ЭИПТ-1 (Сборник лекций Панфилова), страница 7

Так, удельное сопротивление резистивной пленки c имеет тривида зависимости от ее толщины h (Рис.23): увеличение до бесконечности при толщине,соответствующей островковой стадии роста (h<hmin), почти линейное уменьшение,соответствующее несплошной и сплошной тонкой пленке и независимое от толщинызначение, соответствующее толстой пленке и монолитному материалу.с1, 2 и 3 стадии роста4 и 5 стадии6 стадияhmin (10 нм)hРис.23 Влияние толщины пленки на удельное сопротивлениеСопротивление тонкой пленки R можно рассчитать по следующей формуле:R=c b/(ha)=  b/a,где a и b – ширина и длина тонкопленочного резистивного элемента, м;с в Ом.м и  (“ро квадрат”) в Ом/ являются константами материала, причем соответствует максимально возможному для данного материала значению удельногосопротивления при h=hmin и равенca.  сah hАтомарные и молекулярные пучки имеют две основные области применения:осаждение тонких пленок и травление диэлектрических слоев.

Варьируя энергией иплотностью пучка атомов или молекул можно получать пленки толщиной от долейнанометра (несколько слоев молекул) до величин в несколько микрометров. В технологиитонких пленок атомарные и молекулярные пучки используются при конденсацииметаллических и диэлектрических слоев, окислении, эпитаксиальном росте пленок, атакже, при легировании полупроводниковых материалов.С помощью атомарных или молекулярных потоков можно создавать уникальныеструктуры тонких пленок и химические соединения, с не имеющими аналогов в природепараметрами кристаллической решетки и физическими характеристиками. Чтобыполучить тонкопленочные слои с уникальными свойствами необходимо сохранитьатомарно чистую поверхность подложки, для чего парциальное давление постороннихпримесей должно быть существенно ниже 10-4 Па.

Подготовка поверхностей передосаждением тонких пленок является важным процессом для получения хорошей адгезии идругих требуемых свойств на границе раздела «подложка-пленка». Для очистки подложекот поверхностных загрязнений служит вакуумно-плазменное травление ионами инертныхили химически активных газов.Не менее важным фактором обеспечения качества тонкопленочных покрытийявляется состав и свойства технологической среды – вакуума или рабочих газов, которыеоцениваются коэффициентом загрязнения  осаждаемой тонкой пленки.При термическом испарении N з .о .,N м .о .где Nз.о.- поток “загрязняющих” атомов или молекул, осаждающихся на подложку,атом/(см2.с); Nм.о.

- поток атомов или молекул осаждаемого материала, атом/(см2.с), а приионном распыленииN з .о.  N з .р. N м.о.  N м.р. ,где Nз.р. - поток “загрязняющих” атомов или молекул, осевших на подложку ираспыленных ионами рабочего газа, атом/(см2.с); Nм.р. - поток атомов или молекулосаждаемого материала, распыленных с подложки ионами рабочего газа, атом/(см2.с).nN з .о .  p i i N A2kTM ii 1;N м.о..V0 N A 10 9 Vо' N A;MмMмN м.р.  S м N м.о.

,N з.р.  S з N з.о. ;где Sз - коэффициент распыления “загрязняющих” молекул; Sм - коэффициент распыленияосаждаемого материала; pi - парциальное давление i-го газа (“загрязнения”),Па; i коэффициент аккомодации i-го газа (“загрязнения”); T - температура стенок вакуумнойкамеры, К; Mi - молекулярная масса i-го газа (“загрязнения”), кг/кмоль; Vо - скоростьосаждения пленки, кг/(м2.с) (Vо’ в нм/с); Mм - молекулярная масса материала пленки,кг/кмоль. Таким образом, при ионном распылении N з.о. 1  S з N м.о. 1  S м .При нормальном законе распределения  вероятность обеспечения требуемойчистоты осаждаемой пленки равна_д  P   д   0,5  Ф;   _математическое ожидание коэффициента загрязнения осаждаемой пленки_npi i M мi 1V0 2kTM i N A равно;допустимый коэффициент “загрязнения” пленки неравенствомnhд  д ,N м.о.

