К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 73
Текст из файла (страница 73)
В современных установках предпочтение отдается последним, так как они позволяют исключить в рабочей камере парьг углеводородов (характерные лля масляных сред) и обеспечить предельное разрежение порядка 10-4— 10-7 Па. Этн насосы обладают досшгочно стабильной быстротой откачки при давлении до 1 Па, по позволяет выбрать оптимальнмй режим технологического процесса лри использовании различцых типов испарителей и раг птвлитбльиъзх устройств. Существует широкая гамма источников, используемых при нанесении тонких пленок в вакууме, которые базируются на двух методах формирования потока наносимого на обрабатываемое иэделие материала: метод термического испарения, основанный на нагреве материала до температуры испарения либо путем прямого резистивного нареза с помощью спирали нли лодочки из тугоплавкого материала, либо высокоэнергетичным пучком элекгронов с применением электронно-лучевых испарителей (ЭЛИ); метод ионио-плазменного распыления отрицательно заряженного материала катода- мишени за счет бомбардировки его поверхности положительными ионами плазмообразующего газа (обычно аргона).
Термическое нелареиие. Существуют различные конструкции устройств испарения материалов в вакууме. Испаригельные системы с прямым нагревом материала имеют ряц недостатков: низкий срок службы испарителя, малый объем испаряемого материала и, как следствие, — нестабильность скорости испарения, взаимодействие испаряемого материала с материалом испарителя, о2раничение номенклатуры испаряемых материалов из-за ограниченного температурного рахима работы испарителя. Такие конструкции испарителей приемлемы для установок циюгического действия, НАНЕСЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК В ВАКУУМЕ ь ° Ф а Рве.
2.К27. Схема эзитрезие-ауыаегв всяарвтеав Е4 — звахтраыыввт; Р— нахавюиеыый катод; РЛ вЂ” пучок элещранож М- испаряеыый матевиал РМ - ыапяпоаравад; Я - система ахаавщенвя тигла пап аритезя в которых после катдото процесса нанесения вскрывается рабочая камера и одновременно со сменой обрабатываемых изделий производится омена испарителя и испаряемото материала. В случае использования ЗЛИ иапаряемый материал, находящийся в водоохлаждаемом медном тигле, разотревается ускоренным до нескольких килоэлектрон-вольт потоком электронов. На рис. 2.б.27 показан ЗЛИ, встраиваемый в любую вакуумную установку, причем, используя устройство дозззрузки в тигель исларяемото материала в виде гранул или проволоки, махно обеспечить достаточно длительную ето работу без разтерметиэации рабочей камеры. Зтот метод достаточно широко применяетая для нанеаения однокомпоиевтных материалов.
При нанесении пленок из сплавов а различным давлением паров отдельных компонентов трудно получить в нанесенном слое тот хе аихиометричвсхий состав материала, что и в исходном продукте. Так как данный процесс проходит обычно в высоком вакууме (10 а Па), загрязнение испаряемого материала продукими оаиточной вакуумной ареды минимально. В испаряемом материале создается очень большой разброс температуры.
У зраницы с водоохлахдаемым тиглем материал имеет низкую температуру, а в узкой зоне, обрабатываемой электронным лучом, - вмсокую. Зто приводит к тому, что лепаолетучие примеси в начальные периоды работы ЗЛИ будут в большей степени загрязнять пленку, но в последующие сталин работы ЗЛИ их концентрапня в пленке уменьшится. Примеси с более высокой температурой иапарения, чем у материала наносимой пленки, в начальные, моменты работы ЗЛИ будут меньше зырязнять пленку, далее их влияние может увеличиться. При использовании дозатрузки испарителя эти факторы неизбежно приводят к неконтролируемым колебаниям содержания примесей в наносимой пленке.
Вакуумное испарение подчшиется коаинусоидальному закону распределения патока испаряемого материала Поскольку площадь, с которой проиаходит испарение, очень мала, невозможно получить равномерные по тоицине аюи на плоской, а также на рельефной поверхностях полупроводниковой пластины без использования сложных систем вращения и перемещения иэделия на больших расстояниях от иапаритепя. Зто усложняет конструкцию внутрикамерного устройства что снижает его надежность, скорость нанесения и, как следствие, - качество формируемого слоя. Увеличение акорости и~парения за счет увеличения мощности злекзроннозо пучка нежелательно, так как с роозом мощности иапаренный поток становится более неоднородным и в потоке испаренного вещества может появиться канальная фаза, что резко ухудшает качество формируемого слоя.
Для решения данной проблемы используется сложное вращение пластин отиоаительно испарителя, однако при работе а пластинами диаметром более 150 мм трудно обеапечить равномерноап, толщины пленки (я 3 %) и однородное по пластине покрытие ступенек. Применение высоких температур нщрева обрабатываемых изделий, необходимое ди повышения поверхностной митрации атомов коиденсируюшетося материала и способствующее росту слоя в углублениях и на боковых уступах рельефа, еще больше усложняет конструкцию и снижаат надежность системы, т.е. требуются специальные пахре нательные устройства. Технолопи изпловлеиия СВИС базируетая на использовании пластин диааетром 150 - 200 мм (в перспективе 300 мм) и пленочных материалов из различных сплавов и композиций, в связи с чем метод термического испарения неприемлем и предпочтение отдается методу ионноплазменного распыления, илн физического вакуумното нанесения (РЬуз(са( Уарог Перов)- йоп - РУТ)).
Метод ионне-влазмевиого расвылевия для нанесения покрытий в вакууме осущеатюиется с помощью плазмы инертного таза при давлении 107 - 10 з Па. Этим методом можно наносить слои практически любых металлов, сплавов и их композиций, а также полупроводников и диэлектриков. Наносимый материал в простейшем случае представляет собой плоскую пластину (мишень) толщиной несколько миллиметров с размерами, несколько превышающими размеры обрабатываемого изделия (рис. 2.6.28). На мишень подается напряжение минус (3 5) кВ. Второй электрод (анод), слухащий одновременно и держателем обрабатываемого изделия, располаиется параллельно мишени на расстоянии 50 — 70 мм. При давлении 1- 10 з Па электрическое поле между электродами приводит к ионизации иза.
При возникновении разряда газ становится проводником, содержащим электроны, перемешаюшиеая к 11 ° 11 1! 11 Глава 26. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 210 ння. Эта энергия зевиант и от массы падающего иона, но обычно состаюшет 10 - 30 эВ. В 'табл. 2.6.23 приведены коэффициенты распыления различных материалов. ! 2.6.23. Коэффициент рвспылеяюз различных материалов ионами аргеиа Внертла ланов аргона, эВ Материал (Аг Ап ТЬ Таким образом, скорость роста слоя при ионна-плазменном нанесении зависит от следующих фактором типа плазмообразующето газа (чем выше масса иона, тем больше его импульс); приложенното к катоду напряжения; порота рэапыления; угла падения иона; ориентации кристаллической решетки распыляемото материала (разные плоакоати имеют различные пороги распыления).
Ряс. 2.6.28. Схема Лаедяей расем1мтеаьевй састемас А — подпав!коде ржвзвль — анод; Ат - пвазмообразуюшвй газ (обычно аргон); С - распмпяемнй магервеп - катод; Π— выход к сп!ачнсй системе аноду, и положительные ионы, притягиваемые катодом-мишенью. Через некоторое время на аноде (или расположенном на нем образце) появляв!ся пленка из материала катода Выбивание ионами атомов мишени напоминает пеакоструйную обработку, но на атомарном уровне. Если в процессе испарения атомам передастся от внешнего источника дополнительная тепловая энергии, усиливая колебания атомов внутри металла, то в случае распыления энергия атомам наноаимото материата передастся механически - путем передачи импульса падающего на поверхность мишени иона, ускоряемого приложенным напряжением. Атом мишени передает полученный импульс соседним атомам, и если он достаточно велик, они могут покинул поверхность мишени.
Так постепенно происходит распыление материала катода. Зтот метод имеет следующие преимушества: распыление - чисто механическое явление, мишень остается относительно холодной и ориентировать в вакуумной камере ее можно в любом положении, причем форма мишени может быль любой. Но мишень необходимо охлаждать водой, так как нз-за ионной бомбардировки она все-таки натревавтся (часть энергии падающих на мишень ионов превращаетая в теплоту); распыление идет с постепенным удалением материала а поверхности мишени. Сплавы или композиционные материалы распьшяются без изменения стехиометрическото состава материала мишени в нанесенном слое; энергия распыленных частиц доаппаст 10 В, что значительно выше, чем лри испарении, поэтому наносимые покрытия имеют более высокую адтезию к подложке. Так как масса ионов расныляемых материалов различна, дпя распыления каидото из них существует своя определенная средняя энергия папающето она, т.е.
порог распыле- Ве А1 ЕЛ Т1 У Ст Ре Со )41 Сц Ое Ет 14)з Мо Кл КЬ РЬ Ая НГ Та % Ке Оз 1т Р( 0,074 0,11 0,07 0,081 0,11 0,30 0,20 0,15 0,28 0,48 0,22 ОЛг 0,068 0,13 0,14 0,19 0,42 0,63 0,16 0,10 0,068 0,10 0,057 0,12 0,20 0,32 0,097 0,14 0,18 0,35 0,18 0,22 0,31 0,67 0,53 0,57 0,66 1,10 0,50 0,28 0,25 0,40 0,41 0,55 1,00 1,58 0,35 0,28 0,29 0,37 0,36 0,43 0,63 1,07 0,27 0,35 0,29 0,65 0,31 0,33 0,41 0,87 0,76 0,81 0,95 1,59 0,74 0,41 0,40 0,58 0,68 0,86 1,41 2,20 0,48 0,41 0,40 0,56 0,56 0,70 0,95 1,65 0,42 0,59 0,80 1,24 0,53 0,38 0,70 1,30 1,26 1,36 1,52 2,30 1,22 0,75 0,65 0,93 1,30 1,46 2,39 3,40 0,83 0,62 0,62 0,91 0,95 1,17 1,56 2,43 0,66 0,97 НАНЕСЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК В ВАКУУЬГЕ грг Механизм конденсации атомов материача мишени на подложке примерно тот же, что и при использовании метода термического испарения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
