tehnologiya-uluchsheniya-parametrov-kachestva-podlozhek-nitrida-alyuminiya (781561), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Таблица 5
| Материал | Средняя высота шероховатости,мкм | Отношение шероховатой к гладкой поверхности | Отношение после выдержки 5 ч при 250 |
| Алюмосиликатное стекло | 0,025 | 1,0 | 1,3 |
| Глазурованная окись алюминия | 0,025 | 1,0 | 1,0 |
| Полированный сапфир | 0,025 | 1,0 | 1,1 |
| Полированная 99% окись алюминия | 0,05 | 1,07 | 1,6 |
| Полированная 99% окись алюминия | 0,25 | 123 | 6,0 |
| Обожженная 96% окись алюминия | 1 | 1,59 | 6,3 |
| Обожженная 99% окись алюминия | 1,25 | 1,91 | 11 |
С4.1.2 Тонкопленочные конденсаторы
Рассмотрим влияние шероховатости подложки на тонкопленочные конденсаторы (рис. 8), реализуемые па ее поверхности. При изготовлении тонкопленочных конденсаторов сначала наносится металлический слой нижней обкладки, затем диэлектрик и, наконец, слой верхней обкладки. Толщина пленок металлических обкладок и диэлектрика измеряется микронами. Чтобы избежать короткого замыкания обкладок и электрического пробоя диэлектрика, шероховатость подложки должна быть значительно меньше толщины пленки.
Рис. 8. Тонкопленочный конденсатор
Следует отметить, что диэлектрические пленки чувствительны даже к единичному дефекту на поверхности подложки. Поэтому при низкой чистоте поверхности подложки практически нельзя изготовить качественные конденсаторы. Иногда в местах, где размещаются конденсаторы, применяют селективное глазурование.
4.2 Шероховатость подложек нитрида алюминия
Подложки нитрида алюминия, выпускаемые различными фирмами,
имеют шероховатость Ra=0,3…0,6 мкм. Стоимость подложек приемлемого качества для СВЧ ИМС с шероховатостью поверхности Ra=0,01…0,05 мкм в 40-45раз выше.
Сравнение подложек AlN, выпускаемых различными фирмами приведены в таблице 6.
Таблица 6
Таким образом, необходимо разработать технологию обработки поверхности подложек нитрида алюминия для уменьшения шероховатости от Ra=0,3…0,6 мкм до Ra=0,05…0,01 мкм.
5 Методы уменьшения шероховатости подложек нитрида алюминия
5.1 Полировка
Целью полирования подложек нитрида алюминия является достижение минимального нарушенного слоя и шероховатости, сохраняя при этом значения неплоскостности и непараллельности, полученных на предыдущих стадиях обработки. В процессе полирования подложек съёма материала с обрабатываемой поверхности практически не производится. Заданная шероховатость достигается в зависимости от режимов полирования в течение 15 – 40 минут. Необходимое время обработки определяется экспериментально для конкретных режимов.
Однако в процессе полирования подложки загрязняются и необходима дополнительная очистка подложек.
5.1.1 Оборудование
Для полирования подложек нитрида алюминия выбираем станок шлифовально-полировальный 3ШП-350М (рис. 9), предназначеннй для тонкого шлифования и полирования плоских и сферических поверхностей заготовок методом притира с применением свободного абразива.
Рис. 9. Станок шлифовально-полировальный 3ШП-350М
Технические характеристики приведены в таблице 7.
Ориентировочная шероховатость подложек нитрида алюминия после полирования Ra=0,05 мкм.
Таблица 7
5.2 Глазурирование
Снижение шероховатости достигается путем глазурирования поверхности керамики тонким слоем бесщелочного стекла. Однако теплопроводность подложек сильно падает.
Данный способ снижения шероховатости не является оптимальным, так как выбор подложек нитрида алюминия связан с одним из основных свойств: высокой теплопроводностью. Поэтому снижение теплопроводности недопустимо.
5.3 Ионно-лучевая полировка
В основе ионно-лучевого травления лежит воздействие на поверхность подложки направленного потока ионов инертных газов и их смесей. Поток ионов может направляться на поверхность образца под углами от 0 до 90 градусов. Однако, чтобы добиться полирующего эффекта при минимальном нарушении поверхности образца, поток ионов направляют под скользящими углами к поверхности 
=79 – 88 градусов (рис. 10). Этот способ осуществляют с помощью ионного источника.
Рис. 10. Схема ионно-лучевой полировки подложки нитрида алюминия
Анализ научной литературы показал, что травлению должна подвергаться не сама подложка, а пленка того же или иного материала, предварительно нанесенная на данную подложку.
Скорость распыления материала можно рассчитать по формуле:
где 
– плотность ионного тока, А/м2;
– заряд электрона (1,6
10-19 Кл);
– коэффициент распыления, атом/ион;
– молярная масса, кг/моль;
– постоянная Авогадро (6,02
);
– плотность материала, кг/м3.
Для большинства используемых материалов коэффициент распыления можно рассчитать по формуле:
где 
- коэффициент распыления при нормальном падении ионов.
Для реализации данного метода необходимо подобрать оборудование удовлетворяющее следующим требованиям:
1) максимальная чистота наносимого материала;
2) простота реализации метода нанесения пленки и ионно-
лучевой полировки;
3) возможность ионно-лучевой полировки сразу нескольких
подложек;
5.3.1. Оборудование для нанесения пленки нитрида алюминия
Сравниваем два метода нанесения пленки нитрида алюминия (таблица 8): магнетронный и дуговой с фильтрацией плазмы.
Таблица 8
|
Метод Параметр  | Магнетронный | Дуговой с фильтрацией плазмы |
| Принцип работы | Принцип магнетронного распыления основан на образовании над поверхностью катода кольцеобразной плазмы в результате столкновения электронов с молекулами газа (чаще всего аргон). Положительные ионы, образующиеся в разряде, ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность, выбивая из неё частицы материала. Покидающие поверхность мишени частицы осаждаются в виде плёнки на подложке, а также частично рассеиваются на молекулах остаточных газов или осаждаются на стенках рабочей вакуумной камеры. | Процесс дугового нанесения пленки основан на физическом осаждении паров. Осаждение паров и нанесение покрытия происходит в вакууме. Источники испарения создают высокоионизированный металлический пар. Этот пар возникает в результате дугового разряда между катодом и приемником. Причем в данном методе ионы металла вытягиваются при помощи магнитной системы и осаждаются на подложку. Однако полностью исключить наличие капельной фазы практически невозможно. |
| Достоинства | 1. Регулируемая скорость осаждения. 2. Возможность нанесения металлов, сплавов, нитридов, диэлектриков. 3. Достаточно высокая чистота осаждаемой пленки. 4. Относительная простота конструкции. | 1. Практически неограниченная электричсекая мощность. 2. Возможность нанесения металлов, сплавов, нитридов, карбидов и т.д. 3. Высокий коэффициент ионизации испаряемых частиц. 4. Отсутствие необходимости в дополнительном газе для ионизации. 5. Высокая скорость распыления. |
| Недостатки | 1. Низкая и нерегулируемая энергия осаждаемых частиц. 2. Низкая производительность | 1. Нерегулируемая энергия частиц. 2. Относительная сложность конструкция дуговых источников. |
Для микроэлектроники главным фактором является чистота поверхности и производительность. Поэтому остановимся на выборе дуговой с фильтрацией плазмы нанесения пленки нитрида алюминия. Выбираем установку CREEP SERVICE EAST 01 A (рис. 11).
Рис. 11. Общий вид установки
Установка обеспечивает проведение различных процессов нанесения пленок на подложки диаметром больше 400 мм, а также на квадратные или прямоугольные подложки.
Технологическая система установки: состоит из системы подогрева образцов, вакуумных вводов движения, планетарного механизма, привода планетарного механизма, источника Кауфмана, дугового источника, источника углерода и системы подачи газов.
Системы подогрева образцов: состоит из ТЭН и термопарных датчиков. ТЭН обеспечивают нагрев образцов до нужных температур с необходимой скоростью нагрева, термопарные датчики позволят определить температуру внутри камеры.
Вакуумные вводы движения: передают движение в вакуумную камеру, нужны для открытия заслонок на смотровых окнах и для вращения планетарного механизма.
Планетарный механизм: вращает подложкодержатели вокруг своей оси для равномерного нанесение покрытия.
5.3.2 Оборудование для ионной полировки
Анализ научной литературы показал возможность применения двух источников ионов: источник типа «Кауфман» и протяженный источник с замкнутым дрейфом электронов.
1) Источник типа «Кауфман».
В источнике Кауфмана (рис. 12) разряд локализуется между стенками анодного цилиндра, горячим катодом и системой экстракции (рис. ). Осцилляция электронов в продольном магнитном поле и электрическом поле, образованном системой электродов, приводит к увеличению эффективности ионизации рабочего газа. Отличительной особенностью конструкции источника является наличие двух- или трехэлектродной многоапертурной ионно-оптической системы (ИОС), предназначенной для экстракции и формирования ионного потока, состоящего из множества (до 1000) отдельных пучков. Отражательный электрод имеет выходные отверстия и выполняет функцию эмиссионного электрода системы экстракции.
Рис. 12. Источник типа «Кауфман»
Достоинства источника:
- низкое напряжение разряда (20 В) уменьшает возможность распыления стенок камеры. Ионный пучок содержит небольшое количество примесей
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
