Берлин Е. - Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких плёнок (1051243), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Если посмотреть на ситалловую подложку СТ-50 на просвет, то можно обнаружить цветные разводы (фиолетовые, бежевые, и т, п.), то есть плотность материала подложки неодинакова, и поэтому микро- рельеф даже на одной подложке при полировке получится различный. Кроме того, для отмывки подложек обычно применяется стандартный перекисно-аммиачный раствор, обладающий высокой химической активностью. Из-за этого отмытая поверхность подложки может быть более развита, чем не отмытая.
Поэтому «свидетель» (подложку, используемую лля контроля величины сопротивления в процессе осаждения и стабилизации резистивной пленки) желательно изготавливать из партии тех же подложек, на которые наносится резистивный слой. 72.4. С)иийиигиияя иооерхиосягяого соггроигииееиия РЕЗИСИГИОИОЕО СЛОЯ При производстве некоторых ГИС с повышенными требованиями к стабильности проводят операцию стабилизации свойств резистивного слоя.
Для этого после осаждения нагревают подложки доТ=240-300'С и выдерживают в течение 10 мин. Процесс стабилизации заканчивается, если прекращается изменение К. Когда температура подложки упадет до 200-220 С, в камеру напускают атмосферный воздух и выдерживают подложки до достижения температуры выгрузки. При стабилизации идет рост кристаллов, и, следовательно, уменьшается сопротивление пленки. Если полученное сопротивление занижено по сравнению с заданным сопротивление пленки, то его можно повысить, применив ионное травление резистивной пленки.
7.2. Технологические особенности нанесения металлизации на магнетронной установке Нанесение многослойной металлизацин в процессе создания ГИС проводят в едином технологическом цикле без нарушения вакуума в установке. В противном случае чистая металлическая поверхность при нормальном давлении быстро покрывается слоем молекул газа. То же, но медленнее происходит и в вакууме.
Молекулы кислорода связы- ваются с атомами металла, и за короткий промежуток времени образуется окисный слой, который покрывается снова адсорбированной пленкой газа. Поэтому эта пауза должна быть как можно короче. Откачка рабочей камеры установки паромасляным насосом создает опасность попадания паров масла в камеру и конденсации их на поверхности подложки.
Это может привести к ухудшению адгезии наносимых пленок и к возрастанию контактного сопротивления. Для исключения этого явления применяют криогенную ловушку на входе паромасляного насоса, заливаемую жидким азотом. Для ее эффективной работы необходимо ее охлаждать, то есть заполнять ее жидким азотом, еше до открытия высоковакуумного затвора. Для тех же целей необходимо сокрашать время экспозиции поверхности холодной подложки во время откачки паромасляным насосом. Для этого целесообразно включать нагрев подложек уже при достижении давления в камере 5.10 ' Па.
Тогда дальнейшее сушественно более длительное время откачки поверхность подложки будет нагрета„ что обеспечит испарение и отражение от нее молекул паров масла. В установках периодического действия мишень подвергается воздействию атмосферы во время перезагрузки камеры. В результате этого воздействия ее поверхность покрывается тонким слоем окисла.
Для получения воспроизводимых результатов его необходимо удалять непосредственно перед нанесением пленки на подложку. Это относится ко всем мишеням, используемым для изготовления многослойной металлизации. Очистку мишеней проводят непосредственно перед началом нанесения, когда уже достигнуты необходимые вакуум и температура подложки.
Для очистки поверхности мишени ее предварительно распыляют на закрытую заслонку. В качестве режима очистки выбирается рабочий режим или несколько более жесткий. Время очистки каждой мишени выбирается 3-5 минут. Обычно этого достаточно, так как скорость распыления металлов достаточно высока. Порядок очистки мишеней выбирается обратный по отношению к порядку нанесения. То есть последней очишается мишень из металла, обеспечивающего адгезию металлизацин к подложке.
Это делается потому, что сразу же после очистки поверхности мишени открывается заслонка и осуществляется нанесение адгезионного подслоя. Затем происходит нанесение остальных слоев, Мишени остальных металлов не успевают за это время окислиться, так как они менее активны по отношению к кислороду ГЛАВА 8 С62 чх.~ 7.Т „б „> Решающим фактором и здесь является отсутствие большого перерыва между нанесением всех слоев, особенно адгезионного подслоя и слоя проводящего металла. Он не должен превышать 10-20 секунд. В противном случае тонкий слой адгезионного металла может успеть окислиться, что резко ухудшит адгезию к нему проводящего металла, ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПОЯВЛЕНИЯ СЛЕДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛЕНКЕ, НАНЕСЕННОЙ С ПОМОЩЬЮ МАГНЕТРОНА Специалистам, занимающимся нанесением тонких пленок в вакууме, хорошо известен один из видов брака — следы разряда (пробоя) на металлической пленке, нанесенной на диэлектрическую подложку.
