Технологический процесс напыления тонкопленочных резисторов

Метод магнетронного распыления.

Работа магнетронного распылительного устройства основана на свойствах катодной области аномального тлеющего газового разряда, в которой катод (мишень) распыляется под действием ионной бомбардировки. Приложенное в области катода перпендикулярно электрическому магнитное поле позволяет снизить рабочее давление плазмообразующего газа без уменьшения интенсивности ионной бомбардировки и улучшить условия транспортировки распыляемого вещества к подложке. Это происходит благодаря уменьшению рассеяния, вызванного соударениями с молекулами газа. Между катодом и подложкой возникает зона низкотемпературной плазмы. Распыляемые частицы осаждаются в виде тонкого слоя, а также частично рассеиваются и осаждаются на стенках рабочей камеры.

При использовании разряда постоянного тока (DC-магнетрон) можно распылять различные металлы и их сплавы (ванадий, хром, никель, титан, медь, серебро, нержавеющая сталь, латунь, бронза и др.), а также получать их химические соединения, добавляя в плазмообразующий газ (аргон) соответствующие реактивные газы (кислород, азот и др.).

Так, если в содержащую титановую мишень систему во время распыления вводить азот, то можно получить пленку нитрида титана, а введение, например, кислорода, позволяет получать на поверхности подложки пленку двуокиси титана.

Варьируя содержание реактивного газа и скорость напыления, удается получать пленки разной толщины, химического и фазового состава.

Используемые газы:

– Ar для напыления Cu, Cr, Ni, V и т.д.;

– O₂ для очистки подложек в ВЧ-плазме и напыления оксидов VxOx-y (CuxOx-y и т.д.) в совокупности с Ar;

– N₂ для напыления нитридов различных материалов.

DC-магнетрон является современным вариантом устройства катодного распыления материалов в вакууме с использованием источника постоянного тока для нанесения проводящих покрытий на изделия. Принцип его действия основан на явлении физического распыления катода (материала мишени) ускоренными ионами рабочего газа, которые бомбардируют поверхность мишени под действием приложенного отрицательного потенциала.

Характерной особенностью магнетронов является использование специальной магнитной системы, которая создает над распыляемой мишенью замкнутое по контуру туннелеобразное магнитное поле. Благодаря этому полю создаются условия для получения локализованной плазмы высокой плотности и, соответственно, высокой плотности ионных токов, распыляемых мишенью. В результате достигается высокая производительность распыления материалов. Конструктивные принципы построения магнетронных устройств позволяют достаточно просто реализовать задачу нанесения однородных покрытий на широкоформатные поверхности.

Адгезия металлических слоев с подложкой у пленок, полученных магнетронным способом, существенно выше, чем у таких же пленок, полученных термовакуумным напылением, при сравнимых скоростях напыления. Это связано с более высокой энергией конденсирующихся частиц при магнетронном распылении и дополнительной активацией поверхности подложки действием плазмы.

В отличие от других способов нанесения тонкопленочных покрытий, способ магнетронного распыления позволяет достаточно точно регулировать толщину металлического слоя, а значит, его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью.

Метод магнетронного распыления позволяет получать тонкие пленки высокого качества с рекордными физическими характеристиками (толщина, пористость, адгезия и пр.), а также проводить послойный синтез новых структур (структурный дизайн), создавая пленку буквально на уровне атомных плоскостей.

Наряду с общими преимуществами методов вакуумно-плазменного распыления МРС имеет ряд существенных преимуществ:

1. Высокие скорости распыления.

2. Отсутствие практически бомбардировки подложки вторичными электронами, в результате сего температура подложки не превышает 400 К и уменьшается вероятность возникновения радиационных дефектов на подложке.

3. Возможность проводить процессы распыления при давлении рабочего газа 10^-2 Па

4. Максимальная энергетическая эффективность вследствии сочетания эффективности процесса плазмообразования с эффективностью процесса распыления.

Материалы, используемые для получения резистивных плёнок, их свойства.

В производстве интегральных схем требуются резисторы самых разных номиналов, и удельное поверхностное сопротивление тонких пленок должно иметь большой диапазон.

В качестве резистивных материалов тонкопленочных резисторов используют металлы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением и специальные резистивные материалы – керметы, которые состоят из металла и диэлектрика. Наиболее широко применяются металлические пленки хрома, тантала, вольфрама, молибдена, нихрома.

Резисторы из чистых металлов имеют основное преимущество - постоянство состава и однородность структуры, определяющие повышенную стабильность их электрических параметров. Тугоплавкие металлы: хром, тантал, рений, вольфрам, молибден образуют стабильные пленки. Широко применяются нихромовые сплавы. Состав пленки влияет на ее свойства. ТКR нихромовых пленок зависит от толщины,но имеется довольно широкая область значений ТКR, близких к нулю.

На основе керметов получают высокоомные резисторы. Наиболее широко применяется кермет, в состав которого входят хром и монооксид кремния. В зависимости от содержания хрома можно получить резистивные пленки, обладающие высокой стабильностью. Однако свойства керметовых пленок в сильной степени в сильной степени зависят от технологических факторов, резисторы имеют худшую воспроизводимость номиналов и большой ТКR по сравнению с металлическими пленками.

В настоящее время промышленностью освоена большая группа металлооксидных сплавов системы Cr-Si, легированных добавками железа, никеля, кобальта, вольфрама.

В таблице 1 приведены характеристики материалов пленочных резисторов.

Таблица 1. Характеристики материалов пленочных резисторов

Материал резистора	Материал контактных площадок	Удельное поверхностное сопротивление рs, Ом/квадрат	Температурный коэффициент сопротивления ТКR*104, 1/оC	Удельная мощность рассеивания Ро, Вт/см2	Относительное изменение сопротивления за 1000ч работы, %	Способ нанесения пленок
Хром	Золото	10-50	-2,5		1,5-3	Термическое напыление
Нихром	Медь		+1 -1		1,1-1,3	То же
Сплав МЛТ-3М	Медь с подслоем нихрома (ванадия)		+2 -2		+0,5 -0,5	»
Рений	-	300-7000	0-20	-	-	»
Тантал	Алюминий с подслоем нихрома (ванадия)	20-100	-2			Катодное напыление
Тантал	Тантал		-2			То же
Нитрид тантала	»				0,2	»
Сплав РС3001	Золото с подслоем хрома	1000-2000	-0,2		+0,5 -0,5	Термическое напыление
Кермет	»»»	3000-10000	-5 -:- +3		+1 -1	То же
Паста ПР	Пастп ПП	5-100000	-12 -:- +10		+3 -3	Сеткография

Следует отметить, что указанные в таблице значения являются ориентировочными, так как они существенно зависят от метода нанесения пленки и режима ее обработки. Удельное сопротивление пленки определяется как ее составом, так и структурой, которая изменяется в процессе термообработки.

 

 

Технологический процесс напыления тонкопленочных резисторов

Для напыления тонкопленочных резисторов нам потребовалось следующее оборудование и оснастка: установка для многослойного нанесения материалов магнетронным способом «РИФ» ДГИЛ.443.225.002 ПС; термостат ДЛТ2.998.000 ПС; пылесос ПР, ПН «Буран-5М» ГОСТ 10280-83Е; Вакуумметр ВМБ-8 ОТ2.832.041 ТУ; манометр ГОСТ 2405-88; приспособление для измерения удельного сопротивления П-139.121; вольтметр В7-27А Т2.710.005-01 ТУ; плата «свидетель» ДГИЛ.20271.00001; секундомер СОПнпр 26-3 ГОСТ 5072-79Е; баллон для аргона 40-150л ГОСТ 949-73; редуктор ДКП-1-65 ГОСТ 6268-78; скальпель ГОСТ 21240-77; тара для хранения плат П-4985, П-383; кассета ЩЦМ8.212.310-01; тара герметичная П-4860; сосуд СК-16, 25, 40 ГОСТ 16024-79Е; эксикатор 2-250 ГОСТ 25336-82Е; вставка 2-75 ГОСТ 9147-80Е; кассета для отжига плат П-477; респиратор ШБ-1 «Лепесток-200» ГОСТ 12.4.028-76; прибор ИУС-3 2.600.002 ТУ.

А также мы использовали следующие материалы: перчатки с повышенной тактильностью, стойкие к действию кислот и щелочей средней концентрации К50Щ20 ТУ 38.106573-89; напальчники тип II вид Б №3 ТУ 38.106567-88; ткань хлопчатобумажная бязевой группы арт. 244 ГОСТ 29298-92; азот жидкий технический ГОСТ 9293-74; азот газообразный технический компримированный, первый сорт ГОСТ 9293-74; аргон газообразный чистый, высший сорт ГОСТ 10157-79; мишень РС-3710 диаметр 200мм ЕТО.032.547 ТУ; Полоса ванадиевая ВнПл-1 1,5*85 ТУ 48-4-373-76; спирт этиловый ректификованный технический ГОСТ 18300-87; силикагель-индикатор ГОСТ 8984-75; шкурка шлифовальная бумажная водостойкая Л230*310Л1 15А М20-ПА ГОСТ 10054-82; мишень РС-3710 ГОСТ 23774-79.

Для напыления тонкопленочных резисторов мы произвели загрузку подложек в установку, а именно:

1. Взяли подложку из тары и установили ее в подложкодержатель барабана полированной стороной к испарителям. При этом мы брали подложку за торцы в протертых спиртом напальчниках;

2. Повторяли предыдущее действие до тех пор, пока барабан не был полностью загружен(при неполной загрузке барабана нужно установить на свободные подложкодержатели технологические подложки);

3. Затем мы включили привод вращения барабана;

4. Включили подачу аргона и произвели обдув всех подложек струей аргона под давлением 0,1-:-0,5 атмосферы (разрешается обдувать подложки газообразным азотом);

5. Далее мы выключили привод вращения барабана и перекрыли подачу аргона;

6. Мы развернули барабан с подложками на 90^о и задвинули его в камеру установки;

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: