1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Время, необходимое для соединения частиц, зависит от состава пасты. При использовании металлических трафаретов, не содержащих ячеек, дополнительного времени для получения сплошной пленки не требуется. Просушиванйе слоя пасты, нанесенной методом трафаретной печати, которое сопровождается выделением ее наиболее летучих компонентов, обычно проводится при температурах от 70 до 150 'С в течение 15...30 мин. Для получения высококачественных пленок необходим тщательный контроль процесса сушки. Прн неправильно выбранных параметрах этого процесса возможно образование таких дефектов, как пузыри, раковины Глава 2 н трещины, которые приводят к разрушению пленки.
Для сушки часто применяют небольшие печи или инфракрасные лампы, хотя наилучших результатов можно достичь при использовании низкотемпературной туннельной печи с резистивным или радиационным нагревом, снабженной конвейером. В процессе сушки необходимо проводить вентиляцию печи. Значительное количество органических материалов, обычно испаряющихся из пасты при сушке, можно быстро удалить при относительно низкой температуре (-400 'С) посредством насыщения пасты углеродом и кислородом, В связи с этим термообработку проводят в окислительной атмосфере. Органическое связующее полностью выделяется из пасты на первом этапе заключительного процесса отжига, Отжиг осуществляют в многозонной туннельной печи.
Ее температурный профиль должен обеспечивать необходимую продолжительность выдержки образцов при низкой температуре для того, чтобы полностью удалить органическое связующее. На втором этапе отжига температуру повышают до ее наибольшего значения, которое может достигать 1000 'С.
Стекло, входящее в состав пасты, расплавляется, и образующаяся стеклообразная масса соединяет частицы вещества пленки, а также обеспечивает ее соединение с поверхностью подложки. Возможность получения пленки с необходимыми свойствами зависит от характера химических реакций, протекающих в высокотемпературной зоне печи. Для получения высококачественных пленок требуется точный контроль температурного режима. 2.3.3.2 Химические основы процесса Химические реакции, протекающие в процессе отжига, в общем виде можно описать следующей схемой; Реактивы — «Промежуточные продукты — «Конечные продукты Скорость реакций зависит от концентраций реактивов, промежуточных и конечных продуктов реакций, от физического состояния реактивов, состава окружающей среды, продолжительности и температуры отжига. Для паст специализированного назначения основная часть перечисленных параметров имеет фиксированные значения.
Двумя переменными параметрами, с помощью которых можно регулировать течение реакции, являются продолжительность и температура процесса. Скорость реакции может быть выражена соотношением скорость реакции =. А схр 1 — В~Т). Здесь Л и  — постоянные величины, а Т вЂ” абсолютная температура. Реакции, протекающие в процессе отжига, классифицируют следующим образом: 1) реакции между компонентами пасты, Методы осаждения тонких пленен 2) реакции между компонентами пасты и материалом подложки, 3) реакции между компонентами пасты и веществами„ содержащимися в печи, 4) реакции между компонентами различных паст, находящихся в контакте друг с другом [105). К реакциям, происходящим между компонентами пасты, относятся реакции между 1) металлами, которые являются основными составляющими пасты, 2) металлами и связующими, постоянно присутствующими в пасте, 3) металлами и связуюгцими, которые впоследствии будут удалены из пасты, 4) компонентами постоянно присутствующих связующих и 5) связующими обоих видов.
Вещества, содержащиеся в атмосфере печи, могут взаимодействовать с металлами или их соединениями, а также со связующими обоих видов. При создании многослойных покрытий или нанесении одного покрытия (например, токоведушей шины) поверх другого (которое может представлять собой печатную структуру, состоящую из полупроводника, диэлектрика и пленочного резистора) во время отжига возможно взаимодействие компонентов прилегающих друг к другу пленок. Типичным примером такого процесса является диффузия металлической фазы проводящей пленки в резистор. 2.3.ЗЗ Характеристики пасты Пасты, применяемые для получения толстых пленок, обычно содержат: 1) основной компонент, который должен присутствовать в металлической, резисторной, диэлектрической или полупроводниковой пленке в виде тонкоизмельченного порошка; 2) связующее вещество, представляющее собой тонкоизмельченную стеклянную фритту; 3) органическую суспензию; 4) органический растворитель.
Состав пасты выбирается исходя из того, какими свойствами должен обладать конечный продукт (окончательно сформировавшаяся пленка); при этом имеется широкий выбор промышленно выпускаемых паст для получения проводящих, резисторных и диэлектрических слоев. Полупроводниковые пасты пока не изготовляются в промышленном масштабе, и их применение ограничено. В табл. 2.8 приведены наиболее важные характеристики паст, используемых для получения электропроводящих и полупроводниковых пленок. 2.3.4. Химическое осаждение из паровой фазы Первые попытки практического применения метода химического осаждения из паровой фазы относятся к началу Х1Х в., когда для очистки и осаждения кремния осуществляли реакцию восстановления четырехфтористого или четыреххлористого Глава 2 Таблица 2.6.
Основные характеристики технологии изготовления пленок, обусловленные свойствами некоторых злектропроводяших (а) и полупроводниковых (б) паст Основиые компакеиты пасты Ап ~ Рг/Ап РфАо Рд)Ак 1 Характеристики 850 ! 850 850 Оптимальная температура отжига, *С 'Слоеное сопротивле- ( 0,005... 0 01 (0,08... 0,1 0,04... 0,1 ние, Оайквадрат 0,01... 0,03 Очень ~ Очень хорошая ~ хорошая Возможность пайки Отсутствует Очень хорошая Высокая ~ Высокая » !» Очень высокая Высокая Нет адгезии !30 ... 380 ) !30 ... 380 130 ...
