рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Нанесение тонких пленок

Нанесение тонких пленок - раздел Электроника, Введение в микроэлектронику Тонкие Пленки Широко Используются Как В Полупроводниковых, Так И В Гибридныхи...

Тонкие пленки широко используются как в полупроводниковых, так и в гибридныхИМС. Они являются материалом проводников соединений, резисторов, конденсаторов, изоляции. Помимо требуемых электрофизических параметров пленки должны иметь хорошую адгезию (сцепление) к материалу, на который они наносятся, например, к кремнию и двуокиси кремния в полупроводниковых ИМС, к диэлектрической подложке или ранее нанесенной пленке в ГИС. Не все материалы имеют хорошую адгезию с подложками (например, золото с кремнием). Тогда на подложку сначала наносится тонкий подслой с хорошей адгезией, а на него – основной материал, имеющий хорошую адгезию с подслоем.

Важным требованием является близкое значение коэффициентов термического расширения (ТКР) пленок и подложек, что предотвращает повреждение пленок при колебаниях температуры.

Термическое вакуумное испарение (термическое вакуумное напыление). Наносимое вещество вместе с подложкой помещается в вакуумную камеру. В результате нагревания происходит испарение и осаждение вещества на подложке. скорость испарения и роста пленок сильно зависят от температуры. Осаждение происходит с достаточно высокой скоростью при достижении условной температуры испарения Тусл , при которой давление паров вещества равно 1,3 Па. В зависимости от температуры плавления вещества Тпл , могут выполняться разные условия: если Тусл < Тпл (Cr, Mo,Si, W), то вещества интенсивно испаряются из твердого состояния; если

Тусл > Тпл (Al, Au, Pt), - то из жидкого.

Нагрев испаряемых материалов может быть прямой или косвенный: при прямом нагреве электрический ток пропускается через металлический материал, или используется индукционный нагрев, или нагрев электронной бомбардировкой. Косвенный нагрев происходит за счет теплопередачи от испарителя (тигля, спирали и др.). Осаждение ведется на подогретую подложку, температура которой 200 – 400 ℃. При слишком низкой температуре осаждаемые атомы не могут мигрировать по поверхности, при этом могут образовываться островки разной толщины. Слишком высокая температура вызывает обратное испарение осаждаемых атомов с подложки.

Высокий вакуум (10-4 – 10-5 Па) обеспечивает чистоту пленки. Время осаждения (от нескольких секунд до нескольких минут) регулируется заслонками, преграждающими доступ испаряемого вещества к подложке.

Недостатком этого метода является невысокая воспроизводимость параметров пленки из-за плохого контроля температуры и кратковременности процесса, а также невозможность воспроизведения химического состава испаряемого вещества (сплава или химического соединения) из-за разной скорости испарения входящих в него компонентов. Поэтому метод используется в основном для чистых металлов.

Распыление ионной бомбардировкой. Процесс производится в вакуумной камере, заполненной инертным газом (например, аргоном), котором возбуждается газовый разряд. Положительные ионы бомбардируют распыляемый материал (мишень), выбивая из него атомы или молекул, которые осаждаются на подложке. На пути к подложке выбитые атомы рассеиваются на атомах инертного газа. Это уменьшает скорость осаждения, но увеличивает равномерность осаждения пленки на подложке, этому способствует и большая площадь мишени. Скорость и время распыления (от нескольких минут до нескольких часов) регулируются напряжением на электродах и могут поддерживаться с высокой точностью.

По сравнению с термическим вакуумным испарением этот метод позволяет получать пленки тугоплавких металлов, наносить диэлектрические пленки, соединения и сплавы, точно выдерживать их состав; обеспечивать равномерность и точное воспроизведение толщины пленок на подложках большой площади. Распыление ионной бомбардировкой имеет несколько видов: катодное распыление, ионно-плазменное распыление и высокочастотное распыление.

