Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 143
Текст из файла (страница 143)
Термические и механические свойства для оннжения температуры плавления, для достижения плавления при относительно низких температурах или увеличения электрического сопротивления 1601. Однако его катионы образуют комплексы с двухосноаны$п кислотами н поэтому могут сделать непригоднымн, для определейяых елей, стекла, содержащие свинец. На рнс.
17 приведен пример, из йрторого видно отклонение от пропорциональности между толщиной пленки и временем аиодного окисления при использовании подложек нз свинцово. го стекла и растворов лимонной кислоты. Заштрихованная и обозначенная цифрой 2 площадь показмвает интервал величия, полученных для образцов, отожжениых в различных условиях, Условия окисления н концентрация свинца являются, в этом случае, вероятиыьйг параметрймн.
Пониженные скорости анодного окисления обусловлвйы вкедребнем в окионую пленку свинца. Скорость реакции фосфорной йислоты со сйницом (кривая 8) много меньше, и поэтому в течевне 60 мин потери эффективности при окислении не провсходит. Недавно была рззработэдэ ойинцовая эмаль, которая стабильна в лимонной кислоте, что подтверждает кривая 4 рнс. 17 [61). Вышеприведенные рассуждения относились, в основном, к стеклам, поскольку химически они менее стойки, чем керамики.
Однако последние ие полностью инертны к химическим воздействиям, особенно если они в качестве второй фазы содержат снлнкаты. Кристаллические фазы салийатов магния гфорстерит и стеатнт) также подвержены воздействию травителей для стекла, хотя и со значительно меньшей скоростью, чем стекла. Кристаллические окислы алюминия н бериллия являются высоко инертными. Окислы бария н свинца подвержены выщелачиванию вз соответствующих титанатов. б. ТЕРМИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОИСТВА В процессе изготовления, герметизации и измерений электронных устройств на тонких пленках подложки подвергаются термическим и механическим воздействиям. Так как нагревание связано с расширением, то оио вызывает механическое напряжение, н поэтому для оценки возможностя повреждения подложки эти две группы свойств должны быть рассмотрены совместно. А, Термические свойства Основные характеристики названной категории, коэффициент термического расширения и теплопроводность, имеют значение при выборе под.
ложек для тонкопленочных компонентов и схем, поокольку именно они определиют размерные изменения и тепловой поток при термоциклировании. Имеется два типа ситуаций, при котормх подложка подвержена температурным изменениям. Один из них имеет место крн изготовления, когда вся подложка нагревается, например, для осаждения пленки, и затем охлаждается. Проблема теплопередачи от держателя к подложке уже обсуждалась в равд. 3 Г,1), и необходимость высокой теплопроводности для уменьшения температурного градиента очевидна. Другой тпп термического напряжения возникает, когда тонкопленочные компоненты нахо. двтся под электрической нагрузкой и подложка должна рассеивать илн обеспечивать отвод джоулева тепла, В этом случае возникают ббльшне напряженна, чем при нагреве всей подложки, так как энергия высвобож- Гл.
6. Подложки для тониях пленок дается локально и вызывает расширение одних участков, в то время как другие сохраняют свои размеры. 1) Тепловое расширение. При нагревании твердого тела дополнитель. ная тепловая энергия вызывает увеличение амплитуды колебаний каждого атома. Поэтому увеличивается среднее расстояние между атомами и твер. дое тело расширяется. Количественно это явление описывается коэффициентом линейного расширения и, который определяется как отношение из. менения длины 81 на градус к длине тела 1э при 0' С а 31/1, (Т вЂ” 273'1 Данное уравнение является прнближенныи, так как а несколько завн.
сит от температуры. Однако при рассмотрении интервала средних темпе. ратур это имеет малое значение. Обычной практикой является описание расшнреннв твердого тела средним коэффициентом для интервала темперэтур от 0'С до 300'С, Расширение некоторых материалов подложки внутри этого температурного интервала показано на рис, 18, В то время как аморфные материалы типа стекол и кристаллические твердые тела с кубической решетной расширяются однородно во всех направлениях, у кристаллических тел с меньшей симметрией решетки это происходит по-другому. Примером является окись алюминия, которая имеет тригональяую структуру и различные коэффициенты термического расширения в направлениях, параллельных и перпендикулярных осн С.
Это явление называется анизотропией и проявляется непосредственно в внизотропических напряжениях. Коэффициенты расширения двухфазных тдердых тпч типа стеклокерэмики могут произвольна изменяться термообработкой. Эти изменения происходят в большом интервале от положительных до отрицательных величин и позволяют получать лучшее сочетание ноэффициентоа расширения подложки и пленки. Из рис.
18 видно, что большинство комбинаций подложен и пленок в отношении термического расширекия будут неудовлетворительными. Это может проявиться в потере адгезии при термоциклированни. Разница в эдгеэии пленок нихрома толщиной 1 мкм к различным подложкам была, например, приписана несоответствию расширений 1621. Другим следствием тото же явления является изменение удельного сопротивления трнких пленок. Сеттзо и Грннауф 164'1 исследовали сопротивления из окиси олова на различных подложках и заключили, что доминирующим фактором в старении их сопротивлений была разность коэффициентов расширения пленок и подложек.
В противоположность этим результатам Белсер 165'1 показал, что температурный коэффициент сопротивления ТКС пленок титана и цирконии на плавленом кварце не очень зависит от разности коэффициентов расширения. Холл сделал попытку рассчитать влияние разности температурных ко. эффициентов расширения пленки и подложки на ТКС тонких пленок. Ои вывел соотношение ~661 ад 1 — — пд — 4,2(аг — пВ, где ТКС вЂ” топкой металлической пленки ая, г получают из ТКС металла ая введением корректирующего члена, включающего коэффицяеит термического расширения пленки аг и подложии а,.
Так как тонкие пленки об. наруживают тенденцию нмауь малые температурные коэффициенты сопро. тивлення, то корректирующий член часто бывает значительным. На магнитные пленки, которые имеют магннтострнкцию, равную нулю, разность термических коэффициентов не влияет. Такахаши [671 не нашел разницы в температурной зависимости анизотропии пленок, осажденных иа различные цодложкн. б. Термические н механические свойства Точное согласование термических коэффициентов расширения особенно необходимо в случаях, если иа тонкопленочной подложке имеются по.
Лупроводннковые чипы, сделанные из различных материалов. Хорошо извес ными примерами являются кремниевый транзистор или микросхема, т смонтированные на керамических или стеклянных держателях. Итак, пр изменении температуры структуры разность в коэффициентах термического оолото Никель юелеэо 90 р Нь) Нихрон ОР% ИЦ Нитритт тинтила ~гзЯ Нитной-кильгсиерро стеюю тинтил Онись алюнинсгя, окись Мои тия,' слуеитит Безнитриеоое стекло НитриеклекпиЯ уо Пмдленый поори гас гро лю ьоо ооо Тенпелетури, еС Рнс.
!З. Званснмость лннеаното расмнреннн равлнчнык материалов дл» подлотнек н пленок от температуры. расширения проявляется в значительных касательных напряжениях на границе раздела чип — подложка. В случаях, если касательные напряжения на любой границе раздела превосходят прочность крепящего материала или адгезню, может произойти отделение, 2) Теплопроводность, Температура тонкопленочных схем или компонентов увеличивается пропорционально приложенной электрической мощности. При повышенных температурах топкие пленки становятся подвер. жеиными рекристаллизацни и окислению, которые могут вызвать измене. Гл. 6. Подложив для тонких пленбк ние сопротивления или даже разрушение пленки.
Скорости обоих процессов яяляются экспоненциальными функциями температуры, а процессы— необратимыми. Поэтому контроль температуры тонко)гленочных схем является важной конструкторской предпосылной. Чрезмерное повышение температуры может влиять также и на подложку, обусловливая электролнз нли реакцию с материалом пленки, которая при нагреве ускоряется, Фактор, иа который болыпе всего полагаются при решении вопроса о рассеянии тепла, выделяемого тонкопленочными элементамн, — это теплопро- 1 г) $ ед ф7Г г) р!77 ГГУО ж ЗГ777 ПО ж В)7СГ 7вчлсразбага, 'С Рве.
!З. Завесвместь тевлаввееелеоств раззвчвмз мвтеркезев язэ веяаемеа ат гчмвеэатзэы. водность подложки, к, Теплопроводность материалов подложки изменяется больше чем на трн порядка (рис. 19). Она также в некоторой степени зависит от температуры, но при выполнении приблизительных расчетов термических эффектов этим часто пренебрегают. Наимеяьшак теплопроволность наблюдается у стекол, порядка 0,002 — 0,004 кал см-'с-'град-< при комнатной температуре. При возрастайни температуры до 100'С она увеличивается примерно на !0% (рис. !9). Теплопровадность керамнк, в зависимости от состава, меняется в более широких пределах. В то время, как у одних (стеатит) она не превышает 0,02 кал см-'с-'град-', у других оиа значительно выше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
