Установки катодного распыления, триодная схема

Минобрнауки России

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)»

УГС	240000	Химическая и  биотехнология
Направление подготовки			240100.62	Химическая технология
Профиль подготовки			Химическая технология материалов и изделий электроники и наноэлектроники
Факультет			Химии веществ и материалов
Кафедра			Химической нанотехнологии и материалов электронной техники
Учебная дисциплина			Технология материалов электронной техники
Курс     4			Группа    114

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема Установки катодного распыления, триодная схема.

 

Студент                   _________________                  Егорова О.В.

                                      (подпись, дата)                    (инициалы, фамилия)

Руководитель,                                                                                                                                                 

должность               ________________                    Малыгин А.А.

                                      (подпись, дата)                    (инициалы, фамилия)                   

 

Оценка  за курсовую работу

   (курсовой проект)             ___________          ____________________

                                                                               (подпись руководителя)

 

Санкт-Петербург

2014

 

Минобрнауки России

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)»

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

УГС		240000	Химическая и  биотехнология
Направление подготовки				240100.62	Химическая технология
Профиль подготовки				Химическая технология материалов и изделий электроники и наноэлектроники
Факультет				Химии веществ и материалов
Кафедра				Химической нанотехнологии и материалов электронной техники
Учебная дисциплина				Технология материалов электронной техники
Курс    4				Группа    114
Студент	Егорова Ольга Владимировна
Тема	Установки катодного распыления, триодная схема.

 

Исходные данные к работе (источники):

1. Поисковые интернет-системы eLibrary (elibrary.ru), Google Академия (scholar.google.com), Scirus (www.scirus.com), Elsevier ScienseDirect (www.sciensedirect.com), SpringerLink (www.springerlink.com), IOPscience (iopscience.iop.org) и др.

2. Информационно-поисковые патентные  системы Федерального института  промышленной собственности (www.fips.ru), ЕАПАТИС (www.eapo.org), European Patent Office (ru.espacenet.com), US Patent and Trademark Office (patft.uspto.gov)

3. Стандарт организации/ Комплексная  система управления качеством  деятельности вуза/ ВИДЫ УЧЕБНЫХ  ЗАНЯТИЙ. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ. КУРСОВАЯ  РАБОТА. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ// СТП СПбГТИ(ТУ) 044-2012. – СПб: СПбГТИ(ТУ), 2012. – 44с.

4. РЕКОМЕНДАЦИИ. Кoмплeкснaя система  управления качеством деятельности  вуза. Библиографическое описание  документа. Примеры описания. Р-01-2007.- СПб: СПбГТИ(ТУ), 2008. – 9с.

Перечень вопросов, подлежащих разработке:

1. С использованием поисковых интернет-систем осуществить поиск научных публикаций по теме работы в периодических изданиях и оформить список источников в соответствии с ГОСТ 7.1-2003.

2. С использованием  поисковых информационно-поисковых  патентных систем осуществить  поиск объектов патентного права по теме работы и оформит список источников в соответствии с ГОСТ 7.1-2003.

3. Провести  детальный анализ публикаций  с раскрытием темы

   3.1 Ионно-плазменные методы получения тонких пленок. Сущность метода катодного распыления.

   3.2 Конструктивные  особенности установки катодного  распыления. Триодная схема.

   3.3 Получение  пленок методом катодного распыления, последовательность процесса.

   3.4 Характеристики  тонких пленок, полученных методом  ионного распыления. Применение.

   3.5 Перспективы развития.

 

Перечень графического материала:

1. Рисунки, схемы  химических превращений

2. Графики представления экспериментальных  данных в линеаризующих координатах.

 

Требования к аппаратному и программному обеспечению:

Программное обеспечение: операционная система Microsoft Windows, текстовый процессор Microsoft Office Word

 

 

 

 

 

 

 

 

Дата выдачи задания		31.09.2014
Срок представления работы к защите		20.12.2014
Заведующий кафедрой			Малыгин А.А.
Руководитель, профессор	(подпись, дата)		Малыгин А.А.
Задание принял к выполнению	(подпись, дата)		Егорова О.В.
	(подпись, дата)

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...4

Цели и задачи………………………………………………………………….......5

1. Ионно-плазменные методы получения тонких пленок………….……....6
2. Сущность метода катодного распыления…………………………...…....8
1. Режимы катодного распыления…………………………………...14
2. Конструктивные особенности установки катодного распыления. Триодная схема………………………………………………….…16
3. Получение пленок методом катодного распыления, последовательность процесса…………………………………………………………….……..17
4. Характеристики тонких пленок, полученных методом ионного распыления………………………………………………………………..19
5. Применение тонких пленок, полученных методом катодного распыления………………………………………………………………...20
6. Достоинства и недостатки метода………………………………………20

Выводы по работе………………………………………………………………..23

Список использованных источников…………………………………………24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время в различных областях науки и техники широкое применение находят ультратонкие металлические пленки и многослойные пленочные структуры наноразмерной толщины. Это обусловлено рядом уникальных свойств, нехарактерных для материалов в массивном состоянии, что вызывает большой интерес к ним со стороны как учёных, так и разработчиков аппаратуры.

В связи с быстрым развитием современных компьютерных технологий наиболее актуальным является применение тонких пленок металлов, полупроводников и диэлектриков, полученных на различных подложках, для создания элементов интегральных микросхем и микропроцессорной техники, устройств оптоэлектроники и интегральной оптики, а также других изделий функциональной электроники.

Получение тонкопленочных структур осуществляют различными методами, в большинстве из которых используются гетерогенные процессы осаждения из газовой фазы.

К газофазному осаждению относятся методы с использованием вакуумной техники: термическое испарение, ионно-плазменное распыление, электронно-лучевое испарение.

Из всех перечисленных методов одним из наиболее простых и универсальных  является метод катодного распыления. Его универсальность определяется возможностью осуществлять различные технологические операции: формировать тонкие пленки на поверхности подложки, травить поверхность подложки с целью создания на ней заданного рисунка интегральной микросхемы, осуществлять очистку поверхности. Этот метод является разновидностью ионно-плазменного распыления и имеет ряд особенностей, преимуществ и недостатков среди вышеперечисленных методов газофазного осаждения, о которых и пойдет речь в моей курсовой работе, на примере триодной схемы установки катодного распыления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цели и задачи

 

Цель работы: Определение закономерностей процесса формирования тонких пленок методом катодного распыления.

 

Задачи:

• проведение исследования процесса формирования тонких слоев методом катодного распыления;
• изучение влияния ряда факторов на проведение процесса получения ультратонких пленок;
• выявление основных преимуществ и недостатков метода;
• разработка выводов и рекомендаций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Ионно-плазменные методы получения тонких пленок

 

Ионно-плазменное напыление происходит в тлеющем разряде и состоит в распылении материала отрицательно заряженного электрода-мишени под действием ударяющихся о него ионизованных атомов газа (положительных ионов) и осаждении распыленных атомов на подложку.

Для возникновения разряда между двумя электродами - катодом и анодом, расположенными в камере с низким давлением рабочего газа, как правило, инертного, например Аг, прикладывается высокое напряжение и для прохождения тока между электродами необходима постоянная эмиссия электронов с катода. Если эта эмиссия автоэлектронная (холодная), то такой разряд называется самостоятельным тлеющим разрядом. В том случае, когда приложенное напряжение превышает потенциал ионизации газа, столкновения электронов с молекулами газа вызывает их ионизацию. Возникающие ионы (Аг+) ускоряются электрическим полем и движутся по направлению к катоду.

Накопление ионов перед катодом приводит к возникновению здесь локализованного пространственного заряда и возрастанию электрического поля. Ионы, приобретающие энергию в этом поле, при бомбардировке катода вызывают как распыление материала катода (катодное распыление), так и эмиссию вторичных электронов из катода, которая поддерживает самостоятельный тлеющий разряд. Такой разряд используется в двухэлектродных системах напыления.

Двухэлектродные системы напыления - наиболее простые по конструкции. Мишень из распыляемого материала является катодом, а анодом - держатель подложек. Для эффективного осаждения распыленных атомов на подложку она должна располагаться достаточно близко к катоду. Обычно расстояние между ними составляет полторы-две длины темного катодного пространства. Такие системы принято называть двухэлектродными (рис. 1, а).

Чтобы исключить распыление обратной стороны мишени, где располагаются охлаждающие системы и устройства для крепления деталей, используются металлические экраны, имеющие потенциал анода и располагаемые от катода на расстоянии, меньшем длины темного катодного пространства.

Основными факторами, определяющими скорость ионно-плазменного напыления, являются напряжение и ток разряда (мощность разряда) и давление рабочего газа, которое выбирается в диапазоне 1-20 Па. При этом давление остаточных газов (предварительный вакуум) не должно превышать 10 Па. Большое влияние оказывают также концентрация примесей в рабочем газе и температура подложки.

При увеличении энергии ионов с ростом напряжения между электродами возрастает вероятность того, что один ион удалит несколько атомов с поверхности катода. Число атомов, удаленных с поверхности одним ионом, называют коэффициентом распыления или просто распыляемостью. Коэффициент распыления определяет скорость роста пленки и зависит от типа ионизируемого газа, для каждого из которых все металлы можно расположить в ряд по убыванию распыляемости:

в аргоне: Сd, Аg, Рb, Аu, Sn, Вi, Ni, Сu, Рt, W, Zn, Si, А1;

в азоте: Аg, Аu, Рb, Вi Сu, Рt, Ni, Сd.

Положение металла в ряду распыляемости учитывают при изготовлении конструкционных элементов установки, которые не должны распыляться в процессе получения пленок. Так, хорошо распыляемый в аргоне кадмий практически не распыляется в азоте. Это связано с различием в пороговых энергиях ионного распыления металлов в различных газах.

Другим фактором, характеризующим скорость напыления, является плотность тока разряда, поскольку она определяет число ионов, падающих на катод. Плотность тока, а, следовательно, и скорость напыления растут с повышением давления ионизируемого газа в системе. Однако при значительном увеличении давления скорость напыления начинает быстро спадать. Это обусловлено двумя явлениями, происходящими в тлеющем разряде: обратной диффузией распыленного материала к мишени (которая, как установлено, наблюдается при давлениях, превышающих приблизительно 17 Па) и перезарядкой ионов в области их ускорения. Последнее явление состоит в том, что ион передает свой заряд нейтральному атому и продолжает двигаться к катоду с прежней скоростью, но уже в нейтральном состоянии, а новый ион имеет только тепловую скорость. В результате часть ионов достигает катода, обладая низкими энергиями, и не вызывает распыления, а быстрые нейтральные атомы в основном отражаются от катода с малой потерей энергии (упругое соударение).

Присутствие в камере помимо основного инертного газа (обычно аргона) других (примесных) газов (фоновая атмосфера) уменьшает скорость нанесения пленки. Для легких ионов (водород, гелий) уменьшение скорости напыления объясняется тем, что эти ионы из-за их высокой подвижности вносят большой вклад в протекающий ток, не производя в то же время распыления материала в силу крайне низких значений коэффициентов распыления. Для кислорода - происходит образование на поверхности катода оксидного слоя с меньшим коэффициентом распыления. Например, содержание в рабочей камере 1% кислорода снижает скорость напыления металлов в 2 раза.