Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

СУБМИКРОННОЕ СТРУКТУРИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПОДЛОЖЕК КРЕМНИЯ МЕТОДОМ ФОКУСИРОВАННЫХ ИОННЫХ ПУЧКОВ

Коломийцев А.С. 1 Громов А.Л. 1 Ильин О.И. 1 Лисицын С.А. 1 Катханов Б.С. 2
1 ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»
2 ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
В работе проведены экспериментальные исследования технологических режимов субмикронного структурирования поверхности кремниевой подложки методом фокусированных ионных пучков с использованием растровых графических шаблонов. Рассмотрены основные способы формирования растровых шаблонов в методе фокусированных ионных пучков. Установлены закономерности влияния параметров шаблона, сформированного при помощи специализированного программного продукта Unigen, и режимов травления на точность воспроизведения смоделированного профиля на подложку. Сформированы и исследованы методом атомно-силовой микроскопии экспериментальные образцы наноразмерных структур. На основании полученных результатов произведена корректировка моделей и алгоритмов, используемых для генерации шаблонов в программе Unigen. Полученные результаты могут быть использованы при формировании наноразмерных структур и разработке технологических процессов изготовления перспективной элементной базы наноэлектроники и наносистемной техники.
нанотехнологии
фокусированные ионные пучки
атомно-силовая микроскопия
растровые шаблоны
субмикронное структурирование
1. Исследование режимов субмикронного профилирования поверхности подложек кремния методом фокусированных ионных пучков / О.А. Агеев, А.С. Коломийцев, А.Л. Громов и др. // Известия Южного федерального университета. Технические науки. – 2011. – Т. 117. – № 4. – С. 171–180.
2. Агеев О.А., Коломийцев А.С. Исследование параметров взаимодействия фокусированных ионных пучков с подложкой // Известия высших учебных заведений. Электроника. – 2011. – № 89. – С. 20–25.
3. Агеев О.А., Коломийцев А.С., Михайличенко А.В. и др. Получение наноразмерных структур на основе нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – Т. 114. – № 1. – С. 109–116.
4. Коноплев Б.Г., Агеев О.А., Коломийцев А.С. Формирование наноразмерных структур на кремниевой подложке методом фокусированных ионных пучков // Известия высших учебных заведений. Электроника. – 2011. – № 87. – С. 29–34.
5. Коноплев Б.Г., Агеев О.А. Элионные и зондовые нанотехнологии для микро- и наносистемной техники // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2008. – Т.89. – № 12. – С. 165–175.
6. Лучинин В.В. Нанотехнологии: физика, процессы, диагностика, приборы – М: Физматлит, 2006. – 552 с.
7. Чаплыгин Ю.А. Нанотехнологии в электронике – М.: Техносфера, 2005. – 448 с.
8. Giannuzzi L.A., Stevie F.A. Introduction to focused ion beams: instrumentation, theory, techniques and practice. – New York: Springer, 2004 – 357 p.
9. Wilhelmi O. Nanofabrication and rapid prototyping with Dual Beam instruments // FEI Company application note. – 2007. – URL: http://www.fei.com (дата обращения: 26.08.2012).

Технология формирования устройств наноэлектроники и наносистемной техники неразрывно связана с формированием на поверхности твердого тела субмикронного профиля различной конфигурации. Конструкции перспективных приборов зачастую предусматривают создание сложных наноразмерных 3D-структур и их прецизионную локализацию на подложке. Применение традиционных методов оптической литографии ограничено дифракционным пределом разрешения и необходимостью использования операций жидкостного или плазменного травления, что сужает возможности технологии и не всегда позволяет решать задачи создания современных устройств с нанометровыми размерами [5].

В настоящее время одним из наиболее перспективных и динамично развивающихся методов субмикронного структурирования поверхности твердого тела является метод фокусированных ионных пучков (ФИП) [6–8].

Несмотря на многочисленные достоинства метода ФИП [8], ионно-лучевое субмикронное профилирование сопряжено с трудностями, связанными с отсутствием средств эффективной генерации растровых графических файлов, используемых в качестве шаблонов, которые определяют размеры, форму и расположение формируемых на положке структур, а также сложностью выбора режимов воздействия, обеспечивающих наибольшую точность формирования профиля [9].

Целью данной работы является исследование процессов безмасочного субмикронного структурирования поверхности подложки кремния методом фокусированных ионных пучков с использованием растровых графических шаблонов.

В НОЦ «Нанотехнологии» Южного федерального университета для эффективного формирования структур методом ФИП был разработан пакет прикладных программ Unigen, позволяющий генерировать растровые графические шаблоны в форматах *.bmp и ASCII для безмасочного структурирования подложки фокусированным ионным пучком с учетом особенностей взаимодействия ионов с поверхностью твердого тела, размерных эффектов, закономерностей переосаждения распыленного материала, и дающий возможность мультиплицирования рисунка по заданной области подложки.

