Способ формирования рисунка на поверхности пластины

 

Способ формирования рисунка на поверхности пластины для повышения качества рисунка заключается в том, что задают распределение потока ионов на основании выбранной длины волны так, чтобы при распылении кремния этим потоком формировалась волнообразная структура при очередном роcте волн. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу формирования рисунка с размерами элементов менее 100 нм на поверхности пластин.

Известен способ формирования рисунка на поверхности пластины, заключающийся в выборе длины волны в диапазоне от 9 до 120 нм периодической волнообразной наноструктуры, образующейся при распылении кремния потоком ионов, выборе глубин распыления, отвечающих началу и завершению роста амплитуды волн наноструктуры; энергии ионов, угла падения ионов на исходную поверхность кремния, температуры кремния и глубины проникновения ионов азота в кремний (см. RU 2164718, 27.03.2001 г. - аналог и прототип).

Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении качества рисунка посредством формирования рельефного рисунка в виде массива когерентных нанолиний на поверхности кремния и массива когерентных кремниевых нанопроволок на материале кремний на диэлектрике (КНД).

Достигается это тем, что задают распределение потока ионов на основании выбранной длины волны так, чтобы при распылении кремния этим потоком формировалась волнообразная структура при поочередном росте волн на поверхности, расстояние между двумя точками которой на линии вдоль волнового фронта, отвечающих началу и завершению роста амплитуды волн, не превышало двух с половиной длин волн структуры.

Распыляют потоком ионов в вакууме многослойную структуру, наблюдают и измеряют контуры распыленных слоев многослойной структуры, а затем устанавливают распределение потока ионов до заданного распределения потока ионов.

Распыляют поверхность кремния заданным потоком ионов в вакууме до момента формирования волнообразной структуры.

Предпочтительно задавать распределение потока ионов динамически при помощи развертки ионного пучка.

Предпочтительно задавать распределение потока ионов в виде ленточного пучка.

Предпочтительно для формирования когерентного массива линий в канавке с переменной длиной волны задавать распределение потока ионов в виде ленточного пучка с гауссовым распределением потока ионов в поперечном пучку направлении по следующей зависимости: где I - полный ток ленточного пучка; γ- коэффициент, принимающий значения в диапазоне 50÷120; λ- минимальная длина волны формируемого когерентного массива линий в канавке с переменной длиной волны до 2λ; L - длина линейного пучка; x - расстояние от центра пучка в направлении, перпендикулярном ленточному пучку в плоскости поверхности кремния.

Предпочтительно для формирования планарного массива линий с постоянным периодом на плоскости, параллельной исходной поверхности кремния, задавать распределение потока ионов в виде ленточного пучка с гауссовым распределением потока ионов в поперечном пучку направлении по следующей зависимости: где I - полный ток ленточного пучка; λ- длина волны формируемого когерентного массива линий;
D_F - глубина формирования волнообразной когерентной структуры;
А - амплитуда сформированной волны;
L - длина линейного пучка;
x - расстояние от центра пучка в направлении, перпендикулярном ленточному пучку в плоскости поверхности кремния;
движущегося в поперечном пучку направлении со скоростью, определяемой зависимостью

где I - полный ток ленточного пучка ионов, А;
Y - коэффициент распыления кремния ионами азота в расчете на один атом азота;
А - молярная масса кремния, г;
ρ- плотность кремния, г/см;
L - длина ленточного пучка, см;
D_F - глубина формирования волнообразной когерентной структуры, см;
N_A - число Авогадро, 6,022•10²³ моль^-1;
е - заряд электрона, 1,6•10^-19 Кл.

Одновременно при движении ленточного ионного пучка предпочтительно обеспечивают постоянство глубины распыления регулировкой скорости перемещения ленточного пучка по поверхности кремния за счет влияния изменений контролируемого сигнала, пропорционального току ионов, на систему управления перемещением образца кремния или на систему сканирования линейного пучка.

Предпочтительно в качестве контролируемого сигнала, пропорционального току ионов, использовать сигнал вторичной электронной эмиссии, эмитируемый с поверхности кремния.

С целью повышения аспектного отношения профиля волнообразной структуры предпочтительно осуществить ее плазмохимическое травление, затем провести окисление нарушенного плазмой слоя кремния и удаление этого слоя жидкостным химическим травлением.