380 Ширина получаемых линий, мкм 130 ... 380 Высокая Наиболее Высокая высокая Стоимость Наименее высокая Основные комповеиты пасты Характеристики паз ОП те Состав пасты Оптимальная температура ~ отжита, С 630 720 Удельное сопротивление, ~ Ом см 10 10» Размер зерен, мкм !О !О Адгезия с проволокой с кристаллом СдТе (2,5 М) + СйС1, (массован доля 1 йо) + пропнленглнколь С65 (2 М) + СбС1а (массо. вая доля 5 ото) + ОаС1» (легирующая примесь, массовая доля 0 3 % ) + + пропилеигликоль Методы осаждения тонких няенон 93 кремния с помощью натрия или калии [!061 Возросшее внимание к методу химического осаждения из паровой фазы в тридцатые годы нашего столетия было вызвано возможностью его использования для получения тугоплавких соединений, в том числе карбидов, нитридов, силицидов, боридов и оксидов металлов, а также сульфидов, селенидов, теллуридов, интерметаллических соединений и сплавов. Результатом экспериментов по эпитаксиальному выращиванию полупроводниковых материалов явилось широкое признание метода химического осаждения из паровой фазы, позволяющего получать полупроводники в виде тонких слоев.
Этот метод уже нашел применение для осаждения пленок различного типа, включая пленочные диэлектрики, проводники, резисторы, варисторы и ферриты. Химическое осаждение из паровой фазы по существу состоит в том, что подложку подвергают воздействию паров одного или нескольких соединений либо воздействию реакционноспособных газов, часть которых, а возможно, н все составляющие паровой фазы являются компонентами осаждаемого вещества. Продукт химической реакции, протекающей вблизи подложки или на ее поверхности, выделяется в виде твердой фазы и конденсируется на подложке. Для активации химической реакции применяют тепловое воздействие, высокочастотное электромагнитное поле, свет или рентгеновское излучение, электрический дуговой разряд, электронную бомбардировку нли используют подложки с каталитически активной поверхностью.
Следует подчеркнуть, что морфология осаждаемого слоя в значительной степени зависит от типа химической реакции и способа ее активации. Если реакция происходит в газовой фазе (гомогенная реакция), то образуется рыхлый осадок, поэтому важно подобрать такие условия осаждения, при которых реакция протекает вблизи подложки или на ее поверхности (гетерогенная реакция). Рост пленки при химическом осаждении из паровой фазы представляет собой процесс послойной конденсации атомов или молекул.
Во многих чертах он аналогичен процессу роста пленки прн использовании физических методов осаждения из паровой фазы, таких, как испарение или ионное распыление, поскольку в каждом из этих случаев пленка формируется из паровой фазы. Существенное различие между процессами химического и физического осаждения из паровой фазы состоит в том, что при химическом осаждении пленка образуется в результате гетерогенной химической реакции, когда не требуется, чтобы средняя длина свободного пробега молекул газа была бы более высокой или сравнимой с размерами камеры для осаждения. Тем не менее химическое осаждение из паровой фазы при необходимости можно осуществлять при низком давлении или в условиях высокого вакуума. 94 Глава 2 Наиболее важные преимущества метода химического осаждения из паровой фазы состоят в следующем: 1) поскольку насосы и другое вакуумное оборудование обычно не применяются, установка имеет относительно простую конструкцию, и ее можно быстро подготовить к следующему циклу осаждения с целью получения новой пленки; 2) процесс осаждения можно проводить с высокой скоростью; 3) при получении пленок химических соединений легко регулировать их состав; 4) довольно простыми способами можно осуществлять легирование пленок, контролируя количество вводимой примеси; 5) возможно осаждение многокомпонентных сплавов; 6) осаждеиие тугоплавких материалов проводится при более низкой температуре по сравнению с вакуумным испарением; 7) возможно выращивание зпитакснальных слоев с высокой степенью совершенства структуры и низким содержанием примесей; 8) покрытия могут наноситься на объекты сложной конфигурации; 9) непосредственно перед процессом осаждения возможно проведение химического газового травления подложек.
Однако данный метод имеет ряд недостатков, к которым относятся: 1) высокая сложность 1с точки зрения термодинамики и кинетики реакций) процессов, происходящих при осаждении пленки, и их недостаточное понимание; 2) необходимость нагрева подложки до более высокой температуры, чем при физическом осаждении пленок из паровой фазы; 3) высокая токсичность, взрывоопасность н коррозионная активность реакционных газов, используемых в процессе осаждения, и продуктов химических реакций; 4) возможность взаимодействия коррознонно-актнвных паров с подложкой, осаждаемой пленкой или материалами, из которых изготовлено оборудование, а также внедрение в растущую пленку в виде примесей летучих продуктов химических реакций, протекающих в процессе осаждения; 5) ограниченный выбор материалов подложки вследствие возможности диффузии, сплавления и протекания на поверхности подложки химических реакций при высокой температуре; 6) трудности в осуществлении контроля осаждения однородной пленки; 7) как правило, отсутствие возможности маскирования ПОДЛОЖКИ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
