Otvety_na_ekzamenatsionnye_voprosy_OPT_2022 (1)
.pdf
молекулы, в результате чего давление в микрополостях может возрастать до величины, достаточной для разрушения микрополостей и образования крупных блистеров, выходящих на поверхность (откалывание частей верхнего тонкого слоя)
Пленка SiO2 представляет собой защитный слой при имплантации,
уменьшающий количество дефектов и примесей в приграничной области. В
дальнейшем она удаляется. Опорная пластина кремния подвергается термическому окислению до толщины оксида (0,2-0,4 мкм), необходимого для производства конечной структуры КНИ. После специальной очистки и активации методом молекулярного наслаивания поверхности пластин соединяются лицевыми сторонами друг к другу и прижимаются.
Термообработка этой пары приводит к связыванию пластин кремния с одновременным отслаиванием по слою, где находится в нанопорах имплантированный водород. В таком процессе тонкая пленка кремния
131
переходит с рабочей пластины на окисленную поверхность опорной пластины.
В дальнейшем структура КНИ подвергается кратковременному отжигу при
1100 С, в результате чего удаляются созданные в процессе имплантации радиационные дефекты и водород. Полученный таким образом тонкий слой полируется. Проблема: может остаться водород.
132
36. Аппаратурная реализация процессов ионной имплантации.
Версия №1.
Установки ионного легирования содержат следующие основные части:
ионный источник, анализатор ионов по массам, сканирующее устройство и коллектор ионов. На рис. 3.20 приведена схема установки для ионного легирования.
Для равномерного облучения поверхности образца применяют два метода. Первый состоит в следующем: так как диаметр ионного пучка,
облучающего поверхность образца, больше диаметра самого образца, причем распределение плотности ионного тока по образцу равномерное,
следовательно, вместо фокусирующей линзы используют дефокусирующую.
Во втором методе диаметр пучка делают малым, а затем сканируют его по поверхности образца. Для этого после анализатора ионов по массам используют систему фокусирующих линз. Система сканирования необходима не только для равномерной обработки пластины, но и для направления пучка
133
в нужную ее часть. Так как при легировании возникает необходимость свободно изменять температуру и угол легирования, пластина устанавливается в камере для образцов, где можно проводить все эти регулировки. Дозу легирования определяют с помощью интегратора тока.
Наиболее типичными источниками ионов являются источник с накаленным катодом; высокочастотный; источник с разрядом Пеннинга,
дуоплазматрон и источник с электронной бомбардировкой. В зависимости от типа ионного источника имеет место различный разброс ионов по энергиям.
Это обстоятельство может играть важную роль при масс-сепарации ионов. В
исследовательских установках разброс по энергиям не должен превышать 10
эВ, а в промышленных он может быть существенно больше.
Принцип работы источника с накаленным катодом: разряд горит между вольфрамовым катодом прямого накала (или косвенным катодом) и анодом.
Электроны эмитируются перпендикулярно поверхности катода с плотностью порядка 1 А/см2. С помощью магнитного поля достигается увеличение длительности пребывания электронов в разряде и тем самым усиление ионизации. Благодаря высокому давлению (обычно 10–2–1 Па) между катодом и анодом горит устойчивая дуга. Разброс ионов по энергиям колеблется от 1
до 50 эВ, но обычно составляет менее 10 эВ, рабочее давление — от 10–4 до 1
Па. Большинство источников этого типа снабжено нагревателями для испарения твердых веществ и получения необходимой упругости пара,
накаленный катод и анод расположены коаксиально (рис. 3.21).
134
Версия №2.
Установки ионного легирования содержат следующие основные части:
ионный источник, анализатор ионов по массам, сканирующее устройство и коллектор ионов.
135
В ионном источнике ионизируются газообразные, жидкие или твердые исходные вещества и ускоряются в электрическом поле. Ускоренный ионный пучок для удаления многозарядных ионов и загрязняющих его ионов примесей поступает в систему, чувствительную к массе ионов.
Два варианта легирования:
1)Дефокусирование пучка ионов по всей поверхности мишени.
2)Фокусирование пучка ионов на конкретной области мишени и далее сканирование по всей поверхности образца.
Доза легирования контролируется интегратором тока.
Ионные источники
Наиболее типичными источниками ионов являются источник с накаленным катодом; высокочастотный; источник с разрядом Пеннинга,
дуоплазматрон и источник с электронной бомбардировкой.
Источник с накаленным катодом — самый распространенный благодаря универсальности по отношению к сорту ионов, а также возможности получения интенсивных ионных пучков.
Принцип работы:
Разряд горит между вольфрамовым катодом прямого накала и анодом.
