Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка кластерной технологии планаризации поверхности полупроводниковых и металлических материалов (кремний, медь) для создания нового поколения приборов и устройств для микро- наноэлектроники

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
адиабатическое расширение газа в вакуум, сверхзвуковое сопло, компьютерное моделирование, пучки кластерных ионов, взаимодействие кластерных ионов с веществом, нанорельеф, распыление, радиационные дефекты, диагностика состава и структуры поверхности твердых тел, технология планаризации, нанотехнологии

Цель проекта:
Задачей проекта является разработка лабораторной технологии планаризации поверхности материалов, применяемых в микро- и наноэлектронике (кремний, медь) до уровня средней шероховатости поверхности кремниевой пластины после обработки – не более 0,5 нм (до обработки более 1,0 нм) и медной пластины – не более 0,5 нм (до обработки более 5,5 нм) методами ионно-кластерных пучковых технологий. Целью проекта является использование результатов проекта для разработки нового поколения приборов и устройств в различных отраслях промышленности.

Основные планируемые результаты проекта:
Основной целью Проекта является разработка лабораторной технологии планаризации поверхности материалов микро- и наноэлектроники с помощью облучения пучками газовых кластерных ионов.
Помимо этого в Проекте ставятся следующие цели:
- получение значимых научных результатов по механизмам взаимодействия кластерных ионов с веществом;
- разработать методику оценки качества кристаллической структуры полупроводниковых материалов подвергнутых обработке пучками газовых кластерных ионов;
- повысить эффективность применения имеющегося в распоряжении коллектива ускорителя газовых кластерных ионов;
- подготовка специалистов в области нанотехнологий;
- вывести на отечественный рынок новую научно-техническую продукцию – технологию планаризации поверхности пучками кластерных ионов.
В ходе выполнения Проекта будут получены следующие научно-технические результаты:
1 Методика и результаты компьютерного моделирования процессов взаимодействия кластерных пучков с поверхностью, приводящего к ее планаризации.
2 Лабораторно-технологический регламент планаризации поверхности материалов (кремния, меди) пучками ускоренных кластерных ионов.
3. Эскизная конструкторская документация на макет лабораторного стенда для получения планаризованных материалов.
4. Лабораторные стенды для проведения планаризации полупроводниковых и металлических материалов.
5. Экспериментальные образцы планаризованных материалов (кремния, меди).
6. Проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка промышленной технологии планаризации поверхности материалов, применяемых в микро- и наноэлектронике (кремний, медь)».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Результаты ПНИ могут быть использованы при проектировании новых установок, применяемых при производстве интегральных микросхем путём включения в производственный конвейер источника кластерных ионов и разработке промышленной технологии планаризации.
В ходе выполнения работ по проекту будут использоваться широко известные методики исследования шероховатости планаризированных материалов: рентгеновская рефлектометрия и атомно-силовая микроскопия. Аппаратное обеспечение и квалификация исследователей, задействованных в данном проекте соответствует мировому уровню.
Для достижения цели необходимо решить следующие основные задачи:
- Определить оптимальные параметры облучения пластин ускоренными газовыми кластерными ионами для планаризации пластин.
- Разработать и создать лабораторный стенд – ускоритель газовых кластерных ионов для получения планаризованных материалов.
- Разработать лабораторный технологический регламент планаризации ускоренными ионно-кластерными пучками поверхности материалов.
- Провести оценку эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
- Разработать рекомендации по практическому применению полученных результатов. Поскольку в мировой литературе практически отсутствуют данные по распылению материалов различными типами газовых кластерных ионов, на созданном ускорителе будут проводиться измерения коэффициентов распыления материалов электронной техники для различных энергий бомбардирующих кластерных ионов. В качестве рабочих газов будут использоваться аргон, азот и др. Энергии сепарированного по массам пучка кластерных ионов будут варьироваться от 5 до 30 кэВ. При этом особое внимание будет уделяться изучению формируемого рельефа поверхности и влиянию на его формирование дозы облучения. Контроль процесса планаризации будет осуществляться с помощью рентгеновских методик и атомно-силовой микроскопии.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты ПНИ могут быть использованы при проектировании новых установок, применяемых при производстве интегральных микросхем путём включения в производственный конвейер источника кластерных ионов и разработке промышленной технологии планаризации.
После завершения ПНИ будет создан лабораторный стенд с источником кластерных ионов, характеристики которого позволят проводить дальнейшую работу по исследованию процессов планаризации материалов для наноэлектроники. Конструкторская документация на этот стенд может быть предложена на рынке изготовителей технологического оборудования для наноэлектроники. В дальнейшем такие стенды могут поставляться в лаборатории институтов (учебных или научно-исследовательских), исследующих взаимодействие ионных пучков с веществом. В настоящее время почти единственным поставщиком установок с источниками кластерных ионов является совместная японо-американская фирма «Эпион». Имея монопольное положение на рынке, этот производитель устанавливает цены, которые слишком высоки для большинства российских научно-исследовательских лабораторий. Поэтому на первых порах следует проводить маркетинговую политику, направленную на продвижение отечественных стендов, оборудованных источниками кластерных ионов, на внутри российском рынке лабораторного оборудования. Полученные в результате выполнения данной работы образцы материалов твердотельной электроники (Si и Cu), обработанные кластерным пучком и получившие в результате такой обработки шероховатость не выше 0,5 нм, вполне могут служить аргументом в рекламной компании данного продукта. Между тем, данный стенд ни в коем случае нельзя рассматривать как товарный образец для промышленности, конкурирующий с продуктом «Эпиона». Для создания такого образца необходима дальнейшая работа в этом направлении. Технология планаризации поверхности полупроводниковых, диэлектрических и металлических материалов, которая будет разработана в данной работе, также не является конечным продуктом для использования в промышленности, но лишь первым шагом на пути применения кластерных пучков для планаризации как одного из этапов технологического цикла получения интегральных микросхем. Другими словами, эта технология может быть использована в дальнейшем разработчиками более сложной технологии.

Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения проекта были получены следующие результаты:
- Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ;
- Проведены патентные исследования по тематике проекта в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
- Осуществлен выбор направления исследований; разработаны и обоснованы цели компьютерного моделирования процессов взаимодействия ионных кластеров с поверхностью твердых тел, разработка физической и математической моделей; разработана и отлажена компьютерная программа, моделирование процессов и анализ результатов моделирования процессов взаимодействия кластеров с поверхностью твердых тел; проведен расчет процесса генерации ударных волн при взаимодействии ускоренного кластерного иона с поверхностью мишени;
- Разработан вариант конструкции узла 3-х мерного сканирования образцов кластерным пучком для лабораторного стенда для получения планаризованных материалов для наноэлектроники (кремний, медь);
- Разработана эскизная конструкторская документация узла 3-х мерного сканирования образцов кластерным пучком;
- Изготовлен узел 3-х мерного сканирования образцов кластерным пучком для лабораторного стенда для получения планаризованных материалов для наноэлектроники (кремний, медь); проведены экспериментальные исследования распределения кластеров по размеру;
- Проведены экспериментальные исследования процесса планаризации поверхности ускоренными кластерными ионами и сравнение с теоретическими результатами.
- Проведена сборка лабораторного стенда для получения планаризованных полупроводниковых и металлических материалов (кремний, медь),
- Осуществлен монтаж узла 3-х мерного сканирования образцов кластерным пучком в лабораторный стенд для получения планаризованных полупроводниковых и металлических материалов (кремний, медь) пучками ускоренных кластерных ионов.
В результате проведенных работ был создан рабочий лабораторный стенд, пригодный для осуществления дальнейших работ по проекту. Кроме того, были проведены расчеты базовых параметров систем, обеспечивающих рабочие режимы стенда для получения планаризованных материалов. Были установлены зависимости размера кластера в потоке, расходимости кластерного пучка и дозы облучения, необходимой для планаризации материала от базовых параметров, задаваемых оператором стенда (давление в камере, ускоряющее напряжение и т.п.). Полученные параметры являются отправной точкой при проведении работ по исследованию характеристик разработанного стенда.
Результаты, полученные в ходе отработки методик исследования шероховатости поверхности материалов наноэлектроники (кремний, медь) лягут в основу технической документации, разрабатываемой на последующих этапах, и послужат заделом при исследовании свойств планаризированных образцов.
В ходе работ использовались стандартные подходы и методы, соответствующие мировому уровню: рентгеновская рефлектометрия, атомно-силовая микроскопия, химико-механическая полировка.