3. Экспериментальное исследование дефектов в электрохимически осаждённых плёнках пермаллоя. Причины. Способы устранения

На рисунках 3.4 - 3.8 показаны снимки электроосаждённой плёнки пермаллоя, полученные с помощью оптического микроинтерферометра MS 200. На рисунках видны каплевидные дефекты, так называемый питтинг. Проведены измерения толщин плёнки в разных сечениях. Исходя из измерений толщин, можно сделать вывод, что дырка вверху капли проникает на всю глубину осаждённой плёнки.

Рисунок 3.4

Рисунок 3.5

Рисунок 3.6

Рисунок 3.7

Рисунок 3.8

Выделение железа всегда происходит параллельно с выделением водорода. Абсорбированный осадком водород, который приводит к охрупчиванию осадка, можно частично удалить с помощью термообработки, хотя некоторая часть водорода остаётся в решётке вплоть до температуры плавления.

Перед началом процесса рекомендуют проводить катодную активацию в растворе серной кислоты с добавлением сульфата железа с последующей тщательной промывкой

Рисунок 3.4 - Механизм возникновения коррозионных ям — питтинга, под воздействием кислорода

Если имеет место питтинг (точечное изъявление), повышенная хрупкость, на покрытии возникают тёмные полосы, оно имеет сероватый оттенок и неравномерный цвет, то это свидетельствует о наличии:

1)органических примесей в растворе

2)недостаточном перемешивании

3)завышенной плотности тока

4)изменении pH электролита

Для очистки от органики необходимо обработать раствор активированным углём

Иногда причиной таких явлений могут быть присутствующие в растворе ионы посторонних металлов. Это устраняется проработкой раствора током

Наряду с указанными способами предотвращения питтинга, широко используют так называемые добавки.

Примером этого типа компонентов являются смачиватели которые добавляют к раствору с целью снижения поверхностной энергии на электроде, что облегчает отделение от него пузырьков водорода. Находящиеся на поверхности осаждаемого металла пузырьки газа препятствуют локальному выделению металла, приводя к выше сказанному питтингу.

Выводы

Отработан технологический процесс локального электрохимического осаждения из хлоридного электролита и получены пленки пермаллоя Ni₈₁Fe₁₉ с магнитными свойствами аналогичными объемным образцам, равномерные по толщине и с малыми напряжениями без высокотемпературного отжига.

Оптимальные магнитные свойства пленок пермаллоя с составом Ni₈₁Fe₁₉ могут быть получены при учете влияния магнитного поля Земли и электроосаждения с образованием наноструктур.

В результате анализа осаждённых плёнок пермаллоя определенно, что возможно появление дефектов: каплевидных дефектов (питтинг), шероховатостей, дендритов и т.д.

В результате экспериментальных исследований установлено, что причин этого может быть несколько, главная из которых – некачественная подготовка поверхности, в частности, это остатки жиров и оксидов.

Заключение

Схемотехническое проектирование выполнено в заданном логическом базисе (ES2_07) с использованием RS-триггера как базового, из результатов моделирования в среде проектирования OrCAD, а также рисунков: 1.6-1.8 и 1.10-1.11, можем сделать вывод, что полученные частоты удовлетворяют требования технического задания для данного устройства(f_тз=25МГц). Буферный элемент успешно обеспечивает заданное в техническом задании быстродействие t_фр=3ns, максимальная рабочая частота устройства f = 132 МГц. Топологическое проектирование выполнено успешно, в ходе аналитических расчётов вычислена максимальная длина межсоединения – 130 нм, влиянием межсоединений на работу устройства в некоторых узлах пренебречь нельзя.

В данном проекте разработан полный технологический маршрут изготовления КМОП-структуры, используемой в проектируемом КМОП ИС делителя частоты. На этапе формирования кармана выбран тип подложки КДБ-12 с кристаллографической ориентацией (100). Для получения кармана n-типа в p-МОП транзисторе выбрана примесь фосфор (P) и режим его формирования, а именно необходимые доза, энергия, время и температура отжига. Определен режим выращивания подзатворного окисла, включающий в себя время и температуру окисления. Далее, для достижения заданного в ТЗ порогового напряжения, подобраны параметры подлегирования канала: акцепторная примесь BF₂, необходимые дозы и энергия. Выбрано соединение BF₂ для уменьшения глубины залегания подлегирования и уменьшения его влияния сток-истоковые области.

Отработан технологический процесс локального электрохимического осаждения из хлоридного электролита и получены пленки пермаллоя Ni₈₁Fe₁₉ с магнитными свойствами аналогичными объемным образцам, равномерные по толщине и с малыми напряжениями без высокотемпературного отжига. В результате анализа осаждённых плёнок пермаллоя определенно, что возможно появление дефектов: каплевидных дефектов (питтинг), шероховатостей, дендритов и т.д. Внешний вид осаждённых плёнок пермаллоя имеет тенденцию ухудшаться с увеличением плотности тока, хотя в некоторых решениях пленки хорошего качества могут быть получены во всем изученном диапазоне. Внешний вид немного лучше в отложениях CI-растворах, чем в отложениях из S0₄-растворах.

Список использованных источников

1. Цифровая схемотехника. Угрюмов Е.П. 2004 г.

2. Проектирование схем в программе Schematics системы OrCAD. Гуминов Н.В., А.А.Миндеева 2007 г.

3. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу "Микросхемотехника ЦИС"

4. Интегральные схемы на КМОП-транзисторах. В.В.Ракитин, Москва 2007 г.

5. М.А. Королев, А.Ю. Красюков, С.А. Поломошнов. Учебное пособие по дисциплине “Современные проблемы технологии наноэлектроники”. – М.: МИЭТ, 2011.–100 с.

6. Старосельский В.И. Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники: уч. пособие. М.: Высшее образование; Юрайт-Издат, 2009.

7. Артамонова Е.А., Балашов А.Г., Ключников, А.В., Козлов, Красюков А.Ю. Лабораторный практикум по курсу "Моделирование в среде TCAD". Часть 2. Приборно- технологическое моделирование элементов интегральных схем / Под редакцией Т.Ю. Крупкиной. – М.: МИЭТ, 2012. – 140 с.

8. Создание интегральных компонентов усиления магнитного сигнала в беспроводной МЭМС на основе магниторезистивных элементов, Нано- и микросистемная техника. 2013. № 3. С. 29-33. Авторы: Амеличев В.В.,Аравии В.В., Белов А.Н., Красюков А.Ю., Резнев А.А., Сауров А.Н.

9. Effect of Plating Parameters on Electrodeposited NiFe Jean Horkans* IBM, Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, New York 10562

10. Pulse Reversal Permalloy Plating Process for MEMS Applications, K. Smistrup, P. T. Tang, and P. Møller.