Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок, страница 3

Прецизионные трафареты приходится изготовл ять из т а а ет не рая не должна быть слишком тонкой, б р ф р е терял жесткость, н слишком толстой, чтобы ", что ы тени и полутени иапыляемого материала. не возникали тени Практически с помощью трафаретов можно по узкие линии п ость но получить простых по конфигурации и прямолинейных рисунков и зазоры между ними шириной не менее 20 мк. Другим недостатком изготовления пленочных элементов и схем напылением через трафареты являются большие потери напыляемого материала. Из общего телесногоуглавлсте а и р д ан, под которым частицы напыляемого материала разлетаются из испарителя, на подложку попадает лишь несколько долей процента. Развитие мик микроэлектроники имеет тенденцию максимального выигрыша в объеме, пли, что то в увеличении плотности элементов на единицу объема.

Это требует максимального сокращения размеров каж- дого элемента в плоскости подложки. Большие перспективы в пленочной технологии дает применение электронных и ионных лучей. С помощью электронных лучей производят следующпе операции по обработке пленок в вакууме: нагрев напыляемого материала, его гравировку н сверление; рекристаллизацию пленок (перемещение нагретой зо- ны с целью изменения кристаллической структуры, т. е. изменение электрофизических свойств пленок); полимеризацию органических и фоторезистивных пленок; сварку проводов и фольги для создания внешних кон- тактов; легирование пленки, образование сплавных переходов и удаление пленки по определенному рисунку; полировку подложек, Источником электронов чаще всего служит цилиндри- ческий подогревный катод из вольфрама, тантала или рения. Анодное напряжение обычно не превышает 20 кв.

Это делается для снижения жесткости рентгеновского излучения, возникающего при торможении электронов в распыляемом материале, а также для повышения раз- рядоустойчивости высоковольтных электродов электрон- ного прожектора и изоляторов. Обработка пленок электронным лучом имеет ряд пре- имуществ. Во многих случаях отпадает необходимость в применении трафаретов, следовательно, устраняются трудности, связанные с их изготовлением и точным сов- мещением с подложкой.

Электронный луч позволяет получить любой сложный рисунок. Управление лучом осуществляется практически безынерционно с помощью электростатического нли электромагнитного поля. Элек- тронный луч с помощью специального устройства может копировать чертеж схемы, выполненной в виде трафаре- та. При этом трафарет имеет увеличенные размеры, прост в изготовлении и находится вне рабочей камеры. Большим преимуществом электроннолучевой техноло- гии является высокая точность обработки, зависящая от диаметра пучка и разрешающей способности системы управления лучом. Современные электроннолучевые установки имеют диаметр электронного пучка 20 — ЗО л1к, и при дальнейшей модернизации пучок может быть су- 1З жсн до нескольких микрон.

Устройство сканирования позволяет обеспечить минимальное перемещение луча примерно па эту же величину. С помощтью электронного луча можно получить зазоры между линиями шириной в несколько микрон. В электроннолучевой технологии различают два способа обработки пленок: «теплым» и «холодным» пучком электронов. В процессе обработки электроны проникают в материал .на некоторую глубину. Эффективность воздействия электронов пропорциональна удельной мощности луча и времени его воздействия на объект. Удельная мощность луча в материале объекта пропорциональна интенсивности луча п ускоряющему напряжению и обратно пропорциональна площади поперечного сечения н зависит от распределения электронов по глубине проникновения. Вреыя воздействия луча на каждукй точку обрабатываемой поверхности обратно пропорционально скорости относительного перемещения луча по поверхности объекта.

Следовательно, максимальная глубина проникновения луча в матерна.т объекта пропорциональна квадрату ускоряющего напряжения и обратно пропорциональна плотности материала 6=2,1 !О ' — '-, т где ьр — ускоряющее напряжение, в; у — плотность материала объекта, г/сма. Большая концентрация энергии пучка электронов в малом объеме и практически мгновенное ее выделение обеспечивают высокуто селективность обработки, при которой инерционный теплоотвод за счет теплопроводности составляет лишь ничтожную часть энергии, расходуемой на нагрев обрабатываемой зоны. Например, при температуре в зоне облучения б 000' С температура в точках, находящихся на расстоянии !»нк от зоны, не превышает ооо З00 С.

Поэтому электроннолучевая обработка во многих случаях сводится к селективноыу испарению материала объекта в зоне облучения. В табл. ! — 2 приведены значения мощности электронного пучка, необходимой для испарения некоторых металлов и сплавов нз керамического и медного водоохлаждаемосо тигля при расстоянии между источником и подложкой, равном 20 ель 14 Тлб аоцл 1о Мошность влектронн~ то пхч а, непа Ск ость ноыреКер ~ннческнй ~ Мелный полное- ! нич, не!сел титечь 1.ыылаетый ти е~в~ Металл, сплав Альоыиный Хром Них роы Золото . Таллий 0,3 ) 1,2 0,3 ~ 0,4 0,35 1,5 1,5 2 0,5 0 5 Для изменения мощности электронного пучка без изменения его траектории необходимо либо подавать напряжение на анод в виде прямоугольных импульсов, либо, предварительно подав на цилиндр Венельта запирающее напряжение, затем подавать на этот электрод отпирающие прямоугольные импульсы, Прн использовании электронной пушки для испарения пет необходимости применять сложные электроннолучевые системы для фокусировки электронного пучка.

