Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Процессы лазерно-стимулированного травления представляют собой качественно новый вид обработки материалов. Эти процессы основаны на управлении локальными химина. скими реакциями и фазовыми изменениями иа границах раздела "твердое тело †г" и "твердое тело — жидкость" с помощью лазерного излучения. Этот метод позволяет получать требуемый рисунок с топологическими нормами субмик ронных размеров. 5.5.3.
Метаплизация поверхности Для соединения отдельных элементов транзисторных структур в электрическунз схему используются тонкие пленки металла. Наибольшее распространение получили тонкие пленки алюминия. В последние годы внимание исследователей привлекает использование медных межсоединсний, а также межсоединеннй из тугоплавких металлов, таких как молибден.
В основе процессов получения тонких пленок методом осаждения в вакууме лежат явления кинетики, испарения и конденсации газов. Количество вещества Я„ испаренного с единицы поверхности в момент времени т, определяется потоком энергии ЬГ, подводимым в данную точку поверхности, а также физическими характеристиками испаряемого материала. Изучение состааа пучков, образующихся в процессе испарения, показывает, что поток испаренного вещества имеет широкий энергетический спектр, который не зависит от способа испарения. В этом потоке содержатся различные компоненты, такие как атомы и ионы, электроны и совокупности молекул (кластеры) исходного материала. Способ испарения определяет вклад каждого компонента потока.
В свою очередь каждый компонент потока испаренного вещества определяет состав испаряемого материала. Для выбранного способа испарения энергия частиц в потоке, их количество, степень ионизации зависит от теплоты испарения, коэффициента распыления, энергии ионизаци" и работы выхода материала. Качество получаемых пленок в сильной степени зависит от энергии частиц испаренного вещества. Частицы с энергией, близкой к нулю, имеют малую подвижность на поверхности. Собсз" венной энергии частице не хватает, <тобы найти свое устойчивое положение на покер" ности. В условиях больц1их потоков происходит только рост островков в центрах крн статлизации. Пленка получается рыхлой, а адгезия плохой. Характеристики пленки могут быть улучшены за счет снижения плотности потока и подогрева подложки.
При повышении энергии частиц (>!0 эВ) адгезнонные свойства улучшаются, обеспечи" вается оплошность пленки при невысоких температурах подложки. Частицы с высо" энеРгией (- 300 эв) могут уже удаяять с поверхности адсорбированные молекулы газ ' исключая из состава пленочной структуры газовые включения. При увеличении энергии частиц свыше З00 эВ у них проявляется способность создана новых центров кристаллизации, нарушшотцих поверхностную структуру.
Высокоэнерг тические частицы такой энергии могут имплантировап,ся вглубь структуры (рис. 52б). 355 Технология производства интегральных схем Рис. 5.26. Процессы, происходящие на пояпожке: 1 — частица коняенсированного материала; 2 в сконденсированная частица, 3 — мигрирующая частица; 4 — имплантированная частица; б — частица распыленной подложки; б †пераиспаренные части; 7 — образованная статическая неопнаролность в аияе тонкой пленки Кластеры в молекулярном пучке имеют энергию не больше срелней энергии частиц потока Их скоросгь передвижения из-за большой массы не значительна по сравнению со скоростью перемещения ионов и электронов, Попав на поверхность материала, кластеры образуют островки пленки с пористой структурой и плохой алгезией.
Наличие кластеров в потоке приводит к образованию капель, которые попадают на поверхность и образуют там воронки, проколы в пленочных структурах, разрушают ранее созданные неолноролности. Электроны, входящие в сос~ав потока, образуются в результате иоиизации части испаренного материала при термоионной эмиссии. Возможен и механизм вторичной электронной эмиссии при некоторых способах термического испарения.
Если в целом поток вещества электрически нейтрален, то электронная составляющая не играет существенной роли в процессе конденсации. Высокоэнергетичные электроны способны нагревать и очищать поверхность, на которой формируется статическая неоднородность. Если же поток электрически не скомпенсирован, то электронная составляющая может зарядить поверхность. Следствием образования статического заряда являются пробои, особенно частые в случае образования статических неоднородностей из диэлектрических или полупроаолниковых материалов. Особое значение имеет ионный компонент в потоке нспаРяемого материала.
доля ионной составляющей должна бьжь тем больше, чем ниже энергия ионизации испаряемого материала. Заметим, что энергия ионизации тугоплавких материалов составляет 7 — 8 эВ, а лля легкоплавких — 8 — 1О эВ. Поэтому наиболее "онизированным будет пучок, образованный из тугоплавких элементов. Именно ионный компонент ответственен за формирование на поверхности тонкой пленки. П~ток может быть сформирован различными способами, Различают четыре основных способа формирования потока испаряемого вещества (рис. 5.27). ерзгьчегкяй способ использует разогрев вещества Ло температуры испарения и после«ю ующее формирование потока.
