Вакуумни процеси в полупроводниковата технология предназначение на вакуумните процеси



Дата02.06.2018
Размер307.72 Kb.
ТипГлава
ГЛАВА 6
ВАКУУМНИ ПРОЦЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКОВАТА ТЕХНОЛОГИЯ
6.1. Предназначение на вакуумните процеси
Вакуумните процеси в полупроводниковата технология са предназначени за получаване на тънки слоеве от метали или диелектрици, необходими за всяка технологична схема в монолитната, слойната и хибридната технология.

Изискванията, които се предявяват към вакуумната система, произтичат от същността на процеса и от желаната стабилност на параметрите. При металните покрития е необходимо:

а) да се получи равномерна дебелина върху цялата пластина по време на едно изпарение или на редуващи се изпарения;

б) да се осигури необходимата електрична проводимост, т. е. повторяема структура и чистота на самото покритие;

в) да се осигурят добра адхезия към подложката и малки механични напрежения в слой.

Счита се, че ако вакуумната система осигури изпълнението на тези условия, в следващите технологични процеси няма да настъпи някаква съществена промяна в параметрите на покритието.



Вакуумният процес може да се раздели на няколко различни етапа. Имат се предвид различните физични процеси, които изграждат самия технологичен процес и имат математично описание – изпарение на материала, транспортиране през вакуумното пространство до подложката, кондензиране и отлагане на покритието. Енергията на кондензиращите частици влияе съществено върху механизма на израстване на покритието. В зависимост от енергията, с която частиците на отлагания материал срещат подложката, се различават изпаряване, разпрашване и йонно нанасяне (поддържано от йони отлагани на покрития). При вакуумното изпаряване необходимият за отлагане материал се намира в тигел, който се загрява, като енергията се получава директно чрез електрическо подгряване или чрез бомбардиране на материала с поток електрони. В единия случай е налице термично изпаряване, а във втория изпаряване чрез електронен лъч (електронна пушка). Високият вакуум е необходим, за да предотврати сблъсъкът между молекулите на изпаряваното вещество и тези на остатъчната атмосфера, както и на възможната реакция помежду им. Енергията на частиците, с която те попадат върху подложката е около 0,1 eV.

При катодно разпрашване с ускорени положително заредени йони се “бомбардира” катод, на чиято повърхност е нанесен необходимият материал. Йоните се получават в резултат на газов разряд между два електрода (съществуват и по-сложни, например триодни системи) при налягане на аргонови молекули от 1,330,13 Pa (10-2 до 10-3 Torr). Енергията на частиците, които попадат върху подложката, е от порядъка на няколко десетки електронволта, а енергията, с която йоните попадат върху катода, е още по-голяма. Скоростта на отлагане при катодно разпрашване е много по-малка от скоростта при изпарението.

Съществуват различни по форма изпарители, показани на фиг. 6.1. Предназначението на изпарителите е да поемат материала, който трябва да бъде изпарен, и в същото време да го задържат когато се разтопи. Това изисква добро мокрене между разтопения материал и изпарителя. Изборът на материала на изпарителите зависи от веществото, което трябва да бъде изпарявано. Съществуват различни таблици, които показват съвместимостта между изпаряемо вещество и тигел. В табл. 6.1 са показани някои от често срещаните комбинации. Важна част от вакуумната апаратура представляват държателите. Те имат такава конструкция, че позволяват въртеливо движение на подложките, отлагани под ъгъл с подобряване на адхезията и морфологията на отложения слой, загряване или охлаждане на подложките.

Таблица 6.1
Съвместимост между материал на тигела и изпаряемо вещество





Материал на тигела

Изпаряемо вещество

ZR-Диборид

Ti-Диборид

C

Fe

Al

Хромел

W

Mo

Ta

Ag













X

X

X

Al

X

X

0







0





Au













X

X



Bi













X



X

Cd











X

X



X

Ce













X





Co













X





Cr













X

X

X

CrNi













X





Cu













X



X

Ge













X

X



In













X

X



Rh













X

X



Se







X

X









Si

















X

Ti



X









X





Zn







X



X

X



X

Na3AlF6













X



X

MgF2













X



X

ThF4













X



X

SiO2













X

X

X

TiO2













X



X

ZnS













X



X

X – подходящ;

0 – подходящ за кратко време;

 - неподходящ.


6.2. Механизъм на отлагането
Процесът на отлагането се състои от следните частични процеси – изпарение, транспорт през вакуумната система, кондензация и нарастване на слоя. От теорията на вакуумната техника [225, 226, 236] е известно, че налягането на парите на изпаряемото вещество Ps и скоростта на изпарение mv са свързани по следния начин:

(6.1)

където M е молекулното тегло на изпарилото се вещество g/cm2, s;

Ps – парциалното налягане; T – температурата на изпарение.

За скоростта на изпарение може да се напише

(6.2)


При известно налягане на парите в равновесно състояние и известна скорост на изпарение, т. е. на определено разстояние от изпарителя, дебелината на полученото покритие за единица време s може да се опише по следния начин:

S=mv/M

Или

(6.3)



където М е специфичната плътност, g/cm3.

На фиг. 6.2 и 6.3 са показани диаграми, които отчитат налягането на парите и скоростта на изпарение на различни метали в зависимост от температурата на изпарение.

Обикновено при изпарение се работи с постоянна скорост на изпаряване при достатъчно количество изпаряемо вещество, като температурата на изпарение и ефективната повърхност на изпарение са постоянни. По този начин количеството изпарен материал се контролира само чрез времето. Конструкторът на полупроводникови прибори трябва да отчита непостоянството, съществуващо в реалния процес, и да задава в технологичната схема усреднени стойности за дебелината на покритието. От своя страна скоростта на изпарение влияе върху морфологията на целия слой. Ето защо в реалния процес би трябвало да се има предвид и скоростта. Допълнителни възможности за регулиране на скоростта на изпарение са температурата на изпарение (чрез стойността на електрическия ток, който преминава през изпарителя) и количеството материал поставен в изпарителя.

При достатъчно добър вакуум изпарените частици имат линейна траектория, като плътността на парите намалява обратно пропорционално с квадрата на разстоянието до изпарителя. Свободния пробег трябва да бъде по-голям от разстоянието между изпарителя и подложката. Той се описва по следния начин:

Ако в резултат на взаимните удари отделните частици загубят кинетичната си енергия и се съберат в капчици, се изменя морфологията на полученото матово покритие. Оптимизирането на свойствата на покритието в зависимост от скоростта на изпарение и от остатъчното налягане е важен процес при конструирането на полупроводниковите прибори.

Скоростта на израстване на покритието зависи главно от скоростта на изпарение и разстоянието между подложката и изпарителя. На фиг. 6.4 е показана най-общата геометрия, която се получава при използване на точков изпарител и подложка, поставена на разстояние R от него. Може да се запише [233, 236]

(6.4)


Следователно скоростта на отлагане зависи от коефициента на отражението 2 и от геометричния фактор , характеризиращ геометрията на изпарителя. За точков изпарител  е равно на 4, а за идеалния плосък изпарител с малка площ =. За последния изпарител е в сила

(6.5)

където  е ъгълът на излитане, измерен спрямо нормалата на повърхността на изпарителя.

Конструктивно трябва да се различава и зависимостта на скоростта на отлагане от ъгъла на падане на изпарения поток, измерен спрямо нормалата на повърхността, върху която са разположени пластините.

(6.6) S=S.cos.

На фиг. 6.4 е показан геометричен модел за изчисляване на дебелината на покритието за няколко случая от практиката. С прекъснати линии са показани равнината на изпарителя и три варианта на равнината на държателя. За плоския държател е изпълнено условието 1=1, за централната сфера (II вариант) II=0, а за отвесната сфера (III вариант) III=III. Освен това са изпълнени следните условия за разстоянията:

и .

Дебелината на покритието за точков източник може да се изчисли по следния начин (фиг. 6.4). Върху площта dAсф се отлага покритие с маса dm, като е изпълнено

(6.7) или .

Тъй като dAсф=dAплcos1,

следва че

(6.8) .

В сила са условията r2=h2+d02 и , което води до

(6.9) .

Ако плътността на покритието е М, за дебелината се получава

и

(6.10)



или .

При плосък източник (6.7) приема вида

(6.11) ,

откъдето следва =0cosI,

където


    1. .

Конструкторът е заинтересован от получаване на еднаква дебелина на покритието върху няколко пластини. Това означава, че те трябва така да бъдат подредени, че да е изпълнено условието (от 6.4, 6.5, 6.6)

(6.13)

От (6.13) могат да се получат не само (6.10) и (6.12), а всички останали случаи показани на фиг. 6.4. Така за втория вариант (централната сфера) следва ,=0 за точков източник и ,=0.cos за плосък източник. За вариант III следва съответно ,=0/cos и ,=0. От тези теоретични разсъждения следва, че ако източникът се приеме за точков, (6.13) е изпълнено за вариант II, докато за малък плосък източник – от вариант III.

В реалния случай скоростта на изпарение mv зависи по-сложно от конструкцията на изпарителя. Изследванията показват [236, 2378, 238], че е удобно да се използва mv=mvcos(x). От (6.10) за плосък държател и точков източник следва ,/0=cos(3+x), което позволява чрез подходящо експериментиране да се определи експлоатационната характеристика на изпарителя. От друга страна, от (6.13) следва





Това условие се използва за оптимално конструиране на подложкодържатели, например за h=h се избира изпарение под ъгъл =arccos(-x), за h=hcos(x) следва =arccos(x), за h=hcosx/2, =arccos1 и т. н.

Не зависимо от оптималния избор на мястото и ъгъла на изпарение крайните размери на пластината водят винаги до отклонения в дебелината на покритието.

На табл. 6.2 са показани примерни отклонения в дебелината на покритието по един диаметър в точки А и В, разположени на 20mm една от друга от двете страни на геометричния център за x=1 (идеален плоскостен изпарител) и за x=3 за случая =0cosx/2 и =arccos1. От данните се вижда, че чрез изменение на ъгъла може да се достигне минимално отклонение по диаметъра особено ако за всяка пластина се използва различен ъгъл  (изпарение под ъгъл).

От теоретичните изчисления може да се заключи, че повишаването на чистотата на покритието се постига чрез подобряване на вакуума, увеличаване на налягането на парите на изпаряемото вещество, намаляване на разстоянието между изпарителя и подложката, намаляване на абсорбционни коефициент за частиците от газа, увеличаване на абсорбционния коефициент за изпаряемото вещество чрез повишаване температурата на подложката. Намаляването на абсорбционния коефициент за примесите е еквивалентно на намаляване на налягането на техните пари.



Таблица 6.2





, градус

x

, градус

 тА/0

 тB/0

0

1

0

-2

-2

14

1

0

-5

0

35

1

0

-10

3

0

3

0

-3

-3

19

3

0

-12

1

35

3

0

-30

24

За обясняване на механизма на катодното разпрашване трябва да се разгледат процеси, подобни на тези в електродната лампа. В резултат на образуването на зона с обемен заряд (тъмна зона пред катода) положителните йони на плазмата се ускоряват в посока на катода и като попадат върху него, го разпрашват. За осигуряване на плазмата се използва инертен чист газ, например аргон. само в този случай отложеното покритие върху подложката отговаря по състав на материала на катода. При реактивно катодно разпрашване, обратно, се цели да се получи реакция с йоните, които разпрашват материала. Използват се йони на кислорода, азота, амоняка и някои други газове. При реактивното разпрашване е възможно реакцията да протече на самата повърхност на катода, на повърхността на подложката или някъде в междуелектродното пространство. Ако реакцията протича на самия катод, разпрашеният материал е самото съединение. В първия случай е възможно получаването на изолиращ слой върху катода. За продължаване и осигуряване на процеса е необходимо да се повиши налягането на газа. Увеличаването на парциалното налягане на газа и надминаването на определена стойност води до прекратяване на реакцията на повърхността на катода. По нататъшно отлагане на покритието става чрез реакция върху подложката. На това място стехиометрията на слоя може да се изменя свободно за осигуряване на необходимите параметри.

Реакциите, които протичат при всички видове катодно разпрашване, влияят съществено върху скоростта на отлагане и определят параметрите на тази технологична операция. В по-голямата си част тези механизми са еднакви с механизмите на вакуумното изпарение. При висококачественото разпрашване интерес представлява отрицателното зареждане на катода независимо от факта, че се използва променливо напрежение. Този факт се обяснява с различната подвижност на електроните и йоните, което е показано на фиг. 6.6. След запалването на плазмата през първата положителна полувълна електронният ток е много по-голям от съответния йонен ток през следващата отрицателна полувълна. С помощта на разделящ кондензатор във веригата на подложката се получава отрицателен потенциал на катода, който се запазва през цялото времетраене на процеса. При техническите устройства площите на двата електрода дори и при еднаква площ на подложката и катода не би трябвало да се разглеждат като равни, тъй като единият е винаги заземен.

Разпрашването се осъществява с определена ефективност, която се изразява с отношението

,

където NT е броят на избитите от катода атоми, а NG – броят на падащите йони на газа. Коефициентът и зависи от масата и енергията на йоните, от материала на катода и парциалното налягане.

При разпрашване на монокристални катоди значение има и ъгълът на бомбардировката. При еднакви условия  има следните стойности за някои метали: Ta – 0,6; Al – 1,2; Au – 2,8; Cu – 2,3; Ni – 1,5; Ti – 0,6; W – 0,6; Ag – 3,4.

Скоростта на разпрашване е пропорционална на плътността на йонния ток, площта на катода и ефективността.

(6.17) mv-sp=KAJ.

Коефициентът на пропорционалност зависи от апаратурата и геометрията на катода и подложката. Познаването на скоростта на разпределение е наложително при едновременното разпрашване на двата материала. За тях важи

mv-sp1=KA1J1 и mv-sp2=KA2J2.

В полученото покритие двата материала се появяват в отношение mv-sp1/mv-sp2. За определено съотношение и определена обща площ А=А12 се получава

и ,

където


(6.18) .

Уравн. (6.18) определя разпределението на общата площ на катода между двата материала.


6.3. Разпрашване на диелектрици и полупроводников материал
Широко приложение в съвременната полупроводникова технология намира катодното разпрашване на диелектрични покрития. Разпрашват се силициев двуокис, силициев нитрид, алуминиев окис и напоследък диелектрици като борен нитрид, галиев нитрид, алуминиев нитрид и др. При това се използват и двата варианта – високочестотно и реактивно.

При силициевия двуокис, чиито качества и параметри са най-добре изучени, се използва катод от силиций (силициева пластина) или поликристал, като разпрашването се извършва в окислителна среда от чист кислород. По принцип най-добра стехиометрия на покритията се получава за налягане, по-голямо от критичното налягане за съответната система, при което реакцията протича направо върху подложката. В този случай йоните на газа при бомбардирането избиват частици от веществото на катода, чиято кинетична енергия позволява протичането на реакцията едва на разстояние, равно на разстоянието до подложката. Всички методи на катодно разпрашване се отличават с голяма чистота на покритието (особено при реактивното разпрашване). Предимство на тези методи е ниската температура, при която става отлагането. Това ги прави приложими за пасивиране на вече изготвени полупроводникови прибори. Важна особеност на тези методи е универсалността на метода, т. е. по този начин могат да бъдат разпрашвани произволни диелектрични покрития и да бъдат изучавани техните свойства, което е съществено предимство пред останалите методи разгледани в гл. 4.

