Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение
Высшегопрофессионального образования
Нижегородскийгосударственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Кафедра Физика итехнология материалов и компонентов электронной техники
Отчет поознакомительной практике
РУКОВОДИТЕЛЬ
Воротынцев И. В.
Студент
Тюрина А.А.
О7—МТЭ—1
Содержание
1 История предприятия. 3
2. Структура предприятия. 7
3. Теоретическая часть. 9
3.1 Введение. 9
3.2 Получение тонких плёнок. 10
3.3 Формированиедиэлектрических слоёв. 10
3.3.1 Осаждение тонких плёнок ввакууме. 11
3.3.2 Ионное (катодное),ионно-плазменное, магнетронное и ионно-термическое распыления. 11
3.4 Методы определения толщиныплёнок. 15
3.4.1 Метод кварцевоговибратора. 15
3.4.2 Резистивный и ёмкостныйметоды… 16
3.4.3 Метод эллипсометрии. 16
3.4.4 Ионизация молекулярногопотока. 16
4. Практическая часть. 18
4.1 Технологические процессынапыления тонких плёнок. 18
4.2 Материалы, используемые длянапыления резистивных плёнок. 18
4.3 Технические требования ктехнологическим процессам напыления. 19
4.4 Технические данные. 21
4.5 Принцип работы установкиУВН-75П-1. 23
4.6 Схема установки УВН–75П–1. 24
4.7 Напыление слоёв хрома, медина лицевую и обратную стороны подложки 25
4.8 Измерение удельногоповерхностного сопротивления сплошных резистивных слоёв 27
Выводы… 29
Список литературы… 30
1 История предприятия
В 1946 году заводу № 197 поручается модернизация РЛС П-3,для чего создаётся специальная лаборатория под руководством Е. В. Бухвалова.
Официальной датой основания предприятия считается 30сентября 1947 года, создаётся Специальное конструкторское бюро ГосударственногоСоюзного ордена Ленина завода № 197 (позднее – Горьковского телевизионногозавода им. В. И. Ленина, ныне – ОАО «НИТЕЛ»). C 1966 годапреобразуется в самостоятельное предприятие — КБ ГТЗ им. В. И. Ленина. В 1981году переименован в Горьковский НИИ радиотехники (ГНИИРТ), в 1990 послепереименования города Горького предприятие приобрело современное название. С 1999года предприятию присвоен статус Федерального научно-производственного центра(ФНПЦ).
С 1947 по 1952 г. коллектив разработал 10 типов имодификаций радиостанций, одна из них отмечена Государственной премией. С 50-хгг. предприятие специализируется на разработке радиолокационных средств. Послезавершения в 1948 г. разработки РЛС П-3А на предприятии создаются перваяотечественная РЛС П-8 (1950 г.) с индикатором кругового обзора и простейшейаппаратурой защиты от пассивных помех (СДЦ), РЛС П-10 (1951 г.) с перестройкой частоты, РЛС П-12 (1955 г.) с когерентно-компенсационной аппаратурой СДЦ, РЛСП-12М (1956 г.), первая высокопотенциальная РЛС П-14, РЛС П-12МП (1959 г.), П-12МА (1960 г.), автоматизированный радиолокационно-связной комплекс П-95 (1963 г.), РЛС П-12НП ( 1965 г.), П-14Ф (1966 г.), одна из первых в мире РЛС П-70 метрового диапазонаволн с ЛЧМ зондирующим сигналом, АРЛСК П-96 (1968 г.), РЛС П-18 (1970 г.), РЛС 5Н84А (1974 г.) с корреляционным автокомпенсатором, перваяотечественная трехкоординатная РЛС 5Н69 (1975 г.) дециметрового диапазона волн с частотным качанием луча, РЛС 44Ж6 (1979 г.), первая в мире подвижная трехкоординатная РЛС 55Ж6 метрового диапазона волн, РЛС 1Л13 (1982 г.).
3а 60 лет предприятием создано более 35 типов имодификаций РЛС. Они выпущены общим объемом около 17 тыс. единиц и составляютоснову радиолокационного поля ПВО. Около трех тысяч РЛС, разработанныхпредприятием, поставлено в более чем 50 стран. С 1995 г. ННИИРТ в кооперации с предприятиями страны осуществляет серийное изготовление своихразработок.
