172nm и областите на приложение на технологията за йонно покритие
1.1 Области на приложение на технологията за йонно покритие
Технологията за йонно покритие е тясно свързана с развитието на човешкото общество и ежедневието. Тънкослойните продукти, получени чрез плазмено-усилена технология, се използват широко в устройства за показване на информация като телевизори, компютри и мобилни телефони, както и в полупроводникови устройства, оптоелектронни устройства, оптични устройства, използване на енергия, повърхностно втвърдяване на материали, устойчивост на износване, устойчивост на корозия, устойчивост на окисление и много други области. С модернизирането на националната отбрана, развитието на високо-технологичното производство и подобряването на стандарта на живот на хората, към тънкослойните продукти се поставят по-високи изисквания за производителност. Особено в бъдещата ера на облачни изчисления, интелигентна икономика и интернет, много устройства се развиват към миниатюризация, интеграция и интелигентност, което ще наложи още по-високи изисквания към технологията за подготовка на тънък филм. Сред тях, технологията за подготовка за филми с висока-прецизност в172 nmниво се превърна в едно от основните изисквания за някои-устройства от висок клас.
1.2 Новите изисквания на съвременната наука и технологии за тънкослойни продукти
Специални функцииВисоко{0}}продуктите изискват частите да имат различни специални повърхностни функции, като фототермично преобразуване, фотоелектрично преобразуване, термоелектрично преобразуване, фотомагнитно съхранение, отразяване на светлината, предаване на светлина, филтриране на светлината, електрическа проводимост, изолация, висока твърдост, висока устойчивост на износване, ниско триене и т.н. Някои също трябва да притежават брилянтни и цветни декоративни характеристики.
Разнообразяване на съставаЗа да отговори на новите изисквания за ефективност на високо-технологичните продукти в различни области, съставът на тънките филми еволюира от филми от чист метал до различни филми от неорганични съединения и полимерни органични филми. Таблица 1-1 изброява различни тънкослойни материали и техните области на приложение, които отговарят на нуждите на различни области днес. Сред тях композитни филмови материали, съвместими с172 nmспецификацията на дебелината отбелязват година-по-година нарастване на пропорцията на приложения в прецизни електронни устройства.
Таблица 1-1 Различни тънкослойни материали и техните области на приложение
| Категория на приложението | Материали за покритие | Субстратни материали | Обхват на приложение |
|---|---|---|---|
| Висока твърдост, устойчивост на износване | TiN, ZrN, HfN, TaN, NbN, CrN, CBN, Si3N₄, TiC, ZrC, Cr₇C3, SiC, Ti(C,N), Ti(B,N), Ti(Al,N), -C3N₄, диамант и др. | Б-бързорежеща стомана, щанцова стомана, циментиран карбид, металокерамика и др. | Обработващи инструменти, форми, механични части |
| Устойчивост на висока температура, устойчивост на окисляване | Al, W, Ti, Ta, Mo, Al₂O₃, Si3N₄, Ni-Cr, BN, MCrAlY и др. | Неръждаема стомана, термоустойчиви{0}}сплави, мед, алуминиеви сплави и др. | Турбинни перки, изпускателни тръби, дюзи, аерокосмически компоненти, топлоустойчиви-компоненти за атомна енергия |
| Устойчивост на корозия | TiN, TiC, Al₂O₃, Cd, Al, Ti, Cr, Cr₇C3, Ni-Cr-Fe, Cr-Ni-P-B (аморфен) и др. | Стомана, неръждаема стомана, цветни метали и др. | Самолети, кораби, автомобили, химически тръбопроводи, повърхностна защита на крепежни елементи |
| Декоративно разкрасяване | TiN, TiC, TaN, TiAC, ZrN, Cr₇C3, Al₂O₃, Al, Ag, Ti, Au, Cu, Ni, Cr, Ni-Re, TaN, Te-N, Al-TaSi, Ni-CrAl | Стомана, месинг, алуминий, неръждаема стомана, пластмаса, керамика, стъкло, хартиено фолио и др. | Бижута, часовници, лампи, очила, хардуерни части, автомобилни аксесоари, електрически части |
| Проводими филми | Au, Mo, W, MoSi₂, WSi₂, TaSi₂, Ti-Si, Ag-Si, Al, Ni, Al2O3, Au-Pb и др. | Силиконова пластина, керамика, пластмаса, стъкло, лента от сплав | Тънко{0}}резистори и проводници, устройства за излъчване на електрони, тунелни устройства и др. (включително 172 nm прецизни проводими филми) |
| Диелектрични филми | SiO₂, Al2O₃, AlN, Al2O3-BaTiO₃, TiO₂, ZnO, AlN, LiNbO₂ и др. | Силиконова пластина, керамика, пластмаса, стъкло | Повърхностна пасивация, междинна изолация, кондензатори, електротермични елементи и др. |
| Микроелектронни устройства – полупроводникови филми | Si, a-Si, Au-ZnS, GaAs, CdSe, CdS, PbS, InSb, Ge, Pb-Sn-Te и др. | Силиконова пластина, керамика, пластмаса, стъкло | Светоизлъчващи-диоди, тънкослойни-транзистори, оптоелектронни устройства, магнитоелектрични устройства, сензори и др. |
| Свръхпроводящи филми | Pb-Bi-Pb-Au, Nb3Ge, V3Si, Pb-In-Au, PbO/In₂O₃ | - | Свръхпроводящи устройства |
| Магнитни материали и носители за запис | -Fe₂O₃, Co-Ni, Co-Cr, MnBi, GdCo, GdFe, TbFe, Ni-Co-P, Co-Zr-Nb аморфен, Y₃Fe₅O₁₂ и др. | Сплави, пластмаси и др. | Магнитен запис, магнитни глави, магнитосъпротивителни устройства, оптични дискове и др. |
| Филми за показване на устройството | ZnO, Y₂O₃, Ag, Cu, Al, SiO₂, Al2O₃, Si3N₄ и др. | Стъкло, пластмаса и др. | Флуоресцентни тръби, плазмени дисплеи, течнокристални дисплеи |
| Оптика и оптична комуникация | Si₃N₄, Al, Ag, Au, TiO₂, ZnO, SnO₂, GdFe, TbFe, InAs, InSb, PbS, диамант и др. | Пластмаса, стъкло, керамика и др. | Защитни, отразяващи, анти{0}}рефлексни филми, оптични превключватели, честотно преобразуване, оптична памет, оптични сензори и др. |
| Използване на слънчевата енергия | Au-ZnS, Ag-ZnS, CdS-Cu₂S, SnO₂ и др. | Неръждаема стомана, пластмаса, стъкло | Фотоволтаични клетки, прозрачни проводими филми и др. |
| Смазване, ниско триене | Au, Ag, Pb, Cu-Au, Pb-Sn, MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, MoS, MS₂, BN, MoS₂-графит, Ag-MoS₂, DLC и др. | Високо{0}}температурни сплави, структурни метали, лагерна стомана и др. | Ултра{0}}висок вакуум, стайна температура, ултра-ниска температура, лагери на реактивни двигатели, сателитни лагери, аерокосмически високо{2}}температурни въртящи се части |
| Опаковка | Cr, Al, SiO₂, Al2O₃, TiN и др. | Хартия, пластмаса, метал и др. | Метализиране на опаковъчните материали, висока бариерна защита |
Както е показано в таблица 1-1, тънкослойните материали са разнообразни по състав, предлагат пълен набор от специални функции и имат широки области на приложение, като играят важна роля във всички сектори на националната икономика. Функционални фолиа с дебелина от172 nm, благодарение на тяхната комбинация от прецизност и стабилност, се превърнаха във важен избор в областта на прецизното производство.
Дебелина на филма в нанометрова до микрометрова скалаТъй като високо{0}}технологичните продукти стават все по-интелигентни и интегрирани, плътността на интеграция на съвременните микроелектронни устройства продължава да нараства. Сега се изисква да се интегрират 1 000 000 транзистора на 1 mm² върху микроелектронен чип. Размерът на транзисторните компоненти е изключително малък, което изисква всеки функционален слой да бъде все по-тънък - само на ниво нанометър до микрометър. Ширините на проводниците на чипа са достигнали 5–7 nm, а някои високо{11}}прецизни устройства са постигнали прецизна подготовка на функционални филми при172 nmниво, като развитието сега се насочва към 3 nm. Това може да се постигне само с помощта на технология за интегрални схеми с тънък-слой. Понастоящем технологията за йонно покритие е оптималният избор за подготовка на интегрални схеми с тънък-слой.
Отлична микроструктура на филма и кристална структураЗа да се произвеждат тънкослойни продукти с отлична производителност, филмът трябва да притежава превъзходна микроструктура и кристална структура. В зависимост от приложението може да се изисква филмите да имат моно-кристални, поликристални или аморфни структури, както и плътни, колоновидни или многослойни нано-мащабни микроструктури. Сред тях,172 nmдебелите многослойни нанофилми показват отлична структурна стабилност и последователност на производителността в оптоелектронните устройства.
Фолио с висока плътност и{0}}без дефектиТъй като високо{0}}технологичните продукти се движат към по-леки, по-малки, по-тънки, по-фини, по-интегрирани и по-интелигентни дизайни, филмите трябва да са изключително плътни и без дефекти.
Висока адхезия на филм-основатаНяма металургично свързване между филма и субстрата - само „залепен слой“ - следователно, колкото по-малко и по-тънко е устройството, толкова по-висока е необходимата адхезия между филма и субстрата. Висока адхезия се изисква и за твърди покрития върху инструменти и матрици.
1.3 Видове технологии за нанасяне на покрития
1.3.1 Ранни технологии за подготовка на тънък филм
Технологията за получаване на плътни тънки филми има дълга история, като първоначално разчиташе главно на топлинна енергия, а по-късно се разви до плазмено{0}}технологии.
