172nm a Meysydd Cymhwyso Technoleg Platio Ion
1.1 Meysydd Cymhwyso Technoleg Platio Ion
Mae technoleg platio ïon yn gysylltiedig yn agos â datblygiad cymdeithas ddynol a bywyd bob dydd. Defnyddir cynhyrchion ffilm tenau a baratowyd gan dechnoleg well plasma yn eang mewn dyfeisiau arddangos gwybodaeth megis setiau teledu, cyfrifiaduron, a ffonau symudol, yn ogystal ag mewn dyfeisiau lled-ddargludyddion, dyfeisiau optoelectroneg, dyfeisiau optegol, defnyddio ynni, caledu wyneb deunyddiau, gwrthsefyll traul, ymwrthedd cyrydiad, ymwrthedd ocsideiddio, a llawer o feysydd eraill. Gyda moderneiddio amddiffyniad cenedlaethol, datblygiad gweithgynhyrchu technoleg uchel, a gwella safonau byw pobl, mae gofynion perfformiad uwch yn cael eu gosod ar gynhyrchion ffilm tenau. Yn enwedig yn oes dyfodol cyfrifiadura cwmwl, economi ddeallus, a'r Rhyngrwyd, mae llawer o ddyfeisiau'n datblygu tuag at finiatureiddio, integreiddio a deallusrwydd, a fydd yn gosod gofynion uwch fyth ar dechnoleg paratoi ffilmiau tenau. Ymhlith y rhain, mae'r dechnoleg paratoi ar gyfer ffilmiau manylder uchel yn y172 nmlefel wedi dod yn un o'r gofynion craidd ar gyfer dyfeisiau pen uchel penodol.
1.2 Gofynion Newydd Gwyddoniaeth a Thechnoleg Fodern ar gyfer Cynhyrchion Ffilm Tenau
Swyddogaethau ArbennigMae cynhyrchion terfynol uchel yn gofyn am wahanol swyddogaethau arwyneb arbennig, megis trosi ffotothermol, trosi ffotodrydanol, trawsnewid thermodrydanol, storio ffotomagnetig, adlewyrchiad golau, trawsyrru golau, hidlo golau, dargludedd trydanol, inswleiddio, caledwch uchel, ymwrthedd gwisgo uchel, ffrithiant isel, ac ati. Mae angen i rai feddu ar nodweddion addurniadol gwych a lliwgar hefyd.
Arallgyfeirio CyfansoddiadEr mwyn bodloni gofynion perfformiad newydd cynhyrchion technoleg uchel mewn gwahanol feysydd, mae cyfansoddiad ffilmiau tenau wedi esblygu o ffilmiau metel pur i amrywiaeth o ffilmiau cyfansawdd anorganig a ffilmiau organig polymer. Mae Tabl 1-1 yn rhestru amrywiol ddeunyddiau ffilm tenau a'u hystod cymhwyso sy'n diwallu anghenion gwahanol feysydd heddiw. Yn eu plith, deunyddiau ffilm cyfansawdd sy'n gydnaws â'r172 nmmanyleb trwch yn gweld cynnydd o flwyddyn{0}o-flwyddyn yng nghyfran y cymhwysiad mewn dyfeisiau electronig manwl gywir.
