172 nm i područja primjene tehnologije ionske presvlake
1.1 Područja primjene tehnologije ionske ploče
Tehnologija ioniranja usko je povezana s razvojem ljudskog društva i svakodnevnog života. Proizvodi od tankog filma pripremljeni plazma-poboljšanom tehnologijom naširoko se koriste u uređajima za prikaz informacija kao što su televizori, računala i mobilni telefoni, kao i u poluvodičkim uređajima, optoelektroničkim uređajima, optičkim uređajima, korištenju energije, površinskom otvrdnjavanju materijala, otpornosti na trošenje, otpornosti na koroziju, otpornosti na oksidaciju i mnogim drugim područjima. S modernizacijom nacionalne obrane, razvojem visoko-tehnološke proizvodnje i poboljšanjem životnog standarda ljudi, na proizvode s tankim filmom postavljaju se veći zahtjevi za performansama. Osobito u budućoj eri računalstva u oblaku, inteligentne ekonomije i interneta, mnogi uređaji se razvijaju prema minijaturizaciji, integraciji i inteligenciji, što će nametnuti još veće zahtjeve za tehnologiju pripreme tankog filma. Među njima, tehnologija pripreme za filmove visoke-preciznosti na172 nmrazina postala je jedan od temeljnih zahtjeva za određene-uređaje visoke klase.
1.2 Novi zahtjevi moderne znanosti i tehnologije za proizvode od tankog filma
Posebne funkcijeVrhunski- proizvodi zahtijevaju da dijelovi imaju razne posebne površinske funkcije, kao što su fototermalna pretvorba, fotoelektrična pretvorba, termoelektrična pretvorba, fotomagnetsko pohranjivanje, refleksija svjetlosti, prijenos svjetlosti, filtriranje svjetlosti, električna vodljivost, izolacija, visoka tvrdoća, visoka otpornost na habanje, nisko trenje itd. Neki također moraju posjedovati briljantne i šarene dekorativne karakteristike.
Diverzifikacija sastavaKako bi se zadovoljili novi zahtjevi performansi visoko-tehnoloških proizvoda u različitim područjima, sastav tankih filmova evoluirao je od čistih metalnih filmova do raznih anorganskih složenih filmova i polimernih organskih filmova. Tablica 1-1 navodi razne tankoslojne materijale i njihove raspone primjene koji zadovoljavaju današnje potrebe različitih područja. Među njima su kompozitni filmski materijali kompatibilni s172 nmspecifikacije debljine bilježe-za-godinu povećanje udjela primjene u preciznim elektroničkim uređajima.
Tablica 1-1 Razni tankoslojni materijali i njihova područja primjene
| Kategorija aplikacije | Materijali za premazivanje | Materijali supstrata | Raspon primjene |
|---|---|---|---|
| Visoka tvrdoća, otpornost na habanje | TiN, ZrN, HfN, TaN, NbN, CrN, CBN, Si₃N₄, TiC, ZrC, Cr₇C3, SiC, Ti(C,N), Ti(B,N), Ti(Al,N), -C3N₄, dijamant, itd. | Brzo{0}}čelik, čelik za kalupe, cementni karbid, kermet itd. | Alati za obradu, kalupi, mehanički dijelovi |
| Otpornost na visoke temperature, otpornost na oksidaciju | Al, W, Ti, Ta, Mo, Al₂O₃, Si3N₄, Ni-Cr, BN, MCrAlY, itd. | Nehrđajući čelik, legure-otporne na toplinu, bakar, legure aluminija itd. | Lopatice turbina, ispušne cijevi, mlaznice, zrakoplovne komponente, komponente atomske energije otporne na toplinu- |
