Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнология

Диссертационная работа:

Перинская Ирина Владимировна. Совершенствование и применение ионно-лучевой технологии субмикронной пассивации металлов для безрезистной литографии и защиты от коррозии : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.10 / Перинская Ирина Владимировна; [Место защиты: Сарат. гос. техн. ун-т].- Саратов, 2010.- 135 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/3155

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Ионно-лучевая обработка является одним из быстроразвивающихся технологических методов электротехнологии в полупроводниковой микроэлектронике. Широкие возможности применения ионно-лучевой технологии при изготовлении и обработке спецматериалов микроэлектроники обусловлены вакуумной чистотой этого метода, точностью, универсальностью воздействия на вещества, высокими локальностью и производительностью.

В традиционной области своего применения – изготовление полупроводниковых структур – ионное легирование достигло совершенства эпитаксиальных методов.

Разработки последних лет обеспечили ионно-лучевую реализацию таких нетрадиционных для имплантации операций, как распыление материалов, их ионное перемешивание, осаждение и ионно-лучевое травление, а также перспективного метода формирования топологии интегральных схем – ионную литографию.

Наиболее характерной особенностью в развитии технологии ионно-лучевой обработки материалов является повышение роли имплантации ионов инертных примесей, что связано с освоением таких перспективных направлений технологии как имплантационная металлургия, радиационная обработка материалов, синтез новых химических соединений, ионное перемешивание. Для ряда технологических применений нежелательны электрические и химические последствия ионного легирования, в других случаях достаточным для достижения положительного эффекта является введение радиационных дефектов или энергетическое воздействие ионов.

Практическая реализация возможностей имплантации ионов инертных примесей связана со многими физико-технологическими проблемами, например, контролируемое нанесение слоев различных материалов ионным распылением, тонкая доводка электрофизических параметров полупроводниковых слоев и требует совершенствования ионно-лучевого оборудования.

По объему возможных применений, технико-экономическому эффекту и значимости для современной электротехнологии дискретных приборов и интегральных схем СВЧ наиболее актуальна разработка метода ионно-лучевого управления химической активностью металлических слоев, применяемых для формирования топологии микроэлектронных устройств, и защиты их от коррозии.

К моменту начала диссертационной работы исследованиями Б.В. Козейкина, Е.Б. Соколова, М.И. Гусевой, В.Ф. Дорфмана, А.И. Фролова, П.В. Павлова, Е.И. Зорина были установлены некоторые особенности эффектов, лежащих в основе ионно-лучевой пассивации металлов. Практическое освоение этого метода требует решения многих вопросов – уточнения физико-химических моделей пассивации металлов, определения корреляции между режимами обработки и свойствами имплантированных слоев, создания технологических схем изученных эффектов с учетом ограничений, вытекающих из требований локальности процессов.

Цель и задачи диссертационной работы.

Цель настоящей работы заключается в разработке базовой технологии ионно-лучевой пассивации металлических слоев в электротехнологии изготовления сверхвысокочастотных интегральных схем (СВЧ ИС), создания и внедрения новых процессов имплантации ионов инертных газов для антикоррозионной защиты покрытий изделий микроэлектроники.

Для достижения поставленной цели сформулирована следующая совокупность экспериментальных и теоретических задач:

- определить экспериментальные зависимости химической активности ионно-обработанных металлических слоев: от энергии и дозы ионов аргона; вида металла (медь, хром, алюминий, титан – металлов, применяемых в микроэлектронике) и их толщины; изучить влияние ионно-лучевой обработки аргоном на электрические, механические характеристики металлических покрытий;

- оценить вклад поверхностного и объемного механизмов ионно-лучевого подавления химической активности в повышение коррозионной стойкости меди, хрома, алюминия, титана;

- основываясь на выводах анализа механизмов лучевой пассивации ионами инертного газа-аргона, представить модель получаемой в результате аргонно-лучевой обработки наноразмерной структуры с развитыми наноструктурными составляющими, обеспечивающими пассивацию;

- разработать аргонно-лучевую технологию защиты металлических слоев от внешних химических воздействий и коррозии, селективного травления, в том числе полупроводников, методы депассивации пассивированных слоев, возможности повышения производительности процесса ионно-лучевой пассивации электрополевым и электронно-лучевым воздействием.

Научная новизна.

1. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований установлено понижение химической активности (пассивация) в обработанных ускоренными ионами инертного газа металлах наноструктурированием их поверхности и ионно-лучевым синтезом углеродного покрытия.

2. Показано, что первичной причиной пассивации является формирование на поверхности металлов углеродных наноразмерных покрытий. Вторичный механизм связан с формированием приповерхностных пассивированных субмикронных слоев в области максимума энергетических потерь бомбардирующих ионов.