ННИИРТ — единственное в мире предприятие, где разработаныи развиваются уникальные технологии создания и производства локаторов метровогодиапазона волн, способных достаточно эффективно обнаруживать объекты,изготовленные с применением
СТЕЛС-технологий. Пять типов РЛС удостоены Ленинской иГосударственных премий. В их числе Государственная премия РФ 2002 г. в области науки и техники за создание, внедрение в производство и эксплуатациютрехкоординатной РЛС метрового диапазона волн 55Ж6-У с цифровой фазированнойантенной решеткой (ФАР).
Одна из последних разработок института в метровомдиапазоне волн — первая высокомобильная РЛС 1Л119 обнаружения аэродинамическихи баллистических целей метрового диапазона волн с активной ФАР принята навооружение в 2003 г.
Продукция ННИИРТ, как правило, не имеет отечественных изарубежных аналогов или значительно превосходит их по основным характеристикам.Таковы мобильная трехкоординатная РЛС 59Н6 (1997 г.) дециметрового диапазона волн, бортовая РЛС Э-801 (1995 г.) на вертолете Ка-31 для обнаружения воздушных и надводных объектов. Коллективом института разработан, изготовлени испытан образец принятой на вооружение в 2005 г. РЛС 52Э6, в которой впервые с использованием новейших информационных технологий реализованметод локации «на просвет» для обнаружения малозаметных низколетящихобъектов. В 2000 г. разработан и тиражируется монтажный комплект аппаратуры длямодернизации непосредственно в войсковых условиях самой массовой в мире РЛСП-18 метрового диапазона волн средних и больших высот обнаружения. В 2005-2006гг. успешно завершены государственные испытания 3 РЛС последнего поколения.
Предприятие — один из лидеров радиоэлектронной отрасли,работает в интересах отечественных и зарубежных заказчиков, поставляет радарыдля различных видов Вооруженных Сил (ВВС, СВ, ВМФ). За последнее десятилетие вННИИРТ организованы новые высокотехнологичные производства и сотни рабочихмест, модернизированы основные производственные фонды
За высокие достижения в радиолокации и укреплениеобороноспособности страны ННИИРТ в 1997 г. удостоен благодарности президента РФ. 40 работников предприятия стали лауреатами Ленинской и Государственныхпремий, около 400 отмечены государственными наградами и почетными званиями.Учеными и специалистами ННИИРТ опубликовано более 1000 научных работ.
По итогам 2006 г. институт вошел в число лауреатовконкурса «Элита Нижегородского бизнеса». Ряд работ, созданных запоследние годы, удостоен наград международных конкурсов изобретений,проведенных во Франции, Бельгии и России
ННИИРТ отмечен медалью и дипломом победителя VIIВсероссийского конкурса «1000 лучших предприятий и организацийРоссии», дипломами победителя VI Всероссийского конкурса «Российскаяорганизация высокой социальной эффективности» и «Лучшая российскаякадровая служба-2006» II Всероссийского конкурса кадровых служб.
Деятельность института имеет большое значение длясоциально-экономического развития региона и страны, т. к. обеспечиваетзанятость тысяч инженерно-технических работников и рабочих разныхспециальностей непосредственно в институте и на предприятиях-соисполнителях,расширение и модернизацию производственных мощностей, стимулирует развитиеакадемической и отраслевой науки, подготовку учебными заведениями НижнегоНовгорода специалистов широкого спектра профессий и специальностей.
ОАО «Федеральный научно-производственный центр„Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники“ (ННИИРТ) — одноиз ведущих российских предприятий по разработке и изготовлению радиолокационныхстанций, расположенное в Нижнем Новгороде.
С 2007 года указом Президента РФ федеральныйнаучно-производственный центр ННИИРТ входит в состав Концерна ПВО «Алмаз-Антей».
2. Структура предприятия
Предприятие выполняет работы по всему жизненному циклусоздаваемой продукции (прикладные научные исследования, опытно-конструкторские разработки,серийное производство, гарантийное обслуживание, модернизация фирменный ремонт,также выполняется утилизация устаревшей военной техники). За последнеедесятилетие в ННИИРТ организованны новые высокотехнологические производства исотни рабочих мест. Здесь работают филиалы кафедр ведущих вузов НижнегоНовгорода.
Структура предприятия состоит из нескольких базовыхотделений: конструкторское, схемотехническое, производственное, технологическоеи отделение по испытанию опытных образцов. Рассмотрим их более подробно.
В конструкторском отделении трудится большой отрядспециалистов. Здесь уделяют особое внимание освоению и внедрению самыхпрогрессивных методов разработки конструкций, обеспечивающих требуемыетехнические параметры, обладающие высокой надёжностью в экстремальныхситуациях, имеющие высокую технологичность и степень унификации.
Схемотехническое отделение- мозг предприятия. Здесьрождаются идеи, материализуется процесс разработки, запускается процесссоздания высокотехнологичной продукции на основе достижений радиоэлектроники иинформационных технологий.
Производство оснащено уникальными производственнымицентрами, станками с программным управлением и высокоавтоматическими участкамипрецизионной механообработки, новейшим оборудованием для сборки сложнойрадиоэлектронной аппаратуры.
Технологическое отделение – является одним из крупнейшиххорошо оснащенных подразделений предприятия. Существенная часть потехнологической подготовки производства связанна с разработкой прикладныхпрограмм для автоматизированного оборудования.
Исследовательская база включает в себя:
1. Стендовое оборудование на базе современнойкомпьютерной техники;
2. Испытательный полигон с развитой инфраструктурой;
3. Испытательный комплекс для проведения механических,климатических и термических испытаний радиоаппаратуры.
3. Теоретическая часть
3.1 Введение
В плёночных интегральных микросхемах элементы создаютсяосаждением тонких (тонкоплёночные ИС) или толстых (толстоплёночные ИС) плёнокна специальные платы из диэлектрических материалов – подложки. Подложка служитмеханическим основанием ИС и, будучи диэлектриком, изолирует её элементы. Наоснове напыленных плёнок в настоящее время изготавливают только пассивныеэлементы. Плёночные схемы, дополненные активными элементами принято называть гибриднымиИС (ГИС). Активные элементы в этих схемах крепятся на подложке методомнавесного монтажа.
Такая технология изготовления ИС, при которой пассивные иактивные элементы создаются по двум не зависимым друг от друга циклам, приводитк ряду преимуществ, которые обусловили широкое применение и использование ГИС.Гибридные ИС характеризуются простотой изготовления, малой трудоёмкостью,непродолжительностью производственного цикла и в силу этого низкой стоимостью.
Многоуровневое расположение пассивных элементов ииспользование в качестве активных элементов полупроводниковые ИС расширяютвозможности схемотехнической разработки при создании БИС.
Технология изготовления тонких и толстых плёнок позволяетсоздавать прецизионные резисторы и конденсаторы, в силу чего гибриднаятехнология предпочтительнее в схемах с повышенной точностью пассивныхэлементов.
Интегральные микросхемы, работающие в СВЧ диапазоне такжесоздаются по гибридной технологии. При этом исключается трудности связанные сизоляцией элементов толстыми диэлектрическими слоями, неизбежной, если СВЧ ИСвыполняется как полупроводниковая.
Толстоплёночную технологию целесообразно использовать приразработке мощных ИС, работа которых сопровождается большим выделением тепла.
3.2 Получение тонких плёнок
В современной технологии изготовления интегральныхмикросхем тонкие пленки (толщиной до 5 мкм) нашли широкое применение ивыполняют разнообразные функции. В полупроводниковых ИС тонкие диэлектрическиепленки используются как маскирующие покрытия для получения локализованныхлегированных областей.
В тонкопленочных ИС на основе самих пленок образуютсяпассивные элементы. При этом применяются тонкие пленки из материалов с высокойэлектропроводностью, диэлектрические и резистивные пленки. Тонкиедиэлектрические пленки создают диэлектрическую изоляцию между различными слоямив схемах многоуровневой металлизацией. Нанесённые на поверхность готовой схемы,они защищают от механических повреждений. Тонкие плёнки металлов связываютмежду собой активные и пассивные элементы, образуют контактные площадки. Крометого, в полупроводниковой и тонкоплёночной технологии плёнки используются кактехнологические элементы в процессе изготовления схем, например, в качествеконтактных масок при диффузии и напылении. Существует множество методовполучения тонких плёнок: термическое окисление кремния, термическое вакуумноенапыление, ионно-плазменное напыление и т.д. Каждый из этих методов имеет своипреимущества и недостатки.
3.3 Формирование диэлектрическихслоёв
Формирование диэлектрических слоев может происходитьвследствие прямого химического взаимодействия компонентов окружающей(технологической) среды с атомами обрабатываемой подложки – структуры и какрезультат «принудительного» осаждения материала из внешней атмосферыпри пиролизе, ионно-плазменном, плазмохимическом или ином методе активацииобразования новой фазы. Первый тип реакций характерен для системы Si – SiO2 активноевзаимодействие кремния с кислородом обусловливает наличие на монокристаллахкремния естественного слоя диоксида толщиной (2-5) нм. Реакции второго типапозволяют формировать диэлектрические слои (например SiO2) не только накремнии, но и на кристаллах других полупроводников, не имеющих собственныхокислов с хорошими маскирующими свойствами, в частности Gе, GаАs и др.
3.3.1 Осаждение тонких плёнок ввакууме
Вакуумное напыление — относительно простой метод, которыйпри выполнении определенных условий позволяет получать тонкие пленки различныхматериалов высокой чистоты и заданного структурного совершенства. Процессзаключается в генерации потока частиц, направленного на подложку, ихконденсации и образования последовательности слоев пленочного покрытия (Рисунок3).
/>
Рисунок 3 – Схема термического испарения в вакууме: 1-колпак; 2 — нагреватель; 3 — подложкодержатель; 4 — подложка; 5 — заслонка; 6 — испаритель; 7 — уплотнительная прокладка; 8 — опорная плита установки
3.3.2 Ионное (катодное),ионно-плазменное, магнетронное и ионно-термическое распыления
При ионном процессе осаждения тонких пленок напыляемыйматериал используется в качестве катода в системе с тлеющим разрядом в инертномгазе (Аг или Хе) при давлении 1-10 Па и напряжении в несколько киловольт.
Подложка, на которую напыляют пленку, располагается нааноде. Положительные ионы газа, возникающие в разряде, ускоряются по направлениюк катоду и достигают его с большой энергией; ее возрастание происходит вприкатодной области (рисунок 4).
/>
Рисунок 4 –. Схема ионного (диодного илидвухэлектродного) распыления: 1- колпак; 2 — распыляемая мишень; 3-подложка; 4-подложкодержатель (анод); 5 — столб положительного заряда
В результате ионной бомбардировки материал катода(мишень) распыляется в основном в виде нейтральных атомов, но частично и в видеионов. Распыленное вещество конденсируется на всей внутренней поверхностирабочей камеры, включая подложку — анод.
Достоинством диодного метода ионного распыления посравнению с термовакуумным является то, что большая площадь мишени позволяетполучать равномерные по толщине пленки на подложках любого диаметра, этообеспечивает реализацию группового автоматизированного метода осаждения слоев. Нарядус диодными существуют триодные системы, называемые также ионно-плазменными(Рисунок 5).
/>
Рисунок 5. Схема триодного распыления: 1- колпак; 2 — катод — мишень; 3 — подложка; 4 — анод; 5 — термокатод
Магнетронные системы ионного распыления — этоусовершенствованные диодные, в которых в прикатодной области, наряду сэлектрическим, существует кольцеобразное магнитное поле, и эти поля направленыперпендикулярно друг другу (Рисунок 6).
/>
Рисунок 6 — Схема движения зарядов в (а) диодной и (б)магнетронной системах
Основными достоинствами этого метода осаждения металлов,полупроводников и диэлектриков являются высокая скорость напыления пленок схорошей адгезией с подложками и минимальными загрязнениями фоновыми примесями.
