35. Нанесение металлических плёнок.

В настоящее время на производственных предприятиях микроэлектронной промышленности выявляется потребность в нанесении тонких металлических и диэлектрических пленок на различные поверхности. Тонкие пленки широко применяются в качестве упрочняющих, светоотражающих, проводящих и диэлектрических покрытий. Чаще всего данные виды работ ведутся в НИИ для получения и исследования новых перспективных материалов как для микроэлектронной промышленности, так и для устройств наноэлектроники.

Современные методы получения тонкопленочных структур

В последние годы, благодаря интенсивным экспериментальным и теоретическим исследованиям, в технологии тонких пленок достигнут значительный прогресс. В зависимости от решаемой задачи, в распоряжении исследователей имеются различные методики получения образцов, гарантирующие воспроизводимые и стабильные характеристики конечного продукта.

Наименование метода - Термовакуумное (резистивное) испарение

Условия реализации метода - Рабочая среда: вакуум 10-2...10-3 Па. Испарение металлов резистивным нагреванием

Основные виды покрытий - Металлические покрытия: Al, Ag, Cu, Zn, Cd, Cr, Ni, Co, Si

Преимущества метода - Высокая скорость осаждения. Возможность получения толстых покрытий

Недостатки метода - Недостаточно плотная структура покрытий. Невысокие механические свойства

Наименование метода - Электронно-лучевое испарение

Условия реализации метода - Рабочая среда: вакуум 10-4...10-3 Па реактив. газы N2, O2, CH4. Испарение металлов сфокусированным электронным пучком с дополнительной ионизацией

Основные виды покрытий - Металлические покрытия: Al, Ag, Cu,Ti, Cr, Ni, Co, Si. Керамические покрытия: TiN, ZrN, TiC, ZrC, TiCN, ZrCN, Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ZrO2/Y2O3

Преимущества метода - Высокая скорость осаждения. Возможность получения толстых покрытий (до 200 мкм). Высокая чистота покрытий (минимум примесей)

Недостатки метода - Трудно обеспечить равномерность толщины и стехиометрии на изделиях сложной конфигурации. Низкая степень загрузки изделиями объема рабочей камеры

Наименование метода – Лазерное испарение (абляция)

Условия реализации метода - Рабочая среда: вакуум 10-5...10-3 Па.Испарение материалов различного состава лазерным импульсом длительностью от мкс до фс.

Основные виды покрытий - Покрытия для микроэлектроники: Sb2S3, As2S3, SrTiO3, BaTiO3, GaAs. Алмазоподобные покрытия (DLC) с высокими характеристиками

Преимущества метода - Получение покрытий сложных соединений Высокая чистота покрытий (минимум примесей)

Недостатки метода - Сложность реализации

Наименование метода - Вакуумно-дуговое испарение

Условия реализации метода - Рабочая среда: вакуум 10-3...10-2 Па. Реактив. газы N2, O2, CH4; Р = 0,01...1 Па, Т = 300...600°С. Испарение металлов в катодном пятне дугового разряда. Осаждение покрытий с высокой степенью ионного воздействия

Основные виды покрытий - Металлические покрытия: Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Ni, Co,Si, MCrAlY (M=Ni, Co. Керамические покрытия: TiN, ZrN, CrN, TiC, TiCN, ZrCN, TiAlN, AlCrN, TiO2, ZrO2. Нанокомпозиты: TiAlN/Si3N4, AlCrN/Si3N4. Покрытия DLC

Преимущества метода - Высокая скорость осаждения. Относительная простота технической реализации. Эффективная ионная очистка изделий перед нанесением покрытий. Высокие свойства керамических покрытий

Недостатки метода - Наличие в структуре покрытий микрокапельной металлической фазы. Относительно высокие температуры осаждения покрытий

Наименование метода – Магнетронное распыление

Условия реализации метода - Рабочая среда: чистые газы Ar, N2, O2, CH4;

Р = 0,05– 1 Па, Т = 60...6000°С. Ионное распыление металлов в магнетронном разряде.

Основные виды покрытий - Полный спектр металлических покрытий: Al, Ag, Au,Cu, Zn, Sn, Cd Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Ni, Co, Si, MCrAlY (M=Ni, Co) и др. Керамические покрытия: TiN, ZrN, CrN, TiC, TiCN, ZrОN, TiAlN, AlCrN, TiBN CrAlTiYN, TiO2, ZrO2, Al2O3, SiO2. Нанокомпозиты: 3D: TiAlN/Si3N4, TiN/BN, AlCrN/Si3N4, ZrN/Cu, ZrO2/Al2O3. 2D: TiN/NbN, TiN/CrN, TiN/AlN, CrN/AlN, TiN/CN. Покрытия DLC

Преимущества метода - Плотная микро- (нано-) кристаллическая структура металлических и керамических покрытий при полном отсутствии капельной фазы. Возможность нанесения покрытий на термочувствительные материалы при низких температурах. Наиболее широкий спектр покрытий различного назначения; высокая скорость осаждения; высокие свойства металлических и керамических покрытий

Недостатки метода - Относительная сложность технической реализации метода при получении реактивных (керамических) покрытий. Относительно высокая стоимость оборудования

Заключение

В настоящее время Россия входит в этап активного освоения современных технологий производства микроэлектроники и нанотехнологий. Современное производство требует перестройки технологического процесса под реалии современности. Потенциальные возможности применения магнетронных распылительных систем в настоящее время еще далеко не полностью выяснены и реализованы, но уже сейчас применение магнетронных установок весьма широко распространено. Они заняли прочные позиции в технологиях изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. В частности, эти системы применяются для формирования контактов на поверхности полупроводниковых и пассивных элементов схем: например, при изготовлении резистивных пленок гибридных микросхем, магнитных пленок, низкоомных контактов, создании новых многокомпонентных тонкопленочных материалов и т.д.

Билет 7.

7 и 36