36.2 Методы получения пленок в технологии гибридных имс. Термовакуумное испарение. Магнетронное испарение

В качестве пленочных диэлектриков в процессе производства ГИС и микросборок обычно применяются оксиды металлов: тантала, алюминия, титана и ванадия. Наиболее широко используется оксид тантала Ta₂O₅.

Диэлектрическим слоем тонкопленочных конденсаторов может служить SiO₂, т.к. он обладает высокой электрической прочностью и легко осаждается методами термовакуумного испарения и конденсации.

Элементы ГИС менее чувствительны к влиянию полей, излучений, зарядов, чем их полупроводниковые аналоги.

Существуют следующие способы формирования диэлектрических пленок в гибридной технологии: термовакуумное испарение; анодное окисление; ионно-плазменное осаждение; плазмохимическое осаждение; химическое осаждение.

Термовакуумное резистивное испарение применяется для получения оксидов кремния, алюминия, тантала, титана, ванадия.В атмосфере кислорода при очень низком давлении испаряется металл, кот., реагируя на пов-ти подложки с О₂, образует пленку оксида. Эта пленка обладает невысоким качеством из-за высокой дефектности ее структуры.

Анодное окисление в электролите широко исп-ся для получения таких оксидов, как Ta₂O₅, Al₂O₃, TiO₂, WO₃. Данные металлы легко образуют однородную пленку оксида на аноде при подаче потенциала между двумя электродами в электролитической ванне. Скорость реакции определяется диффузией ионов окислителя через уже образовавшуюся пленку оксида.

Ионно-плазменное окисление обычно осуществляется в кислородной плазме при низком давлении. На окисляемый образец подается положительный потенциал. Скорость роста пленок в плазме ниже,чем в электролите,но они получ-ся чистыми и однородными.

Ионно-плазменное распыление позволяет получать пленки практически любых диэлектриков. Мишени распыляемых диэлектриков располагают на расстоянии от подложек. Для отвода объемного заряда с мишени используется взаимодействие ВЧ-напряжения с плазмой, что приводит к стеканию заряда с диэлектрика и поддержанию разряда.

М етоды получения металлических пленок. Наиб. распространенными способами их получения являются методы получения пленок в вакууме. Эти методы различают по способу генерации потока частиц в вакууме: термич-ое испарение, ионное распыление.

Метод термовакуумного испарения

Процесс перехода вещества из твердого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу, называют возгонкой либо сублимацией.

3

Схема установки термовакуумного испарения:

1 – колпак;

2 – карусель (подложкодержатель)

3 – нагреватель подложек

4 – маска (трафарет)

5 – смотровое окно

6 – точечный источник потока наносимых частиц

7 – испаритель

8 – заслонка

9 – устройство ионной очистки

10 – вакуумные уплотнители

11 –система откачки вакуума

Испаряемое вещество нагревается в спец. испарителе до температуры, при кот. начинается заметный процесс испарения.Образуется атомарный поток. Затем вещество конденсируется на подложке в виде тонких пленок. Темп-ра процесса д.б. оптимальной, т.к. при уменьшении темп-ры напыление происходит неравномерно, а при увеличении температуры получают пленки круглокристаллической структуры. Кроме того, осажденные атомы вещества вновь могут испариться уже с подложки.

По способу нагрева напыляемого вещества системы делят на резистивный и электроннолучевой. При резистивном способе нагрев электропроводящего тела осущ-ся при прохождении через него переем-го эл-ого тока. Нагрев м. б. прямым или косвенным. Испарители обычно изгот-ют из тугоплавких МЕ: вольфрам, тантал, молибден.

В испарителе с прямым нагревом ток проходит непосредственно через испаряемое вещество, и, т. о., испаряемое вещество не контактирует с материалом – испарителем, а, следовательно, выше чистота пленок. Используется только для сублимирующих материалов. При испарении косвенным нагревом вещество нагревается за счет теплопередачи от нагревателя. Чистота пленок получается несколько хуже, чем в первом случае и существует необходимость в очистке и отжиге испарителей.

В электроннолучевом способе нагрева ускоренные электроны бомбардируют пов-ость вещества, которое за счет кинетической энергии электронов нагревается до заданной темп-ры испарения. Недостаток нагрева: сложность аппаратуры и высокое приложенное напряжение.

Достоинства метода термовакуумного испарения:простота метода, высокая скорость напыления, хорошее качество пленок.

Недостатки: невозможность использования для испарения тугоплавких металлов и композиционных материалов (фракционирование и диссоциация сложных композиций).

Магнетронное распыление. Достоинствами метода являются: высокая скорость роста пленок, их хорошая адгезия и чистота; низкая температура нагрева подложек; возможность распыления проводников и диэлектриков; возможность получения сверхтонких (менее 20 нм) пленок; безинерционность процесса.

Метод магнетронного распыления применяется для получения:

• жидких кристаллов – сверхтонких прозрачных пленок;

• прецизионных фотошаблонов, изготовленных на базе тонких пленок хрома;

• пленок Al, его сплавов и тугоплавких металлов.

Существуют магнетронно-распылительные системы с плоской мишенью, коаксиальная магнетронная система и планетарная магнетронно-распылительной система.

Магнетронно-распылительная система с плоской мишенью: 1– постоянный магнит, 2 – мишень катод, 3 – анод, 4 – траектория движения электронов, 5 – зона распыления, 6 – силовые линии магнитного поля, 7 – источник питания.

Коаксиальная магнетронная система

1 – подложкодержатель, 2 – анод, 3 – катод-мишень, 4 – экран, 5 – магнетронная система, 6 – колпак.

Достоинствами применения коаксиальной магнетронной системы являются высокая производительность процесса; небольшая интенсивность бомбардировки подложек вторичными электронами, т. к. сущ-ет коаксиальное магнитное поле, применяются заземленные экраны по торцам цилиндрического катода и, сетчатый цилиндрический анод. Недостатком метода является достаточно низкая скорость распыления, обусловленная оседанием части материала на сетчатом аноде. Повысить скорость напыления пленок позволяет использование планетарной магнетронно-распылительной системы.