ИСТИНА

Кремний и его оксиды являются важнейшими материалами в современной микроэлектронной технологии и используются в большинстве микроэлектронных устройств. Кремниевый кристалл как простой полупроводник, выступает в качестве основы большинства микрочипов. Диоксид кремния – диэлектрик, являющийся нативным оксидом кремния, что обеспечивает этим материалам отличную адгезию, и более того позволяет формировать диэлектрические участки непосредственно в кристалле кремния. Все это, а также низкая токсичность, простота и дешевизна производства этих материалов, сделало их основной современной микроэлектронной технологии. Развитие микроэлектроники – это, в первую очередь, увеличение быстродействия процессоров и объема оперативной и флэш-памяти, что ведет к росту числа структурных элементов (элементов электрической цепи: транзисторов, конденсаторов, резисторов и пр.) в устройстве. Существует ряд ограничений на размер таких приборов, приводящий к уменьшению размера элементов микроэлектронных устройств и росту плотности упаковки элементов, как к единственно возможному направлению развития микроэлектроники. С ростом плотности упаковки изменяется аспектное отношение размеров элементов: глубина/толщина становится заметно больше планарных размеров, что, при достижении размера структурного элемента порядка сотен нанометров, сделало дальнейшее развитие невозможным без применения технологических процессов с высокой степенью анизотропии. В последние несколько лет современная микроэлектроника подошла к новому барьеру в десять-пятнадцать нанометров, преодоление которого требует от процессов обработки поверхности точность в доли нанометра. Обработка материалов в низкотемпературной плазме обеспечивает необходимую анизотропию за счет возможности воздействия на поверхность материала как химически активными нейтральными частицами, так и ионами. Одним из наиболее распространенных процессов такого рода является ион-стимулированное травление, при котором ионы плазмы приносят энергию на поверхность материала, необходимую для преодоления порога реакции. Однако даже химически инертные ионы, бьющие по поверхности материала в отсутствии химически-активных частиц, могут повреждать и распылять поверхность. При переходе к технологии менее десяти нанометров необходимо учитывать и хорошо понимать поведение распыления материалов низкоэнергетичными (порядка энергии связи) ионами, поэтому экспериментальное измерение зависимости скорости распыления кремния и диоксида кремния от энергии ионов необходимо, как для научных исследований, так и для практического применения. Полученные зависимости станут важной характеристикой взаимодействия ионов с поверхностью материалов, сравнительными данными для теоретического описания механизмов распыления, а также улучшат понимание ион-стимулированных реакций. Несмотря на наличие большого количества исследований по распылению диоксида кремния[3–7], актуальность этой работы обусловлена рядом потенциальных недостатков у данных исследований. Большая часть экспериментов по распылению сделана: • с ионными пучками без учета накопления положительного заряда на поверхности диэлектриков, замедляющего последующие ионы все сильнее и сильнее с ростом накопленного заряда. В процессе распыления в ВЧ-плазме на поверхности формируется потенциалом смещения, слабо зависящим от характеристик материала поверхности при достаточно большом импедансе слоя; • в промышленных плазменных камерах, с высокой плотностью плазмы и, как следствие, с малым импедансом слоя, в сравнении с импедансом образца. В этом случае переменное напряжение в основном падает на образце, а не на плазменном слое, что приводит к снижению энергии ионов, бомбардирующих образец. Задачей работы было экспериментальное изучение зависимостей скорости распыления кремния и диоксида кремния ионами инертных газов (неон, аргон, криптон, ксенон) с энергиями в диапазоне до 200 эВ. Экспериментальное исследование распыления проводилось в плазме индукционного разряда неона, аргона, криптона и ксенона. Аргон – широко распространенный в современной микроэлектронной технологии газ, используется в большинстве ион-стимулированных реакций в качестве буферного газа, обеспечивающего процесс химически инертными ионами. Остальные благородные газы выбраны за свою химическую инертность для исследования влияния массы иона на скорость распыления. В связи с тем, что для корректного проведения исследования распыления необходимо подобрать соответствующие режимы газового разряда данная работа состоит из двух частей: диагностика плазмы и распыление кремния и диоксида кремния, в газовых разрядах, диагностика которых проведена в первой части работы. В процессе распыления измерялось изменение толщины и действительной части коэффициента преломления пленки образца лазерным эллипсометром, а контроль его показаний проводится до и после обработки спектрометрическим эллипсометром. Работа выполнена при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского университета «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина».