К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 56
Текст из файла (страница 56)
На рис. 2.5.8 приведена обобщенная диаграмма, на которой показаны значения д и (, соответствующие различным видам лазерной обработки материалов. При проведении различных технологических процессов с использованием мощных лазерных импульсов необходимо оценивать глубину проплаюиемого слоя материала при различных параметрах излучения, для чего решается уравнение теплопроводности как для расплавленного материала, так и ди материала в твердом состоянии с учетом закона сохранения энергии на двихушейся граниты раздела фэз.
Время достижения температуры плавления Т поверхности облучаемого материала начиная с температуры То Уэа — яьз(Тва - тс)2 I '14а(А00)2) (2.5.3) На рис. 2.5.9 представлены результаты раочета зависимости глубины проплавленного слоя (в относительнмх единицах) от отношения Г / Гяв. Семейство графиков, характеристикой которых являетсл У = 2, / (сТ, ), где 2, - скрытая теплота плавления, позволяет рассчитать глубину проплавления для любых материалов.
Верхней границей применимости описанного подхода является начало процесса испарения, определяемое из выражения, подобного (2.5.3), ще вместо тпэ используется 15$ Глав КК РЕНТГЕНОВСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ЛУЧИ В ЗЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ сч о ОЪ «ч о чъ о ° 0" СЪ о В О о Ъ о 'Ъ СЪ СЪ «ч о '0 СО о «О СЪ СЪ + о + «ч Ъч о о + «ч чъ" ОЪ «ч «ч о О о ч' о 'О «" СЪ СЪ ОЪ о ЧО„ СЪ «ч о чъ" С Ъ' о + Ъ о «ч" ч« СО СЪ ЧО Ъ ОЪ чъ о" ФЪ" г ЪО Ъ.
ОЪ «ч ЮЪ «ч С чъ о ЪО ЪО чъ «О 00 о СЪ о «ч ЪО о 6 Ю н С О О О О С О О «О О о С О о СЪ 3 О СЪ ОЪ 0 о о г-" 'х х х х М СЪ Ъ \ о «ч о сч о «ч о ЪО Ъ' о «'Ъ о «ч О 3 о чъ «'ч СЪ 00" о «ч" ЪО С + Ъ о + О о СЪ \О ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЯНРНИЯ ЛАЗЕРОВ 157 Ю 20 !0 00 О 0 6 6 6 11 /гм Рас. 2.5.5. Зввисаиееги ачвмвчваией глубвин ареалаахенаеге глен х' ет еиюсвчиавеге арсаева г / (,д ала различных значений У Рвс. 2.5.10.
Заааеааеста глубины й аревмалеваа ет ареюаа лан рааачвых ветиесгей вверена вннучевва: 1- 0,6 Дл/смз; 2- 0,7 Дл(гснз; У-. О,В Ди/сиз; 4- 1,6Ди/сиз Т . Для нахождения глубины проплавления материала сначала необходимо оценить вели- ЧИНУ Гасо / 1л„, а ЗатЕМ вЂ” ПаРанстР УДЛЯ Даиного материала. После этого по соответствующему графику на рис. 2.5.9 определяется безразмерная величина х' н для соотвстствущей плотности потока поглощенного лазерного излучения (А((О) вычисляется глубина проплавления для каждого момента времени в диапазоне (О Гаса / (лл). На рис.
2.5.10 представлены зависимости глубины проплавления хремния от времени для различных плотностей энерпги лазерного излучения 0,6 — 1,6 Дж/смз. Видно, что с увеличением плотности энергии растет глубина ч,м 0 50 100 (50 ЯЮ а) 0 00 г,ис 6) Рве. 2.5.11. Занвсваесгь глубави й ананасная в зачаервенааан в мамаев (а) а вливания (6) ет времена проплавления и время существования жидкой фазы. По этим зависимостям можно оценить гкорооп движения фазовой границы.
При увеличении плотности энергии с 0,6 до 1,6 Дж/смз скорость фазовой границы возрастает с 1,5 до 3 и/с. Скорость изменения температуры при этом составляет около 106 К/с. На рис. 2.5.11 показаны зависимости скорости лвижения фронта плавления и затвердевания в кремнии и алюминии при лазерном облучении с длиной волны 0,53 мкм. Фронт плавления распространяется примерно с одинаковой скоростью, однако различия теплопроводности для алюминия и кремния и скрьпой теплоты плавления (кристюпизации) приводят к тому, что скорость затвердевания алюминия примерно на порядок выше, чем кремния. Скорость зависит от того, как быстро скрытая теплота кристаллизации отводится от границы раздела твердой н жидкой фаз, т.е.
определяется теплопроводностью материала и температурными градиентами. Из рис. 2.5.11 видно, что температурные градиенты составляют 106 - 107 К/см, а соответствующие скорости охлюгдения — 1010 — 10п К/о. 158 Глава 2.5. РЕНТГЕНОВСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ЛУЧИ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ о.о оо, оо. оо о,о о,о ( 2ЯТО) о,а оо' оо' оо' оо' по о. о гао О. ЗО ом оо ы и оо 1 4,1 о,оо о,о о,о о.о о,о 4.4 о,о о У = 7,( — ) ехр~ — — ), (2.5.5) оо Рве.
2.5.12. Заввевовста етаеевтозьаея оююораотры еязуооеиеа аезерхаеегв (а) в оаереств фрегата пспарезаа (р) ет азетвеота аепппаеапеге потапа заырваге юауоиша яая раовмх иаторпааев При больших плотностях потока излучения скорость движения фронта испарения ие определжтся кинетикой фазового перехода, а зависит в основном от скорости подвода энергии к облучаемому веществу. Скорооть движения фронта испарешш где гб - универсальная газовая постоянная; тмасса атома. Для получения характерных значений скорости испарения материала, подвергнутого лазерному облучению, необходимо знание зависимости скорости испарения от температуры.
На основании теории абсолютных скоростей реакции дпя линейной скорости фронта испарения где у - средняя скорость звука. В формуле (2.5.5) не учитывается влияние конденсации на скорость фронта испарения, в результате которой опюшенне потока конденсата к полному потоку испаряемого материала приблизительно равно 0,18. Уравнения (2.5.4) и (2.5.5) образуют систему дпя определения величин Ти у в спшионарном режиме испарения. На рис. 2.5.12 представлены полученные в результате решения этой системы безразмерные значения относительной температурм поверхности кт, у = — и скорости фронта испарения в ()1 зависимости от плотности потока лазерного излучения ддя некоторых материалов (441- энерпш, необходимая юш испарения одного атома).
Таким образом, воздействие мощных импульсов лазерного излучения на материалы позволяет реализовать разнообразные физические зффекгы (бмстрый нарев и остывание, плавление, быстрая кристаллизация, иснарение, насыщение поверхностного слоя продуктами разрушения, образование плазмы и ее взаимодействие с поверхностью разложение веществ и взаимодействие продуктов разложения с поверхностью и создать на их основе технологические процессы для электронного машиностроения. Одним из направлений применения лазеров в технологии электронного машиностроения является химическое осалдение пленок Я, 8(О2, ЯС, С, ЯЗВ(4 нз газовой фазы, окисление и шпритизация кремния, травяе- ние кремния и диоксида кремния при низких температурах (менее 500 К) за счет стимулирования при воздействии фотонов высоких энергий из вакуумной ультрафиолетовой области (ВУФ) спектра.
Фотоны с энергией порядка 10 ЗВ эффективно поглощаются большинством применяемых в технологии микроззекгронпки веществ и химических соединений (02, ЯН4, ЯЗНб Хгз, Н2О, Боб), вызыюш их прямую фотодиссоциацию с образованием атомов и активных радикалов в основном ияи возбужденном состоянии. В отличие от низкотемпературных плазмохимических и ионно-лучевых технологий фогонно-стимулированные процессы, в которых отсугствует бомбардировка поверхности материалов высокоэнергетпчными заряженными частицами, позволяют избежать радиационных повреждений в модифицированных слоях. Применяются фотоино-стимулированные процессы осаждениа и травления слоев ЯОь ЯЗХ4, 81, ЯС и С с применением ртутных, дейтериевых, криптоновых газоразрядных и эксимерных лазерных источников излучения в ВУФ-области спекгра. Однако ламповые источники отличаютоя высокой расходимостью луча и не позволяют получюь излучение с длиной волны меньше 115 нм.
Фотохимические покрытия характеризуются более низким уровнем внутренних напряжений по сравнению с покрытиями, полученными высокочастотным плазмохимическим осаждением. КЛЛССИфИКЛЦИЯ ЛЛЗРРНЫХ ТЛХНОЛОГИй И ОБЛЛСТИ ИХ Ш ИМБНдиня 159 Достоинством фотонно-стимулированных процессов осаядения и травления слоев является низкая температура подлпхки (табл. 2.5.7). 2.5.7. Температура подложки прн фотохимических реянцяах Темпера- тура педхеж- хя, 'С 193 нмь ЯН4 + Хго -+ $102 < 200 193 нм Хп(снз)2 + Ног -+ ХпО 20 - 220 Мо(СО)4 + Яэ(248 нм") -+ Мо Сз(СО)ь + Ьт(248 нм") -+ Ст УУ(СО)4 + ду(248 нм*) -+ тт' 20 — 150 Я2Н4 + ят(193 нм) -+ (а-Я: Н) 193 нм ЯН4+ Ннз -+ Яз)94 193 нм (Сгнзо)4$1 + Ог .+ Яог 250 193 нм Ягнь + Иго -1 Яог 50 - 250 193 нм ЯН4 + 02 "+ $102 250 193 нм 81% + 74Рз + Нг-з $1Р4+ ь"Сз + + НР 193 нм $лН4 -з Я 40 70 193 нм ПС11 + $Н(4-+ ТЬ12 400 ' Длина волны излучения, вызывюощето фотохимические реакции.
г.з.з. кдьссизэиклция льзввпых тдхнологий и ошысти их пвимяияиия Создание больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) шпетральных схем характеризуется резким уменьшением толщины практически всех функциональных слоев. Так, толщина подзатворного диэлектрика для СБИС-16М должна составлять 10,0 нм, затвора в МОП- схемах (мелеш - окснд - полупроводник) - 0,1- 0,2 мкм, межслойной изоляции - 0,1 - 0,2 мкм. Для этого необходимы конструкционные магериалы (например, силициды вместо поли- кремния) и новые методы формирования функциональных слоев.
Требуется также высокоточное воспроизведение параметров (3 5 %) ультраБИС (УБИС) на большой площади (диаметр пластин 150 — 200 мм). При переходе к УБИС выход тодных изделий определяется дефектами, размеры которых соизмеримы с субмикронными размерами, поэтому необходимы новые способы создания, качественных границ раздела между слоями и детальный контроль дефектности каждой исходной плвспгны.
Конструктивные особенности УБИС характеризуются уменыпением шо метрических размеров по горизонтали и вертикали, поэтому повьппюотся требования к процессам сухото травления. Необходимо предотвратить возможность радиационного поврелдения нижележащих слоев и загрязнения их продуктами реакции. Широкое использование низкотемпературных и квазинизкотем пературных процессов требует разработки новых технологических процессов, основанных на иных физико-химических принципах. Переход к пластинам диаметром 200 мм, разработка новых методов контроля параметров технологического процесса, функциональных слоев и элементов ИС ш зли, требуют новой органиэации технологического маршрута с применением последовательно-индивидуальной обработки пластин. Рвдиапнонно-стимулированные процессы являются основой субмикроиной технологии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
