Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0072

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0072
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук
Название доклада
Разработка кластерной технологии планаризации поверхности полупроводниковых и металлических материалов (кремний, медь) для создания нового поколения приборов и устройств для микро- наноэлектроники
Докладчик
Вяткин Анатолий Федорович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Задача проекта: Разработка, создание и испытание лабораторного стенда для планаризации поверхности материалов,
применяемых в микро- и наноэлектронике (кремний, медь).
Цель проекта: 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 для разработки нового поколения приборов и устройств в различных отраслях
промышленности.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время в отечественном производстве СБИС используется химико-механическая планаризация (ХМП): удаление неровностей с поверхности пластины с помощью механической и химической полировки. Для проведения планаризации пластина извлекается из вакуумной установки. После проведения ХМП пластину необходимо тщательно отмыть и вернуть в вакуумную систему для продолжения технологического цикла. Причём эта процедура, проводимая в условиях чистых помещений, может повторяться в производве СБИС многократно. Преимущества планаризации газовыми кластерными ионами совершенно очевидны. Прежде всего, этот процесс совместим с вакуумными технологиями изготовления СБИС и не требует создания дорогостоящих чистых помещений. Во-вторых, не требуется использование дорогостоящей инфраструктуры, связанной с получением деионизованной воды и использованием химикатов и полирующих нанопорошков. Отметим, что кластерные ионы являются в некотором смысле универсальным растворителем. Следовательно, в случае полировки поверхности кластерными ионами отпадает необходимость в подборе необходимых химикатов для проведения ХМП.
Таким образом, актуальность предлагаемого Проекта определяется тем, что его выполнение, а затем и ОКР в этом направлении, позволит разработать отечественные технологии планаризации поверхности материалов, применяемых в различных областях современной техники. Разработка современных ионно-пучковых технологий позволит, в частности, решить актуальную на сегодняшний день задачу импортозамещения элементной базы наноэлектроники.
Описание исследования

Проведены исследования по планаризации исходных образцов с использованием лабораторного стенда с установленным на
нем узлом 3-х мерного сканирования. Подобраны режимы функционирования лабораторного стенда, позволяющие проводить
обработку поверхности экспериментальных образцов в соответствии с требованиями технического задания: рабочий газ аргон
позволяет достигать требуемую степень шероховатости RMS=0.23. Обнаружено, что использование в качестве рабочего газа
ксенона позволяет улучшить степень планаризации практически в два раза: RMS=0.12; необходимая степень планаризации для
кремния и для меди наблюдаются при дозе 5*10^16 ион/см^2; для достижения эффективной планаризации необходимо
использовать ионные пучки с энергией более 10 кэВ, в которых минимизировано присутствие атомарных ионов. Изготовлены
экспериментальные образцы планаризированных материалов наноэлектроники (кремний, медь). Проведены испытания
экспериментальных образцов. Результаты исследований, полученные с использованием метода рентгеновской
рефлектометрии, продемонстрировали, что шероховатость кремния после обработки составила 0.47 нм, а меди 0.42 нм. Анализ
экспериментальных результатов показал, что для увеличения эффективности планаризации поверхности материалов можно
повысить степень сепарации кластеров, уменьшив содержание кластеров с малой массой. Уменьшив расстояние между
магнитами системы сепарации до 7 мм, можно будет отделять из пучка мономеры и кластеры с размером менее 150 атомов в
кластере. на основе этого была откорректирована эскизная конструктроская документация. За счет внебюджетных средств
были изготовлены дополнительные исходные образцы для дальнейших экспериментов по их планаризации; Площадь образцов
составила 150 мм^2. Проведены исследования поверхности дополнительных исходных образцов. Средняя шероховатость 
поверхности пластины кремния до обработки составляет 1,97 нм, средняя шероховатость поверхности пластины меди до
обработки составляет 5,88 нм.

Результаты исследования

Разработанный стенд соответствует требованиям ТЗ, и его характеристики соответствуют аналогичным зарубежным
лабораторным установкам, в которых используется аргон, размер кластеров в среднем составляет 2000 атомов, а энергия
кластера - 20 кэВ (Yamada I., Matsuo J., Toyoda N., Kirpatrick A. Material processing by gas cluster ion beam // Mater. Sci. and Engineer.
– 2001. – Vol. R 34. – P. 231–295. Изготовленные с использованием лабораторного стенды экспериментальные образцы
соответствуют требованиям ТЗ: для кремния разброс RMS находится в диапазоне от 0,19 до 0,33, для меди - от 0,7 до 0,77, что
находится в соответствии с экспериментальными и теоретическими данными, указанными в работе N. Toyoda, I. Yamada, "Gas
Cluster Ion Beam Technology for Nano-Fabrication", Advances in Science and Technology, Vol. 82, pp. 1-8, 2013. Все работы
выполняются на современном оборудовании с привлечением специалистов соответствующей квалификации, из чего следует,
что полученные результаты соответствуют аналогичным, получаемым за рубежом.

Практическая значимость исследования
Результаты проекта могут быть использованы в микроэлектронной промышленности при изготовлении больших
интегральных схем. Полученные результаты окажут существенное влияние как на развитие научно-технических, и
технологических направлений, так и социальные аспекты жизни общества через изменение структуры производства и
потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка.