Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы (1053470), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Выбиваемые в результате бомбардировки с поверхности мишени атомы или молекулы 12 покидают ее и осаждаются в виде тонкой пленк~и на поверхности подложек 13, расположенных на некотором расстоянии напротив мишени. Положительно заряженные ионы отбираются из плазмы 9 за счет ускоряющего напряжения, приложенного к мишен~и !1. На подложкодержатель 8 может подаваться напряжение смещения для очистки пленки «медленными» ионами. Газовый разряд зажигается в пространстве вакуумной камеры 7 при напуске через натекатель УРЗ рабочего газа до давления от 10 до 5 1О ' Па и подаче высокого (несколько киловольт) напряжения на мишень 11.
Для повышения качества пленок, получаемых методом ионного ра~спыления, также желателен безмасляный вакуум. Для получения невысокого, но безмасляного вакуума наиболее перспективен кряосорбционный насос на основе криогенератора, который может работать стабильно в диапазоне давлений 10...10 е Па, необходимых для устойчивого горения газового разряда. В схеме рис. 5.12,б в качестве насоса окончательной откачки применен криосорбционный насос 5)С. Для предварительной откачки используется механический безмасляный насос 5)У поршневого типа. Управление работой вакуумной системы осуществляется клапанами УА!...ЧАЗ, натекателями УР1 и ЧР2, вакуумметрами РА и РТ. И термическое испарение, и ионное распыление широко применяются в производстве ИС. Каждому из этих методов присуши 95 свои преимущества и недостатки.
Так, термическим испарением добиваются наиболее высокой чистоты осаждаемой пленки, скорость осаждения, как правило, больше, чем при распылении, можно создавать направленные пучки испаряемых молекул. К недостаткам метода термического испарения относятся: изменение стехиометрического состава при осаждении сложных веществ, трудность испарения тугоплавких материалов, неравномерность толщины пленки на большой поверхности осаждения, низкая адгезия к подложке, инерционность испарителей, сложность автоматизации. Для метода ионного распыления характерны сохранение стехиометрии распыляемых материалов, высокая адгезия пленки к подложке, большой запас распыляемого материала (мишень можно сделать массивной), простота регулирования параметров процесса: напряжения, тока разряда, давления рабочего газа. К недостаткам метода можно отнести низкую скорость осаждения и возможность загрязнения пленки остаточными газами, интенсивно десорбирующими с внутренних поверхностей камеры.
При использовании метода термического испарения основным фактором, определяющим эксплуатационные особенности и конструкцию установок, является способ нагрева испаряемых материалов. По этому признаку различают следующие типы испар~ителей: резистивные, электронно-лучевые, индукционные, дуговые и лазерные. Схемы некоторых типов испарителей, используемых в технологических процессах микроэлектроники, представлены на рис.5.13. Выбор типа испарителя для конкретных технологических задач зависит от химической природы испаряемого материала, температуры испарения и ее постоянства во времени, исходной формы испаряемого материала (монолит, гранула, порошок, проволока), весовой емкости загрузки, диаграммы направленности потока пара, длительности процесса осаждения, требуемой производительности оборудования.
Самыми простыми по конструкции и доступными являются испарители резистивного типа (рис. 5.13,а — д). К материалам, используемым для их изготовления, предъявляются следующие требования: давление пара материала при температуре испарения вещества должно быть пренебрежимо мало, между материалами нагревателя и испаряемым веществом не должно происходить никаких химических реакций, а также не должны образовываться легколетучие сплавы этих веществ, так как в противном случае происходит загрязнение наносимых пленок и разрушение подогревателей. При нанесении тонких пленок чаще всего применяются нагреватели из вольфрама, молибдена и тантала.
По конструктивным признакам резистивные испарители разделяют на проволочные, ленточные и тигельные. Испаряемое вещество 1 обычно удерживается на проволочных испарителях 2 (рис. 5.13,а, б) силами адге9б 7. б 2 Я()( В) 12 1а 1З 21 22 2Х ти 1б 16 17 1В и) Рис. 533. Испарители зии, поэтому в жидком состоянии оио должно хорошо смачивать материал нспарителя. Однако при хорошем смачивании всегда имеет место более или менее активное взаимодействие между материалами, что в конечном счете приводит к разрушению испарителя. Этим и объясняется относительная недолговечность проволочных испарителей. Ленточные испарители (рис.
5,13,в, г) представляют собой нагреватели, изготовленные из тонких листов 3 тугоплавких металлов и имеющие спец~иальные углубления в виде желобков, лодочек, 7 — 6291 97 чашек и т. д., в которых размещается испаряемый материал 4. Оии применяются для испарения большого количества металла с плохими адгезионными свойствами, а также для испарения порошковых материалов и неорганических соединений.
Испаритель лодочного типа (рис. 5.13,г) предназначается для испарения диэлектриков и металлов в больших количествах. Он непригоден для испарения смачивающих металлов, которые, растекаясь по нагревателю, значительно снижают его сопротивление, вследствие чего нагреватель может перегореть в непокрытом испаряемым металлом месте.
Тигельные испарители (рис. 5.13,д — з) можно применяться для испарения больших количеств вещества. Они изготавливаются из меди (рис. 5.13,з) или тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, тантала) (рис. 5.13,ж), из окислов и нитридов металлов (А1,0м ВеО, ХгОь ТпОь ВХ и др.) и графита (рис, 5.13,д, е). Для испарения материалов с низкой температурой испарения можно использовать тигли из стекла и кварца. Тигли из окиси алюминия используются для металлов, температура испарения которых лежит ниже 1500'С (Сп, Мп, Ре, Зп), тигли из окиси бериллия могут быть использованы до температуры 1750'С, из окиси тория — до 2200'С.
При испарении материалов при температурах, близких к 2500'С, используются тигли из графита, который достаточно техиологичен и хорошо поддается механической обработке. Однако многие материалы при высоких температурах реагируют с углеродом с образованием карбидов и поэтому не могут быть испарены из таких тиглей (например, А1, 81, Т1). Существует несколько способов нагрева материала, помещенного в тигль.
При реэистивном нагреве материала 7 в тигле 5 (рис. 5,13,д) тепловая энергия подводится раскаленной спиралью б. При помощи индукционного нагрева (рис. 5.13,е) можно осуществить испарение материала из тигля 10 индуктором 9. Для уменьшения тепловых потерь применяется экран 8. К недостаткам индукционного метода следует отнести высокую стоимость оборудования и низкий электрический КПД из-за необходимости применения преобразователей частоты, невозможность непосредственного испарения диэлектриков (для этого приходится применять промежуточные нагреватели) и невозможность в производственных условиях изменять частоту генератора, что приводит к необходимости использования специальных индукторов для испарения различных материалов, Метод нагрева электронной бомбардировкой может быть реализован в виде облучения металлического тигля 11 (рис.
5,13,ж), включенного как анод. При этом энергия электронов, эмиттироваиных катодом 12 и сфокусированных экраном 13, преобразуется в тепловую, выделяемую на тигле 11. С помощью электронных пучков (рис. 5ЛЗ,з) можно получить поток энергии с большой плотностью мощности на сравнитель- 98 ио небольшой поверхиости испарения — до 5 10з Вт/см' П а . тически точечная а к фо усировка пучка позволяет получить очень — т см . рак- высокую температуру, что дает возможность испарять любые, даже самые тугоплавкие, материалы с достаточи б ростью испа ения, рения, Принцип работы испарителя заключается в следующем: из электронной пушки 19 эмиттируются элект н р д д йствием электромагиитного поля, создаваемого катушкой 14 и магнитопроводом 20, направляются на испаряе- мый материал, помещенный в водоохлаждаемый медный тигель 15, Образованные в зоне испарения ионы 17 остаточных газов улавливаются электродом 18.
К недостаткам метода следует от- нести наличие высокого напряжения ( 10 кВ), что требует соб- людения условий безопасной работы. Испарение материалов в дуговых испарителях (рис. 5.13,и) осуществляется из областей быстроперемещающихся по иове х- ности катода 22 мик о м кропятен, число которых пропорционально то- паа л ку разряда. Микропятна являются интенсивиыми источни ра благодаря высокой плотности тока чниками в пятне (10'... /см ). ысокая концентрация мощности в катодном пятне т/см ) позволяет получать пленки из сплавов с со- храиением стехиометрического состава.
Область катодн ного пятсредоточениым источником тепла, приводящим за очень короткое время к возникновению температуры, значительио превышающей температуру испарения составляющих сплава. При высокой скорости нагрева процессы дик"' зии и циони ования не р я не происходят, все компоненты сплава из зоны на- ответств ет состав грева взрывообразно удаляются и количественный ы состав пара со- на основе ва вует составу исходного сплава, Конструктивно испарите. куумной дуги с холодным катодом состоят из двух и ели электродов: центрального ародирующего катода 22 и цилин ческого анода 21, я а 23.
а, а также устройства возбуждения дугового Ра- р д, Так как на электродах выделяются значител з- но т, ьные мощсти, они выполняются водоохлаждаемыми. Серьезной проблемой, с которой приходится сталкиваться при использовании метода испаревия металлов вак мной ляется эмиссия но дугой, явмикрочастиц и капель из катодного пятна, в вающая п околы р и наросты на пленках. Отделение капельной ызы- фазы из потока пара оказывается весьма сложной задачей, по- этому эти испарители можно использовать в случаях, когда на- личие мик окапель в от Р по оке пара не оказывает существенного влияния на свойства покрытий и пленок. В лазерных испарителях (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
