Напыление омических контактов

ВВЕДЕНИЕ

Микроэлектроника занимает одно из самых важных мест в экономике  развитых стран мира. Уровень промышленной и бытовой продукции определяется качеством технологий микроэлектроники. Во многих странах мира развитие отечественной электронной промышленности рассматривается в качестве наиболее эффективного способа подъёма всей промышленности и вхождение в мировой рынок. Развитие микроэлектроники происходит с ускорением во времени, с нарастанием сложности  интегральных схем и электронных систем и имеет глобальный характер - в том смысле, что имеет влияние на все сферы деятельности человека и общества.

Электроника-это наука, изучающая  явление взаимодействия электронов и других заражённых частиц с электрическими, магнитными и электромагнитными  полями, что является физической основой  работы электронных приборов и устройств, используемых для передачи, обработки  и хранения информации.

Изделия микроэлектроники: интегральные микросхемы различных  степеней интеграции, микросборки, микропроцессоры, мини- и микро-ЭВМ-позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, создание систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи. И многому другому способствует микроэлектроника.

Современный этап развития электроники характеризуется широким применение интегральных микросхем. Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых электронной аппаратуре, что привело к росту числа элементов в ней. Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и её элементов, микроминиатюризация электронных компонентов и комплексной аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника.

Цели и задачи курсовой работы

Основной целью курсового  проекта является углубление, расширение и закрепление знаний по дисциплине «Технология производства микроэлектронных устройств».

Выполнение курсовой работы по данной дисциплине ставит задачи:

• научиться работать с технической литературой;
• приобрести практические навыки разработки маршрутного описания изделия на примере изготовления МДП – структур;
• научиться разрабатывать технологическую операционную карту процесса на примере технологии напыления омических контактов;
• изучить технологические основы производства элементов, на базе которых создаются современные изделия электронной техники;
• научиться оформлять технологическую документацию в соответствии с требованиями ГОСТ и других систем стандартизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Общая часть

1.1Обзор существующих  технологических методов напыления  омических контактов МДП ИС

1.1.1. Метод электронно-лучевого испарения материала осуществляется с помощью кинетической энергии движущихся электронов, необходимой для разогрева испаряемого материала. Испаряемый материал закрепляют в водоохлаждаемом тигеле. Вокруг тигеля устанавливают кольцевой катод с управляющем электродом в форме кольца охватывающего тигель. Над тигелем закрепляют полусферическую кассету, на которую, с помощью прижимов, рабочей поверхностью внутрь полусферы, закрепляют до 130 пластин. Полусфера закрепляется на определённом расстоянии от тигеля с испаряемым материалом и вращается во время процесса с помощью электродвигателя. Установка откачивается до 10^-4 Па. При подаче потенциала (5*10^-5) на электроды, электроны бомбардируют испаряемый материал, и кинетическая энергия переходит в тепловую, она достаточна для разрыва связей между молекулами испаряемого материала, и для того что бы сообщить ему энергию, необходимую для переноса паравещества к подложкам и адсорбции этого вещества на поверхности пластины. Для повышения адгезии и зернистости структуры плёнок, кассету с пластинами подогревают специальными подогревателями. Схематическое изображения метода электронно-лучевого испарении представлено на рисунке 1.1.

Достоинства:

• исключение загрязнения плёнок материалом испарителя;
• позволяет получить равномерные по толщине плёнки т.к. имеется планетарный механизм, обеспечивающий равноудалённое расстояние от источника;
• из-за высокой степени вакуума улучшается качество плёнки.

Недостатки:

• не позволяет напылять тугоплавкие материалы, сложность оборудования.

1-вакумная камера;

2-кольцевой катод;

3-карусель с подложками;

4-электродвигатель;

5- нагреватель;

6-смотровое окно;

7-испаряемый материал;

8-водоохлаждаемый тигель;

9-кольцевой управляющий  электрод.

