Исследование свойств медных покрытий, полученных с помощью магнетрона с жидкофазной мишенью

Николаев, Михаил Вячеславович Научно-образовательный центр Б.П. Вейнберга (НОЦ Б.П. Вейнберга)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В процессе работы проводились экспериментальные исследования структуры, шероховатости, электрического сопротивления и поверхности покрытий, полученных при разных условиях осаждения
Осаждение медных покрытий из жидкой фазы с помощью МРС с испаряемой мишенью позволяет получить высокие скорости осаждения, низкое удельное электрическое сопротивление и хорошую адгезию пленок с подложкой по сравнению с осаждением из твердофазной МРС.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 11

1. Механизмы формирования тонких пленок ………………………………………………. 13

1.1 Процессы на поверхности подложки ………………………………………………….. 13

1.2 Адсорбция падающих НЧ ………………………………………………………………….. 15

1.3 Зародышеобразование……………………………………………………………………….. 16

1.4 Механизмы роста и микроструктура пленок ……………………………………….. 21

2. Способы получения тонкопленочных покрытий ……………………………………… 28

2.1 Термическое испарение в вакууме ……………………………………………………… 28

2.2 Магнетронное распыление ………………………………………………………………… 30

2.3 Магнетронная распылительная система c жидкофазной мишенью ……….. 32

3. Экспериментальное оборудование и методика измерений ……………………….. 34

3.1 Схема экспериментальной установки …………………………………………………. 34

3.2 Измерение шероховатости и толщины покрытий ………………………………… 37

3.3 Исследование адгезионной прочности покрытий ………………………………… 40

3.4 Измерение электрического сопротивления покрытий ………………………….. 41

3.5 Изучение структуры поверхности пленок …………………………………………… 42

3.6 Рентгено-структурный анализ ……………………………………………………………. 44

4. Результаты работы и их обсуждение ………………………………………………………. 45

4.1 Рентгено-структурный анализ ……………………………………………………………. 47

4.2 Шероховатость покрытий ………………………………………………………………….. 50

4.3 Структура покрытий …………………………………………………………………………. 53

4.4 Сопротивление покрытий ………………………………………………………………….. 54

4.5 Адгезия покрытий …………………………………………………………………………….. 55

5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …… 57
5.1. Предпроектный анализ …………………………………………………………………….. 57

5.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования ……………….. 57

5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………… 57

5.1.3. SWOT-анализ……………………………………………………………………………… 59

5.1.4. Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………. 60

5.2. Инициация проекта ………………………………………………………………………….. 62

5.3. План проекта …………………………………………………………………………………… 64

5.4 Бюджет научного исследования …………………………………………………………. 64

6. Социальная ответственность ………………………………………………………………….. 70

6.1. Анализ вредных производственных факторов. …………………………………… 70

6.2. Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и
вредного воздействия и устранению их влияния при работе на установке КВО
и ПВМ. ………………………………………………………………………………………………….. 72