Электроны эмитируются перпендикулярно поверхности катода с плотностью порядка 1 А/см2. С помощью магнитного поля достигается увеличение длительности пребывания электронов в разряде и тем самым усиление ионизации. Благодаря высокому давлению (обычно 10–2–1 Па) между катодом и анодом горит устойчивая дуга. Разброс ионов по энергиям колеблется от 1
до 50 эВ, но обычно составляет менее 10 эВ, рабочее давление — от 10–2 до 1
Па. Большинство источников этого типа снабжено нагревателями для испарения твердых веществ и получения необходимой упругости пара,
накаленный катод и анод расположены коаксиально.
136
Рисунок 16: 1 — газ, 2 — катод, 3 — анод, 4 — экстрактор
В качестве фокусирующего электрода часто используют комбинацию основных типов электростатических линз. Для обеспечения однородности легирования необходимо либо сканировать ионный пучок, либо перемещать образец. Расфокусированный пучок дает крайне неравномерное распределение внедренных ионов. Простейшим способом, обеспечивающим эти требования, является электростатическое сканирование в направлениях x
и y.
Вакуумные системы всегда содержат определенное количество остаточных газов, а поскольку рабочие вещества для ионных источников не являются полностью очищенными от примесей и в качестве рабочих веществ используются соединения нужных ионов, то необходимо проводить разделение ионного пучка по массам.
В ускорителе существуют два возможных места для сепарации ионов:
первое — до ускорения, т. е. непосредственно за источником ионов, и второе
— после ускорения.
Основное преимущество разделения ионов до их ускорения - при изменении энергии параметры, связанные с сепарацией ионов, остаются неизменными, поскольку ускоряется пучок, уже разделенный по массам. Это позволяет изменять энергию ионов в процессе легирования и получать практически любой профиль внедряемых ионов.
137
37. Жидкостное химическое травление. Травители, стадии процесса,
управление скоростью процесса.
Версия №1.
Процесс травления состоит из нескольких этапов:
1.Реагент должен приблизиться к поверхности пластины,
адсорбироваться на ней, вступить с кремнием в химическое взаимодействие.
2.Образовавшимся продуктам реакции необходимо в свою очередь десорбироваться с поверхности.
3.Продукции реакции удаляются в объем раствора.
Время травления является суммой времен протекания каждого из этих этапов. Причем если какой-либо этап оказывается наиболее длительным, то он будет определять (лимитировать) весь процесс травления. В начальный момент времени концентрация травителя во всем объеме одинакова. Однако по истечении некоторого времени та часть раствора, которая находится вблизи поверхности кремния, вступает с ним во взаимодействие. Концентрация молекул травителя у поверхности кремния из-за протекания химической реакции уменьшается, так что образуется слой, обедненный молекулами травителя с концентрацией С´. Для дальнейшего протекания реакции необходимо, чтобы из объема травителя, где его концентрация С, молекулы травителя подошли к поверхности кремния. Доставка молекул из объема травителя к поверхности пластины — диффузионный процесс, скорость которого равна
где д — коэффициент диффузии молекул травителя. В первый момент,
когда концентрация травителя везде одинакова, скорость травления кремния максимальна и равна
138
где р — константа скорости химической реакции; E — энергия активации процесса травления; k — постоянная Больцмана; T — температура.
Через некоторый промежуток времени диффузия реагента к поверхности и скорость химической реакции становятся одинаковыми:
Тогда скорость травления можно определить следующим образом:
Характер травления кремния зависит от того, какая из стадий травления является самой медленной: диффузия реагента к поверхности или химическая реакция. Скорости каждой из этих стадий определяются величинами единичных скоростей диффузии д или химической реакции рexp(–E/kT).
Скорость травления во втором случае мало зависит от энергии активации и определяется лишь диффузионными процессами. Травление будет полирующим. Полировка происходит следующим образом. Если на поверхности пластины имеется рельеф, то после образования у поверхности обедненного травителем слоя оказывается, что толщина последнего около выступов несколько меньше (рис. 1.4), чем его средняя толщина, поэтому к выступам реагент подходит быстрее и происходит их сглаживание.
139
Версия № 2.
Этапы травления
1)Приближение реагента
2)Адсорбция реагента
3)Реакция на поверхности
4)Десорбция продуктов
5)Перенос продуктов от травящейся поверхности
Кремний инертный металл - на поверхности образуется оксид, поэтому чтобы травить кремний, травитель должен иметь в составе компонент снимающий оксид (например, плавиковая кислота)
Si + 2HNO3 + 6HF → H2SiF6 + 2HNO3 + 2H2O +125 ккал/моль Характер травления кремния зависит от того, какая из стадий травления
является самой медленной: диффузия реагента к поверхности или химическая реакция.
Если лимитирующей стадией процесса является диффузия:
-зависимость энергии активации от вязкости травителя, ее значения находятся в диапазоне 1 - 6 ккал/моль;
-Увеличение скорости реакции при перемешивании реагента;
-Одинаковая скорость травления всех кристаллографических плоскостей;
-Рост энергии активации при перемешивании.
-Полирующее травление - травление, в процессе которого рельеф мишени сглаживается.
140