Финальный тест. Ответы в одном PDF

1. Принципиальная схема процесса нанесения тонких пленок в вакууме методомтермического испарения из тигля, достоинства и недостатки.Достоинства:-Простота метода-Высокая чистота осаждаемого материала(процесспроводится при высоком и сверхвысоком вакууме)-Универсальность(наносят пленки металлов,сплавов, полупроводником, диэлектриков)Недостатки:-Высокие температуры проведения процессов-Плохая адгезия пленок-Нерегулируемая скорость осаждения-низкая, непостоянная и нерегулируемая энергияосаждаемых частиц2.Принципиальная схема процесса нанесения тонких пленок в вакуумеметодом электронно-лучевого испарения в вакууме, достоинства и недостатки.D030 – Электронно-лучевой нагрев. Испаритель с пушкой Пирса.D031 – Электронно-лучевой нагрев. Испаритель с аксиальной пушкой.Достоинства:-используется эффузионный источник в виде ячейки Кнудсена и капилярныйиспаритель, в котором энергия к веществу подводится благодаря резистивномунагреву.-наличие тепловых экранов и контроль температуры обеспечиваетодинаковую энергию испарения частиц и идеальную диаграмму распределениячастиц по направлениям.ОсаждениеD1ИоннымРаспылениемИонно-плазменныйD10Тлеющий разрядР.Г.ТПРргdДиодный на постоянномтокеДиодный ВЧТрехэлектродныйМагнетронный на пост.токеМагнетронный ВЧМагнетронный с ЭЦРРеактивныйD100D101D102D103D104D105D10_RТкомнрр.г.=10-5⋅10−2 Па;Сущность метода осаждения тонких пленок в вакууме ионным распылением D1заключается в выбивании (распылении) атомов вещества из поверхностных слоев мишенивысокоэнергетичными ионами рабочего газа (обычно инертного Ar).

Ионы образуются вгазовом разряде при давлении pр.г. = 10 - 5.10-2 Па и ускоряются до энергии 0,7 - 5 кэВвследствие приложения к мишени отрицательного потенциала в 0,7 - 5 кВ. Распыленныеиз мишени атомы осаждаются в виде тонкой пленки на поверхности подложки.Различают ионно-плазменный D10 и ионно-лучевой D11 методы, в которыхиспользуются тлеющий (типы D100, D101, D103, D104 и D105) и несамостоятельный(D102) газовый разряды, а также, автономные источники ионов Кауфмана (с горячимкатодом - тип D110) и Пеннинга (с холодным катодом - тип D111). При использовании вкачестве рабочего газа смеси из Ar и химически активного газа (O2, N2 и т.п.) реализуетсяреактивный метод осаждения оксидов, нитридов и т.п. (типы - D10_R и D11_R).Достоинствами метода осаждения тонких пленок ионным распылением являютсяуниверсальность (можно наносить металлы, сплавы, диэлектрики, магнитныекомпозиции), регулируемая скорость осаждения Vо и относительно простая конструкция.К недостаткам относятся не высокая чистота осаждаемой пленки (из-за наличия рабочегораза), низкая и нерегулируемая энергия осаждаемых частиц E.ИонноеОсаждениеИонно-плазменныйD41ДиодныйD410С потенциаломсмещенияD411D4ТПРабочий газВ основе методов ионного осаждения тонких пленок D4 лежит сочетание двух процессов:1) генерации плазмы исходного вещества с помощью одного из типов электрическогоразряда или ВЧ-индуктора и 2) ускорения ионов или всей квазинейтральной плазмы споследующей конденсацией на поверхности подложки (детали).

Исходное веществополучают с помощью одного из методов термического испарения D0 (термо-ионныйметод D40); из газовой смеси, содержащей компоненты осаждаемой пленки (ионноплазменный D41 и ионно-лучевой D42 методы); с помощью дугового разряда D3, которыйиспользуется как первая ступень плазменного ускорителя (плазмотронный метод D43).Основными достоинствами метода ионного нанесения тонких пленок являютсярегулируемая в широких пределах энергия осаждаемых частиц E (оптимальной считаетсяэнергия Eопт = 100 эВ) и высокая скорость осаждения Vо, а главными недостатками сложность реализации и распыление конструкционных материалов, а, следовательно, изагрязнение плазмы и получаемой пленки.К недостаткам МРС относятся.• сравнительно невысокий коэффициент использования материала мишени (около 25%для плоской мишени) и необходимость для его увеличения усложнения формы мишениили конструкции магнитной системы;• сравнительно невысокая однородность осаждаемой пленки по толщине нанеподвижную подложку за счет распыления материала из узкой зоны эрозии мишени,имеющей форму кольца или эллипса в виде V - образной канавки; повышениеравномерности пленки требует или возвратно-поступательного движения, илисложного перемещение магнитной системы;• наличие потока высокоэнергетических электронов создающих основную тепловуюнагрузку на подложку (до 60%), что требует изоляции подложкодержателя и установкиперед ним дополнительного анода;• наличие потока отраженных нейтрализованных ионов аргона с энергией в несколькосот электронвольт, требующее их термализации (уменьшения их энергии до тепловой ),когда осаждение пленок производится на тонкие радиационно-чувствительные слои,что обычно достигается выбором давления и расстояния мишень - подложка;• сравнительно высокое давление рабочего газа (аргона) (0,3 - 1,5 Па) требующее егоэффектной очистки для устранения загрязнения пленок.Достоинства• низкие температуры проведения процессов осаждения;• сохранение стехиометрии сложных соединений и сплавов;• простота автоматизации и интеграции с процессом ионной очистки поверхностиподложки;• длительный ресурс мишеней;• лучшая адгезия пленок;• упрощение и удешевление систем обеспечения высокой однородности пленок потолщине на подложках большого диаметра, и в случае реализации его в магнетронныхраспылительных системах (МРС) не уступает термо-вакуумному по скоростиосаждения.Принципиальная схема процесса нанесения тонких пленок в вакууме ионнолучевым распылением, достоинства и недостатки.5.Достоинствами метода осаждения тонкихпленок ионным распылением являются:•универсальность (можно наноситьметаллы, сплавы, диэлектрики, магнитныекомпозиции),•регулируемая скорость осаждения Vо•относительно простая конструкция.К недостаткам относятся:не высокая чистота осаждаемой•пленки (из-за наличия рабочего раза),•низкая и нерегулируемая энергияосаждаемых частиц E.При использовании в качестве рабочего газа смеси из Ar и химически активного газа (O2, N2 и т.п.)реализуется реактивный метод осаждения оксидов, нитридов и т.п.

(типы - D10_R и D11_R).6.Термо-ионный методИсходное вещество получают с помощью одного изметодов термического испарения D0 (термо-ионныйметод D40);Атомы вылетают с поверхности(за счет нагрева),инонизируются в ионизаторе и подхватываютсяполем.Преимущества:••регулируемая в широких пределах энергия осаждаемых частиц E (оптимальнойсчитается энергия Eопт = 100 эВ)высокая скорость осаждения VоНедостатки:•••сложность реализациираспыление конструкционных материалов,загрязнение плазмы и получаемой пленки.7.

Принципиальная схема процесса нанесения тонких пленок в вакуумеиз газовой фазы, достоинства и недостатки.Теоретические аспекты химического осаждения из газовой фазыОсаждение из газовой фазы можно определить как конденсацию газообразных элементов илисоединений с образованием твердых осадков. Пленка образуется в результате химических реакций,протекающих и газовой фазе у поверхности подложки, на поверхности подложки или в поверхностном слоеподложки.При химическом осаждении из газовой фазы осадок образуется в виде порошка, если химическаяреакция его образования протекает только в газовой фазе, и в виде пленочного покрытия, если реакцияпроисходит как в газовой фазе, так и на поверхности подложки.

Естественно, что для полученияфункциональных слоев микросхем пригодна только вторая группа процессов химического осаждения изгазовой фазы.Обобщенная кинетическая схема образования слоя материала при его химическом осаждении из газовойфазы на поверхность подложки:A+BI+CГазовая фазаAs BsS - поверхностьрастущего слояRРеакционная зонаDСлой осаждаемогоматериалаППодложкаA и B - исходные реагенты; As и Bs - реагенты в состоянии адсорбции; I и R промежуточный продукт в газовой фазе и адсорбционном слое, соответственно, C побочный продукт), D - конечный продукт (слой материала)Необходимым условием осуществления химического осаждения из газовой фазы требуемогоматериала на поверхность подложки, является образование в результате химической реакции этогосоединения в стабильной при температуре и давлении процесса форме. В механизме химическогоосаждения из газовой фазы можно выделить следующие основные стадии:• доставка исходных реагентов в зону осаждения• превращение исходных реагентов в промежуточные продукты в зоне осаждения;• доставка исходных реагентов и промежуточных продуктов к поверхности нагретой подложки;• адсорбция реагентов и промежуточных продуктов на поверхности подложки;• реакция с участием реагентов и промежуточных продуктов на поверхности с образованием слояматериала и побочных конечных продуктов в виде газов;• десорбция газообразных конечных продуктов и непрореагировавших реагентов с поверхности;• отвод продуктов реакций из зоны осаждения.По сути на схеме можно нарисовать подложку, её нагрев и напуск газа, больше ничего особенногоздесь не происходит (в лекциях дан частный пример)Конкретно плюсов и минусов в лекциях не выделено, но на мой взгляд плюс-это производительность, минус– ограниченность получаемых соединений (только те для которых есть стандартные реакции)8.

Схема метода реактивного осаждения тонких пленок, достоинства инедостатки.Если помимо физических процессов, происходящих во время осаждения тонкой пленки,при напуске в рабочую камеру реактивного газа, в пространстве между источником иподложкой или на поверхности подложки протекает химическая реакция, тосоответствующий метод называется реактивным.TiNTiNN•N•+ArTiРеактивный газ:N2 (O2, CnHm и др.)Ar∅ −UмРис. 24 Схема реактивного осаждения тонких пленокДостоинства:1) Универсальность, возможность нанесения покрытий из соединений различнойприроды и регулирование при этом в широких пределах стехиометриейсоединений путем изменения тока дуги, давления реакционного газа итемпературы поверхности.2) Покрытия, получаемые реактивными методами, имеют достаточно высокуютвердость, адгезию3) Высокая скорость нанесения4) Высокая технологичность процесса. Совмещение в едином технологическомцикле стадий очистки, нагрева поверхности до рабочей температуры(200…600 0С) со стадией нанесения функционального покрытия, не используяпри этом отдельную технологическую оснастку.Недостатки1) Не высокая чистота осаждаемой пленки (из-за наличия рабочего газа)2) Сильная зависимость свойств покрытий от технологических режимов3) Относительно низкая воспроизводимость физико-механическихпокрытий.свойств9.