В этом случае значительно важнее иметь одинаковую плотность распределения энергии пятна, а его диаметр может достигать нескольких миллиметров. На рис. 1-2 показана зависимость скорости испарения от мощности электронного пучка для алюминия и нихрома. Как видно нз графиков, даже незначительное изменение мощности резко увеличивает скорость испарения. Для стабилизации процесса испарения применяют специальные устройства (рис.

1-3), автоматически поддерживающие постоянную скорость испарения. Давление пара испаряемого вещества измеряется ионизацяонным манометром. Выходной сигнал манометра подается на вход дифференциального усилителя, а с него иа устройство, регулиру1ощее режим испарения изыенеинем напряжения, подаваемого на цилиндр Венельта. При боыбардировке поверхности испаряемого материала пучком ускоренных электронов наблюдается явление вторичной электронной эмиссии, в результате которого имеют место потери энергии, обусловленные рассеянием электронов. Так, например, при бомбардировке золота потоком первичных электронов с энергией !О кзв потеря энергии за счет рассеяния вторичных электронов достигает ЗОосо. Поток вторичных электронов вызывает 15 псрегрев арматуры напылительпой установки, стенок вакуумной камеры и подложки, что может изменить электрофизические свойства осаждаемой пленки. Для обработки пленок применяются также ионные пучки, обладающие по сравнению с электронными рядом 0,1 ' 1оо гоо гоо уоо ФОО 7000 Мои<7<прото улеллг7улл7<пго луча, Отге Рис.

1-2. Зависимость скорости испарения от мощности электронного пучка для алюминия н ннхрома. ценных преимуществ (большой срок службы, отсутствие рентгеновского излучения, отсутствие необходимости иметь высокий вакуум в рабочем объеме установки и др,). Полимеризация органических пленок электронными пучками При изготовлении тонкопленочных микросхем изоляционным слоем могут служить органические полимерные пленки. Этн пленки по сравнению с напыленными неор. ганическими диэлектриками имеют небольшие внутрен- 16 0,0 х Ф,О ез ~ г,о м О,О ЙО,4 'о,г Рис. 1-3.

Принципиальная схема устройства для автоматического регулирования скорости испарения при нагреве с помощью электронного пучка. Г - иепаряепый материал: у— палка; Л вЂ” подложка; 4 — памерптель скорости испарения; а— лпФФерепцпальаый усилитель; Л вЂ” регулирующее устройство, 7 — цплаплр Веяельта; а — нить накала, 9 — катал; гл — Фокуспрующие линзы. ние напряжения и меньше дефектов иа единицу площади.

Для получения тонких полимерных пленок используется явление поверхностной полимеризации электронными лучами мономерных молекул, адсорбированных из парообразной фазы. ,Поверхность, которая должна быть покрыта полимерной пленкой, помещается в вакуумную систему и подвергается воздействию паров органического маномера. На рис. 1-4 показано устройство для полимеризации изоляционных пленок электронным пучком.

В верхней части стеклянного или метал- л 2 лического колпака 1 укреплена подложка с маской г, а под 10 ними — электронный прожек- 7 тор 8. Напряжение на эпектроды прожектора и на подложку подается через изоли- ««< 9 роваппые высоковольтные вводы 4, 5 и 5. Для отсоединения 111 рабочего объема от паромаслЯного насоса 8 использУетсн Р 1 4 У ой о длн затвор 7, который одновре- полимериэации пленок с поменно выполняет функцию ло- мощью электронного пучка. вушки. Над верхним соплом паромасляного насоса расположена ловушка 9, охлаждаемая жидким азотом. Жидкость, пары которой служат для образования изоляционных пленок, помещается в резервуаре!О.

В процессе работы резервуар нагревается до температуры, обеспечивающей требуемое давление паров. В качестве источника паров может использоваться диметилполисилоксановая жидкость. При нагреве резервуара !О парциальное давление паров диметилсилоксана доводится до 10-4 мж рт. гт. и пары в виде тонкой пленки осаждаются на подложке. Потенциал электронного прожектора и расстояние между электродами регулируются для обеспечения требуемой величины электронного тока, плотности и энергии электронов в пучке.

Под влиянием электронной бомбардировки между мономерными молекулами возникают перекрестные связи, в результате чего образуются макромолекулы. Если 2 — 261 17 между поверхностью и источником электронов установить маску, то полимеризация прекращается. Скорость полимеризацин пленки в первом приближении пропорциональна давлению паров и плотности электронного пучка на подложке. Для равномерного покрытия пленки потоком электронов делают развертку сфокусированного электронного луча. Чтобы обеспечить максимальную скорость образования пленки, период развертки должен быть того же порядка, что п среднее время адсорбции монослоя мономерных молекул, т. е.

частота развертки должна быть выше 100 кгг1. Большим недостатком электростатической системы отклонения луча является искажение растра развертки, возникающее в результате образования полимерной пленки на отклоняющих пластинах. Электронные прожектора, применяемые для полимеризации органических пленок, должны устойчиво работать при давлении органического мономера до 1О-' лл рт сг., создавая поток электронов с постоянной плотностью около ! лщ1слр по всей площади подложки. Подаваемое на прожектор анодное напряжение должно быть менее 500 в. Для создания равномерного потока электронов по поверхности подложки может быть использован вращающийся многолучевой электронный прожектор, состоящий из большого числа простых триодных электронных прожекторов с широкораскрывным лучом, размещенных на круглой плите.