Берлин Е. - Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких плёнок (1051243), страница 20
Текст из файла (страница 20)
нне и —. н-~ — — ~ОР~ М .хг М.)у о и (1-0,) (М М„) + ' + ' .~ — '-1 — ~, (10.!1) А'„Ф Р )У, а, Р'„М„а ~И, где М и М вЂ” молекулярный вес соответственно металла и соедине- ния, а и Н вЂ” плотность соответственно металла и соединения, А~в число Авогадро. В привеленных уравнениях присутствуют три группы величин: ° Физические постоянные и параметры используемых веществ. Они берутся из справочников. ° Параметры используемого оборудования, такие как скорость откачки вакуумной камеры, площадь мишени и эффективная плошадь подложки. Они известны технологу. ° Переменные величины, характеризующие процесс.
Это парциальное давление реактивного газа, его поток в камеру, скорость его поглощения пленкой, состав и скорость роста пленки, ток и напряжение разряда. Получение зависимостей между этими величинами и есть основ- ная задача модели. Для этого необходимо решить приведенную выше систему уравнений (!.10.2-!.10.11).
Ее удается решить однозначно, причем получение однозначного решения указывает на полноту такой системы уравнений. Решение этой совокупности уравнений дает лю- бые интересуюшие нас зависимости параметров процесса друг от дру- га. Их можно получить любое количество. Только некоторые из них показаны на рис. !О.! на примере процесса получения ингрида алю- миния. На рисунке проиллюстрированы по две основные зависимос- ти, полученные при различных способах проведения процесса: ° при постоянном потоке реактивного газа в камеру, ° при постоянном напряжении разряда, ° при постоянном токе разряда.
° при условии получения стехиометрического состава пленки. На первом графике показана зависимость скорости роста плен- ки от тока разряда. На практике в таком виде она может быть получе- на только при использовании одного из известных способов контро- ля парциального давления.
В противном случае указанная зависи- мость представляет собой хорошо известную гистерезисную петлю с двумя самопроизвольными переходами между двух равновесных со- стояний разряда. На втором графике мы видим известную Х-образ- ную вольтамперную характеристику (ВАХ) такого разряда 115). !46 в !.г юо.яы Г 3в.вд ю в ю !Ота) Как известно, для такого разряда необходимо использовать источники питания со стабилизированным напряжением (15~. Это проиллюстрировано на второй паре графиков. Здесь, как мы видим, основные параметры процесса монотонно зависят друг от друга, и никаких гистерезисных петель не возникает.
То есть процесс устойчив и легко управляем. Третья пара графиков иллюстрирует противоположную ситуацию, когда выбран неподходящий для данного процесса источник питания, а именно источник стабилизированного тока. Хорошо видно, что зависимости не однозначные, и процесс неустойчив. И, наконец, четвертая пара графиков представляет совокупность режимов, обеспечиваюших осаждение стехиометрических пленок нитрида алюминия.
При соблюдении этого условия скорость нанесения пленки прямо пропорциональна току разряда, и напряжение разряда плавно растет с ростом тока. Таким образом, приведенные графики описывают различные способы проведения реактивного процесса, подтверждение которым мы наблюдали в своих экспериментах, Причем особенно часто проверялись зависимости, получаемые при стабилизированном напряжении разряда. В этом режиме мы работали практически постоянно. В этом же режиме мы провели сравнение экспериментальных данных с расчетными данными, полученными при использовании двух моделей известной и новой. Результаты сравнения двух моделей с экспериментом приведены в таблице 10.2.
В расчетах и в эксперименте нами использовался следующий режим: магнетрон с алюминиевой мишенью плошадью 0,2 м', напряжение разряда 365 В, поток азота в камеру 0,236 Вт, скорость откачки камеры 5 мз/с. Сравнение режимов по таблице 10.2 позволяет сделать выбор более правильной модели.
Как и ожидалось, это оказалась предлагаемая модель. Она ближе к эксперименту по величине парциального давления азота в разряде и быстроте поглощения азота растущей пленкой. Это говорит о том, что в основу новой модели положен механизм, более близкий к реальности.
