14. Каков механизм очистки путем термообработки?

Сущность этого метода состоит в нагреве пластин или подложек до температуры, при которой происходит удаление адсорбированных поверхностью загрязнений, разложение поверхностных органических загрязнений и испарение летучих соединений.

Эффективность очистки зависит от температуры, максимальное значение которой ограничено температурой плавления очищаемых материалов и процессами диффузии примесей. Температура отжига 800-900 °С.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО И ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ

1. Каков механизм ионного травления?

Ионное травление представляет собой процесс удаления (травления) материала по всей плоскости (очистка) или только по рисунку, задаваемому маской, с целью создания требуемых конфигураций элементов ИМС.

Сущность ионного травления состоит в удалении поверхностных слоев материала при его бомбардировке потоком ионов инертных газов высокой энергии.

Если во время столкновения энергия, передаваемая атому, превышает энергию химической связи атомов в кристаллической решетке, а импульс, сообщаемый атому, направлен наружу от поверхности, то происходит смещение атомов и их отрыв от поверхности — распыление.

Механизм ионного травления

Распыление поверхности подложки (травление) происходит в том случае, когда участвующие в столкновениях атомы передают поверхностным атомам энергию, превышающую поверхностную энергию связи.

Механизм ионного распыления состоит в том, что падающий ион передает импульс атомам решетки материала мишени. Смещенные атомы в свою очередь передают импульс другим атомам решетки, вызвав каскад столкновений. Если поверхностный атом получит энергию, достаточную для разрыва связи с ближайшими соседями, а импульс будет направлен в сторону от поверхности, то он оторвется и покинет поверхность.

2. Что такое пороговая энергия распыления?

Существует пороговая энергия распыления Es, ниже которой распыление не происходит. При Еi > Еs с ростом энергии иона Ei возрастает количество атомов в поверхностных слоях мишени, которым в результате торможения первичного иона будет передана энергия, большая энергии связи.

Обычно пороговая энергия составляет 10—30 эВ. Однако заметное ионное распыление наблюдается при энергии ионов более 100 эВ.

3. Что такое коэффициент ионного распыления?

Коэффициент ионного распыления

Количественной характеристикой процесса ионного распыления является коэффициент распыления Кр, равный количеству атомов, выбитых с поверхности решетки одним бомбардирующим ионом:

где К— коэффициент, характеризующий физическое состояние мишени;

mi,ma — массы бомбардирующего иона и атома мишени; Ei — энергия иона.

4. Какие факторы и как влияют на коэффициент ионного распыления?

Для понимания физико-химических процессов, протекающих при ионно-плазменном распылении, рассмотрим зависимость коэффициента распыления от параметров состояния системы.

Зависимость коэффициента распыления Кр меди от энергии бомбардирующих ионов аргона

С ростом энергии ионов возрастает глубина проникновения его в толщу материала. Смещенным же на большой глубине атомам оказывается труднее передать импульс, полученный от иона, поверхностным атомам. Поэтому при больших энергиях ионов (Ei> 100 кэВ) коэффициент распыления Кр снижается.

З ависимость коэффициента распыления мишени из меди (1)и серебра (2) от атомного номера бомбардирующих ионов, обладающих энергией Ei=45 кэВ

Коэффицие ты распыления максимальны для ионов инертных газов и минимальны — для элементов, расположенных в центральных столбцах периодической системы элементов (Al, Ti,Zr и др.).

Коэффициент распыления различных материалов ионами одного и того же элемента также немонотонно зависит от порядкового номера элемента мишени Периодичность функции Kp(z2) связана с периодичностью изменения энергии связи атомов.

Зависимость коэффициента распыления от порядкового номера элемента мишени при распылении ионами аргона с Еi = 400 эВ

З ависимость коэффициента распыления различных материалов ионами аргона при изменении угла падения

Сначала наблюдается значительное увеличение Кр в области 50° — 70°. Глубина, на которой возникают смещенные атомы, с ростом угла падения становится ближе к поверхности, облегчаются условия выхода импульсов смещенных атомов на поверхность.При дальнейшем росте угла падения возрастает доля отраженных ионов и коэффициент распыления уменьшается.

Зависимость коэффициента распыления от давления

При давлении выше 1,33 Па начинаетKp резко уменьшаться. Это объясняется образованием на поверхности мишени плотных адсорбированных слоев, препятствующих распылению материала мишени, а также возвратом распыленных частиц к поверхности из-за соударений с частицами газа.

При низком давлении (ниже 1,33•10-2 Па) коэффициент ионного распыления не зависит от давле-

ния и состава остаточных газов.

Для распыления мишени используют ионы инертных газов (обычно аргон высокой чистоты).