Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 140
Текст из файла (страница 140)
З. Фотографии поверхности еремине е иереиииамм, соитии и елсисроииом мииросиопе~ а — треилеиии; б — те же моиерхиость, после окислении з сухом иислороле ((41; и— лефеитм уиеиовии ие поиерипост, ориеитирозеииоа и плоскости ню( 1(я. Как утверждааось во введенни, втомарво-плоскне поверхноств нв большнх площадях подложек не достнжнмы. Лаже наплучшне монокрнсталлнческне подложки в процессе нзготовлення н обработки прнобретают дефекты.
Этн дефекты в пленках повторяются нлн распространяютсв в осажденные слон, как напрнмер, дислокации в эпнтакснальные слов [!31. Дефекты субмнкронного размера так же, как н мелкие царапины па поверхностях кремниевых пластин, вызывают в тонких пленках нерегулярности. Валк н другие сообщили, что механическое повреждение исходной поверхности влияет на скорость окисления н что получаемый термнческям окислением окнсел повторяет грубые детали поверхности [14].
Это пока- вано на рве. 9, а н б. В то время, как епесчанность» исходной поверхноств исчезает после окнслення, грубые детали, включая царапины, остаются, На рнс. 9,в показан другой тип дефектов, которые нмеют место в зпнтак. спальных пленках. Имн являются дефекты упаковки, появляющиеся в растущем слое в местах, где поверхность подложки была механически повреждена [151. Характерна высокая плотность дефектов упаковки вдоль царапины, образовавшейся прн полировке. Прн нзготовленнн компонентов тонкопленочных микросхем чаще вс.
пользуются стеклянные н керамические подложки, чем монокрнсталлнче. 17 зеи ззз Гл. б. Подложки для тонких пленок ские пластины Следовательно, интереснее обращать внимание на грубые несовершенства поверхности, чем на дефекты атомных размеров. Различные влияния нерегулярностей поверхности на тонкие пленки, используе. мые в микроэлектронике, рассмотрены в следующих разделах. 1) Тонкопленочные резисторы. Тонкопленочные резисторы относительно нечувствительны к шероховатости поверхности до тех пор, пока оиа нс превышает толщины пленки.
Материалами для подложек, используемых для этой цели, являются: стекла, полированный плавленый кварц, кера. мика и монокристаллические пластины. Сравнение нихромовых пленок, осажденных на спеченную керамииу и стекло, показывает, что на более грубых поверхностях получаются пленки с большим сопротивлением на квадрат, меньшими температурными коэффициентами сопротивления и худ.. шей стабильностью во время термического старения [16 — !8]. Подобно ведут себя кремниевые пленки, осажденные на только что приготовленную окись алюминия [19).
Данные, иллюстрирующие влияние шерохова. тости на удельное сопротивление ингрида тантала, приведены в табл. 7. Данные Брауна [20) и Коффмзиа и Тэнауера [21] в табл. 7 дают хоро. шее совпадение и показывают растущее влияние шероховатости поверхно. стн на удельное сопротивление. Более детальное исследование на подложках с высоким отношением стеклообразной фазы к кристаллической позволило установить, что форма кристалла, отношение стеклянной матрицы к кристаллическому веществу и плотность кристаллитов оказывает более сильное влияние на поверхностное удельное сопротивление, чем шероховатость, нзмеренная профилографом [21). Таблица 7 Влияние шероховатости на поверхностное сопротивление пленок ингрида тантала йо с Яа зй о "с ос с с я а; з оас а зс аз с с .О со с Ь а со ох оо„ с с о"з хсз 8 зев оа с а с о й о $ оа вз ыс зх рс сй \ ох хо с з х х я йс .
Ез; $ зе Со о а х ах с з «» о Сс с ьь я со ыа аа я с 8с о сс Е Е юб о. а х ьз йа ~й [1]~ Палложса йй ~ г-и в|- 0,81 1,01 3 0га 1,85 2,2 4,0 [21) )20) [22] 1,3 1,91 2) Тонкопленочные конденсаторы. Диэлектрические пленки особенно чувствительны к отдельным дефектам, имеющим место на совершенной поверхности. Причина заключается в неоднородности электрического полн в таких точках, которая может вызвать пробой диэлектрика.
Шварц н Браун [12] исследовали влияние шероховатости поверхности на конденсаторы нз Та — ТазОа — Ан. 3. Поверхности подложек Они заключили, что большие поля, вызванные выступами, н уменьше. ние толщины пленки на поверхностях электродов конденсаторов во многих случаях приводят к выходу из строя компонентов. Конденсаторы из моно- окиси нремния [23 — 25) и окиси алюминия [26) при наличии дефектов на поверхности вели себя аналогичным образом. Мак Лип и Розтовци [27) смогли изготовить тонкопленочные конденсаторы на сравнительно грубых поверхностях, используя в качестве материала алектродов окись марганца н металл. Преждевременный пробой диэлектрической пленки был устранен полупроводяшей окисью марганца. 3) Магнитные пленки.
Обработка поверхности подложек влияет такж . и на свойства магнитных пленок .[28 — 32). Царапины на поверхности под. ложек, например, понижают энергию переключения [33). Локальные на. пряження влияют на направление намагниченности; область, окружающач царапину, похожа на стенку Нееля, с той лишь разницей, что намагниченность направлена в противоположную сторону, Проузен и др. [34[ первыми получили количественные соотношения между свойствами магнитных пленок и шероховатостью поверхности. Онн измеряли плошадь поверхности адсорбцией монослояСы [35). Дальнейшие исследования Кобзйла и Вила [37) показали зависимость магнитных свойств напыленных псриаллоевых пленок от шероховатости поверхности.
В этих исследованиях для определения состояния поверхностк были ис. пользованы электронная микроскопия и ннтерференционгая контрастная микроскопия Так как поликристаллнческие подложки состоят из крнсталлитов с различной ориентацией, то распыляемые частицы удаляются пол разнычп углами и это прн падении может вызвать локальные напряже. иня [38). Одноосная анизотропня в магнитных пленках может быть также вызвана эффектами затенения, связанными с выступающими крнсталлнта мн.
Подобные предположения справедливы также для электроосажденных пленок. В работе [39) сообщено о зависимости магнитострикцни от орн. ентации кристаллитов. Суммируя результаты этих исследований, можно сделать вывод. что влияние шероховатости поверхности иа магнитные пленки может быть описана следующим образом: шероховатость поверхности, характеризуемая величиной АА, порядка ширины стенки Нееля [ - 1000 А), определяет величину магнитного поля Вь вызывающую движение стенок. Более гру.
бая поверхность требует больших магнитных полей. Шероховатость поверхности величиной порядка 1 мкм изменяет угловую дисперсию аээ. Последняя особенно чувствительна к наличию на поверхности подложек больших кристаллнтон. Наконец, шероховатость поверхности, вызванная полировкой в однои направлении, определяет одноосную аннзотропню Н, Другие магнитные свойствэ, такие как магнитострнкция и ферромагнитный резонанс, также зависят от шероховатости поверхности. Оидрнс [40) указал, что текстура поверхности влияет иа достоверность изиере. ний. Примером является измерение магнитного насыщения очень тонких пленок. Многие аномалии и противоречивые результаты при измерениях пз различных подложках могут быть связаны с недостаточной оценкой влияния поверхности подложек. 4) Внутрисхемные соединения. Шероховатость поверхности также оказывает влияние при формировании внутрисхемных соединений ночпонентов микросхем.
Электролнтическое осаждение, например, применяется при изготовлении запоминающих устройств с печатным монтажом или для увеличения толщины напыленных металличесних пленок. Гарт [4Н заме. тил. что нлвинн золота, осажденные на грубые поверхности, имеют тенден. цию окклюдировать газы, в результате чего получаются пористые пленки переменной толщины [42). Огромное практическое значение имеет влияние 17" 515 Гл. б. Нодлежки для тонких плене шероховатости поверхности на процессы присоединения выводов в микро. схемах. Райбен и др. [42) исследовалн ряд материалов для подложек н сделали вывод, что при сварке тонких проводников (меньше 50 мкм в диаметре) методом косвенного нагрева, шероховатость поверхности не должна превышать 0,75 мкм; для проводника диаметром 130 мкм шероховатость, превышающая 0,75 мкм, может быть допустима только за счет снижения качества соединения.
Ультразвуковая пайка более чувствительна к шероховатости поверхности, чем сварка, и для получения прочных соединений рекомендуется обработка поверхности до шероховатости, не превышающей 750 А. Г. Плоскостность подложки Плоскостность подложек в тонкопленочной технологии имеет значе. вне, в осисвиоц, в двух ситуациях.
Во-первых, когда подложка находится з контакте с держателем или нагревателем во время осаждения пленки, во-вторых, в процессе фотолитографии, где требуется плотный контакт с фотощаблоном. 1) Нагрев подложки. Большинство подложек нагреваются прн осаждении пленки путем установки их на плоскую металлическую пластину нагревателя. Нагрев подложки осуществляется за счет теплообмена, однако в полной мере зто не достигается нз-за неравномерного распределения температуры. Причина заключается в том, что две поверхности (пластина нагревателя и обратная сторона подложки) касаются друг друга не по всей плоскости, а только в точках. В результате етого поток тепла в подложку уменьшаетсн, а температура подложки становится неравномерной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
