vptu (Раздаточные материалы)

Московский Государственный Институт Радиотехники, Электроники и Автоматики(Технический университет)Кафедра ЭлектроникиКурсовая работапо дисциплинеВакуумные Плазменные ТехнологическиеУстройства(ВПТУ)на темуОсобенности образования структурпри вакуумном напыленииВыполнили: студенты 5 курсафакультета Электроника группыЭт-1-98Котельников А.М.Проверил: Бовьбель Е.В.Москва 2002Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)ОглавлениеКурсовой работыВведение.........................................................................................................................3Формирование пленок в процессах ионно-плазменного нанесения........................4Катодное напыление (распыление) .............................................................................6Принцип действия .........................................................................................................6Устройства для напыления...........................................................................................9Диодные системы на постоянном напряжении..........................................................9ВЧ- диодные системы .................................................................................................10Конструкции испарителей..........................................................................................11Примечание..................................................................................................................15Тиглевые испарители и материалы тиглей...............................................................18Структурные последствия образования зародышей в тонких пленках.................19Четыре стадии роста пленки ......................................................................................20Коалесценция островков ............................................................................................21Образование каналов ..................................................................................................23Образование сплошной пленки .................................................................................24Образование дефектов в процессе роста ..................................................................25Дислокации и дефекты вычитания ............................................................................26Список литературы .....................................................................................................29Особенности образования структур при вакуумном напыленииСтр.

2 из 30Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)ВведениеМикроэлектроника в наши дни стала определяющим фактором в радиоэлектронике. Дляпостроения интегральных схем используется два основных направления: планарнаятехнология, с помощью которой создаются интегральные твердые схемы вполупроводниковых материалах, и тонкопленочных, на основе которых создаются пассивныесхемы на диэлектрических подложках.Классическим методом получения чистых поверхностей материалов является испарениеи конденсация в сверх высоком вакууме. Тонкие пленки металлов или полупроводников,полученные вакуумным испарением обычно поликристаллические или аморфные то есть вних невозможно определенное кристаллографическая ориентация поверхности.Технология многослойных структур должна обеспечивать высокое качество ростаматериалов слоистых структур и совершенных границ раздела между этими материалами.Только в этом случае могут быть реализованы те потенциальные возможности, заложенные вполупроводниковые структуры.В настоящее время тонкие пленки нашли широкое применение при исследование связейструктуры твердых тел с их свойствами, а так же в ряде приборов: Электронных схемах,оптических инструментов, магнитных элементах памяти.Особенности образования структур при вакуумном напыленииСтр.

3 из 30Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)Формирование пленок в процессах ионно-плазменногонанесенияИонно-плазменное и ионно-лучевое нанесение включают в себя процессы созданияпокрытий(пленок) в вакууме на под ложках, в которых необходимый для полученияпокрытий материал переводится из твердой в газовую фазу распылением мишениэнергетическими ионами. Распыленные частицы, осаждаясь на поверхности подложки,формируют пленку материала.Этот процесс можно разделить на три этапа:1)распадение материала мишени;2)перенос распыленного материала в пространстве мишень-подложка;3)осаждение материала на подложке (конденсация).Формирование пленок в процессеионно-плазменногонанесенияиз-завысокогорабочегодавления,неопределенностиэнергииионовираспыленных частиц, происходит в болеесложных условиях, чем в ионно-лучевомнанесении.Поэтомуионно-лучевоенанесение можно рассматривать как некуюидеализациюионно-плазменногонанесения.Разновидностипроцессаионноплазменногонанесенияопределяютсявидом устройств для распыления материалаРис.

1. Схемы вакуумного напыления (а) имишени:Вч-распыления,устройстваионно-плазменного нанесения (б): 1 - подложка; 2 катодного распыления на постоянном токе,испаритель; 3 - нагреватель;4 - мишень; 5 триодные устройства ионно-плазменногонапыленные частицы; 6 - распыленные частицы; 7 нанесения, магнетроны.бомбардирующие ионы; 8 - вторичные электроны.Комплектностьпроцессаионноплазменного нанесения определяет такиеразновидности: геттерное, реактивное ионно-плазменное и ионно-лучевое нанесения, ионноеосаждение. Основным различием в них является вид рабочего газа и условия осажденияпленок на подложках.На Рис.1 представлены схемы процессов вакуумного напыления и ионно-плазменногонанесения. Одним из основных преимуществ ионно-плазменного нанесения является высокая,по сравнению с испаренными, энергия распыленных частиц.Eu −n ≈ 3 − 5 эВ;Eèñë ≈ 0,15 эВ при T = 2000 ºКЭто позволяет осаждающимся частицам частично внедряться в подложку, чтообеспечивает высокую адгезию (сцепление) пленки к подложке.Другая важная особенность - возможность получения пленок многокомпозиционныхматериалов, что практически невозможно термическим испарением из-за различия давленияпаров компонентов.Таким образом, перспективность ионно-плазменного нанесения определяетсяследующими качествами:1.Пленки имеют лучшую адгезию и более плотные.Особенности образования структур при вакуумном напыленииСтр.

