Содержание к диссертации
Введение
1. Возможность исследования поверхности твердого тела при его распылении 13
1.1. Ионно-электронная эмиссия 15
1.2. Методы регистрации сигнала ионно-электронной
эмиссии 22
1.2.1. Метод наведенного тока 22
1.2.2. Метод объемного коллектора 24
1.3. Составляющие сигнала вторичной ионной эмиссии 25
1.4. Заключение и постановка задачи 27
2. Методика исследования и применяемое оборудование 31
2.1. Разработка элементов оборудования для исследования вторичной ионно-электронной эмиссии с поверхности твердого тела при ионно-лучевом травлении (ИЛТ) 32
2.2. Разработка метода регистрации тока вторичных электронов с поверхности твердого тела для разных технологических задач при ИЛТ немоноэнергетическим пучком ионов 39
2.2.1. Разработка узла регистрации вторичных электронов (ВЭ) 39
2.2.2. Методика определения средней энергии ионов от источника с холодным катодом 41
2.2.3. Методика определения качественной и количественной составляющей информативного сигнала 42
2.2.4. Методика определения оптимального потенциала приемника электронов для регистрации тока ВЭ 45
2.3. Ошибка измерений тока ВЭ 47
2.4. Заключение 47
3. Уточнение модели выхода вторичных электронов из металлов и полупроводников 49
3.1. Статистика электронов в металлах и полупроводниках 50
3.2. Энергия возбуждения электронов при неупругих атомных столкновениях 52
3.3. Вероятность выхода электронов 56
3.4. Доля регистрируемых вторичных электронов 57
3.5. Определение тока вторичных электронов 61
3.6. Особенности влияния температуры на выход ВЭ 62
3.7. Основные результаты моделирования и сравнение с другими моделями и экспериментальными данными 64
3.7.1. Зависимость коэффициента ионно-электронной эмиссии (КИЭЭ) от энергии ионов 64
3.7.2. Зависимость КИЭЭ металлов от атомного номера мишени 66
3.7.3. Сравнение теорий и эксперимента 72
3.7.4. Зависимость КИЭЭ полупроводников от ширины запрещенной зоны 74
3.7.5. Зависимость тока вторичных электронов от сорта
бомбардирующего иона 76
3.8. Заключение 79
4. Экспериментальное исследование кинетической ионно-электронной эмиссии с использованием тока вторичных электронов от обрабатываемой поверхности 81
4.1. Исследование возможности получения сигнала ионно- электронной эмиссии в условиях технологического процесса ИЛТ для диагностики поверхности твердого тела 81
4.2. Закономерности изменения тока вторичных электронов от времени травления многослойных структур 84
4.3. Особенности влияния электропроводимости мишени на ионно-электронную эмиссию с поверхности в результате ИЛТ полупроводниковых материалов 92
4.4. Зависимость сигнала ионно-электронной эмиссии основных полупроводников от параметров технологического процесса 99
4.5. Влияние ширины запрещенной зоны полупроводников на эмиссию вторичных электронов с поверхности 101
4.6. Влияние плотности потока ионов на коэффициент ионно-электронной эмиссии 104
4.7. Зависимость интенсивности сигнала ионно-электронной эмиссии основных металлов от параметров технологического процесса 107
4.8. Заключение 109
5. Использование ионно-электронной эмиссии для контроля ионно-лучевого травления слоистых гетерокомпозиций 115
5.1. Ионно-электронная эмиссия от пленочных гетероструктур 115
5.2. Закономерности изменения эмиссионного тока вторичных электронов при смене слоев травления гетероструктур 120
5.3. Получение топологии ПАВ-элементов на основе с одновременным электронно-эмиссионным контролем 124
5.4. Формирование контактов полевого транзистора на основе GaAs с использованием электронно-эмиссионного контроля 124
5.5. Создание диодных структур на основе карбида крем с использованием электронно-эмиссионного контроля
5.6. Заключение
Общее заключение
Общие выводы
Список использованных источников
- Составляющие сигнала вторичной ионной эмиссии
- Разработка метода регистрации тока вторичных электронов с поверхности твердого тела для разных технологических задач при ИЛТ немоноэнергетическим пучком ионов
- Энергия возбуждения электронов при неупругих атомных столкновениях
- Закономерности изменения тока вторичных электронов от времени травления многослойных структур
Введение к работе
Развитие микроэлектроники, а в последние годы и наноэлек-троники привело к необходимости использования ускоренных ионных потоков для обработки поверхности (очистки, травления, нанесения слоев) при создании элементов интегральных схем. При воздействии ускоренных частиц на поверхность твердого тела возникает множество эффектов [1, 2]. Одним из таких эффектов является вторичная электронная эмиссия [3].
Технология ионно-лучевого травления, инициирующего выход вторичных электронов при ионной бомбардировке поверхности, нашла широкое применение в микро- и наноэлектронике в связи с необходимостью реализации высоких потенциальных возможностей, заложенных в ионной и электронной литографии, с возрастанием требований по степени интеграции и точности исполнения топологического рисунка микросхем [4-7]. Традиционные методы химического жидкостного травления вытесняются ионно-лучевыми методами травления и очистки поверхности материалов в технологии производства интегральных схем [8-12], основой которых являются многоуровневые тонкопленочные коммутации и гетерокомпозиции, выполненные с применением новых материалов подложек и пленок. Относительно низкая воспроизводимость параметров изделий, характерная для серийного производства связана с недостаточной точностью формирования топологии элементов микросхем, обусловленной колебаниями параметров режима обработки, отсутствием непрерывного контроля всех стадий процесса травления (очистка поверхности, травление, переход травления от одного слоя к другому, окончание процесса травления). Такая ситуация наблюдается во многих отраслях электроники, например, таких как оптоэлектроника, акустоэлектроника, СВЧ-техника и других [13-18].
Решение отмеченных проблем связано с разработкой и освоением адаптивных технологических процессов травления пленочных покрытий для формирования топологии схем, либо очистки поверхности [19-20].
Актуальной является разработка безинерционного метода контроля параметров процесса и состояния обрабатываемой поверхности, несущего прямую информацию и позволяющего:
Осуществлять контроль процесса травления любых материалов и многослойных гетероструктур непосредственно в процессе ионно-лучевой обработки.
Контролировать все стадии процесса ионно-лучевого травления [21-23].
Для целей контроля вакуумных технологических процессов возможно использование интегрального сигнала вторичной электронной эмиссии, отличающегося простотой регистрации и высокой чувствительностью к составу обрабатываемой поверхности [24-27].
В работах предыдущих лет [28, 29] была показана принципиальная возможность использования сигнала вторичной электронной эмиссии для контроля стадий ионно-индуцированного распыления, но при этом не рассматривалась физика выхода вторичных электронов из материалов, исследовались фактически только металлы, а расчеты процесса можно считать лишь оценочными.
Цель настоящей работы заключалась в расширении возможности использования вторичной электронной эмиссии для контроля процесса ионно-лучевого травления тонкопленочных материалов электронной техники на основе уточнения физико-технологических особенностей механизма ионно-электронной эмиссии; разработке простого и надежного метода определения состояния поверхности металлических и полупроводниковых слоев при ионно-лучевом травлении, основанного на использовании интегрального сигнала
8 вторичных электронов; выявлении основных закономерностей выхода вторичных электронов от условий проведения процесса травления.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
определение принципов построения и разработка элементов оборудования для регистрации ионно-электронной эмиссии (ИЭЭ) на базе существующего промышленного технологического оборудования;
установление закономерностей выхода вторичных электронов в вакуум в зависимости от материала мишени (Си, А1, V, Та, Ni, Mo, Ті, Au, Si, Ge, GaAs, a-Si:(N,H), a-Si:H, полиимид, ситалл), сорта и энергии бомбардирующих ионов (Аг+, Не+), их энергии, температуры мишени и плотности ионного потока;
разработка уточненной математической модели выхода вторичных электронов при низкоэнергетической бомбардировке обрабатываемой поверхности, согласующейся с экспериментальными результатами, и проведение расчета коэффициента кинетической ионно-электронной эмиссии;
установление практической возможности использования вторичной электронной эмиссии для контроля процесса ионно-лучевого травления тонкопленочных материалов электронной техники и гете-рокомпозиций на их основе.
Научная новизна работы:
1. Установлены закономерности изменения интегрального сигнала вторичных электронов при ионно-лучевом травлении материалов (Си, А1, V, Та, Ni, Mo, Ті, Au, Si, Ge, GaAs, a-Si:(N,H), a-Si:II, полиимид, ситалл) в зависимости от их исходного состояния, температуры поверхности мишени, электропроводимости, ширины запре-
щенной зоны полупроводников, энергии ионов и плотности ионного потока на мишень.
Разработана уточненная модель выхода вторичных электронов при низкоэнергетическом (до 10 кэВ) ионном воздействии на поверхность мишени, учитывающая возникновение ионно-индуцированного тока в приповерхностной области полупроводника и плотность потока первичных ионов (до 3 мА/см2), позволяющая объяснить экспериментальные результаты.
Разработана методика расчета коэффициента кинетической ионно-электронной эмиссии с учетом функции распределения электронов в твердом теле по энергии в возбужденном состоянии при облучении ионами, позволяющая оценивать и предсказывать величину тока вторичных электронов в процессе ионно-лучевого травления металлов и полупроводников. Модель базируется на определенном участии всех электронов твердого тела в процессе ионно-электронной эмиссии и независимости коэффициента кинетической ионно-электронной эмиссии от плотности потока ионов на мишень.
Выявлены закономерности изменения тока вторичных электронов при послойном травлении многослойных структур. Дано объяснение сложному ходу этой зависимости в рамках теоретических соображений, представленных в работе.
Практическая значимость работы:
1. Разработан метод контроля состава поверхности пленочных гетероструктур путем регистрации интегрального сигнала вторичных электронов в процессе их ионно-лучевого травления, позволяющий в едином технологическом процессе безинерционно определять все стадии процесса травления: очистка поверхности, травление, переход травления от одного слоя к другому, окончание процесса травления (свидетельство о регистрации НОУ-ХАУ в Депозитарии МИ-
СиС№ 7-219-2002 ОИС от 29.11.02 [30,31]).
Разработан узел и система регистрации сигнала вторичных электронов, обеспечивающие увеличение его интенсивности в процессе ионно-лучевого травления тонкопленочных гетерокомпозиции.
Показана практическая возможность технологического контроля всех стадий процесса ионно-лучевого травления металлов, полупроводников, диэлектриков и тонкопленочных гетерокомпозиции на их основе на примере создания элементов на поверхностно-акустических волнах и полевых транзисторов. Экспериментально установлено, что вторичный ток электронов при ионно-электронной эмиссии является током, определяющим свойства стравливаемой пленочной структуры, являясь безинерционным носителем информации о состоянии поверхности. Показано, что определенное значение тока вторичных электронов от конкретного материала слоя определяет возможность идентификации этого материала в процессе ионно-лучевого травления.
Основные положения, выносимые на защиту:
Регистрация интегрального сигнала эмиссии вторичных электронов, позволяющая разработать метод, устройство и методику контроля состояния поверхности и всех стадий процесса ионно-лучевого травления металлических, полупроводниковых и диэлектрических пленочных гетерокомпозиции.
Уточненная математическая модель эмиссии вторичных электронов при низкоэнергетической (до 10 кэВ) ионной бомбардировке поверхности подложки с учетом ее электронных характеристик и параметров ионного воздействия и методика расчета коэффициента ионно-электронной эмиссии металлов и полупроводников, позволяющие предсказать реальный ток эмиссии в зависимости от материала поверхности мишени, сорта бомбардирующей частицы и
11 энергии налетающего иона.
3. Установленные закономерности изменения интегрального сигнала вторичной ионно-электронной эмиссии в зависимости от параметров низкоэнергетического (до 10 кэВ) ионного воздействия и материала обрабатываемой поверхности, позволяющие обеспечить неразрушающии контроль всех стадий процесса ионно-лучевого травления тонкопленочных слоистых гетерокомпозиций и создать основу для разработки адаптивно-управляемой технологии на базе интеллектуальных схем.