Осъществяването на стабилна плазма е основният критерий за получаване на добра стехиометрия на покритието. Обикновено за случая на аргона плазмата се запалва при налягане от 0,013 Pa (10-4 Torr), за азота – от порядъка на 0,039 Pa (3.10-4 Torr), а за някои смеси като аргон – кислород (примерно аргон:кислород 20:1) – при налягане 0,02 Pa (1,5.10-4 Torr). Във всяка система за катодно разпрашване стойността на анодния ток е мярка, по която се съди за интензивността на плазмата и разряда. Натрупаният опит, както по отношение на използваните газове, така и по начина на използване на разсейваната мощност, показва, че с помощта на катодното разпрашване във всички негови разновидности могат да бъдат получавани различни диелектрични покрития с добре контролируеми параметри.
6.4. Йонно ецване
Високочестотното разпрашване се използва широко за йонно ецване в полупроводниковата технология. В случая става дума за отнемане на част от полупроводниковия материал от повърхността на пластината за структуриране на дадено покритие или за почистване на самата повърхност с помощта на катодно разпрашване. Йонното ецване намира широко приложение и замества до голяма степен химичната обработка при фотолитографията в случаите на СВЧ интегралните схеми, където е необходимо структуриране на дебели златни или медни покрития, а традиционна химична обработка не би дала добри резултати. Опитите показват, че защитни покрития от фотолак или метални маски могат с успех да бъдат използвани при този вид ецване. Тяхното собствено разпрашване трябва да се познава и отчита, за да може да се гарантира добро качество на провеждания процес. При структурирането на металните маски се използват фотолак и методът “свличане”. За конструкторите това означава, че те имат възможност да приготвят маската без химична обработка на металното покритие. Такава обработка обаче се налага след йонното ецване за премахване на маската. Поради това е необходимо да се подбират такива метали, чието разтворители не влияят върху ецваното покритие. При използване на фотомаски за катодно разпрашване трябва да се вземат редица мерки гарантиращи запазването на лака при високата температура, която би могла да се получи в резултат на йонната бомбардировка. Използват се лакове, например AZ1350 и AZ119.

На фиг. 6.7 е показана принципна схема на йонното ецване като за сравнение е дадена химичната обработка. Основните предимства в случая са свързани с получаването на строго гарантирани контури на релефа, който има съществено значение за гарантиране на конструктивните параметри на създадения прибор.

За да се осъществи йонното ецване, пластината, която трябва да се обработи, се поставя на мястото на катода, т. е. върху нея да бъде извършвана йонната “бомбардировка”. За изясняване на механизма на самата операция трябва да се разгледа скоростта на разпрашване на златото в зависимост от енергията на йоните като най-често срещан случай на СВЧ ИС. Това е показано на фиг. 6.8. Трябва да се подчертае, че експерименталните данни зависят силно от начина на отчитане на режима, от вида на апаратурата и от съгласуването на ВЧ генератора [233, 238].

В табл. 6.3 са показани някои експериментални резултати със съответните скорости на разпрашване за различни материали на маската. Като стойност, която може да се счита за експериментално доказана, може да се приеме че разпрашването на слоевете, защитени с фотолак може да се извърши при мощност на високочестотния генератор 0,25 W/cm2. За различните апаратури това води съответно до различни режими.



Таблица 6.3


Скорост на плазмено ецване, nm.cm2/min. W за PAr=8.102 Pa


Злато

70

Мед

45

Фотолак

35

Хром

10

Титан

10




1,5

Тантал

10

Желязо

15

Силициев двуокис

15

Алуминий

20

При превишаване на мощността фотолакът се изпича. Това затруднява свалянето му. Има случаи, при които не се налага да се сваля фотолакът. В такъв случай трябва да бъде оптимизирана единствено дебелината на лаковото покритие.



В гл. 5 са дадени различни методи за отлагане на дебели покрития от фотолак – центрофугиране при малка ъглова скорост, потопяване и др. По отношение на хоризонталните размери и разрешаващата способност йонното ецване не отстъпва съществено на химичната обработка. Може да се твърди, че резултатите, получени чрез него, са сравними с тези на обикновената фотолитография. На фиг. 6.9 е показано използването на метална маска, която трябва да е с относително малка собствена скорост на разпрашване по отношение на съответния материал. При ецване на златото се използват титан, хром , манган и някои други материали, които лесно се отстраняват в химична среда след завършване на операцията. Може да се използва и реактивно разпрашване, чиято цел е намаляване скоростта на разпрашване на маската. Експериментите показват, че прибавянето на 10% кислород към аргоновата атмосфера намалява с един порядък скоростта на разпрашване на титановата маска, а това се отразява благоприятно на качеството на процеса. В същото време разпрашването на златото не се повлиява. Важна особеност в случая е появата на тънък слой от титанов окис, който възпрепятства отстраняването на титановата маска. За това е необходимо в края на процеса да се премине отново към чист аргон, при което този слой се отстранява. Експериментите показват, че за разпрашване на 6 m дебело златно покритие са необходими 2,5 часа при мощност 0,55 W/cm2, налягане на аргона  0,9 Pa (6,6.10-3 Torr) и налягане на кислорода около 0,1 Pa (8.10-4 Torr). Освен аргон и кислород напоследък все по-често се използва и реактивна смес от фреон и кислородни атоми CF4+O(3p). Експериментите показват, че в такава среда се извършват йонното ецване на Si и съдържащи силиций компоненти като SiO2 и Si3N4. Някои трудно топими метали, като молибден и тантал, също могат да бъдат обработвани по този начин. В резултат на реактивното разпрашване се получават стабилни газообразни продукти SiF4, SiOF2, SiOF6, придружени от малки части O2, CO2 и F2. Особено голяма скорост на ецване се постига при предварително смесване на фреона и кислорода. На фиг. 6.10 са показани микроучастъци, обработени по този метод. Постигнатите хоризонтални размери от 2,5 m показват големите му възможности.
6.5. Параметри на отложени покрития и техния контрол
При разглеждането на параметрите на отложените покрития трябва да се отчита техният характер. При отлагане на металните слоеве голямо значение имат проводимостта на покритието и неговата дебелина. Да разгледаме например покритията от алуминий, които са най-характерни и които заедно със злато, титан, никел, хром и някои други метали широко се употребяват в полупроводниковата технология. Експериментите показват, че специфичното съпротивление на алуминиевото покритие на 1 m е 1020% по-голямо, отколкото на компактния материал и е около 3.10-6 cm.

Увеличението на специфичното съпротивление може да се обясни с наличието на структурни дефекти, примесни атоми или чужди фази, например окиси. Така например наличието на кислород в апаратурата при вакуум 10-6 Torr (1,3.10-4 Pa) води до сериозно увеличение на специфичното съпротивление, независимо, че абсорбционният коефициент на кислорода при такива малки налягания е много малък и е около 0,1. Специфичното съпротивление до голяма степен е мярка за доброто провеждане на самия процес. Тук трябва да се има предвид, че става дума за тънки покрития, които до голяма степен имат вече изменена структура. Ако примесите се отразяват на специфичното съпротивление очевидно ще има голямо значение и видът на използвания изпарител. Експериментите показват, че най-малко увеличение на съпротивлението се получава, когато изпаряването на алуминий става от меден тигел или от тигел от различни бориди, например титанов борид и др.

На фиг. 6.11 е показана зависимостта на специфичното съпротивление на отложения чрез постояннотоково разпрашване слой от Mo от преднапрежението на подложката. Очевидно е влиянието на допълнителното магнитно поле, както и на температурата на подложката. Дебелината на покритието е в границите 400 nm до 1,4 m, измерена с помощта на интерференчни методи. Специфичното съпротивление е определено чрез листовото съпротивление по четирисондовия метод. Кривите 1 и 2 от фиг. 6.11 са снети при остатъчни налягания от 6,5.10-4 Pa и 2,6.10-3 Pa (5.10-6 и 2.10-5 Torr) без нагряване на подложката и се различават само по използването на допълнително магнитно поле за концентриране на електронния поток. По този начин се получават големи стойности на специфичното съпротивление. От друга страна, сравнението с крива 3, която се характеризира с по-ниско крайно изпомпване и със загряване на подложката, показва, че при достатъчно оптимизиране на параметрите на процеса може да се достигне малка стойност на специфичното съпротивление, сравнима със стойността на компактния материал.

От направените изследвания [239] се вижда, че влиянието на остатъчния водород е слабо, докато, от друга страна, влиянието на останалите във вакуумната камера водни пари има съществено значение за качеството на молибденовия слой. Намаляването на съдържанието на водните пари с помощта на уловки преди започването на процеса и по време на самото изпомпване има съществено значение за подобряване на параметрите на покритието по отношението на неговото специфично съпротивление. Приближаването на специфичното съпротивление до стойността на обемния материал е признак по който се отчита качеството на процеса. Както и стойността на остатъчното налягане и на парциалното налягане на газовете. На фиг. 6.12 е показано това влияние върху широко използвания слой в слойната техника тантал (1 Torr=1,33 bar133 Pa).

Получаването на модификациите -та и -та става в резултат на вграждането N2 и О2 в междувъзловите пространства. При по-голямо парциално налягане се получават съединенията Ta2N и TaN.

Важен параметър е дебелината на покритието, която се дефинира като разстояние по нормалата, прекарана спрямо разграничаващите две повърхности. Различни експерименти показват, че това определение е доста идеализирано и физически погледнато, трудно за реализиране. Истинската дебелина на покритието е фактически една локална величина, която по принцип трудно може да бъде измерена. Известните методи за определяне на дебелината на покритието винаги дават усреднена стойност. При използването на тънки електрически провеждащи слоеве в микроелектрониката голямо значение има определянето на “електрична” дебелина. Определянето й чрез измерване на листовото съпротивление е неизгодно поради необходимостта от контактни площадки. Кварцовите резонатори позволяват безконтактно измерване, което намалява разброса. Използват се главно два вида бобини – датчици. В единия слой електрическият сигнал, който носи информация, се получава чрез индуктиране на напрежение във вторична намотка. Другият случай при параметричния тип резонатор информация се получава в резултат на изменение на електрическите величини на самата бобина.

Нанесените чрез вакуумните методи покрития се отличават с механични напрежения, които се различават съществено от тези на обемния материал. Механичните напрежения в покритието са пластични деформации или различни други структурни дефекти, които се отразяват на адхезията на покритието и на някои други негови параметри. Съществено значение в случая има температурата на подложката, при която се отлага покритието. Експериментите показват, че голямата разлика в температурния коефициент се отразява съществено върху адхезията, особено ако металното покритие трябва да работи при повишени изисквания. Разбира се, общото правило за изпаряване на метално покритие при повишена температура на подложката не винаги е изпълнимо и правилно. Съществуват различни методи за определяне на механичните напрежения. В резултат на многобройните експерименти е доказано, че слой от алуминий с дебелина от порядъка на 1 m, отложен при температура на подложката 200 0C, след изстудяване до стайна температура притежава механични напрежения от порядъка на 11,5.104 N/cm2 [236, 238]. Това означава една средна стойност на вътрешните напрежения от порядъка на 0,8.104 N/cm2. След темпериране при 570 0C измерените напрежения се увеличават от 2 до 2,5.104 N/cm2. Темперирането на фазовата граница алуминий – силициев двуокис, която е най-често срещана, води до изравняване на напреженията между подложката и съответното покритие.