4 из 30Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)2.Осаждение пленок происходит без изменения стехиометрического состава,если температура мишени и подложки остается достаточно низкой.3.Возможностьюнеплавящихся материалов.полученияпленоктугоплавкихматериалов,атакже4.Регулировкой состава энергетических ионов и газовой среды во времянанесения можно изменять свойства получаемых пленок, контролировать и управлять ихстехиометрией.5.Подложку и растущую пленку можно очищать до, в процессе и послеокончания процесса нанесения ионной бомбардировкой.Недостатки ионно-плазменного нанесения:1.Низкая скорость напыления. Этот недостаток преодолим при магнетронномраспылении.2.Большее количество загрязнений в пленке по сравнению о вакуумнымнапылением, из-за необходимости поддержания более высоких давлений рабочего газа.

Приионно-лучевом нанесении загрязнения сведены до минимума.Особенности образования структур при вакуумном напыленииСтр. 5 из 30Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)Катодное напыление (распыление)Принцип действияРис.2. Механизм нанесения покрытия методом катодного распыления: 1 катод (мишень); 2 - источник высокого напряжения (питание); 3 - анод(подложка); 4 - аргонПодлежащийнапылению материал ввиде пластины толщинойнесколько мм и размеромповерхности, близким кразмеруповерхностипокрываемогоизделия(подложки), крепится наохлажденном катоде, ккоторомуподаетсяотрицательное напряжениеот 3 до 4 кВ.

Анодрасполагаетсянарасстоянии нескольких сми используется, главнымобразом,вкачестведержателяподложки(Рис.2).Если давление в вакуумной камере от 10 −2 до1 мм. рт. ст., то электрическое поле, возникающее в тлеющем разряде между катодом ианодом, вызывает ионизацию остаточного газа (рис.3).Процесс ионизации. Энергия ионизации e ⋅ Ô i , необходимая для создания ионов,передается атомам или молекулам через неупругие взаимодействия с электроном. Исходя иззаконов сохранения импульса и энергии, условие ионизации запишется в видеM2⋅ E1 = e ⋅ Ô iE max =M1 + M 2гдеE max - максимальнаяпереданная энергия; E1 и M 1 энергия и масса электрона; M 2 масса атома или молекулы; Ô i потенциалионизации;eэлементарный заряд.Сравнение времени переходаэлектрона с электронной оболочкиатома на уровень ионизации ивременивзаимодействиясталкивающихся частиц даетоптимальное условие ионизацииh⋅Vr = e ⋅ Ô irwгде h - постоянная Планка; rw -Рис.3.

Разряд на постоянном токе: 1 - катод; 2 - анод; 3 -темноекатодное пространство (объемный заряд ионов). Здесьнаибольшее падениеприложенногонапряжения;4отрицательное свечение. Место ионизации молекул вторичымиэлектронами; 5 - темное пространство Фарадея; 6 положительный столб. Здесь концентрации электронов и ионовравны; 7 - темное анодное пространство.Особенности образования структур при вакуумном напыленииСтр. 6 из 30Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)радиусвзаимодействия;Vrотносительная скорость частиц. Привыполнении уравнениясечениеионизации(σ i )достигаетмаксимального значения. На рис.4представлено сечение ионизации дляаргона ( Ar ) в зависимости от энергииэлектрона.Электроны,образованныеподвоздействием ионной бомбардировкикатода,получаютускорениевэлектрическом поле, возникающем втемномкатодномпространстве(объемный заряд ионов).

Они входят взону "отрицательного свечения", гдеони сталкиваются с атомами газа, врезультате чего возникают ионы иподдерживается электрический разряд вгазовой среде. Положительные ионыРис.4, Сечение ионизации σ i для аргона в притягиваются катодом и распыляютего.зависимости от энергии электрона.Если поместить изделие перед катодом,то на нем оседают распяленные атомы с катода, образуя покрытие. Покрытие получается засчет конденсации атомов, выбиваемых из пластины (катода) под воздействием ионов.В качестве рабочего газа чаше всего используется аргон ( Ar ).