Апробация работы
Основные результаты диссертации отражены в 8 публикациях и докладывались на 4-ой международной конференции "Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии" (Кисловодск, 2004г.), IX Межгосударственном семинаре "Термоэлектрики и их применение" (Санкт-Петербург, 2004г.), на 3-ей Российской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе (Кремний-2003, Москва, 2003г.), Российско-Японском семинаре "Перспективные технологии и оборудование для материаловедения, микро- и наноэлектроники" (Астрахань, 2006г.). Имеются 2 свидетельства о регистрации НОУ-ХАУ в Депозитарии МИСиС: №7-219-2002 ОИС от 29.11.2002г. и № 204-219-2006 ОИС от 17.01.2006г.
Результаты работы были опробованы с положительным эффектом при разработке технологии изготовления СВЧ полевых транзисторов на GaAs, а также при разработке тонкопленочных (100...150 нм) диодных структур на основе твердых растворов карбида кремния.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав, общего заключения и выводов и списка литературы. Объем диссертации составляет 144 страницы машинописного текста, включая 54 рисунка и 2 таблицы. Список цитируемой литературы состоит из 82 наименований.
Составляющие сигнала вторичной ионной эмиссии
Как уже отмечалось выше, ток между мишенью и коллектором при облучении ее ионами, неоднороден. Оценим вклад основных компонентов этого тока.
Для предотвращения попадания на мишень третичных электронов между мишенью и коллектором можно поставить сетку, находящуюся под небольшим отрицательным потенциалом к нему. Такая сетка возвращает на коллектор указанные электроны. Однако, во многих случаях энергия электронов, образовавшихся при ионной бомбардировке, мала, и поэтому они почти не создают третичных электронов при ударе о коллектор. Кроме того, коллектор обычно находится под некоторым положительным потенциалом по отношению к мишени, и поэтому многие третичные электроны возвращаются на него обратно. В связи с этим часто в работах пренебрегают вкладом третичных электронов, и в экспериментальных камерах отсутствуют указанные сетки.
Для определения вклада тока тяжелых ионов целесообразно использовать различные комбинации электрических и магнитных полей. Имеется целый ряд работ, в которых авторы для различных условий эксперимента оценили указанный вклад. Рассмотрим основные результаты.
В работе [49] разработано устройство, изображенное на рис.6. Оно состоит из трех плоских электродов, помещенных в магнитное поле, параллельное плоскости поверхности мишени и позволяет измерить коэффициент ионно-электронной эмиссии, коэффициенты вторичной положительной и отрицательной ионной эмиссии, а также коэффициента отражения. показывает, что указанные коэффициенты одного порядка и изменяются на несколько процентов. В тоже время КИЭЭ примерно на два порядка превышает коэффициент отражения и т.д., и, следовательно, ток между коллектором и мишенью состоит из вторичных электронов.
Переполюсовка системы и подача на коллектор достаточно большого отрицательного потенциала ведет к попаданию па него отраженных и медленных положительных ионов. Указанные ионы могут выбить из коллектора электроны, которые ускоряются при движении к мишени. Электроизмерительный прибор, включенный в цепь между мишенью и коллектором, снова показывает ток меньший, чем ток каждого из компонентов. Использование магнитного поля в этом случае дает возможность оценить вклад тяжелых положительных частиц в ток между мишенью и коллектором. Установлено [50], что при всех условиях вклад тока тяжелых частиц меньше погрешности эксперимента, которая составляет около 5 %.
В [51] также рассматривался вопрос о соотношении ионного и электронного токов. Там установлено, что вклад быстрых отраженных ионов в ток коллектора оказывается существенным для щелочных металлов и некоторых легких ионов.