Предпочтительно при осуществлении изобретения использовать в качестве кремния слой кремния материала КНД для того, чтобы в качестве когерентной волнообразной наноструктуры получить массив квантовых кремниевых проволок.

При этом выбирают толщину указанного слоя кремния больше суммы глубины формирования волнообразного нанорельефа, амплитуды указанного рельефа и глубины проникновения ионов азота в кремний.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1А представлено изображение участка волнообразной структуры, сформированной однородным потоком ионов азота в окне маски из нитрида кремния с подслоем оксида кремния на кремнии, полученное при помощи растрового электронного микроскопа (РЭМ). Угол падения ионов составлял 47^o относительно нормали к поверхности кремния. Маска полностью удалена процессом распыления, и на границе маски образовался уступ. Уровень поверхности наноструктуры ниже уровня плоской поверхности кремния справа от границы маски на высоту этого уступа. Видно, что только первые две волны повторяют форму границы маски.

На фиг.1Б представлено РЭМ-изображение участка волнообразной структуры, сформированной однородным потоком ионов азота в окне маски из нитрида кремния с подслоем оксида кремния на кремнии. Край маски искривлен. Угол падения ионов составлял 47^o относительно нормали к поверхности кремния. Маска полностью удалена процессом распыления, и на границе маски образовался уступ. Уровень поверхности наноструктуры ниже уровня плоской поверхности кремния вокруг границы маски на высоту этого уступа. Видно, что первые две волны повторяют форму границы маски, причем такое влияние границы обнаруживается только в узком сегменте окна маски справа. Вне указанного сегмента волны ориентированы перпендикулярно потоку ионов у границы маски, и граница не оказывает влияния на их ориентацию.

На фиг. 2А показан ленточный пучок ионов с гауссовым распределением интенсивности потока ионов. Распыление кремния этим пучком приводит к формированию канавки.

На фиг.2Б показано РЭМ-изображение скола канавки, сформированной ленточным ионным пучком с гауссовым распределением интенсивности потока ионов. Видна волнообразная наноструктура на стенке вблизи дна канавки.

На фиг. 2В показан вид сверху канавки, сформированной ленточным ионным пучком с гауссовым распределением интенсивности потока ионов. На РЭМ-изображении видна когерентная волнообразная наноструктура с длиной волны, плавно и монотонно увеличивающейся по направлению потока ионов.

На фиг. 3А показан бегущий ленточный ионный пучок с гауссовым распределением интенсивности потока ионов. Длина пучка - L, скорость движения пучка по поверхности кремния - V.

На фиг. 3Б показано распределение интенсивности потока ионов бегущего ленточного ионного пучка на поверхности кремния в плоскости падения ионов, определяемой вектором потока ионов и нормалью к поверхности кремния. Кривая OFE изображает профиль облучаемой ионами поверхности. Глубина образования волнообразной структуры - D_F, амплитуда волны - А, скорость движения пучка по поверхности кремния в плоскости падения ионов - V_x. Ширина ленточного пучка в плоскости поверхности кремния - OW. Локальный угол падения ионов на склон поверхности кремния - Θ. Фронт когерентного роста волн - FE.

На фиг. 3В представлено РЭМ-изображение массива линий, полученного на поверхности кремния бегущим ленточным ионным пучком, с фронтом когерентного роста волн справа.

На фиг. 3Г показаны графики зависимостей глубин распыления, отвечающих началу и завершению роста амплитуды волн волнообразной структуры, соответственно D_m и D_F, от угла падения ионов молекулярного азота на поверхность кремния Θ для энергии ионов 8 кэВ.

На фиг.3Д показано распределение интенсивности потока ионов бегущего ленточного ионного пучка на поверхности кремния в плоскости падения ионов. Кривая OFED изображает профиль поверхности кремния, облучаемый ионами. Глубина образования волнообразной структуры - D_F, локальный угол наклона поверхности кремния - ΔΘ, скорость движения пучка по поверхности кремния в плоскости падения ионов - V_х. Ширина ленточного пучка в плоскости поверхности кремния - OW. Фронт когерентного роста волн - FE. Расстояние LE равно двум с половиной длинам волн структуры. Глубина FL есть разность глубин D_F и D_m и приблизительно равна амплитуде волны А.

