Адгезия.

Одной из проблем тонкопленочной технологии в микроэлектронике и микросистемной технике является адгезия пленок. Кроме степени чистоты подложки, адгезия зависит от ряда других факторов: например, необходимо, чтобы взаимодействие между атомами пленки и подложки было достаточно сильным, что зависит от природы контактирующих материалов.

Адгезия усиливается, если при контакте образуется химическая связь или происходит взаимная диффузия материалов. Для достижения высокой адгезии применяют различные методы, например, между подложкой и пленкой наносят специальные слои, обладающие высоким

потенциалом взаимодействия как с подложкой, так и с пленкой. В качестве таких слоев в кремниевой технологии наиболее часто используют титан, хром и ванадий. В работе для повышения адгезии пленок никеля к кремнию предложен метод акустической стимуляции. При этом использование ультразвука позволило увеличить адгезию до 12 kg/cm2, что на треть выше по сравнению со стандартным методом осаждения из газовой фазы. Для повышения адгезии пленок используют также отжиг, который инициирует диффузионные процессы на межфазной границе. Однако далеко не всегда получаемые структуры можно нагревать до требуемой

температуры.

При нанесении различных жидких материалов на поверхность твердых тел происходит их смачивание, определяемое силами сцепления жидкости и поверхности твердого тела. Хорошее смачивание необходимо в процессах, для которых осуществляется взаимодействие жидкой среды с поверхностью (нанесение фотоэмульсии, жидких красителей, травление, лужение, пайка,

очистка химическими растворителями, пропитка и т. п.).

Смачивание проявляется в частичном или полном растекании капли жидкости, соприкасающейся с поверхностью смачиваемого тела. Капля жидкости на идеально гладкой, однородной, горизонтальной поверхности может вести себя по-разному.

Угол между касательной к поверхности жидкости и смоченной поверхностью твердого тела называется краевым углом. Этот угол всегда отсчитывается от касательной в сторону жидкости, иными словами, он определяет наклон поверхности жидкости к смоченной части поверхности твердого тела. Вершина краевого угла находится на линии смачивания – линии, вдоль которой соприкасаются все фазы, участвующие, в смачивании.

В зависимости от значения краевого угла различают три основных случая смачивания (рис. 4). При полном смачивании краевой угол не устанавливается: капля растекается в тонкую пленку. При ограниченном смачивании краевой угол острый. При несмачивании краевой угол тупой:

Рис.4. Поведение капли жидкости на твердой поверхности:

полное смачивание (а); ограниченное смачивание (б); несмачивание (в)

Адгезия различных пленок к подложкам позволяет получать качественные и надежные функциональные устройства, пассивирующие слои и декоративные покрытия РЭС.

Например, при осаждении металлической пленки на поверхность подложки, изготовленной из оксидов тех и иных элементов (SiO₂,Al₂O₃, ZrO₂) или из композиций, важным фактором для адгезии является средство осаждаемого металла к кислороду и возможность образования химических связей Me – O.

Сила адгезии по всей поверхности подложки одинакова, если поверхность однородна, т. е. ее рельеф и чистота постоянны. На молекулярном (атомном) уровне практически любая поверхность неоднородна. Шероховатость (степень неоднородности рельефа) поверхности уменьшает силу адгезии (рис. 5).

Рис. 5. Схемы адгезии частиц пленки на поверхности подложки:

адгезия при шероховатости, соизмеримой с размерами зерен пленки (а);

адгезия при шероховатости, меньшей размеров зерен пленки (б);

адгезия при идеально гладкой поверхности (в)

Такой же вывод можно сделать и относительно чистоты поверхности. При малых размерах частицы пленки могут "грунтовать" поверхность, обеспечивая хорошую адгезию последующих слоев. Для получения хорошей адгезии слабо адгезирующего материала промежуточные слои формируют из веществ, имеющих хорошую адгезию к подложке и материалу пленки. Вещества, обеспечивающие высокую адгезию, называют адгезивами.

Физическая (пыль, вода, жиры) и химическая (оксиды, карбиды, нитриды) чистота поверхности может влиять на адгезию вещества как в положительную (увеличения), так и отрицательную (уменьшения) сторону в зависимости от физико-химических свойств загрязняющего материала. В большинстве случаев пыль, вода и жиры, создавая неровность и поры на границе раз-дела пленки и подложки, снижают адгезию пленки.

Дата добавления: 2015-08-05