172 нм і області застосування технології іонного покриття
1.1 Сфери застосування технології іонного покриття
Технологія іонного покриття тісно пов’язана з розвитком людського суспільства та повсякденного життя. Тонкоплівкові продукти, виготовлені за-покращеною плазмовою технологією, широко використовуються в пристроях відображення інформації, таких як телевізори, комп’ютери та мобільні телефони, а також у напівпровідникових пристроях, оптоелектронних пристроях, оптичних пристроях, утилізації енергії, поверхневому зміцненні матеріалів, зносостійкості, стійкості до корозії, стійкості до окислення та багатьох інших областях. З модернізацією національної оборони, розвитком високо-технологічного виробництва та підвищенням рівня життя людей до тонкоплівкових виробів висуваються вищі вимоги до продуктивності. Особливо в майбутню еру хмарних обчислень, інтелектуальної економіки та Інтернету багато пристроїв розвиваються в напрямку мініатюризації, інтеграції та інтелекту, що накладатиме ще більші вимоги до технології підготовки тонких плівок. Серед них технологія підготовки високо{6}}прецизійних плівок на172 нмрівень став однією з основних вимог для певних-пристроїв високого класу.
1.2 Нові вимоги сучасної науки і техніки до тонкоплівкових виробів
Спеціальні функціїВи-продукти високого класу вимагають, щоб деталі мали різні спеціальні поверхневі функції, як-от фототермічне перетворення, фотоелектричне перетворення, термоелектричне перетворення, фотомагнітне накопичення, відбивання світла, пропускання світла, фільтрація світла, електропровідність, ізоляція, висока твердість, висока зносостійкість, низьке тертя тощо. Деякі також потребують яскравих і барвистих декоративних характеристик.
Урізноманітнення складуЩоб відповідати новим вимогам до продуктивності високо-технічних продуктів у різних галузях, склад тонких плівок змінився від плівок із чистого металу до різноманітних плівок з неорганічних сполук і полімерних органічних плівок. У таблиці 1-1 наведено різні тонкоплівкові матеріали та області їх застосування, які сьогодні відповідають потребам різних галузей. Серед них композиційні плівкові матеріали, сумісні з172 нмспецифікації товщини з кожним роком -за-роком збільшується частка застосування в точних електронних пристроях.
Таблиця 1-1 Різноманітні тонкоплівкові матеріали та області їх застосування
| Категорія програми | Матеріали покриття | Матеріали підкладки | Діапазон застосування |
|---|---|---|---|
| Висока твердість, зносостійкість | TiN, ZrN, HfN, TaN, NbN, CrN, CBN, Si₃N₄, TiC, ZrC, Cr₇C₃, SiC, Ti(C,N), Ti(B,N), Ti(Al,N), -C3N₄, алмаз тощо. | Швидкорізальна-сталь, штампована сталь, твердий сплав, металокераміка тощо. | Механічні інструменти, форми, механічні частини |
| Стійкість до високих температур, стійкість до окислення | Al, W, Ti, Ta, Mo, Al₂O₃, Si3N₄, Ni-Cr, BN, MCrAlY тощо. | Нержавіюча сталь, жаростійкі-сплави, мідь, алюмінієві сплави тощо. | Лопаті турбіни, вихлопні труби, сопла, аерокосмічні компоненти, термостійкі -компоненти атомної енергії |
