Технология осаждения пленок оксида тантала методом реактивного магнетронного распыления

• Автор: Комлев, Андрей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ПРИМЕНЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПЛЁНОК ОКСИДА ТАНТАЛА

1.1 Кристаллическая структура и физические свойства

1.1.1 Кристаллическая структура

1.1.2. Диэлектрические свойства

1.1.3. Ток утечки

1.1.4. Оптические характеристики пленок оксида тантала

1.1.5. Неравновесный заряд

1.2 Области применения

1.3 Методы осаждения
1.4 Реактивное магнетронное распыление
Выводы и постановка задач диссертационного исследования
ГЛАВА 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.1 Экспериментальное технологическое оборудование
2.1.1. Экспериментальная установка для осаждения однослойных оксидных структур
2.1.2. Экспериментальная установка для осаждения двухслойных структур
2.1.3. Испытания экспериментальной установки
2.2 Стенд для измерения оптических спектров отражения и пропускания плёночных структур
2.3 Стенд для измерения вольт-амперных характеристик
2.4 Стенд для измерение неравновесного заряда в плёнке диэлектрика
2.4.1. Модель измерительного устройства
2.4.2. Потенциал на границах пленки
2.4.3. Потенциал на электродах
2.4.4. Динамический режим
2.4.54. Измерение заряда в пленке методом динамического конденсатора с компенсацией
2.4.6. Стенд для измерения неравновесного заряда
Выводы
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЫ РАЗРЯДА ПРИ РАСПЫЛЕНИИ ТАНТАЛОВОЙ МИШЕНИ В РЕАКТИВНОЙ СРЕДЕ
3.1 Особенности распыления танталовой мишени в реактивной газовой среде
3.2 Исследование плазмы
3.2.1. Распыление мишени в среде аргона
3.2.2. Распыление мишени в среде кислорода
3.2.3. Распыление мишени в среде аргона и кислорода
3.2.4. Нестационарные условия работы мишени
3.3. ВАХ магнетронного разряда
3.4. Основные положения методики разработки технологии осаждения пленок

3.4.1. Точки неустойчивости процесса
3.4.2. Алгоритм выхода в рабочий режим
3.4.3. Устойчивость процесса осаждения пленки
Выводы
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЛЕНОК
4.1 Основные этапы технологии пленок
4.2 Технологические параметры
4.3 Объемный расход кислорода
4.4 Ток разряда
4.5 Парциальное давление аргона
4.6 Температура подложки
4.7 Потенциал смещения на подложке
4.8 Состав и структура
4.9 Дополнительная термообработка
Выводы
ГЛАВА 5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ ПЛЕНОК
ОКСИДА ТАНТАЛА
5.1 Электроника
5.1.1 Ток утечки пленки
5.1.2 Элементы электронных компонентов
5.2. Устройства для стимуляция репарации поврежденных тканей
5.2.1 Инжекция заряда
5.2.2 Релаксация заряда в воздушной среде
5.2.3 Релаксация заряда в модели биологической среды
5.2.4 Релаксация заряда при внешних воздействиях
5.2.5 Влияние материала подложки на релаксацию заряда
5.2.6 Электростимуляции репарации поврежденных тканей
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ПРИЛОЖЕНИЕ РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ НОВОГО БИОАКТИВНОГО
МАТЕРИАЛА ДЛЯ МЕДИЦИНСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
П. 1.Исследование токсического действия образцов с электретным покрытием оксида
тантала
П.2 Исследование влияния отрицательного поля электрета на репаративные процессы кожи
ВВЕДЕНИЕ
Оксиды переходных металлов представляют собой материалы, которые проявляют полупроводниковые, ферромагнитные, сегнетоэлектрические, электрохромные, фотохромные и другие свойства. В связи с этим открываются широкие возможности для изготовления пленочных структур с новыми электрическими, магнитными и оптическими характеристиками.
Среди оксидов металлов переходной группы значительный интерес вызывает оксид тантала (Та2С>5)*. Благодаря своим уникальным свойствам пленки Та205 находят применение в различных областях [1].
Так, например, высокая диэлектрическая проницаемость (г ~ 25-50), низкие токи утечки, высокая электрическая прочность и химическая инертность позволяют рассматривать этот материал в качестве защитного покрытия элементов приборов вакуумной и плазменной электроники [2].
Одновременно с этим достигнутая в кремниевой микроэлектронике проектная норма 32 нм заставляет искать новые диэлектрические high-/: материалы для подзатворного диэлектрика в МОП-структурах. Здесь пленки Та205, наряду с ТЮ2 и НЮ2, рассматривают в качестве возможных альтернатив традиционному оксиду кремния [3, 4].
Новым направлением в использовании пленочных оксидных структур является медицина. Такие покрытия позволяют повысить биосовместимость имплантатов [5] или обеспечить бактерицидные свойства материалов [6].
Способность пленок Та2Оз длительное время сохранять инжектированный неравновесный заряд и высокая биосовместимость с живой тканью открывают возможности широкого применения таких покрытий в медицине (в частности для реализации метода стимуляции близкодействующими электростатическими полями репаративных процессов в поврежденных тканях)
[7].
* Здесь и далее химическая формула Та2Оз используется в качестве синонима термина «оксид тантала». Корректной для дефектных по кислороду пленок оксидов является формула Та205_, (см. главу 4).

2.1.1. Экспериментальная установка для осаждения однослойных оксидных структур.
Вакуумная система экспериментальной установки для осаждения однослойных оксидных структур представляет собой стандартный вакуумный от-качной пост УВН-71. Откачной пост содержит типовую вакуумную систему с паромасляным диффузионным насосом НВДМ-250 с номинальной быстротой действия 2.3 м3/с и механическим насосом 2НВР-5Д с номинальной бы-

стротой действия 0.09 м /с. Объем вакуумной камеры равен 0.32 м . Остаточное давлением в камере (без использования жидкого азота) не превышает 2-Ю"5 Тор. Установка оснащена ручной системой управления вакуумной схемой.
Согласно установленных выше требованиям вакуумная система установки была дооснащена рядом новых приборов и устройств:
- магнетронной распылительной системой (МРС) аксиальной конструкции с танталовой мишенью диаметром 130 мм и регулируемым блоком питания трансформаторного типа мощностью до 6 кВт;
- 2-х канальной системой напуска газов в объём рабочей камеры установки, на основе пьезонатекателей, с устройством управления и контроля постоянного расхода Aalborg (проводимость канала 0-0.6 л/с);
- устройством ионной очистки (ИО) с плоским электродом с блоком питания, мощностью 0.6 кВт которое позволяет провести дополнительную очистку и активацию поверхности подложки;
- устройством подачи потенциала смещения на образец (ток 0-1 А, напряжение 0-300 В);
- специализированной технологической оснасткой с устройством вращения, подачи потенциала смещения и смонтированной дополнительной технологической камерой;
- спектрофотометрической приставкой;