RU2695028C2 - Method for planarising nanostructures of electronic materials using cluster of clustered gas - Google Patents

Method for planarising nanostructures of electronic materials using cluster of clustered gas Download PDF

Info

Publication number
RU2695028C2
RU2695028C2 RU2016143113A RU2016143113A RU2695028C2 RU 2695028 C2 RU2695028 C2 RU 2695028C2 RU 2016143113 A RU2016143113 A RU 2016143113A RU 2016143113 A RU2016143113 A RU 2016143113A RU 2695028 C2 RU2695028 C2 RU 2695028C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
cluster
planarising
nanostructures
ion beam
Prior art date
Application number
RU2016143113A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016143113A3 (en
RU2016143113A (en
Inventor
Дмитрий Вадимович Иржак
Владимир Савельевич Черныш
Анатолий Федорович Вяткин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН)
Priority to RU2016143113A priority Critical patent/RU2695028C2/en
Publication of RU2016143113A publication Critical patent/RU2016143113A/en
Publication of RU2016143113A3 publication Critical patent/RU2016143113A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2695028C2 publication Critical patent/RU2695028C2/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used for planarising nanostructure surfaces of materials. Essence of the invention lies in the fact that the method of planarising the surface of nanostructures of electronic materials is carried out with a cluster of gas cluster ions, and working gas of cluster gas ion beam is xenon.
EFFECT: technical result is enabling reduction of surface roughness by approximately 2 times.
1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области производства изделий в микро- и наноэлектроники, оптоэлектроники и оптике, при производстве которых шероховатость поверхности является критическим фактором в улучшении их эксплуатационных параметров.The invention relates to the production of products in micro-and nanoelectronics, optoelectronics and optics, the production of which surface roughness is a critical factor in improving their operational parameters.

Точность тонких структур зависит от точности методов изготовления, используемых в процессе формирования пленки, процесса травления, и тому подобного. Примером такого способа выравнивания поверхности является метод сглаживания боковой стенки структуры с помощью облучения пучком газовых кластерных ионов под углом от 60° до 90° по отношению к нормали к твердой поверхности (WO 2005031838 МПК C23F 4/00; H01J 37/305, опуб. 2005-04-07).The accuracy of fine structures depends on the accuracy of the manufacturing methods used in the film formation process, the etching process, and the like. An example of such a method of leveling the surface is the method of smoothing the side wall of a structure by irradiating with a beam of gas cluster ions at an angle from 60 ° to 90 ° relative to the normal to a solid surface (WO 2005031838 IPC C23F 4/00; H01J 37/305, published 2005 -04-07).

Однако этот способ позволяет сгладить твердую поверхность с неравномерностью (шероховатость поверхности), имеющей площадь порядка десяти нанометров, что не удовлетворяет современный уровень техники.However, this method allows you to smooth a hard surface with unevenness (surface roughness), having an area of about ten nanometers, which does not satisfy the current level of technology.

Известен принятый за прототип способ планиризации поверхности диэлектрика непрерывным пучком газовых кластерных ионов (GCIB), в котором технологический газ для GCIB т выбирают из группы, состоящей из SiH4, NH3, N2, Ar, He, O2, NF3, CF4, В2Н6, РН3, AsH3, СеН4, СН4, CxHyFz, HBr, SF 6, Cl 2, или их сочетание. ((US 8193094 (В2), МПК H01L 21/3105, опуб. 2011-12-22).Known adopted for the prototype of the method of planarization of the surface of the dielectric continuous beam of gas cluster ions (GCIB), in which the process gas for GCIB t is chosen from the group consisting of SiH4, NH3, N2, Ar, He, O2, NF3, CF4, B2H6, PH3, AsH3, CeH4, CH4, CxHyFz, HBr, SF 6, Cl 2, or a combination thereof. ((US 8193094 (B2), IPC H01L 21/3105, published on 2011-12-22).

Однако шероховатость поверхности не является удовлетворительной для современного уровня техники.However, the surface roughness is not satisfactory for the current level of technology.

