Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 142

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 142)

Эта температура в сочетании с высокими электрическими полями (до 800— 1000 В/см для некоторых извилистых образцов) достаточна, чтобы вызвать значительную миграцию ионов. Подвижные ионы, движущиеся по поверхности подложки к противоположно зарнженному электроду, могут вызвать вторичные реакции. Эрозия металлических пленок вблизи отрицательных концов сопротивлений наблюдалась иа сопротивленинх как из нихрома [!8), так и нз ингрида тантала [20). Орр и Массеса [51] нэучалн влияние миграции ионов на сопротивление из ингрида тантала, а Кокс [52) вэ окиси олова, Сноу н др.

[53) исследовали движение щелочных ионов в защитных окнсных пленках на кремнии. Они обнаружили экспоненциальную температурную зависимость с энергией активации, равной 32 икал/моль для натрия и 22 ккал/чоль для лития. Мартин [26) приписал ранние отказы тонкопленочных конденсаторов на натрий-кальциевом стекле миграции щелочных ионов из подложки в диэлектрик. Температурная зависимость удельных сопротивлений керамических материалов показана на рис. !4.

В общем, окисные керамики имеют широкие запрещенные зоны н являются изоляторами при комнатной температуре. Проводимость, обусловленная подвижнымн ионами, за исключением высо. ких температур, обычно мала. Однано определенные примеои илн наличие катионов переменной валентности могут вызывать электронную проводимость, Даже малого количества таких катионов достаточно для того, чтобы вызвать резкое уменьшение удельного сопротивления, поскольку подвижность электронов много болыпе подвижности ионов. Другвм фактором, который необходимо рассмотреть, является паришость дшдложкд. В поликристаллнческих материалах наличие пор всегда увеличивает удельное сопротивление, но если поры заполнены второй фазой, поаледняя может, в зависимости от состава и количества примесей, увелвчивэть нли уменьшать удельное сопротивление.

Б. Днэлектрнческне свойства Как видно из табл. 4 и Б, для стекол и керамичесних материалов типичными являются величннй диэлектрических постоннных, лежащие в интервале от 4 до 10. Важным параметром при выборе изолирующего материала для подложки являютсн его диэлектрические потери. При частотах, меньших примерно !О" Гц, внбрацнонные н деформационные потери при комнатной температуре малы, так что керамики являются обычно хорошими диэлектриками. Двумя важными источниками диэлектричесних потерь в керамиках являются миграционная поляризация и поляризация, обусловлеяная объемным зарядом. В стеклах инлуцнрованная полем миграция щелочных ионов является главной составляющей дмэлектричесннх потерь при частотах до 10е Гц.

Подобный тип потерь наблюдается в кристаллических материалах. В дополнение, полярнзацяя и диэлектрические потери могут возникать в результате образования пространственного Гл. В. Подложки для тонких пленок заряда нв границе раздела системы иэ двух фаз, например, стеклообраз. ного и поликристаллического участков. При изготовлении линейных микросхем дли получения большей емкости на единицу площади часто используются подложки с высокой диэлектрической постоянной [541. Например, титанаты с величинами е пооядка 1700 используются в качестве подложек для тонкопленочных усилителей. На таких подложках по мере уменьшения расстояния между токоведушими дорожками мсжэлектродная емкость значительно увеличивается.

Этот эффект обсуждается Кайзером и Кастро [55[ и Хаппом [561. Последний с[2 Цу лсл Встр 0 сггу ВгУ5 гу у г .В б б б' у г/2 Рнс. 13. Влияние геометрии проводника н диэлектрической постоянной подпояски иа мсисэлсетродную смкесты С вЂ” емкость между соседннмн проводниками; е — днэлеитрнчсская постоянна»Г !— толжинв подложки; л — расстояние между электродамн; 1 — длина электрода 1зв1. получил ряд кривых, с помощью ноторых можно оценивать паразитную емкость между соседнимн проводниками.

Набор этих кривых, позволяющий рассчитать межэлектродные емкости, приведен на рис. 15. Из рис. !5 видно, что паразитную емкость между токоведущимн дорожками необходимо принимать во внимание при конструировании тонкопленочных линейных микросхем, особенно с высокочастотными характеристиками. В. Стойкость Влияние химикатов на материалы подложек вызывает изменение пх свойств, которое возникает при контакте с атмосферой, травящнми н очищающими растворами.

Наиболее часто упоминаемыми и хорошо из. рвотными из-за своих, во многих случаях вредных эффектов являются пары воды. Последние адсорбируются почти на всех поверхностях пропорционально их давлению в окружающей среде. Прн приложении электриче. ского поля ионы, обусловленные молекулами адсорбированной воды, становятся подвижными и вызывают поверхностные утечки. Это показано на рис. 16, где (гнпотетическое) поверхностное сопротивление монослоя чистой воды дано в качестве точки отсчета. Из рисунка видно, что сопротивление подложки мажет падать на несколько порядков, если относи. бзт 4. Свойства подложки, обусловленные ее химическим составом тельная влажность превышает Збей.

Тот факт, что наблюдаемое поверхностное сопротивление может быть меньшим, чем эта величина для чистой воды, указывает на увеличенную подвижность ионов, обусловленную взвимодействивм твердых и адсорбированных частиц. Поверхности, которые заметно адсорбируют влагу, называются гидрофнльпыми и не очень подходят для использования во влажной среде, если онн ие загерметнзнрованы в корпус. Эащитный эффект, достигнутый покрытием поверхности водоотталкиваюшей нли гидрафобиой пленкой, показан иа рис.

1б (кривая 6). 10 и 1З ч ° Ь 6 ~~ гг у 3 0 б0 00 00 МВ Отилгтглгялвгган Впшкмасть, 1е рнс. Н. Зависимость поверхностного сопротивлении различных материалов дяк подложек от птигмвтельноа влвжиостиг А — плавленыа кварк, В и Š— боросиликатиые стекла; С вЂ” мягхое стекло; Л вЂ” алымосиликатное стекла: Р— зэ,бзг.на» окись алюминия: 6 — боросиликатное стеклю. покрытое крсмннаарганикоа икряные а, е, с, б 1Егй.

Движение адсорбироваиной воды под действием электрического поля может привести к коррозии подложки. Возможные механизмы могут включать активные материалы, увеличивающие образование новых соединений на поверхности, предпочтительное растворение одной составляющей подложки или полное растворение с непрерывным очищением свежего материала [571. Вредными также могут оказываться н другие атмосферные газы, кроме паров воды, которые воздействуют, а основном, на стекла. Пяпример, щелочиые ионы, образованные во влажных условиях, могут взаи. модействовать с углекислым газом или двуокисью серы. Получающиеся кристаллические карбонаты н сульфаты отрицательно влияют на адгезию и стабильность пленки и лолжны быть обязательно удалены перед ее осаждением. Ввиду большого практического значения стабильности подложен часто пытаются определить срок службы стекол посредством уско.

ренных лабораторных испытаний в атмосферных условиях. Однако результаты имеют тенденцию быть специфическими для выбранных условий и не всегда позволяют экстраполяцию к условиям, предполагаемым при фактическом использовании. При подготовке к осаждению тонких пленок б23 Гл. 6.

Подложка для тонких ои подл((жки во время очистки часто обрабатывают неорганическими реактивами. Некоторые из реактивов являются очерь активными и для Опреде. леияых материалов подложек использоваться ![в должны. Например, больщинство коммерческих стекол подверженм воздейст. вню фторидов и концентрировайных щелочных растворов. Обработка сндннатных стекол минералы!ь!ми кнслотамн сопровождается нййтратртзацйей и предпочтительным раствореннем щелочных ионов, чтр оозйзеу более стойкую и богатую двуокисью кремния поверхность. Силикатные стекла М(у еч б(Ю врн» даЫЯанив,ион Рие.

Ы. Влннвве елгрЮнелия электролита вв рост плевок, получаемым еведвмм оявслеввекс ! пленка. освждеипея Зе бессввнцовое стекло и полученнея в 0.01ь иоа лимонной кислоте; 2 -лленки. осежденвме нл Стекле с болыинм содерженвем свиндв (ЮУэ1. ИОЛУЧЕННМЕ В 0,012э.яса ЛНМОННОа ККСЛОтс; 3 — тп жс, ЧтО В 2, НО ПОЛУЧЕВНМЕ в 0,01(ь-ноз фосФорная кислоте; с — пленяй, ослждениме ие подложку, покрмтую эмалью, садержящеа свинец (стекло № !2 по табл. 21, л получеякые в 0,01%-ноа лп. монной кислоте. более быстро реагируют с щелочными растворами, чем с кислой илн нейтральной средой, так как гццроксильные ноны взаимодействуют с силикатной решетной.

Таким образом, защитный слой не образуется и растворение происходит с постоянной скоростью. Рассмотрим специфические случаи, когда отдельные элементы имеют предпочтительное растворение Прн. мером является выщелачивание описи бария иэ стеклянной подложки во время аиодного окисления танталовой пленки в водном [!затворе оксалитовой к!юлоты и этиленглнколя прн температуре !05 С [20!. Такое поведение нс согласуется с наблюдениями других исследователей, которые нашли, что обычное натрий-кальцневое стекло является стабильным в таких же условиях [59[. Это было обусловлено реакцией с образоввниеи хелатиой формы ионов бария с охсалитовой кислотой н могло быть устранено прн использовании других электролитов, например, лимонной кислоты. Свинец является другим компонентом, часто добавляемым в эмали 504 6.

Характеристики

Список файлов книги