Электрохимические методы получения тонкопленочных покрытий реферат

Обновлено: 05.07.2024

Химические методы получения тонких пленок. Способы получения покрытий на основе нитрида алюминия. Преимущества газофазной металлургии. Сущность электрохимического осаждения, процесса газового анодирования. Физикохимия получения пленочных покрытий.

Рубрика	Химия
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	22.06.2011
Размер файла	5,4 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

ВВЕДЕНИЕ
ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ (ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ).
МЕТОД ГАЗОФАЗНОГО ОСАЖДЕНИЯ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ
АНОДИРОВАНИЕ
ГАЗОВОЕ АНОДИРОВАНИЕ
НАПЫЛЕНИЕ НЕЙТРАЛЬНЫМИ ЧАСТИЦАМИ

НАПЫЛЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ

ФИЗИКОХИМИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЁНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ

СОЗДАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОПТИКИ

ВВЕДЕНИЕ

Зарождение и развитие микроэлектроники как нового научно-технического направления, обеспечивающего создание сложной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), непосредственно связаны с кризисной ситуацией, возникшей в начале 60-х годов, когда традиционные методы изготовления РЭА из дискретных элементов путем их последовательной сборки не могли обеспечить требуемую надежность, экономичность, энергоемкость время изготовления и приемлемые габариты РЭА. Несмотря на малый срок своего существования, взаимосвязь микроэлектроники с другими областями науки и техники обеспечила необычайно высокие темпы развития этой отрасли и существенно сократила время для промышленной реализации новых идей. Этому способствовало также возникновение своеобразных обратных связей между разработкой интегральных схем, являющихся базой автоматизации производства и управления, и использованием этих разработок для автоматизации самого процесса проектирования, производства и испытаний интегральных схем. Развитие микроэлектроники внесло коренные изменения в принципы конструирования РЭА и привело к использованию комплексной интеграции, которая состоит из: структурной или схемной интеграции (т. е. интеграции схемных функций в пределах единой структурной единицы); при степени интеграции порядка сотен и тысяч компонентов существующие приемы подразделения систем на компоненты, приборы, субсистемы и блоки, а также формы координации разработок компонентов, приборов и субсистем становятся уже малоэффективными; при этом центр тяжести перемещается в область схемотехники, что требует коренной перестройки способов реализации электронных систем с построением аппаратуры на супермодульном уровне. Интегральная электроника развивается не как новая или обособленная область техники, а путем обобщения многих технологических приемов, ранее используемых в производстве дискретных полупроводниковых приборов и при изготовлении топкопленочпых покрытий. В соответствии с этим в интегральной электронике определились два главных направления: полупроводниковое и тонкопленочное. Создание интегральной схемы на одной монокристаллической полупроводниковой (пока только кремниевой) пластине является естественным развитием отработанных в течение последних десятилетий технологических принципов создания полупроводниковых приборов, как известно, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации. Тонкопленочное направление интегральной электроники основано на последовательном наращивании пленок различных материалов на общем основании (подложке) с одновременным формированием из этих пленок микро деталей (резисторов, конденсаторов, контактных площадок и др.) и внутрисхемных соединений. Сравнительно недавно полупроводниковые (твердые) и тонкопленочные гибридные ИС рассматривались как конкурирующие направления в развитии интегральной электроники. В последние годы стало очевидно, что эти два направления отнюдь не исключают, а скорее, наоборот, взаимно дополняют и обогащают друг друга. Более того, до сегодняшнего дня не созданы (да, видимо, в этом и нет необходимости) интегральные схемы, использующие какой-либо один вид технологии. Даже монолитные кремниевые схемы, изготавливаемые в основном по полупроводниковой технологии, одновременно применяют такие методы, как вакуумное осаждение пленок алюминия и других металлов для получения внутрисхемных соединений, т. е. методы, на которых основана тонкопленочная технология. Большим достоинством тонкопленочной технологии является ее гибкость, выражающаяся в возможности выбора материалов с оптимальными параметрами и характеристиками и в получении по сути дела любой требуемой конфигурации и параметров пассивных элементов. При этом допуски, с которыми выдерживаются отдельные параметры элементов, могут быть доведены до 1--2%. Это достоинство особенно эффективно проявляется в тех случаях, когда точное значение номиналов и стабильность параметров пассивных компонентов имеют решающее значение (например, при изготовлении линейных схем, резистивных и резистивно-емкостных схем, некоторых видов фильтров, фазочувствительных и избирательных схем, генераторов и т. п.). В связи с непрерывным развитием и совершенствованием как полупроводниковой, так и тонкопленочной технологии, а также ввиду все большего усложнения ИС, что выражается в увеличении числа компонентов и усложнении выполняемых ими функций, следует ожидать, что в ближайшем будущем будет происходить процесс интеграции технологических методов и приемов и большинство сложных ИС будут изготовляться на основе совмещенной технологии. При этом можно получить такие параметры и такую надежность ИС, которых нельзя достигнуть при использовании каждого вида технологии в отдельности. Например, при изготовлении полупроводниковой ИС все элементы (пассивные и активные) выполняются в одном технологическом процессе, поэтому параметры элементов оказываются взаимосвязанными. Определяющими являются активные элементы, так как обычно в качестве конденсатора используется переход база -- коллектор транзистора, а в качестве резистора -- диффузионная область, получающаяся при создании базы транзистора. Нельзя оптимизировать параметры одного элемента, не изменив одновременно характеристики других. При заданных характеристиках активных элементов изменять номиналы пассивных элементов можно лишь изменением их размеров.

