Методическое пособие 557
.pdfэлектрического разряда. Таким образом, к источникам тока предъявляется чрезвычайно высокие требования к минимизации колебания выходных характеристик (погрешность не может превышать 2 %).Давление рабочей среды (как правило, инертные смеси) обычно изменяется в пределах ± 5 %. Давление влияет на оптико-электрические показатели некоторых материалов. Кроме того, состав поверхностного напыленного слоя сильно зависит от химической чистоты активной среды и мишени. Таким образом, магнетронные установки требуют наличия сложных турбомолекулярных насосов непрерывного действия.
При всех положительных моментах магнетронное распыление с постоянным током не позволяет напылять оксиды с большой скоростью. Повышение производительности приводит к сильному окислению самой мишени, что сразу же делает невозможным ее использование. В этих случаях используется модифицированная технология с использованием высокочастотного тока, который препятствует изменению стехиометрического состава напыляемого материала.
В отличие от других способов нанесения тонкопленочных покрытий способ магнетронного распыления позволяет достаточно тонко регулировать толщину металлического слоя, а значит и его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью.
Метод магнетронного распыления позволяет получать тонкие пленки высокого качества с рекордными физическими характеристиками (толщина, пористость, адгезия и пр.), а также проводить послойный синтез новых структур (структурный дизайн), «собирая» пленку буквально на уровне атомных плоскостей.
270
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Лучевые и плазменные технологии относятся к наукоемким технологиям, позволяющим осуществлять обработку материалов и формировать структуры на наноразмерном уровне и по этому признаку могут быть отнесены к нанотехнологиям.
Реализация таких технологий требует высококвалифицированных кадров, хорошо ориентирующихся в вопросах физики и химии плазменных и лучевых процессов в объеме и на поверхности и умеющих разрабатывать и прогнозировать технологические процессы лучевой и плазменной обработки самых различных материалов – металлов, полупроводников, диэлектриков, полимеров.
Учебная литература, посвященная лучевым и плазменным процессам и технологиям, практически отсутствует. В восьмидесятые годы ХХ века опубликован ряд монографий, в которых рассматривались основы плазменных лучевых технологий и намечены перспективы их дальнейшего использования в электронике. К сожалению, эти книги были изданы сравнительно небольшим тиражом, в настоящее время стали библиографической редкостью. В последние годы появился ряд зарубежных монографий, обобщающих последние достижения в области плазменной и лучевой обработки материалов, но они не переведены на русский язык и недоступны для широкого круга специалистов, работающих в данной области.
Предлагаемое учебное пособие призвано, в определенной мере, восполнить этот пробел.
Систематизированное рассмотрение физико-химических основ процессов плазменных и лучевых технологий, типовых установок, конкретных технологических процессов и примеров их реализации облегчит понимание и восприятие материала лекций по дисциплине «Основы лучевых и плазменных технологий», читаемых студентам.
271
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Вейко, В.П. Лазерная микрообработка [Текст]: опорный конспект лекций / В.П. Вейко. - СПб.: СПБУ ИТМО, 2005.
-110 с.
2.Голишников, А.А. Плазменные технологии в наноэлектронике [Текст]: учеб. пособие / А.А. Голишников, М.Г.
Путря. - М.: МИЭТ, 2011. - 172 с.
3.Готра, З.Ю. Технология микроэлектронных устройств [Текст]: справочник / З.Ю. Готра. - М.: Радио и связь, 1991. – 528 с.
4.Ефремов, А.М. Вакуумно-плазменные процессы и технологии [Текст]: учеб. пособие / А.М. Ефремов, В.И. Светцов, В.В. Рыбкин. - Иваново, 2006. - 260 с.
5.Курносов, А.И. Технология производства полупроводниковых приборов [Текст]: учеб. пособие / А.И. Курносов,
В.В. Юдин. - М.:Высш. шк., 1986. – 368 с.
6.Малышева, И.А. Технология производства интегральных микросхем [Текст]: учебник / Н.А. Малышева. - М.: Радио и связь, 1991. – 344 с.
7.Рилей, Д. А. Мир микро- и наноэлектроники: учебное пособие по современным технологиям в производстве микросистем [Текст]: в 2-х кн. / А. Д. Рилей. – Курск: Экспромт,
2009.
8.Светцов, В.И. Корпускулярно-фотонные процессы и технологии [Текст]: учеб. пособие / В.И. Светцов, С.А. Смирнов. - Иваново, 2002. - 192 с.
9.Сушков, А.Д. Вакуумная электроника: Физикотехнические основы [Текст]: учеб. пособие / А.Д. Сушков. - СПб: Лань, 2004. - 464 с.
10.Технология СБИС [Текст]: в 2-х кн.; пер. с англ. / под ред. С. Зи.- М.: Мир, 1986.
272
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение |
3 |
1. Физические основы плазменной технологии |
11 |
1.1. Плазма. Основные понятия и характеристики |
11 |
1.2. Элементарные процессы в плазме |
16 |
1.3. Газовые среды и химические реакции в |
|
плазме |
21 |
1.4. Особенности газового разряда при низком |
|
давлении |
24 |
1.5.Средства и способы устойчивого
поддержания плазмы |
26 |
1.6. Типы воздействия плазмы |
|
на обрабатываемый материал |
29 |
2. Процессы и технологии плазменной обработки |
31 |
2.1. Место плазменных процессов |
|
в технологии микроэлектроники |
31 |
2.2. Классификация плазменных |
|
технологических процессов по механизму |
|
воздействия на обрабатываемую |
|
поверхность |
33 |
2.3. Технологические требования и параметры, |
|
характеризующие процесс травления |
36 |
2.4. Рабочие газы для плазменного травления |
38 |
2.5. Плазмохимическая обработка |
42 |
2.5.1. Плазменное травление (ПТ) |
42 |
2.5.2. Радикальное травление (РТ) |
47 |
2.6. Ионная обработка |
51 |
2.6.1. Ионно-плазменное травление (ИПТ) |
51 |
2.6.2. Ионно-лучевое травление (ИЛТ) |
57 |
2.7. Ионно-химическое (реактивное ионное) |
|
травление |
63 |
2.7.1. Реактивное ионно-плазменное |
|
травление (РИПТ) |
63 |
2.7.2. Реактивное ионно-лучевое травление |
|
(РИЛТ) |
66 |
273
2.8. Радиационно-стимулированное |
травление |
|
(РСТ) |
|
69 |
2.8.1. Фотонно-стимулированное травление |
72 |
|
2.8.2. Электронно-стимулированное |
|
|
травление |
|
75 |
2.8.3. Ионно-стимулированное травление |
76 |
|
3. Физические основы лазерных технологий |
79 |
|
3.1. Физические принципы создания |
лазерного |
|
излучения |
|
79 |
3.2. Устройство и принципы работы лазеров |
83 |
|
3.2.1. Рабочее вещество |
|
84 |
3.2.2. Создание инверсии |
|
84 |
3.2.3. Условия самовозбуждения |
|
|
и насыщения усиления |
|
85 |
3.2.4. Оптические резонаторы |
|
86 |
3.2.5. Импульсная генерация, |
модуляция |
|
добротности и синхронизация мод |
90 |
|
3.3. Свойства лазерного излучения |
|
93 |
3.4. Типы лазеров |
|
96 |
3.4.1. Твердотельные лазеры |
|
96 |
3.4.2. Газовые лазеры |
|
102 |
3.4.3. Полупроводниковые лазеры |
114 |
|
3.4.4. Лазеры на красителях |
|
115 |
4. Процессы и технологии лазерной обработки |
117 |
|
4.1. Взаимодействие лазерного излучения |
|
|
с веществом |
|
117 |
4.2. Лазерные технологические установки |
119 |
|
4.3. Термическая обработка и закалка |
|
121 |
4.4. Лазерная пайка |
|
123 |
4.5. Лазерная сварка |
|
126 |
4.6. Лазерная резка |
|
129 |
4.7. Прошивка отверстий |
|
130 |
4.8. Размерная обработка материалов |
|
|
и получение пленок |
|
132 |
4.9. Лазерные микротехнологии |
|
133 |
274 |
|
|
4.10. Лазерное осаждение тонких плёнок |
139 |
5. Физические основы электронно-лучевых |
|
технологий |
141 |
5.1. Процессы, происходящие при бомбардировке |
|
вещества электронами, и возможности |
|
их использования в технологии |
141 |
5.2. Движение ускоренных электронов |
|
в твердом теле |
147 |
5.3. Взаимодействие ускоренных электронов |
|
с твердым телом |
149 |
6. Процессы и технологии электронно-лучевой |
|
обработки |
156 |
6.1. Общая характеристика и особенности |
|
электронно-лучевых технологий |
156 |
6.2. Электронно-лучевые установки |
158 |
6.2.1. Общие принципы построения |
|
электронно-лучевых установок |
158 |
6.2.2. Источники электронов |
159 |
6.2.3. Электронные пушки |
161 |
6.2.4. Система обеспечения вакуума |
163 |
6.2.5. Система сканирования |
164 |
6.3. Термические электронные процессы |
|
и технологии |
165 |
6.3.1. Электронно-лучевое испарение |
|
материалов (ЭЛИ) |
166 |
6.3.2. Обработка несфокусированным пучком |
172 |
6.3.3. Сварка электронным пучком |
177 |
6.3.4. Термическая размерная |
|
электронно-лучевая обработка |
181 |
6.4. Нетермические электронные процессы |
|
и технологии |
184 |
6.4.1. Реакции, индуцированные радикалами |
185 |
6.4.2. Электронно-стимулированное |
|
травление |
188 |
6.4.3. Электронно-лучевая литография |
189 |
7. Физические основы ионно-лучевых технологий |
196 |
7.1. Движение ускоренных ионов в веществе |
196 |
275
7.2. Пробеги ионов в твердом теле |
|
и их распределение |
198 |
7.3. Взаимодействие ионов с монокристаллами. |
|
Каналирование |
201 |
7.4. Образование радиационных дефектов |
|
при ионной бомбардировке. Отжиг |
|
радиационных дефектов |
203 |
7.5. Изменение электрических свойств твердых |
|
тел при ионной бомбардировке |
204 |
8. Ионно-лучевые процессы и технологии |
205 |
8.1. Ионно-лучевые установки |
205 |
8.1.1. Источники ионов |
207 |
8.1.2. Система вытягивания и ускорения ионов |
217 |
8.1.3. Система сепарации ионов |
217 |
8.1.4. Системы фокусировки и сканирования |
219 |
8.1.5. Вакуумные системы, приемные камеры, |
|
устройства контроля |
221 |
8.2. Ионное легирование материалов |
222 |
8.2.1. Особенности технологии ионного |
|
легирования |
222 |
8.2.2. Установки для ионного легирования |
227 |
8.2.3. Технология ионного легирования |
227 |
8.3. Ионно-лучевая литография |
230 |
8.4. Модификация твердого тела при ионной |
|
бомбардировке |
236 |
8.4.1. Структурные превращения |
|
при ионной бомбардировке |
236 |
8.4.2. Ионный синтез. Ионная металлургия. |
|
Ионная эпитаксия |
239 |
8.5. Ионное распыление материалов |
243 |
8.5.1. Ионное травление |
245 |
8.5.2. Ионно-лучевые методы осаждения |
|
покрытий |
250 |
8.5.3. Ионно-плазменное распыление |
256 |
Заключение |
271 |
Библиографический список |
272 |
276
Учебное издание
Свистова Тамара Витальевна
ЛУЧЕВЫЕ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В авторской редакции
Подписано к изданию 14.11.2016. Объем данных 2,26 Мб.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14
277