Технология на покритие с вакуумно изпаряванеТази технология използва източник на топлина за изпаряване на твърд материал, което позволява на атомите на парата да се транспортират във висок вакуум и да се отлагат върху повърхността на субстрата, за да образуват филм. Той принадлежи към категорията на физическото отлагане на пари (PVD) и може да постигне предварителна подготовка на172 nm-филми на ниво.
Технология за химическо отлагане на газове (CVD).Тази технология използва топлинна енергия за термично разлагане на въведените неорганични газове в активни атоми, които след това реагират химически върху нагрята повърхност на субстрата, за да отложат филм.
Технология на полимерна органична полимеризацияОрганичните мономерни газове се полимеризират в полимери с високо -молекулно- тегло при висока температура, високо налягане и действието на инициатор.
1.3.2 Технология за йонно покритие
От 1963 г., когато американският учен DM Mattox въведе газоразрядното покритие в изпаряващото покритие, се появиха многобройни технологии за йонно покритие, които използват различни газоразрядни методи за получаване на филмови частици с висока-производителност. Технологията е еволюирала от плазмено-покритие с използване на твърди източници до използване на газови източници, като газовите източници се разширяват от инертни газове и газове от неорганични съединения до органични газове. Появиха се много нови техники и процеси за нанасяне на покрития, които умело използват електрически полета, магнитни полета и дъгови разряди за възбуждане и подобряване на плазмата, предоставяйки на изследователите на тънък слой разнообразни средства за подготовка на тънки филми със специална -функция, необходими в различни области. Сред тях подготовката с висока-прецизност172 nm-филмите на ниво се превърнаха във важно направление за приложение на тази технология.
Концепцията за йонно покритие се разшири от йонно покритие тип -изпаряване до по-широка област. Всяка технология за покритие, която използва плазмена енергия по време на газоразряд, сега се наричатехнология за йонно покритие. Съвременната технология за йонно покритие включва йонно покритие тип -изпаряване, йонно покритие с магнетронно разпрашване, йонно покритие с дъгов разряд в рамките на PVD, както и плазмено-усилено химическо отлагане на пари и плазмено-усилена полимеризация и могат да бъдат класифицирани в три основни категории:
Плазмено{0}}усилено физическо отлагане на пари (PEPVD)
Плазмено{0}}усилено химическо отлагане на пари (PECVD)
Плазмено{0}}усилена полимеризация (PEP)
Таблица 1-2 Различни съвременни технологии за йонно покритие и техните характеристики
| Технология на покритието | Тип технология | Източник на филмови частици | Тип изпускане | Разрядна технология | Механизъм на реакцията |
|---|---|---|---|---|---|
| Йонно покритие тип -изпаряване | PEPVD | Термично изпарение | Тлеещ/дъгов разряд | DC сияние, RF сияние, дъга с гореща жичка, дъга със студен катод | Метални йони + високо{1}}енергийни атоми → синтез на нови структурни филми (може да подготви 172 nm филми) |
| Магнетронно разпрашващо йонно покритие | PEPVD | Катодно разпрашване | Светещ разряд | DC сияние, RF сияние, микровълново сияние | Метални йони + високо{1}}енергийни атоми → синтез на нови структурни филми |
| Плазмено{0}}усилено химическо отлагане на пари | PECVD | Неорганичен газ | Тлеещ/дъгов разряд | DC сияние, RF сияние, микровълново сияние, дъга с гореща нишка | Неорганични газови йони + високо-енергийни активни радикали → синтез на нови структурни филми |
| Плазмено{0}}усилена полимеризация | PEP | Органичен мономерен газ | Светещ/дъгов/коронен разряд | DC сияние, RF сияние, микровълново сияние, коронен разряд | Органични мономери + активни групи → плазмена полимеризация в полимерни филми |
Ключови точки, обобщени от таблица 1-2:
Всички съвременни технологии за йонно покритие се извършват в различни газови разряди.
Частиците от PEPVD филм идват от изпаряване или разпръскване на твърди материали; PECVD частиците идват от неорганични газове; PEP частиците идват директно от въведени органични газове.
Режимите на разреждане включват тлеещ разряд и дъгов разряд, с PEPVD, PECVD и PEP технологиите, които се насочват към дъгов разряд.
Плазмено{0}}подобрената полимеризация е технология, която се появи през последните години.
Плазмата е четвъртото състояние на материята, притежаващо енергия с няколко порядъка по-висока от твърдите вещества, течностите и газовете. Плазмено{1}}усилената полимеризационна технология, която използва плазмена енергия за производство на полимери с високо-молекулно-тегло, е широко прилагана в приготвянето на съвременни органични тънкослойни-продукти от висок клас.
Благодарение на разработването на различни нови технологии и процеси за покритие с-енергия-, през последните години бяха разработени поколения превъзходни тънкослойни материали със специална-функция -, които са спешно необходими в области като полупроводникови интегрални схеми, устройства за показване на информация, оптични филми, проводими филми, изолационни филми, медицински материали и бариерни филми -, създавайки огромни икономически стойност. По-специално, мащабируемата технология за подготовка за172 nm-функционалните филми на ниво са силно тласнали бързото развитие на индустрията за прецизна електроника.