Метод ионно-термического испарения — это комбинациятермически стимулированного испарения вещества и ионного распыления,реализуемая в нескольких вариантах:
1) резистивное или электронно-лучевое испарение веществас последующей ионизацией его паров в плазме рабочего газа;
2) испарение вещества разогревом в ВЧ — поле содновременной высокочастотной ионизацией его паров.
В обеих схемах движение ионов испаряемого вещества кподложке и осаждение на ней обусловлены действием электрического поля междуиспарителем и подложкой. В зависимости от состава осаждаемых слоев, которыйможем быть достаточно сложным (например нитриды, карбиды и др.), их структуры истепени адгезионной связи с подложкой, к последней может прикладыватьсяпотенциал до 10 кВ. Наличие электрического поля высокой напряженности во времянапыления позволяет осуществлять процесс с большими скоростями без нагреваподложек до высоких температур.
В заключение необходимо отметить, что универсальныхметодов осаждения тонких пленок для любых комбинаций материалов пленки иподложки с различными физико-химическими свойствами на сегодня не существует.Конкретный метод осаждения должен выбираться и отрабатываться по режимам иусловиям проведения для данного типа микроэлектронного устройства всоответствии с его функциональным назначением. Выбор того или иного способаосаждения определяется заранее на этапах проектирования и моделированиятехнологии изготовления устройств с необходимым выполнением требований похимическому составу, чистоте, структуре, стехиометрии, морфологии поверхности ифизическим свойствам пленок.
3.4 Методы определения толщиныплёнок
Методы определения толщины пленок весьма разнообразны.Гравиметрические методы (микровзвешивание, метод кварцевого резонатора)основаны на измерении масс тонкопленочных покрытий, по которым затемрассчитываются толщины. Оптические методы основаны на интерференции, посколькутолщины пленок по порядку величины близки к длинам волн оптического излучения.Из других оптических методов важное значение в технологии микроэлектронныхприборов приобрела так называемая эллипсо-метрия. Используются такжеэлектрические методы (в основном контроль электрического сопротивления дляпроводящих пленок и емкости для диэлектрических) и ряд других.
Свойства тонких пленок очень чувствительны к технологииих изготовления. Пленки, имеющие одинаковую толщину, в зависимости от условийих получения могут иметь совершенно различные удельные сопротивления,температурные коэффициенты сопротивления, диэлектрические потери, коэффициентыпоглощения света и т. п. Поэтому в технологии ИС часто более важно не измерениетолщины пленки после ее получения, а возможность управлять толщиной в процессенанесения.
3.4.1 Метод кварцевого вибратора
Основан на измерение отклонений резонансной частотыпьезоэлектрического кварцевого вибратора. Отклонение обусловлено изменениеммассы кварцевой пластины при напылении на неё тонкой плёнки. Пьезоэлектрическиесвойства пластин кварца в первую очередь определяются кристаллографическойориентацией срезов по отношению к главным осям монокристалла. Все величиныфигурирующие в формуле определения толщины плёнки являются известнымипараметрами кварцевой пластины и определены с некоторой погрешностью.
3.4.2 Резистивный и ёмкостныйметоды
Эти методы контроля толщины плёнок основаны либо наизмерении сопротивления (для плёнок проводящих материалов) либо ёмкости (дляплёнок диэлектрических материалов). Данный метод можно применятьнепосредственно в момент проведения процесса напыления. Для измерения толщиныплёнки в рабочее пространство установки напыления рядом с рабочей подложкойустанавливают контрольную непроводящую подложку на края которой заранеенанесены проводящие контакты. Эта пластина включается в плечо мостовой схемы. Подисбалансу мостовой системы определяют процесс роста плёнки.
Недостатком метода является отсутствие точных данных обудельном сопротивлении плёнки, которое может значительно отличаться отудельного сопротивления объёмного образца. Поэтому этот метод удобноиспользовать в тонкоплёночной технологии, когда необходимо измерять не толщинуплёнки, а её удельное сопротивление.
3.4.3 Метод эллипсометрии
Метод основан на изменении поляризации света приотражении от тонкой прозрачной поверхности. При освещении подложкилинейно-поляризационным светом составляющие излучения отражаются по-разному, врезультате чего свет получается эллептически поляризованным. Измеривэллептичность отражённой волны, можно определить свойства плёнки.
3.4.4 Ионизация молекулярногопотока
Принцип действия приборов для измерения скоростиосаждения пленок основан на частичной ионизации паров напыляемого вещества иизмерения полученного тока, пропорционального плотности молекулярного потока,проходящего через рабочий объем датчика. Для разделения молекулярного потока иостаточных газов, используется модуляция молекулярного потока. В измерительномприборе переменная составляющая ионного тока датчика, пропорциональная скоростиосаждения испаряемого вещества, выделяется, усиливается, детектируется иподается на стрелочный индикатор, показания которого пропорциональны скоростиосаждения, и на цифровой интегратор, фиксирующий толщину осажденной пленки.
4. Практическая часть
4.1 Технологические процессынапыления тонких плёнок
Классификация применяемых технологических процессов
1.1 Получение резистивных высокоомных слоёв из порошкасплава РС-3710 методом взрывного испарения и методом ионно-плазменнногораспыления мишени сплава РС-3710 в вакууме.
1.2 Получение резистивных низкоомных слоёв хрома маркиЭРХ методом термического испарения в вакууме.
1.3 Получение резистивных низкоомных слоёв методомионно-плазменного распыления мишени сплава МНКВ в вакууме.
1.4 Получение резистивных низкоомных слоёв нихрома маркиХ20Н80 методом термического испарения в вакууме.
1.5 Получение проводящих слоёв меди с адгезионннымподслоем хрома методом термического испарения в вакууме.
4.2 Материалы, используемые длянапыления резистивных плёнок
Материалы, используемые для напыления резистивных плёнок,приведены в таблице 1.
Таблица 1– Материалы, используемые для напылениярезистивных плёнокНаименование материала ГОСТ, ОСТ, ТУ Документы, разрешающие применение материала 1 Сплав РС-3710 (порошок) ГОСТ 22025 РД 107.460084.200 2 Сплав РС-3710 (мишень) ЕТО 032.547 ТУ ОСТ 4.054.074 3 Хром электролитический рафинированный марки ЭРХ ТУ 14-5-76 ОСТ ИГО.0140.224 4 Сплав МНКВ (мишень) АУЭ 0.021.000 ТУ РД 107.460084.200 5 Нихром Х20Н80 ГОСТ 12766,1 ОСТ 107.750878.001
Материалы, используемые для напыления проводящего слояприведены в таблице 2.
Таблица 2– Материалы, используемые для напыленияпроводящего слояНаименование материала ГОСТ, ОСТ, ТУ Документы, разрешающие применение материала 1 Хром электролитический рафинированный марки ЭРХ ТУ 14-5-76 ОСТ ИГО.010.224 2 Медь вакуумплавленная МВ бко.028.007 ТУ ОСТ 107.750878.001 3 Никель ГОСТ 2170 ОСТ 4.054.074
4.3 Технические требования к технологическимпроцессам напыления
1 Величина удельного поверхностного сопротивлениярезистивных слоёв должна соответствовать конструкторской документации и РД107.460084.200.
2 Слои, получаемые по технологическим процессам, основныеданные которых приведены в таблицах 3и 4, должны быть без царапин, вздутий,отслоений и трещин. Допускаются дефекты, обусловленные дефектами поверхностиподложки, разрешёнными техническими условиями на подложке.
3 Отжиг испарителей производить непосредственно передповедением операции напыления.
4 Платы с напылёнными слоями можно хранить в эксикаторе ссиликагелем не более трёх сутиок или не более сорока суток с момента напыленияв шкафу с защитной средой.
5 Толщина адгезионного подслоя должна быть от 0,03 до0,08 мкм.
6 Толщина напылённого слоя меди на лицевой сторонеподложки должна быть от 0,00 до 0,00 мкм.
7 При проведении технологических операций, подложкиследует брать пинцетом на расстоянии не более двух ипллметров от края.