а). При катодном распылении распыляемый материал (металл) является электродом катода 1 – рис. 4.13. На заземленном аноде 2 располагается подложка 3. Давление газа в камере 4 составляет 1 – 10 Па. На катод подается высокое отрицательное напряжение 2 – 5 кВ. Возникает газовый разряд, при котором образуется электронно-ионная плазма. Положительные ионы образуются из-за ионизации атомов газа электронами. Ионы, ускоряясь в сильном электрическом поле, выбивают из катода электроны, необходимые для поддержания разряда, а также атомы, которые диффундируют через газ, осаждаются на подложке. Если перпендикулярно электрическому полю Е между катодом и анодом приложит постоянное магнитное поле В, то оно искривит траекторию электронов, вылетевших из катода.

 

 

 

Рис. 4.13. Схема катодного распыления

 

Электроны, двигаясь к аноду по сложным петлеобразным траекториям, подобным траекториям электронов в магнетронах СВЧ (рис. 4.14) теряют энергию на ионизацию газа.

 

 

 

Рис. 4.14. Движение частиц в магнетронной

распылительной системе:

⊝ - электрон, ⊕ - ио н,

 

- атом, выбитый из катода

 

Увеличение длины пути электрона приводит к образованию большего числа ионов, чем в отсутствии магнитного поля, что способствует повышению скорости распыления или (при той же скорости) позволяет снизить давление газа и загрязнение пленки. В этом случае электроны достигают анода с малой скоростью, это снижает нагревание анода и предотвращает испарение осаждаемой пленки, устраняя возможность ее рекристаллизации и изменения химического состава. Описанная система называется магнетронной распылительной системой.

При реактивном катодном распылении в камеру вводится некоторое количество газа, образующему химические соединения с распыляемым материалом. Например, добавка кислорода при распылении тантала или кремния дает возможность получить диэлектрические пленки Ta2O5, SiO2.

Недостатком катодного распыления является загрязненность пленок из-за сравнительно низкого вакуума, а также невозможность напыления через металлический трафарет (маску), так как он искажает электрическое поле у анода.

б). При ионно-плазменном напылении давление газа в камере Р ≈ 10-2 Па значительно ниже, чем при катодном распылении, это уменьшает загрязнение пленок. Длина свободного пробега выбитых из мишени атомов превышает расстояние мишень – подложка, поэтому отсутствует рассеяние атомов, что повышает скорость осаждения. Получить большую концентрацию ионов в условиях пониженного давления можно, используя накаливаемый катод – источник электронов (рис. 4.15). В нижней части камеры 1 расположен вольфрамовый катод 2, а в верхней – анод 3, на который положительное напряжение составляет около 100 В. На мишень 4 подается высокое отрицательное напряжение 2 – 3 кВ. Напротив расположена подложка 5 с нагревателем 6. Для увеличения концентрации ионов прикладывается магнитное поле, направленное от анода к катоду. Электроны, вылетающие из катода под небольшими углами к вектору магнитного поля, двигаются к аноду по спиральным траекториям вокруг оси разряда, проходя путь, значительно больший расстояния катод – анод , создавая на этом пути гораздо больше ионов.

Степень ионизации газа на 1 – 2 порядка выше, чем при катодном распылении. Начало и конец процесса определяются подачей и отключением напряжения на мишени. Перед началом напыления проводится ионная очистка поверхности подложки (ионное травление). Аналогично можно провести очистку мишени. Очистка мишени и подложки способствует повышению чистоты пленок и хорошей адгезии к подложке.

В отличие от катодного распыления подложка не влияет на напряженность электрического поля и скорость распыления, это обеспечивает равномерность толщины пленки и возможность напыления через металлический трафарет, накладываемый на подложку. В ГИС это дает возможность одновременно с напылением формировать рисунок пленки.

 

 

 

Рис. 4.15. Схема ионно-плазменного напыления

 

Рассмотренные методы распыления на постоянном токе применяют для напыления металлических и полупроводниковых материалов

На диэлектрической мишени попадающие на нее положительные ионы не могут нейтрализоваться электронами из внешней цепи, в результате потенциал мишени повышается и процесс прекращается.

