Методы нанесения тонких пленок.

Нанесение пленок на подложку ГИС осуществляется:

а) термическим испарениемматериалов в вакууме с конденсаци­ей паров этих материалов на поверхность подложки;

б) ионным распылениеммишеней из наносимых материалов с переносом атомов мишени на поверхность подложки;

в) химическим осаждениемпленок в результате протекания хи­мических реакций в газовой фазе над поверхностью подложки с обра­зованием пленкообразующего вещества с последующим его осаждени­ем на подложку.

Наиболее распространенными методами получения тонких пле­нок различных материалов в вакууме являются методы термического испарения и ионного распыления.

Метод термического испарения.Возможно испарение: а)из ре-зистивных испарителей (проволочных, ленточных ),включая взрыв­ное испарение с применением вибропитателей; б)из тиглейс радиа­ционным и высокочастотным индукционным нагревом; в) с помощьюэлектроннолучевых испарителей (за счет сфокусированного луча).

Метод термовакуумного испарения основан на создании направ­ленного потока пара вещества и последующей конденсацией на по­верхности подложек, имеющих температуру ниже температуры источ­ника пара.

Термическим испарением в вакууме удается получить наиболее чистые пленки. Достоинства этого метода: простота, высокая скорость осаждения пленок, возможность напыления многих веществ. Однако этим методом трудно получать пленки из тугоплавких материалов

сложного состава, имеющих различные скорости испарения отдельных компонент. Кроме того, для получения высокого вакуума (Ю-⁵ -Ю-⁷ Па )требуется сложная система.

Метод ионного распыления.К процессам ионного распыления относится: а)катодное (диодная система );б)ионно - плазменное (триодная система); в) с помощьюсфокусированных ионных пучков;

г) магнетронное распыление.

При ионном распылении энергия, необходимая для отрыва ато­мов испаряемого вещества, возникает в результате бомбардировки его поверхности ионами плазмы. Источником ионов служит самостоя­тельный тлеющий разряд либо плазма несамостоятельного разряда (дугового или высокочастотного )инертных газов (обычно высокой чистоты аргона ).Существует большое разнообразие процессов ион­ного распыления, отличающихся характером напряжения питания(постоянное, переменное, высокочастотное ),способом возбуждения и поддержания разряда, числом и конструкцией электродов и т. д.

Газовая среда при катодном распылении может быть инертная (например, аргон )илихимически активная (например, кислород ). Процесс распыления в химически активной среде называютреак­тивным распылением.

Метод катодного распыленияпозволяет получить тонкие пленки металлов (тантала, ниобия, молибдена ),а также пленки различных сплавов, характеризующихся высокой адгезией и однородностью.

Ионно - плазменное распыление.Применение триодной системы распыления позволило существенно улучшить вакуумные условия формирования тонких пленок и повысить скорости распыления по сравнению с диодной системой.

Для достижения больших скоростей осаждения необходимо сни­зить давление в рабочей камере с тем, чтобы свободный пробег ато-

марных частиц был больше расстояния мишень —подложка, а также повысить плотность ионного тока на мишень. При ионно -плазмен­ном распылении давление составляет (Ю-¹ -Ю-³Па ),что в сотни раз меньше^ чем при катодном распылении. Благодаря этому распыляе­мые атомы почти не сталкиваются с молекулами газа и ионами в про­странстве между мишенью и подложкой, что уменьшает загрязнение пленки остаточными газами. Большим преимуществом метода являет­ся его универсальность. Ионно -плазменным распылением можно по­лучать как пленки чистых металлов, так и сплавов одновременным распылением нескольких независимых мишеней. Ионно -плазменное распыление безинерционно. Распыление происходит лишь при подаче напряжения и сразу прекращается при его выключении.

Метод ионно -плазменного распыления является наиболее рас­пространенным в производстве ИМС для получения пленок из мате­риалов с различными свойствами.

Магнетронное распыление.Данный метод является дальнейшим развитием ионно -плазменного распыления. Он основан на распыле­нии материала за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа (обычно аргона), образующихся в плазме аномального тлеющего разряда при наложении скрещенных электрического и маг­нитных полей.

Магнетронные распылительные системы относятся к системам распыления диодного типа. Высокая скорость распыления достигается увеличением плотности ионного тока за счет локализации плазмы у распыляемой поверхности мишени с помощью сильного поперечного магнитного поля.

По сравнению с диодными системами распыления магнетронные системы обладают следующими достоинствами: высокая скорость распыления (до 35 - 40нм/с )при сравнительно низком рабочем на-

пряжении ( w 500В )и небольшом давлении рабочего газа ( 0,3 - 0,7 Па );низкий уровень радиационных дефектов и отсутствие перегрева подложек; малая степень загрязненности пленок посторонними газо­выми включениями; разнообразие форм распыляемых мишеней; про­стота конструкций. К недостаткам следует отнести сложность распы­ления магнитных материалов и материалов с низкой теплопровод­ностью, а также низкий коэффициент полезного использования мате­риала мишени.

Химические методы.К ним относятся:электролитическое и хи­мическое осаждение и анодное окисление.В основу метода положены реакции, протекающие в водных растворах солей металлов при при­ложении электрического поля /или без него /.

Электролитическое осаждениепроизводят в ваннах с электроли­том, содержащих два электрода -анод и катод. В качестве подложки, которая является катодом, используют проводящие материалы. Анод . выполняют из инертного материала (по отношению к электролиту ) или материала, из которого осаждается пленка. Этим методом нара­щивают многослойные пленки меди, никеля и других материалов.

Химическое осаждениеосновано на восстановлении металлов из водных растворов без приложения электрического поля. Этим мето­дом осаждают пленки никеля, золота, серебра, палладия и других ма­териалов как на проводящие, так и на непроводящие подложки.

Анодное окисление -взаимодействие химически активных метал­лов с ионами кислорода, выделяющимися у анода с образованием ок-сидной пленки. Путем анодирования получают оксидные пленки тан­тала и алюминия. При этом сначала на подложку вакуумным методом наносится пленка исходного материала, которая затем подвергается локальному анодированию, что позволяет создать высококачествен-

ные пленочные конденсаторы и изолирующие слои при многослойной разводке.