Предлагаемое изобретение решает задачу уменьшения шероховатости при обработке поверхности наноструктур материалов электронной техники пучком газовых кластерных ионов.The present invention solves the problem of reducing the roughness in the surface treatment of nanostructures of electronic equipment materials with a gas cluster ion beam.

Поставленная задача решается способом планиризации поверхности наноструктур материалов электронной техники пучком газовых кластерных ионов, новизна которого заключается в том, что в качестве рабочего газа пучка газовых кластерных ионов используют ксенон (Xe).The problem is solved by the method of planarization of the surface of nanostructures of electronic equipment materials by a gas cluster ion beam, the novelty of which is that xenon (Xe) is used as the working gas of a gas cluster ion beam.

Технический результат при этом заключается в уменьшения шероховатости поверхности примерно в 2 раза.The technical result is to reduce the surface roughness by about 2 times.

Отсутствие источников информации, содержащих ту же совокупность признаков, что и в разработанном способе, сообщает ему соответствие критерию «новизна».The lack of sources of information containing the same set of features as in the developed method informs him that he meets the criterion “novelty”.

Та же совокупность признаков позволяет получить новый непредсказуемый эффект, уменьшения шероховатости примерно в 2 раза, и, таким образом, сообщает ей соответствию критерию «изобретательский уровень».The same set of features allows you to get a new unpredictable effect, reducing the roughness of about 2 times, and, thus, informs her of the compliance with the criterion of "inventive step".

Проведение нового способа с использованием известного оборудования сообщает разработанному изобретению соответствие критерию «промышленная применимость».Conducting a new method using known equipment informs the developed invention that it meets the criterion "industrial applicability".

В Таблице 1 приведены данные по влияния изменения параметров планиризации на ее результаты.Table 1 presents data on the impact of changes in the parameters of the planning on its results.

Приведенные ниже примеры подтверждают, но не ограничивают применение изобретения.The examples below confirm, but do not limit the application of the invention.

Пример 1. Планаризация поверхности кремния пучком газовых кластерных ионов при использовании в качестве рабочего газа ксенона (Xe).Example 1. Planarization of the silicon surface with a gas cluster ion beam when xenon (Xe) is used as the working gas.

Для проведения планаризации образцов кремния брали стандартные пластины кремния КДБ10 ориентацией [100] диаметром 100 мм и толщиной 500 мкм, покрытые термическим оксидом кремния. Толщина окисленного слоя составляла 150 нм, а шероховатость поверхности пластины до обработки не более 30 нм.To carry out the planarization of silicon samples, standard KDB10 silicon plates with an orientation of [100] with a diameter of 100 mm and a thickness of 500 μm, coated with thermal silicon oxide, were taken. The thickness of the oxidized layer was 150 nm, and the surface roughness of the plate before processing was no more than 30 nm.

С помощью системы дифференциальной откачки вакуумировали камеру ускорителя пучков газовых кластерных ионов до достижения давления в системе не выше 10-5 Торр. В качестве рабочего газа использовали ксенон (Xe), удаление из пучка атомарных ионов и легких кластеров проводили путем уменьшения расстояния между постоянными магнитами в системе сепарации. Так, уменьшение расстояния между магнитами до 7 мм, позволило отделять из пучка мономеры и кластеры с размером менее 150 атомов в кластере.With the help of a differential pumping system, the accelerator chamber of gas cluster ion beams was evacuated until a pressure in the system was not higher than 10–5 Torr. Xenon (Xe) was used as the working gas, and the removal of atomic ions and light clusters from the beam was performed by reducing the distance between the permanent magnets in the separation system. So, reducing the distance between the magnets to 7 mm, allowed to separate from the beam monomers and clusters with a size of less than 150 atoms in the cluster.

