Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок

Д 16 УДК 539.255.669.71 312 стр. с илл. а книге рассчатринаются способы получения и обработки, а также метолы измерения *карнеги напыления н толщины тонкоплсночнь!х слоев н осповиьы области применения тонких кленов. Излагагатся требования к вахууму и составу остаточной ср"лы ари терынчеюгом испарении н кагодиом распылении н описываются современные средства полтчения н кзмереняя вакуума, а также оборудование и аппаратура, используемые прн получении тонких планок. Кинга рассчнтзча на широкий круг лик.

занимающихся хонсгруврованнем, монтажом н зксплузтзниее вакуумного взпылнтельнаго оборудопаиия и получением тонких пленок 3-а-12 275-87 Давмлдп Лорис Стсдвновин Вакуумное нанесение тонких пленок Редмпор Ю. Д. Голубсп Художестнешгый редактор Д. 13'. Чернышев технический редактор Т. Г. усачева Корректор А. Д. Холопская сдано в ня ар 80ГН !Оаг г. Фгрмзт 84Х1МЧзт ч л псч л 10,38 тираж 8000 зка. 11здательст а,знергвяь Мшквм Подпнсыю к печати СЧ1Х 1007 г, 7.10084 Бумага типографская № 3 Кч. итд.

л. 18 31 Цена 1 р. 10 к. 3:к 38! 'лг 1!4 О!ли 'агап н " 1О Московская типография № 10 Гланполнграфпроиз Ка. и~оса на печам! прп Соне~с агат~с ров ССГР. Шлючавззя наб. 1О. Данилин Б. С. Д1В Вакуумное нанесение тонких пленок. Изд-во «Энерг14я», 1967. ПРЕДИСЛОВИЕ Напыление в вакууме за последние 10 лет стало основным технологическим методом получения тонких пленок. Вряд ли сейчас можно назвать какую-либо область науки, техники нлн промышленного производства, где бы не применялись тонкие пленки.

Металлопленочные элементы используются в точных измерителях мощности и аттенюаторах, вентилях н фильтрах сверхвысоких частот. На основе пленочной технологии изготовляются комбинированные термопары, металлополупроводниковые болометры, пленочные терморезнсторы и тензометры. Тонкие йленки находят широкое применение в металлографических исследованиях, прп нанесении оптических покрытий, при изготовлении люминесцснтных панелей, а также мишеней, используемых в ядерных экспериментах.

Производство многих типов электронных приборов (электроннолучевых трубок, фотоэлектронных умножителей, электронно-оптичсских преобразователей и др.) немыслимо без применения тонкопленочных слоев. За последние годы возникла новая область электронной техники — микроэлектроника. Она потребовала интенсивного развития принципиально новых методов и приемов для получения требусмой структуры и характера взаимосвязи зон твердого тела, которые позволяли бы преобразовывать сигналы той нли иной степени сложности.

В настоящее время наметилнсь два основных направления в создании микросхем: пленочные схемы и твердые схемы, которые по сути дела отражают два различных мстода изготовления функциональных блоков твердого тела. Первый метод — это синтез, т. е. нанесение в определенной последовательности миогослой- 3 ных тонкопленочных элементов на изоляционное основание (подложку), Второй метод — образование во внешнем слое или на поверхности полупроводникового кристалла зон, выполняющих функции отдельных схемных элементов. В первом случае в качестве основы, образующей твердое тело, используется пластинка из изоляционного материала (стекло, керамика, ситалл, фотоситалл и др,), на которую наносятся резистивиые, проводящие полупроводниковые, изоляционные и магнитные пленки, причем полученный таким путем электронный блок оказывается не менее твердым и монолитным, чем само изоляционное основание.

Во втором случае в качестве основы используют кристалл полупроводника, в соответствующих участках которого илп на его поверхности образуют отдельные схемные элементы или их комбинации, получая в результате отдельную монолитную функциональную схему или блок. Следует отметить, что хотя технологии изготовления тонкопленочных схем и схем на полупроводниковых кристаллах имеет свои специфические особенности, тем не менее в обоих случаях широко используется напыление в вакууме. Так, например, в книге «Тонкопленочная микроэлектроника» под редакцией Л, Холланда, которая была выпущена в Англии в 1965 г., описывается как технология нанесения тонкопленочных слоев для изготовления схем иа пассивной подложке, так и нанесение тонкопленочных слоев, применяемое при производстве твердых схем.

Однако в отечественной литературе, к сожалению, отсутствуют книги, отражающие современный уровень тонкопленочной технологии и использвемого для этой цели вакуумного оборудова- И11Я СранинтЕЛЬНО НедааиО На руССКИй яэ1 К бЫЛа ЬЕрЕВЕ- дена книга С. Метфесселя «Тонкие пленки, их изготовление и измерение», в которой в основном систематизированы способы измерения толщины пленочных слоев.