tможно оценить следующимгде n - допустимая концентрация загрязнений в материале пленки (1012 - 1020 атом/см3); h- толщина пленки, м; t - длительность процесса осаждения пленки, с; среднееквадратичное отклонение коэффициента загрязнения пленки  равно      j 1  x j k22xjгде x - среднее квадратичное отклонение параметра xj, k - количество параметров x,влияющих на чистоту технологической среды.В качестве примера влияния чистоты технологической среды на показателикачества тонких пленок можно привести зависимость изменения удельногосопротивления резистивных покрытий с (Рис.16 а) и диэлектрической проницаемостиизоляционных пленок  (Рис.16 б) от коэффициента загрязнения .20с , мкОм.см5ReTaNiCrWSi21510SiOAlCr4WMo5NiSiO 2TiAgAu0,050,13Pt00,150,200,0250,050,0750,1абРис.16 Изменение удельного сопротивления (а) и относительной диэлектрическойпроницаемости (б) от коэффициента загрязнения тонких пленокЕще одним универсальным показателем качества тонкопленочных покрытийявляется неравномерность толщины пленки, которая возникает в результатекосинусоидального распределения потока испаряемого или распыляемого материала понаправлениям (Рис.17):dqи ()= qи.Cos.

d /,где qи - масса испаренного или распыленного вещества, кг;  - угол испарения;  телесный угол испарения. Элементарный участок, на который осаждается тонкая пленка,равенdA0= r 2. d / Cos ,где r - расстояние от источника испарения или распыления до элементарной площадки; - угол конденсации.90dA0dr90dAиРис.17 Распределение испаренных молекул по направлениямЗакон Кнудсена записывается в следующем виде:dqи ( , ) qи CosCos.dA0r 2Согласно закону Кнудсена скорость осаждения равнаVо dqи ( , ) qи CosCos, кг/(м2.с).2dA0 tr tКоличество испаряемых или распыляемых атомов или молекул осаждающихся наединицу поверхности в единицу времени равноN о  Vо N A M , атом/(м2.с).Толщину пленки в произвольной точке подложки  (Рис.18) можно рассчитать поформулеdqи ( , )qи l 2h 2, м,dA0 r  (l 2   2 )где l –расстояние от источника до подложки при =0.lrа)h0hб)lr.в)rиРис.18 Геометрическая схема расчета неравномерности толщины пленки h для точечногоисточника (а, б) и для дискового испарителя (в)Неравномерность толщины пленки при точечном испарителе (площадь испарителяпренебрежимо мала) характеризуется отношением толщины пленки h в точке  кмаксимальной толщине пленки h0 (Рис.18 а, б):h1h0 1   l 23.2При испарителе с радиусом rи (Рис.18 в) толщину пленки в точке  можнорассчитать по следующей формуле:Vи rи l 2 drи ddth  , r 4rиtгде = 0 - 2.Перспективы элионных технологийБлагодаря возможности варьирования в широких пределах параметрамиэлектронных и ионных пучков, газоразрядной плазмы, а, следовательно, и видомвоздействия на обрабатываемые материалы (Табл.9) электронные технологии имеютширочайший спектр применения для производства и исследований, проведение их ввакууме создает предпосылки для обеспечения сверхчистой технологической среды иэкологической чистоты.

Так, только в машиностроении основными областями ихприменения являются:- «механическая обработка» для получения микроотверстий фильер, фильтров, сит,деталей сложной конфигурации;- «термическая обработка», с помощью которой можно осуществлять отжиг и упрочнениедеталей, сварку, плавление и испарение;- «нанесение покрытий» и «модификация поверхностей» для повышения износостойкости,твердости, усталостной прочности и коррозионной стойкости;- «метрологическое обеспечение», заключающееся в измерении с высокой точностьюлинейных размеров деталей, проведении структурного и химического анализа материалов.9.

Основные режимы электронной, ионной и плазменной обработкиЭнергияУдельнаяВидВоздействие наПрименениечастиц, кэВмощность, инструментаповерхность2Вт/см10-4 – 10-210-3 - 104Атомы, ионы, ОсаждениеНанесениемолекулыпленок-2-10,1 – 1,010 – 10Ионы, плазма ОтражениеОчистка-11,0 – 5,010 – 1,0Травление,ИоныРаспылениенанесениепленок2,0 – 10ЭлектроныПроникновениеКонтрольхимическогосостава5 – 15КонтрольИоныРаспылениехимическогосостава10 – 17510-1 – 50Плавление,ЭлектроныПроникновениеиспарение,сварка-2-120 – 10010 – 10ИоныПроникновениеЛитография.-3-120 – 1505 10 – 10ЭлектроныПроникновениеРезка-2-120 – 25010 – 10Отражение,КонтрольЭлектроныпроникновениеразмеров иструктуры20 – 500010 - 102ЭлектроныПроникновениеЛитография-2. 330 – 100010 – 5 10ИоныПроникновениеИмплантация.