Технологічний процес напилення тонкоплівкових резисторів
Метод магнетронного розпилення.
Робота магнетронного розпилювального пристрою заснована на властивостях катодної області аномального газового розряду, що тліє, в якій катод (мішень) розпорошується під дією іонного бомбардування. Прикладене в області катода перпендикулярно електричному магнітне поле дозволяє знизити робочий тиск плазмоутворюючого газу без зменшення інтенсивності іонного бомбардування і поліпшити умови транспортування речовини, що розпилюється, до підкладки. Це відбувається завдяки зменшенню розсіювання, спричиненого соударениями з молекулами газу. Між катодом та підкладкою виникає зона низькотемпературної плазми. Частки, що розпиляються, осаджуються у вигляді тонкого шару, а також частково розсіюються і осаджуються на стінках робочої камери.
При використанні розряду постійного струму (DC-магнетрон) можна розпорошувати різні метали та їх сплави (ванадій, хром, нікель, титан, мідь, срібло, нержавіюча сталь, латунь, бронза та ін.), а також отримувати їх хімічні сполуки, додаючи в плазмоутворюючий газ (аргон) відповідні реактивні гази (кисень, азот та ін.).
Так, якщо містить титанову мету систему під час розпилення вводити азот, можна отримати плівку нітриду титану, а введення, наприклад, кисню, дозволяє отримувати лежить на поверхні підкладки плівку двоокису титану.
– Ar для напилення Cu, Cr, Ni, V тощо;
– O2 для очищення підкладок у ВЧ-плазмі та напилення оксидів VxOx-y (CuxOx-y тощо) у сукупності з Ar;
– N2 для напилення нітридів різних матеріалів.
DC-магнетрон є сучасним варіантом пристрою катодного розпилення матеріалів у вакуумі з використанням джерела постійного струму для нанесення покриттів, що проводять, на вироби. Принцип його дії заснований наявище фізичного розпилення катода (матеріалу мішені) прискореними іонами робочого газу, що бомбардують поверхню мішені під дією прикладеного негативного потенціалу.
Характерною особливістю магнетронів є використання спеціальної магнітної системи, яка створює над мішенню, що розпилюється, замкнене по контуру тунелеподібне магнітне поле. Завдяки цьому полю створюються умови для отримання локалізованої плазми високої густини і, відповідно, високої густини іонних струмів, що розпорошуються мішенню. В результаті досягається висока продуктивність розпилювання матеріалів. Конструктивні принципи побудови магнетронних пристроїв дають змогу досить просто реалізувати завдання нанесення однорідних покриттів на широкоформатні поверхні.
Адгезія металевих шарів з підкладкою плівок, отриманих магнетронним способом, істотно вище, ніж у таких плівок, отриманих термовакуумним напиленням, при порівнянних швидкостях напилення. Це пов'язано з більш високою енергією частинок, що конденсуються при магнетронному розпиленні і додатковою активацією поверхні підкладки дією плазми.
На відміну від інших способів нанесення тонкоплівкових покриттів спосіб магнетронного розпилення дозволяє досить точно регулювати товщину металевого шару, а значить, його опір, що дуже важливо при створенні структур з певною провідністю.
Метод магнетронного розпилення дозволяє отримувати тонкі плівки високої якості з рекордними фізичними характеристиками (товщина, пористість, адгезія та ін.), а також проводити пошаровий синтез нових структур (структурний дизайн), створюючи плівку буквально лише на рівні атомних площин.
Поряд із загальними перевагами методів вакуумно-плазмового розпилення МРСмає ряд істотних переваг:
1. Високі швидкості розпилення.
2. Відсутність практично бомбардування підкладки вторинними електронами, в результаті цього температура підкладки не перевищує 400 К і зменшується ймовірність виникнення радіаційних дефектів на підкладці.
3. Можливість проводити процеси розпилення при тиску робочого газу 10 -2 Па
4. Максимальна енергетична ефективність унаслідок поєднання ефективності процесу плазмоутворення з ефективністю процесу розпилення.
Матеріали, що використовуються для отримання резистивних плівок, їх властивості.
У виробництві інтегральних схем потрібні резистори різних номіналів, і питомий поверхневий опір тонких плівок повинен мати великий діапазон.
Як резистивні матеріали тонкоплівкових резисторів використовують метали, сплави з високим електричним опором та спеціальні резистивні матеріали – кермети, які складаються з металу та діелектрика. Найбільш широко застосовуються металеві плівки хрому, танталу, вольфраму, молібдену, ніхрому.
Резистори з чистих металів мають основну перевагу - сталість складу та однорідність структури, що визначають підвищену стабільність їх електричних параметрів. Тугоплавкі метали: хром, тантал, реній, вольфрам, молібден утворюють стабільні плівки. Широко застосовуються ніхромові сплави. Склад плівки впливає її властивості. ТКR ніхромових плівок залежить від товщини, але є досить широка область значень ТКR, близьких до нуля.
На основі керметів одержують високоомні резистори. Найбільш широко застосовується кермет, до складу якого входять хром та монооксид кремнію. Залежно від вмісту хрому можна отримати резистивні плівки, що мають високустабільністю. Однак властивості керметових плівок сильною сильною мірою залежать від технологічних факторів, резистори мають гіршу відтворюваність номіналів і великий ТКR в порівнянні з металевими плівками.
В даний час промисловістю освоєно велику групу металооксидних сплавів системи Cr-Si, легованих добавками заліза, нікелю, кобальту, вольфраму.
У таблиці 1 наведено характеристики матеріалів плівкових резисторів.
Таблиця 1. Характеристики матеріалів плівкових резисторів