Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы (1053470), страница 20
Текст из файла (страница 20)
9 5.4) нагрев испаряемого ве- щества, помещенного в вакуум, осуществляется при помощи сфо- каме ы. Нан кусироваиного излучения лазера, находящегося я вне вакуумной даат ры. анесение пленок с помощью лазеров возмо б р аким свойствам лазерного луча, как точиая ок жно лаго- светового пят ая "окусировка тэ на с помощью оптических систем значеиие плотно 99 сти энергии (10'... 10ге Дж)см'), достаточное для испарения любого непрозрачного материала, точность дозировки излучения.
Большое достоинство лазерного способа испарения заключается в том, что при испарении может быть разогрет только небольшой участок испаряемого вещества, что позволяет исключить загрязнения, вносимые разогретыми частями обычных испарений. Процесс формирования пленок при ионном распылении характеризуется тем, что скорость осаждения, как правило, ниже, чем при термическом испарении, осаждение пленок происходит в разряде, распыление производится в низком вакууме.
Методами ионного распыления возможно получение пленок такого же сложного состава, как и исходный материал, даже тогда, когда коэффициенты распыления отдельных компонентов различаются между собой. В начальный момент времени удаляется материал с более высоким коэффициентом распыления. Тогда в процессе распыления сплава поверхностная концентрация рассматриваемого компонента будет убывать, если скорость его диффузии в объеме твердого тела недостаточна для восполнения потерь, обусловленных распылением, В результате поверхностный слой будет обогашаться компонентом с меньшим коэффициентом распыления.
Таким образом, на поверхности мишени образуется тонкий слой неоднородного состава. После образования такого слоя в равновесных условиях распыления фронт поверхности катода н зона «стационарного» состава равномерно перемещаются внутрь образца, Благодаря этому удается получать пленки сложного состава с содержанием компонентов, отвечающих составу исходного мате нала. ленки сложного состава можно получать одновременным распылением мишеней из различных материалов. Требуемый состав пленок обеспечивается выбором соответствующих напряжений на мишени, Прн получении пленок сложного состава реактивным распылением к основному рабочему газу добавляется примесь химически активного газа и на подложке осаждается продукт химического взаимодействия распыленных частиц с этим газом.
Энергия, необходимая для протекания реакции, сообщается газовым разрядом, что значительно снижает температуру синтеза химических соединений. Стехиометрический состав и свойства пленок можно регулировать в широких пределах изменением парциального давления активных газов. Для нанесения пленок карбидов применяют главным образом: СНь для получения окислов — Оь нитридов — Хе, сульфидов— Не5, с(еленидов — пары Ье, соединений ртути — пары Нп. Основным преимуществом реактивного осаждения является возможность путем простого изменения парциального давления активного газа изменять стехиометрию наносимой пленки.
При использовании методов ионного распыления основным фактором, определяющим эксплуатационные особенности и кон1оо б) а) Рис, б.!4. Способы ионного распыления для осаждения гонких пленок струкцию установок, является способ генерации ионов, бомбардирующих распыляемый материал. По этому признаку различают следующие системы распыления (рис. 5.14): диодные на постоянном токе н высокочастотные, триодные, с автономным источником ионов и магнетронные. При распылении днодным методом (рис.
5.14,а) с постоянным напряжением между катодом (мишенью) 3 н анодом 5— носителем подложек 4 устанавливается или постоянное, илн переменное высокочастотное (ВЧ) напряжение. После зажигания плазмы из-за различной подвижности носителей зарядов в высокочастотном поле катод заряжается отрицательно. В днодных системах распыления газовый разряд поддерживается в объеме камеры 1 за счет ионизации рабочего газа, подаваемого через натекатель б, вторичными электронами, выбитыми из мишени (катода).
Устойчивое горение этого разряда возможно только прн низком вакууме (1.. 100 Па), что ухудшает качество осаж- 1Ос даемых пленок. Для получения оптимальных условий распыления подбирают соответствующее соотношение между тремя величинами: расстоянием между катодом и анодом, приложенным напряжением и давлением газа. Для ионного распыления диэлектриков требуется применение ВЧ электрических полей с частотой 1...20 МГц, прикладываемой и металлической пластине, расположенной непосредственно за непроводящей мишенью, При отрицательной полуволне напряжения на диэлектрической мишени происходит обычное катодное распыление. В этот период поверхность мишени заряжается положительными ионами, нз-за чего прекращается бомбардировка мишени.
При положительной полуволне напряжения происходит бомбардировка мишени электронами, которые нейтрализуют положительный заряд на поверхности мишени, позволяя производить распыление в следующем цикле. Для предотвращения распыления внутрикамерных устройств используется экран 2. В триодной схеме распыления (рис. 5.14,б) газовый разряд может устойчиво гореть при более высоком, чем в диодной схеме, вакууме (5 10 — ' Па), так как поддерживается с помощью электронов, эмиттированных раскаленным катодом 10. Использование магнитного ноля катушек ? для увеличения траектории движения электронов от термокатода 10 к аноду 9, перемещающихся по опирали, позволяет еще больше снизить давление и уменьшить загрязнение пленок.
В такой системе электрические цепи разряда и распыления развязаны, что обеспечивает гибкость управления процессом. Скорость распыления в трехэлектродной системе регулируется изменением тока эмиссии термокатода, давлением газа и напряжением на мишени 8. При постоянной плотности плазмы скорость распыления регулируется только напряжением на мишени, что позволяет изменять скорость роста пленки в широких пределах (10 ... 10' нм/с). Подавая на подложкодержатель 11 небольшое напряжение смещения, можно добиваться хорошей очистки подложек ионами низких энергий. Однако триодная система имеет недостатки, заключающиеся в наличии термокатода, имеющего низкую долговечность при ре. активном распылении.
Из-за сильного разогрева стенок камеры, прилегающих к термокатоду, возможно выделение неконтролируемого количества адсорбированных газов. Особо чистые пленки можно получать с помощью систем распыления с автономными источниками ионов (рис. 5.14,в), в которых камера ионизации 13 отделена от камеры осаждения 12 диафрагмой с небольшой проводимостью, позволяющей поддерживать перепад давления между камерами. Ионный пучок бомбардирует мишень 14, расположенную под некоторым углом к направлению движения ионов, что увеличивает коэффициент распыления материалов. Столик с подложками 15 также может из- $02 менять угол наклона, что позволяет осаждать пленку на ступеньки. Наибольшее распространение в настоящее время находят магнетронные системы распыления (рис.
5.14,г). Принцип их действия основан на повышении плотности газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях. Дополнительное магнитное поле от постоянного магнита 19 заставляет электроны двигаться в небольшом пространстве над мишенью 1? из распыляемого материала по спиралеобразной траектории в так называемой магнитной ловушке, образованной скрещенными электрическим и магнитным полями, Это приводит к увеличению столкновений электронов с молекулами газа и увеличению плотности газового разряда, Использование магиетронной распылительной системы повышает производительность процесса осаждения, повышает чистоту пленок за счет снижения рабочего давления, подложки, расположенные иа держателе 18, подвергаются небольшим температурным нагрузкам. Экран 16 способствует локализации плазмы.
На держатель 18 может подаваться напряжение смещения, При распылении диэлектриков на мишень 1? подается ВЧ-напряжение. Структурно-компоновочные схемы установок для нанесения тонких пленок, несмотря на многообразие их назначений и конструктивного оформления, содержат следующие основные системы, устройства и приборы: вакуумную систему, включающую рабочую камеру и средства откачки, которые обеспечивают требуемые вакуумные условия для проведения технологического процесса; источники испарения или распыления, создающие атомарный или молекулярный поток осаждаемых материалов; транспортирующие устройства, обеспечивающие ввод изделий в рабочую камеру и зону осаждения, их вывод, крепление изделий (подложек) и их ориентацию относительно потока частиц осаждаемого материала; систему электропитания, обеспечивающую работу испарителей н устройств распыления, а также других систем установки; систему контроля и управления, позволяющую осуществить поддержание требуемых параметров технологического процесса и режимов работы.
Развитие промышленного выпуска ИС потребовало создания высокопроизводительного оборудования. Установки вакуумного нанесения (УВН) тонкопленочных элементов ИС являются одним из базовых видов оборудования, поэтому от степени их совершенства и производительности в значительной мере зависит эффективность всего производства. Развитие УВН происходит по мере совершенствования тонкопленочной технологии и ужесточения требований к качеству рабочей среды (высокий и сверхвысокий вакуум, безмасляный ва- 1ОЗ 14 11 эБ 17 за 44 4з л г4 г5 з 7 6 у 4 и 72 Ряс. 5.15.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
