14-04-2020-СОВР-ТЕХНОЛОГИИ-ПРОИЗВ-РЭА-ТРЕТЬЯКОВ (1171921), страница 8
Текст из файла (страница 8)
3.3,а.), что имеет значение для таких изделий, как пленочные волноводныеустройства для СВЧ техники, катодные материалы газовых лазеров и пр.Другой вариант пленочных материалов – это пленки с высокоразвитойповерхностью (Рис. 3.3, б.), мелкодисперсными кристаллитами илиаморфизированные, их применение связано с хорошими каталитическими,сорбционными характеристиками, например, для регенерации газовых средразрядных приборов типа газовых лазеров, поддержания определенныхдопустимых концентраций летучих веществ во внутренних объёмах и полостяхразличных приборов и устройств электронной техники.Рис. 3.3. Примеры: а) - компактная пленка сложного оксида; б) пленка сложного оксида с развитой поверхностьюВ зависимости от назначения пленок их заданные функциональныепараметры могут быть различными, однако, есть ряд общих характеристик итребований, присущих всем пленочным материалам.
К ним относятся:-равнотолщинность;-адгезионная и когезионная прочность (хорошее сцепление с подложкой иустойчивость к разрушению по границам кристаллических блоков);-заданный химический и фазовый состав (вспомним, что это разные вещи);-размер зерен или блоков, состояние их границ;-ориентация кристаллитов.36Методы получения пленок подразделяются на физические (PVD – PhysicalVapour Deposition) и химические (CVD), где реализация процесса напылениясвязана с переводом вещества и его выделением на подложке в ходехимической реакции. Среди химических методов получения пленок последнеевремя довольно широко развивается метод спрей-пиролиза аэрозолей,включающих термически разлагающиеся соли соответствующих компонентовсложных или простых оксидов.Напыление нейтральными частицами.Частицы, выбиваемые из распыляемой мишени ускоренным потокомзаряженных ионов, например, Ar+; диодные и триодные (с дополнительнымускоряющим и управляющим электродом) системы; магнетроны (устройства,где на скрещенные электрическое и магнитное поле накладываютсясверхвысокочастотные (СВЧ) колебания, что приводит к образованию сложныхспиралевидных траекторий заряженных частиц, которые имеют возможностьразогнаться до высоких энергий); ионно-лучевое распыление.Напыление заряженными частицами, которые разряжаются наподложках в процессе нанесения:-тлеющий разряд;-магнетронный разряд;-дуговой разряд.Термическое напыление:-собственно термическое распыление материалов;-пламенное;-взрывное;-световая дуга.Схемы "катодного" и "триодного" напыления пленок нейтральнымичастицами показаны на рисунке 3.4.Рис.
3.4. Схемы "катодного" и "триодного" напыления пленокнейтральными частицами. а) - "диодное" распыление.1 - катод-мишень, 2 подложка, 3 - подложкодержатель, 4 – анод; в) - "триодное" распыление, 1 катод-мишень, 2 - вспомогательный анод, 3 - подложка, 4 - анодподложкодержатель, 5 - вспомогательный катод (термоэмитер электронов)37К подложкам для получения пленок предъявляются требования, которыеможно классифицировать как требования по механической шероховатости;различные виды механической прочности; твердость; коэффициенттермического расширения и др.), по процессам их чистки перед нанесениемпленок; индифферентность по отношению к материалу пленки в ходе еёнанесения и эксплуатации или наоборот способность к необходимому дляполучения заданных свойств композиции химическому взаимодействию спленкой, т.е. образованию твердых растворов, поверхностных фаз и пр.), посвойствам (температура плавления, рекристаллизации, которые не должны, какправило, происходить в ходе термообработки пленок), получения качественныхориентированных покрытий чаще всего необходимо достаточно близкоесовпадение параметров кристаллической решетки подложки и пленки).Подложкипринанесениипленококазываютнетолькокристаллографическое ориентирующее действие, но и топологическое,связанное с кривизной поверхностных неровностей подложек.
Т.к. надвыпуклой поверхностью микровыступов давление паров выше, а кристаллитыновой фазы могут иметь ось быстрого роста, то при конденсации веществакристаллиты могут быть ориентированы одной из своих кристаллографическихосей по нормали к этим локальным выступам рельефа (Рис. 3.5, а.)кристаллитов при наличии жидкой фазы. Данное явление используютпрактически для синтеза текстурированных или даже близких кэпитаксиальным пленкам. Получение кристаллографической ориентации наискусственно созданных микрошероховатостях заданного профиля наподложках получило название графоэпитаксии (Рис.
3.5, б.)Рис. 3.5. Примеры ориентации кристаллитов и графоэпитаксиисложнооксидной пленки: а) - кристаллиты ориентированы; б) - примерграфоэпитаксииФизико-химические способы получения пленочных покрытий.Получение пленочных покрытий сопровождается рядом специфическихявлений, из них следует выделить последовательность процессовформирования пленок.Процесс получения пленок начинается с осаждения (адсорбции) т.н.адатомов. В условиях равновесия с газовой средой количество сорбируемых вединицу времени атомов, молекул или ионов равно количеству десорбируемых.Местами на поверхности подложки, где в первую очередь происходит сорбция,являются участки локальных энергетических максимумов, например, узлы38кристаллической решетки, что приводит к наиболее существенному выигрышууменьшения свободной энергии поверхности.