6.2.1. Организационные мероприятия …………………………………………………… 72

6.2.2. Требования к ПЭВМ и организация работы. …………………………………. 72

6.2.3. Условия безопасной работы ………………………………………………………… 75

6.3. Электробезопасность ……………………………………………………………………….. 77

6.4. Пожарная безопасность ……………………………………………………………………. 78

6.5 Правила безопасной работы на установке КВО …………………………………… 80

Заключение ………………………………………………………………………………………………. 83

Список литературы …………………………………………………………………………………… 84

Приложение А ………………………………………………………………………………………….. 88

Технологии получения тонких пленок в настоящее время используются
во многих областях науки и техники: в электронике наносятся проводящие
покрытия для металлизации интегральных схем, в оптике применяются
поглощающие, отражающие и фильтрующие покрытия, в машиностроении
распространились износостойкие и защитные пленки, кроме того, возможно
использование для декоративных целей и получение теплосберегающих
покрытий.
Медные покрытия являются одним из самых распространенных
материалов, используемых в качестве проводящих слоев микросхем и силовых
элементов.
Долгое время металлические покрытия осаждались методом
термического испарения в вакууме [1], пока в 70-х годах прошлого века не
было изобретено магнетронное распыление [2]. Преимущество данного метода
перед предшественниками заключается в хорошей адгезии покрытия к
подложке, возможности нанесения при температурах вплоть до комнатных и
хорошей управляемости процесса. Однако, магнетронное распыление уступает
термическому испарению в скорости осаждения покрытий, что является
проблемой при желаемой толщине покрытия более 1 мкм. Объединение
положительных сторон двух технологий реализовано в жидкофазной
магнетронной распылительной системой (ЖМРС) [3].
Данная система работает за счет тепловой изоляции мишени от
охлаждаемой магнитной системы. Таким образом энергия от налетающих
ионов не уходит с охлаждающей жидкостью, мишень плавится и активируется
процесс испарения. В таком случае поток осажденных частиц состоит из
распыленных и испаренных атомов. Преимуществом ЖМРС перед другими
методами осаждения является высокая скорость осаждения (сравнимая с
термическим испарением) [4], пониженное рабочее давление, тепловой поток
на подложку за счет нагрева мишени, что возможно позволит получать пленки
с улучшенными свойствами. Но до конца не изучено влияние различного рода
воздействий на растущую пленку при таком интенсивном потоке вещества и
энергии.
В качестве воздействующих факторов рассматривается предварительный
нагрев подложки, который может привести к увеличению размера зерна тонкой
пленки; электрическое смещение на подложку, добавляющее в поток
распыленных и испаренных атомов ускоренные ионы с большей энергией;
мощность разряда, которая определяет поток тепла и вещества к подложке.
Таким образом, целью работы является получение данных о зависимости
свойств медных покрытий, полученных с помощью МРС с жидкофазной
мишенью, от режимов осаждения.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
покрытий;
 получить медные покрытия с помощью ЖМРС при разной
мощности, подаче электрического смещения на подложку и предварительном
нагреве подложек;
 исследовать адгезию, шероховатость, сопротивление, размеры зерна
и структуру поверхности;
 выявить закономерности влияния режимов осаждения на свойства
медных покрытий.
1. Механизмы формирования тонких пленок

Использование ЖМРС позволяет существенно увеличить скорость
осаждения медных покрытий. Так, при использовании молибденового тигля
можно достигнуть скоростей осаждения около 220 нм/с. Это в 10-20 раз
больше, чем у МРС с твердофазной мишенью. Полученные покрытия имеют
параметры решетки, соответствующие объемной меди. Обладают плотной
структурой, с минимальной пористостью.
Показано, что совокупность большого потока вещества и интенсивного
теплового излучения от разогретой мишени позволяют получать плотные
медные покрытия с хорошей адгезией и удельным сопротивлением ниже, чем
при осаждении методом МРС с твердофазной мишенью.
Предварительный нагрев подложки или электрическое смещение не
оказали положительного эффекта на структурные и функциональные свойства,
однако электрическое смещение (как и осаждение в среде аргона)
поспособствовали снижению шероховатости. Негативный эффект от
электрического смещения – снижение адгезии, но его можно устранить,
разогревая подложку перед напылением.