Исходные подложки облучали пучком кластерных ионов с сепарацией по массам с энергией 10 кэВ и дозой 5⋅1016. Облучение проводили в непрерывном режиме подачи газовых кластерных ионов на мишень. Площадь облучения определялась диаметром ионного пучка и составляла 4 мм. Время облучения составляло 30 минут.The initial substrates were irradiated with a cluster ion beam with separation by masses with an energy of 10 keV and a dose of 5⋅10 16 . The irradiation was performed in a continuous mode of supplying gas cluster ions to the target. The irradiation area was determined by the diameter of the ion beam and was 4 mm. The exposure time was 30 minutes.

Локальная шероховатость исследовалась методом атомно-силовой микроскопии.Local roughness was studied by atomic force microscopy.

В результате планаризации за 30 минут шероховатость кремния снизилась до 0,13 нм.As a result of the planarization, in 30 minutes the roughness of silicon decreased to 0.13 nm.

Пример 2. Планаризация поверхности кремния пучком газовых кластерных ионов при использовании в качестве рабочего газа аргона (Ar).Example 2. Planarization of the silicon surface with a gas cluster ion beam using argon (Ar) as the working gas.

То же, что в примере 1, только в качестве рабочего газа использовали аргон (Ar).Same as in example 1, only as the working gas used argon (Ar).

В результате планаризации за 30 минут шероховатость кремния снизилась до 0,27 нм.As a result of the planarization, in 30 minutes the roughness of silicon decreased to 0.27 nm.

Как видно из данных приведенных в таблице 1, проведение планиризации поверхности образцов кремния пучком газовых кластерных ионов при использовании в качестве рабочего газа ксенона позволяет снизить шероховатость обрабатываемой поверхности по сравнению с использованием в качестве рабочего газа аргона примерно в 2 раза.As can be seen from the data given in Table 1, using the gaseous cluster ion beam to plan the surface of silicon samples using xenon as the working gas reduces the surface roughness compared to using argon as the working gas by about 2 times.

Пример 3. Планаризация поверхности меди пучком газовых кластерных ионов при использовании в качестве рабочего газа ксенона (Xe).Example 3. Planarization of the copper surface by a beam of gas cluster ions using xenon (Xe) as the working gas.

В качестве исходных образцов меди для проведения планаризации использовали стандартные пластины кремния КДБ10 ориентацией [100] диаметром 100 мм и толщиной 500 мкм, покрытые термическим оксидом кремния и слоем меди толщиной 0,3 мкм, полученного при помощи магнетронного осаждения. Шероховатость поверхности пластины до обработки не более 30 нм.As initial samples of copper for planarization, standard silicon plates KDB10 with orientation [100] with a diameter of 100 mm and a thickness of 500 μm, coated with thermal silicon oxide and a copper layer with a thickness of 0.3 μm, obtained by magnetron deposition, were used. The surface roughness of the plate before processing is not more than 30 nm.

С помощью системы дифференциальной откачки вакуумировали камеру ускорителя пучков газовых кластерных ионов до достижения давления в системе не выше 10-5 Торр. В качестве рабочего газа использовали ксенон, удаление из пучка атомарных ионов и легких кластеров проводили путем уменьшения расстояния между постоянными магнитами в системе сепарации. Так, уменьшение расстояния между магнитами до 7 мм, позволило отделять из пучка мономеры и кластеры с размером менее 150 атомов в кластере.Using a differential pumping system, the accelerator chamber of gas cluster ion beams was evacuated until a pressure in the system was no higher than 10 -5 Torr. Xenon was used as the working gas; atomic ions and light clusters were removed from the beam by reducing the distance between the permanent magnets in the separation system. So, reducing the distance between the magnets to 7 mm, allowed to separate from the beam monomers and clusters with a size of less than 150 atoms in the cluster.

