Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ивановский государственный химико-технологический университет

Факультет неорганической химии и технологии

Кафедра ТПиМЭТ

Лабораторная работа №2 по технологии материалов электронной техники

«Технологии получения тонких металлических плёнок»

Выполнил: Назаров А.С.

Лобанов Я.А.

Группа 4-9

Факультет НХиТ

Кафедра ТПиМЭТ

Проверил: доц. Шикова Т.Г.

Иваново 2011.

Цель работы:

1. Ознакомиться с методами получения тонких металлических пленок в технологии микроэлектроники методом вакуумного испарения и магнетронного распыления.

2. Получить практические навыки работы на технологическом и лабораторном оборудовании, позволяющем получать тонкие пленки металлов на различных подложках.

Теоретическое введение:

В производстве полупроводниковых приборов и ИМС широко используются тонкие металлические и диэлектрические пленки. Металлические пленки применяют для изготовления тонкопленочных резисторов и конденсаторов, коммутационных элементов и контактных площадок, омических контактов, разводки и т.п. В зависимости от назначения элементов ИМС используют как пленки из платины, золота, серебра, никеля, хрома, меди, алюминия, титана, молибдена, так и многослойные пленочные структуры.

Наибольшее распространение получили следующие методы нанесения тонких пленок:

- термическим испарением материалов в вакууме (резистивным и высокочастотным нагревом, нагревом электронным лучом или лазером);

• ионным распылением (катодным, ионно-плазменным или магнетронным) и

• ионно-термическим испарением.

Метод термовакуумного напыления

Метод получения тонких пленок термическим вакуумным напылением является универсальным и наиболее освоенным методом. Рассмотрим схему процесса термического напыления (рис.1).

Рис. 1. Схема процесса термического напыления

Схема термического напыления. Рабочая камера вакуумной установки представляет собой цилиндрический металлический или стеклянный колпак 1, который устанавливается на опорной плите 7. Между колпаком и плитой находится резиновая прокладка, обеспечивающая вакуумплотное соединение. Внутри рабочей камеры расположены: подложка 4, которая закрепляется на держателе 3, нагреватель подложки 2 испаритель 6 для нагрева напыляемых веществ. Между испарителем и подложкой устанавливается заслонка 5, позволяющая в нужный момент прекращать попадание испаряемого вещества на подложку. Рабочая камера откачивается вакуумным насосом. Остаточное давление под колпаком измеряется специальным прибором - вакуумметром. Давление измеряется в мм рт. ст.

Процесс термического напыления в вакууме разбивается на три этапа

1. Испарение вещества.

2 Распространение паров испаряемого вещества.

3. Конденсация паров испаряемого вещества на подложке и образование пленочной структуры.

Испарение вещества. Испарение вещества происходит при его нагревании. При нагревании вещества кинетическая энергия его атомов и молекул возрастает и становится достаточной для того, чтобы они оторвались от поверхности и распространились в окружающем пространстве. С повышением температуры энергия увеличивается и количество молекул, отрывающихся от поверхности, возрастает.

Твердые вещества обычно при нагревании расплавляются, а затем переходят в газообразное состояние. Некоторые вещества переходят в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс называется сублимацией.

Температуру, при которой давление паров вещества над его поверхностью составляет 10^-2 мм рт. ст., называют температурой испарения вещества.

Скорость испарения вещества определяется количеством вещества, испаряемого с единицы площади в I сек, и выражается формулой

(1)

где V_исп - скорость испарения, г/ (см²сек); р_s - давление насыщенного пара (10^-2 мм рт. ст.); М - молекулярный вес испаряемого вещества, г/моль; Т - температура испарения вещества, К.

Формула (1) для определения скорости испарения справедлива для так называемого молекулярного режима.

Конденсация паров на подложке и образование пленочной структуры

Конденсацией называется процесс перехода материала из газообразной фазы в твердую. При конденсации на подложке образуется пленка сконденсированного материала.

Конденсация пленки на подложке зависит от температуры подложки. Существует такая температура подложки, называемая критической Т_кр при превышении которой все атомы отражаются от подложки и пленка не образуется.

Исследования конденсации и роста пленки в начальный момент времени ее образования крайне важны, так как свойства пленки во многом определяются на этом этапе.

На процесс образования пленки влияет состояние поверхности подложки. Большое влияние оказывают также молекулы остаточных газов, которые нарушают условия конденсации и структуру образующейся пленки.

Молекулы остаточного газа находятся в беспорядочном тепловом движении и ударяются о любой участок поверхности, в том числе и о подложку. Степень загрязненности конденсируемой пленки определяется отношением числа молекул остаточного газа, ударяющихся о подложку, к числу молекул испаряемого вещества.

Молекулы остаточного газа, а в основном они являются молекулами воды Н₂О, реагируя с напыленным металлом, окисляют его. Тонкий окисный слой, образующийся у поверхности подложки, улучшает адгезию напыляемой пленки к подложке. Поэтому пленки, которые окисляются лучше (хром, железо), имеют лучшую адгезию. Металлы, которые плохо поддаются окислению (золото, серебро), имеют плохую адгезию, и они обычно напыляются с подслоем другого металла, имеющую лучшую адгезию к подложке.