Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 134
Текст из файла (страница 134)
5 перечислены металлы, которые с успехом можно анодировать с образованием качественной пленки, обладающей необходимыми электрн. ' чсскнмп свойствами. 7. Анодирование росте пленки ТалОб, рекристаллизованные участки являютсл особо опасными с точки зрения возможности короткого замыкания через пленку. Второй способ выращивания пленок основан на применении постоянного напряжения. В этом случае характеристики роста пленки будут выглядеть, как показано на рис. 25. На графике изображена зависимость толщины пленки от времени, причем окончательная толщина определяется прикладываемым напряжением (см. табл.
5). Ток будет уменьшаться до нуля по мере того, как величина напряжения в поперечном сечении плеихи достигнет полного значения прикладываемого напряжения. Нужно отметить, что эти зависимости подобны характеристикам пленок, вырапбеиных термическим спосо- Фвв е С $ урв ьь 2вв уу 50 со Время,мпм Ркс. Зб. Яелеклл палевой рекркетеллкеедлк, возникающее арк еыращкееллк влеккй тлеп* способом лкадлрооалке врл действии елльеых електркеееккх полей. Рле.
зб. Заелекмость толщккм олелок тоотлле к ллюмккое, полученных «ео- дорОкллоем лрк востоковом ллореме- лкк бо В от еремеле оеамделк». бом. Такой метод часто используется при выращивании пленок на подлож. ках из алюминия, поскольку при этом через дефекты в пленке можноконтролировать электрический пробой, который может иметь место в присут. ствии сильных электрических полей (например, при анодироваиии с использованием постоянного тока). В. Режим роста и структура 16е Главные отличительные черты, свойственные всем анодным окисныи пленкам, заключаются в том, что оии растут аморфными слоями, не обра.
зуя кристаллической решетки. Обычно оксидные поверхности получаются гладкими и бездефектнымн, однако если поверхность металла недостаточно чистая и ровная, па пограничном слое металл — онисел могут появляться дефекты кратерообразной формы, а на границе пленки и электралнта— нуполообразные. На рис. 26 и 27 приведены примеры подобных дефектов.
Границы зерен материала подложки танже могут служить источниками дефектов структуры поверхности окисла. Примеры таких дефектов пока. раны на рис. 26. Теория процесса роста в настоящее время находится в с~адни обсуждения. Анализ процесса был приведен в работе (4Ц, автор которой исходил из предположения о существовании потенциального барье- Гл. 5. Оспжденпе тонких пленок лпммчесдпми метеднззп Рнс. зк крвтсрообрвзные дефекты, «оз- Рнс. 22.
кзоолообрвзные дефекты. нозннннннющне нв еограннчнеы слое «лющне нн ногрвннчвоы слое аз*0. е оро- ДЬ-АГ,О. в дроцетсс лноднронвннн. (Сзь вессс «наднрозлннн. ра на границе металл — окисел, считая, что рост пленки стимулирует подвкжность ионов, преодохеввюпщх барьер.
Весь ход процессе зависит от того, движутсн через барьер металлические или кислородные ионы; квк покарано в гл, $2 настоящего справочника (механические свойства тонких пленок), напряжения, иозниквизщие в пленке, и ее окончательные злектрическпе характеристики также зависят от кинетики роста, Рнс. за. дефектзг структуры нонерхвестн окнслн, возвнкщне Чрн еноднревв нвн ве границам ненеи интерполе аед' ломки цнркоантв [м1 Ф чрйэввое анодирование Ф': 27й[н(И6ВАИОДИРОВАНИЕ(17,!0) ':.'" Й'1,".'с' ' ' р(ря: газовом знелировакяц жидкостный' электролит, аналогичный по ° йзйоеээаиу промышленным электролитам, помещается в камеру'низкого дав " ликии ()О-з 'мм.
рт. ст.), в яоторой иоддерэипваагся тчеющнй,резряд. Схематическое изображение экспериментально. го оборудования ноказаио на рис. 29. Кад было впервые продемонстркровано й(айлсом'н Смитом [17), металлический л)вмиг образеР, подвергнутый анодированню, номе. ',оижмйлму щвйтся в область наибольшей проводимости ггглк тлеющего разряда н положительно заряжается по отношению к аноду. Этим способом ( аводируют различные металлы (а именна, ° ь алюминий, тантал и сплав тантал — титан). лг)элзмг Огношенне толщины к напряжению в дэи- (лйлллруеиыл) лил)г пом случае выше, чем при' обычном аиодиро- Ллздлэл7мгУ ванин(для тантала эта'величина составляет игн 20 Д/В).
Это объясняется повышенной тем- 200 ператчрой анода в условиях газового раэряла. Вообще говори, газовое анодирование можно с усцехом проводить лишь тогда, ко. внн. ээ. снннн, гстэеастнн анн гда аиодируемый металл имеет высокое ка- нннннрнннннн. честно поверхности. Системз обладает весьма низким коэффициентом эффентизности тока, скорость роста очень мала (внутренние полости анодировать втим методом невозможно), При газовом ааодировании очень важно, чтобы анод разрядной цепи был изготовлен из материала, не вступающего в реакиию, в противном случае напряжение системы будет падать на окисле, образующемся на аноде.
9. ТЕРМИЧЕСКОЕ ВЫРАЩИВАНИЕ [20) А. Саыопронзвольный рост пленок Разнообразные пленки можно выращивать на металлических подложках с помощью нагрева в газах требуемого состава (кислород для окг(слои, окись углерода для карбидов, азат лля яитридов). Как и прн анодировании, самые качественные пленки обладают аморфкой. когерентной стрфйт>рой. Однако этот способ ие позволяет выращивать пленки' большой толщины, так кзк с увеличением толщины процесс роста"очень замедляется. Если построить график зависимости тодшииы от времени осаждения, можно обнаружить параболический характер крнэой, подобный графику процесса аиоднроеания при постоянном напряжении (рйс: 30».
Следует отметить, что прн некогерентном характере процесса рости можно добиться увеличения толщины пленок, однако все. иаращиваеыг(з сверх некоторого предела слои окисла будут хлопьевидиыми и могут йегип ОтСлаиватЬсЯ. В отдельных случаях (например, при нспользовадик .в качестве подложки алюминия при температуре 000'С) иа .поверхности подложки может происходить рекристаллнзацня, что приводит к реоксидированию подложки. Поскольку подвижность ионов через окисяую пленку зависит от тампературы, а напряжения в пленке определяются ее толщиной, сплешные Гл.
5. Осаждение тонких пленок химическими методамн когереитные пленки можно выращивать только при низкой температуре. При более высоких температурах толщина пленки превысит установленный предел, внутречние напряжения будут вызывать в пленке трещины и раз. рушения вплоть до сбнажения поверхности подложки. Это явление проил. люстрировано графиком !рис. 31), на котором полная толщина пленки изображена как функция времени при обычном процессе окисления.
Перечень металлов, образующих сплошные когерентные окисные пленки с удовлетворительными диэлектрическими свойствами, весьма ограничен. Из него как наиболее важные можно выделить алюминий, тантал и крем- йа зт нй Ьау В мргр нпя имр усу Время„млм племя Рис. ЗО. Зависниесть толщины от времени осаждение тертенчеекн выращивасмой оленин д!.О, иа алщминиевой под. ложке, иа виадуке, прв температуре то' с. Рис. Ш, Зависимость толщины от вре- мени есаждени» пленок прн термиче- ском выращивании (общий случай). ний.
Описание этого метода с электрохимической точки зрения не входит в задачи данного раздела и поэтому здесь не рассматривается. Более пол- ную информацию, касающуюся .термического выращивания окисных слоев, читатель найдет в работе Эванса (301 по коррозии. Б. Плазменное окисление Одним из недостатков метода термического выращивания является тот факт, что температура может повышаться до предельно допустимых значений прежде, чем пленка достигнет заметной толщины. Например, Эвиттс показал, что для того, чтобы на кремния вырастить окисную пленку толщиной 3500 А, потребуется температура 1100'С в течение 1 ч (19). Этого можно избежать, используя окисление в кислородной плазме.