Аналогичные сравнения были проведены по работам других авторов [7, 16), посвященным получению нитрида алюминия реактивным магнетронным распылением на постоянном токе. И здесь предлагаемая модель дает результаты значительно лучше совпадающие с экспериментом. Таблица 10.1 . Металлы Г т,г.,ч, ! Сг, Рв, Св А(, 5!, сн, Таблица 10.2 120 100 80 1(Р) 00 40 к(Р) 10" 15 1 20 05 250 ЗЮ 370 430 490 550 Ц(Р) 20 40 60 8 1(Р) А) прн постоянном потоке азота Таким образом, предложенная модель имеет другую область применения, не охватываемую существуюшей моделью, в частности, она работает при моделировании таких важных для практики процессов, как получение нитридов кремния или алюминия.
Она позволяет для этих процессов гораздо лучше рассчитывать характеристики процесса, и проводить его оптимизацию, не прибегая к многочисленным экспериментам. С ) 08 влееивв 1. Глава 10. Моделирование«роцессо реоктнвноео нанесения Литература к главе 10 »~ и. г»~еД 3 Д,/Р)«10' 2 0 0 06 0.1 2 0.1 8 0.24 0 3 Ф (Р) 0 0 2 0.4 0.6 0.8 1 0,(Р) 550 430 п(Р) — 370 3(0 380 1.6 1,2 Р..й)"! О" ОД 360 ().(1) — 340 0.4 320 300 0 20 40 60 80 !00 1 0 20 40 60 80 !ОО ! Рис.
10.1. Характеристики реактивного процесса получения пленок нитрила алюминия 5 4.5 4 35 3 В,(Р)Х 0" 2.5 2 1.5 ! 0.5 Б) прн постоянном напряжении разряда 250 0 01 02 ОЛ 04 05 0 0.13 0 25 0.38 0.5 (),(Р) $),(Р) В] прн постоянном токе разряда Г) прн получении стехнометрнческого ингрида 1. 8. Вега апд ай., Модейпа оГ геасйче зрипеппа оГ сошроипд пииепа15.— 3. Час.
8с$. Тссйпо). А, 1987, ч.5, №2, р. 202-207. 2. 8. Вега апа ай, Ргосевв шоаейпа оГ геасйче врипеппа.— 1, Час. 8с). Тесйпо1. А, 1989, ч. 7, №3, р. 1225-1229. 3. 8. Вега апд ай., Сошршег пюаейпв аз а (оо) го ргесйсг дерояйоп гаге апд й1ш сошроягюп 1п геас(Хе врицеппа ргосся.— Е Час. 8с1. Тесйпо).
А, 1998, ч 16, МЗ, р. 1277-1285. 4. Р Саг!ввоп апд ай., Кеасйзс зринеппа ш)па пао геасгпе ааюв, ехрепшепм апд сошригег пюдейпк.— 1. Час. 8с). Тесйпо!. А, 1993, ч. 11, М4, р. 1534-1539. 5. Т. ХуЬега апд ай., )п яШ 0)ааповйс в(иа)ез оГгсасйче со-врицеппа Ггош (но (агуон Ьу шеапз оГ юй х-гау апг1 орйса) епиыюп вресгговсору.— ). Час. 8с!. Тесппо). А, 1997, ч. 15, №1, р. 145-148. 6.
ЧА. Ком, 1.Ч. !о1те апд А. Ве)впд, Сошрша(юпа! пюре! оГ геасгне вриасг)па,— 1. Час. 8с(. Тесйпо1. А, 1993, ч. 11, МЗ, р. 701-703. 7. Н. ОГпег, апд ай., А геасйче вриггеппа шоае! аррйед (о А)Х.— 1. Час. 8с). Тесйпо). А, 1991, ч. 9, Хв5, р. 2795-2796. 8. Л.П. Саблев, В.М. Шулаев и А.А. Андреев. Сорбционные высоковакуумные злектродуговые насосы большой производительности для технологического оборудования.
— В сборнике трудов научно-практического симпозиума «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении», Харьков, 2000, 17-21 с. 9. Ег)ег Н.С»., Ке)езе О., %е!взшапге! С. Хйг)бе й)ш дсровшоп Ьу геасгше юп Ьеаш врицеппа. — ТЫп бо!Ы ГП1пн, 1980, ч. 65, Х»2, р. 233-245. 1О.ЪЬ)яшап(е! С. )опЬеагпий)(габон ГогегсЫпвапдй!ш«$ерояйоп. — )с нас, )свсоисйев пипсев, 1976, №183, р. 107-116. ) 1. Наврет 1 М Е., Сиошо ),5., Нспгхей Н ТО.
8уптйеяв ОГ согпроипд (Ып й1ш Ьу диа! )оп Ьеаш дсрояйоп. ).Ехрег)шеп(а) арргоасЬ. — ). Арр1. РЬув., 1985, к 58, М1, р. 550-555. 12. Непгхей КТО., Наврет ).М.Е., Сиошо 3 Ь Гяшсгиге оГ А1-Х й!пм аеровйед Ьу а чиапшайче диа! )оп Ьсаш ргосевв. — Магег. Кев. 8ос. бушр.
Рго., 1984, ч. 27, р. 519. )З.А)Т$пйо )„рашопз К.К., Мссйапнпм оГчо1(аае сои!гойей, геасйче, р)апаг шаапеггоп вриаеппв оГА$ ш Аг/Х, апд Аг/О, агпюврйегез. — ). Час. 5с). Тесйпо). А, 1984, ч. 2, МЗ, р. 1275-1284. 14. МоваЬ Сй., Еививо Е., Васдзсаг(сппа апа)уви о(йге сошровиоп оГвйкоп-пйгЫс й)шв даров)геа Ьу гГ геасцче зрииеппа. — 1.
АРР1. РЬув, 1976, ч. 47, М4, р. 1302-1309. 15. Сейдман Л.А., Способы управления процессом реактивного магнетронного распыления с помошью вольтампериых характеристик разряда. — В книге «Труды постоянно действующего научно-технического семинара Г Влектровакуумиая техника и технология»», М., 1999, 168 с. ! 6. 8сйийе У., ЯОЬе О. Мадле(гоп арине ппа оГа)шгишшп ияпа охуаеп ог пйгоаеп ав геасйче бав. — ТЫп бойг$ Рйшз, 1998, М324, р. 19-24. ГЛАВА 11 ПОЛУЧЕНИЕ ЧЕРЕДУЮЩИХСЯ СЛОЕВ РАЗЛИЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ В ОДНОМ ПРОЦЕССЕ НА МАГНЕТРОННОЙ УСТАНОВКЕ В производстве современных полупроводниковых приборов используются чередуюшиеся слои различных диэлектриков для проведения тонкой фотолитографии или получения сложных пространственных структур.
Особенно часто применяются чередуюшиеся слои на основе соединений кремния: его нитрида и оксида. Получать такие слои желательно в одном вакуумном цикле, так как это не только увеличивает производительность, но и снижает количество дефектов в слоях ]3]. При нанесении покрытий на полупроводниковые структуры, в частности из арсенида галлия, существенно ограничена возможная температура нанесения. Она должна быть не выше 300'С.
При такой температуре достаточно высокую адгезию и скорость нанесения обеспечивает метод реактивного магнетронного нанесения, в котором кремниевая мишень распыляется в смеси аргона и реактивного газа, азота или кислорода !2 — 3]. Такой метод позволяет на движущиеся подложки наносить слои химических соединений с достаточно большой скоростью: 1-2 мкм/час. Для осуществления указанного процесса была использована описанная выше универсальная установка Каролина Д-10».
Мишень из шести пластин монокристаллического кремния марки КЭФ 0,1 была прижата к водоохлаждаемому основанию из нержавеюшей стали. д дд.дд ЮдЮ~ Ю д дП ]) Подложки из кремния или арсенида галлия устанавливались на кассетах, объединенных в барабан диаметром 500 мм и высотой 450 мм. Общая загрузка составляла Зб подложек. Нанесение велось на внутреннюю поверхность барабана, врашаюшегося со скоростью 20 оборотов в минуту. Перед нанесением слоев подложки нагревались до температуры 250 С. Газы (аргон, азот и кислород) в камеру подавались через газораспределительную систему ионного источника.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
