книги / Электронно-лучевая, лазерная и ионно-лучевая обработка материалов
..pdf- 71 -
ляемая всей установкой мощность не долее 6 кВт; площадь, необхо димая для ее размещения с учетом проходов, '- 5 м*.
|
5.2, |
Ионно-лучевые |
методы осаждения покрытий |
|
|
и ионная |
литография |
|
Тонкие и толстые пленки, и покрытия с воспроизводимыми и зара |
||
нее |
заданными свойствами можно получать в условиях высокого ваку |
||
ума |
осаждением из |
сепарированных ионных пучков. Этот метод успеш |
|
но осваивается в настоящее время промышленностью.
Осаждение тонких пленок из .сепарированных ионных пучков - са мый "чистый” спрсоб, хотя4его производительность и невелика. Для микро- и оптоэлектроники,; функциональной электроники возможность получения строго контролируемых по составу,.практически беспри месных, однородных .по структуре тонких пленок открывает новые перспективы создания устройств с уникальными эксплуатационными характеристиками.
Данный метод заключается в создании потока ионов определенно го вида и энергии и осаждении их на выбранной подложке. Осаждение производится в сверхвысоковакуумной камере, поэтому в пленках от сутствуют включения атомов инертных газов, свойственные плазмен ным методам. Сепарация ионовпо отношениям их массы к заряду иск лючает из состава ионов пучка посторонние примеси, в том числе ионыматериалоВ электродов ионного источника. Если в широко рас пространенных для наращивания пленок плазменных методов ионы, по падающие на подложку, имеют распределение по энергиям от нуля до нескольких килоэлектрон-вольт, то в этом методе их энергетический диапазон очень уэок^ Чтобы исключить распыление наносимой пленки и обеспечить оптимальные условия ее роста, необходимо вести осаж дение при относительно малых энергиях ионов. Например, рост пле нок хрома осуществляется' при энергии менее 500 эВ. Известно, что межфаэные образования и кинетика роста пленки определяются кине тической энергией ионов, попадающих на подложку. Поэтому, регули руя энергию ионного потока, можно эффективно управлять процессом роста и качеством пленки.
При термическом методе вакуумного напыления покрытий конден сирующиеся атомы имеют энергию, не превышающую 0,3 эВ. Для акти-
- 72 -
nai^im протекающих в ходе конденсации процессов обычно нагревают подложку. Ее температура является одним из основных параметров, определяющих структуру пленки и адгезию ее к подложке. Для полу чения высококачественных пленок абсолютная температура подложки составляет 0,3...0,5 от температуры плавления осаждаемого матери ала.
В ионном пучке энергия частиц значительно выше, что позволя ет получать пленки с хорошей адгезией на неподогреваемых подлож ках. Процессы конденсации в сравнимаеных методах отличаются уже на первых стадиях (образования эарождышей). Размеры зародышей в случае ионного осаждения меньше, а их количество на единице по верхности больше. Сплошность пленки достигается при меньших тол щинах.
'Однако этому методу присущи и недостатки. Так, продолжитель ность осаждения пленок заметно превышает .время всех других из вестных процессов нанесения покрытий. Сложность и высокая стои мость оборудования, необходимость в обеспечении сверхвысокого.ва куума в рабочей камере - все это ограничивает применение метода.
На рост гомо- и гетероэпитаксиальных пленок влияют такие фак торы, как энергия ионов, ориентация поверхности подложки, распре деление плотности тока по сечению пучка, состав остаточного газа и температура поверхности подложки. Исследования процесса роста, пленок методом просвечивающей электронной микроскопии, *а ■также свойств пленок с помощью масс-спектрометра вторичных ионов позво лили .сделать следующие выводы. Слипание и образование островков серебра и цинка как стадии начала роста зависят от плотности дис локаций на подложке. Плотность дислокаций становится высокой, когда осаждение происходит при относительно большой энергии ионов или же когда оно проводится на плоскость с плотной упаковкой.
Ионы, с большой кинетической энергией формируют глубокий диф фузионный слой. Это же явление наблюдается и для плоскостей с плотной упаковкой. Образование глубоких диффузионных Слоев можно, объяснить переносом осажденного материала через дислокационные
ядра или точечные дефекты. |
По сравнению с другими методами нане |
|
сения пленок осаждение из |
сепарированного потока |
характеризует |
ся малыми скоростями процесса.• |
|
|
В качестве примеров подобных процессов можно |
назвать ионно |
|
- 73 -
лучевое осаждение различных материалов со скоростями порядка еди ниц и десятков нанометров в секунду. Так, алмазоподобные углерод ные пленки выращивали со скоростью 5 нм/с на монокристаллических подложках кремния, а также на пластинах из нержавеющей стали и стекла.
Из плазмы тетраметилолова осаждали пленки /3-олова со скорос тью роста 10 нм/с.
В процессе осаждения ионов хрома с энергией 250 эВ за 7 мин получена хромовая пленка толщиной 78 нм. По расчетам же эта тол щина должна была равняться 329 нм, поэтому сделан вывод, что ко эффициент конденсации хрома' в данном режиме не превышает 24%.
