WorldodTech

Электролитическое осаждение – осаждение пленок из водных растворов солей металлов (электролитов) под действием электрического тока, которое осуществляется в специальных электролитических ваннах, заполненных электролитом и содержащих два электрода: анод и катод.

При электроосаждении меди из раствора медного купороса в качестве анода используется медная пластина. С приложением к электродам разности потенциалов происходит разложение электролита на ионы. Под действием электрического тока, протекающего через раствор, находящиеся в растворе ионы металла, двигаясь к аноду, захватывают на нем электроны и, осаждаясь, превращаются в нейтральные атомы. Под действием тока ионы меди, достигая катода, отбирают два электрона, образуя нейтральные атомы, а на аноде атом меди отдает два электрона и переходит в раствор в виде положительного иона. Процесс описывается следующими уравнениями:

на катоде Cu2+ + SO42- + 2e = Cu0¯ + SO42-;

на аноде Cu0 + SO42- = Cu2+ + SO42- + 2e.

Осаждение атомов металла начинается на дефектах структуры подложки, после этого они перемещаются вдоль поверхности к изломам, образуя пленку. Таким образом, пленка

развивается островками, которые разрастаются во всех направлениях, пока не сольются. Если вблизи зародыша концентрация электролита понижена (что имеет место в большинстве случаев), то условия благоприятны для роста пленки по нормали к поверхности.

Свойства осажденных пленок зависят от состава электролита, плотности тока, температуры, интенсивности перемешивания электролита, скорости дрейфа ионов металла, формы и состояния поверхности подложки.

Толщина пленки контролируется по значению тока и времени осаждения:

d = hgIt/gSп;

где h - выход металла по току, g – электрохимический эквивалент, I – ток, протекающий через электролит, t – время, в течение которого осаждается металл, g - плотность пленки, Sп – площадь подложки.

Практически значение тока постоянно, а время осаждения – контролируемый параметр.

Методом электроосаждения получают пленки из различных металлов: меди, никеля, золота, серебра и др.

В тонкопленочной технологии микроэлектроники электроосаждение применяют для изготовления многослойных металлических масок, повышения проводимости внутрисхемных соединений, создания жестких и балочных выводов ИМС, золочения корпусов. Метод электроосаждения широко применяется также для получения тонких магнитных пленок, используемых в качестве элементов памяти.

Анодное окисление – взаимодействие химически активных металлов с ионами кислорода, выделяющимися у анода при электролизе с образованием оксидной пленки. Процесс анодного окисления, или анодирование, имеет много общего с электролитическим осаждением. Аппаратурное оформление этих методов практически одинаково, однако в данном случае пленки образуются на аноде, которым является подложка.

В процессе анодирования происходит электролитическая

реакция соединения кислорода с металлом в приповерхностных слоях подложки. При этом металл анода не растворяется, как в случае электроосаждения, а при взаимодействии с кислородом образует плотно сцепленную с подложкой оксидную пленку. Механизм роста пленки заключается в переносе ионов кислорода через растущий оксидный слой под воздействием электрического поля, возникающего в пленке в случае приложения к электродам напряжения от внешнего источника. Скорость роста оксидной пленки зависит от природы электролита, условий проведения процесса – электрического режима и температуры. Толщина оксидной пленки при анодировании пропорциональна количеству электричества, прошедшего через ванну.