Главная страница
qrcode

термовакуум. Реферат студент Направление подготовки Химия, физика и механика материалов Группа Аннотация Введение


Скачать 45.63 Kb.
НазваниеРеферат студент Направление подготовки Химия, физика и механика материалов Группа Аннотация Введение
Дата26.06.2020
Размер45.63 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлатермовакуум.docx
ТипРеферат
#70107
Каталог

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт естественных наук и математики

Направление: “Химия, физика и механика материалов”

Конструктивно-технологические способы формирования сенсорных устройств. Простой способ оценки толщины нанометровой прозрачной пленки SiO в процессе ее термовакуумного осаждения.

РЕФЕРАТ

Студент:
Направление подготовки: Химия, физика и механика материалов

Группа:
Аннотация

Введение

Производство современных микроэлектронных изделий основано на использовании тонких полупроводниковых, диэлектрических и металлических слоев на поверхности полупроводниковых или диэлектрических пластин. Поэтому контроль толщины поверхностных слоев в процессе их создания является важной задачей при изготовлении качественных и надежных микроэлектронных устройств. Полупроводниковая технология требует применения бесконтактных и неразрушающих методов контроля, исключающих загрязнение и повреждение микроэлектронных структур. С этой точки зрения, наиболее удобны оптические методы, которые могут применяться в широком диапазоне температур, в условиях вакуума и при высоких давлениях.

В настоящее время существует много методов для измерения толщины тонких пленок на подложках: спектрофотометрические методы, методы эллипсометрии и рентгеновской дифрактометрии и др. Среди перечисленных методов более простым является лазерный рефлектометрический метод измерения толщины тонких прозрачных пленок на подложке, который использует только информацию о коэффициенте отражения трехслойной системы «воздух (вакуум)- пленка-подложка» [2]. Разработанная на основе перечисленных методов аналитическая аппаратура позволяет измерять толщину пленок от единиц (и даже менее) нанометров до сотен нанометров (и более). Однако основные недостатки существующих приборов — сложность (а следовательно, большая стоимость) и трудность создания встраиваемой технологической аналитической аппаратуры неизбежно приводят к поиску более простых способов контроля толщины нанометровых прозрачных пленок в процессе их нанесения, к которым относится способ, предлагаемый в настоящей работе. Этот способ основан на явлении, открытом Ньютоном [3], согласно которому цвет тонких прозрачных слоев определяется их толщиной, и использует явление «интерференции лучей равного наклона» на поверхности плоско-параллельного прозрачного слоя. В настоящей работе предложен модифицированный простой способ оценки толщины нанометровой прозрачной пленки SiO в процессе ее термовакуумного осаждения на рабочей подложке, при этом для оценки толщины пленки на рабочей подложке используется интерференционная окраска прозрачной пленки, одновременно осаждаемой на контрольной подложке, расположенной на значительно меньшем расстоянии от малого испарителя по сравнению с расстоянием от малого испарителя до рабочей подложки.
Методика эксперимента

Сущность метода термовакуумного напыления можно пояснить с помощью упрощенной схемы установки, представленной на рисунке 1 [4].


Рисунок 1 – Схема установки термовакуумного напыления. 1 – испаритель, 2 – подложка, 3 – нагреватель, 4 – заслонка

Вещество, подлежащее напылению, помещают в устройство нагрева (испаритель) 1, где оно при достаточно высокой температуре интенсивно испаряется. В вакууме, который создается внутри камеры специальными насосами, молекулы испаренного вещества свободно и быстро распространяются в окружающее пространство, достигая, в частности, поверхности подложки 2. Если температура подложки не превышает критического значения, происходит конденсация вещества на подложке, т. е. рост пленки. На начальном этапе испарения во избежание загрязнения пленки за счет примесей, адсорбированных поверхностью испаряемого вещества, а также для вывода испарителя на рабочую температуру используется заслонка 4, временно перекрывающая поток вещества на подложку. В зависимости от функционального назначения пленки в процессе осаждения контролируется время напыления, толщина, электрическое сопротивление или какой-либо другой параметр. По достижении заданного значения параметра заслонка вновь перекрывает поток вещества, и процесс роста пленки прекращается. Нагрев подложки с помощью нагревателя 3 перед напылением способствует десорбции адсорбированных на ее поверхности атомов, а в процессе осаждения создает условия для улучшения 6 структуры растущей пленки. Непрерывно работающая система откачки поддерживает вакуум порядка 10-4 Па. Если требуется получить пленку из многокомпонентного вещества, то используют несколько испарителей. Поскольку скорости испарения у различных компонентов разные, то обеспечить воспроизводимость химического состава получаемых многокомпонентных пленок довольно сложно. Поэтому метод термовакуумного напыления используют в основном для чистых металлов.

