Химическое осаждение металлических пленочных микроструктур из паров летучих соединений металлов с помощью мощного высокочастотного наносекундного импульсного ультрафиолетового лазера Резникова, Елена Федоровна

Введение к работе

Актуальность темы. Первые работы по опробованию и изучению ла-іерно-индуцированного химического осаждения различных пленок из га-ювой фазы, в том числе и металлических, появились в начале 80-х годов. Общепринятая аббревиатура для обозначения этих процессов - LCVD Laser-induced Chemical Vapour Deposition).

Потенциальной областью использования этого процесса является од-юстадийная микролокальная и низкотемпературная металлизация изде-іий микроэлектронной промышленности. Металлические пятна и линии шкронных размеров, полученные методом пиролитического LCVD с по-.ющью сфокусированного излучения непрерывного лазера, используются іля ретуши дефектов фото- и рентгеношаблонов, дефектов проводящих ггруктур в интегральных микросхемах, для создания линий соединений іежду чипами. Металлические микроструктуры, полученные методом фо--олитического LCVD с использованием ультрафиолетового излучения УФ) импульсных эксимерных лазеров в проекционной оптической сис-еме, используются в качестве подслоя для метатлизации микросхем ме-одом селективного CVD.

В большей части работ анализируются вопросы фотолиза паров исход-шх летучих соединений металлов и фотолитического LCVD металличе-:ких пленок с помощью низкочастотных наносекундных импульсных эк-:имерных УФ лазеров, а также особенности пиролитического LCVD ме-гатлических линий с помощью непрерывных лазеров. Работ по исследова-іию термолиза исходных соединений в системе LCVD в наносекундном щапазоне длительностей лазерных воздействий, практически нет. Нет тримеров LCVD для многих металлов, даже для практически значимых. Многие летучие соединения метатлов не опробованы в качестве исходных.

В связи с этим актуальным является изучение процесса термолиза негодных летучих соединений метатлов, который происходит на поверхности раздела газ - твердое тело в наносекундном диапазоне длительностей )блучения и при плотности мощности 10⁶-ь10⁸ Вт/см² и приводит к прямо-try образованию металлических микроструктур на поверхности подложки.

Цель работы - изучение термохимических процессов, індуцированньїх на поверхности твердого тела мощным высокочастотным ганосекундным импульсным УФ лазером и приводящих к осаждению металлических пленочных микроструктур из паров летучих соединений металлов.

При этом решались следующие задачи:

1. Разработка и изучение процесса прямого одностадийного формиро-зания металлических (Pt, Ir, Au, Re, Си) пленочных микроструктур мето-

дом лазерно-индуцированного осаждения на подложку из паров летучих соединений этих металлов при атмосферном общем давлении газовой фазы и под действием излучения азотного лазера в проекционной оптической системе.

1. Исследование морфологии поверхности, толщины, геометрических размеров, адгезии, удельного сопротивления, рентгеновского контрасте и плотности осаждаемых металлических пленочных микроструктур в зависимости от варьируемых параметров процесса.

2. Физико-химическое моделирование данного варианта LCVD металлических пленочных микроструктур.

3. Разработка процесса прямого одностадийного формирования с использованием данного варианта LCVD трехмерных металлических микроструктур, имеющих заданную функцию толщины и геометрию на плоскости подложки.

Научная новизна работы

1. Впервые эксперимент&тьно изучены характеристики процесса осаждения металлических микроструктур под действием высокочастотногс наносекунднрго ультрафиолетового облучения поверхности подложи в проекционной оптической системе при импульсной плотности мощности 10⁶-И0⁸ Вт/с.м^: и при атмосферном давлении газовой фазы, состоящее из исходного соединения и газа-носителя.

2. Впервые обнаружены и изучены в широком интервале варьируемы> параметров пороговые явления в данном варианте LCVD металлических микроструктур: пороговая лазерно-индуцированная температура LCVE металла, эффект сплошной пленки.

3. Предложена физико-химическая модель данного варианта LCVE
металлических микроструктур, объясняющая наблюдаемые пороговые
явления. Показано, что осаждение сплошной металлической пленки про
исходит за счет термолиза адсорбированного слоя исходных молекул
степень заполнения которого больше 1.

4. Впервые найдены условия, позволяющие методом наносекундногс
LCVD формировать пленочные металлические микроструктуры с задан
ной функцией толщины при заданной геометрии на плоскости подложки.

Практическая значимость

3. Разработаны методы экспериментальных исследований процессої осаждения металлических пленочных микроструктур из паров летучи? соединений металлов при общем атмосферном давлении в реакционное камере и без реакционной камеры под действием излучения азотного лазе ра в проекционной оптической системе.

4. Проведенный комплекс исследований позволяет формировать на по верхности различных материалов низкоомные металлические пленочньк

шнии. а так же металлические пленочные трехмерные микроструктуры, которые могу т быть использованы в микро- и оптоэлектронике, в оптике л микромеханике.

3. Разработаны экспериментальные технологии ретуши проколов ри-:унка фото- и рентгенолитографических шаблонов, ретуши проколов оптических шкал и сеток, ретуши разрывов линий разводки микросхем.

На защиту выносятся

5. Методики и результаты исследования закономерностей процесса ла-зерно-индуцированного химического осаждения металлических пленоч-яых микроструктур из паров летучих соединений металлов при атмосферном давлении газовой фазы с использованием излучения мощного высокочастотного наносекундного импульсного УФ лазера в проекционной оптической системе.

6. Результаты изучения свойств полученных металлических пленочных микроструктур в зависимости от варьируемых параметров процесса.

3. Физико-химическая модель изученного процесса LCVD металличе-:ких микроструктур.

4. Способ прямого одностадийного LCVD пленочных металлических микроструктур, имеющих заданную функцию толщины при заданной "еомстрии на плоскости подложки.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИНХ СО РАН "Изучение химии простых и комплексных летучих соединений. Изучение механизма образования покрытий из благородных металлов и зависимости лх свойств от условий нанесения" (регистр. № 01860108864. "Разработка човых способов получения изделий, пленок и покрытий из платиновых металлов" (регистр. № 01819012167) и "Новые материалы и вещества -зснова создания нового поколения техники и технологии. Разработка методов получения и исследования пленочных материалов и многослойных лруктур". Шифр 10.2.1.3.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на ;ледующих конференциях: VI Всесоюзное совещание "Применение метал-тоорганических соединений для получения неорганических покрытий л материалов" (Нижний Новгород. 1991). IX Всесоюзная конференция 'Физика ВУФ и его взаимодействие с веществом" (Томск, 1991), Отраслевая научно-техническая конференция "Лазерная техника и технология" Брянск, 1991), XIV и XV Международные конференции по когерентной і нелинейной оптике (Ленинград, 1991. 1992), SPIE's International symposiums on Microlythography (Santa Clara, California. USA, 1995, 1996), международные конференции по применению синхротронного излучения

SR-94 и SR-96 (Новосибирск, 1994, 1996), 10^th European Conference on CVE (Venice. Italy, 1995), XVI Черняевское совещание по химии, анализу и технологии платиновых метатлов (Екатеринбург, 1996), 14^th International Conference andEUROCVD-11 (Paris, France, 1997).

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 6 статей. 7 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 170 страница* машинописного текста, включая 45 рисунков и 19 таблиц. Список литературы насчитывает 200 наименований.