Установка для магнетронного нанесения покрытий (Раздаточные материалы)

ÍÎÂÛÅ ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈПри металлизации гибридных ИС желательно наноЕ.Берлин,Л.Сейдмансить чередующиеся слои различных металлов наподложку за один технологический цикл. Это позволяет значительно улучшить межслойную адгезиюНа внутренней поверхности вертикального барабана диаметром480 мм в съемных кассетах высотой 450 мм размещается до 36 полупроводниковых пластин диаметром 100 мм или 95 ситалловыхподложек размером 48х60 мм.

На барабане установлен также держатель датчика сопротивления напыляемой пленки (свидетеля),контакты которого через коллектор выведены наружу. Привод вращения барабана, установленный сверху на колпаке рабочей камеры, обеспечивает контроль скорости вращения (10–40 об/мин) барабана с подложками. Он управляет также положением заслонки(открыта или закрыта) за счет реверса направления вращения барабана. Назначение заслонки – тренировка мишени любого магнетрона перед каждым напылением.Для нанесения за один цикл нескольких слоев различных материалов внутри барабана вертикально располагаются протяженныемагнетроны с мишенями длиной 440 мм (рис.2).

Мишени прижимаются к водоохлаждаемому основанию прижимной рамкой, вдольоси над ними расположен анод магнетрона, который так же, как ибарабан с подложками, изолирован от корпуса установки, благодаря чему на него можно подавать положительное смещение, а наподложки – отрицательное. Весь катодный узел окружен защитнымэкраном.Кроме магнетронов в барабане находится протяженный ионныйисточник типа "Радикал". С его помощью проводится предварительная очистка подложек пучком ионов кислорода (или любогодругого рабочего газа) при токе до 1 А (эта операция обычно занимает 3 мин). Подложки перед нанесением пленок нагреваются излучением двух нагревателей до температуры 300°С (рис.3).

Нагреватели представляют собой два отражателя, на которых смонтированы протяженные ТЭНы мощностью 2,5 кВт каждый. Температураконтролируется с помощью платинового резистивного датчика, закрепленного на барабане установки.Газы (аргон, азот и кислород) подаются в камеру через газораспределительную систему ионного источника по магистралям из нержавеющей стали. Поток газов автоматически независимо контролируется трехканальными регуляторами их расхода, выполненнымина базе РРГ9 с электромагнитными запорными клапанами. Диапазон регулировки расхода рабочего газа – 0–0,1 Вт.и исключить расслоение структуры при дальнейшихоперациях осаждения пленок в вакууме, посколькупри сравнительно длительном перерыве между ними материал верхнего слоя конденсируется не начистую поверхность нижней пленки, а на поверхность, покрытую слоем окисла. При производствесовременных полупроводниковых приборов дляпроведения тонкой фотолитографии и получениясложных пространственных структур также необходимо наносить чередующиеся слои различных диэлектриков – как правило, оксида кремния и его нитрида.

Получать такие слои желательно в одном вакуумном цикле, так как это не только увеличиваетпроизводительность процесса, но и снижает плотность дефектов в слоях. Эти задачи могут быть успешно решены с помощью модернизированнойвакуумной установки "Каролина D10".Разрабатываемые ООО "ЭСТОВакуум" установки магнетронногонапыления предназначены для выполнения различных технологических задач, но характеризуются общим конструктивным решением и максимальной унификацией узлов и деталей. Модифицированная для нанесения чередующихся пленок за один цикл вакуумная установка УВН71П3 содержит традиционный вакуумный пост истойку управления. В вакуумный пост входят рабочая камера и система откачки, содержащая механический и диффузионный насосы.

Для согласования эффективной скорости откачки камеры диффузионным насосом типа Н2Т, имеющим азотную ловушку на входе, с производительностью механического насоса при большихрасходах газа предназначен двухступенчатый агрегат типа АВР50,вынесенный за пределы установки.ÑÒÎÉÊÀ ÏÈÒÀÍÈß È ÓÏÐÀÂËÅÍÈß ÓÑÒÀÍÎÂÊÈЭта стойка содержит все системы управления установкой и располагается вплотную к вакуумному посту.

Для питания магнетрона используется блок питания постоянного тока типа ИВЕ145 фирмыConsent, содержащий бестрансформаторный преобразователь токапромышленной частоты в ток с частотой 30 кГц. В блок входит схема стабилизации тока или напряжения разряда, устройства дугогашения и защиты от короткого замыкания, а также схема защитыÐÀÁÎ×Àß ÊÀÌÅÐÀ ÓÑÒÀÍÎÂÊÈРабочая камера (рис.1а,б) содержит весь джентльменский наборустройств, необходимых для решения поставленных задач. В зависимости от выбранной комплектации это – от одного до трех протяженных магнетронных источников, ионный источник для очисткиподложек, барабан с держателями подложек и двухсекционный нагреватель подложек. Рассмотрим эти узлы подробнее.ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 7/200358б)1 – Привод карусели, 2 – Стойка, 3 – Барабан, 4 – Заслонка,5 – Магнетрон, 6 – Ионный источник, 7 – Затвор вакуумныйa)Ðèñ.1.

Ðàáî÷àÿ êàìåðà óñòàíîâêè: âèä ñïåðåäè (à) è ñâåðõó (á)от перекоса фаз. Максимальная мощность блока питания магнетрона составляет 6 кВт,ток – до 10 А, его выходное напряжение гарантирует возможность работы с любым типом мишени. Такой блок питания незаменим при нанесении диэлектрических слоев методом реактивного магнетронного распыления. В литературе магнетрон с таким блокомпитания называется импульсным .По выбору оператора магнетрон может заканчивать работу в автоматическом режимелибо по истечении заданного времени напыления, либо после напыления на свидетельслоя (только первого) заданного сопротивления.

Реле времени напыления, датчик и цифровой измеритель сопротивления установлены в блоке управления процессом.Датчик сопротивления напыляемой пленки во время вращения барабана, при каждомего обороте, попадает в зону плазмы работающего магнетрона, что вызывает временноеискажение значения замеряемого сопротивления. Чтобы исключить такое искажение показаний свидетеля, на приводе вращения барабана сверху рабочей камеры устанавливается датчик положения свидетеля относительно магнетрона (датчик стробирования).Схема измерения сопротивления свидетеля по команде датчика положения считываетинформацию только тогда, когда свидетель находится за пределами зоны плазмы магнетрона. Измеренное сопротивление запоминается и воспроизводится цифровым индикатором. При каждом обороте барабана показания измерителя сопротивления обновляются.В блоке питания и управления трехканальной прецизионной системой газонапуска типа РРГ92,5 предусмотрена цифровая индикация заданных и фактических значений расхода газов.

При этом значения расхода рабочего газа по каждому каналу задаются раздельно и поддерживаются постоянными независимо друг от друга с точностью ±1% отмаксимального значения расхода дозатора. Показания расходомера, пропорциональныепотоку газа, выражаются в вольтах. Для получения значений потока газов, выраженных вваттах, показания расходомера необходимо умножить на соответствующий градуировочный коэффициент: 0,0175 для аргона, 0,025 для кислорода и азота.591 – Прижимнаярамка,2 – Анод,3 – Мишень,4 – ЭкранÐèñ.2. Ïðîòÿæåííûå ìàãíåòðîíûЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 7/2003ÍÎÂÛÅ ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈБлок питания привода барабана позволяет плавно регулировать скорость вращения подложек в диапазоне 10–40 об/мин.Блок управления нагревом обеспечиваетцифровой контроль заданного и фактического значений температуры (в диапазоне50–300°С с точностью ±5°С), плавную подачу напряжения на нагреватель, стабилизацию температуры изделий и блокировку системы нагрева при отсутствии вакуума илиохлаждающей воды.Производительность установки составляет не менее двух процессов за смену (до12 – в зависимости от температуры процесса и параметров напыляемых пленок).

Мощность, потребляемая установкой от питающей сети, не превышает 15 кВА.лектриков, а также их комбинаций.Рассмотренная вакуумная напылительная установка, предназначенная для нанесения слоев металлов, резистивных сплавов и диэлектриков, а также их многослойных комбинаций выпускается серийно. Ее комплектация зависит от требований заказчика. Изготовленные к настоящему времени установки успешно эксплуатируютсяна многих предприятиях электронной промышленности.ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ1.

Кон драт ов Н .М. Резистивные материалы. – Обзоры по элек+тронной технике. Сер. Материалы, 1979, вып.4, с.36.2. Се йд ман Л.А. Способы управления процессом реактивногомагнетронного распыления с помощью вольт+амперных харак+теристик разряда. – Труды постоянно действующего семинара"Электровакуумная техника и технология"/ Под ред.

А.В.Гори+на.– М.: 1999. – 168с.3. Бе рли н Е .В., Воробье в А.Н., Се йд ман Л.А. Получение чере+дующихся слоев диэлектриков на основе кремния. –ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2002, №5, с.50–52.ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÎÅ ÏÐÈÌÅÍÅÍÈÅÐÀÑÑÌÎÒÐÅÍÍÛÕ ÌÀÃÍÅÒÐÎÍÍÛÕÐèñ.3. ÍàãðåâàòåëüÓÑÒÀÍÎÂÎÊУстановка магнетронного напыления использовалась в производстве гибридных ИС для нанесения в одном процессе на диэлектрические подложки размером 60x48 мм и толщиной 0,5–2 мм резистивных материалов типа РС5406 или РС3710 [1] и защитного слоятитана. Нанесение слоя с поверхностным сопротивлением20–1000 Ом/кв занимало 2–25 мин при токе разряда 0,8–2 А. Разброс значений удельного сопротивления пленок партии обычно непревышал ±5%. На установке также проводили металлизацию ГИС,для чего наносили чередующиеся слои различных металлов, например ванадия, меди и хрома.

Скорость нанесения меди составлялапримерно 8 мкм/ч при токе разряда 12 А.Установка себя хорошо показала и в более сложных процессах,таких как реактивное магнетронное нанесение в одном вакуумномцикле пленок оксида кремния и его нитрида, в которых кремниеваямишень распыляется в смеси аргона и реактивного газа – азотаили кислорода [2,3]. Метод позволяет наносить на движущиесяподложки слои этих химических соединений с достаточно большойскоростью: 1–2 мкм/ч.При проведении данного процесса на магнетрон устанавливалась мишень из монокристаллического кремния марки КЭФ 0,1.Она прижималась к водоохлаждаемому основанию. Режимы, необходимые для получения стехиометрических пленок нитрида кремÐåæèìû ïðîöåññîâ ïîëó÷åíèÿ ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ ïëåíîê Si3N4 è SiO2СоединениеНитридОксидНапряжение Ток разряда в Поток реактив Скорость нанеразряда, В смеси газов, А ного газа, Вт сения, мкм/ч500520650,0250,0371,261,35ния и его оксида, приведены в таблице.В этих режимах пленки наносились на полупроводниковые пластины, содержащие структуры арсенидгаллиевых СВЧполевыхтранзисторов.