Пленки пермаллоя- |
терциной 25 нм выращиваются в течение 2 ч |
при относительно малых |
плотностях ионного тока. |
Для микроэлектронных устройств •освоены процессы эпитаксиаль ного ионно-лучевого выращивания пленок кремния и арсенида галлия.
Весьма перспективно использование в качестве исходных мате риалов различных металлоорганических соединений, например тетраэтоксилана CC2Ha0)4Si, тетрабутоксититана CC4He0)4Ti и триизопропоксиалюминия ССвНэ03зА1.
Ионная литография. Развитие микроэлектроники требует разра ботки методов формирования элементов интегральных схем с размера ми меньше одного миллиметра. Такие методы являются основой ново го направления "субмикронной технологии", т. е. технологии созда ния устройств с высокой плотнотстью элементов, имеющих размеры до 0,1 мкм. Литография с использованием электронного пучка практи чески не может удовлетворять этим требованиям из-за сильного от
ражения электронов от границы резист-подложка, |
приводящего к раз |
мытию экспонируемой линии, а также из-за низкой |
чувствительности |
и плохого контраста электронных резистов, что' связано с увеличе |
|
нием времени экспозиции.
Указанные недостатки могут быть устранены при использовании для экспонирования ионных пучков. Процесс формирования рисунка в слое резиста с помощью ионных пучков получил название - ионная литография.
Как известно, благодаря большой массе быстрые ионы при движе нии в пленке резиста рассеиваются на значительно меньший угол, чем электроны. Если длину пробега ионов выбрать примерно равной
- 74 -
толщине пленки резиста, рассеяние ионов границей между резистом и подложкой будет пренебрежимо мало и откроются возможности получе ния экспонированных объектов с субмикронными размерами.
' Передача энергии при столкновениях ионов с молекулами резиста более эффективна, поэтому контрастно-чувствительные характеристи ки одних и тех же резистов при ионной бомбардировке будут выше, чем при электронной. Следовательно, можно повысить производитель ность процесса ионной литографии по сравнению с электронной.
На пути же практической реализации принципов ионной литогра фии встречаются серьезные трудности, связанные с созданием источ ников тяжелых ионов' с высокой яркостью, а также быстродействующей систены управления и формирования ионного пучка.
1
БЮ ЯИОГРАФИЧЕСКЖ СПИСОК
1.Рыкалин Н.Н., Зуев И.В., Углов А.А. Основы электронно-лу чевой обработки материалов. М.: Машиностроение.; 1978. - 339 с.
2.Башенко В.В. Электронно-лучевые установки. Л.: Машиност роение, 1972. - 276 с . .
3.Шиллер 3., Гайэиг У.. Панцер 3. Электронно-лучевая тех нология. Пер. с нем. - М.: Энергия. - 1980. - 528 с.
4.Электронно-лучевая.сварка / Назаренко О.К., Кандалов А.А., Ковбасенко С.Н. и др.: Под ред Б.Е.Цатона.- Киев: Наук, думка. - 1987. - 256 с.
5.Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронно- и ионной /технологии. М.: Наука, - 1984. - 315 с.
6.Попов В.Ф. Ионно-лучевые установки. - Л.: Энергия. - 1981. ■f 244 с.
7.Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно ионной технологии. Учеб, пособие для вузов. - М. :Высш. шк.- 1988 - 255 с.
8.Анисимов С.И., Ииас Я.А., Романов Г.С., Ходько J0.B. Дейст вие излучений большой мощности на металлы. - М.: Наука. - 1970. - 272 с.
9.Рыкалин Н.Н., Углов А.А.. Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. - М.: Машиностроение. - 1975. - 296 с.
10.Лазеры в технологии / Под ред. М.Ф. Стельмаха. - М.: Энер гия. - 1975. - 218 с.
11.Спраочник по технологии лазерной обработки / Под обн. ред. В.С.Коваленко. - Киев: Техника. - 1985. - 167 с.
12..Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Спра вочник / Н.Н. Рыкалин, А.А.Углов, И.В.Зуев, А.Н. Кокора. - М.: Ма шиностроение. - 1985. - 496 с.
13.Леонтьев П.А., ХанМ.Г., Чеканова Н.Т. Лазерная поверх ностная обработка металлов и сплавов. - М.: Металлургия/ - 1986. - 142 с.
В.Я.Беленький, В.М.Язовских ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ, ЛАЗЕРНАЯ И ИОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
Учебное пособие
Редактор Н.А. Целина Корректор И.Н.Жеганина
ЛР N 020370 от 22.01.92
Подписано в печать 16.01.95. Формат 60 х 90 /16. Печать офсетная. Уел. леч. л.-4,75. Уч.- иэд. л. 4. Тирах 100 экэ. Заказ N 3
Редакционно-издательский отдел и ротапринт Пермского государственного технического университета Адрес: 614600, Пермь, Комсомольский пр., 29а