Помощь студентам в учебе
Исследование свойств медных покрытий, полученных с помощью магнетронной распылительной системы с жидкофазной мишенью
|
Введение 11
Глава 1.Способы получения тонких металлических покрытий 14
1.1 Термическое испарение 14
1.2 Магнетронное распыление 19
1.3 Магнетронное распыление из жидкой фазы 25
Глава 2 Экспериментальное оборудование 32
2.1 Схема экспериментальной установки 32
2.2 Измерение толщины пленок 35
2.3 Определение состава покрытий 36
2.4 Измерение шероховатости поверхности покрытий 38
2.5 Исследование адгезионной прочности покрытий 40
2.6 Измерение электрического сопротивления покрытий 41
Глава 3 Результаты эксперимента и их анализ 43
3.1 Скорость осаждения покрытий 43
3.2 Состав покрытий 46
3.3 Шероховатость поверхности медных пленок 47
3.4 Результаты измерения адгезии 47
3.5 Электропроводность пленок меди 51
Глава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 53
4.1 Предпроектный анализ 53
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 53
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции 53
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 53
4.1.3 SWOT-анализ 55
4.2 Оценка готовности проекта к коммерциализации 59
4.3 Инициация проекта 62
4.4 Планирование управления научно-техническим проектом 64
4.4.1 Иерархическая структура работ проекта 64
4.5.1 План проекта 66
4.5.2 Бюджет научно-исследовательского проекта 68
4.6 Основная заработная плата 69
4.6.1 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 70
4.6.2 Отчисления на социальные нужды 70
4.6.3 Организационная структура проекта 71
4.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования .. 72
4.7.1 Динамические методы экономической оценки инвестиций 72
4.7.2 Чистая текущая стоимость (NPV) 73
4.7.3 Дисконтированный срок окупаемости 74
4.7.4 Внутренняя ставка доходности (IRR) 75
4.4 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций (PI) 77
4.5 Оценка сравнительной эффективности исследования 77
Г лава 5 Социальная ответственность 81
5.1 Введение 81
5.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 81
5.3 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней
опасного и вредного воздействия и устранению их при работе на ПЭВМ и
вакуумной установке 82
5.3.1 Организационные мероприятия 82
5.3.2 Технические мероприятия 83
5.4 Условия безопасной работы 85
5.5 Электробезопасность 90
5.6 Пожарная и взрывная безопасность 92
Заключение 96
Список использованной литературы 97
Приложение А 101
10
Глава 1.Способы получения тонких металлических покрытий 14
1.1 Термическое испарение 14
1.2 Магнетронное распыление 19
1.3 Магнетронное распыление из жидкой фазы 25
Глава 2 Экспериментальное оборудование 32
2.1 Схема экспериментальной установки 32
2.2 Измерение толщины пленок 35
2.3 Определение состава покрытий 36
2.4 Измерение шероховатости поверхности покрытий 38
2.5 Исследование адгезионной прочности покрытий 40
2.6 Измерение электрического сопротивления покрытий 41
Глава 3 Результаты эксперимента и их анализ 43
3.1 Скорость осаждения покрытий 43
3.2 Состав покрытий 46
3.3 Шероховатость поверхности медных пленок 47
3.4 Результаты измерения адгезии 47
3.5 Электропроводность пленок меди 51
Глава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 53
4.1 Предпроектный анализ 53
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 53
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции 53
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 53
4.1.3 SWOT-анализ 55
4.2 Оценка готовности проекта к коммерциализации 59
4.3 Инициация проекта 62
4.4 Планирование управления научно-техническим проектом 64
4.4.1 Иерархическая структура работ проекта 64
4.5.1 План проекта 66
4.5.2 Бюджет научно-исследовательского проекта 68
4.6 Основная заработная плата 69
4.6.1 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 70
4.6.2 Отчисления на социальные нужды 70
4.6.3 Организационная структура проекта 71
4.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования .. 72
4.7.1 Динамические методы экономической оценки инвестиций 72
4.7.2 Чистая текущая стоимость (NPV) 73
4.7.3 Дисконтированный срок окупаемости 74
4.7.4 Внутренняя ставка доходности (IRR) 75
4.4 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций (PI) 77
4.5 Оценка сравнительной эффективности исследования 77
Г лава 5 Социальная ответственность 81
5.1 Введение 81
5.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 81
5.3 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней
опасного и вредного воздействия и устранению их при работе на ПЭВМ и
вакуумной установке 82
5.3.1 Организационные мероприятия 82
5.3.2 Технические мероприятия 83
5.4 Условия безопасной работы 85
5.5 Электробезопасность 90
5.6 Пожарная и взрывная безопасность 92
Заключение 96
Список использованной литературы 97
Приложение А 101
10
Объектом исследования являются медные пленки, полученные с
помощью магнетронной распылительной системы с жидкофазной мишенью.
