Технологические основы электроники (стр. 3 из 5)
Для подгонки применяют лазерные установки «Кварц-5», «Темп-10», а в крупносерийном автоматизированном производстве—автоматы подгонки «Темп-30». Установка «Кварц-5», например, предназначена для подгонки резисторов импульсами излучения с длиной волны 0,34 мкм. Мощность в импульсе достигает 30 кВт. Производительность установки 300 резисторов в час.
Гетерогенный характер структуры толстопленочных резисторов позволяет эффективно использовать и токовую подгонку. При подаче на резистор высоковольтного импульса происходят пробои стеклянной прослойки, разделяющей частицы функциональной фазы, и возникают дополнительные каналы проводимости. В результате сопротивление резистора уменьшается. Приемлемая скорость изменения сопротивления (
%) достигается при амплитудах импульса 50—500 В и длительности 2—10 мкс. При этом -число импульсов обычно не превышает трех. Испытания подогнанных резисторов под нагрузкой в течение 1000 ч показывают, что сопротивление резисторов частично восстанавливается.Важным этапом операции подгонки, как лазерной, так и токовой, является определение необходимого воздействия на резистор в зависимости от результатов измерения его сопротивления. При ручных методах измерения и управления процессом подгонки требуемое время во много раз превышает время собственно подгонки. Высокая эффективность процесса подгонки возможна лишь при использовании автоматизированных систем управления процессом (АСУ).
10. Изобразить схему вакуумной системы многопозиционной установки для вакуумного напыления
Известно, что для получения рабочего вакуума затрачивается время до 1,5—2 ч (даже при разогретом диффузионном насосе). Так как время напыления отдельного слоя редко превышает 1-1,5 мин, то стремятся использовать многопозиционные вакуумные установки, позволяющие, не нарушая вакуума (за один вакуумный цикл), последовательно или одновременно обрабатывать несколько подложек. Эффект еще более значителен, если при этом применяют групповые подложки. Обычно используют групповые ситалловые подложки стандартного размера 60х48 или 120х96 мм.
По степени непрерывности процесса обработки МПВУ могут быть разделены на две группы: однокамерные периодического действия и многокамерные полунепрерывного или непрерывного действия.
Установки первой группы работают по следующему циклу: установка подложек—откачка рабочего объема - обработка (напыление) - снятие вакуума и вскрытие—снятие обработанных подложек. Для таких установок характерно, что вспомогательное время на откачку не перекрывается с основным технологическим временем, а также что установка подложек и их совмещение с масками выполняются вручную (непосредственно или через соответствующие механизмы).
В установках, второй группы откачка частично (МПВУ полунепрерывного действия) или полностью (МПВУ непрерывного действия) совмещается с основным процессом обработки. Это достигается с помощью многокамерной системы с различным уровнем вакуума в отдельных- камерах. В подобных установках можно выполнять полный цикл изготовления микросхемы, т. е. напылять все слои, поэтому в обработке одновременно (на разных стадиях) могут находиться несколько подложек. Управление в таких установках (транспортировка подложек и фиксация их на рабочих позициях) осуществляется автоматически. Таким образом, установки второй группы представляют собой автоматические линии.
Однокамерная установка периодического действия имеет внутрикамерное многопозиционное устройство карусельного типа, которое выполняют в одном из двух вариантов: либо в каждой позиции карусели (барабане) устанавливают подложку в комплекте с трафаретом (если таковые используют в данном процессе), либо на карусели устанавливают только подложки, а маски размещают в неподвижном многопозиционном диске и, таким образом подложка, переходя из позиции в позицию, последовательно совмещается с различными масками.
В установках первого типа обычно имеется одна рабочая позиция (позиция напыления), поэтому в каждый момент времени обрабатывается лишь одна подложка. К таким установкам, в частности, относится УВН-2М-2, упрощенная схема внутрикамерного устройства которой представлена на рис.11
Рис. 11 Схема внутрикамерного устройства УВН-2М-2:
1 — карусель испарителей; 2 — экраны; 3—диафрагма; 4 — карусель трафаретов и подложек; 5 — нагреватель подложек; 6 — имитатор с датчиками температуры и сопротивления пленки; 7 — электроды войной очистки; 8 — коллектор; 9 — заслонка
В данном случае карусель подложек и масок имеет восемь позиций и может непрерывно вращаться со скоростью 40—150 об/мин. Это обеспечивает идентичность свойств пленки на всех подложках. На базовой плите смонтирована пятипозиционная карусель резистивных испарителей таким образом, что питание подается только на тот испаритель, который выведен на рабочую позицию.
Технологические возможности такой установки в основном заключаются в напылении элементов одного слоя через трафареты, а также в напылении двух сплошных слоев (например, резистивного и проводящего) с последующей двухкратной фотолитографией.
Внутрикамерное устройство включает в себя также систему ионной очистки, установленную неподвижно в одной из позиций, систему нагрева подложек, датчики контроля сопротивления и толщины наносимой пленки.
