы смеси газов Ar + N2. Энергия первичных электронов составляла 750 эВ, т.е. находилась в диапазоне значений, соответствующих электронам, рассеянным в неупругих столкновениях. Действительное содержание азота в пленках определялось методом Оже-электронной спектроскопии. Данные об относительной интенсивности Ол<е-сигнала и относительное содержание азота в пленках представлены в табл. 3.

Таблица 3

Относительная величина ИВЭЭ с поверхности пленок и относительное содержание азота в пленках при различных составах рабочего газа в процессе ионно-лучевого распыления вольфрама

Параметр Состав газовой смеси

Ar Ar (50%)+ ^(50 %) N2

Относительная интенсивность эмиссии, ///0 0,40 0,32 0,20

Массовый процент азота в пленке, % 0 20 29

На рис. 18 представлена зависимость относительной интегральной интенсивности вторичной электронной эмиссии от времени нанесения пленок распылением вольфрамовой мишени при использовании в качестве рабочих газов: аргона, смеси газов 50% Л/- + 50%Л^ и азота.

Полученные результаты свидетельствуют об изменении величины интегрального сигнала вторичных электронов прежде всего в зависимости от содержания азота в формируемой пленке. Это подтверждается и результатами Оже-спектроскопии пленок. Наблюдаемое изменение в величине интегрального сигнала в начальный период времени можно связать с образованием несплошной плёнки на подложке на первом этапе нанесения.

0.4

о.э 0,2.

0,1

и 10 20 30

I, мин.

Рис. 18. Зависимость относительной интегральной интенсивности вторичной электронной эмиссии от времени нанесения гетероструктуры

Шх-ОаА$

Проведены эксперименты по использованию измерений вторичной электрон - электронной эмиссии для контроля ИЛТ топологии ПАВ- гетероструктур на подложках из ниобата лития (А1 -V-ШЬО}). Эти структуры используются в качестве линий задержки на поверхностных акустических волнах. Двухслойная структура, состоящая из пленки алюминия и пленки ниобата лития протравливалась через маску фоторезиста ФП-051К. Площадь окон и полок структуры в фоторезистивной маске составляла 50 % от общей площади схемы. Ширина полок составляла 0,5 мкм при расстоянии между ними 4 мкм. Травление производилось пучком ионов аргона с энергиями 2,5 кэВ при токе 100 мА. Результаты экспериментов свидетельствуют о возможности точной регистрации протравливания каждого слоя и всей структуры в целом.

При воздействии электронов низкой энергии на поверхность твердого тела в определенном энергетическом диапазоне, совпадающим с диапазоном пороговых энергий упругих и неупругих потерь, интенсивность рассеяния электронов поверхностью многокомпонентных материалов на основе кремния с различным содержанием С? Щ щ Мд носит ступенчатый характер.

В диапазоне энергий электронов 800 + 900 эВ сечения рассеяния для указанных материалов характеризуются увеличением интенсивности интегральной вторичной электронной эмиссии и сужением пиков энергетических спектров рассеяния для однокомпонентных материалов. Эмпирически определенные размеры областей взаимодействия отличаются от расчетных значений для упругих и неупругих процессов рассеяния, что указывает на механизм рассеяния, сходный с механизмом резонансной эмиссии.

В шестой главе приводятся результаты по разработке адаптивно-управляемых процессов ионно-плазменной обработки тонкопленочных материа-

\Г + - + Аг — - ■

г—— ■, ■ „ АГ+50%Ы2

1 1 1 1 1 1-

—-4а.

лов на основе металлов и диэлектриков с использованием интеллектуальных систем.

Рассматривается возможность разработки структуры и алгоритмического обеспечения системы управления (СУ) процессом формирования пучка заряженных частиц как основного «инструмента», предназначенного для оптимизации параметров ионно-плазменных процессов. Для решения проблем алгоритмического обеспечения системы управления предложено рассматривать ее как интегрированную систему, сочетающую процедуры оптимизации управления с использованием адаптивной модели с процедурами идентификации параметров управляемого процесса.

В данной работе для реализации технологических процессов ионно-плазменной обработки использовались автономные источники ионов типа "Радикал" с холодным катодом, в котором обеспечиваются необходимые условия для зажигания и горения газового разряда, формирования пучка ускоренных ионов инертных и химически активных газов.

Системы обработки с автономными ионными источниками (АИИ) по сравнению с другими системами ионно-плазменной обработки обладают важным преимуществом. Область горения разряда и область обработки подложек разделены. В результате обеспечивается более высокий вакуум, уменьшается загрязнение обрабатываемых объектов за счет устранения процессов обратного отражения и рассеяния частиц обрабатываемого материала.

Необходима организация экспертных процедур для интерпретации экспериментальной и оперативной информации для коррекции модели и выбора СУ и процедуры взаимодействия экспертной системы (ЭС) с системой моделирования с целью верификации и коррекции содержимого базы знаний (БЗ).

Функциональная схема СУ процессом ФПЗЧ для проведения пленочных покрытий методом ИЛР представлена на рис. 19.

Основными элементами оснащения экспериментальной установки является автономный источник ионов с холодным катодом торцевого типа "Радикал", встраиваемый в рабочий объем (РО), распыляемая мишень, подложка, система управления напуском рабочего газа (СУНГ), откачная система для создания и поддержания в РО требуемого давления, система управления откачкой и напуска в РО воздуха (СУНВ), совокупность электронных схем контроля и управления.

Одной из первоочередных задач создания СУ процессом ФПЗЧ является разработка технических средств автоматизированного сбора и обработки информации о параметрах процесса, поступающей от датчиков, и выдачи управляющих воздействий.

Для управления исполнительными органами экспериментальной установки были разработаны специальные схемы.

В состав программного комплекса сбора и обработки информации о параметрах процесса входят программы, предназначенные для сбора информации и дешифрации содержимого данных первичных файлов. Частота опроса датчиков этой программой составляет около 940 Гц. Таким образом, структура интегрированной СУ процессом ФПЗЧ может быть представлена как совокупность прикладных программ моделирования и управления и ЭС с ее традиционными компонентами.

АИИ ш ; у Мишнь РО 2 .

к

Подложка

ДТМ

Пульт оператора ТПИПН

Командный

уровень

управления

Рис. 19. Функциональная схема СУ процессом ФПЗЧ: РО - рабочий объем; ДТМ - датчик тока мишени; ИУП - измеритель интенсивности свечения плазмы; ВИТ - вакуумметр; ТПМ - подвижный токоприемник; БКТП-блок контроля технологического процесса; СУАИИ - система управления автономным источником ионов; СУНВ -система управления напуска газа

Структура интегрированной СУ для управления технологическим процессом ионно-плазменного нанесения (ТП ИПН) представлена на рис. 20.

Возмещаю цще

воздействие о)

Органы управления

Команды управления

I

Постанобка задач

Система датчиков

БПД

ВД

Рис. 20. Алгоритмическое обеспечение СУ технологического процесса ионно-плазменного нанесения пленочных покрытий:

БЛВ - блок логического вывода; БЗ - база знаний; БД - база данных; БПД -блок прогнозирования динамики процесса ФПЗЧ; БНМ - блок настройки параметров модели процесса ФПЗЧ; ББЗ - блок заполнения базы знаний; ИПМ - имитационная прогнозирующая модель процесса ФПЗЧ

Исследован процесс ФПЗЧ как объект управления, выделены основные факторы, влияющие на процесс. Разработан комплексный формализованный подход к решению задачи описания процесса ФПЗЧ и созданы процедуры моделирования процесса ФПЗЧ на основе численного решения нелинейной самосогласованной задачи. Предложена концепция построения алгоритмического обес-

30

печения системы управления технологическим процессом, как интегрированной системы, сочетающей процедуры управления на основе адаптивной модели с методами идентификации параметров на основе экспертных процедур оптимального управления процессом ФПЗЧ для решения типовых задач процессов ионно-плазменной обработки.

По результатам испытаний показана адекватность предлагаемой динамической модели объекту управления, а также возможность использования разработанной модели за счет ее высокого быстродействия в контуре СУ.

Разработан алгоритм управления процессом травления пленок диэлектриков, основанный на определении знака первой производной измеряемого тока по времени. Алгоритм позволяет фиксировать момент окончания процесса травления с относительной погрешностью, не превышавшей 1+2 %.

Разработанный алгоритм обработки сигнала использован при управлении процессами ионной очистки поверхностей металлов и полупроводников от пленок загрязнений и оксидов, а также процессами ИЛТ диэлектриков с целью обеспечения минимального уровня радиационных повреждений, вносимых в подложку при ионной бомбардировке. На рис. 21 представлены зависимости величин ИИТ и толщины пленки диоксида кремния от времени при переменном режиме процесса травления пленки 5702: I этап - травление с высокой скоростью; II этап - травление с уменьшенной скоростью.

Реализация данного алгоритма позволяет, практически не снижая производительности оборудования, на 20+30% снизить количество дефектов в кремниевых подложках вблизи поверхности после стравливания с них пленок диоксида кремния.

Рис.21. Зависимости /,.,.(/) (I) и толщины ¿(0 (2) от времени, полученные при травлении потоком ионов аргона пленки 5/0, толщиной 500 им: I -этап травления с высокой скоростью; II - этап травления с низкой скоростью

Определены аналитические зависимости ионно-индуцированного тока от толщины пленок диэлектриков, позволяющие с относительной погрешностью не более ± 3 % определять момент окончания процесса нанесения пленок методами ИЛР и РИЛР.

Разработана методика определения момента окончания процесса нанесения пленочных структур КНС с относительной погрешностью ±3 %.

Разработан управляемый процесс нанесения ионно-лучевым распылением в едином вакуумном цикле структур &'02 - А1-Я03, М/е - Та для СБИС ЗУ ЦМД сверхбольшой емкости.

В седьмой главе представлены разработанное специализированное вакуумное оборудование, устройства ионно-плазменной обработки и системы контроля технологических процессов, в основу принципов функционирования которых положены исследования, проведенные в гл. 1+6.

Для реализации процессов ионно-плазменной обработки многослойных гетерокомпозиций при непосредственном участии автора был разработан параметрический ряд устройств ионно-плазменной обработки (табл.4).

При разработке источников и на их основе устройств различного назначения преследовалась цель реализовать преимущества и скомпенсировать недостатки метода ионно-лучевой обработки. Эта цель достигалась: заданием необходимой формы пучка ионов; равномерным распределением плазмообразующего вещества; оптимизацией геометрии системы источник ионов - мишень -

подложка;

выбором схемы обработки, при которой устройство распыления и подложка могут быть неподвижны или перемещаться определенным образом друг относительно друга;

созданием устройств со сменными распыляемыми мишенями из различных материалов;

применением неразрушающих методов контроля процессов ионно-лучевого травления и нанесения пленок при использовании ионно-индуцированного тока и вторичной электронной эмиссии.

В устройствах ионно-лучевого нанесения область ионизации и удержания плазмы рабочего газа, формирования пучка и ускорения ионов находится в источнике. Газовая проводимость щели, из которой извлекается пучок, ограничена, поэтому в области переноса распыленного ионами материала с мишени на подложку сохраняется относительно низкое рабочее давление (б-Ю^-Н-Ю"1 Па). При распылении пучком ионов мишень находится под потенциалом «земли» и на нее не требуется подавать постоянный или ВЧ высоковольтный отрицательный электрический потенциал. Поскольку обработка производится направленным пучком ионов, сформированным и ускоренным до относительно высоких (достаточных для эффективного распыления) энергий, метод ионно-лучевого распыления универсален в том смысле, что одно и то же устройство может быть использовано для нанесения практически любых материалов прямым распылением соответствующих мишеней ионами любых газов. Такие особенности метода обеспечивают уникальную возможность формирования многослойных пленочных структур из разнородных материалов одним устройством посредством простой замены распыляемых мишеней в зоне действия пучка ионов.

Устройства, представленные в табл.4, являются универсальными, поскольку могут быть размещены внутри объема вакуумной технологической камеры, а также пристыковываться к наружным фланцевым портам камеры.

Таблица 4

Параметрический ряд устройств ионно-плазменной обработки

Наименование

Назначение

Состав

Основные технические харак-_теристики_

1

Комбинированный источник ионно-лучевой обработки

ISTD-180/330

Нанесение покрытий ионно-лучевым распылением мишени из соответствующего материала с проведением предварительной или одновременной ионной бомбардировки подложки

Сдвоенный источник ионов

Диаметр мишеней -160-И 80 мм;

диаметр подложек - до 150 мм;

диапазон рабочих давлений -5x10"2 + 1x10"' Па; ионный ток при напряжении разряда 1*5 кВ и скорости откачки 500 л/с в пучке распыления - до 300 мА, в пучке j очистки - до 150 мА

Устройство ионно-лучевого нанесения многослойных пленок ISD-180/300

■ й{< jjfcp?«.

ш

%

.-4JS*'

Нанесение в едином вакуумном цикле многослойных пленочных структур методом ионно-лучевото распыления металлов

(в том числе магнитных), полупроводников и диэлектриков

Источник ионов, камера с трехпо-зиционным держателем мишеней и электроприводом, присоединительный фланец РИ 250

ЬеЙцч ДЗ*

Число распыляемых мишеней -3;

Диаметр мишеней -150+180 j мм;

Диаметр подложек - до 150 мм;

Диапазон рабочих давлений -5х10"2* 1x10"' Па; Относительная неравномерность толщины наносимых покрытий на подложках 0150 мм - ±3*5%;

Ионный ток при напряжении разряда 3+5 кВ и скорости откачки 500 л/с - до 300 мА

Устройство ионно-лучевого нанесения пленочных структур со шлюзовой камерой

КБ-100/250-ШАБ ЬОСК

Нанесение покрытий ионно-лучевым распылением мишени из соответствующего материала с загрузкой подложек через шлюз источника ионов без развакууммирова-ния вакуумной технологической камеры

Источник ионов, подложкодержа-тель с электроприводом (возвратно-поступательное движение); шлюзовая камера

Диаметр распыляемых мишеней - до 100 мм; Диаметр подложек - до 76 мм; Диапазон рабочих давлений - 5х10"2 + 1x10"' Па; Относительная неравномерность толщины наносимых покрытий на подложках 076 мм - ±5%;

Ионный ток при напряжении разряда 3*5 кВ и скорости откачки 500 л/с - до 200 мА; Время перегрузки подложки из атмосферы в технологическую камеру, откачанную до давления 1х10"4Па, - 1*2 мин

1

Устройство ионно-лучевого нанесения пленок материалов

ВО-ЮО/Ш

Нанесение покрытий ионно-лучевым распылением мишени из соответствующего материала

Источник ионов на стандартном фланце 0№36

Диаметр распыляемых мишеней -8СМ-100 мм; Диапазон рабочих давлений -5x10-41x10"'Па; Относительная неравномерность толщины наносимых покрытий на подложках 060 мм - ±3 %;

Ионный ток при напряжении разряда 3+5 кВ и скорости откачки 500 л/с - 200 мА

Источник ионов для обработки малых объектов С18Т-25/0,3

Ионно-лучевое травление и очистка. Осаждение пленок из ионных пучков. Ионное ассистирование. Нанесение пленок ионо-лучевым распылением.

Источник ионов 0 60 мм, устанавливается на стандартном фланце ОЫ 63 или внутри вакуумной камеры

Диаметр ионного пучка — 5 * 25 мм;

Напряжение разряда +1 + +5 кВ;

Ионный ток (соответствует напряжению разряда 3 5 кВ и скорости откачки 500 л/сек) - до 60 мА;

Рабочее давление 5х10"2 Па

3x10 +

Устройство ионно-лучевого распыления МСКО - 50/250 (серия КИ)

Нанесение ионно-лучевым распылением пленок материалов сложного состава и их композиций смешиванием потоков распыленного материала из нескольких мишеней

Ф

Устройство состоит из четырех источников ионов СВТ-25/0,3. Три источника обеспечивают формирование потоков распыляющих ионов. Четвертый источник осуществляет ионную бомбардировку растущей пленки.

Устанавливается на фланце БК 250. Имеет вакуумный | шлюз._

Для каждого источника: Диаметр ионного пучка -5 25 мм;

Напряжение разряда +1-^+5 кВ;

Ионный ток (соответствует напряжению разряда 3 + 5 кВ и скорости откачки 500 л/сек) - до 60 мА ;

Диаметр распыляемой мишени 40 ■¥ 60 мм;

Относительная неравномерность толщины пленок на подложке 0 76 мм не более ± 5%; Рабочее давление - 1х10~2 -5-1x10"' Па;

Многофункциональность устройств определяется возможностью их использования для ионно-лучевой очистки и травления поверхности обрабатываемых объектов, нанесения тонких пленок распылением соответствующих

мишеней, а также ионного ассистирования процессов нанесения покрытий, например магнетронным распылением.

Разработанные ионно-плазменные устройства открывают новые возможности при разработке перспективных и оптимизации существующих технологических процессов создания изделий микро- и наноэлектроники, включая устройства памяти, преобразования энергии, опто- и акустоэлектроники с улучшенными характеристиками и топологией.

На базе разработанных устройств создан ряд технологических вакуумных установок. В последнее время актуальной проблемой становится синтез пленок многокомпонентных материалов управляемого состава с градиентом концентрации компонентов по толщине, а также получение пленочных структур, состоящих из множества ультратонких слоев различных материалов. Примером может служить нанесение пленок высокотемпературных сверхпроводников типа УСиВаО.

На базе источника С18Т-25/0,3 была создана вакуумная установка синтеза многокомпонентных, в том числе нанокомпозитных, градиентных покрытий N1080-50/250 (рис. 22, а).

Для поиска оптимального состава или необходимого градиента концентрации компонентов в пленке использовалось одновременное распыление компонентов. В этом случае потоки распыленных компонентов поступали на подложку, где происходил их синтез. Управление скоростью распыления каждой мишени (компонента) путем изменения плотности тока и энергии соответствующего пучка ионов позволяло изменять состав пленок с целью достижения требуемых параметров.

Вакуумная система установки на базе турбомолекулярного насоса позволяла создать в технологическом объеме безмасляную вакуумную среду. Установка укомплектована пятью источниками ионов С18Т-25/0,3, четыре из которых служат для распыления соответствующих мишеней, а пятый используется для ионной очистки подложки перед нанесением покрытий и для ионного стимулирования (ассистирования) собственно процесса нанесения покрытий.

Нанесение пленок осуществляется снизу вверх, мишени и подложка расположены горизонтально. В центр фланца через окно устанавливается подложкодер-жатель, а в три окна по периметру фланца - три источника распыления. В четвертое окно на фланце вводится нагреватель, позволяющий нагревать подложку до 1000 К. Источник для обработки подложки устанавливается непосредственно в технологическую камеру.

Установка имеет автоматизированную систему управления откачкой и ручное управление экспериментальными работами.

Установка оснащена системой стабилизации инжекции плазмообразующе-го газа, а также системой контроля процессов ионной очистки и формирования гетерокомпозиций на базе измерения ионно-индуцированных токов и токов вторичных электронов.

Для формирования многослойных пленочных структур Я02 -А1- 5Ю2 - - Та в линии гибкого автоматического производства (ГАП) СБИС ЗУ на ЦМД при участии автора был создан специальный технологический модуль. Данная установка позволяет наносить в едином вакуумном цикле пленоч-

ные структуры методом ионного распыления диэлектрических и металлических (включая магнитные металлы) мишеней.

Совмещение в едином цикле процессов очистки, энергетической активации и нанесения многослойных пленочных структур позволяет сократить технологический цикл и улучшить качество наносимых пленок. Выбор мишени и контроль нанесения каждого слоя осуществляется автоматически по заданной программе и в любой последовательности.

Модуль (см. рис. 22, б) включает в себя следующие агрегаты и блоки: пост высоковакуумной откачки, оснащенный турбомолекулярным насосом 01АБ-1500-004; технологическую камеру, оснащенную охлаждаемым столом - под-ложкодержателем, устройством шлюзовой загрузки-выгрузки; ионный источник для нанесения четырех различных материалов с узлом очистки подложек и механизмом смены мишеней; блок напуска рабочих газов.

В технологической камере производится поштучная обработка подложек диаметром 76 мм. Подложки автоматически с транспортной линии ГАП через шлюз загружаются в технологическую камеру.

Рис. 22. Вакуумные установки:

а - установка синтеза многокомпонентных, нанокомпозитных и градиентных покрытий МС18Б-50/250;

б - вакуумный модуль нанесения многослойных пленочных структур технологической линии гибкого автоматизированного производства СБИС ЗУ ЦМД

Для данной установки разработан двулучевой ионный источник. В комплект установки входит блок контроля технологического процесса нанесения многослойной структуры БКТП-2, позволяющий по изменению ИИТ оперативно контролировать толщины пленок в диапазоне значений 0 + 500 нм с относительной погрешностью не более ±3 %.

Реализация на практике принципа модульного построения привела к выпуску ряда многофункциональных установок, созданных на базе модуля безмас-

ляной откачки МЗ.000.000, оснащенного турбомолекулярным насосом 01АБ-1500-004 (рис. 23, а, б, в, г, д).

Совершенствование системы напуска газа и стабилизация давления в процессе ионно-лучевой обработки материалов является одним из важнейших требований, предъявляемых к вакуумному оборудованию ионно-плазменной обработки. Данное обстоятельство требует создания систем стабилизации давления, так как его колебания в процессе горения разряда выступают возмущающим фактором для систем стабилизации напряжения и тока разряда.

В настоящей работе рассмотрена возможность создания и применения системы обратной связи, связанной с использованием тока, индуцированного бомбардирующими ионами в цепи распыляемой мишени.

В качестве исполнительного устройства системы напуска со стабилизацией давления (СНСД) использован электромагнитный быстродействующий натекатель НМБ-1. Плавная регулировка потока плазмообразующего газа обеспечивается изменением времени пребывания натекателя в открытом и закрытом состояниях.

Схема управляемого регулирования потока газа в процессах ионно-плазменной обработки (с использованием в качестве сигнала обратной связи тока, индуцированного в цепи распыляемой мишени) приведена на рис. 24, функциональная схема системы управления натекателем представлена на рис. 25.

Разработанная СНСД может легко встраиваться в технологическое оборудование. Широкий диапазон автоматического регулирования потока напускаемого газа позволяет без перестройки переходить на различные технологические режимы. Большое число регулируемых параметров, а также унифицированный диапазон входного сигнала обратной связи (0 +10 В) позволяет применять разработанную СНСД в установках с различными структурами вакуумных систем и с различными средствами контроля давления. Функция нормализации давления позволяет применять данную СНСД в системах газов с раздельной стабилизацией парциальных давлений.

Проведенные исследования и установление закономерностей изменений ионно-индуцированных токов в процессах ИЛТ, РИЛТ, нанесения методами ИЛР, РИЛР пленок и пленочных структур, а также изучение возможности использования изменений этого тока в качестве сигнала для управления указанными процессами, послужили основой при разработке ряда устройств и систем контроля технологических процессов ионно-плазменной обработки. Разработаны и изготовлены опытные образцы блоков: блок выделения полезного сигнала БВС-1, блоки контроля технологического процесса БКТП-1, БКТП-2, БКТП-3, БКТП-4 и микропроцессорная система БК-3 (табл. 5).Разработанная аппаратура прошла апробирование на опытных и серийно выпускаемых вакуумных технологических установках.

д

Рис. 23. Специальные многофункциональные установки на базе модуля безмаслянной откачки М 3.000.000:

а, б - многофункциональные установки для проведения комплексных экспериментальных работ;

в - установка для реализации процессов ионной очистки и нанесения многослойных структур;

г- установка для реализации процессов ионной очистки внешних поверхностей и внутренних полостей кварцевых деталей, имеющих сложную конфигурацию;

д - установка для формирования алмазоподобных антифрикционных покрытий для гироскопии

Подг.ожкодермэтель

да УМ Выход,

Об^та связь по ту мшен* / 05рэтаая сгязьло току рагряде

Рис. 24. Структурная схема управляемого регулирования потока газа в устройство ИЛР при проведении технологического процесса ионно-плазменного нанесения пленочных покрытий

"0"

Рис. 25. Функциональная схема системы управления: ЗГ1 и ЗГ2 -задающие генераторы; СС - схема сравнения сигналов обратной связи и опорного напряжения; УОН -устройство однократного напуска; СКУ - селектор каналов управления; УМ - усилитель мощности; ИП - источник питания

Основные результаты и выводы

1. Установлена и обоснована возможность использования электрофизических эффектов низкоэнергетического воздействия ионов (до 5 кэВ) и электронов (до 900 эВ) на поверхность обрабатываемых материалов (возникновение индуцированного тока в приповерхностном слое и эмиссии электронов из них) для прецизионного управления процессами ионно-плазменного травления и осаждения микро- и наноразмерных пленок и гетероструктур на основе полупроводников, диэлектриков и металлов.

2. Использование эффектов возникновения и изменения ионно-индуцированного тока и эмиссии электронов в процессе ионно-плазменного травления и осаждения тонкопленочных гетероструктур позволило разработать новые способы и приемы неразрушающего оперативного контроля изменения состояния обрабатываемой поверхности. Это обеспечило возможность регистрировать изменения химического состава поверхностного слоя в пределах 3-^-5% ат. и переход в процессе формирования одного слоя к другому с минимальным разрешением ло толщине ±5 нм.

3. Теоретически и экспериментально с учетом зонной теории обрабатываемого материала, вероятности выхода электрона в вакуум, плотности потока ионов на поверхность установлены закономерности изменения тока вторичных электронов и коэффициента кинетической ионно-электронной эмиссии в зависимости от параметров материала и ионного воздействия. Возможно прогнозирование реального тока ионно-электронной эмиссии с погрешностью до 10 %.

4. Разработаны оригинальные методики и аппаратура для регистрации ион-но-индуцированного тока и эмиссионного электронного тока в реальных ионно-плазменных процессах травления и нанесения тонких пленок и гетероструктур,

Таблица 5

Блоки контроля технологических процессов

Тип блока

Внешний вид блока

Структурная схема

Назначение

Тип технологических установок, на которых проведена апробация_

1. Блок выделения полезного сигнала БВС-1

Выделение полезного сигнала на фоне шума.

Определение момента окончания ИЛТ, РИЛТ с относительной погрешностью не более 2-5-3%.

Установка ион-но-лучевого травления TLA-20-II фирмы

Technics,

США

Г'И

2. Микропроцессорная система контроля БК-3

э I)

ш

- Mill

t- X 1 _!_!_1—

Контроль процессов ИЛТ и РИЛТ окон малой площади (1% от суммарной площади поверхности, обрабатываемой ионами).

Автоматический контроль процессов ИЛТ и РИЛТ пленок металлов и диэлектриков с относительной погрешностью не более 1+2%

Установка ионно-химического травления «Каштан»

3. Блок контроля технологического процесса БКТП -2

4. Блок контроля технологического процесса БКТП-3

5. Блок контроля технологического процесса БКТП-4

Контроль процессов нанесения пленок металлов и диэлектриков.

Определение момента окончания процесса нанесения пленок металла и диэлектрика заданной толщины.

щ

позволяющие на 15+20 % повысить точность фиксации момента окончания процесса по сравнению с контролем по времени.

5. Экспериментально установлены закономерности изменения интегрального сигнала вторичных электронов при ионно-лучевом травлении многослойных тонкопленочных гетерокомпозиций, позволяющие фиксировать временной интервал ионной очистки, переход травления одного слоя к другому и момент окончания процесса с точностью ± 2 с.

6. Предложена феноменологическая модель возникновения и эволюции ионно-индуцированной проводимости в процессе ионно-лучевого травления пленочных структур, учитывающая изменение потенциала приповерхностного слоя, подвергаемого бомбардировке заряженными частицами. Установлено, что возрастание измеряемого тока на завершающей стадии травления пленок диэлектриков (БЮг, А120з) связано с влиянием сильных электрических полей, а изменение тока на границе раздела металлов обусловлено изменением коэффициента ионно-электронной эмиссии при переходе от одного слоя металла к другому в процессе ионно-лучевого травления. Показано, что результатом влияния электрических полей высокой напряженности при ионной бомбардировке является возникновение ионно-индуцированного тока, значение которого на 1+2 порядка превышает расчетное для массивных диэлектриков в отсутствие ионной бомбардировки.

7. Экспериментально показано, что каждому сочетанию наноразмерных ге-тероструктур диэлектрик - полупроводник - металл соответствует определенная закономерность изменения ионно-индуцированного тока при ионно-лучевом травлении и нанесении пленок металлов и диэлектриков. Установлено, что для структур диэлектрик - полупроводник (металл) наиболее значительными параметрами являются: толщина пленки диэлектрика, энергия и плотность потока ионов, вид бомбардирующих ионов и плотность тока тепловых электронов, поступающих на поверхность обрабатываемой структуры. Показано, что на зависимостях изменения ионно-индуцированного тока в процессе травления и осаждения от времени имеются воспроизводимо идентифицируемые значения, позволяющие фиксировать момент полного стравливания пленки с поверхности подложки с погрешностью не более 1+2 %.

8. Теоретически и экспериментально показано, что при воздействии электронов низкой энергии (до 900 эВ) на поверхность твердого тела в определенном энергетическом интервале, совпадающем с интервалами пороговых энергий упругих и неупругих потерь энергии, интенсивность рассеяния электронов поверхностью многокомпонентных мишеней носит ступенчатый характер. В диапазоне энергий электронов 600+900 эВ сечение рассеяния для указанных мишеней характеризуется увеличением интенсивности интегральной вторичной электронной эмиссии и сужением пиков энергетических спектров рассеяния для однокомпо-нентных мишеней. Эмпирически определенные размеры областей взаимодействия отличаются от расчетных значений для упругих и неупругих процессов рассеяния, что указывает на механизм рассеяния, сходный с механизмом резонансной эмиссии.

Показана возможность с высокой точностью определять средний атомный номер многокомпонентных мишеней, рассеивающих первичный поток низкоэнергетических электронов как в фокусированном, так и расфокусированном режиме облучения.

9. Экспериментально установлены зависимости изменения характеристик резистивных и диэлектрических пленок (ТКС, с, n, s, плотность пор, концентрация компонентов и примесей), получаемых ионно-плазменным осаждением, от энергии электронов, бомбардирующих поверхность подложки в процессе формирования пленки на подложке. Экспериментально показана возможность использования электрон-электронной эмиссии для контроля состава формирующейся пленки в процессе ионного распыления мишеней различного состава. Например, установлено, что величина интегрального сигнала вторичных электронов при формировании слоя на основе нитрида вольфрама на арсениде галлия и слоя (SiC)i.x(AlN)x зависит от содержания азота или A1N соответственно.

10. Разработаны концепции автоматизации и алгоритмического обеспечения системы управления процессами ионно-плазменного осаждения и травления то-копленочных гетерокомпозиций, заключающиеся в использовании имитационного моделирования и интегрированной системы, сочетающей процедуры оптимизации управления с применением адаптивной модели с процедурами идентификации параметров управляемого процесса. Предложена модель формирования пучка заряженных частиц ионного источника типа «Радикал», учитывающая немоно-энергетичность потока ионов, распределение плотности тока и объемного заряда. Концепция и модель позволяют определить условия оптимальности управления потоком заряженных частиц, используемых для реализации процессов осаждения и травления тонких пленок. Разработанная процедура на 20+30 % снижает концентрацию дефектов на поверхности подложки после по сравнению с неупров-ляемыми потоками ионов после стравливания нанесенного слоя. Разработаны алгоритмы и системы управления процессами нанесения пленок диэлектриков, металлов и ионного травления функциональных слоев СБИС с использованием ион-но-индуцированных токов. Использование закономерности изменения ионно-индуцированного тока (/,,) от времени при ионно-лучевом травлении тонких пленок диэлектриков позволило путем обработки сигнала и нахождения характерных точек, соответствующих максимуму функции 1,ДО, с погрешностью не более ± 2 % определять время окончания травления слоя, корректировать и изменять параметры ионного источника в процессе травления.

11. Разработана автоматизированная система управления процессом создания многослойных структур диэлектрик - металл в едином вакуумном цикле, использующая непрерывный контроль толщины наносимых пленок путем регистрации изменения ионно-индуцированного тока и падения напряжения от толщины слоя. Алгоритм управления заключается в подаче сигнала о прекращении данного этапа или процесса в целом на исполнительные элементы автоматики при достижении измеряемыми параметрами (/„ или AU) некоторого порогового значения, соответствующего заданной толщине пленки.

12. Для обеспечения реализации адаптивно-управляемых процессов ионно-лучевого травления и осаждения пленок разработаны и созданы специализированные устройства и установки: многопучковая установка синтеза пленок сложного состава (YCuBaO) ионным распылением 4-х мишеней, позволяющая с помощью управления составом, интенсивностью и энергией потока ионов на поверхность мишеней и подложки поддерживать и регулировать как состояние, так и химический состав формируемых слоев; устройства для ионного травления пле-

ночных гетероструктур с контролем процесса путем регистрации индуцированного тока в цепи пленка - подложкодержатель - датчик; устройства для контроля процессов ионно-лучевого и реактивного ионно-лучевого травления пленок металлов на металлах с использованием ионно-электронной эмиссии.

13. Разработаны устройства равномерного распределения потоков плазмо-образующего газа, системы управления напуском рабочего газа и стабилизации его давления в технологической камере в диапазоне 5-10"3 -И Па в процессе ионно-лучевого осаждения и травления пленочных структур. Устройство распределения плазмообразующего газа позволяет увеличить до 95 % равномерность плотности тока ионных пучков, извлекаемых из устройства ионно-плазменной обработки, оперативно отслеживать изменение основных параметров ионно-плазменных устройств: давление плазмообразующего газа, напряжение и ток разряда - стабилизировать их на уровне, не превышающем ±5 % от номинального значения. Это позволяет управляемо контролировать скорость роста пленок и ее отклонение в пределах 0,1-Ю,2 нм/с от заданного значения.

14. Разработанные неразрушаюшие методы контроля ионно-плазменных процессов осаждения и травления тонкопленочных структур, основанные на регистрации ионно-индуцированных токов, ионно-электронной и электрон-электронной эмиссии, а также разработанные адаптивно-управляемые процессы, элементы и устройства для реализации процессов были использованы при разработке следующих экспериментальных и промышленных технологий:

- создания резистивных и диэлектрических многокомпонентных многослойных пленочных структур для устройств вторичных источников питания;

- создания функциональных устройств гибридных интегральных схем на металлической подложке путем получения изолирующего слоя на подложке, формирования пассивных и активных элементов ГИС;

- создания диодов Шоттки на арсениде галлия в едином технологическом процессе, включающем ионную очистку, реактивное ионно-лучевое травление поверхности подложки, нанесение ионным распылением одно- и двухслойных слоев металлизации из А1, И, и

- направленного нанотекстурирования ионными пучками поверхности углеродных эмиттеров, применяемых в электронных приборах специального назначения;

- формирования токоведущих элементов СБИС ЗУ ЦМД при реализации процессов травления многослойных структур Сг-Си-Сг, а также нанесения ИЛР структур БЮз-А! -ЗЮг-МРе-Та;

- воспроизводимого прецизионного нанесения ИЛР и удаления ИЛТ пленок металлов (Аи, Р1, А§) с поверхности пьезокварцевых кристаллов с целью оперативной настройки частоты кварцевых резонаторов;

- формирования ИЛР нанопленок ферромагнитных материалов (N1, №Ре, Со, Бе) с высокими значениями коэрцитивной силы для устройств магнитной памяти.

В результате выполненной работы решена важная народнохозяйственная проблема, связанная с созданием вакуум-плазменного оборудования с неразру-шающим контролем процессов формирования гетерокомпозиций на основе металлов, полупроводников и диэлектриков при использовании электрофизических эффектов от ионного и электронного воздействия.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Симакин С.Б. Метод оперативного контроля процессов ионного травления и нанесения /С.Б. Симакин, В.И. Петров // Электронная техника. Серия 7. -1984.-Вып.4 (125).-С. 78-80.

2. Симакин С.Б. Контроль процессов очистки поверхностей металлов и полупроводников / С.Б. Симакин, В.И. Петров // Электронная техника. Сер. 7. -1986.-Вып.3 (136).-С. 52-55.

3. Симакин С.Б. Исследование электропроводности диэлектриков при ионно-плазменной обработке /С.Б. Симакин, В.И. Петров, Г.Ф. Ивановский // Электроника - М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. 3.-1984. - Вып.2(201). - С. 97.

4. Симакин С.Б. Контролируемое травление направленным потоком ионов пленок Та, Mo и С при формировании топологии ИС / С.Б. Симакин, В.И. Петров, О.Г. Ломакина, Е.Д. Пожидаев // Электронная техника. Сер. 7. -

1986. - Вып.З (136). - С. 42-44.

5. Симакин С.Б. Контроль чистоты поверхностей металлов и полупроводников при ионной обработке / С.Б. Симакин, В.И. Петров// Тез.докл. V отраслевая научно-техническая конференции «Тонкие пленки в производстве ПП и ИС» -Нальчик, 1983.-С. 179.

6. Симакин С.Б. Блок контроля процесса ионно-плазменного нанесения пленок металлов и диэлектриков / С.Б. Симакин, В.И. Петров, В.В. Панюшин, В .А.Скворцов //Электроника - М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. 7. - 1986. -Вып.1 (233). - С.28.

7. Симакин С.Б. Управление ионно-плазменными процессами при формировании топологии / С.Б. Симакин, В.И. Петров, Г.Ф. Ивановский // Электроника - М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. 7. - 1986. - Вып.2 (234). - С. 33-34.

8. A.C.1364151 СССР Способ определения толщины пленки диэлектрика / С.Б. Симакин, В.И. Петров, Г.Ф. Ивановский (СССР) №1364151/ заяв.от 04.11.87, опубл. в БИ,- 1987. - №47.

9. Симакин С.Б. Установка нанесения пленочных структур ЦМД СБИС ионным распылением /Г.Ф. Ивановский, С.Б. Симакин, В.И. Петров, A.A. Казанский, Н.С. Перов // Электроника - М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. 3. -

1987. - Выя.4 (233). - С.79.

10. Симакин С.Б. Управление процессами ионно-лучевого травления пленок металлов/ С.Б. Симакин, В.И. Петров, Н.С. Перов //Электроника - М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. 3. - 1987. - Вып.5 (234). - С. 306.

11. Симакин С.Б. и др. Блок выделения информативного сигнала / С.Б. Симакин, В.А. Скворцов, В.И. Петров // В кн.: Физические основы и новые направления плазменной технологии в микроэлектронике. - М: Физика, 1987. -С. 245-249.

12. Симакин С.Б. и др. Микропроцессорный блок контроля процессов ионно-лучевого травления / С.Б. Симакин, М.К. Виноградов, Г.Ф. Ивановский, В.И. Петров // В кн.: Физические основы и новые направления плазменной технологии в микроэлектронике. - М: Физика, 1987. - С. 228 -234.

13. Симакин С.Б. и др. Устройства ионно-лучевого нанесения пленок на подложки различных размеров/ С.Б. Симакин, Г.Ф. Ивановский, В.И. Петров,

B.И. Фролов // В кн.: Физические основы и новые направления плазменной технологии в микроэлектронике. - М: Физика,1987. - С. 178 -181.

14. Симакин С.Б. Многопучковая установка синтеза пленок сложного состава ионным распылением / С.Б. Симакин, Г.Ф. Ивановский, В.И. Петров, C.B. Панин // Электронная промышленность. - 1989. - №11. - С. 23-24.

15. Симакин С.Б. Микропроцессорная система контроля ионного травления функциональных слоев СБИС/ С.Б. Симакин, М.К. Виноградов, Г.Ф. Ивановский, В.И. Петров // Электронная промышленность. - 1989. - №11. - С. 22-23.

16. Симакин С.Б. Автоматическая установка нанесения пленочных структур ионным распылением / С.Б. Симакин, Г.Ф. Ивановский, В.И. Петров, A.A. Казанский // Электронная промышленность. - 1990. - №4. - С. 6-7.

17. Симакин С.Б. Устройство ионно-лучевого нанесения пленок / С.Б. Симакин, Г.Ф. Ивановский, В.И. Петров, C.B. Панин, В.И. Фролов // Электронная промышленность. - 1990. - №4. - С. 13-14.

18. A.C.1501898 СССР Устройство для контроля процессов ионно-лучевого и реактивного ионно-лучевого травления / С.Б. Симакин, В.А. Скворцов, В.И. Петров, Г.Ф. Ивановский (СССР)/№ 1501898 заяв. 12.06.87, опубл. в БИ. -1989,- №30.

19. А.С.1551232 СССР Устройство для ионного травления / С.Б. Симакин, М.К. Виноградов, В.А. Скворцов (СССР) / № 1551232 СССР заяв. 23.09.88, опубл. в БИ,- 1990.-№10.

