ЭИПТ-1 (1072581), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Исходное вещество получают с помощью одного из методов термическогоиспарения D0 (термо-ионный метод D40); из газовой смеси, содержащей компонентыосаждаемой пленки (ионно-плазменный D41 и ионно-лучевой D42 методы); с помощьюдугового разряда D3, который используется как первая ступень плазменного ускорителя(плазмотронный метод D43).Основными достоинствами метода ионного нанесения тонких пленок являютсярегулируемая в широких пределах энергия осаждаемых частиц E (оптимальной считаетсяэнергия Eопт = 100 эВ) и высокая скорость осаждения Vо, а главными недостатками сложность реализации и распыление конструкционных материалов, а, следовательно, изагрязнение плазмы и получаемой пленки.Метод химического осаждения тонких пленок D5 осуществляется при напуске врабочую камеру (реактор) смеси газов, содержащей компоненты получаемой пленки, иделится на осаждение атомов и молекул непосредственно из газовой фазы D50 и плазмохимическое осаждение электрически нейтральных атомов, молекул и радикалов D51.Существуют CVD-методы (D500 и D501), газофазная эпитаксия (D502), термическоеокисление (D503), методы плазмо-химического осаждения (D510 - D513).Главными преимуществами метода химического осаждения являются широкийдиапазон скоростей осаждения Vо и возможность получения заданной кристаллическойструктуры пленки (вплоть до монокристаллов), а основным недостатком - использованиетоксичных, экологически небезопасных газовых смесей.Особенностью технологии тонких пленок является возможность управлятьпараметрами тонкопленочных покрытий с помощью изменения структуры игеометрических размеров пленки (в первую очередь толщины), а также ее состава.Получать пленки с заданным составом можно реактивным нанесением, путемиспользования мишеней сложного состава, с помощью одновременного осажденияразличных материалов из нескольких источников.Реактивным методом можно получить пленки оксидов, нитридов, карбидов и т.п.(Рис.24).

Условием стабильности процесса является выполнение неравенства pреак.< pкр,где pреак – парциальное давление реактивного газа; pкр - критическое давление, прикотором происходит изменение химического состава поверхности мишени, приводящее кзаметному изменению режимов осаждения пленки (т.е. скорость испарения илираспыления мишени должен быть больше, чем скорость ее окисления, нитридизации ит.п.).

В качестве примера можно привести изменение энергии межатомных связей U0распыляемого материала и его оксида: U0(Ti)=4,9 эВ; U0(TiO)=6,8 эВ; U0(Al)=3,2 эВ;U0(Al2O3)=19,2 эВ. Величина pкр рассчитывается исходя из условия наибольшейвероятности осуществления химической реакции на подложкеpкр  5,4  1010 V р G , Па,где Vр – скорость распыления мишени, нм/с; G - свободная энергия образования окисла,нитрида, карбида и т.п., Дж/атом. Парциальное давление реактивного газа pреак можнорассчитать из условия превышения плотности ионного тока ji на мишени над потоком N реак.

, т.е.реактивного газа на мишень N Arp реак. N Aji.zqe2MR0TРеактивный газ:N2 (O2, CnHm и др.)ArTiNTiNNNAr+Ti UмРис. 24 Схема реактивного осаждения тонких пленокС помощью реактивного осаждения наносят, например, пленки иттриевогоферрограната Y3Fe5O12 в среде Ar с добавлением 20% О2, причем поликристаллическаяпленка получается при температуре подложки T=922 К, а аморфная – при T<922 К;пленки силицидов металлов (для затворов МОП-транзисторов, выпрямляющих контактовдиодов Шоттки и др.) MoSi, WSi, PtSi и других в плазме Ar-SiH4 и последующимвжиганием при T>1300 К;сверхпроводящие пленки NbN (температурасверхпроводимости Tс=11-15 К) при распылении мишени из Nb в среде Xe-N2; пленкиПАВ из AlN на стеклянной подложке в среде N2-H2; пленки фторопласта-4 прираспылении мишени из политетрафторэтилена с хорошим охлаждением с добавлениемCF4 к Ar.Испарением или распылением мишеней сложного состава можно получать,например, магнитооптические пленки GdCo или SmCo, причем в первом случае составмишени: 25% гадолиния и 75% кобальта, а во втором – 50% самария и 50% кобальта;силициды тугоплавких металлов MoSi (Рис.25 а), WSi, PtSi и т.п., причемстехиометрические составы пленки и мишени совпадают несмотря на то, что каждыйэлемент распыляется отдельно и существует различие в коэффициентах распылениякомпонентов; дисульфиды и диселениды металлов (твердые смазки), например, MoS2(Рис.25 б), который распыляется целой молекулой, т.к.

связь между атомами серы имолибдена значительно больше межмолекулярных связей.MoAr+SiMoS2Ar+MoSiMoS2а)б)Рис.25 Схема распыления многокомпонентной мишени:с диссоциацией молекул (а) и без диссоциации (б)Осаждение многокомпонентных или легированных пленок из несколькихисточников, например, полупроводниковой пленки Si легированной Sb (Рис.26), позволяетполучать необходимый стехиометрический состав тонкопленочного покрытия, например,сверхпроводящей пленки Nb0,748Ge0,252, строго управлять уровнем легирования (можнополучать сложные профили легирования, сверхрешетки с практически любым параметром кристалла).SiSbРис.26 Схема нанесения многокомпонентной илилегированной пленки из двух источниковВ машиностроении технология тонких пленок используется для повышениястойкости режущего инструмента, упрочнения деформационного инструмента,уменьшения трения и увеличения износостойкости деталей машин.Широкое распространение получили архитектурные и автомобильные стекла степлосберегающими тонкопленочными покрытиями, которые обеспечивают необходимоепропускание видимого света и высокое отражение в инфракрасном диапазоне.

Этодостигается нанесением в вакууме многослойных покрытий типа «оксид – металл - оксид»толщиной 100 – 300 нм. Наиболее эффективным методом нанесения оксидных слоевявляется магнетронный реактивный на переменном токе.Кроме теплозащитных покрытий на стекле нанесением тонких пленок в вакуумеполучают антиотражающие покрытия на полимерной пленке, например, для теплиц иоранжерей, а также различные отражающие покрытия: зеркала, призмы, рефлекторы и т.п.Вакуумно-плазменное травлениеОперация вакуумно-плазменного удаления поверхностного слоя (травления) можетприменяться как перед нанесением тонких пленок (с целью удаления окисного слоя,очистки и активации поверхности), так и для получения требуемого микрорельефаповерхности.

Она включает в себя:1) загрузку подложек в вакуумную камеру;2) откачку камеры и напуск рабочего газа;3) включение источника травления;4) контроль процесса окончания травления;5) разгерметизацию вакуумной камеры и выгрузку обработанных изделий.Спомощьювакуумно-плазменноготравленияможнообрабатыватьполупроводниковые материалы, металлы, диэлектрики, окислы, нитриды, карбиды, алмаз,камни, высокомолекулярные соединения и т.д., причем как в монолитном, так и втонкопленочном виде. В качестве инструмента травления используются: газоразряднаяплазма (инертные и химически активные газы); ионный луч (Ar+, Kr+, Cl+, F+ и др.);атомный и молекулярный пучок (Ar, Kr, Cl2, F2, O2, H2 и др.).

Глубина травления можетсоставлять от 0,05 до нескольких микрометров, а минимальная ширина линии травлении –0,1 – 0,5 мкм.В зависимости от вида обрабатываемого материала, требований по точностиразмеров микроструктур и производительности оборудования применяются различныеспособы вакуумно-плазменного травления (Табл.7 и 8). При использовании шлюзовыхзагрузочных систем главным резервом повышения производительности оборудованияявляется скорость травления, которая в зависимости от применяемого способа можетколебаться от 0,01 до 500 нм/с.При ионном травлении ("ИТ") скорость травления (физического распыленияматериала) равна:VИТ ji SM, м/с;qe N A где ji – плотность ионного тока, А/м2; S – коэффициент распыления, атом/ион; M –молекулярная масса, кг/кмоль; qe - заряд электрона, Кл; NA - число Авогадро,молекул/кмоль;  - плотность материала, кг/м3.При химическом травлении ("ХТ") скорость травления (спонтанной химическойреакции) равна:V ХТ q хач хр y хр MNA, м/с;где qхач – плотность потока химически активных частиц (ХАЧ) на поверхность материала,ХАЧ/(м2.с); хр - вероятность спонтанной химической реакции; yхр - коэффициент выходаматериала в результате химической реакции, атом/ХАЧ (для реакции Si + 4F  SiF4 yхр=0,25 атом/ХАЧ).

Величину qхач можно рассчитать по следующей формуле:q хач 'p хачNA2MkT,'где p хач- парциальное давление ХАЧ, Па; k - постоянная Больцмана, Дж/К; T температура стенок вакуумной камеры, К. Величину хр можно рассчитать по следующейформуле:  E акт , kT  хр  С хр exp где Схр – предэкспоненциальный множитель, не зависящий от температуры; Eакт - энергияактивации спонтанной химической реакции, Дж.

В технологии микроэлектроникитипичными химическими реакциями на подложке являются: Si + 4F  SiF4;SiO2 +4F  SiF4 + O2; Si3N4 + 12F 3SiF4 + 2N2 и т.п6.Классификация методов вакуумно-плазменного травленияИонно-плазменное травление (ИПТ)Ионноетравление(ИТ)+++ Ar+, Kr+Ионно-лучевое травление (ИЛТ)h0Атомно-лучевое травление (АЛТ)Реактивное ионно-плазменноетравление (РИПТ)+++ Cl+, F+, O+,H+Ионнохимическое Реактивное ионно-лучевоетравлениетравление (РИЛТ)(ИХТ)Реактивное атомно-лучевоетравление (РАЛТ)Газовое травление (ГТ)ХимическоетравлениеРадикальное травление (РТ)(ХТ)Плазмо-химическоетравление (ПХТ)1/2 hCl, F, CF4, O2, H2h3211 – подложка; 2 – слой толщиной h; 3 – маска;  - погрешность травления.При ионно-химическом травлении ("ИХТ") скорость травления определяется каксумма VИХТ = VИТ + VХТ.Селективность травления, т.е.

возможность обрабатывать различные материалы,зависит от эффекта, лежащего в основе удаления материала с обрабатываемойповерхности. Физическим распылением можно обрабатывать практически любыематериалы; скорость травления различных материалов зависит только от коэффициентараспыления.

Химическое взаимодействие наоборот весьма избирательно к различнымматериалам.Погрешность травления, т.е. отклонение получаемых размеров от размеров маски,зависит от показателей изотропности травления. Строгая направленность обработкиускоренными частицами (заряженными ионами, нейтрализованными атомами илимолекулами)способствуетуменьшениюпогрешностиразмеровблагодаряпреимущественному травлению перпендикулярно поверхности, т.е. в глубь материала(см. Табл.7, Рис.27 а).

Характеристики

Список файлов лекций