1. Технология тонких плёнок: Справочник. Т.1. / Под ред. Л. Майссела, Р.
Глэнга. М.: Сов. радио, 1977. – 664 с.;
2. Chapin J.S. Sputtering process and apparatus: United State Patent №4.166.018;
заявл. 3.01.1974; опубл. 28.08.1979;
3. Krutenat R.C. Vapor deposition by liquid-phase sputtering/ Krutenat R.C., Jesick
W.R. // Journal of Vacuum Science and Technology. – 1970. – V.7. – №1. –
P.40-44;
4. Yuryeva A. V. et al. Effect of material of the crucible on operation of magnetron
sputtering system with liquid-phase target //Vacuum. – 2017. – Т. 141. – С. 135-
138.
5. Vapour Deposition / Eds.: C.F. Powell, J.H. Oxley, J.M. Blocher, Jr. – NY: John
Wiley, 1966. – 725 p.
6. Crowell C. R., Sze S. M. Current transport in metal-semiconductor barriers
//Solid-state electronics. – 1966. – Т. 9. – №. 11-12. – С. 1035-1048.
7. Geppert D. V., Cowley A. M., Dore B. V. Correlation of Metal‐Semiconductor
Barrier Height and Metal Work Function; Effects of Surface States //Journal of
Applied Physics. – 1966. – Т. 37. – №. 6. – С. 2458-2467.
8. Петухов, В.Ю. Ионно-лучевые методы получения тонких пленок / В.Ю.
Петухов, Г.Г. Гумаров. – Казань : КГУ, 2010.
9. Палатник Л.С., Фукс М.Я., Косевич В.М. Механизм образования и
субструктура конденсированных пленок. М.: Наука, 1972. – 320 с.
10. Э.И. Точицкий Кристаллизация и термообработка тонких пленок. Минск:
Наука и техника. 1976. – 362 с.
11. Venables J.A., Spiller G.D.T., Hanbucken M. Nucleation and growth of thin films
// Rep. Prog. Phys. – 1984. – V. 47. – P. 399–459.
12. Bauer E. Chemisorbed Phases // Phase Transitions in Surface Films / Eds.: J.G.
Dash and J. Ruvalds. – N.Y: Plenum Press, 1980. – P. 267–315.
13. Григорьев Д.А., Кукушкин С.А. Механизмы и кинетика начальных стадий
роста пленок, выращиваемых методом химического газофазного осаждения
// Журнал технической физики. – 1998. – Т. 68. – № 7. – С. 111–117.
14. Barna P.B., Adamik M. Fundamental Structure Forming Phenomena of Poly-
crystalline Films and The Structure Zone Models // Thin Solid Films. – 1998. –
V. 317. – P. 27–33.
15. Petrov I., Barna P.B., Hultman L., Greene J. E. Microstructural evolution during
film growth // J. Vac. Sci. Technol. – 2003. – V. A 21. – № 5. – P. S117–S128.
16. Thompson C.V. Grain Growth in Thin Films // Annu. Rev. Mater. Sci. – 1990. –
V. 20. – P. 245–268.
17. Heiroth S., Frison R., Rupp J.L.M., Lippert T., Meier E.J.B., Gubler E.M., Dobeli
M., Conder K., Wokaun A., Gauckler L.J. Crystallization and grain growth
characteristics of yttria-stabilized zirconia thin films grown by pulsed laser
deposition // Solid State Ionics. – 2011. – V. 19. – P. 12–23.
18. Smith D. Thin-Film Deposition: Principles and Practice. – Boston: McGraw Hill,
1995. – 616 p.;
19. Введениевметодыполученияпленочныхэлектролитовдля
твердооксидных топливных элементов: монография / Л.А. Дунюшкина. –
Екатеринбург: УРО РАН, 2015. – 126 с.
20. Гимпельсон В.Д., Радионов Ю.А. Тонкопленочные микросхемы для
приборостроения и вычислительной техники. — М.: Машиностроение,
1976. — 328 с
21. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. – М.:
Радио и связь, 1982. – 70 с.
22. Кузьмичев А.И. Магнетронные распылительные системы. Книга 1:
Введение в физику и технику магнетронного распыления. – К.: Аверс, 2008.
– 244 с.
23. Bergmann E., Rosello D. Corrosion protection with «perfect» atomic layers
[Электронный ресурс] // Polymedia meichtry sa. – 2013. – Режим доступа:
http://www.polymedia.ch/OpArticles/view/57
24. Духопельников Д.В. Магнетронные распылительные системы: устройство,
принцип работы, применение. – М.: изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 54
с.;
25. Соловьев А.А. Устройства со скрещенными электрическими и магнитными
полями для нанесения тонкоплёночных покрытий на подложки большой
площади: дис. … канд. техн. наук. – Томск, 2007.– 218 с.;
26. Осаждение металлических пленок путем распыления из жидкой фазы / Б.С.
Данилин, М.В. Какурин, В.Е. Минайчев, В.В. Одиноков, В.К. Сырчин. –
Микроэлектроника, 1977.- с.84-87
27. Bleykher G. A., Borduleva A. O., Yuryeva A. V. The energy flux onto substrate
during coating deposition using magnetron with liquid metal target //Energy
Fluxes and Radiation Effects (EFRE-2016): International Congress, October 2–7,
2016, Tomsk, Russia.—Tomsk, 2016. – 2016. – С. 234.
28. Юрьева, Алена Викторовна. Расчет вакуумных систем: учебное пособие / А.
В. Юрьева; Национальный исследовательский Томский политехнический
университет (ТПУ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2012. — 111 с.
29. Трехмерный бесконтактный профилометр (Micro Measure 3D Station)
[Электронныйресурс].–Режимдоступа:
http://portal.main.tpu.ru/departments/centre/cism/prib/measure-3d;]
30. Трехмерный бесконтактный профилометр (Micro Measure 3D Station)
[Электронныйресурс].–Режимдоступа:
http://portal.main.tpu.ru/departments/centre/cism/prib/measure-3d;
31. Vickers indentation using CSM’s Micro Scratch Tester // Company «Anton Paar»:
[Электронныйресурс].–Режимдоступа:http://www.csm-
instruments.com/Vickers-indentation-using-CSMs-Micro-Scratch-Tester;
32. Keithley Instruments official site [Электр. ресурс] – Режим доступа:
http://www.keithley.com/ свободный. Дата обращения: 15.04.17
33. Аналитический электронный микроскоп Zeiss Supra 55/55VP [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: http://www.rusnanonet.ru/equipment/zeiss_supra55/;
34. The International Centre for Diffraction Data [Электронный ресурс]. – Режим
доступа: http://www.icdd.com/translation/rus/pdf4.htm;
35. Юрьева А.В. Осаждение металлических покрытий с помощью магнетрона с
жидкофазной мишенью: дис. канд. тех. наук. Томский политехнический
университет, Томск, 2017.
36. Solovyev, A.A., Oskirko, V.O., Semenov, V.A. et al. Journal of Elec Materi
(2016) 45: 4052. https://doi.org/10.1007/s11664-016-4582-6
37. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение:
учебно-методическое пособие / Н.А. Гаврикова, Л.Р. Тухватулина, И.Г.
Видяев, Г.Н. Серикова, Н.В. Шаповалова; Томский политехнический
университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2014. – 73 с.
38. Федеральный закон «Об основах охраны труда» от 17.07.1999 г. № 181-ФЗ.
39. СанПиН2.2.2/2.4.1340-03.Санитарно-эпидемиологическиеправилаи
нормативы «Гигиенические требования к ПЭВМ и организации работы».
40. ГОСТ 12.1.003-8. Шум. Общие требования безопасности. – ГОСТ 12.1.029-
80. Средства и методы защиты от шума.
41. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному,
искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных
зданий.
42. ГОСТ 12.2.085-82. Электробезопасность. Предельно допустимые значения
напряжений прикосновения и токов.
43. ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и
номенклатура видов защиты.
44. ГОСТ 12.1.004-78. «Пожарная безопасность. Общие требования»
45. ГОСТ 12.2.062-81. Оборудование производственное. Ограждения защитные.
46. ПБ10-115-96. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов,
работающих под давлением.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    user1250010 Омский государственный университет, 2010, преподаватель,...
    4 (15 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету

    Исследование структуры и свойств биоинертных сплавов системы Ti-Nb
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Кальций-фосфатные мишени для ВЧ-магнетронного осаждения биосовместимых покрытий
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)