Исходные подложки облучали пучком кластерных ионов с сепарацией по массам с энергией 10 кэВ и дозой 5⋅1016. Облучение проводили в непрерывном режиме в непрерывном режиме подачи газовых кластерных ионов на мишень. Площадь облучения определялась диаметром ионного пучка и составляла 4 мм. Время облучения составляло 30 минут.The initial substrates were irradiated with a cluster ion beam with separation by masses with an energy of 10 keV and a dose of 5⋅10 16 . Irradiation was carried out in a continuous mode in a continuous mode of supplying gas cluster ions to a target. The irradiation area was determined by the diameter of the ion beam and was 4 mm. The exposure time was 30 minutes.

Локальная шероховатость исследовалась методом атомно-силовой микроскопии.Local roughness was studied by atomic force microscopy.

В результате планаризации за 30 минут шероховатость меди снизилась до 0,28 нм.As a result of the planarization, the copper roughness decreased to 0.28 nm in 30 minutes.

Пример 4. Планаризация поверхности меди пучком газовых кластерных ионов при использовании в качестве рабочего газа криптона (Kr).Example 4. Planarization of the copper surface by a beam of gas cluster ions using krypton (Kr) as the working gas.

То же, что в примере 1, только в качестве рабочего газа использовали криптон (Kr).Same as in example 1, only krypton (Kr) was used as the working gas.

В результате планаризации за 30 минут шероховатость меди снизилась до 0,5 нм.As a result of the planarization, the copper roughness decreased to 0.5 nm in 30 minutes.

Как видно из данных приведенных в таблице 1, проведение планиризации поверхности образцов кремния пучком газовых кластерных ионов при использовании в качестве рабочего газа ксенона позволяет снизить шероховатость обрабатываемой поверхности по сравнению с использованием в качестве рабочего газа криптона примерно в 2 раза.As can be seen from the data given in Table 1, using the gaseous cluster ion beam when planing the surface of silicon samples using xenon as a working gas reduces the surface roughness compared to using krypton as a working gas by about 2 times.

Аналогичные результаты были получены при использовании в качестве рабочего газа таких газов как SiH4, NH3, N2, Ar, He, O2, NF3, CF4, В2Н6, РН3, AsH3, СеН4, СН4, CxHyFz, HBr, SF 6, Cl 2, или их сочетаниеSimilar results were obtained when using such gases as SiH4, NH3, N2, Ar, He, O2, NF3, CF4, B2H6, PH3, AsH3, CeH4, CH4, CxHyFz, HBr, SF 6, Cl 2, or their combination

Таким образом, приведенные выше примеры проведения планиризации поверхности наноструктур материалов электронной техники пучком газовых кластерных ионов при использовании в качестве рабочего газа ксенона позволяет снизить шероховатость обрабатываемой поверхности по сравнению с использованием в качестве рабочего газа известных из уровня техники газов примерно в 2 раза позволяя достичь значений шероховатости 0,13-0,28 нм.Thus, the above examples of carrying out the planarization of the surface of nanostructures of electronic equipment with a gas cluster ion beam using xenon as the working gas can reduce the surface roughness compared to using the gases known from the prior art as the working gas to achieve roughness values 0.13-0.28 nm.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Способ планаризации поверхности наноструктур материалов электронной техники пучком газовых кластерных ионов, отличающийся тем, что в качестве рабочего газа пучка газовых кластерных ионов используют ксенон.The method of planarization of the surface of nanostructures of electronic equipment materials by a gas cluster ion beam, characterized in that xenon is used as the working gas of a gas cluster ion beam.
RU2016143113A 2016-11-02 2016-11-02 Method for planarising nanostructures of electronic materials using cluster of clustered gas RU2695028C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016143113A RU2695028C2 (en) 2016-11-02 2016-11-02 Method for planarising nanostructures of electronic materials using cluster of clustered gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016143113A RU2695028C2 (en) 2016-11-02 2016-11-02 Method for planarising nanostructures of electronic materials using cluster of clustered gas

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016143113A RU2016143113A (en) 2018-05-03
RU2016143113A3 RU2016143113A3 (en) 2019-03-28
RU2695028C2 true RU2695028C2 (en) 2019-07-18

Family

ID=62105912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016143113A RU2695028C2 (en) 2016-11-02 2016-11-02 Method for planarising nanostructures of electronic materials using cluster of clustered gas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2695028C2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090087578A1 (en) * 2007-09-29 2009-04-02 Tel Epion Inc. Method for depositing films using gas cluster ion beam processing
US8193094B2 (en) * 2010-06-21 2012-06-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Post CMP planarization by cluster ION beam etch

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090087578A1 (en) * 2007-09-29 2009-04-02 Tel Epion Inc. Method for depositing films using gas cluster ion beam processing
US8193094B2 (en) * 2010-06-21 2012-06-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Post CMP planarization by cluster ION beam etch

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Buddhi Prasanga Tilakaratne, SELF-ASSEMBLED NANO-PATTERNS BY GAS CLUSTER ION BEAM BOMBARDMENT, A Dissertation Presented to the Faculty of the Department of Physics University of Houston, December, 2012. *
А.Е. Иешкин, Ю.А. Ермаков, В.С. Черныш. Формирование кластерных ионов различных газов в режиме импульсной подачи газа. Письма в ЖТФ, том 41, вып. 22, 2015. *
А.Е. Иешкин, Ю.А. Ермаков, В.С. Черныш. Формирование кластерных ионов различных газов в режиме импульсной подачи газа. Письма в ЖТФ, том 41, вып. 22, 2015. Ермаков Юрий Анварович. Формирование ускоренных газовых кластерных ионов в импульсном режиме. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Москва, 2013. Buddhi Prasanga Tilakaratne, SELF-ASSEMBLED NANO-PATTERNS BY GAS CLUSTER ION BEAM BOMBARDMENT, A Dissertation Presented to the Faculty of the Department of Physics University of Houston, December, 2012. *
Ермаков Юрий Анварович. Формирование ускоренных газовых кластерных ионов в импульсном режиме. Авто диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Москва, 2013. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016143113A3 (en) 2019-03-28
RU2016143113A (en) 2018-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109804459B (en) Quasi-atomic layer etching method
US10014192B2 (en) Apparatus for atomic layering etching
US8460569B2 (en) Method and system for post-etch treatment of patterned substrate features
Kazanskiy et al. Gas discharge devices generating the directed fluxes of off-electrode plasma
JP3816484B2 (en) Dry etching method
Cardinaud Fluorine-based plasmas: main features and application in micro-and nanotechnology and in surface treatment
Klimin et al. Formation of nanosized structures on the silicon surface by a combination of focused ion beam methods and plasma-chemical etching
US20100096566A1 (en) Reducing Line Edge Roughness by Particle Beam Exposure
Economou Fast (tens to hundreds of eV) neutral beams for materials processing
Anz et al. Damage-Free Atomic-Scale Etching and Surface Enhancements by Electron-Enhanced Reactions: Results and Simulations
RU2695028C2 (en) Method for planarising nanostructures of electronic materials using cluster of clustered gas
JP5246474B2 (en) Milling apparatus and milling method
Kubota et al. 200-mm-diameter neutral beam source based on inductively coupled plasma etcher and silicon etching
Yamada et al. Lateral sputtering by gas cluster ion beams and its applications to atomic level surface modification
RU2688865C2 (en) Method of modifying nanostructures of electronic engineering materials with gas cluster ions
TW201724208A (en) Semiconductor device and method for reducing line edge roughness therein
RU2477902C1 (en) Method for formation of conductors in nanostructures
Gillis et al. Precision, damage-free etching by electron-enhanced reactions: results and simulations
Mohamed et al. The fabrication of high aspect ratio nanostructures on quartz substrate
Hayashi Recent development of Si chemical dry etching technologies
US9520290B1 (en) Ion implantation for improved etch performance
Darnon Plasma etching in microelectronics
Yamada Applications of gas cluster ion beams for materials processing
RU2433081C1 (en) Method of ion-beam treatment
Jeon et al. The high-resolution nanostructuring of Si wafer surface with 10 nm scale using a combined ion bombarding technique and chemical reaction