ток в 10 раз больше, чем для потока с диаметром 7,5 см. Активность

использования эмитированных электронов зависит от конфигурации нити накала

и размещения катодного узла в разрядной камере. Более равномерное

распределение концентрации заряженных частиц и, следовательно, более

однородные ионные потоки могут быть получены в источнике с несколькими

идентичными нитями накала, размещенными около стенок анодного цилиндра.

В большинстве МИИ используется прямонакальный катод, хотя может

применяться также и катод с косвенным накалом. Термокатод изготавливается

из вольфрамовой или танталовой проволоки (ленты). Для улучшения

эмиссионных характеристик катод может покрываться слоем щелочноземельных

элементов, однако это приводит к распылению катодного покрытия и

загрязнению ионного потока нежелательными примесями.

Магнитная система с дивергенцией поля обеспечивает повышенную

концентрацию и однородность плазмы в зоне экстракции и способствует

уменьшению потерь в разряде. Таким образом удается сформировать равномерный

по сечению ионный поток достаточно большого диаметра. Магнитные системы

такого типа используются в установках Microetch фирмы Veeco(CШA).

Мультипольные системы на постоянных магнитах, в зоне полюсных наконечников

которых размещаются аноды, позволяют получить пучки большого диаметра с

однородностью 0,9.

Ионно-оптическая система МИИ должна обеспечивать: одновременную

экстракцию и первичную фокусировку многопучкового потока; ускорение ионов

до энергий I00 эВ - 2,0 кэВ; минимальные потери мощности пучка; минимальную

эрозию сеток при длительной эксплуатации источника.

ИОС ИИИ представляет собой сборку из двух (или трех) сеток с

отверстиями одинакового диаметра. Число отверстий соответствует числу

ионных пучков. Сетки имеют вид плоских или выгнутых в сторону разряда

тонких металлических (графитовых) дисков. От формы сеток зависит форма

ионного потока. Наиболее часто используются плоские сетки. Вся система

сетчатых электродов юстируется оптическим способом с целью достижения

соосности отверстий.

Каждая из сеток (экстрагирующая, ускоряющая, замедляющая) имеет

определенный потенциал. Экранирующая (экстрагирующая) сетка находится под

высоким(до 8 кВ) отрицательным потенциалом, замедляющая сетка - под нулевым

потенциалом (заземлена). Для увеличения ионного тока следует увеличивать

ускоряющее напряжение и уменьшать расстояние между сетками.

Число отверстий в единице площади определяется параметрами плазмы на

границе разряда и ускоряющим потенциалом. Прозрачность системы сетчатых

электродов (площадь отверстий, отнесенную к общей площади сетки) в

технологических МИИ стремятся увеличить до максимума.

В процессе работы источника сетчатые электроды испытывают

термическую нагрузку. Центральная часть экранирующей сетки нагревается до

670-770 К, ускоряющей сетки - до 570-670 К. Края электродов разогреваются

на IОО-300 К меньше, чем их центральная часть.

ИОС МИИ должна удовлетворять следующим требованиям:

иметь максимальную прозрачность при оптимальном соотношении между

диаметром отверстий и расстоянием между ними;

иметь минимально возможное (при отсутствии электрического пробоя)

расстояние между ускоряющей и экранирующей сетками;

толщина сеток должна быть минимально возможной при обеспечении

механической прочности и стабильности межсеточного расстояния с учетом

разогрева до 570-670 К;

сетки должны изготавливаться из тугоплавких материалов (молибден,

графит) с низким коэффициентом температурного расширения и малым

коэффициентом распыления;

ИОС должна юстироваться оптически для обеспечения соосности отверстий;

должно быть оптимизировано отношение потенциала плазмы и потенциалу

ускоряющей сетки.

В технологических МИИ возникает необходимость нейтрализации

пространственного заряда ионного потока, обусловленная, во-первых, низкой

скоростью распыления диэлектрических мишеней вследствие накопления на них

поверхности положительного заряда и, во-вторых, расфокусировкой ионного

потока.

Нейтрализация осуществляется двумя способами:

I. На пути ионного потока размещается вольфрамовая или танталовая

нить, является термоионным эмиттером. Недостатки этого метода - малый

ресурс внешнего термоионного эмиттера, распыление материала нити и

загрязнение обрабатываемой поверхности. Применение метода ограничено

ионными пучками малого диаметра.

2. Метод "плазменного моста", состоящий в формировании

вспомогательного плазменного потока, замыкающегося на ионный пучок и

обеспечивающего нейтрализацию.

Многоаппертурные источники ионов серийно выпускаются в США фирмами

Veeco, Commonwelth Seintific, Ion Tech, CSC и другими в виде универсальных

автономных установок и в составе технологических систем.

3. Модификации источника Кауфмана и тенденции его развития

Для повышения однородности потока используются мультипольные системы

на постоянных магнитах, в зоне полюсных наконечников которых размещаются

аноды, и мультикатодные системы /4/.

Ионный источник с мультикатодной системой разработанный фирмой CSC

представлен на рис.17.

Ионный источник с мультикатодной системой

[pic]

I - экстрактор, 2 - анод, 3 - электромагнит, 4 - система катодов

(мультикатоды), 5 - напуск рабочего газа, 6 - водяное охлаждение.

Рис.17

Можно выделить следующие тенденции развития технологических

многолучевых источников:

увеличение диаметра ионного потока;

использование нескольких термокатодов с целью повышенения

равномерности пространственного распределения плазмы в объеме

разрядной камеры;

увеличение ресурса термокатодов;

применение мультипольных магнитных систем и многоанодных систем

для повышения однородности плазмы в разрядной камере;

нейтрализации объемного заряда ионного потока.