| Стійкість до корозії | TiN, TiC, Al₂O₃, Cd, Al, Ti, Cr, Cr₇C3, Ni-Cr-Fe, Cr-Ni-P-B (аморфний) тощо. | Сталь, нержавіюча сталь,-кольорові метали тощо. | Літаки, кораблі, автомобілі, хімічні трубопроводи, захист поверхонь кріплень |
| Декоративне оздоблення | TiN, TiC, TaN, TiAC, ZrN, Cr₇C₃, Al₂O₃, Al, Ag, Ti, Au, Cu, Ni, Cr, Ni-Re, TaN, Te-N, Al-TaSi, Ni-CrAl | Сталь, латунь, алюміній, нержавіюча сталь, пластик, кераміка, скло, паперова фольга тощо. | Ювелірні вироби, годинники, лампи, окуляри, деталі обладнання, автомобільні аксесуари, електричні деталі |
| Струмопровідні плівки | Au, Mo, W, MoSi₂, WSi₂, TaSi₂, Ti-Si, Ag-Si, Al, Ni, Al₂O₃, Au-Pb тощо. | Кремнієва пластина, кераміка, пластик, скло, стрічка зі сплаву | Тонко{0}}резистори та проводи, пристрої електронної емісії, тунельні пристрої тощо (включно з прецизійними провідними плівками 172 нм) |
| Діелектричні плівки | SiO₂, Al₂O₃, AlN, Al2O₃-BaTiO₃, TiO₂, ZnO, AlN, LiNbO₂ тощо. | Кремнієва пластина, кераміка, пластик, скло | Пасивація поверхні, міжшарова ізоляція, конденсатори, електротермічні елементи тощо. |
| Мікроелектронні прилади – напівпровідникові плівки | Si, a-Si, Au-ZnS, GaAs, CdSe, CdS, PbS, InSb, Ge, Pb-Sn-Te тощо. | Кремнієва пластина, кераміка, пластик, скло | Світло-діоди, тонкоплівкові-транзистори, оптоелектронні пристрої, магнітоелектричні пристрої, датчики тощо. |
| Надпровідні плівки | Pb-Bi-Pb-Au, Nb₃Ge, V₃Si, Pb-In-Au, PbO/In₂O₃ | - | Надпровідні прилади |
| Магнітні матеріали та носії запису | -Fe₂O₃, Co-Ni, Co-Cr, MnBi, GdCo, GdFe, TbFe, Ni-Co-P, Co-Zr-Nb аморфний, Y₃Fe₅O₁₂ тощо. | Сплави, пластмаси та ін. | Магнітний запис, магнітні головки, магніторезистивні пристрої, оптичні диски та ін. |
| Відображення фільмів пристрою | ZnO, Y₂O₃, Ag, Cu, Al, SiO₂, Al₂O₃, Si3N₄ тощо. | Скло, пластик та ін. | Люмінесцентні лампи, плазмові дисплеї, рідкокристалічні дисплеї |
| Оптика та оптичний зв'язок | Si₃N₄, Al, Ag, Au, TiO₂, ZnO, SnO₂, GdFe, TbFe, InAs, InSb, PbS, алмаз тощо. | Пластик, скло, кераміка та ін. | Захисні, відбиваючі, анти{0}}блікові плівки, оптичні перемикачі, перетворення частоти, оптична пам’ять, оптичні датчики тощо. |
| Використання сонячної енергії | Au-ZnS, Ag-ZnS, CdS-Cu₂S, SnO₂ тощо. | Нержавіюча сталь, пластик, скло | Фотоелементи, прозорі провідні плівки тощо. |
| Мастило, низьке тертя | Au, Ag, Pb, Cu-Au, Pb-Sn, MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, MoS, MS₂, BN, MoS₂-графіт, Ag-MoS₂, DLC тощо. | Високотемпературні-сплави, конструкційні метали, підшипникова сталь тощо. | Над-високий вакуум, кімнатна температура, над-низька температура, підшипники реактивних двигунів, підшипники супутників, аерокосмічні високо{2}}температурні обертові частини |
| Упаковка | Cr, Al, SiO₂, Al₂O₃, TiN тощо. | Папір, пластик, метал тощо. | Металізація пакувальних матеріалів, високий бар'єрний захист |
Як показано в таблиці 1-1, тонкоплівкові матеріали різноманітні за складом, пропонують повний спектр спеціальних функцій і мають широкі сфери застосування, відіграючи важливу роль у всіх секторах національної економіки. Функціональні плівки товщиною172 нм, завдяки поєднанню точності та стабільності, стали важливим вибором у сфері точного виробництва.
