Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В настоящее время существуют две основных тенденции развития технологии микроэлектроники, которые достаточно тесно связаны друг с другом. Во - первых, происходит постоянная миниатюризация приборов. Наблюдается переход от микронных размеров элементов к субмикронным, а в перспективе - и к наноразмерным структурам. Во - вторых, идет интенсивный поиск новых материалов для изготовленния как отдельных частей полупроводниковых приборов, так и создания технологий, основанных не на кремнии. Ведутся разработки по созданию п/п приборов на основе алмаза, арсенида галлия, а также органических материалов ( ОМ ). Кроме развития технологий, связан -ных с использованием новых материалов, отмечается их внедрение п стандартную кремниевую технологию для создания качественно новых приборов. В ряде стран ведутся исследовательские работы по созданию аналогов ряда п/п приборов на'основе только ОМ. На основе легированного полипарафенилена изготовлены диоды с хорошими рабочими параметрами. Особый интерес представляют ионно - имплантированные органические материалы. Предложено их использовать в качестве межуровневых соединений в приборах с субмик.ронными размерами элементов. Открываются широкие; возможности изготовления на основе легированных ОМ различного рода сенсоров и газоанализаторов. Получены опытные образцы датчиков низких температур на основе сильно легированного полиимида. В ряде лабораторий ведутся работы по применению облученных ОМ в качестве рабочих и вспомогательных электродов для электрохимического осаждения широкого круга функциональных слоев, что позволяет заменить дорогостоящие электроды из золота или платины. Важным обстоятельством является то, что перечисленные направления использования ОМ в микроэлектронике леїко состыкуются с рядом технологических процессов кремниевой технологии изготовления интегральных схем.
И, наконец, в последние два года сформировалось
совершенно новое направление использования имплантациі высокоэнергетичных ионов в ОМ - Single Ion Track Electronics (SITE ) которое дает реальную возможность развития наноэлектроники.
Таким образом, исходя из вышесказанного, можно сделать вывод < перспективности использования легированных ОМ в современноі технологии микроэлектроники. Разработка и внедрение новы) направлений использования ионно - легированных полимеров f микроэлектронике невозможна без установления . взаимосвязі изменений их структуры и свойств в зависимости от параметроЕ облучения. В установлении указанных корреляций важное знамени* имеет проведение детальных расчетов параметров пространствен ного распределения внедренных ионов, определение передаваемо! атомам мишени энергии в процессе упругих и неупругих столкновений пространственное распределение выделенной энергии. Возможности использования известных аналитических подходов к решении поставленных задач в применении к многокомпонентным мишеня* крайне ограничены. В отличии от общепринятой твердотельноі технологии возможности операций диффузионной обработки в Oh крайне ограничены. Поэтому первоначальный профиль импланти рованных в полимеры ионов нужно знать очень точно , что предпола гает использование современных численных методов , из которы; наиболее перспективным является метод Монте - Карло ( МК ). Н при этом неизученным является вопрос соответствия результато расчетов методом МК экспериментальным результатам.
При проведении исследований с целью выяснения наиболе общих закономерностей взаимодействия ускоренных заряженны частиц с полимерами рассматривались ионы, имплантация которых ОМ представляет практический интерес.
Учитывая вышесказанное, целью настоящей диссертационної работы являлось исследование соотношения теоретически рассчи танных методом Монте- Карло параметров профилей пространствен ного распределения ускоренных ионов, внедренных в ОМ, с экспери ментальными результатами и разработка на основе проведенног
інализа рекомендаций по использованию известного TRIM -ілгоритма .
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие адачи :
разработать критерии достаточности числа историй при про -ведении статистических расчетов траекторных параметров методом МК;
исследовать зависимость результатов моделирования методом МК от вида потенциалов ион - атомного взаимодействия , а также от моделей неупругих потерь энергии;
отработать экспериментальные методики определения параметров имплантированных в ОМ ускоренных ионов;
провести детальный анализ, с привлечением имеющихся литературных данных, степени согласия TRIM - расчетов с экспериментом;
- выяснить для коэффициента распыления степень соответствия
между расчётными экспериментальными-данными для ОМ.
Научная новизна работы заключается в следующем :
- С целью учета корреляционных эффектов проведена доработка
программы TRIM-85, с помощью которой проделаны
систематические расчеты параметров профилей простран -
ственного распределения ионов, имплантированных в ПММА.
Проведенное моделирование каскадов атомных столкновений
показало принципиальную возможность существования
специфических "ионизационных" каскадов.
- Представлены систематические результаты эксперименталь -
ного исследования параметров профилей пространственного
распределения ускоренных ионов в ПММА, полученные с
помощью тщательно доработанных методов ВИМС и POP.
Разработана модель формирования профилей пространствен -
ного распределения внедренных в ОМ легких ионов,
включающая образование "нерегулярных" распределений.
Показано , что " фрасментарные " механизмы являются
доминирующими при распылении полимеров ионными пучками.
Обнаружены специфические особенности профилей распределения имплантированных в ПММА ионов индия. - Проведен тщательный анализ теоретически рассчитанных и экспериментально определенных значений проецированного пробега и страгглинга , и показано , что они существенно различаются - экспериментальные данные систематически превышают расчетные значения на 40 - 60 % , что можег быть связано с непрерывным изменением физических параметров облучаемого материала , которое не учитывается TRIM -алгоритмом, а также в применении к органическим материалам подхода, основанного на бинарных столкновениях. Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:
1. Дан анализ соотношения результатов TRIM - расчетов с
экспериментом, позволяющий в ряде случаев прогнозировать
величину расхождений.
2. Выполнены систематические расчеты параметров профилей
пространственного распределения ряда ускоренных ионов,
внедренных в ПММА, которые будут использованы для
создания справочных таблиц.
3. Выполнены детальные расчеты профилей пространственною
распределения энергии, выделенной при упругих и неупругих
процессах, для практически важного круга ионов, что облегча -
ет решение задач ионно- лучевой литографии и маскирования
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Установленные закономерности соотношения результатов расчета методом Монте - Карло параметров профилей пространственного распределения внедренных в ОМ ионов о экспериментальными данными.
-
Качественная модель формирования распределений легких ионов в ОМ, включающая в себя возможность образования "нерегулярных" профилей.
-
Предложенная модель классификации каскадов столкновении в ОМ, включающая формирования "ионизационных'' каскадов
Апробация результатов диссертации. Результаты работы
докладывались на XXIII и XXVI Международных конференциях по
физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва,
1993, 1996), XII,XIII Международные конференции "Взаимодействие
ионов с поверхностью" (Звенигород, 1995, 1997 ), Международной
конференции "Физика и техника плазмы" (Минск, 1994), конференции
"Взаимодействие излучений с твердым телом " (Минск, 1995), VII
научно - технической конференции "Датчик -96" (Гурзуф, 1996).
International Conference MPSL (Sumy,1996). Отдельные результаты
данной работы включены а конкурсный проект по "Научным основам
ресурсосбережения" в рамках Соросовской программы
"Поддержка точных наук", который был удостоен международной премии - грант № В 96-17-2710-7.
Результаты, представленные в диссертационной работе, являются частью отчета по НИР "Разработка научных основ и физико - техно -логических принципов создания субмикронных структур для микро -электроники с использованием низкотемпературных процессов" ( Кз гсс. регистрации 1994595 ), входящей в программу "Интеллек -туальные материалы и физические принципы создания элементной базы новых информационных систем", финансируемую Минобразо -ванип и науки РБ.
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав , основных выводов и списка литературы из 99 наименований. Она содержит 153 страницы , в том числе 22 рисунка и 21 таблицы.