Одним из наиболее перспективных направлений развития средств контроля технологических процессов ионно-лучевого травления становится использование вторично-эмиссионных явлений, возникающих при бомбардировке обрабатываемой поверхности пучком ускоренных атомных частиц. Явление вторичной эмиссии позволяет в идеальных экспериментальных условиях получать необходимую информацию о составе и структуре приповерхностных слоев исследуемых материалов. Использование явления вторичной ионно-электронной эмиссии показывает, что компонента тока вторичных электронов из общего вторичного сигнала является определяющей, показывающая стабильный сигнал от обрабатываемой поверхности, и при создании необходимых условий, позволяет контролировать состояние поверхности.
Действительно, наиболее интенсивной составляющей вторичной эмиссии является сигнал эмиссии электронов, возникающий при бомбардировке поверхности ионами. Доказано, что вторичные электроны, выходящие с поверхности мишени, несут в себе информацию о структуре мишени, точнее о приповерхностных слоях толщиной 1,5...40,0 нм. В последнее время были разработаны и внедрены несколько методов исследования твердого тела при помощи вторичного сигнала ионно-электронной эмиссии. Однако в этих работах вторичный ток электронов приравнивается к общему сигналу эмиссии (вклад тяжелых положительных частиц, быстрых отраженных частиц, легких ионов, третичных электронов), и при определении характеристик и зависимостей тока эмиссии с мишени может дать значительную ошибку. В связи с этим становится актуальной проблема получения более определенного сигнала для точного определения характеристик исследуемого образца, при этом не сильно усложняя конструкцию регистрирующего узла. В опубликованных работах нет достаточных сведений по использованию ионно-электронной эмиссии в качестве метода контроля процесса ионно-лучевого травления, ориентированного на решение технологических, а не экспериментальных задач промышленности.
Разработка метода регистрации тока вторичных электронов с поверхности твердого тела для разных технологических задач при ИЛТ немоноэнергетическим пучком ионов
Общие требования, предъявляемые к экспериментальным установкам, предназначенным для изучения взаимодействия ионов с поверхностью твердого тела, были сформулированы Гюнтершульце и Муром [52]: 1. Ионы, бомбардирующие мишень, должны иметь одинаковые и известные скорости. 2. Ионы, бомбардирующие мишень, должны иметь одинаковые направления. 3. Состав первичного пучка должен быть известен, в нем не должны содержаться примеси нейтральных атомов и возбужденных компонентов. 4. Должны измеряться как первичный, так и вторичный токи. 5. Температура мишени должна контролироваться.
Эти условия относятся к системе формирования пучка ионов с заданными характеристиками и к экспериментальной камере с мишенью.
При разработке установки, удовлетворяющей всем условиям Гюнтершульце-Мура, возникают значительные трудности, обусловленные сложностью практической реализации параметров ее отдельных элементов и узлов.
Требования, предъявляемые к вакуумным условиям, вызваны двумя причинами. Во-первых, необходимо, чтобы рассеяние первичного пучка на атомах остаточного газа было мало, и, во-вторых, мишень должна быть атомно-чистой. Первое условие выполняется, если средняя длина свободного пробега X больше пути /, проходимого ионом в установке. Связь между давлением Р и величиной X дается хорошо известным соотношением Я=0,67/Р. Здесь X выражается в см, a P - в Па. Видно, что если / равно нескольким метрам, то давление должно быть примерно 10" Па. Для выполнения второго условия необходимо принимать специальные меры, чтобы поддерживать мишени в атомно-чистом состоянии.
На первом этапе подготовки поверхности мишени к измерениям производится ее механическая полировка и химическое или электролитическое травление. Далее используется один или несколько методов, которые условно можно разбить на две группы: приготовление новой или очистка существующей поверхности. Создание новой поверхности можно осуществить скалыванием в вакууме и напылением новых слоев.
Разработка элементов оборудования для исследования вторичной ионно-электронной эмиссии с поверхности твердого тела при ионно-лучевом травлении (ИЛТ)
В ходе проведения экспериментов были задействованы следующие приборы и оборудование: - универсальный вакуумный пост ВУП-5; - установка вакуумного напыления УВН 3279026; - система напуска СНА-2; - вакуумметр ионизационно-термопарный ВИТ-2П; - источник ионов с холодным катодом; - блок питания ионного источника БП-94; - блок питания приемника электронов УИП-1; - цифровой вольтметр В7-40/4; - прибор самопишущий Н- 07; - приемник электронов; - инжектор электронов.
