Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методическое пособие 557

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
2.35 Mб
Скачать

электрического 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