20. A.C. 1531764 СССР Способ управления процессом ионной очистки поверхностей полупроводников и металлов/ С.Б. Симакин, В.А. Скворцов (СССР) / № 1531764 СССР заяв. 09.03.88, опубл. в БИ. - 1989.-№47.

21. Симакин С.Б.Установка двустороннего формирования многослойных пленочных структур жестких магнитных дисков/ Г.Ф. Ивановский, В.И. Петров,

C.Б. Симакин, C.B. Панин, В.И. Фролов // Тез. докл.. 7-ой отраслевой конференции «Тонкие пленки в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем» - Махачкала, 1990. - С. 139.

22. Симакин С.Б. Повышение воспроизводимости процессов формирования пленок ионно-лучевым распылением / С.Б.Симакин, // Тез. докл. 7-ой отраслевая конференция «Тонкие пленки в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем»: - Махачкала, 1990. - С. 177.

23. A.C. 1251574 СССР Способ управления процессами ионного травления диэлектрических пленок / С.Б.Симакин, В.И.Петров, Г.Ф.Ивановский

(СССР)/№1251574 заяв.23.06.91, опубл. в БИ - 1992,- №48

24. А.С.1400465 Устройство для контроля процессов ионно-лучевого травления /С.Б. Симакин, В.И. Петров, Г.Ф. Ивановский, В.А. Скворцов / №1400465 заяв.12.02.91, опубл. в БИ -1992. - № 2

26. A.C.1407385 Устройство для контроля процессов ионно-лучевого травления пленок металлов на металлах/ С.Б. Симакин, В.И. Петров/№1407385 заяв. 28.10.91, опубл. в БИ - 1992 . - №24

27. Симакин С.Б. Вакуумные технологии для нефтегазовой промышленности / С.Б.Симакин, И.А. Рябов, O.K. Курбатов, В.Т. Гринченко, В.Т. Кузьмина// Тез. докл.1 - ого Межд. Конгр. «Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего» - Тюмень, 1996.- С. 136

28. СимакинС.Б. Повышение эффективности излучения многоцветных свето-диодов для электротехнических устройств / С.Б. Симакин, В.П. Сушков, Т.Д. Кузнецов, С.П. Курочка, В.И.Делян // Тез. докл. 5-й Межд. конф. «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» -Алушта, 2003. - С. 45-48.

29. Симакин С.Б. Электронно-эмиссионный контроль процесса ионно-лучевого травления слоистых покрытий/ С.Б. Симакин, В.П. Сушков, Г.Д. Кузнецов, С.П.Курочка, В.И.Делян // Тез. докл. 5-й Межд. конф. «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» - Алушта, 2003. - С. 32-34.

30. Кузнецов Г.Д. Состояние и проблемы ионно-илазменного травления нитридов элементов третьей группы / Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, В.П. Сушков, А.Р. Кушхов, А.И. Делян // Изв. ВУЗов. Материалы электронной техники. - 2003. - № 4. - С. 126.

31. Симакин С.Б. Генерирование примесей в кремнии для СВЧ-техники / Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, A.B. Еремеев., Г.П. Фурманов, С.П. Курочка // Тез. докл. 3-й Межд. конф. по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе - Москва, 2003. - С. 156.

32. Симакин С.Б. Моделирование кинетической ионно-электронной эмиссии с поверхности полупроводников и металлов/ Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, А.И. Делян, A.A. Сергиенко // Тез. докл. 3-й Межд. конф. по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе - Москва, 2003.-С. 124.

33. Симакин С.Б. Технология и оборудование для травления и напыления пленок ионным распылением в вакууме / Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, С.П. Курочка, Ю.Г. Полистанский // Тез. докл. 3-й Межд. науч. конф. «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» - Кисловодск, 2003. - С. 69.

34. Симакин С.Б. Моделирование кинетической ионно-электронной эмиссии с поверхности полупроводников и металлов / Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, Н.М. Кислов, A.A. Сергиенко, А.И. Делян.// Тез.докл. 3-й Межд. науч. конф. «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» - Кисловодск, 2003. - С. 34.

35. Симакин С.Б. Признаки самоорганизации на поверхности роста пленок на основе кремния с неупорядоченной структурой / Г.Д. Кузнецов, С.Б. Сима-

кин, В.А. Филиков, Р.Ш. Тешев, В.А. Лигачев // Тез. докл. 3-й Межд. науч. конф. «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» -Кисловодск, 2003. - С.56.

36. Симакин С.Б. Ионно - стимулированное плазмохимическое травление GaAs и 1пР/ Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, В.П. Сушков, А.Р. Кушхов, В.И. Делян // Тез. докл. 4-й Межд. науч. конф. «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» - Кисловодск, 2004. - С.82

37. Симакин С.Б. Использование ионно-электронной эмиссии для контроля процесса травления многослойных термоэлементов/ С.Б.Симакин, Г.Д.Кузнецов, Ю.Г.Полистанский, И.В.Лобачев, Н.М.Кислов, A.A. Сергиен-ко // Тез.докл. 2-й Межд. конф. «Термоэлектрики» - С,- Петербург, 2004. -С. 35.

38. Симакин С.Б. К модели выхода вторичных электронов из металлов и полупроводников при ионной обработке поверхности / С.Б. Симакин, Н.М. Кислов, Г.Д. Кузнецов, A.A. Сергиенко // Материалы электронной техники. - 2004. - №4. - С. 63-67.

39. Симакин С.Б. К модели выхода вторичных электронов из металлов при ионной обработке поверхности / Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, Н.М. Кислов, A.A. Сергиенко // Материалы электронной техники. -

2004. - №4. - С. 63-67.

40. Симакин С.Б. Адантивное управление технологическими процессами ион-но-лучевого травления / С.Б. Симакин, Г.Д. Кузнецов, A.A. Сергиенко, В.Н. Пилишкин // Тез. докл. 2-ого Межд. симпозиум «Нанотехнология» - Прага,

2005.-С. 135.

41. Симакин С.Б. Низкоэнергетнческое ионное стимулирование процессов формирования тонкопленочных кремнийсодержащих материалов и многослойных структур на их основе/ Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин // Изв. вузов. Материалы электронной техники. - 2005. - №4. - С. 22-31.

42. Симакин С.Б.Особеиности структурных превращений и диффузионных процессов в перекристаллизующихся пленках аморфного гидрогенези-рованного кремния / С.Б.Симакин, В.А.Филипов, Г.Д.Кузнецов, Ю.В. Осипов// Вестник МЭИ.-2006.- №2.-С.57-66.

43. Симакин С.Б. Закономерности изменения ионно-индуцированных токов в тоикопленочных гетерокомпозициях при ионно-лучевом травлении/ Г.Д.Кузнецов, С.Б.Симакин, В.А.Филипов, A.A. Сергиенко // Вестник МЭИ. - 2006. - №4. - С. 50-55.

44. Симакин С.Б. Получение пленок твердых растворов (SiC)i., (AIN) х ионным распылением /С.Б. Симакин, Г.К. Сафаралиев, Г.Д. Кузнецов, Б.А. Билалов, М.А. Курбанов // Изв. ВУЗов. Материалы электронной техники. - 2006. - № 1.- С. 48-52.

45. Симакин С.Б. Возможности ионного распыления для получения пленок твердых растворов на основе карбида кремния / С.Б. Симакин, Б.А. Билалов, Г.Д. Кузнецов, Г.К. Сафаралиев // Тез. докл. 4-ого Российско-японский семинар «Перспективные технологии и оборудование для материаловедения,

микро- и наноэлектроники» - Астрахань: АГУ, 2006. - С.285-290.

46. Симакин С.Б. Рассеяние потока низкоэнергетических электронов поверхностью многокомпонентных кремнийсодежращих мишеней / Г.Д.Кузнецов, С.Б.Симакин, Б.А.Билалов, Д.Н.Демченкова // Тез. докл. 4-й Межд. науч конф. «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» -Кисловодск, 2006,- С.45.

47. Симакин С.Б. Способ поддержания и управления стабильностью давления в вакуумной технологической камере в процессе ионно-плазменной обработки материалов электронной техники с повышенной эффективностью/ Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, A.A. Сергиенко // Свидетельство о регистрации НОУ-ХАУ. Депозитарий МИСиС №204-219-2006 ОЦС от 17.01.2006.

46. Симакин С.Б. Устройство для повышения точности регистрации момента окончания процесса ионного травления тонкопленочных гете-рокомпозиций / Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, Е.А. Митрофанов // Вакуумная техника и технология.- 2007. - Т.17. - №3. - С.219-224.

48. Симакин С.Б. Неразрушающие методы контроля ионно-плазменных процессов осаждения и травления микро- и наноразмерных гетерокоипозиций/ С.Б.Симакин, Г.Б.Кузнецов // Тез. докл. 3-й Межд. научно-техническая конф. «Вакуумная техника, материалы и технология» - Москва, 2008. - С. 119-120.

49. Симакин С.Б. Особенности структурных, фазовых и морфологических изменений в поверхностных слоях материалов электронной техники при низкоэнергетических внешних воздействиях / Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, Д.Н. Демченкова, Б.А. Билалов // Вакуумная техника и технология. - 2008 - Т.18. - №1. - С. 17-22.

50. Симакин С.Б. Неразрушающие методы контроля в процессах ионно-плазменной обработки / С.Б.Симакин // Тез. докл. 18-й Межд. научно-техническая конф. « Неразрушающий контроль и техническая диагностика» - Н. Новгород, 2008. - С. 234.

51. Симакин С.Б. Пленки с регулируемыми оптическими и электрофизическими параметрами / И.СБорисов, Ю.А.Концевой, Е.А.Митрофанов, С.Б.Симакин // Электронная техника. Сер. 2. - 2008.- Вып. 1 (220). -С.33-37.

52. Симакин С.Б.Микро- и нанотехнологии пленочных гетерокомпозиций/ Г.Д. Кузнецов, С.Б. Симакин, Д.Н. Демченкова: Курс.лекций. - М.: Изд.Дом МИСиС - 2008.

Подписано в печать: 12.02.2009

Заказ № 1562 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Условные обозначения и сокращения

Введение

1. Методы и способы контроля процессов ионно-плазменной обработки материалов электронной техники

1.1. Физические основы и характеристика методов ионно-плазменной обработки

1.2. Основные эффекты, сопровождающие ионно-плазменную обработку

1.3. Применение эффектов ионной бомбардировки для контроля технологических процессов ионно-плазменной обработки

1.4. Использование оптических эффектов для управления процессами ионно-плазменной обработки

1.5. Масс-спектрометрия ионно-плазменных процессов 5 О

1.6. Использование электрических сигналов для контроля процессов ионно-плазменной обработки 53 Заключение

2. Закономерности изменения ионно-индуцированных токов (ИИТ) в многослойных пленочных гетероструктурах в процессах ионно-лучевого (ИЛТ) и реактивного (РИЛТ) травления и нанесения

2.1. Методика определения закономерностей изменения ИИТ в процессах ИЛТ и РИЛТ

2.2. Закономерности изменения ионно-индуцированного тока в процессах ИЛТ и РИЛТ пленочных структур диэлектрик - полупроводник и диэлектрик — металл

2.3. Особенности изменения ионно-индуцированного тока при ионной очистке поверхностей металлов и полупроводников

2.4. Закономерности изменения ионно-индуцированного тока при травлении гетероструктур

2.5. Закономерности изменения ионно-индуцированных токов при ИЛТ и РИЛТ структур металл - металл, металл — полупроводник, металл — диэлектрик — металл

2.6. Закономерности изменения ионно-индуцированных токов при ИЛТ и РИЛТ пленок углерода на металлах

2.7. Контроль ионно-индуцированных токов при нанесении ионно-лучевым распылением пленок диэлектриков на проводящие подложки

2.8. Измерение электрических потенциалов на поверхности структур при ионной бомбардировке 110 Заключение

3. Экспериментальное исследование явления вторичной ионно-электронной эмиссии при травлении многослойных пленочных гетероструктур металлов, полупроводников и диэлектриков

3.1. Экспериментальное оборудование и методика проведения измерения тока вторичных электронов

3.2. Параметры вторичной ионно-электронной эмиссии, используемые для диагностики состояния поверхности материалов в технологических процессах ИЛТ

3.3. Зависимость интенсивности ионно-электронной эмиссии с поверхности металлов, полупроводников и диэлектриков от электропроводности обрабатываемых структур при ИЛТ

3.4. Зависимость интенсивности ионно-электронной эмиссии от технологических параметров процессов ИЛТ

Бурное развитие микроэлектроники, а в последние годы и наноэлектроники, потребовало разработки новых технологических процессов. Микроминиатюризация, высокая степень интеграции, возрастание числа и уменьшение размеров отдельных элементов электронных устройств неизбежно приводит к совершенствованию тонкопленочной технологии.

Важнейшими операциями в технологии производства БИС и СБИС являются процессы формирования микро- и наноразмерных слоев и гетерокомпозиций, травление и создание топологического рисунка.

Широкое применение для создания тонкопленочных устройств находят ион-но-плазменные методы обработки, в том числе ионно-лучевое и реактивное ион-но-лучевое травление (ИЛТ и РИЛТ), а также нанесение пленок материалов ионно-лучевым и реактивным ионно-лучевым распылением (ИЛР и РИЛР).

Актуальной является проблема автоматизации ионно-плазменных процессов, которая не может быть решена без создания достаточно простых, точных и надежных методов контроля и управления. Проводимые в настоящее время исследования направлены на поиск и изучение физических явлений, на основе использования которых могут быть разработаны методики контроля состояния поверхности объектов обработки, устройства и оборудование для управления технологическими процессами формирования и травления тонких, сверхтонких и многослойных гете-роструктур.

В процессе ионно-плазменной обработки необходимо иметь информацию о начальных стадиях зарождения пленки, образовании сплошного слоя, о составе растущего слоя, а в случае травления — о переходе от одного слоя к другому и об окончании процесса.

Анализ физических явлений, возникающих в твердом теле при ионном и электронном воздействии на поверхность, позволяет заключить, что наиболее предпочтительным для отмеченных целей является использование эффектов, свойственных самим процессам. К числу таких эффектов относится ионно-электронная, электрон-электронная эмиссия и ионно-индуцированный ток, возникающий в пленочных структурах при воздействии на них низкоэнергетических заряженных частиц.

Методы контроля ионно-плазменных процессов, основанные на анализе ионно-индуцированных и эмиссионных токов в процессе обработки, представляют научный и практический интерес. Они наиболее адаптивны к изменяющимся условиям обработки и составу материалов структур.

Практическое применение этих методов представляется перспективным вследствие использования ионных и электронных пучков в качестве инструмента как для обработки поверхности, так и для контроля состояния поверхности в процессе обработки. Применение отмеченных эффектов дает возможность разработать оперативные (in situ) неразрушающие методы контроля. Кроме того, это позволит разработать адаптивно-управляемую технологию создания тонкопленочных электронных устройств.

В настоящее время отсутствует системный подход к изучению и использованию отмеченных эффектов ионного и электронного воздействия на поверхность обрабатываемого материала.

Цель работы состояла в исследовании и применении электрофизических эффектов низкоэнергетического воздействия ионов и электронов для эффективного управления процессами вакуумного ионно-плазменного травления и осаждения тонких пленок и гетероструктур на основе полупроводников, диэлектриков и металлов и разработке элементов технологического оборудования.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обобщить и проанализировать электрофизические эффекты, сопровождающие электронную и ионную бомбардировку тонкопленочных структур на основе металлов, полупроводников и диэлектриков;

- создать экспериментальное оборудование и разработать методики измерения ионно-индуцированных токов и токов вторичных электронов в процессе эли-онной обработки тонкопленочных гетероструктур;

- исследовать закономерности изменения ионно-индуцированных токов и токов вторичных электронов в процессах ИЛТ и РИЛТ гетероструктур, ионной очистки поверхности подложек, формирования методами ИЛР и РИЛР тонкопленочных композиций и обработки структур электронной бомбардировкой;

- построить феноменологические модели возникновения и эволюции ионно-индуцированных токов и токов вторичных электронов в процессе ионно-лучевой обработки гетероструктур;

- разработать концепцию построения алгоритмического обеспечения системы управления технологическим процессом на базе адаптивных математических моделей;

- разработать методики высокоточного определения момента окончания процессов ионно-плазменной обработки, исключающих негативное воздействие потоков ионов на подложку, в процессах ИЛТ и нанесения пленок заданной толщины в процессах ИЛР;

- создать и внедрить в серийное производство специальное вакуумное оборудование, оснащенное современными устройствами ионно-плазменной обработки и системами контроля технологических параметров, позволяющее реализовать адаптивно управляемые технологические процессы производства изделий электронной техники.

Методы исследования

Для решения поставленных задач использовались современные методы экспериментальных исследований, в том числе Оже-спектроскопии, ВИМС, рентгено-структурного анализа и сканирующей зондовой микроскопии. Использовались методы математического и физического моделирования, системного анализа и компьютерной обработки расчетных и экспериментальных зависимостей.

Научная новизна работы

Впервые установлены закономерности проявления электрофизических эффектов — возникновение ионно-индуцированных токов и электронной эмиссии при низкоэнергетическом (до 5 кэВ) воздействии ионов и электронов (до 0,9 кэВ) на поверхность обрабатываемых материалов: металлов, полупроводников, диэлектриков.

Впервые экспериментально показана возможность использования возникающих электрофизических эффектов для неразрушающего и оперативного (in situ) контроля состояния обрабатываемой ионами и электронами поверхности в процессе травления и осаждения микро- и наноразмерных пленок и гетероструктур на их основе.

Установлены закономерности немонотонного изменения ионно-индуцированного тока в приповерхностных слоях металлов, полупроводников и диэлектриков в пределах 100-300 нм при бомбардировке тонкопленочных материалов ионами с энергией до 5 кэВ, позволившие непрерывно контролировать процессы ионно-лучевого травления и осаждения. Показано, что закономерности изменения ионно-индуцированного тока связаны с природой материала пленок, их толщиной, видом бомбардирующих ионов, их энергией и плотностью тока.

Показано, что интегральный сигнал вторичных электронов при ионно-лучевом травлении тонкопленочных гетерокомпозиций позволяет фиксировать изменение состава и состояния поверхности непосредственно в процессе ионной обработки. Теоретические и экспериментальные результаты по кинетической ионно-электронной эмиссии с поверхности металлов и полупроводников удовлетворительно согласуются друг с другом.

Установлено, что при воздействии электронов низкой энергии (до 0,9 кэВ) на поверхность твердого тела с увеличением энергии интенсивность рассеяния электронов многокомпонентных мишеней носит ступенчатый характер, связанный с механизмом резонансной эмиссии.

Предложена феноменологическая модель возникновения и эволюции ионно-индуцированной проводимости и ионно-электронной эмиссии в процессе ионно-лучевого травления пленочных структур, учитывающая влияние сильных электрических полей и изменение коэффициента ионно-электронной эмиссии при переходе от одного слоя к другому.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Использование эффектов низкоэнергетического (до 5 кэВ) ионного воздействия на поверхность в процессе вакуумного ионно-плазменного формирования и травления тонких пленок металлов, полупроводников и диэлектриков и гетерокомпозиций на их основе (индуцированные токи, эмиссия электронов, распыление и активирование гетерогенных реакций) позволяет с высокой эффективностью управлять их химическим и фазовым составами, атомной структурой и электрофизическими свойствами.

2. Регистрация ионно-индуцированного тока в тонкопленочных гетерокомпо-зициях в процессе их ионно-плазменной обработки обеспечивает возможность использования его в качестве информационного сигнала для эффективного управления процессами очистки поверхности, определения продолжительности и окончания травления и нанесения тонких пленок.

3. Вторичная электронная эмиссия в процессе ионно-лучевой обработки поверхности слоистых материалов позволяет не только фиксировать все стадии процесса: очистка, момент окончания травления, включая переход травления от одного слоя к другому, но и изменение химического состава приповерхностной области при практически любой толщине слоев, применяемых в микро- и наноэлектронике.

4. Применение адаптивно-управляемых процессов на основе интеллектуальных систем управления позволяет обеспечить одновременный контроль нескольких технологических параметров, повысить разрешающую способность методов контроля, производительность, точность, быстродействие вакуумного ионно-плазменного оборудования.

5. Разработанные методики регистрации ионно-индуцированного тока и электронной эмиссии позволяют с высокой точностью определять момент окончания процессов ионно-плазменной обработки тонкопленочных гетероком-позиций.

6. Разработанные элементы и устройства технологического вакуумного оборудования с непрерывным контролем состояния обрабатываемой поверхности позволяют реализовать адаптивно-управляемые ионно-плазменные процессы нанесения и травления микро- и наноразмерных гетерокомпозиций из металлов, полупроводников и диэлектриков с повышенной эффективностью.

Практическая значимость и реализация результатов работы

1. Разработаны методики измерения ионно-индуцированных токов и токов вторичных электронов в пленочных структурах в процессе обработки, позволяющие фиксировать момент окончания процессов ИЛТ гетероструктур диэлектрик - полупроводник (металл), диэлектрик - диэлектрик — полупроводник, металл — металл с относительной погрешностью ± 1—2 %.

2. Разработана новая методика определения толщины диэлектриков до 500 нм с точностью не хуже ± 5 нм по изменению ионно-индуцированного тока и тока вторичных электронов в процессе формирования пленок ионно-лучевым и реактивным ионно-лучевым распылением.

3. Созданы экспериментальные вакуумные многофункциональные установки с ионно-лучевым устройством и системой оперативного контроля для реализации управляемых процессов ИЛТ, РИЛТ и нанесения пленок материалов ИЛР, РИЛР с использованием в качестве информационного сигнала ионно-индуцированного тока и тока вторичных электронов.

4. Созданы устройства контроля и управления процессами ИЛТ и нанесения пленочных структур, позволяющие фиксировать момент окончания процесса обработки с относительной погрешностью не более ±3 %.

5. Разработана методика контроля состава поверхности пленочных гетерострук-тур путем регистрации интегрального сигнала электронной эмиссии при ион-но-лучевом травлении, позволяющая в едином технологическом процессе безынерционно определять все стадии процесса травления: очистка поверхности, травление, переход травления от одного слоя к другому, окончание процесса травления; а также устанавливать изменение концентрации примесей, например, в пределах 2-4 ат. % водорода в а -57: Я, 3-5 ат. %, мышьяка в ОаАБ.

6. Разработаны аппаратура и система регистрации сигнала вторичных электронов, обеспечивающие увеличение практически в 2 раза его интенсивность в процессе ионно-лучевого травления и формирования тонкопленочных гетеро-композиций.

7. Разработан способ контроля отклонения от заданного состава многокомпонентных пленок, содержащих кремний, основанный на анализе электрон-электронной эмиссии в процессе их формирования, позволяющий повысить воспроизводимость состава и свойств получаемых резистивных и диэлектрических пленок. Воспроизводимость состава резистивных пленок на основе сплава РС-3710 составила по содержанию 57 - 95 %, по содержанию Сг - 90 %, воспроизводимость свойств при этом находится в пределах Ар/р - 1-15 %, АЯ/Я- 0,5-1 %, Ае/ео - 1-1,5 %.

8. Разработан способ поддержания и управления давлением плазмообразующего газа в процессе ионно-лучевой обработки тонкопленочных гетерокомпозиций, обеспечивающий высокую (до 95 %) воспроизводимость измерений интетрального сигнала вторичной электронной эмиссии и ионно-индуцированного тока.

9. Разработан и создан ряд высокоэффективных распылительных устройств и многофункциональных вакуумных установок для ионного синтеза и обработки многокомпонентных пленок.

10. Полученные экспериментальные и теоретические результаты использованы в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных работ по направлению «Электроника и микроэлектроника» при подготовке магистров по профилю «Процессы микро- и нанотехнологии» и инженеров по специальности «Микроэлектроника и твердотельная электроника» в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете).

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: I Международной конференции «Интеллектуальные системы» (Махачкала, Россия, 1994), I и II Международном конгрессе «Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего» (Тюмень, Россия, 1996, 1997), Международном научно-техническом семинаре «Напылительная техника» (Москва, Россия, 2002), V Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» (Алушта, Украина, 2003), III и IV Международной конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе (Москва, Россия, 2003, 2004), III Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, Россия, 2003), Международной конференция «Термоэлектрики» (Санкт-Петербург, Россия , 2004), 7 International Symposium «Nanostructures», (Прага, Чехия, 2005), IV Российско -японский семинар «Перспективные технологии и оборудование для материаловедения, микро- и наноэлекгроники» (Астрахань - АТУ, Россия, 2006), Международной конференции (Таганрог, Россия, 2003), II Международной конференции «Перспективные технологии производства радиоэлектронных блоков на печатных платах» (Москва, Россия, 2007), Международном семинаре «Вакуумная техника и технология» (Санкт-Петербург, Россия, 2007), 28-м заседании постоянно действующего научно-технического семинара: «Электровакуумная техника и технология», (Москва, Россия, 2007), IV Международной конференции «Микро- и наноэлектроника» (Звенигород, Россия, 2007), Международной конференции «Квантовая информатика» (Звенигород, Россия, 2007), XIV Международной конференции «Вакуумная наука и техника» (Сочи, Россия, 2007), III Международной научно-техническая конференции «Вакуумная техника, материалы и технология» (Москва, Россия, 2008), XVIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика» (Нижний Новгород, Россия, 2008).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 52 работы в отечественной и зарубежной научной печати, в том числе 10 в изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации основных результатов на соискание ученой степени доктора наук. Получено 7 авторских свидетельств.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы из 206 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 375 страниц текста, включает 124 рисунка, 21 таблицу.

Основные результаты и выводы

1. Установлена и обоснована возможность использования электрофизических эффектов низкоэнергетического воздействия ионов (до 5 кэВ) и электронов (до 900 эВ) на поверхность обрабатываемых материалов (возникновение индуцированного тока в приповерхностном слое и эмиссии электронов из них) для прецизионного управления процессами ионно-плазменного травления и осаждения микро- и наноразмерных пленок и гетероструктур на основе полупроводников, диэлектриков и металлов.

2. Использование эффектов возникновения и изменения ионно-индуцированного тока и эмиссии электронов в процессе ионно-плазменного травления и осаждения тонкопленочных гетероструктур позволило разработать новые способы и приемы неразрушающего оперативного контроля изменения состояния обрабатываемой поверхности. Это обеспечило возможность регистрировать изменения химического состава поверхностного слоя в пределах 3—5 % ат. и переход в процессе формирования одного слоя к другому с минимальным разрешением по их толщине ±5 нм.

3. Теоретически и экспериментально с учетом зонной теории обрабатываемого материала, вероятности выхода электрона в вакуум, плотности потока ионов на поверхность установлены закономерности изменения тока вторичных электронов и коэффициента кинетической ионно-электронной эмиссии в зависимости от параметров материала и ионного воздействия. Получена возможность прогнозирование реального тока ионно-электронной эмиссии с погрешностью до 10 %.

4. Разработаны оригинальные методики и аппаратура для регистрации ион-но-индуцированного тока и эмиссионного электронного тока в реальных ионно-плазменных процессах травления и нанесения тонких пленок и гетероструктур, позволяющие на 15-20 % повысить точность фиксации момента окончания процесса по сравнению с контролем по времени.