На фиг. 3Е показаны прямоугольные треугольники FEL при разных локальных углах падения ионов на поверхность кремния. Разным локальным углам падения ионов Θ отвечают различные углы наклона ΔΘ участка фронта когерентного роста волн FE относительно горизонтали LE из-за изменений геометрии волны при изменении угла Θ.

На фиг. 4А показан бегущий ленточный ионный пучок с гауссовым распределением интенсивности потока ионов. Скорость движения пучка по поверхности кремния - V.

На фиг. 4Б показано распределение интенсивности потока ионов бегущего ленточного ионного пучка на поверхности кремния в плоскости падения ионов. Кривая OFE изображает профиль облучаемой ионами поверхности. Глубина образования волнообразной структуры - D_F, амплитуда волны - А, скорость движения пучка по поверхности кремния в плоскости падения ионов - V_x. Ширина ленточного пучка в плоскости поверхности кремния - OW. Локальный угол падения ионов на склон поверхности кремния - Θ. Фронт когерентного роста волн - FE.

На фиг. 5А показано распыление многослойной структуры ленточным ионным пучком с гауссовым распределением интенсивности потока ионов.

На фиг. 5Б показано строение многослойной структуры. Толщина слоев алюминия 14 нм, толщина слоев молибдена 36 нм.

На фиг.5В показано РЭМ-изображение распыленного участка структуры с контурами распыленных слоев молибдена.

На фиг. 6 представлено РЭМ-изображение массива линий с периодом 90 нм, полученного на поверхности кремния бегущим ленточным ионным пучком. Размер массива 4,5 на 6 мкм.

На фиг.7 представлено изображение когерентного массива волн с аспектным отношением, равным 100, сформированного бегущим ленточным ионным пучком.

На фиг. 8 представлена панорама из одиннадцати РЭМ-изображений. Общая длина панорамы - 45,6 мкм - равна длине участка (близкого к прямолинейному) продольного сканирования точечного ионного пучка. Изгибы волн отражают неидеальность сканирования и динамической фокусировки пучка. Изображение с дефектом волнообразной структуры в виде ямки травления в кадре 2 показывает, что разрыв волнового фронта волнообразной структуры локализован вблизи дефекта, волны конформно огибают дефект. Видно, что изгибы волн не вызывают их пересечений.

На фиг.8А показаны кадры панорамы с первого по седьмой.

На фиг.8Б показаны кадры панорамы с седьмого по одиннадцатый.

Сущность способа поясняется следующим примером.

Пример. Известно, что процесс формирования волнообразной периодической структуры можно осуществить на основании выбора длины волны структуры в диапазоне от 9 до 120 нм. Параметры, определяющие геометрию получающейся волнообразной структуры, а также задающие глубины распыления, отвечающие началу (D_m) и завершению роста амплитуды волн структуры (D_F): энергию ионов, угол падения ионов на исходную поверхность кремния, температуру кремния и глубину проникновения ионов азота в кремний, - все выбираются на основании длины волны структуры. Однако в результате данного процесса формируется некогерентная (неупорядоченная) структура, показанная на фиг.1А, 1Б. С целью дальнейшего выяснения природы волнообразной структуры были проведены эксперименты по формированию структуры на ограниченном микроучастке поверхности кремния в окне маски из слоя нитрида кремния толщиной 100 нм с подслоем оксида кремния толщиной 50 нм. Перед проведением процесса формирования структуры осуществлялось жидкостное травление оксида кремния для обеспечения нависающего края окна маски. Таким образом получались резкие границы области формирования структуры. Представляло интерес влияние границы на длину волны и морфологию структуры.

На фиг. 1А, 1Б показано, что граница, расположенная перпендикулярно направлению потока ионов, оказывает влияние на упорядоченность волн, а не на длину волны. Однако влияние границы локализовано и распространяется только на две волны, примыкающие к границе. Видно, что только эти две волны без разрывов и пересечений конформно повторяют форму границы. Таким образом была установлена длина когерентности волнообразной структуры, равная двум с половиной длинам волн.

На возможность формирования когерентных волнообразных структур указало наблюдение таких структур на искривленной поверхности на краю кратера ионного распыления. Выяснить условия образования таких структур позволили эксперименты по формированию волнообразной структуры в канавке, получающейся при распылении кремния сканирующим по прямой линии точечным ионным пучком (зондом).

