К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Так как основная масса конденсирующепкя материала поступает в перпендийулярном к подножке направлении, пленки имеют столбчатую структуру, механизм роста которой зависит в основном от двух параметров: рабочего давления в камере распыления и температуры подложки. Чем вьппе температура, тем больше сеченме столбцов и они плотнее упакованы. С ростом давления плотность их упаковки ниже. Газовые включения в пленке лри ионно-плазменном нанесении могут быль удалены путем принудительной бомбардировки поверхности растущей пленки теми же ионами плззмообразующего газа путем подачи на пластину небольшого (менее -300 В) напряхения от дополнительного источника литания (распыление со смещением).
Кроме того, подача такого напряхения увеличивает однородность покрытий на рельефных поверхностях, так как при повышении температуры растущего слоя увеличивается поверхностная подшскность конденсирующихся атомов. уплы расльиштельных систем. Существует широкая гамма конструкций распьвппедъньтх систем. Схема простейшей диодной системы показана на рис.
2.6.28. Качество пленок из-за больших рабочих давлений не очень высокое, а небольшая скорость нанесения не позволжт обеспечивать высокую производительность. Благодаря простоте конструкции и эксплуатации этот метод широко применяется для изготовления неответственных иэделий. Распьшением прн постоянном токе наносят в основном слои проводящих материалов. Однако путем подачи в плазмообразующий инертный газ небольших добавок кислорода или азота можно получать пленки оксидов и нитридов металлов за счет реакции распыленных атомов с химически активными компонентами плазмы. При этом в зависимости от условий распътления (давление и парциальный состав газа, напряжение на катоде) качеспю пленок тт скорость роста нх могут существенно измеюпъск, так как вариацией режимов можно смещать интенсивную зону реакции распыляемого материала от поверхности мишени к поверхности конденсируемото слоя.
При необходимости распылять диэлектрические материалы илн металлы с высоким сопротивлением систему питания, обычной диодной системы необходимо модйфицировать. Для этого вместо постоянного напряжения на электроды диодной системы подается напряхение частотой 13,56 МГц (промьппленно разрешенная частота).
В этом режиме электроны плазмы колеблютая с энергией, достаточной для иопизации шомов плззмообразующего газа, поэтому раз- Рве. 2.6.29. Схема дведаея раывазителаеея еаеюиы ве аереиеавеи геке взыскав частетьа С1, С2 - регулируемые емкости; Ст - диззектрическзз зшшень; Р— ВЧ-фильтр; бдр - ВЧ-генератор (обычно 13,56 мгп, 50 Ом); о" - дроссезь; Лт - лсдзсака; тт- вольтметр ряд мапо зависит от вторичных электронов, излучаемых мишенью. Это позволяет создавать стабильную пэаэму при меньших прикладываемых к разрядному промежутку мощностях и при более низких давлениях, чем при использовании постоянного тока. Если электрод смещения (рис 2.6.29) соединен с ВЧ - генератором через последовательно подюпоченную емкость, на поверхности распытиемото диэлектрика (мишени) появляется импульсный отршютельный потенциал, среднее значение которого называется потенциалом автопотиризации.
Из-за большой разницы в подвижности ионов и электронов вольт - амперная характеристика тлеющего разряда соответствует рио. 2.6.30. В течение первого (положительного) полупериода на электрод поступает поток электронов, а во втором (отрицательном) полупериоде - поток положительных ионов. Так как заряд через емкооп не протекает, на поверхности диэлектрической мишени пояюшется отрицательный автопотенциал и тасин образом выравниваются положительные и отрицательные зарядные токи на мишень, чтобы общий лоток в течение одного периода был равен нулю. Обычно подводимая удельная мощнооп составляет 1 - 10 Вт/смз. При меньших значениях разряд захечь практически невозможно, а при высоких возможен сильный разогрев мишени, приводящий к повышенному шзоотделению о поверхностей близлежащих деталей и к деструкции распьшяемото материала.
Основной недостаток диодных систем— низюш скорость распыления даже при высоких ускоряющих напряжениях. Для устранения его необходимо увеличение на мишени плотности тока ионов плвзмообразующего таза. Реализовать это можно с помощью триодной системы с дополнительным источником ионизации или диодной системы с продольным магнитным полем, концентрирующим плазму в центре катода. Однако широкого применения эти системы не нашли.
Оптимальным является использование магиетронного эффекта при распьшении в диодной системе. Глава 26. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК грг 1,66Л '24 '2 г,в с,т О,а 6,4 о -6,4 -а,а -ф -2,6 1,(чА тд 2 Ьа с,т с,а 0,4 с -сд - 6,6 — 1,2 - 1,6 е ю и) Рве. 2.6.36. Вельт-аваервые вараатервсгавл ауласыруыаыш етрвяательвеге ввгесиеыеавы ва аевервлеств распмлаеимо двэлеатрэысыле иатегыава врв водаче ВЧ-елпмла: а — палввг рюрвва; 1- нэлвшех потока элешроновс П- ионный поток; П1- ВЧ-запыл; б - автопелврюаллв; Г- обшад нулевой поток; Рэ — потышваз автеполврнзацля Рве.
2.6.31. Мывегреалее раелылвгельвое устревегвы А - атомы распыленного магвряэла;  — эаземленныд экран; С- катод; У- нзолвгор; Е - линии манитногс псла; а(- магервал мвшенн; Ф- северны» полюс магнитов; Р - плотнел шмзма; б - юляый полюс магнатов Для увеличения времени жизни электронов в разрядном промежупи в мшнетронных распыллгельных устройствах (МРУ), конструкция одного из которых показана на рис. 2.6.31, применяется дополнительная замкнутая магнитны система, поле которой направлено перпендикулярно электрическому полю, ускоряющему электроны, выбитые из мишени.
Электроны движутся по спирали, которая локализована внутри разрядного промежупса. Чем сильнее мапснтное поле, тем ншке допустимое рабочее давление плазмообразующего газа и тем шире технолопсческие возможности МРУ. Увеличение времени лизни электронов в разрядном промежутке приводит к увеличению частоты их столкновений с атомами рабочего газа и, как следствие, - к увеличешпс плотности тока на мишень и росту скорости распыления. В реальных конструкциях при ускоряющих напряженшпс 400 - 600 В, давлении 10 г Па достигаются скорости роста пленок более 1 мхм/мин. Подготовва пластин к нанесению плевен.
Качество подготовки поверхности пластины перед нанесением слоя играет очень важную роль для получения слоев с требуемыми н воспроизводимыми параметрами. Обычно в зависимости от типа и назначения пластины перед нанесением слоя отмываются в специальных распюрах от механических и химических загрюнений, промываются деионизованной водой и просушиваются. Однако пребывание пластин после отмывки в охружающей атмосфере (особенно с неконтролируемой внешней средой) изменяет состояние поверхности пластины, что может сказаться на воспроизводимости электрофизических параметров наносимого слоя и его адгезии к поверхности пластины. Для сюпкенгш влияния этого явления непосредственно перед нанесением слоя в вакуумной камере проводится отжиг пластин, приводящий к дешзации летучих примесей и воды, сорбировавшихся на пластине.
Это в значительной мере стабилизирует выходнью параметры слоев. Однако в ряде случаев требуется более глубокая очистка поверхности. В этом случае чаще всего применяется ионная очистка для чего в камере устанавливается дополнительная позиция ВЧ- раопыления, в которой катодом - мишенью является обрабатываемая пластина. Ионы плазмы бомбардируют поверхность пластины, распыляя его материал и удюил, таким образом, с поверхности все слои (наиример оксиды, появившиеся за время хранения пластин после отмывки) перед нанесением слоя. Параметры осаждашя и харвитервстввн наносимых слоев.
К наносимым проводящим слоям и самому процессу предъявлшотсв следующие требования: ° неравномерносп толщины или сопротивления наносимых слоев - не более + 2 %; ° степень покрытия боковых стенок микровыступов - не менее 0,5; ° высокий хо эффи циент отражения (около 90 % длл А)); ° низкое удельное сопротивление материала проводника (менее 3 мкОм см); НАНБСЕНИБ ИЗНОСОСТОЙКИХ И АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ 213 ° высоюш термическая стабильность в контакте с граничными материалами при температуре до 450 - 500 С, а в некоторых случаях — до 800 - 900 'С; ° низкое хонтакпюе сопротивление метала с кремнием при различном типе проводимости; ° высокая вдавил наносимого слоя к подложке, на которой имеются например участки оксида, ингрида и кремния, легнрованнью различными элементами; ° совместимость внутренних механических напряжений с обрабатываемыми изделиями (обычно механические напряженна в системе минимизируются).
Так как параметры наносимых слоев зависят от требований, предьявляемых к конкретному изделшо, типу материала, конкретной конструкции оборудования, сформулировать однозначно рекоменющни по резгнмам нанесения очень трудно. В каждом конкретном случае выбирают режимы: температуру пластины в процессе нанесения, скорость нанесения пленки, рабочее даюгение и состав газовой среды. Однако существуют обязажльные рекомендации: вакуумная система и рабочая камера должны быль тщательно отмыты перед работой и откачаны до достижения необходимого давления; потоки натекания (герметичность системы) и газоотделения с поверхности внугрикамерных устройств не дол|кны приводить к повьллению допустимых значений общего и парциального давления шза в камере; чистота испаряемых и распьшяемых материалов, рабочих пиов должна быть такой, чтобы в процессе нанесения не вносились в кондеисирующийся слой вредные примеси; точность поддержания рабочих параметров процесса долина быль вьппе, чем допуотнмый разброо параметров наносимых слоев (температура, давление, режимы работы источников и т.п.) Оптимизация режимов нанесения в зависимости от назначения проводится в большинспю случаев по счедуюпцпя основным параметрам пленок маталлов: толщине пленок, ее равномерности по площади пластины и воспроизводимости от пластины к пластине (когпролируется оптическими интерферомеграми нли профнлометрамн по высоте сгупеньки); поверхностному сопротивлению слоя с последующим расчетом удельного со)гротивления (контролируется четырехзондовым методом); структуре пленки, размеру зерна, текстуре (контролируется рентгеновскими методами анюшза и электронной микроскопии); коэффициенту отраженна, его однородности по поверхности изделия (контролируется оптическими методами); солержанию примесей в нанесенном слое (контролируется специальными методами в завиоимости от типа и концентрации примесей); скорости травления слоя в каком-либо конкретном травнтеле, которая может косвенно характеризовать воспроизводимость свойств нанесенного слоя; внутренним напряжениям в слое, влшпощим, в первую очередь, на юцезию н термическую стабильность (контролируется специальными методами в зависимости от структуры обрабатываемого изделия).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