Лигеиза (131 проводил разряд с высокочастотным возбуждением в атмосфере кислорода при давлении около 0,1 — 1 мм, рт. ст., при этом кремний окислялся уже при температуре 300'С, а толщияа пленки окисла достигала 3500 А. Если в качестве анода использовать кремний под напряжением 50 В, отрицательные ионы кислорода будут бомбардировать поверхность кремния; в этом случае можно получать окисные слои, толщина которых превышает 3500 А. Надо отметить, что при этом будет иметь место и ионное распыление, однако анод можно поместить в разрядную трубку, стем чтобы исключить возможность попадания на него рзспыляемых атомов.
Механизм процесса термического выращивания пленок проходит в на. стоящее время стадию обсуждения, однако совокупность накопленной ин. 9. Термнчеееое ве»ре»еиеевие щ' 'х о ой Ф Фо о ва Оо ОФФЧ Ф 6 о ах а хаааа ~ д о а ФО Ф Рка дД~к а. И ч а 63 а. Ф Ч 63 3" в Ф ФФ О Ф о 63 »аа,й »Ох 6; ОО Х а Ч о эх 'О Ч»э о Фох лкаэ 3 э ава ЦОФОФ о Ф хаак Оокща ащйав И йЫФ ов а »ОФ Х Ф Ф Ф ФФ ааааа„ э Фэх йк ЧФФОФ 3 х Х й»а Ф о Фоч а. о ха аойсса~к о эо Фо о Око В'» 0 «а Ощ ох лч эхо хам ааааа аохйохй ох оа ОЧ ЬМ ~ФИЛА~ ООКООЩй оэ ЮФ сос«3 Ф Ф Ф й а 6 а о Ю о о О о О. 1 х о О о с" о х о о э в э а О.
» Ф Ф Ч »- Р О. щ 6 а о Ф'»=,,ощ о о Ф',»",о ~со Р х о Ч х щ Ф 6 -ОО 63 а а« о ! »о 3 О« Т со Фй Ф в Ф ЧМ Оа О х хо во »Ч о Ф ФЗ а Фо 63 щ О 0 О а. оа ~ Ф 6 3 Ф 63 о. х » а и 487 х Ф х о с Ф Ф Ф 6. » о щ о Ф о а «С з Ф а О о 6 Ф 3 О х Ф о О О ха О, о Оо Ох с Р йлй ФОМ йоо ,",,Ф й Чо Фоа Ф х Ф О„ щ э Оо ОХФ а О. » й~ — а Ф .
В.с »- щ о а ох Ф о Ф и йо Ф а о Ф»' «Е О~ ха кйэ ФФФФ а ОФ Р~~~щ О Ф О О ФФ йхййоч Фоэоао ахах Ф'О 36 овааоа э Ф ОЯ О Ф вОО ээ Ф хО а»ащ Ф ФФ х э» Ф й Ч с« Ф э аойщ ~ОФФО Ф»й «' ХО О, Оса, » 63 О Ф,О ФЭ о«О Фа ол щах О оо оо Ф х 3 Ф Оав ййй ощй Чал оа- »О ах э о С« Ф О о Ф Ф Ф »Ф ха а э 33, ~8х 3ФС з~~» щщф> 63 дащ йОЙлщ эоаха ха а,»»о а Ф »,а Ф щ хавхао х»-»Ох 3 эо» сч аха ООЧ Ф с Ф 3 а 1х з Ф Ф чэщщ Ф э а о о Ф 3 Чч О а йщ хо ФООФ алщ Хкхщ ооейщ »ОБраа и ы 3 а ха ох .6 Ч 3 О Ф оа Ф Ф 3" в ох ко 1 Е и а О Я 2 Ф оа э Гл. 5. Осаждеине тенкнх нлеиок инааичвсавми'Ыатнй4ми йюрыацни по термическому выращиванию находится нв более высоком уровне по сравнению с газовым аиоднровавнем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