5. Установлены экспериментальные закономерности изменения интегрального сигнала вторичных электронов при ионно-лучевом травлении многослойных тонкопленочных гетерокомпозиций, позволяющие фиксировать временной интервал ионной очистки, переход травления одного слоя к другому и момент окончания процесса с точностью ± 2 с.

6. Предложена феноменологическая модель возникновения и эволюции ионно-индуцированной проводимости в процессе ионно-лучевого травления пленочных структур, учитывающая изменение потенциала приповерхностного слоя, подвергаемого бомбардировке заряженными частицами. Установлено, что возрастание измеряемого тока на завершающей стадии травления пленок диэлектриков (БЮг, Л12Оз) связано с влиянием сильных электрических полей, а изменение тока на границе раздела металлов обусловлено изменением коэффициента ионно-электронной эмиссии при переходе от одного слоя металла к другому в процессе ионно-лучевого травления. Показано, что результатом влияния электрических полей высокой напряженности при ионной бомбардировке является возникновение ионно-индуцированного тока, значение которого на 1—2 порядка превышает расчетное для массивных диэлектриков при отсутствии ионной бомбардировки.

7. Экспериментально показано, что каждому сочетанию наноразмерных ге-тероструктур диэлектрик—полупроводник-металл соответствует определенная закономерность изменения ионно-индуцированного тока при ионно-лучевом травлении и нанесении пленок металлов и диэлектриков. Установлено, что для структур диэлектрик-полупроводник (металл) наиболее значительными параметрами являются: толщина пленки диэлектрика, энергия и плотность потока ионов, вид бомбардирующих ионов и плотность тока тепловых электронов, поступающих на поверхность обрабатываемой структуры. Показано, что на зависимостях изменения ионно-индуцированного тока в процессе травления и осаждения имеются воспроизводимо идентифицируемые значения, позволяющие фиксировать момент полного стравливания пленки с поверхности подложки с погрешностью не более 1-2 %.

8. Теоретически и экспериментально показано, что при воздействии электронов низкой энергии (до 900 эВ) на поверхность твердого тела в определенном энергетическом интервале, совпадающем с интервалами пороговых энергий упругих и неупругих потерь энергии, интенсивность рассеяния электронов поверхностью многокомпонентных мишеней носит ступенчатый характер. В диапазоне энергий электронов 600-900 эВ сечение рассеяния для указанных мишеней характеризуется увеличением интенсивности интегральной вторичной электронной эмиссии и сужением пиков энергетических спектров рассеяния для однокомпо-нентных мишеней. Эмпирически определенные размеры областей взаимодействия отличаются от расчетных значений для упругих и неупругих процессов рассеяния, что указывает на механизм рассеяния, сходный с механизмом резонансной эмиссии.

Показана возможность с высокой точностью определять средний атомный номер многокомпонентных мишеней, рассеивающих первичный поток низкоэнергетических электронов как в фокусированном, так и расфокусированном режиме облучения.

9. Экспериментально установлены зависимости изменения характеристик резистивных и диэлектрических пленок (ТКС, а, п, s, плотность пор, концентрация компонентов и примесей), получаемых ионно-плазменным осаждением, от энергии электронов, бомбардирующих поверхность подложки в процессе формирования пленки на подложке. Экспериментально показана возможность использования электрон-электронной эмиссии для контроля состава формирующейся пленки в процессе ионного распыления мишеней различного состава. Например, установлено, что величина интегрального сигнала вторичных электронов при формировании слоя на основе нитрида вольфрама на арсениде галлия и слоя (SiC)ix(AlN)x зависит от содержания азота или AIN соответственно.

10. Разработаны концепции автоматизации и алгоритмического обеспечения системы управления процессами ионно-плазменного осаждения и травления тонкопленочных гетерокомпозиций, заключающиеся в использовании имитационного моделирования и интегрированной системы, сочетающей процедуры оптимизации управления с применением адаптивной модели с процедурами идентификации параметров управляемого процесса. Предложена модель формирования пучка заряженных частиц ионного источника типа «Радикал», учитывающая немоноэнерге-тичность потока ионов, распределение плотности тока и объемного заряда. Концепция и модель позволяют определить условия оптимальности управления потоком заряженных частиц, используемых для реализации процессов осаждения и травления тонких пленок. Разработанная процедура на 20-30 % снижает концентрацию дефектов на поверхности подложки по сравнению с неуправляемым потоком ионов после стравливания нанесенного слоя. Разработаны алгоритмы и системы управления процессами нанесения пленок диэлектриков, металлов и ионного травления функциональных слоев СБИС с использованием ионно-индуцированных токов. Использование закономерности изменения ионно-индуцированного тока (/,,) от времени при ионно-лучевом травлении тонких пленок диэлектриков позволило путем обработки сигнала и нахождения характерных точек, соответствующих максимуму функции /„(О? с погрешностью не более ± 2 % определять время окончания травления слоя, корректировать и изменять параметры ионного источника в процессе травления.

11. Разработана автоматизированная система управления процессом создания многослойных структур диэлектрик — металл в едином вакуумном цикле, использующая непрерывный контроль толщины наносимых пленок путем регистрации изменения ионно-индуцированного тока и падения напряжения от толщины слоя. Алгоритм управления заключается в подаче сигнала о прекращении данного этапа или процесса в целом на исполнительные элементы автоматики при достижении измеряемыми параметрами (/„ или ли) некоторого порогового значения, соответствующего заданной толщине пленки.

12. Для обеспечения реализации адаптивно-управляемых процессов ионно-лучевого травления и осаждения пленок разработаны и созданы специализированные устройства и установки: многопучковая установка синтеза пленок сложного состава (УСиВаО) ионным распылением 4-х мишеней, позволяющая с помощью управления составом, интенсивностью и энергией потока ионов на поверхность мишеней и подложки поддерживать и регулировать как состояние, так и химический состав формируемых слоев; устройства для ионного травления пленочных гетероструктур с контролем процесса путем регистрации индуцированного тока в цепи подложкодержатель - пленка — датчик; устройства для контроля процессов ионно-лучевого и реактивного ионно-лучевого травления пленок металлов на металлах с использованием ионно-электронной эмиссии.

13. Разработаны устройства равномерного распределения потоков плазмо-образующего газа и системы управления напуском рабочего газа и стабилизации его давления в технологической камере в диапазоне давлений 5-10" —1Па в процессе ионно-лучевого осаждения и травления пленочных структур. Устройство распределения плазмообразующего газа позволяет увеличить до 95 % равномерность плотности тока ионных пучков, извлекаемых из устройства ионно-плазменной обработки, оперативно отслеживать изменение основных параметров ионно-плазменных устройств: давление плазмообразующего газа, напряжение и ток разряда, стабилизировать их на уровне, не превышающем ± 5 % от потенциального значения. Это позволяет управляемо контролировать скорость роста пленок и ее отклонение в пределах 0,1-0,2 нм/с от заданного значения.

14. Разработанные неразрушающие методы контроля ионно-плазменных процессов осаждения и травления тонкопленочных структур, основанные на регистрации ионно-индуцированных токов, ионно-электронной и электрон-электронной эмиссии, а также разработанные адаптивно-управляемые процессы, элементы и устройства для реализации процессов были использованы при разработке следующих экспериментальных и промышленных технологий:

- создания резистивных и диэлектрических многокомпонентных многослойных пленочных структур для устройств вторичных источников питания;

- создания функциональных устройств гибридных интегральных схем на металлической подложке путем получения изолирующего слоя на подложке, формирования пассивных и активных элементов ГИС;

- создания диодов Шоттки на арсениде галлия в едином технологическом процессе, включающем ионную очистку, реактивное ионно-лучевое травление поверхности подложки, нанесение ионным распылением одно- и двухслойных слоев металлизации из А1, 77 и ЖЫ;

- направленного нанотекстурирования ионными пучками поверхности углеродных эмиттеров, применяемых в электронных приборах специального назначения; формирования токоведущих элементов СБИС ЗУ ЦМД ПРИ реализации процессов травления многослойных структур Сг-Си-Сг, а также нанесения ИЛР структур 8Ю2—А1 - ЗЮг, ШЕе - Та; воспроизводимого прецизионного нанесения ИЛР и удаления ИЛТ пленок металлов (Аи, Р^ Ag) с поверхности пьезокварцевых кристаллов с целью оперативной настройки частоты кварцевых резонаторов;

- формирования ИЛР нанопленок ферромагнитных материалов (№, ШЕе, Со, Ре) с высокими значениями коэрцитивной силы для устройств магнитной памяти.

В результате выполненной работы решена важная народнохозяйственная проблема, связанная с созданием вакуум-плазменного оборудования с неразру-шающим контролем процессов формирования гетерокомпозиций на основе металлов, полупроводников и диэлектриков при использовании электрофизических эффектов от ионного и электронного воздействия.

Заключение

Рассчитана и разработана адаптивно управляемая система газонапуска в устройства ионно-лучевой обработки.

Созданы ионно-плазменные устройства для реализации воспроизводимых процессов ИЛР, РИЛР, ИЛТ и РИЛТ.

Спроектированы и созданы многофункциональные вакуумные установки и технологические модули, позволяющие решать широкий круг задач при создании изделий электронной техники.

Рассчитаны, спроектированы и созданы системы контроля ионно-плазменных процессов нанесения и травления пленочных структур, апробирование на опытных и серийно выпускаемых вакуумных технологических установках.

1. Нанотехнология в электронике. / Под ред. Ю.Чаплыгина. — М.: Техносфера, 2007.-263 с.

2. Гуртов В. Твердотельная электроника — М.: Техносфера, 2006. 358 с.

3. Киреев В. Технологии микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы / В.Киреев, А.Столяров — М.: Техносфера, 2006. — 489 с.

4. Динамика радиоэлектроники / Под ред. Ю.И.Борисова. М.: Техносфера, 2006.-432 с.

5. Плазменная технология в производстве СБИС: Пер. с англ. М.Золотарева / Под ред. Н.Айнспука, Д.Брауна. — М.: Мир, 1987. 489 с.

6. Броудай Ч. Физические основы микротехнологии / Ч.Броудай, Дж.Мерей; -М.: Мир, 1985.-494 с.

7. Бередин A.C. Технология и конструирование интегральных микросхем / А.С.Бередин, О.Р.Мочалкина М.: Радио и связь, 1983. - 386 с.

8. Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред. В.Е.Фортова. — М.: Мир, 2003.-482 с.

9. Мак-Даниель М. Процессы столкновений в ионизированных газах М.: Мир, 1967.-832 с.

10. Чен Ф. Введение в физику плазмы: пер.с англ. — М.: Мир, 1987. — 398 с.

11. Райзер Ю.П. Физика газового разряда М.: Наука, 1987. - 569 с.

12. Каминский М. Атомные и ионные столкновения на поверхности металлов: Пер. с англ. М.: Мир, 1967. - 427с.

13. Оцуки Е.Х. Взаимодействие заряженных частиц с твердыми телами: Пер. с англ. М.: Мир, 1985. - 277 с. ил.

14. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой / Под ред. Р.Бериша. — М.: Мир, 1984. 328 с.

15. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел / Под ред. Е.С.Машковой. М.: Мир, 1989. - 349 с.

16. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. / Под ред. Д.Бриггса, М.Сиха. М.: Мир, 1987. - 598 с.

17. Ионная имплантация. / Под ред. Дж.К.Хирвонена. М.: Металлургия, 1985. -345 с.

18. Зенгул Э. Физика поверхности: Пер. с нем. М.: Мир, 1990. - 536 с.

19. Тонкие пленки. Взаимая диффузия и реакции / под ред. Дж.Поута, К.Ту, Дж.Мейера; пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 570 с.

20. Ивановский Г.Ф., Петров В.И.Ионно-плазменная обработка материалов. — М.: Радио и связь, 1977. 232 с.

21. Технология тонких пленок: Справочник / Под ред. Л.Майссел, Р.Глэнг. М.: Советское радио, 1977. - 1429 с.

22. Руденко К.В. Мониторинг плазмохимического травления структур poly -Si/Si02/Si: зонд Ленгмюра и оптическая эмиссионная спектроскопия / К.В.Руденко, A.B.Мяконьских, A.A. Орлековский //Микроэлектроника. — 2001.-Т.36, № 3. С. 206-221.

23. Орлековский A.A. Диагностика in situ плазменных технологических процессов микроэлектроники: современное состояние и ближайшие перспективы / A.A.Орлековский, К.В.Руденко // Микроэлектроника. 2001. - Т.30, № 5. - С. 323-344.

24. Маишев Ю.П. Специфика диагностики параметров плазмы электрическими зондами в процессах ионно-лучевого и плазмохимического травления / Ю.П. Маишев, В.И.Фаренник, А.В.Шевченко, А.М.Будянский, С.В.Дудин, A.B. Зыков //Тр. ФТИАН. 1999. - Т.15. - С.86-116.

25. Chen F.F. «Langmuir probe analysis for high density plasmas» // Ed. By University of California, Los Angeles, 2000.

26. Руденко К.В. Зондовые измерения параметров плазмы в технологических HDP-реакторах микроэлектроники в условиях осаждения диэлектрических пленок / К.В.Руденко, А.В Мяконьских, А.А.Орлековский // Микроэлектроника. 2007. -Т.35, № l.-C. 123-134.

27. Каган Ю.М., Перель В.И. Зондовые методы исследования плазмы // Тр. УФН T.LXXXI. - Вып.З. - С. 409 - 452.

28. Козлов А.Н. Автоматизированный контроль технологических параметров вакуумного оборудования как обеспечение непрерывного контроля качества / А.Н.Козлов, Д.Э.Гринфельд, А.В.Щербаков, А.М.Филачев // Прикладная физика. 2006. - №3. - С.38-45.

29. Черепин В.Т., Васильев М.А. Вторичная ионно-ионная эмиссия металлов и сплавов. — Киев: Наукова думка, 1975. 239 с.

30. Батавин, В.В.Оптические методы исследования и контроля в элктроднный технике / В.В. Батавин, Ю.А.Концевой //Электронная промышленность. — 1979. Вып. 1-2. С.63-66.

31. Глудкин О.П., Густов А.Е. Устройства и методы фотометрического контроля в технологии производства ИС М.: Радио и связь, 1981. - 112 с.

32. Lim S.C. An Overview of Thickness Measurement Techniques for Metallic Thin Films / S.C. Lim, D.Ridley // Solid State Technol., 1983. V.26. - N2. - P.99-103.

33. Sternheim M. A Laser Interferometer System to Monitor Dry Etching of Patterned Silicon / M.Sternheim, W.Gelder, A.W.Hartman J.Electrochem. Soc., 1983. - V.130. -N3. - P.655-658.

34. Чен Ф. Основы физики плазмы / Пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 364 с.

35. Резвый P.P. Эллипсометрия в микроэлектронике. — М.: Радио и связь, 1983. 220 с.

36. Hosaka S. Monitoring secondary ions etching / S.Hosaka, N.Sakudo // Solid State Technol., 1979. V.22. -N 2. - P.123-128.

37. Busta H.H., Lajos R.E., Kirwit D.A. Plasma etch monitoring with laser interfer-ometry/ H.H.Busta, R.E.Lajos, D.A .Kirwit // Solid State Technol., 1979. V.22. -N2.- P.61-64.

38. Bondur J.A., Clark H.A. Plasma Etching for Si02 Profile Control. Solid State Technol., 1980.- V.23 -N4.- P.122-128.

39. Donelly V.M. Anisotropic etching of Si02 in low-frequency CF4/02 and NF3/Ar plasmas / V.M.Donelly, D.L.Flamm, W.C.Dautermont-Smith, D.J.Werder // J.Appl.Phys., 1984. V.55(l) —N1. - P.242-252.

40. Sterheim M., van Gelder W., Hartman A.W. A Laser interferometer system tomonitoring dry etching of pattered silicon. J. Electrochem. Soc., 1983, V.130 -N3 - P.655-658.

41. Lechaton J.S., Srinivasan G.R., Gaur S.P. Precision Reactive Sputter Etching and Its Applications. Jap.J.Appl.Phys., 1983. - V.22, supplement 22-1. - P.141-144.

42. Коронкевич В.П., Ханов B.A. Современные лазерные интерферометры. М.: Наука, 1985.- 180 с.

43. Curtis B.J. Optical end point detection for the plasma etching of aluminium. -Solid State Technol., 1980. V.23. - N4. - P.129-132.

44. Curtis B.J., Brunner H.R. An optical detector for monitoring plasma etching. -ISPC 4, 4th Int. Symp. Plasma Chem., Zurich, 1979, Conf. Proc. - V.l. - P. 139145.

45. Park K.O., Rock F.C. End Point Detection for Reactive Ion Etching of Aluminium. J. Electrochem. Soc., 1983. - V.l31. -Nl. - P. 214-215.

46. Oshima M. Optical Spectroscopy in Reactive Sputter Etching and Its Application to Process Control. Jap.J.Appl.Phys., 1981. - V.20. - N4. - P.683-690.

47. Marcoux P.J., Foo Pang Dow. Methods of end point detection for plasma etching. Solid State Technol., 1981. - V.24. - N4. - P. 115-122.

48. Босяков M.H., Лабуда A.A., Никифоренко H.H. Применение ИК спектроскопии в изучении плазмохимического процесса травления двуокиси кремния //Журнал прикладной спектроскопии. 1981. - Т.34. - Вып.4. - С.618-622.

49. Kadou Н., Takashi Т., End point detection in plasma etching by optical emission Spectroscopy. J. Electrochem. Soc., 1980. - V. 127. - N1. - P.234-235.

50. Долгополов В.М., Иванов В.И., Кротков В.А., Соловьев В.И. Разработка спектрального индикатора для контроля процесса плазмохимического удаления фоторезиста// Электронная техника.Сер.З. Микроэлектроника. -1980.- Вып.4. С.39—41.

51. Singleton M.J. End point Detection in plasma Photoresist Stripping: Some Practical Design Considerations. Solid State Technol., 1981. - V.24. -N4. - P.132-133.

52. Soller B.R., Shuman R.F., Ross R.R. Application of emission pectroscopy for profile control during oxigen RIE of thick photoresist. J.Electrochem.Soc., 1984. - V.131. -N6. -P.1353-1356.

53. Harshbarger W.R., Porter R.A. Optical Detector to Monitor Plasma Etching. -J.Electronic Mater, 1978. V.7. -N3. -P.429^140.

54. Деймтредер В. Лазерная спектроскопия / Пер. с нем. М.: Наука, 1985. -608 с.

55. Oshima М. Monitoring of Dry Etching Process of Si02 on Si by Using Mass Spectra. Jap.J.Appl.Phys., 1978. - V.17. - N3. - P.579-580.

56. Bunyard G.B., Raby B.A. Plasma Process Development and Monitoring Mass Spectrometry. Solid State Technol., 1977. - V.20. - P.53-56.

57. Raby B.A., Mass Spectrometric study of plasma etching. J.Vac.Sci. and Technol., 1978. - V.15. -N2. - P.205-290.

58. Dennison R.W. Mass Spectrometry Applied to a Reactive Ion Mill. — Solid State Technol., 1980. V.23. - N9. - P. 117-120.

59. Hosaka S., Sakudo N., Hashimoto S. Monitoring secondary ion during ion etching. J.Vac.Sci. and Technol., 1979. - V.16. -N3. -P.913-916.

60. Hofmann D., Wechsung R. Plasma Mass Spectrometry for thin film process control. 4th Int. Symp. on Plasma Chemistiy, Zurich, 1979. - V.2. - P.622-627.

61. Bolker B.F.T., Tisone T.C., Latos T.S. Control system dynamics using glow discharge mass spectroscopy for thin film sputtering. J.Vac.Sci. and Technol.,1981. V.18. -N2. -Р.328-334.

62. Lutz Н. Multisource deposition rate control using a mass Spectrometer as a sensing element. J.Vac.Sci. and Technol., 1978. - V.15. -N2. -P.309-312.

63. Чутко B.M. Контроль процессов ионного распыления методом кварцевого резонатора // ОМП. 1983. - №11. - С.41-45.

64. Generosi R., Miriametro A. Automatic temperature compensating apparatus for measurement of thin films during deposition. — Rev.Sci.Instrum., 1982. — V.53. — N9.-P. 1470-1471.

65. Mayer N.M. Resistance Measurements by Radio Telemetric System during Film Deposition by Sputtering. Siemens Forsch. u. Entwickl., 1982. - Bd 11.- N6. -P.322-326.

66. Комник Ю.Ф. Физика металлических пленок. М.: Атомиздат, 1998. - 263 с.

67. Лещенко И.Н., Сокол В.А., Чукаев С.В. Прибор для контроля параметров пленок при их напылении в вакууме. — ПТЖ. 1984. - С.243.

68. Ukai К., Hanazawa K.J. End point determination of aluminium reactive ion etching by discharge impedanse monitoring. J.Vac.Sci. and Technol., 1979. — V.16.- N2.-P.385.

69. Sakaki H., Sekiguchi Y., Yokoyama K. Ion-beam-induced-current (IBIC) monitoring of uniform and selective ion-etching processes in layered structures. -J.Vac.Sci. and Technol., 1981. V.19.-Nl.-P.23-25.

70. Технология СБИС /Под ред. С.Зи / Пер. с англ. В 2 т.Т. 1 - М.: Мир, 1986.- С.236-238.

71. Киреев В.Ю. Технология и оборудование производства интегральных микросхем. Состояние и основные тенденции развития // Электроника: Нау-ка.Технология. Бизнес. 2004. - №7. - С.22-32.

72. Плешивцев Н.В. Катодное распыление. М.:Атомиздат,1963. — 343 с.

73. Устройство ионно-лучевого нанесения пленок / С.Б.Симакин, Г.Ф.Ивановский, В.И.Петров, С.В.Панин, В.И.Фролов // Электронная промышленность. 1990. - №4. - С.13-14.

74. Готт Ю.В. Взаимодействие частиц с веществом в плазменных исследованиях. М.:Атомиздат, 1989. - 498 с.

75. Симакин С.Б., Петров В.И., Ивановский Г.Ф. Исследование электропроводности диэлектриков при ионно-плазменной обработке. — М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. 3. 1984. - Вып. 2 (201). - С.97.

76. Симакин С.Б., Петров В.И. Метод оперативного контроля процессов ионного травления и нанесения // Электронная техника. Сер. 7. 1984. - Вып. 4 (125). - С.78-80.

77. Weinberg Z.A., Matthies D.L., Jonson W.C., Lampert M.A. Measurement of the Steady-State Potential Difference across a Thin Insulating Film in a Corona Discharge. Rev.Sci.Instrum., 1975. - V.46. - N2. - P.201-203.

78. Симакин С.Б., Петров В.И., Перов H.C. Управление процессами ионно-лучевого травления пленок металлов. М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. 3. -1987. - Вып. 5 (234) . - С.306.

79. Симакин С.Б., Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Повышение чувствительности метода контроля процессов ионного и ионно-химического травления // Сборник реф. НИОКР, обзоров и депонир. рукоп. Сер. ИМ. -1985. №24 (ч. 2). -С.2.

80. A.C. 125154 СССР МКИ Способ управления процессами ионного травления диэлектрических пленок / С.Б.Симакин, В.И.Петров, Г.Ф.Ивановский, В.А.Мурашко (СССР) / 125154 СССР заяв. 23.0.84, опубл в БИ. 1986. - № 30.

81. Симакин С.Б., Петров В.И., Ломакина О.Г., Пожидаев Е.Д. Контролируемое травление направленным потоком ионов пленок Та, Mo и С при формировании топологии ИС // Электронная техника. Сер. 7. 1986. - Вып. 3 (136). — С. 42-44.

82. Симакин С.Б., Петров В.И. Контроль процессов очистки поверхностей металлов и полупроводников // Электронная техника. Сер. 7. — 1986. Вып.З (136). -С. 52-55.

83. A.C. 1531764 СССР МКИ Способ управления процессом ионной очистки поверхностей полупроводников и металлов / С.Б.Симакин, В.А.Скворцов (СССР) / 1531764 СССР заяв. 09.03.88, опубл. в БИ. 1989. - №47.

84. Симакин С.Б., Петров В.И. Контроль чистоты поверхностей металлов и полупроводников при ионной обработке // на V отрасл. науч.- техн. конф. «Тонкие пленки в производстве ПП и ИС»: Тез. докл. Нальчик, 1983. - С. 179.

85. Симакин С.Б., Ивановский Г.Ф., Петров В.И., Перов Н.С. Исследование про-цессоа ионного травления двухслойных диэлектрических структур// Сборник реф. НИОКР, обзоров и депонир. рукоп. Сер. РТ. 1985. - №29 (ч.2). - С.4.

86. Киреев В.Ю., Данилин Б.С., Кузнецов В.И. Плазмохимическое и ионно-химическое травление микроструктур. М.: Радио и связь, 2983. - 345 с.

87. Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. — М.: Энергоиздат, 1998. — 386 с.

88. Харис П. Углеродные, нанотрубки и родственные структуры. Новые материалы XXI век / Пер. с англ. М.:Техносфера, 2003 - 336 с.

89. Симакин С.Б., Петров В.И., Перов Н.С. Управление процессами ионно-лучевого травления пленок металлов. — М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. 3. — 1987. Вып.5 (234) . - С.306.

90. A.C. 1364151 СССР МКИ Способ определения толщины пленки диэлектрика / С.Б.Симакин, Петров В.И., Ивановкский Г.Ф. (СССР) / 1364151 СССР заяв. 04.11.85, опубл. в БИ-1987.-№49.

91. Чопра K.JI. Электрические явления в тонких пленках / Пер. с англ. — М.: Мир, 1972.-435 с.

92. Аброян И.А., Дубро В.В., Ильин И.А. Изменение электропроводности при-верхностных слоев кремния при травлении ионами // Электронная техника. Сер. 2. 1981. - Вып. 4 (14). - С.36-40.

93. Ремизович B.C., Рязанов М.И., Тилиние И.С. Исследование поверхностных и объемных свойств твердых тел по взаимодействию частиц. — М.: Энерго-издат, 1981.-321 с.

94. Рязонов М.И.Дилинин И.С. Исследование поверхности по обратному рассеянию частиц. — М.: Энергоиздат, 1985. — 150 с.

95. Месси Г., Бархон Е.Э.Электронные и ионные столкновения / Пер. с англ. -М.: Иностранная литература, 1958. — 604с.

96. Мотт И., Месси Г. Теория атомных столкновений / Пер. с англ. М.: Мир, 1969.-754 с.

97. Энергии разрыва химических связей, потенциалы ионизации и сродство к электрону: Справочник / Под ред. Л.В.Гурвича М.: Наука, 1974. - 608 с.

98. Заидерна А. Методы анализа поверхности / Пер. с англ. М.: Мир, 1997. -582 с.

99. Петров H.H., Аброян И.А. Диагностика поверхности с помощью ионных пучков. Л.: ЛГУ, 1977. - 160 с.

100. Курнаев В.А., Машкова Е.С., Молчанов В.А. Отражение легких ионов от поверхности твердого тела. М.:Энергоиздат, 1985. - 192 с.