Энергия частиц в таком потоке составляет 0,2 — 5 эВ при пло лотностн потока!О см с' и незначительной ионизации (2%). В настоящее время из- ~8 -2 вест ватны различные способы термического разогрева. Резистивный нагрев осушествляешя за с а счет вылеления лжоулева тепла в нспарптель в виде проволочного нагревателя, полочки '" ячейки Кнулсена при пропускании через него электрического тока. В качестве матер"ала нагревателя используется обычно тугоплавкие материалы (Та, Мо, Рг, )г, С и лр.).
соответствующих установках с помощью таких испарителей можно распылять различны 'ге ь'е материалы 1А1, Ац, Сг, )ч1, Ре, 8п, Сц), а также соединения (РВОь ЯО, Мйрз, Хпй, бп, е зпРЬ, СаАз и Лр.). Часть !1,1ь!икроэлекгроник ЗЗб для термического испарения применяется также и ВЧ-нагрев. В этом случае может до тигаться высокая температура нагрева испаряемого вещества Г- 2800 'С). Это вещесзв обычно помещается в тигель из Та, Мо, уп Р! или С. Таким способом возможно полу ~ения пленок А!зОь 5!Оп Хп02, Т!Оь УзОз, которые широко применяются в приборах микр электроники.
на~рва .- 5000 „й. Людна~ 'Г~тГ ~,! Пушка Пирса Лазерный Ячейка Кнудсена ! 1 ~Н!! . :Д.: ВЧ нагрев триодная А Аксигъная пушка Термический Магнетронная; катоднов распыление Рис. 5.27. Способы формирования потоков испаряемсго вещества Среди термических способов электронно-лучевой нагрея исходного материала получил самое широкое применение в промышленных установках. Это связано с тем, что он позволяет поднять температуру поверхности испарения до 3500 'Г, Это позволяет попарить практически все классы веществ. Луч можно сканировать по поверхности испаряемого вещества, по позволяет улучшить равномерность покрытия и увеличить запасы распылясмого материала в установке. Электронно-лучевой разогрев позволяет проводить испарение из различных источников. Стабильность характеристик всей системы обеспечивает получение высококачественных пленок.
Конструкция электронных пушек и тигли могут быть различными однако из них можно испарять: Та, Сц, %, Мо, 1чЬ, уч1, Т1, Ге, А!зОн Т10з и друтие материалы, Весьма перспективным способом термического напыления является лазерный метод, ис пользующий лучистый нагрев вещества в камере от источника энергии, вынесенного " камеры. Высокая энергия излучения, отсутствие источника тепла в камере позволяет по лучать статические неоднородности практически из любого материала с сохранение стехиометрии состава исходящего вещества. В метоле кгллодлоло распыления используются диодные, триодные, дуговые и магнегро онва, а ные источники для получения сильно ионизированных потоков испаряемого вещества .
также электрические и магнитные поля для управления этими потоками в испаритезьи ьной камере. Энергия частиц в потоке лежит в пределах 0,5 — 20 эВ, плотность потока -- в "" про ° з ной делах 10 см' с, а доля ионизированных частиц походит до 100яв с помощью диода и триодной системы, а также триодной системы с продольным магнитным полем меж жно испарять пракп~чески все материалы.
б Технология производства интегральных схем Особое внимание специалистов привлекает магнетронное распыление, основанное на локализации аномально тлеющего разряда в разреженном газе со скрецгЕНными зпектрическими и магнитными полями. Магнетронные системы позволяют. р достичь высоких скоростей формирования пленочных структур; 1ч уменыпить уровень газовых включений в формируемую неоднородность; гз формировать структуры более 1О мкм с сохранением адгезии и однородности; г1 обеспечить стабильность параметров; гз нанести пленки окислов с металлических мишеней без использования радиочастотных источников электропитания системы. 1г недостаткам магнетронной системы следует отнести низкие значения коэффициента использования материала.
К катодному способу относится и вакуумная дуга, представляющая собой сильноточиый разряд в парах материала катода. В результате эрозии катода формируется поток испаряемого материала. Метод отличается высокой производительностью. Основным недостатком является наличие капельной фракции в потоке, которую можно уменьшить при работе в области коротких импульсов. Взрывной мегггсд позволяет формировать поток с энергией частиц до 7000 эВ с плотностью потока частиц до 1Ог см с ~ и долей ионизация частиц 30%. Этот метод пока не нашел широкого применения, хотя и позволяет получить структуры из металлов, полупроводниковых соединений и диэлектриков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