В гл. 4 бяха разгледани някои от най-важните параметри на катодно разпрашени слоеве от силициев нитрид, силициев двуокис, алуминиев окис и алуминиев нитрид. Параметрите, с които се характеризират катодно нанесените диелектрични покрития, са следните: микроструктура на покритието, наличие и интензивност на максимуми на поглъщане в инфрачервения спектър и скорост на ецване. Силициевият нитрид, получен чрез катодно разпрашване и темпериран при температура от 800 до 1000 0C, показва при обработка с електронен лъч структури, които са в границите от 0,6 до 1,8 nm. От друга страна алуминиевият окис и алуминиевият нитрид се отличават с поликристален характер, при който диаметърът на отделните кристалити е в границите от 10 до 20 nm. Отклонения от тази структура могат да бъдат получени, когато температурата на подложката е ниска, а скоростта на отлагане голяма. Наличието на -, - и - модификациите при тези покрития също може лесно да бъде установен. При получените чрез катодно разпрашване слоеве от силициев нитрид максимумите в инфрачервения спектър са в границите между 11,4 и 12 m. В зависимост от качеството на покритието и неговата чистота могат да се появят някои особености в спектъра. При увеличаване на температурата на подложката абсорбционните максимуми се придвижват към по-големите дължини на вълните. Алуминиевият окис се характеризира с широк спектър в обхвата 11 до 20 m. При алуминиевия нитрид експериментите показват силно изразен о интензивност максимум при 14,8 m.

Скоростта на ецване е характерен белег за плътността на покритието, а оттам съответно и за качеството на отложеното покритие. Експериментите показват, че скоростта на ецване на силициев нитрид се увеличава силно при намаляване на температурата на подложката по време на отлагането. Някои експериментални данни, които обаче не бива да се разглеждат като абсолютни са показани на фиг. 6.13 [236].

Едно от приложенията на вакуумните процеси е свързано с получаването на работни копия на фотошаблоните. Както е показано в гл. 5, за изработване на работните копия се използва отлагане на хром чрез изпаряване или разпрашване или на слой от железен окис чрез реактивно разпрашване. Накратко ще бъде описана технологичната схема за получаване на работни фотошаблони. Първата операция при създаване на шаблоните е подготовката на стъклените подложки. Тя съдържа механично почистване, при което стъклата се измиват с гъба и кристалон и обилно с течаща дейонизирана вода. След това се премахва остатъчната емулсия чрез изваряване в разтвор от вода и прах за пране, като катализатор се използва калиева основа (няколко капки за един държател). След повторно измиване в обилно течаща вода стъклените подложки се почистват с гъба и кристалон. Така почистените стъкла се изваряват в разтвор от водороден прекис, амоняк и вода в съотношение 1:1:7. Времетраенето на процеса е обикновено около 10 min. следващата операция е почистване на стъклата в спиртни пари. Преди да започне разпрашването, стъклата се загряват с кварцова лампа до около 400 0C, като самото разпрашване на железен окис се извършва при около 100 0C в среда от 65% въглероден двуокис и 35% аргон. Времетраенето на процеса е в зависимост от параметрите на апаратурата и от дебелината на покритието. Увеличаването на процентното съдържание на аргона води до повишаване на качеството на покритието, но и до намаляване скоростта на отлагане. Обратно, увеличаването на въглеродния двуокис води до увеличаване скоростта на отлагане на железен окис, но полученият слой е с влошени параметри.



За получаване на равномерност при покритието, което е от изключително голямо значение при работните копия на фотошаблоните, подложките се подлагат на непрекъснато въртене. Окислителят се получава за сметка на разлагането на въглеродния двуокис във въглероден окис и кислород, а за катод се използва желязо. Хром се нанася чрез термично изпаряване. За целта отначало стъклените подложки се загряват до 300 0C, като при 85 – 90 0C започва изпаряването на хрома. За гарантиране на високо качество на хромовото покритие се използва хром на прах, който позволява да се получи по-равномерен слой. После се прави фотолитография на получените слоеве. след завършване на фотолитографския процес и снемане на фотолака подложките, на които е нанесен железен окис, се изпичат при температура 300 0C за един час. Целта е да се повиши устойчивостта на покритието и да се удължи животът на работното копие. Химичната обработка за покритието от железен окис и хром се извършва по рецептите, дадени в гл. 3.


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница