Технология материалов и изделий электронной техники

Кроме того, влияние на увеличение скорости травления кремния  во фторсодержащей плазме может оказывать очистка его поверхности за счет ионного распыления поверхностного слоя нелетучих продуктов, образующихся, например, при окислении поверхности кислородом, добавляемым в рабочий газ для улучшения некоторых характеристик процесса, или являющимся малой примесью основного плазмообразующего газа.

Уменьшение скорости травления в плазме по сравнению  со скоростью травления в послесвечении ( при бомбардировке одними атомами  фтора) связано с различными факторами, приводящими к пассивации поверхности - за счёт бомбардировки травимой поверхности ненасыщенными радикалами, приводящими к осаждению полимерного слоя, препятствующего травлению, за счёт переосаждения нелетучих продуктов, распыляемых вследствие ионной бомбардировки поверхности стенок реакторов и электродов, что приводит даже к зависимости скорости травления от времени . Детальные исследования состава поверхности образцов после травления обнаружили в этом случае нелетучие продукты распыления материалов стенок реактора - фториды щелочных металлов.

2.5. Основные достоинства и преимущества

Ионно-лучевая  система распыления IBSS

 

• Нанесение проводников, полупроводников и диэлектриков;
• Температура подложки при распылении не превышает 60⁰С (140⁰F).
• Возможность последовательного распыления нескольких различных материалов в одном процессе;
• Большой динамический диапазон скоростей нанесения (1 А/сек – 10 А/сек);
• Очень гладкая поверхность пленок;
• Высокая плотность структуры пленок;
• Однородный состав многокомпонентных пленок;
• Возможность распыления мишеней длинной до 3360 мм;
• Уровень неравномерности не хуже ±2% по поверхности распыления;
• Надежная непрерывная работа;
• Стабильные реактивные процессы распыления;
• Возможность работы с инертными (Ar, He, Ne, и т.д.) и активными газами (O₂, N₂, CF_x, C_xH_y и т.д.)
• Косое напыление.

Применение

Применение системы  ионно-лучевого распыление IBSS наиболее эффективно в следующих областях :

• Напыление на чувствительные к температуре подложки;
• Высококачественные оптические пленки для дисплейной промышленности;
• Высокоточная оптика;
• Износоустойчивые пленки;
• Сверхтонкие пленки (нанотехнологии).

 

Техническая информация

Источник: ускоритель с анодным  слоем;

Рабочие газы: Ar, N₂, H₂, O₂, CH, CO, CF, NH, воздух и т.д.;

Энергия ионов: 400 эВ – 2500 эВ;

Ток ионного пучка: 40 мА – 1500 мА.

 

Размеры IBSS

Длинна – 698 мм (мишень увеличивается пошагово – шаг 200 мм, максимум до 3360 мм)

Ширина – 245 мм.

Высота – 69 мм.

 

3.Расчетная часть

3.1.Схема вакуумной установки с расшифровкой элементов.

Рисунок 3.1.1. - Схема вакуумной установки

 

PA1, PA2 – ионизационные датчики давления;

PT1, PT2, PT3 – термопарные датчики;

VF1 – напуск газа в вакуумную камеру;

VF2 – напуск газа в форвакуумный насос;

VP1, VP2 – вентили;

VT1 – затвор между вакуумной камерой и диффузионным насосом;

BL1 – вымораживаемая азотная ловушка;

ND1 – диффузионный насос;

NL1 – форвакуумный масляный насос;

C – вакуумная камера

3.2.Расчет вакуумной системы

Запишем уравнение газового баланса:

                                                                      

где – площадь рабочей камеры ; – удельные газовыделения камеры; – площадь изделия; – удельные газовыделения изделия; – число течей вакуумной камеры; - чувствительность, - напуск газа.

 

Запишем уравнение для нахождения скорости откачки высоковакуумного насоса:

где - было найдено выше; - рабочее давление вакуумной камеры,  - коэффициент запаса для высоковакуумных насосов.

 

Запишем уравнение для  нахождения скорости откачки форвакуумного  насоса:

где - было найдено выше; - давление на выходе высоковакуумного насоса,  - поправочный коэффициент.

 

Запишем уравнение для  нахождения времени откачки высоковакуумным  насосом:

где – приведенный объем.

 

Запишем уравнение для  нахождения времени откачки форвакуумным насосом:

где – объём камеры; – начальное давление в камере; – конечное давление в камере.

3.2.2 Расчёт

 

Зададимся следующими параметрами  вакуумной системы:

  – объем рабочей камеры;

 – площадь подложки волновода;

 – коэффициент удельного  газовыделения;

; ;

 – напуск рабочего газа.

 

Скорость высоковакуумного откачного средства рассчитывается по формуле (3.2.2):

, исходя из расчетной скорости  выбираем в качестве высоковакуумного откачного средства насос марки Н5С с номинальной скоростью откачки 500 л/с.

 

Скорость форвакуумного  откачного средства рассчитывается по формулe(3.2.3):

 

, исходя из расчетной скорости  в качестве откачного средства выбираем насос марки 2НВР-5ДМ с номинальной скоростью откачки 5 л/с.

 

Время откачки высоковакуумного откачного средства рассчитанное по формуле (3.2.4) будет составлять:

 

Время откачки форвакуумного  откачного средства рассчитанное по формуле (3.2.5) будет составлять:

 

Марки насосов: Н5С и  НВПР 16.

 

Теперь проверим возможность  запуска установки с помощью  графика согласования насосов:

 

Рисунок. 3.2.2 График согласования насосов

3.3. Оценка параметров травления

Оценка начала травления. Процесс травления материала начинается не сразу. Первоначально ионной обработке подвергаются окислы и остатки органических веществ на поверхности материала. Окислы довольно устойчивы к ионному распылению и имеют коэффициент распыления много меньший единицы. По истечении некоторого времени (в зависимости от плотности тока) вольтамперная характеристика устройства для травления начинает изменяться, что свидетельствует о начале горения разряда в парах травимого материала. Цвет разряда при этом также меняется.

Оценка скорости травления. При ускоряющих напряжениях до 10 кВ  скорость травления V в нм/мин рассчитывается по формуле:

V=(6,23*10²⁵* J*K*M_i )/(N* ),

где J- плотность тока ( А/м²);

N-число Авогадро N=6x10²³;

- плотность материала кг/м³.

V≈2-3 A/сек

Скорость травления, полученная экспериментально может отличаться от теоретически подсчитанной. Это  связано с множеством параметров плазмы и подложки, такими как низкий коэффициент ионизации газа, грязь на подложке, наличие углерода в вакуумной камере.

 

4. Технологическая часть

 

В системе IBBS используется источник питания - IPS-I 5K. Данный источник питания специально разработан для наиболее эффективной работы IBSS.

Источник питания IPS-I 5K

 

• Эффективная совместная работа IBSS и IBCS;

• Режимы стабилизации мощности, напряжения или тока;

• Удобный для оператора  интерфейс с возможностью управления с фронтальной панели, через                                                                                               последовательный цифровой канал RS-232  и стандартные порты входа-выхода.

• Стандартный 19" корпус;

• Микропроцессорный  контроль;

• Оригинальные системы  дугогашения и защиты от короткого замыкания гарантируют практически непрерывную работу систем  напыления и очистки.

 

                                                      

 

                                                  Рисунок 4.1 - Источник питания IPS-I 5K

 

 

                                  

 

Рисунок 4.2 - Схема питания системы напыления ГВВЯ и системы чистки 1BCS 

5. Электрофизическая часть

 

В данном методе для распыления используется пучок частиц высокой энергии. Для создания таких потоков частиц с контролируемой энергией разработаны системы ионных пушек (рисунок.5.1)[1].

                   

 

Рисунок. 5.1 - Принципиальные схемы напылительного устройства

1 - напуск рабочего  газа; 2 - термоэлектронный катод; 3 - анод; 4 – магнитная система; 5 -  ускоряющий электрод; 6 - пучок ионов; 7 - распыляемый материал;8 -подложкодержатель; 9 - присоединение к вакуумной системе; а - ионная пушка; б – схема напыления.

 

Низковольтный разряд (40-80 В) возбуждается в среде аргона. Наличие термоэлектронного катода обеспечивает стабильность разряда в широком интервале давлений от 100 до 10"¹ Па. Магнитное поле, создаваемое в области цилиндрического анода, изменяет траекторию электронов, увеличивая вероятность столкновения с молекулами газа. Система фокусировки и ускорения позволяет получать практически моноэнергетические пучки ионов с энергией от 100 до 3000 эВ и плотностью тока от 0,1 до 20 мА/см² . Есть сведения о получении пучков аргона с плотностью тока до 26 мА/см² при ускоряющем напряжении 1000 В. Получение пучков низкоэнергетических ионов с высокой плотностью тока ограничено. Для нейтрализации потока ионов, с целью распыления диэлектрических материалов, в пушку устанавливают источник низкоэнергетических электронов [1].

 

6. Экспериментальная часть

 

Для реализации поставленной задачи, было принято решениеиспользовать  специально сконструированную установку Izomod. Вакуумные установки серии IzoMod специально сконструированы с целью достижения максимальной производительности при равномерном нанесении покрытий на большие площади. Благодаря наличию шлюзовой камеры, время подготовки рабочего вакуума занимает не более одной минуты. Мощный ионный источник очистки IBCS за 30 секунд подготовит поверхность подложки к напылению, что позволит исключить ее нагрев для достижения хорошей адгезии покрытия с поверхностью детали. Высочайшее качество пленок, а так же широкий номинал распыляемых материалов, делают модуль IzoMod, оснащенный системой IBSS, идеальным как для исследовательских целей, так и для серийного производства, где предъявляются повышенные требования к качеству покрытий.

 

 

Рисунок. 6.1 - Вакуумная установка серии IzoMod

 

Установки серии IzoMod полностью автоматизированы. Одним из важнейших преимуществ наших установок является наличие микроконтроллера, управляющего системой откачки. С помощью датчиков он постоянно следит за состоянием машины и в случае возникновения какой либо аварийной ситуации действует по специальному алгоритму, чтобы защитить узлы, которые могут пострадать в результате аварии. Вся информация о состоянии установки отображается на экране ЭВМ. ЭВМ осуществляет управление технологическим оборудованием модуля, а гак же является связующим звеном между оператором и микроконтроллером управления откачкой. Вся информация отображается на экране в удобной форме и простым нажатием клавиши, оператор может изменить параметры технологического   процесса,   либо   перевести   машину   из  одного  режима работы в другой. Возможно объединение нескольких модулей в локальную сеть. В этом случае Вы сможете, не выходя из офиса наблюдать, за работой всех установок. Разработанные модификации установок обеспечивают получение высококачественных оптических и функциональных покрытий различного назначения на плоских подложках и подложках с незначительной кривизной поверхности.

 

7. 3аключение

 

В данном курсовом проекте  был изучен метод ионно-лучевого нанесения пленки титана на стекло в кислородосодержащей среде. Однако стекло является поликристаллическим материалом, на котором пока не удается сформировать многомодовый волноводный слой. Нанесение пьезоэлектрического слоя TiO₂ на стекло, легированное железом (SiO₂) может решить эту проблему. Описанная в работе вакуумная установка успешно выполняет поставленную задачу. 

 

Список литературы

 

1. Никитин М.М.   Технология  и оборудование вакуумного напыления. - Москва: Металлургия, 1992. – 150 c

2.  Shiota Junji, Ohno Ichiro, Uchiumi Hidetaka. Установка распыления. Sputtering apparatus : Пат. 5514259 США, МКИ{6} С 23 С 14/34; Casio Computer Co., Ltd. - N 158821; Заявл. 26.11.93; Опубл. 7.5.96; Приор. 7.12.89, N1-316365 (Япония); НКИ 204/29819;

3. Орликов Л.Н. Технология  и автоматизация производства  электронных приборов и устройств.- Томск: ТУ СУР, 2002. - 120 с.

4. Архипов С. В., Школьников В. М., Соколов Л. В. Исследование механизма глубинного анизотропного химического травления при формировании объемных микромеханических структур в кремнии(100) / (117997, г. Москва, Профсоюзная ул., 90, fizmat@maik. ru). Микроэлектроника. - 2003. - 32, № 3. - С. 194-201

5. Jurgensen Charles W., Johnson Gregory A., Taravade Kunal N. Ограничивающее устройство для использования при сухом травлении поверхности подложки и метод сухого травления поверхности пластина. Confinement device for use in dry etching of substrae surface and method of dry etching a wafer surface : Пат. 6852243 США, МПК⁷ H 01 L 21/302; LSI Logic Corp.,. - N 09/884805; Заявл. 18.06.2001; Опубл. 08.02.2005; НПК 216/71