На фиг. 2А, 2Б, 2В показан процесс формирования когерентной структуры в канавке сканирующим по прямой линии пучком ионов N₂ ⁺. Поскольку на формирование волнообразной структуры не влияет скорость сканирования пучка по линии, то возможно формирование структуры ленточным ионным пучком, показанным на фиг. 2А. Угол падения ионов относительно нормали к исходной поверхности кремния составлял 38,5^o, энергия ионов - 8 кэВ, ток ионов пучка - 300 нА, время формирования канавки - 10 минут. Для формирования когерентной структуры в канавке необходима определенная фокусировка ленточного пучка или сканирующего ионного зонда. В данном случае структура формировалась сканирующим ионным зондом диаметром 10,5 мкм, отвечающим полувысоте распределения интенсивности потока ионов зонда.

На фиг. 3А, 3Б, 3В, 3Г, 3Д, 3Е показаны процесс и критерий формирования планарной волнообразной когерентной структуры с постоянной длиной волны. Для этого ленточный ионный пучок перемещают по поверхности кремния с постоянной скоростью. Получающаяся при таком перемещении пучка искривленная поверхность показана в виде профиля на фиг.3Б. Профиль OFE движется со скоростью перемещения пучка. Форма профиля поверхности при ионном распылении может быть рассчитана с достаточной точностью без учета формирования волнообразной структуры известными в данной области методами. Таким образом, задавая распределение интенсивности потока ионов можно рассчитывать профили распыленной ионами поверхностей, в том числе и в случае движущихся потоков.

На фиг.3Б показан рассчитанный профиль поверхности для пучка с гауссовым распределением интенсивности потока ионов. На рассчитанный профиль наложен профиль фронта когерентного роста волн FE, протяженный на две с половиной длины волны. На фиг. 3В показана волнообразная структура с фронтом когерентного роста волн, сформированная сканирующим по прямой линии зондом при перемещении линии в поперечном направлении с постоянной скоростью. Период сканирования по линии гораздо меньше времени перемещения линии. Это эквивалентно перемещению ленточного пучка. Видно, что протяженность фронта когерентного роста волн составляет две с половиной длины волны. Более протяженный фронт когерентности не наблюдался. То есть длина когерентности для процесса формирования когерентной структуры - две с половиной длины волны, - есть свойство данной структуры.

На фиг. 3Б в точке F волнового фронта амплитуда волн начинает расти и, следовательно, эта точка находится на глубине D_m. В точке Е волнового фронта рост амплитуды волн завершается и, следовательно, в точке Е волна находится на глубине D_F. Данное условие можно обеспечить только при определенной форме рассчитанного профиля OFE. Иначе говоря, глубины точек F и Е, разнесенные по поверхности профиля вдоль линии волнового фронта на две с половиной длины волны, однозначно задают форму профиля поверхности при распылении, а следовательно, и форму распределения потока ионов в пучке, т.е. ширину пучка. В данном случае расстояние ОW (ширина пучка) составляет 10 длин волн структуры. Это самое жесткое требование для фокусировки пучка, удовлетворяющее условию поочередного роста волн. Так, например, для длины волны 90 нм следует сфокусировать пучок до 0,9 мкм. Для получения структуры, изображенной на фиг. 3В, следует угол падения ионов на исходную поверхность кремния установить равным 56^o, а энергию ионов - 8 кэВ.

Скорость перемещения пучка по поверхности рассчитывается по следующей зависимости:

где I - полный ток ленточного пучка ионов, А;
Y - коэффициент распыления кремния ионами азота в расчете на один атом азота;
А - молярная масса кремния, г;
ρ- плотность кремния, г/см³;
L - длина ленточного пучка, см;
D - глубина распыления, см;
N_A - число Авогадро, 6,022•10²³ моль^-1;
е - заряд электрона, 1,6•10^-19 Кл.

Для I= 1 мкА; Y=1,3; L=100 мкм; D=D_F=100 нм; ρ=2,3 г/см³ скорость перемещения пучка по поверхности V_x=33 мкм/с. Для I=1 нА при прочих равных условиях скорость упадет до V_x=33 нм/с.

Из формулы (4) для скорости перемещения ленточного пучка следует, что постоянство глубины D, т.е. планарность формируемой структуры, определяется стабильностью тока пучка I. Нестабильность тока пучка можно компенсировать регулировкой скорости перемещения пучка. Контролировать ток ионного пучка можно известными способами, в частности, по току, поступающему на анод ионной пушки, или по току вторичной электронной эмиссии с поверхности кремния. Поэтому одновременно при движении ионного пучка обеспечивают постоянство глубины распыления регулировкой скорости перемещения ленточного пучка по поверхности кремния за счет влияния изменений контролируемого сигнала, пропорционального току ионов на систему управления перемещением образца кремния или систему сканирования линейного пучка. Подробнее функция регулирования процесса травления может быть описана следующим образом. Уменьшение контролируемого сигнала относительно рабочего уровня должно приводить к пропорциональному уменьшению скорости перемещения пучка по поверхности. Увеличение управляющего сигнала относительно рабочего уровня должно приводить к пропорциональному увеличению скорости перемещения пучка по поверхности. Таким образом, регулировка процесса травления, основанная на регистрации сигнала, пропорционального току ионов, обеспечивает планарность формируемого массива нанолиний.

Понизить требования к фокусировке пучка ионов можно при условии формирования волн на наиболее пологом участке профиля распыляемой поверхности, как показано на фиг. 3Д. В этом случае условие поочередного роста волн должно выполняться на наклонной плоскости, т.е. при постоянном локальном угле ионной бомбардировки. Точки F и Е также для обеспечения условия поочередного роста волн должны быть разнесены по глубине на разность глубин D_F и D_m, а вдоль профиля - на расстояние в две с половиной длины волны. Это условие однозначно задает форму профиля распыляемой поверхности и, следовательно, ширину ионного пучка. Ширина пучка теперь варьируется в интервале от 38 до 100 длин волн структуры приблизительно пропорционально отношению D_F к амплитуде волны А и может быть определена по формуле (2). Так, для D_F/A=3 ширина пучка равна 38, а для D_F/A=9 ширина пучка равна 100 длинам волн. Установлено, что повысить отношение D_F/A можно напуском кислорода в вакуумную камеру. Скорость перемещения пучка можно рассчитать по формуле (4), подставляя вместо глубины распыления D двойную глубину D_F, что приводит к формуле (3). Понижение требований к фокусировке пучка привело к снижению скорости его перемещения при прочих равных условиях в два раза, потому что в два раза увеличилась глубина распыления кремния.

Из графиков D_m(Θ) и D_F(Θ) на фиг.3Г видно, что относительная разность глубин D_f и D_m для углов бомбардировке в интервале от 45 до 60^o приблизительна постоянна. Из данных по геометрии волн, раскрытых в прототипе, следует, что в указанном интервале углов абсолютная разность глубин D_F и D_m приблизительно равна амплитуде волны А. Это позволяет упростить критерий поочередного роста волн и свести его к требованию, графически представленному на фиг.3Д. Графики на фиг.3Д объясняют формирование когерентных волн с плавно меняющейся длиной волны в канавке на фиг.2Б. В канавке локальный угол бомбардировки плавно меняется от так называемого критического угла, равного 39^o на дне, до 56^o на склоне канавки. Этим углам отвечают разные глубины формирования волн. Большие глубины отвечают меньшим углам. Из прототипа известно также, что с ростом D_F и D_m линейно растет и длина волны λ. Поэтому длина волны структуры, сформированной в канавке, плавно и монотонно увеличивается по направлению вглубь канавки.

На фиг.3Е показана вариация наклона участка когерентного фронта волн FE относительно горизонтали LE при разных локальных углах бомбардировки. Видно, что с ростом угла бомбардировки незначительно уменьшается крутизна склона профиля распыляемой поверхности кремния, что позволяет осуществить поочередный рост волн при еще более уширенном пучке ионов.

Скорость перемещения ионного пучка необязательно должна быть направлена вдоль потока ионов. Возможно перемещение пучка и в обратном направлении, как показано на фиг. 4А, 4Б. Такая геометрия обеспечивает меньшие углы бомбардировки исходной поверхности кремния при тех же локальных углах бомбардировки распыляемой поверхности по сравнению с геометрией, показанной на фиг. 3А, 3Б.

Способ оперативного контроля распределения интенсивности потока ионов графически представлен на фиг.5А, 5Б, 5В. Таким образом была измерена ширина пучка, при помощи которого была сформирована структура, показанная на фиг.6.

При движении ленточного пучка ионов поперек его протяжения по направлению потока ионов на 5 мкм удалось получить массив волн, показанный на фиг.6, с постоянной длиной волны на плоскости, наклоненной относительно исходной поверхности на 17^o. Фронт когерентного роста волн был обращен вглубь. Размер массива составил 4,5 мкм, длина волны - 90 нм, ширина пучка - 15,5 мкм, т.е. 172 длины волны, энергия ионов - 8 кэВ, угол падения ионов - 38,5^o. При движении по наклонной плоскости вглубь распыляемой поверхности требования к фокусировке пучка наименее жесткие.

Характеристикой качества когерентности является аспектное отношение волнообразной структуры (отношение протяженности волн к их периоду). На фиг.7 представлено изображение когерентного массива волн с аспектным отношением, равным 100, сформированного при помощи перемещения ленточного ионного пучка. Протяженность когерентных волн, формируемых в результате перемещения ленточного ионного пучка, определяется длиной L прямолинейной части ионного ленточного пучка, как показано на фиг.3А. Если ленточный ионный пучок формируется путем сканирования точечного ионного пучка по линии, то длина прямолинейного участка такого ленточного пучка определяется качеством развертки и динамической фокусировки. Качество получающегося массива линий определяется в свою очередь степенью идеальности формы ленточного пучка, т.е. степенью близости его формы к прямолинейной. На фиг.8А, 8Б представлена панорама из 11 микроснимков. Общая длина панорамы - 45,6 мкм - равна длине участка (близкого к прямолинейному) линейного сканирования точечного ионного пучка вдоль волн. Изгибы волн отражают неидеальность сканирования и динамической фокусировки.

Изображение с дефектом волнообразной структуры было специально включено в панораму для того, чтобы показать устойчивость процесса перемещения ленточного ионного пучка к дефектам подобного рода (ямки травления). Видно, что разрыв волнового фронта структуры непротяженный, и волны конформно огибают дефект, нивелируя возмущение. Обращает на себя внимание то, что изгибы волн не вызывают их пересечений.

Сформированная волнообразная структура готова для плазмохимического травления с целью повышения аспектного отношения ее профиля (отношения амплитуды волны к периоду волн). Действительно, из прототипа известно, что каждая волна покрыта нитридом кремния со стороны, обращенной навстречу ионному пучку. Слой нитрида играет роль маски для плазмохимического процесса, в результате которого формируются нанотренчи (канавки). Ультратонкий поврежденный плазмой слой кремния может быть удален посредством его превращения в оксид с последующим жидкостным травлением. Следует отметить, что нитридные слои на склонах волн волнообразной структуры могут быть заменены оксидными посредством облучения структуры ионами кислорода. Усиление аспектного отношения волнообразных когерентных структур проводилось при плазмохимическом травлении структур в хлорной плазме.

Известно, что если в качестве кремния использовать слой кремния материала КНД, то можно получить когерентную волнообразную наноструктуру в виде массива квантовых кремниевых проволок. При этом, как в прототипе, выбирают толщину указанного слоя кремния больше суммы глубины формирования волнообразного нанорельефа, амплитуды указанного рельефа и глубины проникновения ионов азота в кремний.

Аппаратура для осуществления способа включала сверхвысоковакуумную камеру, ионный микрозонд с возможностью изменения энергии ионов и управления перемещением микрозонда по поверхности образца, электронный микрозонд, прецизионный стол для перемещения, наклона и вращения образца, снабженный средствами изменения и контроля температуры образца, детектор вторичных электронов и вторично-ионный масс-анализатор. В качестве подходящей аппаратуры могут быть использованы многофункциональные приборы для микроанализа поверхности, которые в настоящее время широко используются аналитическими лабораториями и выпускаются промышленностью. В частности, формирование когерентной волнообразной наноструктуры можно осуществить в сверхвысоковакуумной камере прибора PHI 660 фирмы Perkin Elmer, США.

Таким образом, изобретение повышает качество рисунка.

Промышленная применимость. Изобретение может быть использовано в способах для формирования рисунка, в том числе на поверхности кремния с размерами менее 100 нм, и в способах формирования нанопроволок для приборов наноэлектроники и кремниевой оптоэлектроники.

Формула изобретения

1. Способ формирования рисунка на поверхности пластины, заключающийся в выборе длины волны в диапазоне от 9 до 120 нм периодической волнообразной наноструктуры, образующейся при распылении кремния ионами молекулярного азота с волновым фронтом в плоскости падения ионов, выборе глубин распыления, отвечающих началу и завершению роста амплитуды волн наноструктуры: энергии ионов, угла падения ионов на исходную поверхность кремния, температуры кремния и глубины проникновения ионов азота в кремний, отличающийся тем, что задают распределение потока ионов на основании выбранной длины волны так, чтобы при распылении кремния этим потоком формировалась волнообразная структура при поочередном росте волн на поверхности, расстояние между двумя точками которой на линии вдоль волнового фронта, отвечающих началу и завершению роста амплитуды волн, не превышало двух с половиной длин волн структуры, распыляют потоком ионов в вакууме многослойную структуру, наблюдают и измеряют контуры распыленных слоев многослойной структуры, а затем устанавливают распределение потока ионов до заданного распределения потока ионов и распыляют поверхность кремния заданным потоком ионов в вакууме до момента формирования волнообразной структуры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что задают распределение потока ионов динамически при помощи развертки ионного пучка.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что задают распределение потока ионов в виде ленточного пучка.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что задают распределение потока ионов в виде ленточного пучка с гауссовым распределением потока ионов в поперечном пучку направлении по следующей зависимости:

где I - полный ток ленточного пучка;
γ- коэффициент, принимающий значения в диапазоне 50-120;
λ- минимальная длина волны формируемого когерентного массива линий в канавке с переменной длиной волны до 2λ;
L - длина линейного пучка;
х - расстояние от центра пучка в направлении, перпендикулярном ленточному пучку в плоскости поверхности кремния.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что задают распределение потока ионов в виде ленточного пучка с гауссовым распределением потока ионов в поперечном пучку направлении по следующей зависимости:

где I - полный ток ленточного пучка;
λ - длина волны формируемого когерентного массива линий;
D_F - глубина формирования волнообразной когерентной структуры;
А - амплитуда сформированной волны;
L - длина линейного пучка;
х - расстояние от центра пучка в направлении, перпендикулярном ленточному пучку в плоскости поверхности кремния;
движущегося в поперечном пучку направлении со скоростью, определяемой зависимостью:

где I - коэффициент распыления кремния ионами азота в расчете на один атом азота;
А - молярная масса кремния, г;
ρ - плотность кремния, г/см³;
L - длина ленточного пучка, см;
D_F - глубина формирования волнообразной когерентной структуры, см;
N_A - число Авогадро, 6,022•10²³ моль^-1;
е - заряд электрона, 1,6•10^-19 Кл.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что одновременно при движении ленточного ионного пучка обеспечивают постоянство глубины распыления регулировкой скорости перемещения ленточного пучка по поверхности кремния за счет влияния изменений контролируемого сигнала пропорционального току ионов на систему управления перемещением образца кремния или на систему сканирования линейного пучка.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве контролируемого сигнала, пропорционального току ионов, используют сигнал вторичной электронной эмиссии, эмитируемый с поверхности кремния.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют плазмохимическое травление волнообразной структуры, затем окисление нарушенного плазмой слоя кремния и удаление этого слоя жидкостным химическим травлением.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют в качестве КНД для получения массива квантовых кремниевых проволок.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что выбирают толщину указанного слоя кремния больше суммы глубины формирования волнообразного нанорельефа, амплитуды указанного рельефа и глубины проникновения ионов азота в кремний.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.06.2004

Извещение опубликовано: 10.10.2005        БИ: 28/2005

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Уорлд Бизнес Ассошиэйтс Лимитед (GB)

(73) Патентообладатель:
УОСТЭК Инк. (US)

Договор № РД0007705 зарегистрирован 28.03.2006

Извещение опубликовано: 10.05.2006        БИ: 13/2006

NF4A Восстановление действия патента

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.06.2011

Дата публикации: 27.06.2011

---