101. Черепин В.Т., Васильев М.А.Вторичная ионно-ионная эмиссия металлов и сплавов. Киев.:Наукова думка, 1975. - 239 с.

102. Шульман А.Р., Фридрихов С.А. Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела. М.:Наука, 1977. - 551 с.

103. Posadowski W.M. Pulsed magnetron spuutering of reactive compounds. Thin Solid Films, 1999. - V.343-344. - P.85-89.

104. Паралис Э.С., Кишиневская JI.M. //Физика твердого тела. — 1961. — Т.З. — № 4.-С. 1219-1228.

105. Ковалев В.П. Вторичные электроны. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 453 с.

106. Электронная и ионная спектроскопия твердого тела / Под ред. Л.фирменса. -М.: МИР, 1981.-634 с.

107. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. М.: Наука,1966.-389 с.

108. Иванов А.И., Леонтьев A.B. //Поверхность. -2004.-№ 5. С.48-51.

109. Филимонов A.B., Королева Е.Ю. //Поверхность. 2004. - № 8. - С.32-36.

110. Симакин С.Б., Кислов Н.М., Кузнецов Г.Д, Сергиенко A.A. К модели выхода вторичных электронов из металлов и полупроводников при ионной обработке поверхности // Материалы электронной техники. — 2004. № 4. - С.63-67.

111. Евдокимов И.Н., Молчанов В.А., Одиноков Д.Д. и др.// Докл. АН СССР.1967. — Т. 177. №3. - С. 550-554.

112. Евдокимов И.Н., Молчанов В.А.// XIII-ая Всесоюз. конф. по эмиссионнойэлектронике: Тез.докл. М.: Наука, 1968. - С.70.

113. Петров H.H., Дорожкин A.A. // ФТТ. 1961. - Т.З, №1. - С.53-60.

114. Петров H.H. // ФТТ. 1960. - Т.2. - №5. - С.1300-1306.

115. Петров H.H. // ФТТ. 1960. - Т.2. - №5. - С.940-948.

116. Макаров В.В., Петров H.H. //ФТТ. 1981. - Т.23. - №6. - С.1767-1774.

117. Аброян И.А., Лавров В.П. //Физическая электроника. 1967. - № 227. -С.93.

118. Батанов Г.М. // РиЭ. 1963. - №8 - С. 852.

119. Керков X., Петухов В.П., Романовский Е.А. и др. // Изв. АН.Сер. физическая. 2002. - Т.66. - №4. - С. 533-537.

120. Керков X., Петухов В.П., Романовский Е.А. и др. // Изв. АН.Сер. физическая. 2004. - Т. 68. - №3. - С.405-409.

121. Брусиловский Б.А. Кинетическая ионно-электронная эмиссия. М.: Энерго-издат, 1990.-342 с.

122. Krebs К.Н./ Vacuum. 1983. - Vol.33. - №9. - P. 555-563.

123. Фирсов О.Б. // ЖЭТФ. 1959. - №36. - С. 151.

124. Эльтеков В.А. Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. Компьютерное моделирование. — М.: Моск. Университет, 1993. 143 с.

125. Кишеневский Л.М., Парилис Э.С. // ЖТФ. 1982. - Т.52. - № 7. - С. 12901298.

126. Кишеневский Л.М., Парилис Э.С. // V-я Всесоюз. конф. ВАЧТ: Тез. докл., ч.1.-Минск: БГУ, 1987.-С. 21.

127. Бронштейн И.М., Фрайман Б.С. Вторичная электронная эмиссия. — М.: Наука, 1969.-451 с.

128. Мессии Г., Бархон Е. Электронные и ионные столкновения. — М.: Мир, 1968. 342 с.

129. Практическая растровая электронная микроскопия/ Под ред. Дж. Гоулд-стейна / Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 656 с.

130. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ/ Под ред. P.C. Комовой / Пер. с англ. Т.1. -М.: Мир, 1984. 303 с.

131. Растровая электронная микроскопия и ренгеновский микроанализ/ Под ред. P.C. Комовой / Пер. с англ. Т.2. М.: Мир, 1984. - 351 с.

132. Кощеев А.П., Мясников И.А. Роль энергии первичных электронов в возбуж-деннии экзоэмиссии реальной поверхности металла. М.: Мир, 1986. — 432 с.

133. Чапланов A.M., Шибко А.Н. Воздействие импульсного лазерного и электронного облучений на тонкие пленки алюминия // Поверхность. 1987. -№5. -С. 64-67.

134. Вятский И .Я., Лилянкевич А.Н. // Физика твердого тела. 1984. - Вып. 4. -С. 285.

135. Али-Заде И.И., Вакар О.М., Петрыкин Ю.В. Оценка предела обнаружения для метода мессбауэровской спектроскопии о регистрации электронного излучения //Физика. 1987. - №9. - С.20-23.

136. Sawyer G.R. J. mat.sci 13, 196. р.885

137. Дж.Хастед. Физика атомных столкновений. М.: Мир, 1965. - 465 с.

138. Лизунов Ю.Д., Рязанов А.И. Торможение быстрых заряженных частиц в поверхностных слоях многокомпонентных материалов и образование первичных радиоционных дефектов при ионном облучении // Поверхность. — 1987. №5. - С.121-131.

139. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. М.: Радио и связь, 1991.- 138 с.

140. Брондон Д., Каплан У. Микрострукута материалов. Методы исследования и контроля. -М. .-Техносфера, 2004. — 384 с.

141. Москалев А.А.,Цой B.C. Резонансная неупругая дифракция медленных электронов // Журнал теоретической и экспериментальной физики. — 1987. — №1. С.330-342.

142. Жвирблис П.С., Пашлемас Э.П. О стабильности вычисляемых сечений рассеяния электронов на атомных мишенях // Изв. ВУЗОВ. Сер. Физика. 1987.-№Ю.-С. 118-120.

143. Айнспрук Н., Уиссмен У. Арсенид галлия в микроэлектронике / Пер. с англ. -М.: Мир, 1988-554 с.

144. Иевлев В.М., Трусов Л.И. Структурные превращения в тонких пленках. -М.: Металлургия, 1988. 325 с.

145. Пранявичус Л., Дудоник Ю. Модификация свойств твердых тел ионными пучками. — Вильнюс: Моклас, 1980. — 191 с.

146. Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике — 2-е изд. М.: Техносфера. — 160 с.

147. Кузнецов Г.Д., Симакин С.Б., Сушков В.П., Кушхов А.Р., Делян А.И. Состояние и проблемы ионно-плазменного травления нитридов элементов третьей группы // Изв. ВУЗов.Сер. Материалы электронной техники. —2003. № 4. — С.12

148. Хершман М. Полупроводниковые сверхрешетки. М.: Мир, 1989. — 239 с.

149. Симакин С.Б., Сафаралиев Г.К., Кузнецов Г.Д., Билалов Б.А., Курбанов М.А. Получение пленок твердых растворов (SiC)ix (AIN) ixионным распылением // Изв. ВУЗов. Материалы электронной техники. 2006. — № 1. — С.48-52.

150. Кузнецов Г.Д., Симакин С.Б. Низкоэнергетическое ионное стимулирование процессов формирования тонкопленочных кремнийсодержащих материалов и многослойных структур на их основе // Изв. вузов. Сер. Материалы электронной техники. — 2005. — № 4. — С. 22-31.

151. Симакин С.Б., Кузнецов Г.Д., Сергиенко A.A., Пилишкин В.Н. Адантивное управление технологическими процессами ионно-лучевого травления // П-й Междунар. симп. «Нанотехнология»: Тез. докл. Прага, 2005. - С. 135.

152. Максимей И.В.Имитационное моделировование на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988.-232 с.

153. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем наука и искусство. - М.: Мир, 1978.-418 с.

154. Попов Э.В. Экспертные системы. — М.: Наука, 1987. — 289 с.

155. Расстригин Л.А. Современные принципы управления сложными системами.- М.: Советское радио, 1980. 232 с.

156. Рошаль A.C. Моделирование заряженных пучков. — М.: Атомиздат, 1979. -304 с.

157. Афонцев С.А., Григорьев Н.И. Использование двухмерных численных моделей для анализа и моделирования полупроводниковых приборов // Зарубежная радиоэлектроника. 1975. — № 6. - С.157-166.167.

158. Александров В.М., Нестеров A.A. Динамическая коррекция движения пучка частиц в усторителях //Автометрия. — 1972. № 1. — С. 37-46.

159. Бублик Б.Н., Гаращенко Ф.Г. Структурно-параметрическая оптимизация и устойчивость динамики пучков. — Киев: Наукова думка, 1985. — 304 с.

160. Егоров Б.Н.Оптимимальное управление тепловыми и диффузионными процессами. М.: Наука, 1978. - 464 с.

161. Овсянников Д.А. Численный метод оптимизации параметров волноводного группирователя электронов // Журнал технической физики. 1972. — Т.42, № 4. - С. 705-707.

162. Гудков В.И., Овсянников A.B., Рябцов A.B. Численная оптимизация движения электронов в волноводном группирователе //Электрофизическая аппаратура. 1974.-Вып. 11.-С. 160-167.

163. Захаров A.B., Самарский A.A. Применение метода больших частиц к расчету движения пучка в электромагнитном поле с учетом пространственного зарада пучка //Вычислительные методы и программирование. — 1971. — Вып. 16. — С. 225-243.

164. Власов А.Г., Шапиро Ю.А. Методы расчета эмиссионных электронно-оптических систем. JLМашиностроение, 1974. - 288 с.

165. Самарский A.A. Николасаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. — М.: Наука, 1978.-592 с.

166. Болдасов B.C. Определение формы плазменного эмиттера методом установления // Вычислительные методы и программирование. 1982. — Вып. 36.1. С.206-213.

167. Мокин Ю.И. Алгоритм определния плотности тока эмиссии в задаче о фокусировке пучка // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1980. - Т.20. - № 3. - С. 671-681.

168. Заде J1.A. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976. —165 с.

169. Заде JI.A. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений. — М.: Знание, 1974. 236 с.

170. Уотерман Д. Руководство по экспертным системам. — М.: Мир, 1989. — 388 с.

171. Мелихов А.Н., Берштейн JI.C. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. М.:Наука, 1990. - 272 с.

172. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д.А.Поспелова. М.:Наука, 1986. - 396 с.

173. Дюбуа Д., Прад А. Теория возможностей. Приложение к представлению знаний в информатике. — М.:Радио и связь, 1990. — 287 с.

174. Габович И.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. — М.: Атом-издат, 1972.-304 с.

175. Попова Г.С., Урев М.В. Расчет магнитного поля по его значениям на оси симметрии // Численные методы решения задач электронной оптики. — Новосибирск: Изд-во ВЦ СО АН СССР, 1979. С.89-98.

176. Красовский A.A., Буков В.Н. Универсалные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами. — М.: Наука, 1977. — 217 с.

177. Симакин С.Б., Ивановский Г.Ф., Петров В.И., Казанский A.A., Перов Н.С. Автоматическая установка нанесения пленочных структур ионным распылением // Электронная промышленность. —1990. №4. - С.6-7.

178. Данилин Б.С., Киреев В.Ю., Неволин В.К. Выбор оптимального давления рабочего газа и мижэлектродного расстояния в диодных системах ионногораспыления и травления // Электронная техника. Сер. 3. — 1967. — Вып.2. — С.3-42.

179. Симакин С.Б., Ивановский Г.Ф., Петров В.И., Панин C.B., Фролов В.И. Многопучковая установка синтеза пленок сложного состава ионным распылением // Электронная промышленность. — 1989. №11. — С.23-24.

180. Ивановский Г.Ф., Симакин С.Б., Петров В.И., Казанский A.A., Перов Н.С.

181. Установка нанесения пленочных структур ЦМД СБИС ионным распылением.- М.: ЦНИИ «Электроника». Сер/ 3. 1987. - Вып.4 (233). - С.79.

182. Симакин С.Б., Ивановский Г.Ф., Петров В.И., Казанский A.A., Перов Н.С. Автоматическая установка нанесения пленочных структур ионным распылением // Электронная промышленность. 1990. - №4. - С.6-7.

183. Кузнецов Г.Д., Симакин С.Б., Филипов В.А., Сергиенко A.A. Закономерности изменения ионно-индуцированных токов в тонкопленочных гетерокомпози-циях при ионно-лучевом травлении // Вестник МЭИ. — 2006. №4. - С. 5055.

184. Симакин С.Б. и др. Блок выделения информативного сигнала / С.Б.Симакин,

185. B.А. Скворцов, В.И. Петров // В кн.: Физические основы и новые направления плазменной технологии в микроэлектронике. М: Физика, 1987.1. C.245-249.

186. Маишев Ю.П. Источники ионов с холодным катодом для ионно-лучевого травления и нанесения пленок // Электронная техника. Серия 7. 1984. -Вып.4 (125).-С.75-78.

187. Кузнецов Т.Д., Симакин С.Б., Митрофанов Е.А.Устройство для повышения точности регистрации момента окончания процесса ионного травления тонкопленочных гетерокомпозиций // Вакуумная техника и технология. — 2007.- Т. 17. — №3. С.219-224.

188. Кузнецов Г.Д., Симакин С.Б., Демченкова Д.Н. Микро- и нанотехнология пленочных гетерокомпозиций. Курс лекций. №1370 М.: МИСиС Изд-во «Учеба», . - с.

189. Симакин С.Б., Виноградов М.К., Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Микропроцессорная система контроля ионного травления функциональных слоев СБИС // Электронная промышленность. 1989. - №11. — С.22-23.

190. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. М.:Радио и связь, 1988. - 369 с.

191. Технология и оборудование для травления и напыления пленок ионным распылением в вакууме // Ш-я Междунар. науч. конф. «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии»: Тез. докл. Кисловодск, 2003. -С.69.