в). Для распыления диэлектрических мишеней используется высокочастотное распыление, при котором на мишени периодически меняется знак потенциала. На установке, изображенной на рис. 4.15 это достигается тем, что мишень 4 представляет собой диэлектрический слой, нанесенный на металлическую пластину, на которую помимо постоянного подают переменное высокочастотное напряжение большой амплитуды. При отрицательном напряжении мишень бомбардируется положительными ионами и распыляется, при положительном – на мишень поступает поток электронов, нейтрализующих заряд ионов (при этом распыления не происходит вследствие малой массы и энергии электронов).


Химическое осаждение из газовой фазы - в технологии полупроводниковых ИМС используется для получения пленок поликристаллического кремния и диэлектриков SiO2, Si3N4. Осаждение происходит в результате химической реакции в газовой фазе при повышенной температуре и осуществляется в эпитаксиальных или диффузионных установках.

Для осаждения поликремния на поверхность SiO2 используется реакция пиролиза (разложения) силана:

 

SiH4 → Si + H2,

 

которая протекает при Т = 650 ℃.

Для осаждения двуокиси кремния используется окисление силана:

 

SiH4 + O2 → SiO2 + H2O,

 

протекающее при Т = 200 – 350 ℃.

Нитрид кремния получают взаимодействием силана с аммиаком :

SiH4 + NH3 → Si3N4 + H2

 

при Т = 800 ℃.

К достоинствам осаждения из газовой фазы относятся простота, технологическая совместимость с другими процессами создания полупроводниковых ИМС (эпитаксией, диффузией), невысокая температура, благодаря чему отсутствует нежелательная разгонка примесей.

Скорость осаждения определяется температурой и концентрацией реагирующих газов в потоке нейтрального газа-носителя и составляет несколько сотых долй микрометра в минуту.

 


– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Введение в микроэлектронику

Технический университет.. е п новокрещенова..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Нанесение тонких пленок

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Исторический обзор
Электроника – раздел науки и техники, в котором исследуются электронные явления в веществе; на основе результатов этих исследований разрабатываются методы создания электронных приборов, электронных

Полупроводниковые ИМС
В первых дискретных полупроводниковых приборах (точечных и сплавных) электронно-дырочный переход формировался после разделения полупроводниковой пластины на кристаллы. Поэтому каждый кристалл требо

Основные принципы интегральной технологии
Важнейшим принципом является технологическая совместимость элементов ИМС с наиболее сложным элементом, которым является транзистор. Структура элементов (диодов, резисторов, конденсаторов)

Гибридные и совмещенные интегральные схемы
Применение полупроводниковых ИМС ограничено следующими причинами: производство полупроводниковых ИМС экономически оправдано лишь в крупносерийном и массовом производстве (основные затраты идут на п

Степень интеграции
Степень интеграции К – это показатель сложности ИМС, характеризуемой числом элементов N, полученных интегральной технологией на общем кристалле:   К = lg N.

Собственные и примесные полупроводники
Собственный полупроводник. Рассмотрим механизм проводимости полупроводниковых материалов на примере элементарных полупроводников. В кристалле кремния (он находится в четвертой группе таблицы

Полупроводников (p-n переход)
Для создания контакта электронного и дырочного полупроводников в одну часть кристалла вводится акцепторная примесь, а в другую часть – донорная. Граница раздела между областями кристалла с разного

Основные этапы технологии ИМС
Основными этапами изготовления ИМС являются: · получение чистого полупроводникового материала; · выращивание из него монокристаллических слитков с заданными электрофизическими сво

Выбор полупроводникового материала
Технология ИМС предъявляет к полупроводниковому материалу жесткие требования. Для массового производства приборов и ИМС полупроводниковый материал должен: - иметь высокую химическ

