Использование вероятностного клеточного автомата для моделирования процесса электроосаждения

Полный текст

Одним из технологических процессов создания микроэлектронных устройств является электроосаждение [1]. Оно используется для получения многослойных печатных масок, осаждения золота на контакты, осаждения меди в качестве проводящих слоев и т. д. Одним из вариантов процесса является осаждение на неметаллическую подложку с предварительно напыленным слоем металла. Настоящая статья посвящена результатам моделирования указанного процесса с помощью метода вероятностного клеточного автомата (ВКА) [2-5]. Методика моделирования физико-химических процессов на атомно-молекулярном уровне была ранее изложена в работах [3-5]. В рамках построения модели процесса электроосаждения учитывались следующие элементарные процессы, в которых участвовали ионы металла: растворение, осаждение иона из раствора на поверхность металла и диффузия ионов в растворе. При моделировании был использован одномерный ВКА, за ячейку которого принимается слой электролита - срез атомарной толщины d, расположенный параллельно поверхности. Кроме того, первая ячейка ВКА имитирует слой металла, напыленный на эту поверхность. Состояние каждой ячейки характеризуется количеством ионов n. Начальное число ионов, напыленных на подложку, равно n0. Отличительной особенностью вычисления вероятностей реализации процессов за шаг моделирования являлось то, что их вероятности w зависели от локального значения напряженности электрического поля E: , (1) где Wa - энергия активации процесса при отсутствии электрического поля; q - заряд иона; d - размер ячеек ВКА; k - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура. Знак "+" в выражении (1) соответствует элементарному процессу, направленному против электрического поля. При вычислении вероятностей процессов по формуле (1) учитывалось как внешнее электрическое поле, так и его локальные изменения в области двойного электрического слоя. На рис. 1-3 представлены изменения количества осажденных на подложку ионов с течением времени при различных значениях напряжения U. n/n0 t, шагов Рис. 1. Изменение числа ионов на подложке с течением времени (U = 0,5 В) На рис. 1 видна конкуренция между процессами растворения и осаждения металла. Сначала активнее идет процесс растворения, но затем, после образования двойного электрического слоя, начинает преобладать процесс осаждения. При увеличении приложенного внешнего потенциала (при той же начальной толщине пленки) наблюдается увеличение скорости осаждения и уменьшение максимального стравливания пленки (см. рис. 2). n/n0 t, шагов Рис. 2. Изменение числа ионов на подложке с течением времени (U = 0,8 В) Важным моментом, полученным при моделировании, является то, что при недостаточной начальной толщине напыленной пленки и приложенном напряжении происходит растворение пленки и процесс электроосаждения не идет (см. рис. 3). n/n0 t, шагов Рис. 3. Изменение числа ионов на подложке с течением времени (U = 0,2 В) Таким образом, при одной и той же начальной толщине пленки при достаточно высоком приложенном потенциале она не растворяется, и начинается процесс осаждения, в то время как при более низких потенциалах осаждение не идет. При одинаковом приложенном потенциале начальная толщина пленки влияет только на то, начнется ли процесс осаждения или пленка растворится полностью. Если толщина пленки достаточна для осаждения, ее варьирование не влияет на скорость осаждения и время образования двойного электрического слоя.

Об авторах

Сергей Борисович Коныгин

Самарский государственный технический университет

(д.т.н., доц.), заведующий кафедрой «Машины и оборудование нефтегазовых и химических производств» Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Андрей Николаевич Агафонов

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

(к.т.н.), доцент кафедры «Наноинженерия» Россия, 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34

Анастасия Сергеевна Афанасьева

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

магистрант группы 5125 М407 Россия, 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34

Список литературы

Дополнительные файлы