Осаждение медных покрытий большой толщины с помощью магнетронной распылительной системы с жидкофазной мишенью

Введение 13
Г лава 1. Способы получения металлических покрытий большой толщины 15
1.1 Метод прямой медной металлизации 15
1.2 Метод холодного газодинамического напыления 19
1.3 Метод термического испарения 21
1.4 Магнетронное распыление 24
1.5 Магнетронное распыление с жидкофазной мишенью 27
Глава 2. Методы улучшения адгезии 34
Глава 3. Экспериментальное оборудование 39
3.1 Вакуумная ионно-плазменная установка КВО 39
3.2 Измерение шероховатости поверхности 41
3.3 Измерение толщины покрытия 42
3.4 Измерение адгезии 43
3.4.1 Метод царапанья 43
3.4.2 Метод отрыва покрытия 45
Глава 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 47
5.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения 47
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 47
5.1.2. Анализ конкурентных технических решений 48
5.1.3. SWOT-анализ 51
5.2 Планирование научно-исследовательских работ 55
5.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 55
5.2.2 Разработка графика проведения научного исследования 56
5.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 58
5.3.1 Затраты на расходные материалы 59
5.3.2 Основная заработная плата 59
5.3.3 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 61
5.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды 62
5.3.5 Накладные расходы 62
5.3.6 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 63
5.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 63
Глава 6. Социальная ответственность 67
6.1 Анализ вредных производственных факторов 68
6.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и
вредного воздействия и устранению их влияния при работе на установке КВО и ПЭВМ 69
6.2.1 Организационные мероприятия 69
6.2.2 Правила безопасной работы на установке 69
6.2.3 Организация рабочего места оператора ПК 71
6.3 Условия безопасной работы 74
6.3.1 Гигиенические требования к микроклимату 74
6.3.2 Шумовые загрязнения 75
6.3.3 Требования к освещению 76
6.4 Электробезопасность 76
6.4. Пожарная взрывная безопасность 78
Список публикаций 80
Список используемой литературы 81

Купить

Объектом исследования является медные плёнки большой толщины (до 40 мкм), полученные с помощью МРС с жидкофазной мишенью в различных режимах, из различных тиглей.
Цель работы - оценить возможность нанесения медных покрытий большой толщины (до 40 мкм) с хорошей адгезией с помощью МРС с жидкофазной мишенью.
В процессе исследования получена зависимость скорости осаждения медных плёнок от различных режимов работы жидкофазного магнетрона для молибденового и графитового тиглей. Произведено напыление медных плёнок различной толщины на стеклянные и керамические подложки, с использованием некоторых методов улучшения адгезии (применение подслоя и подача напряжения смещения на подложку). У полученных покрытий была исследована адгезионная прочность.
В результате исследования выяснено: оптимальным режимом
высокоскоростного осаждения плёнок меди является работа МРС с жидкофазной мишенью и молибденовым тиглем в режиме самораспыления, при мощности 3,5 кВт.
Наилучшая адгезия со стеклом наблюдается у плёнок толщиной выше 15 мкм с подслоем из нихрома, а также при использовании отрицательного напряжения смещения без применения подслоя.
При осаждении толстых медных плёнок на керамические подложки влияния подслоя на адгезию не выявлено.

На сегодняшний день нанесение тонкоплёночных покрытий широко распространено. Такие покрытия применяются в очень многих сферах, например, электронике, схемотехнике, микропроцессорной технике, медицине, оптике и приборостроении. Поскольку тонкие пленки позволяют относительно легко получить новые свойства объекта, воздействуя только на его поверхность [1], они широко применяются в качестве упрочняющих, светоотражающих, проводящих и диэлектрических покрытий.
Однако существуют отрасли промышленности, использующие покрытия большой толщины, и их задачи требуют гораздо более высоких скоростей осаждения. Например, металлизация керамики для СВЧ электроники выполняется путем осаждения на её поверхность медного покрытия толщиной до 300 мкм [2]. На данный момент такая процедура преимущественно осуществляется прямой медной металлизацией (метод DBC). Нанесение меди толщиной около 6 мкм на керамические подложки осуществляется с помощью магнетронных распылительных систем (МРС). Но эта технология имеет значительный недостаток в скорости осаждения, а именно 10-15 нм/с. Также полученные этим методом плёнки могут иметь примеси рабочего газа, что возможно снижает их проводимость.
Получаемые покрытия должны обладать высоким сцеплением с подложкой, иначе говоря - адгезией. Данная характеристика очень важна независимо от вида покрытий и их назначения.
Подобные технологические запросы вынуждают вести поиск новых решений, которые позволят увеличить скорость и качество осаждённых покрытий.
В данной работе будут исследоваться плёнки меди значительной толщины, используемые для различных токопроводящих соединений в микросхемах.
Одним из перспективных методов производства покрытий является магнетронное распыление металлов из жидкой фазы. Оно позволяет соединить достоинства двух различных методов: термического испарения и ионного распыления. Пленки, полученные первым способом, отличаются высокой скоростью нанесения и чистотой, но обладают значительно худшими адгезионными свойствами. Магнетронное осаждение более технологично и получаемые плёнки обладают хорошей адгезией. В процессе работы МРС с жидкофазной мишенью при достаточно высоких плотностях энергии возможен переход магнетронного разряда в режим, при котором в качестве рабочего газа выступают атомы распыленного материала, что снижает загрязнение пленок частицами газовой среды. МРС с жидкофазной мишенью имеют очень высокую производительность, но трудны в изготовлении. Помимо этого данные системы слабо изучены, что служит препятствием для их практического использования [3].
Целью работы является исследование возможности нанесения медных покрытий большой толщины (до 40 мкм) с хорошей адгезией с помощью МРС с жидкофазной мишенью.
В соответствии с целью, были сформированы задачи:
1) исследовать способы получения медных покрытий большой толщины;
2) рассмотреть методы улучшения адгезии (применение подслоя, подогрева и напряжение смещения на подложку);
3) определить скорости осаждения медных плёнок, полученных с помощью МРС с жидкофазной мишенью;
4) исследовать методы улучшения адгезии;
5) определить оптимальные условия для получения медных покрытий большой толщины с хорошей адгезией, полученных с помощью МРС с жидкофазной мишенью.
Глава 1. Способы получения металлических покрытий большой толщины

Купить