Предлагаемый простой способ оценки толщины нанометровой прозрачной пленки SiO в процессе ее термовакуумного напыления реализуют в вакуумной камере установки типа УВН-2М1. В конкретном примере реализации простого способа оценки толщины нанометровой прозрачной пленки SiO резистивный испаритель 4 в вакуумной камере имеет форму трубки с диаметром 6÷6,5 мм и длиной 4,5÷5 мм с отверстием диаметром 4÷4,5 мм на поверхности трубки на одинаковых расстояниях от ее концов и выполнен из танталовой фольги толщиной 0,1 мм. Испаряемым материалом является монооксид кремния (SiO) в виде гранул с диаметром 3÷4 мм.

Предлагаемый способ изготовления нанометровой прозрачной пленки SiO и оценки ее толщины в процессе термовакуумного осаждения реализуют следующим образом. Перед началом работы закрепляют танталовый испаритель в массивных контактных зажимах, обеспечивающих пропускание по испарителю электрического тока с измеряемой величиной 50÷200 А, и заполняют испаритель гранулами SiO. После этого откачивают воздух из вакуумной камеры до давления (10–3÷10–4) Па, включают источник излучения видимого диапазона длин волн, открывают заслонку и производят нагрев испаряемого материала до температуры его испарения: в случае SiO — (1050–1100) С. Процесс осаждения нанометровых пленок контролируют путем наблюдения за появляющимся цветом окраски поверхности контрольной подложки, обращенной к испарителю, через оптическое окно вакуумной камеры. Начало осаждения нанометровой пленки испаряемого материала фиксируют по возникновению интерференционной окраски (рыжевато-коричневого цвета) пленки на участке поверхности (в виде полосы) в нижней области контрольной подложки. По мере осаждения и увеличения толщины осаждаемой прозрачной пленки на поверхности контрольной подложки происходит изменение цветов интерфенционной окраски прозрачной пленки в последовательности: коричневый-фиолетовый-синий-зеленый-желтыйоранжевый-красный. В качестве реперной точки измерения толщины выбирают толщину пленки, которой соответствует зеленый цвет окраски пленки, так как этому цвету соответствует максимум кривой видности среднего нормального человеческого глаза, который имеет место на длине волны излучения =0,55 мкм. Для расчета толщины прозрачной пленки в области окраски зеленого цвета можно использовать формулу для максимума интенсивности излучения, отраженного от среды оптически более плотной:

(1)

где h — толщина прозрачной пленки, n — показатель преломления материала прозрачной пленки, i

где Me — масса испаренного материала, ρ — плотность испаренного материала, r — расстояние от отверстия испарителя до рассматриваемой точки на подложке,  — угол испарения (между нормалью к плоскости отверстия испарителя и направлением на рассматриваемую точку на подложке), β — угол падения испаряемых молекул на подложку в рассматриваемой точке (отсчитываемый от нормали к подложке в этой точке). Используя формулу (2) для рассматриваемого случая, можно получить формулу для отношения толщины h

где rТаким образом, из приведенных примеров оценки толщины hЗаключение

Таким образом, для осуществления описанного выше процесса изготовления нанометровых прозрачных пленок SiO не требуется использования дополнительного сложного оборудования, кроме традиционной установки типа УВН-2М1, для получения тонких пленок методом термовакуумного напыления, в которой расстояние от испарителя до рабочей подложки можно изменять от 150 до 250 мм. Следует отметить, что этот простой способ оценки толщины нанометровой прозрачной пленки в процессе ее нанесения можно использовать также при вакуумном нанесении нанометровых прозрачных пленок ZnS, ZnSe, MgFСписок использованных источников литературы
Бурлаков Р. Б. Простой способ оценки толщины нанометровой прозрачной пленки SiO в процессе ее термовакуумного осаждения // Омский научный вестник. 2018. № 5 (161). С. 115–118.
  • Белов М. Л., Белов А. М., Городничев В. А. [и др.]. Лазерный рефлектометрический метод измерения толщины и оптических характеристик тонких пленок в процессе их роста // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2011. № 12. С. 16–24
  • Newton I. Optice. Lausanne and Geneva, 1740. P. 225
  • Гольдаде, В. А. Методы получения тонких пленок : практическое пособие / В. А. Гольдаде, Н. Н. Федосенко ; М-во образования РБ, Гом. гос. ун-т им. Ф. Скорины. – Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2015. – 41 с.

    перейти в каталог файлов


  • связь с админом