Цель работы – получить данные о влиянии режимов работы и
конструкционных материалов МРС с жидкофазной мишенью на свойства
медных покрытий.
В ходе исследования были получены медные тонкопленочные
покрытия, исследована их адгезия, шероховатость, состав и электрическое
сопротивление.
В результате обнаружено, что получение медных покрытий с
помощью МРС с жидкофазной мишенью и молибденового тигля происходит
быстрее в 20 раз по сравнению с работой МРС с охлаждаемой мишенью.
Выявлена зависимость адгезии, шероховатости поверхности и удельного
сопротивления медных покрытий от материала тигля. Наилучший результат
получен при использовании в качестве материала тигля вещества с
наименьшей степенью черноты (Мо).
Введение
Научно-техническое направление, связанное с получением и
применением тонких металлических пленок, за последние десятилетия
приобрело стремительный рост и во многих отраслях современного
производства занимает ключевые позиции [1-3]. Нанесение тонкоплёночных
покрытий даёт большие возможности по получению необходимых
поверхностных свойств изделий.
Тонкие пленки позволяют изменить химический состав и структуру
поверхности, её физические и химические свойства, степень чистоты
обработки поверхности и её микрогеометрию.
В настоящее время, использование тонких пленок в микроэлектронике,
СВЧ-технике, оптике и многих других отраслях науки и техники открывает
перспективы создания и совершенствования не только новых приборов, но и
целых технологических направлений. Тонкие пленки для физики
представляют интерес как объекты, на которых можно обнаружить новые
явления и закономерности поверхности или объяснить материала известные. Для виде техники их
исследование открывает комбинацивозможности разработки режими создания принципиально лини
новых приборов котороми технологий.
Пленки меди, наносимые в вакууме, широко применяются в
производстве дискретных полупроводников приборов и интегральных
микросхем, а также при изготовлении фотошаблонов – основного
технологического инструмента микроэлектроники [4-5]. Их принято считать
эталоном электрической проводимости и теплопроводности по отношению к
другим металлам.
Медные покрытия широко электропитания используются в микроэлектронике для
резистивных рабочие элементов интегральных маленькие схем и в качестве межсоединений, магнитную
контактных площадок, малаяобкладок конденсаторов. Т ипа12
Тонкопленочные проводящие материалы должны обладать
следующими свойствами: высокой электропроводностью, хорошей адгезией
к подложке, способностью к сварке или пайке, химической инертностью.
Во тигля многом свойства рисунке покрытий зависят небольшой от способа их получения.
Одним однородность из самых распространённых равномерное способов их нанесения вызывает являются
магнетронные коническойраспылительные системы (МРС). К такихих главным достоинствам
можно отнести: отсутствие метод капельной фазы (в разные отличие от термического
испарения с использованием такой вакуумно-дугового нагрева небольшой или дугового
распыления), ионное ассистирование поверхности, испарениевозможность производить
свинец осаждение покрытий схема на подложки большой счет площади и относительная поверхности
простота конструкции.
Однако для МРС характерны и недостатки: низкая скорость напыления
(по сравнению с дуговыми распылителями и термическим испарением в
вакууме), высокая степень примесей в осаждённых плёнках и низкая
энергетическая эффективность, за счет отвода мощности разряда системами
охлаждения. Следовательно, сегодня актуальными задачами в области
методов магнетронного распыления являются увеличение скорости
осаждения и равномерности нанесения, улучшения адгезионных свойств и
снижения количества вредных примесей в покрытиях.
