Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Для улучшения воспроизведения пленками рельефа подложки, особенно на заключительных стадиях изготовления микросхемы, хорошего облегания пленками ступенек ее структуры, часто в установках термовакуумного напыления используют совершающие планетарное движение подложкодержатели сферической формы (рис. 1!.23, б), способствующие организации подлета испаренных атомов к подложке под разными углами. К очевидным достоинствам метода термовакуумного напыления относятся; возможность реализации высоких скоростей нанесения материалов в высоком вакууме, простота, отработанность технологических операций и наличие современного высокопроизводительного оборудования.
Однако этому методу свойственны недостатки, такие как трудность обеспечения высокой воспроизводимости свойств пленок при осаждении вегцеств сложного состава, трудность испарения тугоплавких материалов, высокая инерционность испарителей и сравнительно небольшой срок их использования, что создает существенные трудности при создании оборудования непрерывного действия. Метод ионного распыления, использующийся для наНесения тонких пленок, принципиально ничем не отличается от метода ионного травления (см. $ 11.1, рис. 11.9...
рис. 11.11). В системах распыления диодного типа (катодное распыление, рис. 11.24, а) на распыляемую мишень-катод направляется поток ионов газа, ускоренных электрическим полем от нескольких сотен 11* 323 Рнс. 11.24. Схемы устройств ионного распыления: а - дводвого типа со смещеимем длв «етодвого р сп ленив; б — три раслмлеавп, в — триолиого типа с попкам вс о и эо электронвольт до килоэлектронвольт, которые, бомбардируя мишень, выбивают частицы распыляемого вещества, осаждающегося на подложку, расположенную вблизи анода. Если процесс распыления проводить в химически активной среде, то на подложке осаждаются продукты взаимодействия распыляемого вещества с атомами активной среды (окислы, нитриды и т, и.).
Такое распыление называют реактивным. Для локализации разряда применяют экраны, располагающиеся на расстоянии 3...5 мм от катода. Рабочая среда находится при пониженном давлении (1.„!О Па), в ней возбужден тлеющий разряд. Если распыляемая мишень металлическая, то распыление ведется на постоянном токе. Если мишень — диэлектрик, то распыление ведется на переменном токе при отрицательной полярность напряжения, а при положительной полярности с диэлектрика снимается заряд, накопленный в предыдущий период за счет его нейтрализации электронами.
Б 7 Рассмотрим для примера схему внутрикамерного устройства промьнпленной установки катодного распыления УВН-62П-1, предназначенную для нанесения металлических пленок на кремниевые, ситалловые и стеклянные под- Б ложки (рис. 11,25). Транспортно-бун- Рнс. 11.25. Схема внутрвкамерного устройства ур УВН.62П-1: à — экран, у — водоокламдаеммд катод; 8 — ммщемэ, ив э екград ещеии»; б — мелвииэм оеремещеимп пад ом к, б..лагруэочима бункер, У в ериемпаи кассета, а в мекввеэк подъема подвомек; Р— патрубои откачиод система, Гбколпак; Ы вЂ” плвтас га†натек т «е 324 керное устройство позволяет загружать и обрабатывать партию из 200 подложек.
Горизонтальные направляющие устройства заземлены и являются анодом распылительной системы. Под анодом иа расстоянии 40...60 мм расположен водоохлаждаемый катод размером 150Х340 мм, на который подается напряжение до 5 кВ. Волее высокое напряжение подавать нецелесообразно, так как ионы большой энергии глубоко внедряются в катод и эффективность распыления уменьшается. Экран располагается на расстоянии 3„.5 мм от катода.
Натекатели необходимы для создания определенной технологической атмосферы, откачная система — для создания необходимой степени вакуума. Подложка, пройдя над катодом и побывав на 5 фиксированных позициях, подается в приемную кассету. Одна из позиций предназначена для очистки подложек, чему служит электрод смещения, на который подается положительный потенциал 300 В.
Так как подложки имеют небольшое отрицательное смещение, то они подвергаются бомбардировке ионаии инертного газа сравнительно небольшой энергии. Катодное распыление имеет следующие преимущества перед термическим: большая площадь поверхности распыления, что обеспечивает получение более равномерных по толщине покрытий; возможность распыления тугоплавких металлов и сплавов без изменения состава; отсутствие разогретых деталей в вакуумной камере, лучшая адгезия пленок из-за высокой энергии ионов; возможность нанесения реактивных пленок; легкость очистки поверхности катода до начала катодного распыления зажиганием разряда при закрытой заслонке; возможность точной регулировки толщины пленки изменением напряжения на электродах, разрядного тока, времени процесса, а также давления инертного и реактивного газов; универсальность метода (могут быть распылены металлы с такими различными свойствами, как % и Ац); возможность изготовления многослойных пленок одновременным распылением нескольких мишеней; безынерционность (распыление материала происходит лишь при наличии напряжения на мишени и сразу же прекращается после его снятия); применение мишеней с большим запасом распыляемого материала позволяет широко использовать распыление ионной бомбардировкой в установках и линиях непрерывного действия; распыление ионной бомбардировкой может применяться не только для получения пленок и многослойных пленочных структур, ио и для придания пленкам требуемой конфигурации и подгонки тонкопленочных резисторов в номинал с помощью ионного травления (см $11.1).
Недостатки катодного распьиения в сравнении с термическим испарением: меныпая скорость нанесения покрытий; более сложные источники питания и конструкция электродов; высокие требования х чистоте газов; сравнительно низкий вакуум и возможность загрязнения пленок. и! рис. 11.26. Принцип действия и конструкция магнетрона с коническим кольцевыи катодом: н — «рннннннальн н схема; б — общий а д к рукиин н нодклшиенне ее уэлоз к нето нику тока, а — рас. поломеннс плаэменно о ура относ е но деталей ьонструкинн маснетрона: à — анод, 2 в область акс м льной зроэ атода-иийпени; Э в катод.мишень, б — подливки, б — под. лошкодершэтель, б — э ектромаснит, У— Магнетронное распыление является усовершенствованным вариантом диодных систем распыления, в котором скорость нанесения пленок Увеличена (до 2 мкмугмин) за счет локализации плазмы У поверхности распыляемого катода-мишени наложением скрещенных электрического и магнитного полей (рис.
! 1.26). В этом случае путь движения электронов увеличивается, они движутся по циклоиде вблизи катода, совершая многократные столкновения с атомами рабочего газа и увеличивая концентрацию ионов, бомбардирующих катод, в результате чего увеличивается и интенсивность распыления. Атомы распыляемого вещества осаждаются на подложку. Для распыления диэлектриков применяют ВЧ-разряд. Принцип действия установок катодного и магнетронного распыления роторно-конвейерного типа показан на рис. 11.27. Установки имеют загручзочные устройства 1, конвейер 6, высоковакуумные шлюзовые 2, 7 и рабочую 4 камеры, разделенные перегородками с каналами 3 для прохождения конвейера. В шлюзовых и рабочей камерах устанавливаются устройства очистки и нагрева подложек, несколько позиций 5 катодного либо магнетронного распыления, устройства отжига. В процессе работы непрерывно ведется откачка рабочей и шлюзовых камер, что обеспечивает поддержание необходимой степени вакуума (около ! Па при катодном и около !О - Г!а при магнетронном распылении).
Ионн о- ил аз м е н н ое р а с пыл ение проводят при давлении !О '.,10 ' Па, что обеспечивает большую стерильность условий нанесения пленок по сравнению с катодным распылением. В этом 326 Рис. 1127. Схема роторной установки для катодного распыления непрерывного действия случае в газе возбуждается несамостоятельный разряд, поддерживаемый эмиссией электронов от дополнительного термокатода (см. рис. 1!.24, б). Электроны, двигаясь от катода к аноду, ионизируют молекулы рабочего газа. Разрядный ток составляет несколько ампер прн напряжении между катодом и анодом порядка 100 В.
Возникает низковольтный дуговой разряд. Вначале цикла напыления осуществляется ионная очистка мишени и подложек, для чего на них подается небольшой отрицательный потенциал по отношению к аноду. Собственно распыление начинается при подаче на мишень отрицательного напряжения порядка 1...3 кВ, вытягивающего ионы из плазмы дугового разряда. Преимуществами ионно-плазменного распыления перед катодным являются: более высокая скорость распылении (0,3 мкмусмин), более высокая степень вакуума (около 1О ' Па), меньшие рабочие напряжения и большая стабильность газового разряда.
Трехэлектродные (триодные) системы, в которых электрические цепи разряда и распыления развязаны, обеспечивают ббльшую гибкость управления процессом. Недостатком триодной системы ионно-плазменного распыления, показанной на рис. 11,24, б, является сильный разогрев подложек, нз-за чего подложкодержатель приходится делать водоохлаждаемым, а температура подложек плохо поддается контролю и управлению. Этот недостаток устраняется созданием ионного источника, который изготовляется в виде рабочей камеры с термокатодом, отделенной от камеры осаждения калиброванным щелевым отверстием (см рис.
11.24, а), откуда плазма извлекается и направляется с помощью дополнительного электрода так, чтобы подложка не попадала в область разряда. Если мишень выполнена не из металла, а из диэлектрика, в системах распыления должен использоваться не постоянный ток, а ВЧ-разряд на переменном токе и такой метод называется высокочастотным распылением. Нанесение толстых пленок. Пасты, используемые в толстопленочной технологии, представляют собой тиксотропные (т. е. уменьшающие свою вязкость при увеличении давления) смеси, основу 327 ,! которых составляют порошки проводящего материала или диэлектри.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