Однако, поскольку оригинал книги написан С. Метфесселем в 1950 г, в ней не рассматриваются ионизациоиные, радиотехнические и электротехнические методы измерения толщины тонких пленок, которые за последние годы находят все более широкое применение. Значительно более полной и систематизированной является монография Л, Холланда «Нанесение тонких пленок а вакууме», русский перевод которой был выпущен Госэиергоиздатом в 1963 г.

Однако за !О лет, прошедших с выхода в свет английского издания этой книги, напыление в вакууме непрерывно совершенствовалось и развивалось; появились совершенно новые области применения тонкопленочной технологии, в частности для микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры, которые, естественно, не смогли найти своего отражения в книге Л. Холланда, Эти вопросы не получили должного отражения и в отечественной литературе.

Так, например, книга В. В. Слуцкой «Тонкие пленки в технике сверхвысоких частот», Госэнергоиздат, 1962 г., рассматривает технологию получения тонких пленок применительно к изготовлению нагрузочных резисторов, элементов для измерения мощности и локальных поглотителей, используемых в технике СВЧ. В книге В. А. Югова «Тонкие пленки и их применение в радиоизмерительной технике» приведены способы получения и свойства пленочных приборов, используемых в радиотехнических измерениях. Следует отметить, что в обеих книгах почти ие рассматриваются вопросы, связанные с конструированием высоковакуумного оборудования, используемого в тонкопленочной технологии, в то время как за последние годы произошел значительный прогресс в этой области техники.

На смену хрупким и малонадежиым стеклянным вакуумным установкам пришли цельнометаллические вакуумные системы, обладающие высокой прочностью, надежностью и удобством в эксплуатации, Для проектирования подобного рода систем необходимо четко представлять себе требования к вакууму и составу остаточной среды при напылении тонких пленок н знать современные средства получения и измерения вакуума.

Эта книга состоит из трех глав. В гл, 1 в краткой форме излагаются вопросы получения и применения тонких пленок. Помимо термического испарения и катодного распыления рассматривается обработка пленок с помощью электронных и ионных пучков и лазеров, фотохимическая обработка пленок, а также осаждение пленок из паровой и газовой фазы, Показана специфика применения тонких пленок в оптическом производстве, в технике СВЧ и в запоминающих устройствах цифровых вычислительных машин.

Значительное внимание 3 уделяется способам изготовления тонкопленочных микросхем. В гл. 2 рассматриваются требования к вакууму и составу остаточной среды при напылении тонких пленок, современные средства получения и измерения вакуума, а так ке масс-спектрометры для измерения парциальных давлений остаточных газов. В гл. 3, которая написана автором совместно с инж. В. Е. Минайчевым, описывается вакуумное оборудование и приборы для измерения технологических параметров, применяемые при напылении тонких пленок, приводятся конструкции вентилей, затворов, ловушек и испарителей, используемых в напылительных установках, и показаны типовые конструкции напылительных установок и линий. В заключение автор благодарит академика С. А.

Векшинского за просмотр рукописи, ценные советы и замечания и заслуженного деятеля науки и техники РСФСР профессора Р. А. Нилеидера за оольшой труд по редактированию рукописи. Б. Данилин Глава парвав ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК Ы1. ТЕРМИЧЕСКОЕ ИСПАРЕНИЕ В ВАКУУМЕ В настоящее время наиболее широкое применение получил метод напыления тонких пленок путем термического испарения в вакууме. Основное достоинство метода — его универсальность. На одной и той же вакуумной установке можно получить однородные слои металлов, сплавов, полупроводников и диэлектриков различной толщины, а также получить тонкие пленки из разнородных веществ с определенным соотношением составных частей и различной толщиной каждого слоя.

На рис. 1-1 схематически показано устройство вакуумной установки, применяемой для получения тонких пленок путем термического испарения в вакууме. Установка состоит из рабочей камеры, вакуумной системы и пульта управления. Рабочая камера 1 выполнена в виде цилиндрическога колпака из нержавеющей стали со смотровыми окнами 2, краном для напуска воздуха — натекателем 4 и манометрами б для измерения давления. Этот колпак устанавливается на базовой плите, через которую проходят все провода от колпака.

Вакуумно-плотное соединение рабочей камеры с оазовой плитой достигается с помощью прокладки 7 из эластомера, обладающего незначительным газовыделением. Внутри рабочей камеры расположены нагреватели б для обезгаживания, испаритель 8 для нагрева напыляемых веществ, трафарет (маска) 9, обеспечивающий заданную конфигурацию тонкопленочного слоя, и подложка !О, на которой конденсируется испаряемое вещество. Между испарителем и маской помещена заслонка 3, позволяющая прекращать процесс напыления, как только толщина иапыляемой пленки достигает треоуемой величины. Вакуумная система представляет собой последовательно соединенные паромасляный 12 и вращательный !3 насосы. б Откачка рабочего объема 7.