3.3. Применение процессов взаимодействия ионов с поверхностью твердых тел.

3.3.1. Модификация свойств поверхности.

Это изменение следующих свойств: механических (износостойкость, твердость, коэффициент трения), тепловых (температура фазовых переходов, теплоемкость, теплопроводность), химических (корозионная стойкость, каталитическая активность, растворимость), оптических (коэффициенты отражения, пропускания, поглощения, преломления), электрических (тип проводимости, поверхностное сопротивление), эмиссионных (коэффициенты термо- и автоэлектронной эмиссии, фотон-электронной и электрон-фотонной эмиссии и т.д.).

Основной недостаток ионной модификации - это небольшая толщина модифицированного слоя (максимум порядка 10 мкм), а также внесение дефектов в кристаллические поверхности.

а). Ионная имплантация.

Цель процесса в получении сложных профилей легирования, скрытых легированных слоев и скрытых слоев SiO₂ и Si₃N₄. К недостаткам относится образование дефектов, сравнительно малая толщина легированного слоя, значительное распыление поверхности при больших дозах облучения

б). Получение силицидов тугоплавких металлов.

Процесс сводится к ионному перемешиванию тонкой пленки металла, нанесенной на поверхность кремния. Например, образование поверхностных слоев TiSi₂, TaSi₂, PtSi, WSi.

в). Ионолитография.

Ионолитография отличается более высокой чувствительностью резистов, меньшим рассеянием (приближением размера области экспонирования к размеру ионного пучка), меньшим вторичным излучением.

г). Нанесение пленочных покрытий.

Для этого используются следующие технологии: прямое осаждение из автономных ионных источников, осаждение физически распыленного потока ионами автономного источника или ионами, вытягиваемыми полем из плазменных разрядов, ионно-стимулированное осаждение. В этом случаев осаждение проводится из потока нейтральных частиц, но одновременно сопровождается облучением растущей пленки потоком ионов инертного газа.

д). Травление поверхностей.

Для этого используют следующие технологии: ионное травление (ИТ). В этом случае поверхностный слой удаляется в результате физического распыления ионами инертного газа с Е₀ от сотен эВ до десятков кэВ, ионно-химическое травление (ИХТ). В этом случае поверхностный слой удаляется как путем образования "летучих" компонент, так и путем физического распыления, ионно-стимулированное радикальное травление.

Основные достоинства таких технологий - это получение высокой анизотропии, достижение максимальных скоростей травления до десятков нм/с.

3.3.2. Анализ поверхности и тонких пленок.

а). Вторичная ионная масс-спектроскопия (ВИМС).

Метод основан на облучении поверхности потоком ионов инертного газа с Е₀ = 30 - 80 кэВ и регистрации масс-спектра эмитированных вторичных ионов.

б). Спектроскопия обратного рассеяния.

Метод основан на регистрации спектра с последующим определением величины кинематического фактора обратно рассеянных ионов Н и He, падающих на поверхность с Е₀ = 0,1 - 3МэВ. Кроме этого, метод позволяет определять толщину тонких пленок, нанесенных на инородные подложки.

в). Оже-спектроскопия с ионным возбуждением.

Это аналог электронной Оже-спектроскопии, использующий для облучения поверхности ионы Н и Не мегавольтного диапазона. Однако, благодаря относительно малому фону электронов, вызванных процессами ион-электронной эмиссии, чувствительность метода в 3 - 5 раз выше.

г). Рентгеноспектральный анализ с ионным возбуждением.

Чувствительность метода на порядок - два выше, чем в случае электронного возбуждения. Чувствительность метода к примесям достигает 10^-6 - 10^-7 ат.%.