Товщина плівки від нанометра до мікрометраОскільки високо{0}}продукти стають все більш інтелектуальними та інтегрованими, щільність інтеграції сучасних мікроелектронних пристроїв продовжує зростати. Тепер потрібно інтегрувати 1 000 000 транзисторів на 1 мм² на мікроелектронному чіпі. Розмір компонентів транзистора надзвичайно малий, що вимагає, щоб кожен функціональний шар був усе тоншим і тоншим - лише на рівні від нанометра до мікрометра. Ширина лінії провідника мікросхеми досягла 5–7 нм, і деякі високоточні-пристрої досягли точної підготовки функціональних плівок на172 нмна рівні 3 нм. Цього можна досягти лише за допомогою технології тонкоплівкових інтегральних схем. Наразі технологія іонного покриття є оптимальним вибором для виготовлення тонкоплівкових інтегральних схем.
Чудова мікроструктура плівки та кристалічна структураЩоб виготовляти тонкоплівкові продукти з відмінними характеристиками, плівка повинна мати чудову мікроструктуру та кристалічну структуру. Залежно від застосування плівки можуть мати моно-кристалічні, полікристалічні або аморфні структури, а також щільні, стовпчасті або багатошарові нано-мікроструктури. Серед них172 нмтовсті багатошарові наноплівки демонструють чудову структурну стабільність і постійність продуктивності в оптоелектронних пристроях.
Плівка високої щільності та без{0}}дефектівОскільки високо{0}}продукти просуваються до легших, менших, тонших, тонших, більш інтегрованих і розумніших конструкцій, плівки мають бути надзвичайно щільними та без дефектів.
Висока адгезія-плівки до основиМіж плівкою та підкладкою немає металургійного зв’язку - лише «приклеєний шар» -, отже, чим менший і тонший пристрій, тим вище необхідне зчеплення між плівкою та підкладкою. Висока адгезія також потрібна для твердих покриттів на інструментах і матрицях.
1.3 Види технологій нанесення покриттів
1.3.1 Ранні технології підготовки тонких плівок
Технологія отримання твердих тонких плівок має довгу історію, спочатку покладаючись переважно на теплову енергію, а згодом розвинувшись до технологій із-підсиленням плазми.
Технологія нанесення покриття вакуумним випаровуваннямЦя технологія використовує джерело тепла для випаровування твердого матеріалу, що дозволяє атомам пари транспортуватися у високому вакуумі та осідати на поверхні підкладки, утворюючи плівку. Він відноситься до категорії фізичного осадження з парової фази (PVD) і може досягати попередньої підготовки172 нм-фільми рівня.
Технологія хімічного осадження з парової фази (CVD).Ця технологія використовує теплову енергію для термічного розкладання введених неорганічних газів на активні атоми, які потім вступають у хімічну реакцію на нагрітій поверхні підкладки з утворенням плівки.
Технологія полімерної органічної полімеризаціїОрганічні мономерні гази полімеризуються в -молекулярні-полімери під високою температурою, високим тиском і дією ініціатора.
1.3.2 Технологія іонного покриття
З 1963 року, коли американський вчений Д. М. Маттокс запровадив газовий розряд у покриття, що наноситься випаровуванням, з’явились численні технології іонного покриття, які використовують різні методи газорозряду для отримання високо-ефективних плівкових частинок. Технологія еволюціонувала від плазмового -підсиленого покриття з використанням твердих джерел до використання газоподібних джерел, причому газові джерела розширювалися від інертних газів і неорганічних сполук газів до органічних газів. З’явилося багато нових методів і процесів нанесення покриттів, які вміло використовують електричні поля, магнітні поля та дуговий розряд для збудження та посилення плазми, надаючи дослідникам тонких плівок різноманітні засоби для виготовлення тонких плівок із -спеціальними функціями, необхідних у різних галузях. Серед них препарат високої-точності172 нмПлівки рівня - стали важливим напрямком застосування цієї технології.
Концепція іонного покриття розширилася від іонного покриття-типу випаровування до ширшої сфери. Будь-яка технологія покриття, яка використовує енергію плазми під час газового розряду, тепер називаєтьсятехнологія іонного покриття. Сучасна технологія іонного нанесення включає напилення-типу іонного напилення, магнетронного розпилення іонного напилення, дугового розряду іонного нанесення в рамках PVD, а також плазмове-підсилене хімічне осадження з парової фази та плазмова-посилена полімеризація, і їх можна класифікувати на три основні категорії:
Плазмове-покращене фізичне осадження з парової фази (PEPVD)
Плазмове-посилене хімічне осадження з парової фази (PECVD)
Плазмо{0}}покращена полімеризація (PEP)
Таблиця 1-2 Різні сучасні технології іонного покриття та їх характеристики
| Технологія нанесення покриттів | Тип технології | Джерело плівкових частинок | Тип розряду | Технологія розряду | Механізм реакції |
|---|---|---|---|---|---|
| Іонне покриття-типу випаровування | ПЕПВД | Термічне випаровування | Тліючий/дуговий розряд | Світіння постійного струму, світіння радіочастот, дуга з гарячою ниткою, дуга з холодним катодом | Іони металів + високо-енергетичні атоми → синтез нових структурних плівок (можна отримувати плівки 172 нм) |
| Іонне покриття магнетронним розпиленням | ПЕПВД | Катодне напилення | Тліючий розряд | DC світіння, радіочастотне світіння, мікрохвильове світіння | Іони металів + високо{1}}енергетичні атоми → синтез нових структурних плівок |
| Плазмо{0}}посилене хімічне осадження з парової фази | PECVD | Неорганічний газ | Тліючий/дуговий розряд | Світіння постійного струму, радіочастотне світіння, мікрохвильове світіння, гаряча дуга розжарювання | Іони неорганічного газу + високо-енергетичні активні радикали → синтез нових структурних плівок |
| Плазмо{0}}посилена полімеризація | PEP | Органічний мономерний газ | Тліючий/дуговий/коронний розряд | Світіння постійного струму, радіочастотне світіння, мікрохвильове світіння, коронний розряд | Органічні мономери + активні групи → плазмова полімеризація в полімерні плівки |
Ключові моменти, узагальнені в таблиці 1-2:
Всі сучасні технології іонного покриття виконуються в різних газових розрядах.
Частинки плівки PEPVD утворюються в результаті випаровування або розпилення твердих матеріалів; Частинки PECVD походять з неорганічних газів; Частинки PEP надходять безпосередньо з введених органічних газів.
Режими розряду включають тліючий розряд і дуговий розряд, а технології PEPVD, PECVD і PEP мають тенденцію до дугового розряду.
Плазмо{0}}покращена полімеризація – це технологія, яка з’явилася останніми роками.
Плазма є четвертим станом речовини, що володіє енергією на кілька порядків більше, ніж тверді тіла, рідини і гази. Плазмова-покращена технологія полімеризації, яка використовує енергію плазми для отримання-молекулярних-полімерів, широко застосовувалась у виробництві сучасних високоякісних-органічних тонкоплівкових продуктів.
Завдяки розробці різноманітних нових технологій і процесів покриття-з-підсиленою плазмою, останніми роками було розроблено покоління високоякісних-функціональних тонкоплівкових матеріалів -, терміново потрібних у таких сферах, як напівпровідникові інтегральні схеми, пристрої відображення інформації, оптичні плівки, провідні плівки, ізоляційні плівки, медичні матеріали та бар’єрні плівки -, що створює величезну економічну ефективність значення. Зокрема, масштабована технологія підготовки до172 нмФункціональні плівки рівня -суттєво спричинили швидкий розвиток індустрії точної електроніки.
