🗊Презентация Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Нанесение тонких плёнок

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ НАНЕСЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК

Стадии процесса нанесения тонких пленок в вакууме Стадии процесса нанесения тонких пленок в вакууме 1. Генерация потока частиц; 2. Перенос частиц к подложке; 3. Конденсация частиц с образованием тон- копленочных слоев на обрабатываемой по- верхности.

Классификация методов нанесения металлических плёнок Классификация методов нанесения металлических плёнок Все методы нанесения тонких металличес- ких пленок в вакууме классифицируются по способу генерации потока частиц. В технологии ИИЭ используют три метода нанесения тонких пленок: - термическое испарение; - химическое осаждение из газовой фазы; - ионное распыление.

Термическое испарение Термическое испарение Метод заключается в конденсации материала из молекулярных или атомарных пучков,которые создаются в результате испарения нагревом на- пыляемого материала. Испаряемые в высоком вакууме атомы разле- таются над разогретой поверхностью испари- теля, и часть из них конденсируется на поверх- ности обрабатываемых подложек, образуя пок- рытие. В зависимости от способа нагрева материала различают: резистивное испарение (РИ), элек- тронно – лучевое испарение (ЭЛИ), лазерное испа- рение (ЛИ) или индукционное испарение (ИИ).

Резистивное испарение Резистивное испарение

Лазерное испарение Лазерное испарение

Кинетика конденсации Кинетика конденсации 1. Сначала атом напыляемого вещества ад- сорбируется под действием сил Ван–дер–Вааль- са и начинает мигрировать по поверхности в по- исках потенциальной ямы. 2. Множество мигрирующих по подложке ато- мов сливается друг с другом, образуя островко- вую структуру. 3. По мере дальнейшего поступления атомов отдельные островки начинают соединяться, и приобретает сетчатую структуру. 4. Затем структура превращается в сплош- ную, после чего пленка начинает расти по тол- щине.

Технологический процесс напыления плёнок термическим испарением Технологический процесс напыления плёнок термическим испарением 1. Загружаются подложки. Вакуумная камера герметизиру- ется и откачивается до давления не хуже 5×10-4 Па. 2. Подложки 3 нагреваются с помощью нагревателя 2 до температуры ~ 300 °С. 3.Вещество в испарителе 5 нагревается до высокой темпе- ратуры, при которой происходит его интенсивное испарение. Поток пара на подложки перекрыт заслонкой 1 и ограничива- ющей трубой 4. 4. Открывается заслонка 1, частицы в виде атомов или мо- лекул свободно распространяются в вакуумной камере от ис- парителя и, достигнув подложки 3, конденсируются на ней. 5. По достижении заданной толщины плёнки (либо задан- ного времени процесса) заслонка закрывается, испаритель отключается. 6. Подложки охлаждаются до заданной температуры. 7. Производится напуск азота в камеру. Затем подложки выгружаются.

Параметры процесса напыления вакуумным испарением Параметры процесса напыления вакуумным испарением Скорость напыления определяется - температурой испарителя: РИ – током испарителя, ЭЛИ – ускоряющим напряжением и током электронного луча, ЛИ – мощностью энергии лазерного излучения ИИ – мощностью ВЧ-индуктора, - взаимным расположением испарителя и подложки, Адгезия пленки - температурой подложки, Чистота плёнки - давлением остаточных газов в камере.

Особенности метода Особенности метода термического испарения Достоинства: - простота реализации; - чистота процесса (проведение процессов в высоком вакууме). Недостатки: - слабая адгезия пленки к подложке; - трудность получения пленок тугоплавких металлов и сплавов. -ограниченный ресурс непрерывной работы испарителя.

Ионное распыление Ионное распыление Распыление – физический процесс, включаю- щий ускорение ионов (обычно Ar+) посредством градиента потенциала и бомбардировку эти- ми ионами мишени или катода. За счёт передачи ионами импульса поверх- ностные атомы материала мишени распыля- ются и переносятся на подложки, где происхо- дит рост плёнки.

Системы ионного распыления Системы ионного распыления - диодная система; - триодная система; - ионно-лучевая система; - магнетронная распылительная система.

Диодная система Диодная система

Недостатки диодной системы Недостатки диодной системы - Высокое давление процесса приводит к загрязнению плёнки; - Разогрев подложки электронами (~ 350 °С); - Низкая скорость напыления.

Триодная система Триодная система

Магнетронная распылительная система Магнетронная распылительная система

Параметры процесса Параметры процесса Траектория движения электрона:

ВЧ – распыление ВЧ – распыление

Реактивное распыление Реактивное распыление Применяется для нанесения пленок химических соединений. Требуемое химическое соединение получают подбирая материал распыляемой ми- шени и рабочий газ. Для получения оксидов и ни- тридов в рабочий газ добавляют дозированное количество кислорода и азота соответственно. Химическая реакция может протекать как на подложке, так и на поверхности мишени. В от- сутствие аргона реакции протекают на мише- ни. Для протекания реакции на подложке коли- чество реактивного газа не должно превышать 10 %. Подача реактивного газа может осуществ- ляться отдельно либо в смеси с аргоном.

Химическое осаждение металлов из газовой фазы Химическое осаждение металлов из газовой фазы Метод основан на подаче в тепловой реактор ле- тучих соединений металлов (в основном галогени- дов) в смеси с водородом. При протекании соответ- ствующих химических реакций на поверхности под- ложки образуется пленка чистого металла: WF6 → W + 3F2; WF6 + 3H2 → W + 6HF; 2MoCl5 + 5H2 → 2Mo + 10HCl; 2TaCl5 + 5H2 → 2Ta + 10HCl; TiCl4 +2H2 → 2Ti + 10HCl.

Параметры процесса осаждения металлов ХОГФ Параметры процесса осаждения металлов ХОГФ Температура процесса (600 – 800 °С); Давление в реакторе (10 – 100 Па); Время процесса осаждения; Расход реагентов.

Особенности нанесения металлических пленок ХОГФ Особенности нанесения металлических пленок ХОГФ Достоинства: - Конформность покрытия (воспроизводимость рельефа поверхности подложки); - простота оборудования; - возможность одновременного нанесения на большое количество подложек. Недостатки: - высокая температура процесса; - загрязнение пленки атмосферой реактора.