Вакуумный универсальный пост ВУП-5 с оборудованием для вакуумметрического и катодного распыления предназначен для нанесения различных покрытий на подложку.
Ионно-лучевое травление исследуемых образцов с проведением эксперимента по регистрации сигнала ионно-электронной эмиссии осуществлялось на модернизированной установке вакуумного напыления УВН 3279026 (рис.7).
Исследуемый образец закрепляется на подложкодержателе (1). За ним помещается приемник электронов (2).
Образец и приемник электронов, располагаются в металлическом контейнере (3). Металлический контейнер необходим для того, чтобы ограничить и локализовать область распространения эмитированных электронов и тем самым увеличить вероятность их захвата приемником электронов. Кроме того, контейнер имеет вывод контакта для подключения приемника электронов к блоку питания. Металлический контейнер, приемник электронов и образец составляют узел регистрации сигнала ионно-электронной эмиссии, который устанавливается внутри вакуумной камеры (5) перед ионным источником (4).
Энергия возбуждения электронов при неупругих атомных столкновениях
Передача электронам кинетической энергии относительного движения сталкивающихся атомов является следствием торможения, вызванного обменом электронами. При этом переход из области действия потенциала одного атома в область действия другого сопровождается переносом импульса, равного в среднем произведению относительной скорости атома на массу электрона. Движение электронов в области перекрытия оболочек рассматривается как квазиклассическое. Критерием применимости расчета является малость расстояния между соседними энергетическими уровнями системы сталкивающихся атомов по сравнению с вычисляемой средней энергией возбуждения электронов. Эта энергия распределяется между всеми электронами и расходуется на ионизацию атома. Та часть энергии, которой недостаточно для ионизации, может излучиться или пойти на создание метастабильного состояния возбужденных атомов [41].
Формула для вычисления средней энергии электронов Q(Eion), переданной им ионом, возбуждения с учетом электронного строения атомов имеет вид: -7 ...П7. .IZ1„-.A ...1. . „ V(R0(Eion)) 0.3 10" aZIO/ZI + VZ2)(Z16 + Z26)v(/««X1 - 0.68 ) іКЕіоп) = 11 , (5) Г R0(Eion)(Z\6 + Z26)- (1 + 0.67VZ1 )2 a0 где v(Eion) - скорость иона как функция его энергии, см/с; Zl, Z2 - атомные номера иона и атома соответственно; R0 - расстояние наибольшего сближения ускоренного иона и атома мишени, см; V(R0(Eion))- потенциал взаимодействия сталкивающихся частиц при максимальном сближении как функция энергии ионов, эВ; а -коэффициент, определяющий количество электронов, участвующих во взаимодействии сталкивающихся частиц; aO - боровский радиус, см.
В формулу (5) входит потенциал экранирования налетающего иона и тормозящего его атома при максимальном их сближении. Его называют потенциалом Фирсова. Он характеризует энергию, выделяющуюся при столкновении иона с мишенью. В предлагаемой модели этот потенциал V(R) представляется графическим способом (рис. 15). Здесь представлена зависимость потенциала межатомного взаимодействия иона аргона и меди от расстояния сближения их ядер. где Zl - атомный номер налетающего иона; Z2 - атомный номер элемента мишени; R - расстояние между налетающими частицами, см.
В формулу (5) входит параметр RO(Eion), который является функцией наибольшего сближения между ядрами в зависимости от кинетической энергии иона:
В формулу (5) входит параметр а, который определяет «степень участия» электронов обоих атомов, дающих вклад в эмиссию вторичных электронов. Влияние оболочечной структуры атомов на передачу энергии при столкновении очень существенно. Расчеты, проводимые без учета индивидуальных особенностей структуры электронных оболочек, дают монотонную зависимость потерь энергии от Z1 и Z2, что находится в противоречии с экспериментальными данными. На рис. 16 приведены зависимости потерь энергии с учетом оболочечной структуры и без учета. Здесь заметна периодическая зависимость Q от Z2.