| Otpornost na koroziju | TiN, TiC, Al₂O₃, Cd, Al, Ti, Cr, Cr₇C3, Ni-Cr-Fe, Cr-Ni-P-B (amorfni) itd. | Čelik, nehrđajući čelik, obojeni metali, itd. | Zrakoplovi, brodovi, automobili, kemijski cjevovodi, površinska zaštita spojnih elemenata |
| Dekorativno uljepšavanje | TiN, TiC, TaN, TiAC, ZrN, Cr₇C3, Al₂O₃, Al, Ag, Ti, Au, Cu, Ni, Cr, Ni-Re, TaN, Te-N, Al-TaSi, Ni-CrAl | Čelik, mesing, aluminij, nehrđajući čelik, plastika, keramika, staklo, papirna folija itd. | Nakit, satovi, lampe, naočale, hardverski dijelovi, automobilski dodaci, električni dijelovi |
| Vodljivi filmovi | Au, Mo, W, MoSi₂, WSi₂, TaSi₂, Ti-Si, Ag-Si, Al, Ni, Al₂O₃, Au-Pb, itd. | Silikonska pločica, keramika, plastika, staklo, traka od legure | Tanko{0}}otpornici i vodovi, uređaji za emisiju elektrona, tunelski uređaji itd. (uključujući 172 nm precizne vodljive filmove) |
| Dielektrični filmovi | SiO₂, Al2O₃, AlN, Al2O3-BaTiO₃, TiO₂, ZnO, AlN, LiNbO₂ itd. | Silikonska pločica, keramika, plastika, staklo | Površinska pasivizacija, međuslojna izolacija, kondenzatori, elektrotermički elementi itd. |
| Mikroelektronički uređaji – poluvodički filmovi | Si, a-Si, Au-ZnS, GaAs, CdSe, CdS, PbS, InSb, Ge, Pb-Sn-Te, itd. | Silikonska pločica, keramika, plastika, staklo | Svjetleće-diode, tank{1}}tranzistori, optoelektronički uređaji, magnetoelektrični uređaji, senzori itd. |
| Supervodljivi filmovi | Pb-Bi-Pb-Au, Nb₃Ge, V3Si, Pb-In-Au, PbO/In₂O₃ | - | Supravodljivi uređaji |
| Magnetski materijali i mediji za snimanje | -Fe₂O₃, Co-Ni, Co-Cr, MnBi, GdCo, GdFe, TbFe, Ni-Co-P, Co-Zr-Nb amorfni, Y₃Fe₅O₁₂, itd. | Legure, plastika itd. | Magnetski zapis, magnetske glave, magnetootporni uređaji, optički diskovi itd. |
| Prikaz filmova uređaja | ZnO, Y₂O₃, Ag, Cu, Al, SiO₂, Al₂O₃, Si3N4, itd. | Staklo, plastika itd. | Fluorescentne cijevi, plazma zasloni, zasloni s tekućim kristalima |
| Optika i optička komunikacija | Si₃N₄, Al, Ag, Au, TiO₂, ZnO, SnO₂, GdFe, TbFe, InAs, InSb, PbS, dijamant itd. | Plastika, staklo, keramika itd. | Zaštitne, reflektirajuće, anti{0}}filme, optički prekidači, pretvorba frekvencije, optička memorija, optički senzori itd. |
| Korištenje sunčeve energije | Au-ZnS, Ag-ZnS, CdS-Cu₂S, SnO₂ itd. | Nehrđajući čelik, plastika, staklo | Fotonaponske ćelije, prozirni vodljivi filmovi itd. |
| Podmazivanje, nisko trenje | Au, Ag, Pb, Cu-Au, Pb-Sn, MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, MoS, MS₂, BN, MoS₂-grafit, Ag-MoS₂, DLC, itd. | Visokotemperaturne-legure, konstrukcijski metali, čelik za ležajeve itd. | Ultra-visoki vakuum, sobna temperatura, ultra-niska temperatura, ležajevi mlaznih motora, satelitski ležajevi, rotirajući dijelovi za visoke{2}}temperature u zrakoplovstvu |
| Pakiranje | Cr, Al, SiO₂, Al2O3, TiN, itd. | Papir, plastika, metal itd. | Metalizacija materijala za pakiranje, visoka barijerna zaštita |
Kao što je prikazano u tablici 1-1, tankoslojni materijali su raznolikog sastava, nude čitav niz posebnih funkcija i imaju široka područja primjene, igrajući važnu ulogu u svim sektorima nacionalnog gospodarstva. Funkcionalni filmovi debljine od172 nm, zahvaljujući kombinaciji preciznosti i stabilnosti, postali su važan izbor u području precizne proizvodnje.
