FIB微細(xì)加工性能的研究.pdf

1、現(xiàn)代微電子業(yè)發(fā)展迅速，隨著集成電路工藝走進(jìn)亞微米、深亞微米領(lǐng)域，相應(yīng)迅速發(fā)展起來一種新技術(shù)——聚焦離子束FIB。 采用鎵液態(tài)金屬離子源的FIB很好地結(jié)合了微分析技術(shù)與微細(xì)加工技術(shù)。由于具有很高的電流密度和空間分辨率，它已廣泛地應(yīng)用于形貌觀察、定位制樣、電路修正等方面[1]。隨著FIB納米級無掩膜微細(xì)加工能力的發(fā)展與增強(qiáng)，F(xiàn)IB又迅速成為新型且強(qiáng)有力的半導(dǎo)體低維量子結(jié)構(gòu)制造工具。尤其是利用FIB進(jìn)行微區(qū)離子注入，不僅無需掩膜版，而

2、且注入?yún)^(qū)域的大小、形狀以及注入劑量都可精確控制。綜合利用FIB的微觀形貌觀察、微區(qū)無掩膜離子注入、物理和化學(xué)刻蝕、金屬薄膜淀積等功能制備半導(dǎo)體庫侖島結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)庫侖阻塞效應(yīng)[3]，將是一項(xiàng)很有意義的制備技術(shù)的研究。 本論文以大量實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，主要研究利用FIB對不同材料進(jìn)行無掩膜微細(xì)加工，其加工性能與FIB系統(tǒng)工作參數(shù)之間的關(guān)系?？偨Y(jié)了不同情況下參數(shù)的選擇以最佳地發(fā)揮FIB的微細(xì)加工能力。本論文將通過以下兩部分工作對FIB微細(xì)加工性

3、能進(jìn)行新的探索。 首先，以Si和Al為樣品，測試FIB系統(tǒng)的無掩膜刻蝕的性能。分別利用物理濺射刻蝕和化學(xué)增強(qiáng)刻蝕對兩種不同的樣品刻蝕，詳細(xì)討論刻蝕速率和刻蝕質(zhì)量與束流大小、刻蝕方法、樣品種類以及氣體流量等參數(shù)間的關(guān)系。刻蝕速率與束流大小基本成正比，但大束流時(shí)偏離線性：鋁的刻蝕速率比硅大，增強(qiáng)刻蝕速率比濺射刻蝕大；鋁的斷線用增強(qiáng)刻蝕質(zhì)量較好，鋁的刻蝕用濺射刻蝕質(zhì)量較好；而硅的刻蝕選擇束流為350pA或1000pA的增強(qiáng)刻蝕，質(zhì)量較

4、好且速率較快。 然后，在獲得了硅刻蝕的最佳技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，以Si和SOI為樣品，研究FIB的微區(qū)無掩膜離子注入的性能。實(shí)驗(yàn)通過聚焦離子束對Si表面微區(qū)無掩膜掃描和對SOl的上層硅無掩膜刻蝕以實(shí)現(xiàn)離子注入。利用工藝模擬軟件ATHENA模擬得到離子濃度深度分布曲線與實(shí)驗(yàn)的SIMS實(shí)測曲線比較，證明了FIB技術(shù)進(jìn)行無掩膜離子注入的可行性；由此分析注入的濃度分布與束流大小、入射傾角、注入劑量以及樣品種類等參數(shù)間的關(guān)系。研究表明，鎵離子