Разработка устройства управления для повышения адгезии тонких металлических пленок в многослойной тонкопленочной структуре

Рис.1.Структурная схема работы устройства

Решаемая проблема: Повышение качества и надежности многослойных тонкопленочных структур

Стадия проекта: Прототип (prototype)

Требуемые инвестиции: 400 000

Требуемые компетенции: Инженеры

В настоящее время  развитие производства изделий электронной техники характеризуется повышенным вниманием к тонкопленочной технологии, в которой коммутационные дорожки наносятся на диэлектрические подложки при помощи определенного комплекса технологических операций. Основными операциями являются нанесение тонких пленок в вакууме и процессы литографии. Сегодня тонкопленочная технология используется при производстве интегральных схем, СВЧ приборов и приборов функциональной электроники различного назначения.

Адгезия пленок между собой и пленок с подложкой является одним из основных параметров, который определяет качество изделий и их надежность. Ранее группой с моим участием был предложен способ повышения межслойной адгезии в многослойной тонкопленочной структуре (подана заявка на получение патента РФ). Он заключается в том, что между двумя соседними функциональными слоями вводится третий – переходный слой, представляющий собой твердый раствор материалов соседних слоев, с управляемо изменяющимся составом.  Изменение состава этого переходного слоя формируется путем управления изменением мощности блоков питания магнетронов во времени. Данный способ был апробирован  на примере структуры Cu/Cr/C48-3, исследования которой показали, что адгезия тонких пленок меди (Cu) к пленкам хрома (Cr) и к подложке из стекла (C48-3) увеличилась в два раза по сравнению с такой же структурой, приготовленной по стандартной технологии. Однако существующее на сегодняшний день вакуумное оборудование для магнетронного нанесения пленок не позволяет в полной мере реализовать на нем предложенный способ. В связи с этим, при проведении вышеуказанных исследований управление работой магнетронов осуществлялось вручную, что не позволяло с заданной точностью связанно управлять токами разрядов магнетронов с мишенями из материалов соседних слоев вышеуказанной многослойной структуры. Тем не менее, даже при таком управлении был получен эффект значительного увеличения адгезии. Возникла необходимость в создании устройства, реализующего предложенный способ повышения адгезии в полной мере.

Цель работы – разработать патентоспособное устройство для повышения адгезии тонких металлических пленок в многослойной тонкопленочной структуре.

Задачи, направленные на достижение поставленной цели:

1) разработать принципиальную электрическую схему устройства для повышения адгезии тонких металлических пленок в многослойной тонкопленочной структуре;

2) разработать конструкцию устройства для повышения адгезии тонких металлических пленок в многослойной тонкопленочной структуре;

3) разработать комплект технической документации на устройство для повышения адгезии тонких металлических пленок в многослойной тонкопленочной структуре, и осуществить его изготовление;

4) провести исследование влияния режимов напыления тонких металлических пленок в многослойных тонкопленочных структурах на их адгезионную способность к соседним слоям и к подложкам с использованием разработанного устройства для повышения адгезии тонких металлических пленок в многослойной тонкопленочной структуре;

5) произвести программную корректировку работы устройства для повышения адгезии тонких металлических пленок в многослойной тонкопленочной структуре;

6) создать базу алгоритмов формирования многослойных тонкопленочных структур с повышенной адгезией;

7) подготовить заявку на выдачу патента на полезную модель.

Структурная схема патентоспособного устройства для повышения адгезии тонких металлических пленок в многослойной тонкопленочной структуре представлена на рис. 1. Эта схема включает микроконтроллер Аtmega 128, который, в зависимости от типа блоков питания магнетронов, при помощи интерфейса RS-485 либо цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) управляет связанной работой этих блоков питания. Блок ввода, состоящий из набора кнопок, предназначен для задания режимов работы разрабатываемого устройства. Блок индикации служит для отображения заданных режимов работы устройства, а USB-интерфейс – для отладки и диагностики. Flash-память предназначена для записи готовых алгоритмов формирования многослойных тонкопленочных структур с повышенной адгезией. Также имеется возможность изменения режима работы по сигналу, принятому с блока измерения параметров пленки в процессе ее формирования (например, толщины пленки). Устройство управления имеет два режима работы:

  • ручное управление;
  • управление по алгоритмам, записанным на flash-память