Cтраница 3
Выше были рассмотрены методы исследования свойств металлических пленок, отделенных от подложек. Значительный интерес представляет также изучение возможностей использования высокопрочных пленок и пленочных композиций в качестве защитных покрытий, связанных с подложкой адгезионным взаимодействием, в этом случае важнейшей характеристикой является износостойкость. [31]
Многослоевые композиции для контактов к пленочным резисторам из нитрида тантала TazN. Рассмотренная специфика диффузии в пленочных системах является определяющей для свойств многослойных пленочных композиций. Рассмотрим характерный пример, имеющий практическое значение для пленочных резисторов в микросхемах. [32]
Следующим этапом явилось сравнительное исследование фольги и пленок близких толщин, а также пленочных композиций ( см. разд. Основные исследования были выполнены в процессе испытаний на ползучесть и релаксацию напряжений. [33]
Метод вакуумного осаждения позволяет получать фольгу из металлов, сплавов и неметаллов практически любых сочетаний с широким варьированием состава и физико-механических свойств; создавать многослойные и дисперсноупрочненные покрытия и фольгу; получать фольгу толщиной менее 20 мкм из труднодеформируемых металлов и сплавов. Изучение высокопрочных пленок и пленочных композиций приобретает особое значение в связи со стремительным развитием исследований новых, перспективных материалов - микрокристаллических и аморфных сплавов, получаемых сверхбыстрой закалкой из жидкого состояния в виде фольги и покрытий. По ряду физико-механических свойств пленочные композиции с ультрадисперсной ( микрокристаллической) структурой практически и уступают аморфным сплавам, существенно превосходя их по температурной стабильности. [34]
Единственным способом решения проблемы является создание гетерогенных структур-композиций. Особенно перспективны дисперсноупрочненные композиции, которые по износостойкости в несколько раз превосходят гальванические износостойкие покрытия никеля. В этой связи заслуживают внимания высокопрочные пленочные композиции на основе меди. [35]
В данной книге отражены наиболее существенные исследования в этой области, выполненные в нашей стране и за рубежом. Основное внимание уделено установлению и анализу корреляции условий осаждения, структуры субструктуры) и физико-механических характеристик, необходимой для создания новых пленочных материалов с воспроизводимыми, управляемыми свойствами. Рассмотрены также прикладные аспекты использования пленок и пленочных композиций, связанные с их высокими и стабильными прочностными свойствами. [36]
Кроме аморфной структуры, которая чаще имеет место в пленках, чем в массивном образце, в пленках наблюдаются также случаи образования кристаллических структур, которые представляют собой нестабильные модификации того же материала в массивном образце. Например, Чопра и др. [9] сообщили о существовании в катодно-распыленных пленках гранецентрированной кубической структуры переходных металлов Та, Mo, W, Re, Hf и Zr, которые обычно имеют объемно-центрированную кубическую или гексагональную структуру. Мадер [10] описал гомогенные метастабильные структуры в пленочных композициях из сплавов, которые имеют двухфазную равновесную структуру. [37]
Таким образом, ход температурной зависимости р определяется не только материалами композиции и их процентным соотношением, но зависит также от гранулометрического состава, от давления при формовке, от температуры спекания композиции. В общем случае ар композиционного материала может ииеть любой знак; в композициях с органическим связующим величина ор всегда положительна и больше, чем у проводящего компонента, а в композициях с неорганическим связующим - меньше, чем у проводящего компонента и может быть отрицательной. На рис. 14 - 14 показаны типичные кривые температурной зависимости сопротивления лакосажевых пленочных композиций. [38]
В последнее время в качестве диэлектриков стали использовать тонкие полимерные пленки ( силиксан и др.) и многокомпонентные стеклообразные системы. Несмотря на трудности испарения стеклообразных окисных систем, удалось получить на их основе практически свободные от пор пленочные композиции, обладающие высокой стабильностью электрических свойств. [39]
Большой интерес вызывает конденсация металлов в вакууме, при которой кристаллизация проходит в условиях огромных переохлаждений и пересыщений. В результате поли кристаллические пленки при определенных условиях содержат практически все известные дефекты кристаллического строения, имеют ультрадисперсную структуру ( с зернами порядка 0 1 мкм) и значительно превышают прочность массивных металлов. Возможность управления в весьма широких пределах плотностью и в 1дом дефектов, а значит и уровнем реализуемой прочности, создает перспективы широкого применения пленок и пленочных композиций в качестве конструкционных материалов и защитных покрытий. [40]
С повышением температуры испытания выше 300 К наблюдается аномальное возрастание скорости и относительной глубины релаксации при одинаковых степенях пластической деформации. Подобный эффект, равно как и аномальное уменьшение активационного объема с повышением температуры, связан с протеканием процессов возврата под нагрузкой, в результате которых при релаксации напряжений наряду с уменьшением эффективной компоненты происходит снижение уровня атермических напряжений, т.е. разупрочнение. Анализ кривых релаксации напряжения показал, что возврат наблюдается как для фольг, так и для пленок и пленочных композиций. После выдержки фольг меди даже в течение, суток скорость релаксации заметно отличается от нуля. При этом с ростом уровня приложенных напряжений снижается температура, при которой обнаруживается процесс возврата. Так, для композиций на основе меди это явление наблюдается при комнатной температуре. Данные эффекты также проявляются у массивных дисперсноупрочненных композиций [184] и связаны с процессами поперечного скольжения или переползания [164, 165], скорость которых растет с повышением уровня приложенных напряжений и температуры испытания. [41]
Однако при последовательном переходе от фольг к пленкам и дисперсноупрочненным композициям наблюдается уменьшение абсолютных значений V во всем интервале деформаций. Максимальные значения V для фольг при 6 0 5 % составляют - 210 10 - 22 см3, или. Для фольг, пленок и композиций на основе меди ( никеля) они составляют соответственно 10 - 15; 4 - 6 и 1 - 2 % Эти значения деформаций хорошо коррелируют с величинами е, при которых наблюдается существенное уменьшение коэффициента деформационного упрочнения на кривых растяжения соответствующих объектов. Подобные закономерности связаны с влиянием исходного структурного состояния на развитие деформационных процессов. Так, пленочные композиции, упрочненные частицами окислов, характеризуются наиболее дисперсной структурой и высокой исходной плотностью ростовых дислокаций, дефектов упаковки и др. В результате во всем интервале деформаций эти объекты имеют самые низкие значения акти-вационного объема, что может быть связано с сокращением длины дислокационных отрезков, участвующих в термической активации. [42]
В настоящее время возможности пла-нарного принципа микроминиатюризации реализованы еще далеко не полностью. Используется в инженерных и технологических целях лишь малая доля эффектов и явлений, связанных с феноменом поверхности. В предлагаемой книге сделана попытка систематически рассмотреть основные проблемы, стоящие перед материаловедением в области микроэлектроники. В монографической литературе ощущается серьезный пробел в освещении проблем материаловедения, специфичных для микроэлектроники, и в изложении с единой точки зрения вопросов корреляции между технологией, структурой ( субструктурой) и физико-химическими свойствами используемых при микроминиатюризации пленочных композиций и приповерхностных слоев, выполняющих в микросхеме функции активных и пассивных электронных компонентов. В настоящее время издано много книг, посвященных описанию физических основ микроэлектроники, методам конструирования, производства и применения микросхем. Однако во всех этих книгах физико-химические основы явлений и принципов, связанных с производством и функционированием, упоминаются лишь вскользь или рассмотрены предельно схематически. [43]
Нижний тонкий порядка нескольких десятков или сотен нанометров слой предназначен для создания адгезии между подложкой и расположенным поверх него толстым: ( 102 - 104 нм) слоем хорошо проводящего металла ( Си, Ag, Аи, А1), но неустойчивого против коррозии. Многослойные композиции покрываются сверху обычно никелем или другим устойчн-чивым к воздействию внешней агрессивной среды пленочным материалом. Контакты к пленочным резисторам [52-54] часто делаются двухслойными: верхний слой предназначен для термокомпресснонно-го соединения, а нижний обеспечивает связь с материалом резистора. Для резистора нз нихрома используется подслой хрома. Для резисторов из силицида хрома ( SijCr) или силицида молибдена ( MoSi2) подслоем служит пленка молибдена толщиной 50 нм, создающая хорошую адгезию. Для резисторов из нитрида тантала используются многослойные пленочные композиции: Ti-Аи, NiCr-Аи, NiCr-Pd - Аи, NiCr-Си - Pd-Аи н др. Специфика материаловедения многослойных пленочных систем требует отсутствия взаимной диффузии слоев материалов. Поперечной диффузии свойственны характерные закономерности, связанные с высокой концентрацией избыточных вакансий, возникающей в свежесконден-сированиой пленке и обусловливающей интенсивную диффузию в начальной стадии. Последняя характеризуется запаздыванием в образовании интерметаллическнх соединений. Интенсивность этой стадии зависит от скорости рассасывания первоначальной неравновесной концентрации вакансий до равновесного значения. Если время жизни избыточных вакансий достаточно велико н они достаточно долго задерживаются в объеме блоков-кристаллитов ( прежде чем коагулировать в диски, микропоры, выйти на поверхности нлн осесть на линейный, плоских и объемных дефектах), то происходит нитенснвиая диффузия. [44]