Экспериментальные исследования в данной работе производились с использованием растрового электронного микроскопа с колонной ФИП Nova NanoLab 600, сконфигурированного для решения технологических задач (FEI Company, Нидерланды), а также модуля ФИП многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 (ЗАО «Нанотехнология-МДТ», Россия) [1–4].

В ходе экспериментальных исследований процессов безмасочного структурирования поверхности подложки генерировался набор растровых шаблонов с различными параметрами, представляющих собой массив из 9 структур пирамидальной формы с разрешением от 512×512 до 1024×1024 точек (рис. 1).

a рис_38.tif б рис_39.tif

Рис. 1. Растровый графический шаблон для ионно-лучевого травления ФИП (а) – 2D, (б) – 3D

Для исследования влияния соотношения параметров ФИП и характеристик шаблона на точность воспроизведения топологии при травлении варьировались разрешение шаблона, количество проходов пучка по шаблону, размер шаблона, шаг перемещения пучка, время воздействия ионного пучка в точке и ток ионного пучка. Травление кремниевой подложки КДБ-10 с использованием сгенерированных шаблонов производилось на модуле ФИП комплекса НАНОФАБ НТК-9.

Параметры ионно-лучевого травления для каждого из выбранных режимов приведены в таблице.

Параметры ионно-лучевого травления структур сложного профиля

Режим

Разрешение шаблона

Кол-во проходов

Время
травления,
с

Размер
фигуры, мкм

Шаг,
нм

Время
воздействия
в точке, мкс

Ток
ионного пучка,
пА

Макс.
разность между
профилями, нм

1

512×512

100

1001

10×10

20

10

5

22

2

512×512

100

561

5×5

10

30

5

5

3

512×512

200

1123

5×5

5

20

10

7

4

512×512

100

561

5×5

4

30

5

18

5

1024×1024

500

1554

2×2

30

1

30

40

6

512×512

200

561

2×2

10

20

10

9,5

После ионно-лучевого травления образец по сверхвысоковакуумной магистрали передавался в модуль сканирующей зондовой микроскопии, где производились исследования сформированных структур методом полуконтактной атомно-силовой микроскопии (АСМ) (рис. 2). После этого профилограммы сформированных структур, полученные на основе АСМ-изображений, сравнивались с профилями модельной структуры, полученными в ПО для генерации шаблонов для безмасочного структурирования поверхности подложек методом ФИП. Основным критерием, по которому производилось сравнение и выбор режимов, было выбрано максимальное значение разности между профилями экспериментальной и модельной структур, которая измерялась в каждой точке профиля с шагом 10 нм. Значения наилучшей максимальной разности внесены
в таблицу.

рис_40.tif

Рис. 2. АСМ-изображение топологии сформированной ионно-лучевым травлением ФИП по растровому шаблону и профилограмма экспериментальной структуры в сравнении с модельным профилем

В результате проведенной работы исследованы режимы субмикронного структурирования кремниевой подложки методом фокусированных ионных пучков с использованием растровых графических шаблонов, сгенерированных при помощи пакета прикладных программ Unigen. Выявлены режимы, обеспечивающие наилучшее соответствие между профилями модельной и экспериментальной структур. Полученные результаты будут использованы при корректировке моделей и алгоритмов, применяемых для генерации шаблонов, что позволит повысить точность воспроизведения смоделированного профиля на подложке. Результаты, полученные в настоящей работе, также могут быть использованы при разработке технологических процессов формирования перспективной элементной базы наноэлектроники и наносистемной техники.

Работа выполнена при поддержке государственными соглашениями № 12-08-90045/12, № 14.А18.21.0126, № 14.A18.21.0923, № 14.A18.21.0933, № 14.A18.21.0900, № 14.A18.21.0887, № 14.A18.21.1206 в рамках проектов РФФИ и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы.

Рецензенты:

Рындин Е.А., д.т.н., профессор, ведущий научный сотрудник ЮНЦ РАН;

Жорник А.И. д.ф.-м.н., профессор кафедры теоретической, общей физики и технологии ФГБОУ ВПО ТГПИ.

Работа поступила в редакцию 26.10.2012.


Библиографическая ссылка

Коломийцев А.С., Громов А.Л., Ильин О.И., Лисицын С.А., Катханов Б.С. СУБМИКРОННОЕ СТРУКТУРИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПОДЛОЖЕК КРЕМНИЯ МЕТОДОМ ФОКУСИРОВАННЫХ ИОННЫХ ПУЧКОВ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11-3. – С. 615-618;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30583 (дата обращения: 08.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074