В узле методе термического конической испарения котором скорость различной осаждения на порядок даной
больше, чем при использовании МРС. Достоинствами материала данногосоздают
метода является высокая жидкофазной чистота технологического малая процесса, отсутствие высокую
рабочего газа, являетсяа также возможность времянанесения тонких давлениепроводящих пленок поверхностныхиз
металлов и сплавов.
Однако комбинациметод термического получаемыхиспарения не является получаютсяуниверсальным, так
класификация как испарение возможность веществ с высокой тигель температурой плавления получаются вызывает рядметода
осложнений, а также ухудшаетпроигрывает МРС материалапо давлениеполучению пленок возбуждаетсяна подложки
большой процесеплощади.
Метод магнетронного материала распыления металлов котором из жидкой фазымагнитную
объединяет в себе случае достоинства термического испарения котором и магнетронного13
распыления. При класификация использовании МРС с жидкофазной причем мишенью скорость
осаждения постепеновыше (в керамическогоотличие от стандартного поверхностимагнетрона) за счет оксидатого, что отверстиямив
качестве катода используется металл насыпаетсяв тигле, который теплоизолируется от является
системы охлаждения котором и нагревается до температуры подложку испарения подплощадь
воздействием ионов такимплазмы. Преимущество МРС расплавленогос жидкофазной мишенью рисунке
от других систем высокую состоит в большей тиглем скорости напыления твердой плёнок, и
уменьшении тигель удельных затрат является энергии на удаление магнетроной атома мишени. Однако
данные устройства подробно еще не изучены
помощью магнетронной распылительной системы с жидкофазной мишенью.
Цель работы – получить данные о влиянии режимов работы и
конструкционных материалов МРС с жидкофазной мишенью на свойства
медных покрытий.
В ходе исследования были получены медные тонкопленочные
покрытия, исследована их адгезия, шероховатость, состав и электрическое
сопротивление.
В результате обнаружено, что получение медных покрытий с
помощью МРС с жидкофазной мишенью и молибденового тигля происходит
быстрее в 20 раз по сравнению с работой МРС с охлаждаемой мишенью.
Выявлена зависимость адгезии, шероховатости поверхности и удельного
сопротивления медных покрытий от материала тигля. Наилучший результат
получен при использовании в качестве материала тигля вещества с
наименьшей степенью черноты (Мо).
Введение
Научно-техническое направление, связанное с получением и
применением тонких металлических пленок, за последние десятилетия
приобрело стремительный рост и во многих отраслях современного
производства занимает ключевые позиции [1-3]. Нанесение тонкоплёночных
покрытий даёт большие возможности по получению необходимых
поверхностных свойств изделий.
Тонкие пленки позволяют изменить химический состав и структуру
поверхности, её физические и химические свойства, степень чистоты
обработки поверхности и её микрогеометрию.
В настоящее время, использование тонких пленок в микроэлектронике,
СВЧ-технике, оптике и многих других отраслях науки и техники открывает
перспективы создания и совершенствования не только новых приборов, но и
целых технологических направлений. Тонкие пленки для физики
представляют интерес как объекты, на которых можно обнаружить новые
явления и закономерности поверхности или объяснить материала известные. Для виде техники их
исследование открывает комбинацивозможности разработки режими создания принципиально лини
новых приборов котороми технологий.
Пленки меди, наносимые в вакууме, широко применяются в
производстве дискретных полупроводников приборов и интегральных
микросхем, а также при изготовлении фотошаблонов – основного
технологического инструмента микроэлектроники [4-5]. Их принято считать
эталоном электрической проводимости и теплопроводности по отношению к
другим металлам.
Медные покрытия широко электропитания используются в микроэлектронике для
резистивных рабочие элементов интегральных маленькие схем и в качестве межсоединений, магнитную
контактных площадок, малаяобкладок конденсаторов. Т ипа12
Тонкопленочные проводящие материалы должны обладать
следующими свойствами: высокой электропроводностью, хорошей адгезией
к подложке, способностью к сварке или пайке, химической инертностью.
Во тигля многом свойства рисунке покрытий зависят небольшой от способа их получения.
Одним однородность из самых распространённых равномерное способов их нанесения вызывает являются
магнетронные коническойраспылительные системы (МРС). К такихих главным достоинствам
можно отнести: отсутствие метод капельной фазы (в разные отличие от термического
испарения с использованием такой вакуумно-дугового нагрева небольшой или дугового
распыления), ионное ассистирование поверхности, испарениевозможность производить
свинец осаждение покрытий схема на подложки большой счет площади и относительная поверхности
простота конструкции.
Однако для МРС характерны и недостатки: низкая скорость напыления
(по сравнению с дуговыми распылителями и термическим испарением в
вакууме), высокая степень примесей в осаждённых плёнках и низкая
энергетическая эффективность, за счет отвода мощности разряда системами
охлаждения. Следовательно, сегодня актуальными задачами в области
методов магнетронного распыления являются увеличение скорости
осаждения и равномерности нанесения, улучшения адгезионных свойств и
снижения количества вредных примесей в покрытиях.
В узле методе термического конической испарения котором скорость различной осаждения на порядок даной
больше, чем при использовании МРС. Достоинствами материала данногосоздают
метода является высокая жидкофазной чистота технологического малая процесса, отсутствие высокую
рабочего газа, являетсяа также возможность времянанесения тонких давлениепроводящих пленок поверхностныхиз
металлов и сплавов.
Однако комбинациметод термического получаемыхиспарения не является получаютсяуниверсальным, так
класификация как испарение возможность веществ с высокой тигель температурой плавления получаются вызывает рядметода
осложнений, а также ухудшаетпроигрывает МРС материалапо давлениеполучению пленок возбуждаетсяна подложки
большой процесеплощади.
Метод магнетронного материала распыления металлов котором из жидкой фазымагнитную
объединяет в себе случае достоинства термического испарения котором и магнетронного13
распыления. При класификация использовании МРС с жидкофазной причем мишенью скорость
осаждения постепеновыше (в керамическогоотличие от стандартного поверхностимагнетрона) за счет оксидатого, что отверстиямив
качестве катода используется металл насыпаетсяв тигле, который теплоизолируется от является
системы охлаждения котором и нагревается до температуры подложку испарения подплощадь
воздействием ионов такимплазмы. Преимущество МРС расплавленогос жидкофазной мишенью рисунке
от других систем высокую состоит в большей тиглем скорости напыления твердой плёнок, и
уменьшении тигель удельных затрат является энергии на удаление магнетроной атома мишени. Однако
данные устройства подробно еще не изучены
Данная диссертационная работа посвящена исследованию осаждения
медных покрытий с помощью магнетронной распылительной системы с
жидкофазной мишенью. В работе были изучены скорость осаждения,
шероховатость и адгезия, состав покрытий и сопротивление пленок.
В результате проделанной работы можно сделать следующие основные
выводы:
1. При осаждении покрытий из МРС с жидкофазной мишенью скорость
напыления на порядок выше, чем у обычного МРС. Кроме того, на
скорость осаждения оказывает существенно влияние материал тигля.
Наилучший результат достигается при работе с молибденовым тиглем.
2. В составе покрытий не обнаружено никаких примесей, что доказывает
отсутствие распыления материала тигля.
3. Лучшими свойствами – наименьшей шероховатостью (11,8 нм) и
удельным сопротивлением (1,8∙10-6 Ом∙см) и наибольшей адгезией (9,8
Н) обладают медные покрытия, полученные с помощью МРС с
жидкофазной мишенью и молибденовым тиглем, работающей в режиме
самораспыления (0,01 Па)
медных покрытий с помощью магнетронной распылительной системы с
жидкофазной мишенью. В работе были изучены скорость осаждения,
шероховатость и адгезия, состав покрытий и сопротивление пленок.
В результате проделанной работы можно сделать следующие основные
выводы:
1. При осаждении покрытий из МРС с жидкофазной мишенью скорость
напыления на порядок выше, чем у обычного МРС. Кроме того, на
скорость осаждения оказывает существенно влияние материал тигля.
Наилучший результат достигается при работе с молибденовым тиглем.
2. В составе покрытий не обнаружено никаких примесей, что доказывает
отсутствие распыления материала тигля.
3. Лучшими свойствами – наименьшей шероховатостью (11,8 нм) и
удельным сопротивлением (1,8∙10-6 Ом∙см) и наибольшей адгезией (9,8
Н) обладают медные покрытия, полученные с помощью МРС с
жидкофазной мишенью и молибденовым тиглем, работающей в режиме
самораспыления (0,01 Па)