Debljina filma na nanometarskoj do mikrometarskoj skaliKako visoko{0}}tehnološki proizvodi postaju sve inteligentniji i integriraniji, gustoća integracije modernih mikroelektroničkih uređaja nastavlja rasti. Sada je potrebno integrirati 1.000.000 tranzistora po 1 mm² na mikroelektronički čip. Veličina komponenti tranzistora je izuzetno mala, što zahtijeva da svaki funkcionalni sloj bude sve tanji i tanji - samo na nanometarskoj do mikrometarskoj razini. Širine linija vodiča čipa dosegnule su 5–7 nm, a neki visoko{11}}precizni uređaji postigli su preciznu pripremu funkcionalnih filmova na172 nmrazini, s razvojem koji sada ide prema 3 nm. To se može postići samo pomoću tehnologije integriranog kruga tankog-sloja. Trenutačno je tehnologija ionskog presvlačenja optimalan izbor za pripremu integriranih krugova s tankim-slojem.
Izvrsna mikrostruktura filma i kristalna strukturaZa proizvodnju proizvoda s tankim filmom s izvrsnim performansama, film mora imati vrhunsku mikrostrukturu i kristalnu strukturu. Ovisno o primjeni, može se zahtijevati da filmovi imaju jedno-kristalne, polikristalne ili amorfne strukture, kao i guste, stupčaste ili višeslojne mikrostrukture nano-razmjera. Među ovim,172 nmdebeli višeslojni nanofilmovi pokazuju izvrsnu strukturnu stabilnost i dosljednost performansi u optoelektroničkim uređajima.
Film visoke gustoće i{0}}bez nedostatakaKako se visoko{0}}tehnološki proizvodi kreću prema lakšim, manjim, tanjim, finijim, integriranijim i inteligentnijim dizajnima, filmovi moraju biti iznimno gusti i bez nedostataka.
Visoko prianjanje filma-na podloguNema metalurškog povezivanja između filma i podloge - samo "zalijepljeni sloj" - stoga, što je uređaj manji i tanji, potrebna je veća adhezija između filma i podloge. Visoko prianjanje također je potrebno za tvrde premaze na alatima i kalupima.
1.3 Vrste tehnologija premazivanja
1.3.1 Rane tehnologije pripreme tankog filma
Tehnologija za dobivanje čvrstih tankih filmova ima dugu povijest, u početku se uglavnom oslanjala na toplinsku energiju, a kasnije se razvila u plazma{0}}poboljšane tehnologije.
Tehnologija premazivanja vakuumskim isparavanjemOva tehnologija koristi izvor topline za isparavanje čvrstog materijala, dopuštajući atomima pare da se transportiraju u visokom vakuumu i talože na površini supstrata kako bi formirali film. Pripada kategoriji fizičkog taloženja parom (PVD) i može postići preliminarnu pripremu172 nm-filmovi razine.
Tehnologija kemijskog taloženja parom (CVD).Ova tehnologija koristi toplinsku energiju za toplinsku razgradnju uvedenih anorganskih plinova u aktivne atome, koji zatim kemijski reagiraju na zagrijanoj površini supstrata i talože film.
Tehnologija organske polimerizacije polimeraOrganski monomerni plinovi polimeriziraju se u polimere-molekularne-težine pod visokom temperaturom, visokim tlakom i djelovanjem inicijatora.
1.3.2 Tehnologija ionske ploče
Od 1963. godine, kada je američki znanstvenik DM Mattox uveo plinsko pražnjenje u premaze isparavanjem, pojavile su se brojne tehnologije ionske ploče koje koriste različite metode plinskog pražnjenja za dobivanje visoko{3}}čestica filma. Tehnologija je evoluirala od plazma-poboljšanog premazivanja pomoću krutih izvora do korištenja plinovitih izvora, pri čemu se plinoviti izvori šire od inertnih plinova i plinova anorganskih spojeva do organskih plinova. Pojavile su se mnoge nove tehnike i procesi presvlačenja koji pametno koriste električna polja, magnetska polja i lučna izbijanja za pobuđivanje i poboljšanje plazme, pružajući istraživačima tankih filmova različita sredstva za pripremu tankih filmova s posebnom{7}}funkcijom potrebnih u raznim područjima. Među njima, priprema visoke-preciznosti172 nm-filmovi na razini postali su važan smjer primjene ove tehnologije.
