11.Насосы для получения высокого и сверхвысокого вакуума.

Турбомолекулярный насос — один из видов вакуумных насосов, служащий для создания и поддержки высокого вакуума. Действие турбомолекулярного насоса основано на сообщении молекулам откачиваемого газа дополнительной скорости в направлении откачки вращающимся ротором. Ротор состоит из системы дисков. Вакуум, создаваемый турбомолекулярным насосом, — от 10 −2 Па до 10−8 Па (10−10 мбар; 7,5 −11 мм рт ст). Скорость вращения ротора — десятки тысяч оборотов в минуту. Для работы требует применения форвакуумного насоса.

Турбомолекулярные насосы (ТМН) позволяют получать средний, высокий и сверхвысокий вакуум с остаточными газами, молекулярная масса которых меньше 44.

ТМН представляет собой многоступенчатый осевой компрессор, роторные и статорные ступени которого снабжены плоскими наклонными каналами вдоль радиуса лопатками. При вращении роторных ступеней с

высокой скоростью происходит откачка молекул газа из-за их различной вероятности перехода через наклонные каналы ступеней в прямом и обратном направлениях.

ТМН рассчитан на работу в условиях молекулярного режима течения газа. Для обеспечения работоспособности ТМН необходимо обеспечить на выходе из его последней ступени молекулярный режим течения газа любым насосом предварительного разрежения (форвакуумным насосом) с выхлопом в атмосферу.

Молекулярный насос (МН) состоит из молекулярных ступеней, установленных на одном роторе. Для обеспечения его работоспособности возможно применение форвакуумного насоса (в зависимости от конструкций ступеней МН).

Гибридный ТМН (ГТМН) содержит первые ступени от турбомолекулярного насоса, а последние ступени от молекулярного насоса. Роторные ступени ГТМН закреплены на общем валу. Назначение молекулярных ступеней — обеспечить нормальную работу последним ступеням ТМН при повышении давления на входе в ТМН, а также возможность применения более дешёвых одноступенчатых форвакуумных

Создание высокого вакуума, как правило, происходит с использованием нескольких насосов, среди которых форвакуумная и высоковакуумная установка. Форвакуумный насос, представленный одним из объемных агрегатов, выполняет предварительное разряжение, откачивая до 97% газов, а высоковакуумный насос выполняет остальную работу, достигая предельных значений.

В качестве насосов высокого вакуума могут применяться:

турбомолекулярные; диффузионные; ионные;

ТУРБОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАСОСЫ Турбомолекулярные насосы значительно отчаются от других насосов

высокого давления. Они способны самостоятельно создавать высокий вакуум, поскольку имеют механический принцип работы. Установки действуют в диапазоне 10-2 – 10-8 Па. Основной рабочий механизм представлен статором и ротором с дисками, которые расположены под определенным углом.

Молекулы газовой смести, находясь в турбомолекулярном насосе, значительно увеличивают скорость передвижения за счет сталкивания между собой. Ротор вращается со скоростью, которая превышает 10 000 оборотов, что и является основной причиной создания высокого давления.

ИОННЫЙ НАСОС ВАКУУМНЫЙ Ионные или геттерно-ионные вакуумные насосы имели широкое

распространение до появления других высоковакуумных насосов. С их помощью создается давление, равное 10-6 мбар. Сегодня они применяются реже, но все равное находят своего потребителя. Насосы данного типа отличаются экологической чистотой и выгодным методом получения сверхвысокого вакуума.

В установке молекулы захватываются и связываются газами или слоем геттера, а затем удерживаются в объеме установки. Они способны удерживать вакуум даже тогда, когда находятся в нерабочем состоянии. Основным элементом насоса является камера и другие неподвижные элементы. Ионный насос потребляет небольшое количество электроэнергии и имеет низкую шумность.

12.Термическое вакуумное нанесение.

Требования к системам металлизации ИС

o высокая проводимость (ρ < 10-6 Ом•см); o хорошая адгезия как к Si, так и к SiO2;

o качественный омический контакт к n- и p-Si; o не образует интерметаллических соединений; o не образует примесные уровни в кремнии;

o технологичность методов осаждения и формирования рисунков; o устойчивость к электродиффузии в металле;

o металлургическая совместимость со сплавами, применяемыми для присоединения внешних проводов;

o термическая стабильность; o гладкая межфазная граница. Достоинства плёнок алюминия

•высокая электропроводность, близкая к объёмной;

•лёгкость испарения в вакууме;

•чистота испаряемой плёнки;

•хорошая адгезия к кремнию и окислам;

•образует низкоомный контакт с n- и p-Si;

•пластичен и стоек к циклическим изменениям температуры;

•легко обрабатывается методами фотолитографии и избирательного жидкостного травления.

Недостатки плёнок алюминия

•легко повреждается механически;

•электродиффузия при малых плотностях тока;

•образует гальванические пары с другими

•металлами → коррозия;

•образует силицид;

•«золотая чума».

Основные методы осаждения тонких пленок

•вакуумное испарение (напыление) с косвенным подогревом;

•ионно-плазменное распыление;

•осаждение из газовой фазы с помощью газотранспортных реакций;

•восстановление в атмосфере водорода;

•термохимическое разложение;

•электрохимическое осаждение

Этапы образования плёнки

•Перевод напыляемого материала в парообразноесостояние

•Перенос пара от источника испарения к подложке;

•Конденсация пара на подложке и образование пленки

В производстве гибридных микросхем металлические пленки напыляют на дэлектрические подложки. Для таких сочетнаий химически неродственных материалов (конденсата и подложек) велико реиспарение, зародышеобразование и рост тонких пленок затруднены.

Испарение металлов осуществляют в испарителях. В зависимости от способа нагрева испарители можно подразделить на резистивные и электронно-лучевые. По конструктивным признакам различают проволочные, ленточные и тигельные резистивные испарители.

К материалам, используемым для изготовления нагревателей резистивных испарителей, предьявляют следующие требования:

•давление пара материала нагревателя при температуре испарения осаждаемого вещества должно быть пренебрижимо малым

•материал нагревателя дожжен хорошо смачиваться расплавленным испаряемым материалом, что необходимо для обеспечения хорошего теплового контакта между ними

•между материалами нагревателя и испаряемым веществом не должно возникать никаких химических реакций

Электронно-лучевой испаритель, используемый в установках для осаждения тонких пленок, должен, удовлетворять ряду специфических требований:

•малогабаритность

•низкие рабочие напряжения

•широкий диапазон удельных мощностей электронного луча

•стабильность и воспроизводимость удельной мощности после замены катода и разборки испарителя

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют электронно-лучевые испарители со щелевой формой электродов электронного прожектора и секторным магнитным отклонением ленточного пучка на угло от 90 до 180 с использованием трехэлектродной электронно-оптической системы.

Нагрев подложки осуществляют с целью уменьшения количества загрязнений на ее поверхности и улучшения сцепления пленки с подложкой.

Вустановках термического испарения части используют систему лучистого нагрева подложек, содержащую излучатель и рефлектор. Температура подложки выбирается оптимальной, чтобы обеспечить конденсацию пара и адгезию к ней пленок. нагрев подложек необходим для десорбции вредных веществ, являющихся основной причиной плохой адгезии.

Структура напыленной пленки зависит от материала, состояния поверхности и температуры подложек, скорости напыления. Они могут быть аморфными, поликристаллическими, монокристаллическими. Размер зерна металлических пленок зависит от температуры плавления металла. Металлы с высокой температурой плавления образуют пленки с маыми размерами зерен. Металлы с низкой температурой плавления – крупнозернистые. Крупнозернистые пленки имеют бОльшую стабильность электрофизтческих свойств, чем мелкозернистые. Таким образом, пр вакуумном напылении необходимо повышать скорость напыления, а размеры зерен пленки увеличивать за счет повышения температуры пдложки при напылении и отжиге.

Отжиг пленок производится в вакуумныхустановках непосредственно после напыления при температурах подложек несколько превышающих

температуры напыления. Это делается для упорядочения структуры и уменьшения внутренних механических напряжений пленок с целью повышения их стабильности и улучшения адгезии к подложкам. В процессе отжига межзеренные промежутки в пленках уменьшаются, и следовательно снижается число стуктурных дефектов. При этом сопротивление резистивных и проводящих пленок уменьшается.

Для улучшения воспроизведения пленками рельефа подложки особенно на заключительных стадиях изготовления микросхемы, хорошего облегания пленками ступенек ее структуры, часто в установках термовакуумного напыления используют совершающие планетарное движение подложкодержатели сферической формы, способствующие организации подлета испаренных атомов к подложке под разными углами.

Достоинства метода:

•возможность реализации высоких скоростей нанесения материалов в высоком вакууме, простота

•отработанность технологических операций

•наличие современного высокопроизводительного оборудования Недостатки:

•трудность обеспечения высокой производимости свойств пленок при осаждении веществ сложного состава

•трудность испарения тугоплавких материалов

•высокая инерционность испарителей и сравнительной небольшой срок их использования