Рисунок 1.1 Метод электронно-лучевого испарения. Схематическое изображение.

 

1.1.2.Термовакумное напыление  с резистивным разогревом испаряемого  материала заключается в создании  направленного потока пара вещества  и последующей конденсации его  на поверхностях подложек, имеющих  температуру ниже температуры  источника пара. Метод термовакумного напыления применяется при напылении таких материалов как: алюминий, хром, титан, вольфрам. При напылении данных материалов на подложки из ситала, керамики, стекла происходит хемосорбция, что значительно улучшает адгезию плёнок.

Процесс выполняется в вакуумных камерах с предельным давлением 1.3*10^-4 -1.3*10^-5 Па. Нагрев вещества осуществляется прямым или косвенным способами: путем пропускания электрического тока, токами индукции, электронной бомбардировкой. Схема ТВН приведена на рисунке 1.2. Стационарная и съёмная оснастка вакуумной камеры периодически очищается от наслоений предыдущего напыления. Процесс начинают с загрузки вакуумной камеры: испаряемый материал помещают в тигли, подложки устанавливают в подложкодержатели, маски – в маскодержатели. В зависимости от конструкции оборудования техника загрузки может отличаться. Затем камеру герметизируют и откачивают воздух. При закрытой заслонке производят нагрев испарителей до температуры испарения и нагрев подложек. Проводят ионную очистку подложек. Откачивают камеру до предельного вакуума. После этого открывают заслонку и ведут напыление плёнки. При получении заданной толщины плёнки напыление прекращают, перекрывая атомарный поток заслонкой. Подложки охлаждают и после этого в камеру напускают атмосферу и выгружают подложки. Основными параметрами данного процесса является: давление в вакуумной камере, температура испарителей, температура подложек, время напыления.

Достоинства:

• получение пассивных элементов;
• получение металлизации полупроводниковых структур;
• получение плёнок диэлектриков и полупроводников;
• процесс обеспечивает высокие скорости роста пленок и степень чистоты;
• процесс легко автоматизируется, позволяя легко создавать сложные вакуумные установки и комплексы, управляемые ЭВМ.

Недостатки:

• изменение процентного соотношения компонентов при напылении сплавов и сложных веществ;
• недостаточная равномерность толщины плёнок на больших подложках;
• трудность получения плёнок тугоплавких материалов;
• высокая инерционность при использовании испарителей, по сравнению с катодным распылением невысокая адгезия;
• длительность подготовки к процессу, сложность оборудования.

 

 

 

1-вакуумная камера;

2-нагнетатель подложки;

3-держатель подложки;

4-подложка;

5-заслонка;

6-частицы испаряемого  вещества;

7-испаритель с навеской  материала плёнки;

8-опорная плита.

Рисунок 1.2 Термовакуумное напыление. Схематическое изображение.

1.1.3. Ионно-плазменное распыление осуществляется при более низких давлениях 10^-2 Па в плазме несамостоятельного дугового разряда. Ионно-плазменное распыление применяют для изготовления плёночных пассивных элементов, получение маскирующих плёнок, осаждение полупроводниковых слоев и магнитных плёнок. Плёнки получают в трёх- или четырёхэлектродных вакуумных камерах. На рисунке 1.3 представлена одна из таких камер. Термоэмиссионный катод служит для поддержания дугового разряда. Источником частиц материала наносимой плёнки является дополнительный электрод-мишень. Подложки располагают напротив мишеней на карусели или барабане.

Воздух из камеры откачивают до придельного вакуума, включают ток  накала катода, после разогрева катода между ним и анодом прикладывают напряжение, и в камеру запускают  инертный газ. Между анодом и катодом  зажигается дуговой разряд. При подаче на мишень или подложки небольшого отрицательного потенциала можно произвести их ионную очистку. Для нанесения  плёнок на мишень подаётся отрицательный, по отношению к аноду потенциал 200 – 1000 В. Электрическое поле мишени вытягивает из плазмы положительные  ионы и ускоряет их до энергий в  сотни электронвольт. Начинается распыление и формирование плёнки на подложках.

Достоинства:

• энергия распылённых атомов больше;
• меньше загрязнение плёнок молекулами остаточного газа;
• больше скорость осаждения плёнок;
• лучше адгезия плёнок к подложки;
• плотность плёнки больше.

Недостатки:

• ограниченные возможности реактивного распыления из-за малого срока службы термокатода в присутствии инертных газов;
• катод является дополнительным источником загрязнения;
• сложность оборудования;

1-вакуумная камера;

2-нагнетатель;

3-подложка;

4-анод;

5-катод;

6-мишень;

7-игольчатый нагнетатель.

Рисунок 1.3 Ионно-плазменное распыление. Схематическое изображение.

 

1.1.4. Метод катодного распыления, расширят возможности получения  плёнок с заданными свойствами. Нанесение плёнок катодным методом  выполняется в вакуумной камере  диодного типа, представленной на  рисунке 1.4 , в плазме тлеющего  разряда аргона. Подложки располагаются  на аноде, а катод является  источником для образования плёнки. В камеру вакуумной установки  загружаются подложки и производят  откачку до 1*10^-3 …1*10^-4 Па, затем напускают аргон до давления 1,3 …13 Па. Далее процесс ведут при непрерывной откачке и поступлении через натекатель аргона, что обеспечивает заданное давление газа. При подаче на катод (мишень) отрицательного потенциала 1,5 …4 кВ относительно заземлённого анода в камере зажигается тлеющий разряд. Ионы аргона, попавшие в область катодного пространства, бомбардируют катод – начинается его распыление. Распыление сначала ведут на заслонку, а после очистку поверхности катода заслонку открывают – поток частиц осаждаются на поверхность подложки. Процесс прекращают отключением напряжения катод-анод. После охлаждения подложки выгружают.

Достоинства:

• низкие температуры подложек в процессе нанесения плёнок;
• большая, чем при термовакуумном напылении, равномерность напыления по площади подложек;
• безинерционность;
• отсутствие необходимости частой смены источника частиц растущей плёнки;
• высокая адгезия.

Недостатки:

• сравнительна невысокие скорости осаждения;
• загрязнение плёнок молекулами остаточных газов и более сложное управление технологическим процессом по сравнению с термовакуумным напыление.

1-изолятор;

2-вакуумная камера;

3-экран;

4-катод-мишень;

5-ион аргона, бомбардирующий  катод;

6-частицы распылённого  катода;

7- подложка;

8-анод;

9-темное катодное пространство  тлеющего разряда.

Рисунок 1.4 Метод катодного  распыления. Схематическое изображение.

1.1.5. Метод лазерного испарения  происходит в вакуумной камере, в которой устанавливаются подложки  и мишень с испаряемым материалом. В вакуумной камере, представленной  на рисунке 1.5, имеется прозрачное  окно, через которое на мишень  попадает лазерный луч, проходя  черех фокусирующую линзу. Использование пучкового режима генерации обеспечивает импульс, представляющий собой последовательность импульсов длительностью 10^-6 с, в чем и заключается импульсное нанесение плёнок. Поглощение излучения лазера твердым телом завит от его зонной структуры. Наиболее чистые плёнки удалось получить Бонему, соединив в своём методе высокий вакуум (1,33*10^-8 Па), гелиевое охлаждение, и рубиновый лазер ( с энергией импульса до 5 Дж ). Данным методом можно напылять плёнки тетрооксида молибдена, теллурида свинца, а также селеновые и теллуровые плёнки.

Достоинства:

• высокая степень вакуума;
• высокая чистота плёнок;

Недостатки:

• высокая стоимость оборудования.

 

 

1-вакуумная камера;

2-мишень испаряемого вещества;

3-подложки;

4-прозрачное окно;

5-фокусирующая линза;

6-полупрозрачное зеркало;