Получение полупроводникового материала
Материалами, используемыми для изготовления ИМС, являются кремний и арсенид галлия. Однако ИМС делают в основном на кремнии, так как технология ИМС на арсениде галлия более сложная и не столь хорош

Получение полупроводниковых пластин
Полупроводниковые слитки режутся на пластины тонкими стальными дисками с алмазной режущей кромкой -рис.3.4.         Рис. 3.4. Резка

Получение эпитаксиальных структур
До 1965 г. выход годных ИМС на биполярных транзисторах не превышал 5 %. Использование в структуре ИМС эпитаксиального слоя позволило увеличить процент выхода годных ИМС до 50 – 70 %. Совре

Методы формирования элементов ИМС
  Основным элементом полупроводниковых ИМС является p-n переход. Для его образования в полупроводник заданного типа проводимости вводятся атомы примеси, создающей проводимость противо

Общая характеристика технологического процесса производства ИМС
Общее количество операций технологического процесса может достигать 200 в зависимости от структуры ИМС и конструкции корпуса.Все операции могут быть разделены на три группы - рис. 3.5.

Типы структур ИМС
Рассмотрим структуры биполярных ИМС. Диффузионно-планарная структура. Функции изоляции элементов в ней выполняют p-n переходы, ограничивающие области отдельных элементов и смещенные

Требования к кремниевым пластинам
Групповая кремниевая подложка представляет собой круглую плоскопараллельную пластину диаметром обычно до 300 мм и толщиной (в зависимости от диаметра) в интервале от 0,2 ÷ 0,3 мм до 1 мм. По

Микроклимат и производственная гигиена
Для повышения выхода годных ИМС и воспроизводимости их параметров важно поддерживать стабильные климатические условия, высокую чистоту воздушной среды, технологических газов и жидкостей. Т

Термическая диффузия примесей
Диффузия проводится с целью внедрения атомов легирующего элемента в кристаллическую решетку полупроводника для образования области с противоположным по отношению к исходному материалу типом проводи

Ионное легирование
Ионное легирование – это технологическая операция введения примесей в поверхностный слой пластины или эпитаксиальной пленки путем бомбардировки ионами примесей. Получение ионов, их ускорен

Эпитаксия
  Термин эпитаксия происходит от греческого epi – на, над и taxis – расположение. Эпитаксия - процесс наращивания на пластину (подложку) монокристаллического слоя (эпитаксиал

Свойства пленки двуокиси кремния
Двуокись кремния широко используется в технологии ИМС: для создания масок, используемых при проведении локальных технологических процессов, формирования подзатворного диэлектрика в МДП-структурах,

Травление
Травление – это удаление поверхностного слоя не механическим, а чаще всего химическим путем. Травление используют для получения максимально ровной бездефектной поверхности пластин, не достижимой ме

Проводники соединений и контакты в полупроводниковых ИМС
Элементы ИМС соединяются между собой тонкопленочными проводниками. Предварительно в двуокиси кремния, покрывающей поверхность пластины, вытравливаются окна под контакты. Далее на всю поверхность на

Литография
Литография – это процесс формирования отверстий (окон) в масках, создаваемых на поверхности пластины и предназначенных для проведения локальных технологических процессов (легирования, травления, ок

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
С 1965 г. и по настоящее время полупроводниковая электроника бурно развивается. Ее базовым материалом является кремний. Он прекрасно обрабатывается, обеспечивает получение субмикронных схемных элем

Индексы Миллера
Пусть плоскость отсекает на осях координат отрезки ОА, ОВ и ОС (в единицах периода решетки). Рассчитаем обратные им величины H = 1/ОА, K = 1/ОВ, L = 1/ОС и определим наи­меньшие целые числа с таким

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Щука А.А. Электроника: учеб. пособие / А.А. Щука. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 2. Аваев Н.А. Основы микроэлектроники / Н.А. Аваев, Ю.Е. Наумов, В.Т. Фролкин. М.: Радио и связь, 1991.

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги