Depunerea straturilor metalice prin evaporarea termică în vid

Date teoretice:

În circuitele integrate straturile metalice sunt necesare pentru a asigurara interconectarea dispozitivelor, pentru a forma electrozi de poartă sau pentru a micşora rezistnţa unor trasee din alte materiale, sau să formeze cantacte ohmice, bariere Schottky.

Straturile metalice trebuie să aibă anumiţi parametri:

a) La transportarea curenţilor de valori mari să nuşi schimbe parametrii fizici;

b) Să se depuie uşor la temperaturi joase, deoarece procesul de depunere a peliculelor metalice se realizează în etapele finale ale procesului tehnologic;

c) Să se poată grava uşor cu rezoluţii bune, şi să nu afecteze substratul;

d) Să reziste la cicluri termice pe parcursul vieţii circuitului;

e) Să aibă o aderenţa înaltă cu „Si” şi cu „SiO2” şi cu alte materiale folosite in circuitele integrate;

f) Să fie uşor conectate cu terminalele capsulei;

g) Caracteristica volt-amperică să fie liniară la schimbări mari ale curentului în caz că pelicula se foloseşte ca contact.

Pentru depunerea peliculelor se foloseşte un şir de metale ca Au, Ag, Al. Dar nici unul nu poate să corespundă tuturor cerinţelor. Spre exemplu Au are o rezistenţă superficială mică însă o aderenta mică cu silicul. Această se rezolvă prin depunerea unui strat de 50-100 nm de Ni sau Cr si apoi pelicula de Au. Ag are un dezavantaj că atomii argintului migrază in semiconductor şi în oxidul de siliciu si poate scurt- circuita contactele sau conexiunele. Aluminiu are un şir de avantaje în faţa altor metale. Spre exemplu: cost mic de producţie; adeziune bună cu substratul; depunerea uşoară; o rezoluţie mare la procesul de fotolitografie; poate forma contacte ohmice cu siliciul de tip – n+ si tip – p; la sudarea cu ultrasunet asigură o cuplare trainică a firului de Al şi substratul; si este elastic astfel rezistă la ciclurile termice în timpul funcţionării circuitului. Dar parametrii peliculelor de Al au şi unele dezavantaje legate de migrarea atomilor în substrat, rezistenţă mecanică, coroziune.

Pot fi folosite şi alte materiale ca polisiliciul dar este greu de făcut geometrii mai complexe a acestor pelicule. Se folosesc şi materiale ca TiSi2 , WSi2 , MoSi2 , aceste materiale au o rezistenţă mai mică ca la polisiliciu dar de citeva ori mai mare ca la Al. Aceste materiale au 2 avantaje ele nu interacţionează cu substratul si se pot coroda în atmosferă uscată a gazelor ce sonţin CF4 şi SF6

Rezistenţa unei pelicule este:

unde -- rezistenţa superficială, -- coeficient de formă

Rezistenţa superficială depinde de grosimea peliculei, adică la grosimi mici pelicula are rezistenţă mare fiindca este influnţată de prezenţa multor defecte în structura ei. La grosimi mici pelicula nu este uniforma, ea este formată din insuliţe mici de metal conducţia se efectuează prin termoemisie electronică sau prin efectul tunel. La conductibilitate influenţează micşorarea lungimii parcursului liber a elctronului condiţionată de dispersia electronilor la suprafaţa insuliţelor. La grosimi mai mari <1000Å rezistenţa superficială a peliculei este aproximativ egală cu rezistenţa volumică a materialului.

Proprietăţile peliculei depind de procesul în care are loc depunerea ei. Structura depinde de proprietăţile metalului şi de regimul de vaporizare (temperatura, viteza de evaporare, presiunea vaporilor) şi de regimul de condesare (temperatura substratului, materialul din care este confecţionat suportul, presiunea gazelor reziduale, cît de bine este prelucrat substratul suprafaţa lui ).

Condesarea are loc în 4 etape:

1. se formeaza grăunciore de metal de diametrul de 0,5nm pe suprafaţa substratului;

2. grăunciorele cresc în volum şi deseori se cristalizează se formează insuliţe de metal;

3. insuliţele de metal se unesc şi printre ele apar canale goale (fără metal)

4. umplerea canalelor.