4. Применение ионных источников в технологии

В технологических процессах создания сверхбольших и сверхскоростных ИС

(СБИС и ССИС) широко используются ионные, ионно-плазменные и

плазмохимические процессы взаимодействия ионных потоков и

низкотемпературной плазмы с поверхность твердого тела. В универсальных

технологических системах, оборудованных ионными источниками можно проводить

многие операции очистки, ионно-пучкового травления и распыления. В

полупроводниковой микроэлектронике широко применяются технологии ионной

имплантации и реактивного ионно-лучевого травления (РИЛТ) /1/.

Применение совокупности электронно-ионных процессов, получивших общее

название «элионная технология», позволяет повысить точность изготовления

микроструктур, создать высокопроизводительное автоматизированное

промышленное оборудование.

Ионно-лучевая обработка материалов характеризуется следующими

особенностями:

большая энергия активирующего воздействия пучков на материал, подвергаемый

обработке;

возможность управления пучками с малой инерционностью посредством

электромагнитных полей;

селективность активирующего воздействия;

возможность управления технологическим процессом с помощью ЭВМ;

ионные процессы протекают в вакууме или плазме, что гарантирует сохранение

чистоты обрабатываемого материала.

В полупроводниковой ыикроэлектронине широко применяется технология

ионной имплантации. Ионная имплантация - эффективный метод технологической

обработки, основанный на взаимодействии управляемых потоков ионов с

поверхностью твердого тела с целью изменения его свойств, связанных с

атомной структурой. Установка ионной имплантации представляет собой

электрофизический комплекс, генерирующий пучок с заданными свойствами,

создающий возможность взаимодействия пучка с мишенью и обеспечивающий

контроль и управление характеристиками пучка и объектам имплантации /5/.

Ионный источник является одним из важнейших узлов установки

ионной имплантации. От конструкции источника зависит надежность и основные

рабочие характеристики всей установки в целом.

Установки имплантации для производства СБИС и ССИС характеризуются

широким диапазоном параметров:

масса легирующих примесей 1 - 250 а.е.м.

ток ионного пучка 10-9-5*10-2 А

энергия ионов 5-3[103 кэB

доза имплантации 109 -1017 см2

производительность до 4 м2 кремния /г

Выделяют три основных группы промышленных установок ионной

имплантации: высокоэнергетические, малых и средних доз, больших доз с

интенсивными ионными пучками.

Основными легирующими примесями в технологическом процессе

имплантации являются такие элементы, как бор, фосфор, мышьяк, сурьма, цинк,

алюминий, селен, галий. Для радиального воздействия используется водород,

аргон, азот, гелий.

Рабочее вещество может подаваться в разрядную камеру источника в виде

элементарного газа или газоразрядных соединений твердых веществ . Для

ионизации твердых веществ используется их испарение в тигле, нагреваемом

до высоких температур, и последующая подача паров рабочего вещества в

разрядную камеру источника. Используется также эффект катодного распыления

тугоплавкого материала и его ионизация в плазме вспомогательного

инертного газа.

Промышленное применение разнообразных методов ионно-лучевой обработки

материалов повышает требования к ионным источникам. Главным образом это

касается увеличения интенсивности ионных потоков, повышения ресурса,

возможности использования различных рабочих веществ и разных сортов ионов,

высокой стабильности рабочих параметров, снижения энергоемкости и

металлоемкости установки.

заключение

Существует большое разнообразие ионных источников, применение которых

в технологии микроэлектроники открывает широкие перспективы.

Ионный источник Кауфмана по сравнению с другими имеет ряд существенных

преимуществ: низкое напряжение разряда ((20 В), благодаря чему ионный пучок

содержит небольшое количество примесей (10-6%) и имеет малый энергетический

разброс; механизм поддержания стационарного разряда позволяет применять

многолучевое извлечение ионного пучка и работать с однородными потоками

большого диаметра; осцилляция электронов позволяет использовать низкое

давление в разрядной камере, что снижает потери пучка и уменьшает

загрязнение мишени; источник имеет высокий газовый к.п.д. (80 %) и высокий

энергетический к.п.д.

Однако этот источник имеет ряд недостатков конструкции: использование

термокатода ограничивает срок службы источника и не позволяет работать с

химически активными рабочими веществами, кроме того, плазма в магнитном

поле подвержена неустойчивостям, ухудшающим стабильность параметров ионного

пучка и его оптические свойства.

Типичные параметры технологического источника Кауфмана ток ионов (Аr+)

10 мА, напряжение разряда 20 В, напряжение на ускоряющем электроде 20кВ.

Существуют возможности улучшения конструкции этого ионного источника,

в частности применение мультикатодной и мультипольной систем.

Применение ионных процессов позволяет повысить точность изготовления

микроструктур и создать высокопроизводительное автоматизированное

промышленное оборудование.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Технология ионных источников, В.В. Коткин, Москва, Учебное пособие

МИФИ, 1990г, 86 стр.

Интенсивые электронные и ионные пучки. С.И. Молоковский А.Д.Сушков,

Москва ,Энергоатомиздат 1991г , 302 стр. .

2. Физика и технология источников ионов. Я. Браун, Москва, Мир 1998г,

420 стр.

3. Обзоры по электронной технике. «Реактивное ионное травление»,

выпуск 1 (1010) 1984 г.

Технология материалов электронной техники, В.В. Крапухин, И.А. Соколов,

Г.Д. Кузнецов, Москва МИСИС, 490 стр. 1995 г.

Страницы: 1, 2