В МИФИ ведется разработка новой кластерной технологии полирования поверхности материалов

В настоящее время основным методом получения гладких поверхностей является химико-механическое или «мокрое» полирование. Но у этого способа есть два характерных недостатка: остаточный рельеф около 1 нм и дефектный приповерхностный слой. Кроме этого в случае производства полупроводников для «мокрой» планаризации (удаления неровностей с поверхности изготавливаемой полупроводниковой пластины) необходимо еще и нарушать вакуумные условия.

Использование пучков ускоренных кластерных ионов в качестве дополнения или замещения технологии химико-механической планаризации на сегодняшний день является одним из прорывных направлений развития технологии микро- и наноэлектроники. Использование кластерных ионов расширяет область объектов для планаризации, например, данный способ имел бы преимущество при обработке сверхтвердых покрытий типа поликристаллического СVD-алмаза, карбида кремния, сапфира или кварцевого стекла, поскольку в отличие от механической обработки распылительные свойства не зависят от механических параметров мишени и уровень шероховатости достигает ~ 0,1 нм.

С целью создания нового поколения приборов и устройств, отвечающих самым высоким требованиям чистоты поверхности полупроводниковых пластин, сотрудники кафедры физики конденсированных сред (№67) НИЯУ МИФИ подошли вплотную к созданию новой технологии планаризации поверхности материалов карбида кремния ускоренными кластерными ионами. В ходе работы ученые исследовали влияние ионно-кластерного облучения на топологию поверхности пластин из кристаллов 6Н-SiC, выращенных методом Лели. Данная обработка осуществлялась с помощью установки nAccel 100 (Exogenesis). Кластеры аргона, полученные при адиабатическом расширении газа через сверхзвуковое сопло, ионизировались и ускорялись напряжением 30 кэВ. При этом давление в рабочей камере составляло 3×10^-4 Торр.

Рельеф поверхности пластин 6Н-SiC до и после воздействия пучка кластерных ионов изучался с помощью сканирующего зондового микроскопа Solver Next (НТ-МДТ). Размер анализируемой области составлял 10×10 мкм. Количественный анализ топологии каждого образца проводился для трех различных участков его поверхности. Затем значения шероховатости выбранных участков усреднялись.

а)	б)

 Рис. 1. АСМ изображения поверхности 6H-SiC а): исходная поверхность до планаризации б): после 15 минут облучения ионно-кластерным пучком

Результаты исследований ученых свидетельствуют о значительном сглаживании рельефа поверхности пластин 6H-SiC после обработки их пучком кластерных ионов. Параметр Rq уменьшается в 1,5-2 раза. Таким образом, на практике нашло свое подтверждение, что газовые кластерные ионы являются эффективным инструментом финишной полировки поверхности карбида кремния. Однако полностью от так называемого «алмазного фона» (линейно структурированных дефектов) избавиться все же не удалось, что указывает на необходимость увеличения дозы облучения или энергии кластерных ионов, взаимодействующих с поверхностью SiC.

Разрабатываемая технология планаризации поверхности материалов является прорывным научным экспериментом, проводимым на кафедре физики конденсированных сред. Ученые уверены, она найдет свое применение в таких областях, как оптоэлектроника (для планаризации как подложек оптоэлектроных приборов, так и поверхности слоев, наносимых по планарной технологии для получения высокоэффективных оптоэлектронных приборов нового поколения и повышения выхода годных приборов), оптика (для сверхтонкой полировки линз) и микроэлектроника (для планаризации поверхности как полупроводниковых пластин, так и подложек литографических масок для бездефектной литографии сверхвысокого разрешения).