3. Получены зависимости воспроизводимого эффекта пассивации тонких металлических слоев ионами инертных газов (аргона), качественно одинаковые для меди, хрома, алюминия, титана; установлено увеличение степени пассивации при электрополевом и электронно-лучевом воздействии.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. Практическая значимость работы заключается в разработке новой технологии наноразмерной ионно-лучевой пассивации металлов (Cu, Cr, Al, Ti), используемых в электротехнологии изготовления СВЧ ИС, позволяющей формировать рациональную структуру с наноразмерными поверхностными составляющими, обеспечивающую коррозионную защиту в сочетании с неухудшением прочности, износостойкости, СВЧ и технологических свойств металлов.

2. Выявленные в работе механизмы ионно-лучевой пассивации позволили обосновать наиболее эффективные режимы коррозионной защиты металлических элементов микросхем; применительно к массивным деталям из меди разработан метод локализации гальванического осадка при формировании топологии контактов; обоснован технологический процесс формирования металлических резисторов и микроконденсаторов СВЧ ИС имплантацией их металлических элементов ионами инертного газа.

3. Способ ионно-стимулированного селективного химического травления антимонида индия с целью формирования объемной топологии датчиков Холла и сами датчики для измерительной техники и систем диагностики с необходимой величиной остаточного напряжения внедрены на научно-производственном предприятии «Техносфера–МЛ» (г. Зеленоград) и научно-производственной фирме «НПФ «Диатех»

(г. Москва).

4. Результаты выполненной работы используются в учебном процессе в Саратовском государственном техническом университете при подготовке специалистов по направлениям «Машины и технологии высокоэффективных процессов обработки» и «Биомедицинские аппараты и системы».

Личный вклад автора в работу состоит в формулировании задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обобщении полученных результатов, сопоставлении результатов с литературными данными и формулировании выводов.

Достоверность результатов. Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается применением современного оборудования, использованием традиционных методов испытаний, сопоставлением полученных результатов исследований с данными других авторов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Причинами сильного изменения химической активности металлов при имплантации ионов аргона являются: образование на поверхности углеродного наноразмерного беспористого покрытия; активация поверхностных слоев при внедрении радиационных дефектов; формирование в области максимума энергетических потерь ионов химически пассивной кластерной структуры металла.

2. Установлен оптимальный режим ионно-лучевой обработки: Е=40135 кэВ, Ф=30007000 мкКл/см2, при котором химическая активность металлических слоев с толщиной менее удвоенного проецируемого пробега ионов (d<2Rp), подвергнутых ионно-лучевой обработке, характеризуется воспроизводимым уменьшением нормированной скорости химического травления до 10-110-3.

3. Для достижения коррозионной стойкости поверхности «толстых» (с толщиной более удвоенного проецируемого пробега ионов (d>2Rp)) слоев металлов с реализацией селективного осаждения гальванического покрытия при формировании топологии металлических контактов необходим режим ионно-лучевой двухстадийной обработки аргоном:

- Е1=4075 кэВ, Ф1=25005000 мкКл/см2;

- Е2=100150 кэВ, Ф2=25005000 мкКл/см2.

4. Установленные режимы селективной активации антимонида индия (InSb) при формировании объемно-размерной топологии датчиков Холла путем ионно-лучевой обработки ионами аргона с энергией Е=75 кэВ и дозой Ф=7000 мкКл/см2 обеспечивают улучшение электрических характеристик.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8-й Всероссийской конференции «Новые технологии в стоматологии и имплантологии» (Саратов, СГТУ, 2006 г.), научно-технической конференции «Электроника и вакуумная техника: приборы и устройства. Технология. Материалы» (Саратов, ФГУП «НПП «Контакт», 2007 г.), Всероссийском совещании заведующих кафедрами материаловедения и технологии конструкционных материалов вузов России (Зерноград, 2008 г.), 9-й Международной конференции «Пленки и покрытия-2009» (Санкт-Петербург, 2009 г.), 7-й Международной российско-японско-казахстанской научной конференции «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов» (Волгоград, 2009 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» (Саратов, 2009 г.), Всероссийском совещании заведующих кафедрами материаловедения и технологии конструкционных материалов вузов России (Краснодар, 2009 г.), Пятом Саратовском Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2010 г.), заседаниях кафедры «Материаловедение и высокоэффективные процессы обработки» СГТУ.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных научных работ, из них 6 статей в научных журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованной литературы. Диссертационная работа изложена на 133 страницах, содержит 36 рисунков, 19 таблиц, список литературы включает 98 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net