Они представляют собой тонкие ветвящиеся прозрачные дорожки. Возникновение такого разряда стимулируется заряженными частицами плазмы. Появляться они могут при какой-либо плазменной обработке, в том числе и при магнетронном нанесении. Причиной их возникновения является отрицательный потенциал автосмешения, который плазма создает на подложке, если его величина достаточна для возникновения локального несамостоятельного разряда. Для возникновения автоэлектронного дугового разряда достаточно потенциала, большего, чем потенциал ионизации рабочего газа. Например, для аргона необходимо более 16 В. Кроме того, чтобы локальный разряд оставил следы на пленке, величина такого потенциала должна превышать пороговый потенциал ионного распыления материала пленки, составляющий для различных металлов от 13 до 30 В [11 При магнетронном нанесении величина потенциала пленки может быть как выше, так и ниже порогового.
Величина потенциала существенно зависит от материала пленки, от режимов нанесения и конструкции магнетрона. В частности, она сравнительно невелика при нанесении пленок меди и серебра, всего 8 — 14 В. Более высокие потенциалы возникают при нанесении пленок алюминия или нит- рида алюминия на металлическую пленку: 30-70 В. Поскольку минимальный потенциал распыления, например, серебра в аргоне, — 15 В, то эти потенциалы уже достаточны не только для возникновения пробоев на серебряную пленку, но и для ее ионного фрезерования.
Пока нет пробоя на пленку токи электронов и ионов на нее из плазмы благодаря потенциалу автосмешения равны и примерно равномерно распределены по ее площади. Во время локального пробоя на пленке образуется катодное пятно малого диаметра (5-15 микрон). В нем идет интенсивная бомбардировка пленки ионами плазмы, и происходит быстрое распыление атомов металла.
После чего оно передвигается на свежие участки пленки, создавая на ней причудливые узоры. К катодному пятну электроны стягиваются с остальной поверхности металлической пленки, контактируклцей с плазмой основногоразряда. Поэтому, чем ниже поверхностное сопротивление пленки, тем успешнее поддерживается пробой. Это хорошо подтверждается практикои: на более толстых металлических пленках вероятность возникновения пробоев существенно выше, а след их шире. Возникновению пробоя на металлическую пленку способствует наличие на ней слоя диэлектрика, имеющего, как правило, болыций, чем у металла коэффициент ионно-электронной эмиссии.
Такая ситуация возникает при нанесении на металлическую пленку диэлектрической или при нанесении самой металлической пленки в плохом вакууме, когда диэлектрик образуется за счет реакции металла с остаточными газами. Поэтому образование пробоев резко учащается при возникновении течи воздуха или воды в вакуумную камеру. Улучшение вакуума, обычно, помогает при нанесении металлических пленок, но практически бесполезно при нанесении диэлектрика на металлическую пленку Для борьбы с такими вредными электрическими разрядами естественно было применить электрическое смещение пленки относительно плазмы. Подача на пленку более высокого отрицательного потенциала от внешнего источника питания, как и ожидалось, не снижает количества пробоев, и даже способствует их образованию.
Могло бы показаться, что исключить появление пробоев можно было бы, просто заземлив пленку, и тем снизить разность потенциалов между ней и плазмой. Однако это не приводит к положительному результату, так как резко увеличивает электронный ток на пленку.
В результате на электрическом сопротивлении пленки до точки заземления сохраняется высокая разность потенциалов, достаточная для возникновения пробоев. Исключить появление пробоев на пленку могла бы подача на нее положительного смещения. В этом случае пленка по отношению к плазме становится не катодом, а анодом. Следов на пленке от пробоев нет, но пленка перегревается из-за повышенной электронной бомбардировки. Поэтому этот метод борьбы с пробоями не применяется. Итак, подача любого постоянного смещения на пленку не решает описанной проблемы.
Решить ее удалось с помощью импульсного смещения. На пленку подавали положительный кратковременный импульс, который прекращал ее работу в качестве катода, и тем прерывал пробой. В нашей экспериментальной установке для покрытия рулонных материалов импульсы подавались на один из валов, по которому полимерная пленка прокатывалась уже нанесенной на ее поверхность металлической пленкой. Как и ожидалось, экспериментально было получено, что чем выше частота следования импульсов, тем короче следы пробоев на пленке. Если без импульсного смешения следы образуют рисунок с габаритом до одного метра, то при частоте импульсов 1 кГц они образуют линию длиной менее 100 мм.
При частоте 2 кГц следы видны уже в виде отдельных нитей длиной 40-60 мм. А уже при 4 кГц следы пробоев на пленке не видны. Таким образом, эта частота достаточна для подавления пробоев. Для определения оптимальной длительности импульсов рассмотрим эпюры напряжений и токов импульсов (рис.
8.1). Они были получены, когда источник импульсного смещения подавал прямоугольные импульсы с амплитудой +50 В. Эти импульсы заряжали конденсатор С1, образованный пленкой, подложкой и стенками камеры. Его емкость определяется материалом и размерами подложки. В нашем случае подложка представляла собой лавсан толщиной 200 мкм и шириной 1200 мм, охватывающий охлаждаемый барабан. Емкость такого конденсатора равна примерно 1 мкФ. В процессе зарядки конденсатора напряжение на нем меняется от потенциала автосмещения У,=-40 В до положительньгх значений, а ток импульса снижается от максимальной величины до тока 1,, равного электронному току из плазмы на пленку, имеющую положительный относительно плазмы потенциал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