Известно, что не все рожденные электроны, обладающие достаточной энергией, выйдут в вакуум. В работе сделано предположение, что возбужденные электроны распределены изотропно, барьер на поверхности твердого тела плоский, и те электроны, которые двигаются от поверхности, не смогут изменить направление движения и ВЫЙТИ в вакуум. В вакуум смогут выйти лишь те электроны, которые, двигаясь к поверхности, направляются на нее под углом, меньшим угла полного внутреннего отражения.
Закономерности изменения тока вторичных электронов от времени травления многослойных структур
Для проведения эксперимента ионно-электронной эмиссии с поверхности твердого тела, крайне важно установить зависимость плотности падающего ионного потока на коэффициент ионно-электронной эмиссии. В сущности, такая зависимость дает ответ на вопрос о возможности применения сигнала ионно-электронной эмиссии для идентификации исследуемых образцов, определения точки окончания травления.
Изменение плотности ионного потока добиваются изменением ускоряющего напряжения используемого ионного источника. В случае применяемого в работе источника ионов с холодным катодом, график зависимости плотности ионного потока от ускоряющего напряжения представлен на рис. 42.
Зависимости коэффициентов кинетической ионно-электронной эмиссии от плотности ионного потока, полученные экспериментально, представлены на рис. 43 (Eion=l,5 кэВ). Здесь видно, что от плотности ионного потока коэффициент ионно-электронной эмиссии чистого материала не зависит.
Все исследуемые материалы, и металлы, и полупроводники, и диэлектрики обнаруживают одинаковую зависимость КИЭЭ от плотности потока ионов.
Этот важный вывод подтверждает возможность исследований поверхностных слоев различных материалов с определением стравливаемых слоев, в том числе использование ионно-электронной эмиссии в технологии производства микроэлектронных приборов.
Кроме того, проведение этого эксперимента дало основную идею модели, применимой в работе.
Наиболее изученными с точки зрения вторичной ионно-электронной эмиссии являются металлы. В силу ряда причин, в первую очередь, у металлов хорошая электропроводимость, металлические образцы были обследованы первыми. Действительно, у металлов наиболее повторяющиеся результаты в силу того, что поверхностное состояние металлов при обработке не способствует накоплению заряда. Ниже приведен рисунок 44, который отражает основную характеристику - зависимость тока ВЭ от параметров технологического процесса.
На этом рисунке отчетливо видны четыре области травления: начальный момент характеризуется повышенным уровнем тока ВЭ, обусловленным стравливанием поверхностного слоя 2...6 нм, который содержит инородные включения и обладает диэлектрическими свойствами; следующий этап-травление чистой пленки меди (650 нм), характеризуется линейным участком, т.е. стабильностью эмиссии ВЭ; третий - переходный этап от пленки меди к пленке титана; и четвертый участок кривой характеризуется линейностью, что говорит о травлении чистой пленки титана. Здесь видно, что между различными слоями существует большое различие в величине тока вторичных электронов, существует переходной слой, травление которого занимает довольно продолжительное время.
Серия проведенных экспериментов по травлению различных сочетаний пленок металл-металл показала, что переходный слой между ними травится довольно продолжительное время, даже при наложении на подложку масок. Таким образом, определяющим фактором при травлении является не равномерность травления по площади, а эффекты, вызванные неоднородностью поверхности в переходном слое.
Анализируя экспериментальные результаты, полученные в работе, можно сделать вывод о том, что разработанный метод контроля поверхности при ИЛТ, в полной мере может служить способом технологической и экспериментальной диагностики травящихся структур посредством регистрации изменения тока вторичных электронов на шкале времени при вторичной ионно-электронной эмиссии.
В работе проведен анализ теоретических и экспериментальных данных по балансу токов, оказывающих влияние на весь процесс вторичной ионно-электронной эмиссии. В результате дано объяснение общему виду зависимости тока вторичных электронов от времени травления и предложен механизм возникновения и изменения этого тока. Зависимость тока вторичных электронов от времени травления структуры имеет довольно сложный вид, определяемый, в первую очередь, свойствами материалов обрабатываемой поверхности, а также электропроводимостью всей структуры.