Koncept ionskog nanošenja proširio se s ionskog nanošenja-tipa isparavanja na šire područje. Sada se naziva svaka tehnologija premazivanja koja koristi energiju plazme tijekom pražnjenja plinatehnologija ionske presvlake. Moderna tehnologija ionskog nanošenja uključuje ionsko nanošenje-isparavanjem, ionsko nanošenje magnetronskim raspršivanjem, ionsko nanošenje pomoću lučnog pražnjenja unutar PVD-a, kao i plazma-poboljšano kemijsko taloženje iz pare i plazma-poboljšanu polimerizaciju, a može se klasificirati u tri glavne kategorije:
Plazma{0}}poboljšano fizičko taloženje parom (PEPVD)
Plazma-poboljšano kemijsko taloženje iz pare (PECVD)
Plazma{0}}poboljšana polimerizacija (PEP)
Tablica 1-2 Različite moderne tehnologije ionskog presvlačenja i njihove karakteristike
| Tehnologija premazivanja | Vrsta tehnologije | Izvor filmskih čestica | Vrsta pražnjenja | Tehnologija pražnjenja | Mehanizam reakcije |
|---|---|---|---|---|---|
| Ionska obrada-tipa isparavanja | PEPVD | Toplinsko isparavanje | Tijajuće/lučno pražnjenje | DC sjaj, RF sjaj, luk s vrućom niti, luk s hladnom katodom | Metalni ioni + visoko{1}}energijski atomi → sinteza novih strukturnih filmova (može pripremiti 172 nm filmove) |
| Magnetronsko raspršivanje ionske pločice | PEPVD | Katodno raspršivanje | Sjajno pražnjenje | DC sjaj, RF sjaj, mikrovalni sjaj | Metalni ioni + visoko{1}}energijski atomi → sinteza novih strukturnih filmova |
| Plazma-poboljšano kemijsko taloženje iz pare | PECVD | Anorganski plin | Tijajuće/lučno pražnjenje | DC sjaj, RF sjaj, mikrovalni sjaj, luk s vrućom niti | Ioni anorganskog plina + visoko{1}}energetski aktivni radikali → sinteza novih strukturnih filmova |
| Plazma{0}}poboljšana polimerizacija | POLET | Organski monomerni plin | Sjajno/lučno/koronsko pražnjenje | DC sjaj, RF sjaj, mikrovalni sjaj, koronsko pražnjenje | Organski monomeri + aktivne skupine → plazma polimerizacija u polimerne filmove |
Ključne točke sažete u tablici 1-2:
Sve moderne tehnologije ionizacije izvode se u različitim plinskim pražnjenjima.
Čestice PEPVD filma nastaju isparavanjem ili raspršivanjem krutih materijala; PECVD čestice dolaze iz anorganskih plinova; PEP čestice dolaze izravno iz uvedenih organskih plinova.
Načini pražnjenja uključuju tinjajuće pražnjenje i lučno pražnjenje, s PEPVD, PECVD i PEP tehnologijama koje sve teže ka lučnom pražnjenju.
Plazma{0}}poboljšana polimerizacija tehnologija je koja se pojavila posljednjih godina.
Plazma je četvrto agregatno stanje koje posjeduje energiju nekoliko redova veličine veću od krutih tvari, tekućina i plinova. Tehnologija-poboljšane polimerizacije plazmom koja koristi energiju plazme za proizvodnju polimera velike-molekularne-težine naširoko se primjenjuje u pripremi modernih vrhunskih-organskih tankoslojnih proizvoda.
Zahvaljujući razvoju različitih novih plazma{0}}energije-poboljšanih tehnologija i procesa premazivanja, posljednjih su godina razvijene generacije vrhunskih tankoslojnih materijala s posebnom{2}}funkcijom - hitno potrebnih u poljima kao što su poluvodički integrirani krugovi, uređaji za prikaz informacija, optički filmovi, vodljivi filmovi, izolacijski filmovi, medicinski materijali i filmovi barijere - stvarajući golemu ekonomsku vrijednost. Konkretno, skalabilna tehnologija pripreme za172 nm-funkcionalni filmovi na razini snažno su potaknuli brzi razvoj industrije precizne elektronike.