11. Описать метод получения пленок путем катодного распыления
Атомарный (молекулярный) поток вещества можно получить, бомбардируя поверхность твердого образца ионами с энергией порядка сотен и тысяч электрон-вольт. Энергия ионов при этом в несколько раз превышает теплоту сублимации поверхностных атомов и образец (мишень) интенсивно распыляется. В процессе бомбардировки мишень активно охлаждают. Это исключает протекание в ней диффузионных процессов. В условиях повышенного по сравнению с термическим вакуумным напылением давления значительная часть распыленных атомов рассеивается, что, с одной стороны, уменьшает скорость осаждения, а с другой — повышает равномерность осаждения пленки по площади подложки. Этому же способствует и большая площадь мишени.
Таким образом, по сравнению с термическим испарением в вакууме распыление ионной бомбардировкой позволяет:
1) получать пленки из тугоплавких металлов, перспективных для микроэлектроники;
2) наносить на подложку соединения и сплавы без диссоциации и фракционирования, т. е. без изменения исходного состава;
3) осаждать окисные, нитридные и другие пленки за счет химического взаимодействия распыляемого материала с вводимыми в камеру химически активными газами (реактивное катодное распыление);
4) получать равномерные по толщине пленки на большой площади, в частности, при наличии поверхностного рельефа;
5) многократно использовать мишень в качестве источника материала, что повышает однородность процесса и облегчает его автоматизацию (например, в установках непрерывного действия);
6) обеспечивать высокую адгезию пленок к подложке благодаря специфическим условиям на подложке и высокой энергии осаждающихся атомов (частичное внедрение в решетку материала подложки);
7) обеспечивать малую инерционность процесса.
Для распыления мишени используют ионы инертных газов (обычно аргон высокой чистоты). Источником ионов служит либо самостоятельный тлеющий разряд, либо плазма несамостоятельного разряда (дугового или высокочастотного). В настоящее время в производстве применяют различные процессы распыления, отличающиеся характером питающего напряжения (постоянное, переменное, высокочастотное), способом возбуждения и поддержания разряда (автоэлектронная эмиссия, термоэмиссия, магнитное поле, электрическое ВЧ-поле и т.д.), числом электродов. Такое разнообразие процессов и их модификаций обусловлено стремлением улучшить основные технологические показатели — скорость осаждения, чистоту и однородность по толщине получаемой пленки, а также стремлением расширить круг материалов, используемых для получения пленок этим методом.
Физические основы процесса целесообразно рассмотреть на примере простейшей его разновидности — катодного распыления на постоянном токе самостоятельного тлеющего разряда.
Рис. 12 Схема катодного распыления (двухэлектродная система) и характер распределения потенциала в пространстве между катодом и анодом:
1—анод; 2—подложка; 3 — изолятор;4—экран; 5 — катод-мишень
Физические основы катодного распыления. При катодном распылении используют простейшую двухэлектродную схему (рис.12), называемую также диодной схемой распыления, которая состоит из катода (распыляемой мишени) и анода. Подложки размещают на аноде. Тлеющий разряд создается в разреженном аргоне при давлении 1—10 Па. В процессе распыления непрерывно работает система откачки, а аргон с определенным расходом поступает в камеру через натекатель, что и обеспечивает заданное давление газа. Катод-мишень наводится под отрицательным потенциалом относительно заземленного анода.
Возможные режимы самостоятельного тлеющего разряда можно описать с помощью вольт-амперной характеристики (рис. 13)
Рис. 13 Вольт-амперная характеристика самостоятельного газового разряда
В исходном газовом промежутке «катод — анод» вследствие фотоэмиссии катода, воздействия космического излучения и других причин всегда присутствуют электроны. Кроме того, при высоких напряжениях имеет место автоэлектронная эмиссия с холодного катода. Поэтому пробивная напряженность электрического поля в таком промежутке при давлениях 1—10 Па составляет около 0,5 кВ/см. Для расстояний между анодом и катодом L=3
8 см напряжение необходимое для электрического пробоя и зажигания разряда (напряжение зажигания) порядка 1,5—4 кВ. Приобретая в электрическом поле энергию, электроны движутся к аноду, ионизируя по пути атомы газа, в результате чего происходит лавинообразное нарастание потока электронов к аноду и (встречного) ионов к катоду. Вследствие этого резко повышается проводимость газового промежутка, возрастает ток и снижается напряжение [до нескольких сотен вольт (участок 1 на рис. 13)]. Возникающий при этом разряд может стать стационарным лишь при условии, если с катода в разрядный промежуток будут поступать электроны в количестве, достаточном для поддержания концентрации электронов и ионов в разряде. По достижении катода ионы рекомбинируют (нейтрализуются) с электронами, поступающими на катод из внешней цепи. Освобождающаяся энергия достаточна (с определенной вероятностью 
), чтобы вызвать эмиссию электрона с поверхности катода (вторичная ионно-электронная эмиссия), а при определенной кинетической энергии ионы могут выбивать также атомы из материала катода (распыление). Вторичные электроны в результате столкновений должны создавать такое количество ионов (в среднем 1/ на один электрон), которое, с одной стороны, компенсирует их убыль в результате нейтрализации, а с другой — обеспечивает постоянный приток вторичных электронов с катода. В этом случае разряд поддерживает сам себя и называется самостоятельным тлеющим разрядом.