Силами, удерживающимичастицы, могут быть в зависимости от их природы и характера поверхностидисперсионные взаимодействия Ван-дер-Ваальса, химические – ковалентныеили ионные. Адатомы могут быть как фиксированными (при высоких энергияхсвязи с подложкой), так и подвижными, т.е. перемещаться от одноголокального энергетического максимума к другому за счет градиента, например,химического потенциала. Последнее явление облегчает протеканиепоследующих стадий образования пленки.Далее возникают за счет ассоциации нескольких адатомов двухмерныеостровковые неструктурные образования, которые также в принципе могутобладать подвижностью. В условиях равновесия могут иметься докритическиеи сверхкритические островки, первые из которых растворяются и переходят вотдельные атомы или десорбируются, вторые способны к дальнейшему росту.Происходит коалесценция островков с образованием структурныхзародышей, например, 4х4, 5х5 и т.д.
узлов кристаллической решетки новойфазы. По различным теоретическим представлением размер структурныхзародышей довольно значительно различается.Образуются каналы свободной поверхности подложки за счет смыканиямежду собой структурных зародышей с дальнейшим формированиемкристаллической структуры покрытия (Рис. 3.6).Возникают отдельные поверхностные поры без покрытия, которыеперекрываются в последнюю очередь с образованием сплошной пленки.Происходит конденсация последующих слоев пленки, которая вконечном итоге при продолжении процесса переходит в трехмерноеобразование. На этом этапе последующие слои осаждаются, в принципеподчиняясь тем же закономерностям, что и первичные.Рис. 3.6. Стадии заполнения поверхности подложки оксидом меди припиролизе раствора нитрат меди - поливиниловый спиртПленочные технологии лежат в основе создания элементов интегральнойоптики, устройств в которых в оптических средах создаются зоны и участки,выполняющиеразличныефункции,чтопозволяетсущественно39миниатюризировать изготовляемые приборы (Рис.
3.7). Интегральные схемы,широко используемые в электронной технике, также базируются на пленочнойтехнологии (Рис. 3.8) с использованием для нанесения на подложки схемзаданной конфигурации фоторезистора. Например, на кремниевуюмонокристаллическую подложку с р-типом проводимости наносят состав наоснове полимеров с добавками светочувствительных веществ. Под действиемлокального облучения с использованием масок или тонкого лазерного пучкафоторезистор теряет растворимость, необлученная его часть удаляется.
Затем засчет специальной обработки, например, ионной бомбардировки, открытыеучастки поверхности приобретают n-тип проводимости и на их границе сосновным объёмом подложки создается р-n переход, служащий основойфункциональной единицы, например, микродиода. Элементы микросхемысоединяются между собой напыляемыми металлическими проводниками.Микро-резисторы, конденсаторы могут быть сформированы, например, путемнапыления слоев соответствующих материалов заданной конфигурации.Возможно получение функциональных элементов в нескольких уровнях поглубине. Таким образом создаются микросхемы, (ГБИС – гигабольшиеинтегральныемикросхемы),содержащиемиллиардыединичныхфункциональных элементов на 1 см2 поверхности носителя, тогда как первыеиз созданных малые микросхемы (МИС) содержали лишь порядка 102/см2элементов.
Кроме того, применялись и гибридные микросхемы (ГИС) и сборки,включающие навесные радиоэлементы.Рис. 3.7. Примеры интегрально-оптических элементов40На рис.3.7а - схема интегрально-оптического элемента связи на основедифракционных решеток: 1 - диэлектрическая или полупроводниковаяподложка (из LiNbO3, GaAlAs и др.), 2 - планарный интегрально-оптическийволновод, 3 - фазовые дифракционные решетки созданные на поверхностиволновода методами фото- и электронно-лучевой литографии, 4 - световыепотоки, n1 и n2 - показатели преломления подложки и световедущего слоя,соответственно;. б) - схема интегрально-оптического волновода ссуживающимся краем: 1 - диэлектрическая или полупроводниковая подложка(из LiNbO3), 2 - интегрально-оптический волновод, 3 - суживающийся крайсветоведущего слоя, 4 - световые потоки в) - схема интегрально-оптическогоэлемента связи с использованием рупорных переходов: 1 - подложка, 2 интегрально-оптический волновод с плавно меняющейся шириной поперечногосечения (рупорный волновод), 3 - рупорные переходы, 4 - световые потоки.
г) схематическое изображение геодезической линзы: 1 - подложка, 2 - планарныйинтегрально-оптический волновод, 3 - углубление на поверхности волновода, 4- световые потокиРис. 3.8. Последовательные стадии изготовления монолитнойинтегральной схемы: a) - исходная полупроводниковая пластина спроводимостью р-типа, покрытая слоями SiO2, и фоторезистора; б) облучение фоторезистора через фотошаблон; в) - полупроводниковаяпластина с "окном" в слое SiO2 , образовавшемся в результате облученияи последующего травления; г) - диффузия донорных примесей и созданиеобласти с проводимостью n-типа.
(1 - слой фоторезистора, 2 - слой SiO2 3 полупроводниковая пластина, 4 - фотошаблон, 5 - засвеченный участокфоторезистора, 6 - донорные атомы.)414. Технология изготовления полупроводниковых интегральныхмикросхемПроцессы легирования, а также наращивания слоёв различных материаловпризваны сформировать вертикальную физическую структуру ИМС.Необходимые форма и размеры элементов и областей в каждом слое структурыобеспечиваются процессом фотолитографии.
Фотолитография - процессизбирательного травления поверхностного слоя с использованием защитнойфотомаски.На рис. 4.1. приведена укрупнённая структурная схема процессафотолитографии. Отдельные этапы на схеме включают в себя несколькоопераций. Ниже в качестве примера приведено описание основных операцийпри избирательном травлении оксида кремния (SiO2), которое используетсямногократно и имеет целью создание окон под избирательное легирование, атакже контактных окон.42Рис. 4.1. Укрупненная схема процесса фотолитографииПодготовка поверхностиСырьем для изготовления полупроводниковых пластин служит химическичистый кремний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
