Методы термического испарения (стр. 3 из 3)
Метод лазерного испарения
Рис. 8. Лазерный испаритель
В методе лазерного испарения вещество нагревается при помощц фокусированного излучения лазера, находящегося вне вакуумной камеры. Нанесение пленок с помощью лазеров возможно благодаря следующим свойствам луча: точной фокусировке светового пятна с помощью несложных оптических систем (рис.8), высокой плотности энергии в луче (108-1010 Дж/см2), достаточной для испарения любого непрозрачного материала, точной дозировке энергии излучения. Большое достоинство этого способа заключается в том, что при испарении с помощью лазерного излучения может быть разогрет только небольшой участок испаряемого вещества, что позволяет исключить загрязнения, вносимые газоотделением из разогретых частей обычных испарительных систем.
Методы контроля тонкопленочных элементов.
Методы контроля тонкопленочных элементов целесообразно разделить на две группы методы контроля электрических характеристик напыляемых элементов и методы контроля основных физических характеристик, которые аналитически связаны с электрическими характеристиками напыляемых пленок
Резистивный метод.
Электрическое сопротивление пленок измеряют резистивным датчиком с внешним измерительным прибором (рис) Этот метод основан на том, что по мере утолщения пленки в процессе роста сопротивление ее уменьшается. Это позволяет непосредственно при нанесении контролировать сопротивление пленки, а при достижении номинальной ее толщины прекратить процесс
При измерениях (рис) предварительно изготовляют специальную контрольную подложку (свидетель) 1 из изоляционного материала (стекла, ситалла), на которую наносят плоские контактные площадки 2 из серебра или другого материала высокой проводимости. Затем эту подложку - "свидетель" устанавливают в рабочую камеру как можно ближе к рабочей подложке 3 Это необходимо для того, чтобы обе подложки при нанесении пленки находились в одинаковых условиях Резистивную пленку наносят на контрольную и рабочую подложки одновременно
Контрольную подложку устанавливают в подложкодержатель рядом с рабочей подложкой Сопротивление контрольной подложки в процессе напыления Rк регистрируется с помощью внешнего прибора - мостовой схемы При достижении определенного сопротивления Rк цепь обратной связи обеспечивает прекращение процесса напыления. Перестройку системы на заданное Rк производят переменным резистором ПЗ (см рис)
Измерение сопротивления контрольной подложки определяет пропорционально величину сопротивления квадрата конденсируемой пленки (резистивной) согласно формуле:
Ом,Приближенно коэффициент использования вещества можно вычислить следующим образом. Вначале определяют массу вещества, загружаемого на испаритель (Мв) Затем, после напыления, определяют массу вещества пленки на подложке (Мп) Для этого измеряют толщину пленки dп (м) и вычисляют площадь пленки SП (м2)
Массу вещества пленки определяют по формуле:
Мп =ρ´Sn´dn
где р - плотность вещества, кг/м3
Коэффициент использования вещества определяют по формуле
Достоинства и недостатки термического испарения
Отметим достоинства и недостатки метода термического испарения по сравнению с другими методами нанесения пленок.
Достоинствами метода термического испарения являются:
1) высокая скорость испарения веществ и возможность регулирования ее в широких пределах за счет изменения подводимой к испарителю мощности;
2) высокая производительность при групповой загрузке и обработке подложек;
3) возможность одновременно с осаждением пленки получать требуемую конфигурацию тонкопленочных элементов пассивной части ИС за счет использования металлических ("свободных") масок;
4) возможность вести процесс как в высоком вакууме, так и в окислительной и восстановительной среде разреженного газа.
Недостатками метода термического испарения являются:
1) невысокая воспроизводимость свойств пленок;
2) трудность испарения тугоплавких материалов и материалов сложного состава;
3) появление поверхностных дефектов в результате вылета мелких частиц, нарушающих непрерывность пленочного покрытия;
4) небольшой срок службы и высокая инерционность испарителей;
5) загрязнение пленки материалом испарителей;
6) невысокая адгезия пленок к подложке.
Многослойные системы
В связи с тем, что ни один из элементов периодической таблицы не удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к материалам контактных площадок, обычно применяют многослойные системы из нескольких материалов, нижний из которых (толщиной 10-20 нм) обеспечивает необходимую адгезию к подложке, верхний, (толщиной 300-800 нм) - высокую проводимость, необходимые режимы сварки и пайки. Во многих случаях применяется третий материал толщиной 30-50 нм, с низкой проводимостью, однако с хорошей коррозионной стойкостью и высокой паяемостью или свариваемостью. В качестве адгезионного слоя могут служить переходные металлы Тi, V, Zr, Cr, Ta, Nb, Hf, NiCr, сплавы PC, керметы; в качестве проводящего слоя: Au, Ag, Cu, Al; в качестве защитного слоя: Niи др.