К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Такая установка предназначена дси получения твердых, химически инертных покрытий с низким коэффициентом тренин, которые можно использовать Лля защити магнитных дисков и других целей, когда требуются высокие износостойкость и коррозионная стойкость. Несмотря на довольно широкое распространение, что связано, в первую очередь, с простотой и достаточно высокой производительностью, ВЧ-системы имеют ряд существенных недостатков: ограничение площади покръпня, что связано с невозможностью до бесконечности увеличивать мощность ВЧ- генераторов и проблемой получения равномерного покрытия на большой площади. Кроме тспо, диапазон рабочих даиений ВЧ- систем (1 Па и выше) совпадает с областью давлений, в котором преобладают процеосы плазменной полимер изации. Зто вызывает необходимосп изменения условий осаждения таким образом, чтобы подавить полимеризациониые процессы роста углеродных пленок (это можно сделать, например, повьппая температуру подложки до 150 - 200 'С). Использование СВЧ-разряда юи осазсдения аморфных углеродных пленок в отличие от его использования для выращивания алмазных пленок требует применещи значительно более дорогой и экологически более опасной техники.
Кроме того, из-за небольшой энергии (десятки элекгронволът) осаждающихся частиц (что явшются преимуществом при эпитаксиачьном выращивании алмаза) аморфные углеродные пленки могут иметь плохую адгезию к подложке. То хе самое относится и к вырюциванию пленок в элекгронциклотронном разряде (ЭЦР). Несмотря на более высокую степень ионизацни рабочего щза, чем в ВЧ- или СВЧ-разряде, скоросп, роста пленок в ЭЦР значительно меньше (так как рабочий диапазон давлений в ЭЦР составляет 10-' - 10 з Па, что ниже чем для ВЧ- и СВЧ-разряда), а площадь покрытия и его равномерносп ограничены областью равномерности магнитного поля соленоида. Возможно также одновременное использование двух типов разряда в процессе осаждения углеродных пленок, например, ВЧ + СВЧ, ЗЦР + ВЧ, лазерного испарения и дугового разряда нли двух НЧ-разрядов с различной частотой.
Во многих случаях это позволяет объединить преимущесты кахдого нз разрядов в одном технологическом процессе и дает возмохносп более гибко управлять паРаметрами плазмы (ионной и электронной температурой, плотностью плазмы) и энергией ионов, осахлающихся на подложку. Свойства пленок и их взаимосвязь е методмвн получения. Оюнлческие сеолсива.
Оптические постоянные пленок — коэффициент преломления и и коэффициент экстинкции (ослабления) света, — которые определяются с помощью оптических спектрофотометров либо эллнпсометрии, зависит от способа получения пленок. Как правило, коэффициент экстинкцни быстро уменьшается с возрастанием длины волны овета в видимой области. В ИК-диапазоне коэффициент экстинкцни углеродных пленок практически равен нулю как для гидрогенизированиых (сс - С: Н), так и для непогрогенизированных пленок (а - С). Однако а - С с Н- и а - С-плеики различаются по прозрачности в видимой и 6лихней ИК-областях спектра.
По сравнению с пленками, изготовленными методами ионного распыления графита, пленки, осажденные из ВЧ-плазмы при разложении углеводородов, имеют более низкий показатель преломления и большую прозрачность в синей области. В случае сс - С-пленок, осажденных испарением, показатель преломления увеличивается при увеличении мощности. Зто используется при применении а - С-пленок для ИК- и лазерной оптики, где требувпся твердые защитные покрытия. В случае сс - С: Н-пленок важным параметром, влияющим на коэффициент преломления, юияется концентрация водорода, включенного в пленки, Наибольшее значение л наблюдается у пленок, в которых концентрация водорода соспаляет приблизительно 30 %. При меньшей, чем 26 %, концентрации. связанного водорода коэффициент преломления уменьшается.
В большинстве случаев показатель преломления о — С: Н-пленок не имеет дисперсии в видимой области. Однако в случае негнлрогениэированных углеродных пленок, нанесенных с помощью испарения графита, наблюдается уменьшение показателя преломления в видимой области. Кроме того, оптические консщлтьь как а — С: Н-, так и а - С- пленок, изменяются в зависимости от их толщины при с( < 0,2 мкм, что связано с изменением структуры пленок в процессе роста. НАНЕСЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ АЛМАЗОПОДОБННХ ПЛЕНОК В зависимости от оптической ширины запрещенной зоны Ех уцгеродиые пленки имеют различные прозрачность и цвет.
Тюг, если Е < 1,5 эВ (НК-диапазон), то пленки непрозрачны в видимой области и имеют черный нли серый оттенок. Если значение нх оптической ширины запрещенной зоны люкнт в видимом диапазоне (1,5 < Ех <3,1), то пленки являются полупрозрачнымй, а их цвет изменяется от темно-коричневого (при Ея ~ 1,5 эВ) до светло-коричневого или свепгохелтого (при Е в 2,5 ... 3,1 эВ), что яющигся сэюдствием слабого поглощения в красной области спектра и сильного поглощения в синеЯ. При больших значениях Е углеродные пленки становатся полнооп ю прозрачными во всем вцяимом диапазоне. Зяиаиричесхие саайстваа.
Возможность управявния типом и концентрацией носителей заряда является одним из основных факторов, определяющих возможность использования материала в хвчестм юсгнвных слоев в современной михроэлехтронике. Благодаря возможности улраюгения электропроводносп ю аморфный углерод нашел широкое применения в качестве материала функциональных слоев в различных микроэлектронных приборах.
Углеродные пленки относятся к группе материачов, у которых управлать электрическими свойствами можно как за очет изменеюш их структуры, так и за счет введения примесей. При этом диапазон изменения удельного сопротнюгения только эа очет структурных преобразований чрезвычайно широк; 1- 1О'э Омам. Как правило, у и - С: Н-пленок удельное сопротивление выше, чем у негндрогенизированых и - С-пленок, что овяэано с большим содержанием ЬРз-состояний и меньшей концентрацией оборванных связей. Термическая обработка а - С: Н-пленок при Т > ЯЮ 'С приводит к уменьшению удельного сопротивления на несколько порядков, что является следствием выделения водорода из пленки при отжяге.
Удельное сопротивление и - С: Н-пленок сильно зависит от условий осаждения: ВЧ-мощности, давления рабочего газа, температурм подлохки, а тагске от потенциала смещения, подаваемого на подложку ((7 ). Так, удельное сопротнвнение а - С: Н-пленок уменьшается с увеличением (Г,м. Это объяснятся изменением концентрации связанного водорода, которая сильно уменьшается при возрастании (Т до 700 В. Удельное сопротивление намного увеличивается лри увеличении содержания водорода потому, что соотношение атомов с БРэ-гибридизацией увеличивается, когда в пленке присутствует больше водорода. Основным параметром, определяющим удельное сопротивление негндрогенизнрованных а - С-пленок, напученных из ионных источников, яюшегея энергия осаждающнхся частиц, а при получении пленок путем распыления графнтовой мюпени - мощность разряда.
Так, а - С-пленки, изготовченнью прн низкой мощности, обладают полуизоляционными свойствами (р ~ 104 Ом.см). Увеличение мощности приводит к уменьшению удельного элекзросопротнвлення. В большинстве случаев изменения электропроводности за счет структурных преобразований вполне достаточно дяя использования углеродных пленок в качеоше различного вида пассивирующих и изолирующих покрытий. Однако с точки зрения создания углеродных тонкопленочных полулроводюасовых элементов ющ микроэлектроники нельзя обойтись без легнрования, поскольку оно являетсл основным технологическим этапом при формировании полулроводниковых приборов. Евуюреиние иалряэиамгя и адгезия.
Внутренние напряжения во многом определяют стабильность системы пленка - подяожка и, следовательно, срок службы этой системы. Пленка может треснуть, отслоиться и подвергнуться изгибу. Суммарное внутреннее напр юкенне в пленке складываетсл из следующих напряхений: тех, которые ювшюгся результатом различных значений постоянных решетки подложки и пленки; возникающих из-эа структурных изменений в объеме растущей пленки; вызванных внедрением в пленку примесей, не входящих в структуру пространственной решетки (для углеродных пленок такими примесями яюшются несвязанный водород и молекулы инертного шза, иопользуемого при осаждении); связанных с различием коэффициентов теплового расширения пленки и подложки. Общее напряжение в пленках, которое можно измерить по изгибу подлохки, зависит от толщины пленки.
Тонкие пленки, имеющие внутренние напряжения, могут держаться на подло~кке, если они имеют толщину, при которой их внутренние напряхения ие превосходят либо силы корзин, либо адгезионные силы, связывающие пленки с подложкой. В первом случае происходит растекание слоя, а во втором - отслаивание пленки. Возникновение напряжений зависит от микроструктуры осюаденного материала, так как на оонове пористой структуры не могут возникнуть большие напряжения. Причиной внутренних напряжений может быль любой механизм, затрудняющий перегруппировку атомов.
Так, включение в структуру пленки инородных частиц может играть главную роль Глава 26. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК в сохранении напряжений. На значения и знак внутренних напряжений в углеродных пленках влияют технологические факторы, наиболее важными из которых являются метод получения, состав газовой смеси, скорость осахщения, угол падения лучка, присутствие остаточного газа, а также температура, при которой производится осаждение. Технологические факторы можно разделить на лве тРуппы: 1) те, изменение которых влияет на свойства пленок, но не переводит пленки ю одного класса в другой; 2) те, изменение которых приводит к изменению типа пленки. Наиболее шахными техношинческими факторами, ыпиющими на внутренние напряивния, являютая те, которые переводят пленки из одного клааса в другой, поскольку в этом случае свойства пленок изменяегся скачкообразно.
При осаждении из углеводородной плазмы получают полнмероподобные, графитоподобные и пщрогенизированные пленки, а из ионных источников - пирогенизированные углеродные пленки. Наиболее важным технологическим параметром, юпопощим на свойства углеродных пленок и, в частности, на внутренние напряжения, оказывается энергия осаждающихся ионов, которая в общем случае пропорциональна потенциалу смешения на подложке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