Tabl 1-1 Deunyddiau Ffilm Tenau Amrywiol a'u Hystod Defnydd
| Categori Cais | Deunyddiau Cotio | Deunyddiau swbstrad | Ystod Cais |
|---|---|---|---|
| Caledwch uchel, gwrthsefyll gwisgo | TiN, ZrN, HfN, TaN, NbN, CrN, CBN, Si₃N₄, TiC, ZrC, Cr₇C₃, SiC, Ti(C,N), Ti(B,N), Ti(Al,N), -C₃N₄, diemwnt, ac ati. | -dur cyflymder uchel, dur marw, carbid sment, cermet, ac ati. | Offer peiriannu, mowldiau, rhannau mecanyddol |
| Gwrthiant tymheredd uchel, ymwrthedd ocsideiddio | Al, W, Ti, Ta, Mo, Al₂O₃, Si₃N₄, Ni-Cr, BN, MCrAlY, ac ati. | Dur di-staen, aloion sy'n gwrthsefyll gwres, copr, aloion alwminiwm, ac ati. | Llafnau tyrbin, pibellau gwacáu, nozzles, cydrannau awyrofod, cydrannau sy'n gwrthsefyll gwres ynni atomig |
| Gwrthsefyll cyrydiad | TiN, TiC, Al₂O₃, Cd, Al, Ti, Cr, Cr₇C₃, Ni-Cr-Fe, Cr-Ni-P{4}}B (amorffaidd), ac ati. | Dur, dur di-staen, metelau anfferrus, ac ati. | Awyrennau, llongau, automobiles, piblinellau cemegol, amddiffyn wyneb caewyr |
| Harddwch addurniadol | TiN, TiC, TaN, TiAC, ZrN, Cr₇C₃, Al₂O₃, Al, Ag, Ti, Au, Cu, Ni, Cr, Ni-Re, TaN, Te-N, Al-TaSi, Ni-CrAl | Dur, pres, alwminiwm, dur di-staen, plastig, cerameg, gwydr, ffoil papur, ac ati. | Emwaith, oriorau, lampau, sbectol, rhannau caledwedd, ategolion modurol, rhannau trydanol |
| Ffilmiau dargludol | Au, Mo, W, MoSi₂, WSi₂, TaSi₂, Ti-Si, Ag-Si, Al, Ni, Al₂O₃, Au-Pb, ac ati. | Wafer silicon, cerameg, plastig, gwydr, stribed aloi | Gwrthyddion a gwifrau ffilm tenau, dyfeisiau allyrru electronau, dyfeisiau twnnel, ac ati (gan gynnwys ffilmiau dargludol manwl 172 nm) |
| Ffilmiau dielectric | SiO₂, Al₂O₃, AlN, Al₂O₃-BaTiO₃, TiO₂, ZnO, AlN, LiNbO₂, ac ati. | Wafer silicon, cerameg, plastig, gwydr | Goddefiad arwyneb, inswleiddio rhyng-haenau, cynwysorau, elfennau electrothermol, ac ati. |
| Dyfeisiau microelectronig - ffilmiau lled-ddargludyddion | Si, a-Si, Au-ZnS, GaAs, CdSe, CdS, PbS, InSb, Ge, Pb-Sn-Te, ac ati. | Wafer silicon, cerameg, plastig, gwydr | Deuodau-allyrru golau,-transistorau ffilm tenau, dyfeisiau optoelectroneg, dyfeisiau magnetoelectrig, synwyryddion, ac ati. |
| Ffilmiau uwch-ddargludo | Pb-Bi-Pb-Au, Nb₃Ge, V₃Si, Pb-Yn-Au, PbO/In₂O₃ | - | Dyfeisiau uwch-ddargludo |
| Deunyddiau magnetig a chyfryngau recordio | -Fe₂O₃, Co-Ni, Co-Cr, MnBi, GdCo, GdFe, TbFe, Ni-Co{4}P, Co-Zr-Nb amorffaidd, Y₃Fe₅O₁, ac ati. | aloion, plastigau, ac ati. | Recordiad magnetig, pennau magnetig, dyfeisiau magnetoresistive, disgiau optegol, ac ati. |
| Arddangos ffilmiau dyfais | ZnO, Y₂O₃, Ag, Cu, Al, SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, ac ati. | Gwydr, plastig, ac ati. | Tiwbiau fflwroleuol, arddangosfeydd plasma, arddangosfeydd crisial hylifol |
| Opteg a chyfathrebu optegol | Si₃N₄, Al, Ag, Au, TiO₂, ZnO, SnO₂, GdFe, TbFe, InAs, InSb, PbS, diemwnt, ac ati. | Plastig, gwydr, cerameg, ac ati. | Ffilmiau amddiffynnol, adlewyrchol, gwrth-adlewyrchol, switshis optegol, trosi amledd, cof optegol, synwyryddion optegol, ac ati. |
| Defnydd o ynni solar | Au-ZnS, Ag-ZnS, CdS-Cu₂S, SnO₂, ac ati. | Dur di-staen, plastig, gwydr | Celloedd ffotofoltäig, ffilmiau dargludol tryloyw, ac ati. |
| Iro, ffrithiant isel | Au, Ag, Pb, Cu-Au, Pb-Sn, MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, MoS, MS₂, BN, MoS₂-graffit, Ag-MoS₂, DLC, ac ati. | Aloeon tymheredd uchel, metelau adeileddol, dur dwyn, ac ati. | Ultra{0}}wactod uchel, tymheredd ystafell, tymheredd isel iawn, cyfeiriannau injan jet, cyfeiriannau lloeren, rhannau cylchdroi tymheredd uchel awyrofod. |
| Pecynnu | Cr, Al, SiO₂, Al₂O₃, TiN, ac ati. | Papur, plastig, metel, ac ati. | Meteleiddio deunyddiau pecynnu, amddiffyniad rhwystr uchel |
Fel y dangosir yn Nhabl 1-1, mae deunyddiau ffilm tenau yn amrywiol o ran cyfansoddiad, yn cynnig ystod lawn o swyddogaethau arbennig, ac mae ganddynt feysydd cais eang, gan chwarae rhan bwysig ym mhob sector o'r economi genedlaethol. Ffilmiau swyddogaethol gyda thrwch o172 nm, diolch i'w cyfuniad o drachywiredd a sefydlogrwydd, wedi dod yn ddewis pwysig ym maes gweithgynhyrchu manwl gywir.
Trwch ffilm ar raddfa nanomedr i ficromedrWrth i{0}}gynhyrchion technoleg uchel ddod yn fwyfwy deallus ac integredig, mae dwysedd integreiddio dyfeisiau microelectroneg modern yn parhau i godi. Bellach mae'n ofynnol integreiddio 1,000,000 o transistorau fesul 1 mm² ar sglodyn microelectroneg. Mae maint cydrannau transistor yn fach iawn, sy'n ei gwneud yn ofynnol i bob haen swyddogaethol fod yn deneuach ac yn deneuach - yn unig ar lefel nanomedr i ficromedr. Mae lled llinellau dargludydd sglodion wedi cyrraedd 5–7 nm, ac mae rhai dyfeisiau manylder uchel wedi cyflawni paratoad manwl gywir o ffilmiau swyddogaethol yn y172 nmlefel, gyda datblygiad bellach yn mynd tuag at 3 nm. Dim ond trwy ddefnyddio technoleg cylched integredig ffilm denau y gellir cyflawni hyn. Ar hyn o bryd, technoleg platio ïon yw'r dewis gorau ar gyfer paratoi cylchedau integredig ffilm tenau.
Microstrwythur ffilm ardderchog a strwythur grisialEr mwyn cynhyrchu cynhyrchion ffilm tenau gyda pherfformiad rhagorol, rhaid i'r ffilm feddu ar ficrostrwythur uwch a strwythur grisial. Yn dibynnu ar y cymhwysiad, mae'n bosibl y bydd angen i ffilmiau gael strwythurau crisial sengl, amlgrisialog, neu amorffaidd, yn ogystal â microstrwythurau nano-raddfa trwchus, colofnog neu amlhaenog. Ymhlith y rhain,172 nmmae nanofilms amlhaenog trwchus yn arddangos sefydlogrwydd strwythurol rhagorol a chysondeb perfformiad mewn dyfeisiau optoelectroneg.
Dwysedd uchel a-ffilm rhydd o ddiffygionWrth i{0}}gynhyrchion technoleg uchel symud tuag at ddyluniadau ysgafnach, llai, teneuach, manylach, mwy integredig a mwy deallus, rhaid i'r ffilmiau fod yn hynod ddwys a heb unrhyw ddiffygion.
Adlyniad swbstrad ffilm uchelNid oes bondio metelegol rhwng y ffilm a'r swbstrad - dim ond "haen glynu" - felly, po leiaf a deneuach yw'r ddyfais, po uchaf yw'r adlyniad gofynnol rhwng y ffilm a'r swbstrad. Mae angen adlyniad uchel hefyd ar gyfer haenau caled ar offer ac yn marw.
1.3 Mathau o Dechnolegau Cotio
1.3.1 Technolegau Paratoi Ffilm Tenau Cynnar
Mae gan y dechnoleg ar gyfer cael ffilmiau tenau solet hanes hir, gan ddibynnu'n bennaf ar ynni thermol i ddechrau, ac yn ddiweddarach yn datblygu i dechnolegau plasma uwch.
Technoleg Cotio Anweddiad GwactodMae'r dechnoleg hon yn defnyddio ffynhonnell wres i anweddu deunydd solet, gan ganiatáu i'r atomau anwedd gludo mewn gwactod uchel a'i adneuo ar wyneb y swbstrad i ffurfio ffilm. Mae'n perthyn i'r categori dyddodiad anwedd corfforol (PVD) a gall gyflawni paratoad rhagarweiniol o172 nm-ffilmiau lefel.
Technoleg Dyddodiad Anwedd Cemegol (CVD).Mae'r dechnoleg hon yn defnyddio ynni thermol i ddadelfennu'n thermol nwyon anorganig a gyflwynwyd yn atomau gweithredol, sydd wedyn yn adweithio'n gemegol ar wyneb swbstrad wedi'i gynhesu i ddyddodi ffilm.
Technoleg Polymereiddio Organig PolymerMae nwyon monomer organig yn polymeru i mewn i bolymerau pwysau moleciwlaidd uchel o dan dymheredd uchel, gwasgedd uchel, a gweithrediad cychwynnydd.
1.3.2 Technoleg Platio Ion
Ers 1963, pan gyflwynodd y gwyddonydd Americanaidd DM Mattox ollyngiad nwy i mewn i orchudd anweddiad, mae nifer o dechnolegau platio ïon sy'n defnyddio amrywiol ddulliau gollwng nwy i gael gronynnau ffilm perfformiad uchel wedi dod i'r amlwg. Mae'r dechnoleg wedi esblygu o -gorchudd uwch plasma gan ddefnyddio ffynonellau solet i ddefnyddio ffynonellau nwyol, gyda ffynonellau nwyol yn ehangu o nwyon anadweithiol a nwyon cyfansawdd anorganig i nwyon organig. Mae llawer o dechnegau a phrosesau cotio newydd sy'n defnyddio meysydd trydan, meysydd magnetig, a gollyngiadau arc yn glyfar i gyffroi a gwella plasma wedi ymddangos, gan roi dulliau amrywiol i ymchwilwyr ffilm denau baratoi -ffilmiau tenau swyddogaeth arbennig sy'n ofynnol mewn gwahanol feysydd. Ymhlith y rhain, paratoi-manylder uchel172 nmMae -ffilmiau lefel wedi dod yn gyfeiriad cymhwyso pwysig i'r dechnoleg hon.
Mae'r cysyniad o blatio ïon wedi ehangu o blatio ïon math anweddu i faes ehangach. Gelwir unrhyw dechnoleg cotio sy'n defnyddio ynni plasma yn ystod rhyddhau nwy bellachtechnoleg platio ïon. Mae technoleg platio ïon modern yn cynnwys platio ïon math anweddu, platio ïon sputtering magnetron, platio ïon rhyddhau arc o fewn PVD, yn ogystal â phlasma-gwell dyddodiad anwedd cemegol a phlasma{{{}}bolymereiddio gwell, a gellir eu dosbarthu i dri phrif gategori:
Plasma-Gwella Dyddodiad Anwedd Corfforol (PEPVD)
Plasma-Gwella Dyddodiad Anwedd Cemegol (PECVD)
Plasma-Polymereiddio Gwell (PEP)
Tabl 1-2 Amrywiol Dechnolegau Platio Ion Modern a'u Nodweddion
| Technoleg Cotio | Math o Dechnoleg | Ffynhonnell Gronynnau Ffilm | Math Rhyddhau | Technoleg Rhyddhau | Mecanwaith Adwaith |
|---|---|---|---|---|---|
| Anweddiad-blatio math ïon | PEPVD | Anweddiad thermol | Gollyngiad glow/arc | DC glow, glow RF, arc ffilament poeth, arc cathod oer | ïonau metel + atomau ynni uchel → synthesis o ffilmiau strwythur newydd (gall baratoi ffilmiau 172 nm) |
| Platio ïon sputtering Magnetron | PEPVD | Cathod sputtering | Rhyddhau glow | DC glow, glow RF, glow microdon | Ionau metel + atomau ynni uchel → synthesis o ffilmiau strwythur newydd |
| Plasma-gwell dyddodiad anwedd cemegol | PECVD | Nwy anorganig | Gollyngiad glow/arc | DC glow, glow RF, glow microdon, arc ffilament poeth | Ionau nwy anorganig + radicalau gweithredol egni uchel → synthesis o ffilmiau strwythur newydd |
| Plasma-bolymereiddio gwell | PEP | Nwy monomer organig | Gollyngiad glow/arc/corona | DC glow, RF glow, glow microdon, rhyddhau corona | Monomerau organig + grwpiau gweithredol → polymerization plasma yn ffilmiau polymer |
Crynhowyd y pwyntiau allweddol o Dabl 1-2:
Mae'r holl dechnolegau platio ïon modern yn cael eu perfformio mewn amrywiol ollyngiadau nwy.
Mae gronynnau ffilm PEPVD yn dod o anweddiad neu sputtering deunyddiau solet; Mae gronynnau PECVD yn dod o nwyon anorganig; Mae gronynnau PEP yn dod yn uniongyrchol o nwyon organig a gyflwynwyd.
Mae dulliau rhyddhau yn cynnwys rhyddhau glow a rhyddhau arc, gyda thechnolegau PEPVD, PECVD, a PEP i gyd yn tueddu tuag at ollyngiad arc.
Technoleg sydd wedi dod i'r amlwg yn y blynyddoedd diwethaf yw plasma{0}}bolymereiddio gwell.
Plasma yw'r pedwerydd cyflwr mater, ac mae ganddo egni sawl gorchymyn maint yn uwch na solidau, hylifau a nwyon. Mae technoleg polymerization uwch plasma sy'n defnyddio ynni plasma i gynhyrchu polymerau pwysau moleciwlaidd uchel wedi'i chymhwyso'n helaeth wrth baratoi cynhyrchion ffilm tenau organig modern uchel.
Diolch i ddatblygiad gwahanol dechnolegau a phrosesau cotio uwch-ynni plasma newydd, yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae cenedlaethau o ddeunyddiau ffilm tenau swyddogaeth arbennig uwchraddol wedi'u datblygu - sydd eu hangen ar frys mewn meysydd megis cylchedau integredig lled-ddargludyddion, dyfeisiau arddangos gwybodaeth, ffilmiau optegol, ffilmiau dargludol, ffilmiau inswleiddio, deunyddiau meddygol, a ffilmiau rhwystr {{4} enfawr. Yn benodol, mae'r dechnoleg paratoi graddadwy ar gyfer172 nmMae -ffilmiau lefel swyddogaethol wedi gyrru datblygiad cyflym y diwydiant electroneg manwl yn gryf.