Среди химических методов получения пленок последнее время довольно широко развивается т.н. метод спрей-пиролиза, заключающийся в распылении на разогретые подложки аэрозолей, включающих термически разлагающиеся соли соответствующих компонентов сложных или простых оксидов. Применяя данный способ, следует считаться с тем, что солевые компоненты в силу разной устойчивости к нагреванию могут деструктировать либо ещё на подлете к подложке и тогда часть компонентов будет оседать уже в виде твердых частиц и агломератов, либо подвергаться пиролизу только после достижения микрокаплей заданной температуры субстрата-носителя. Такое явление может приводить к снижению химической и фазовой гомогенности пленок, также как и возможная высокая летучесть некоторых солевых форм, при этом приходится корректировать состав исходных растворов, повышая в них долю летучих компонентов. Введение в рабочие растворы растворимых в данном растворителе (например, воде) полимеров позволяет снизить отрицательное влияние указанных факторов, т.к. температуры разложения солей нивелируются. Полимерсодержащие растворы обладают также повышенными пленкообразующими свойствами, что улучшает равномерность покрытий, увеличивает их адгезионную и когезионную прочность. Поэтому для осаждения металлических пленок создавать разность потенциалов между электродами не всегда обязательно. Для этой цели можно использовать химическое осаждение из раствора соответствующего состава. Такой метод известен как осаждение восстановительных покрытий или химическое осаждение. Существует четыре типа подобных реакций.

1. Некаталитические реакции.

Такие реакции имеют место в том случае, когда некоторая поверхность погружена в восстановительный раствор. Этим способом обычно изготавливают серебряные зеркала с помощью слабых восстановителей, например формальдегида в смеси с нитратом серебра. Способ обеспечивает получение металлических слоев большой толщины.

2. Каталитические реакции.

При осаждении металлов на некоторые поверхности иногда встречаются значительные трудности; в таких случаях часто прибегают к использованию регулируемых реакций. При этом для каждого осаждаемого металла существует строго ограниченное число других определенных металлов, на поверхность которых можно с успехом вести осаждение. Например, осаждение никеля данным способом может происходить путем восстановления хлористого никеля гипофосфитом натрия, причем металл может осаждаться только на подложках из алюминия, кобальта, железа и никеля, которые в данном случае играют роль катализаторов. ( Надо заметить, что использование в качестве восстановителя гипофосфита натрия приводит к тому, что в пленке будет содержаться 5 - 10% фосфора). С помощью описанного метода можно осаждать и другие металлы, в частности, металлы платиновой группы.

3. Каталитические реакции в присутствии активаторов.

Число металлов, на поверхности которых можно наносить пленки с помощью каталитических реакций, является ограниченным. Установлено, однако, что существуют способы активации поверхностей металлов, не являющихся катализаторами благодаря чему появляется возможность осаждения на эти металлы. Активаторы применяются с целью понижения энергии активации, что стимулирует протекание реакций восстановления в отдельных точках на поверхности, причем эти точки становятся центрами роста осаждаемой пленки. Зародышевые островки металла, таким образом, будут расти, сближаться и в конечном итоге образуется сплошная пленка. Например, хлористый палладий часто используется при осаждении на медь и никель. Необходимое количество активатора обычно невелико; так, в случае применения хлористого палладия необходим 0,01%-ный раствор активатора, наносимый на поверхность подложки, предварительно промытой в воде.

4. Каталитические реакции в присутствии активаторов и сенсибилизаторов

Для получения покрытий методом химического восстановления требуется довольно несложная аппаратура, обеспечивающая нормальное протекание реакции и, если необходимо, применение катализатора. Скорость осаждения зависит от pH раствора и его температуры.

МЕТОД ГАЗОФАЗНОГО ОСАЖДЕНИЯ

Сегодня применяется несколько способов получения покрытий на основе нитрида алюминия: газопламенное и плазменное; термодиффузионное; электроискровое; с помощью ионной имплантации; в виде краски с последующей термохимической обработкой; метод осаждения из газовой фазы.

Практически все перечисленные способы, кроме осаждения из газовой среды, позволяют получить пористые покрытия, причем величина открытой пористости колеблется в широких пределах, достигая 40 % в ряде случаев. Поэтому из перечисленных выше способов наиболее приемлемым является газофазное осаждение. Метод газофазного осаждения заключается в получении тугоплавкого соединения из паров летучих химических соединений, чаще всего галогенидов, содержащих один элемент, и газов, содержащих другой элемент.

При термическом разложении или химическом восстановлении летучих соединений и газов нелетучие продукты осаждаются на горячей подложке, а газообразные удаляются из зоны реакции. Процесс проходит на атомно-молекулярном уровне. Это позволяет получить материалы, плотность которых близка к теоретической, и осуществлять тонкое регулирование толщины, состава, структуры и прочих характеристик осадка. Благодаря использованию реагентов в парообразном состоянии метод позволяет получить равномерное покрытие на изделиях сложной формы и больших размеров.

Достоинством газофазной металлургии является также возможность использования исходных реагентов низкого качества, так как за счет перевода металлической составляющей в газообразное состояние происходит очистка от большинства примесей. В качестве исходных реагентов для получения AlN в виде покрытия необходимы хлорид алюминия, газообразные аммиак и водород. Их чистота должна быть максимально возможной, что, в конечном счете, определяет наличие примесей и прежде всего кислорода в покрытии.

Метод газофазного осаждения достаточно хорошо известен, так как применяется в промышленном получении никеля и железа термическим разложением их карбонилов, при получении титана, гафния и циркония высокой чистоты для атомной промышленности химическим транспортированием иодидов, а также получение полупроводниковых, эпитаксиальных, многослойных структур для электронных приборов: кремния, германия и сложных соединений. Преимущества газофазной металлургии и свойства материалов, полученных этим методом, заслуженно привлекают конструкторов и производственников различных отраслей техники, открывая широкие возможности.

Наличие кислорода в твердой фазе в заключительной степени сказывается на конечных свойствах. Желательно, чтобы чистота реагентов была не ниже 99,99 %.

Очистка реагентов от примесей проводится по стандартным технологиям. Характеристики покрытия определяются технологическими параметрами процесса осаждения: температурой процесса, общим давлением газа, соотношением реагентов, расхода газов.

Температура процесса - 1200-1250 0 С. Общее давление в реакционной камере от 10 до 101,3 кПа. Концентрация газообразного хлорида 0,05-0,1 мол. %, аммиака 1,0-3,0 мол. % при общем расходе водорода 40-100 л/мин.

Газы-реагенты (аммиак, хлорид алюминия) и газ-носитель (водород) подаются в коаксиальное сопло, срез которого находится на расстоянии 60 - 100 мм от поверхности изделия. На разогретой поверхности изделия происходит разложение аммиака с выделением атомарного азота, который взаимодействует на активных центрах поверхности с трихлоридом алюминия с образованием нитрида алюминия. Скорость роста пленки нитрида алюминия регулируется и может составлять от нескольких микрометров до 100 мкм/ч.

химический газовый пленка покрытие

Рис. 1. Технологическая схема получения покрытия из AlN

Таблица.1 Пленочные покрытия, которые модно получать с помощью реакций в паровой фазе.

Рассмотрены основные методы получения тонких пленок:
физические методы осаждения:
термическое испарение за счет резистивного нагрева; электронно-лучевое испарение; лазерное испарение; ионно-лучевое распыление; катодное распыление; магнетронное распыление и
химические методы осаждения:
осаждение из газовой фазы; метод распылительного пиролиза; жидкофазная эпитаксия; электролиз; золь – гель метод.
18с.

Берлин Е.В., Двинин С.А., Сейдман Л.А. Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок

формат djvu
размер 1.44 МБ
добавлен 01 марта 2010 г.

М: Техносфера, 2007. - 176 с. В книге обобщено современное состояние одной из отраслей производства изделий электронной техники: вакуумной технологии нанесения и травления тонких пленок. Книга содержит подробное описание магнетронных напылительных установок, плазмохимических установок для травления тонких пленок и технологических особенностей их использования. Описаны математические модели, способы управления и примеры использования реактивного м.

Виноградов М.И., Маишев Ю.П. Вакуумные процессы и оборудование ионно - и электронно-лучевой технологии

формат djvu
размер 1 МБ
добавлен 02 марта 2011 г.

М.: Машиностроение, 1989. - 56 с. Рассмотрено применение электронных пучков в электронно- литографичес ких установках (ЭЛУ), используемых в технологии производства твердотельных электронных прибоpов. Описано устройство и принцип действия, приведе ны основные технические параметры ЭЛУ и дана их классификация. Описано оборудование ионно -лучевой обработки и eгo основные элементы. Рассмотрены технологические процессы, в которых используются ионно -л.

Данилин Б.С. Вакуумное нанесение тонких пленок

формат djvu
размер 4.63 МБ
добавлен 01 марта 2010 г.

М.: Энергия , 1967. - 312 стр. с илл. В книге рассматриваются способы получения и обработки, а также методы измерения скорости напыления и толщины тонкопленочных слоев и основные области применения тонких пленок. Излагаются требования к вакууму и составу остаточной среды при термическом испарении и катодном распылении и описываются современные средства получения и измерения вакуума, а также оборудование и аппаратура, используемые при получении т.

Данилин Б.С. Вакуумные технологические процессы и оборудование микроэлектроники

формат pdf
размер 3.18 МБ
добавлен 13 января 2011 г.

М.: Машиностроение, 1987. – 72 с.: ил. Под ред. В. К. Сырчина. В брошюре кратко рассмотрены вакуумные процессы в химически активной среде (плазмохимическое осаждение пленок при пониженном давлении и вакуумно-плазменное травление микроструктур). Дан анализ влияния различных факторов на параметры процессов осаждения и травления. Сформулированы требования к вакуумным насосам, используемым для откачки химически активных газов; рассмотрены и сопоставл.

Данилин Б.С. Вакуумные технологические процессы и оборудование микроэлектроники

формат djvu
размер 1005.12 КБ
добавлен 01 марта 2010 г.

М.: Машиностроение, 1987. 72 с. В брошюре кратко рассмотрены вакуумные процессы в химически активной среде (плазмохимическое осаждение пленок при пониженном давлении и вакуумно-плазменное травление микроструктур). Дан анализ влияния различных факторов на параметры процессов осаждения и травления. Сформулированы требования к вакуумным насосам, используемым для откачки химически активных газов; рассмотрены и сопоставлены основные виды насосов.

Дипломный проект - Усовершенствование блока управления и конструкции реактора установки вакуумного напыления

формат rtf
размер 7.76 МБ
добавлен 26 марта 2011 г.

Херсонский национальный технический университет Специальность-090.212 Електронне машинобудування 69 стр. Титульный лист на украинском языке. Данный проект состоит из разделов: Технологии вакуумного напыления и оборудование для нанесения тонких слоев и плёнок. Рассмотрены: различные методы напыления и физические основы нанесения тонких пленок, основные требования и системы оборудования для нанесения тонких плёнок, элементы вакуумных систем и устр.

Игнатенко. П.И., Терпий Д.Н., Кляхина Н.А. О влиянии подложки на формирование состава, структуры и твердости нитридных и боридных пленок, полученных методами ионного осаждения

формат pdf
размер 618.56 КБ
добавлен 02 мая 2011 г.

Статья. Опубликована в ЖТФ, 2009, том 79, вып. 7 с.101-107 Лит. -20 наим. Методами рентгеновской дифрактометрии, электронной микроскопии и вторичной ионной масс-спектрометрии рассмотрено влияние материала подложки на структурно-фазовое состояние и твердость нитридных и боридных пленок. Утверждается, что степень этого влияния зависит от метода напыления, определяющего ту или иную энергию ионов, поступающих на подложку и их энергию связи с атомами.

Костржицкий А.И., Лебединский О.В. Многокомпонентные вакуумные покрытия

формат pdf
размер 5.37 МБ
добавлен 23 января 2012 г.

М.: Машиностроение, 1987, 208 с.: ил. Изложены теоретические основы способов получения покрытий из сплавов в вакууме, приведены основы технологии нанесения различных покрытий из сплавов на металлы и неметаллы. Обобщены данные исследований влияния условий осаждения покрытий на их пористость и защитные свойства, а также электрохимического поведения покрытий в агрессивных средах. Рассмотрены методы получения вакуумных многокомпонентных пленок и покр.

Минайчев В.Е. Вакуумное оборудование для нанесения пленок

формат djvu
размер 898.2 КБ
добавлен 01 марта 2010 г.

М.: Машиностроение, 1978, 60 с. Кратко рассмотрены вакуумные технологические методы получения тонких пленок, которые находят все большее применение в различных областях науки и техники, а также некоторые прикладные вопросы вакуумной техники. Приведены классификация и технические данные. Описаны наиболее типичные испарительно-распылительные системы и установки для нанесения тонких пленок. Даны практические рекомендации по использованию оборудовани.

Минайчев В.Е. Нанесение пленок в вакууме

формат djvu
размер 3.07 МБ
добавлен 01 сентября 2009 г.

Высшая школа. 1989. 110 с. Рассмотрены вопросы: нанесение пленок методами термического испарения, ионно-плазменного распыления; контроль параметров пленок и технологических режимов их нанесения; оборудование для нанесения пленок; электровакуумная гигиена и техника безопасности.

Читайте также: