3.2. Рентгеновская литография
При рентгенолитографии изображение на полупроводниковую подложку переносится с шаблона, называемого рентгеношаблоном, с помощью мягкого рентгеновского излучения, длина волны которого
2 5
,
0
-
=
l нм.
В настоящее время рентгенолитография не нашла широкого при- менения в серийном производстве полупроводниковых приборов и
ИМС из-за сложности технологии и используемого оборудования. Для реализации рентгенолитографии необходимы:
мощный источник рентгеновского излучения с малой расходимо- стью пучка;
рентгеношаблоны, обладающие высокой прочностью, контраст- ностью и малым температурным коэффициентом линейного расшире- ния;
рентгенорезисты высокой разрешающей способности и чувстви- тельности.
При экспонировании на специальной рентгеновской установке с вращающейся мишенью (рис.3.3) вращение мишени обеспечивает бо- лее эффективное ее охлаждение и позволяет направлять на нее более плотный электронный пучок, что повышает интенсивность рентгенов- ского излучения и сокращает время экспонирования. Поток электронов из электронной пушки 5 фокусируется на поверхности мишени 6.
Рентгеновское излучение 4 выводится через окно 3 вакуумной камеры
7 и проходит через рентгеношаблон 2 на пластину 1, покрытую рент- генорезистом. Экспонирование, таким образом, производится широ- ким расходящимся пучком при неподвижных шаблоне и пластине.
44
Для предотвращения испарения материала мишени и улучшения условий теплоотвода вакуумную камеру заполняют гелием (1,3 Па),
слабо поглощающим рентгеновское излучение.
Материал и толщина вакуумного окна должны быть подобраны так, чтобы не происходило заметного поглощения рентгеновского из- лучения. Этому требованию отвечает бериллий толщиной 20-30 мкм и некоторые другие материалы.
В отличие от фотолитографии, где экспонирование производится широкими коллимированными световыми пучками, рентгенолитогра- фия не располагает соответствующей "оптикой" и экспонирование на рентгеновских установках приходится выполнять в пучках с большим углом расходимости. При наличии зазора между шаблоном и подлож- кой это приводит к искажению размеров и смещению элементов ри- сунка, передаваемого в слой резиста. Максимальное смещение элемен- та возникает на периферии пластины и равно
).
2
/(
max
R
SD
=
D
Кроме того, конечные размеры пятна на поверхности мишени из-за низкой степени фокусировки снижают контрастность изображения в слое ре- зиста. Размытость изображения, т.е. ширина зоны полутени по контуру
Рис. 3.3. Схема экспонирования на рентгеновской установке с вращающейся мишенью.
45
элемента,
/ R
Sd
=
d
Удовлетворительные результаты получают при
1
£
d
мм,
10
£
S
мкм и
50
³
R
см.
Плотность потока рентгеновских лучей, падающих на подложку,
обратно пропорциональна расстоянию от их источника. Поэтому это расстояние, чтобы уменьшить время экспонирования, с одной сторо- ны, должно быть небольшим, а с другой, для уменьшения размытости изображения из-за расходимости рентгеновского луча
¾ большим.
Для изготовления подложек обычно используют кремний и его соединения, а в качестве поглощающего материала - золото.
Этапы изготовления рентгеновского шаблона показаны на рис.3.4. Пластину кремния ориентации (100) n- или p-типа проводимо- сти подвергают химико-механическому полированию с рабочей сто- роны и химическому полированию с обратной стороны до толщины
200 мкм. На рабочую сторону плазмохимическим методом при 800
о
С
в среде азота наносят слой Si
3
N
4
толщиной 0,5 мкм и на него - защит- ный слой SiO
2
толщиной 0,2 мкм. Пластину термически окисляют с обратной стороны для выращивания пленки SiO
2
толщиной 0,5 мкм.
Обе стороны пластины покрывают фоторезистом, и на обратной сто- роне пластины в слое SiO
2
формируют окно. После удаления фоторе- зиста на рабочую поверхность методом вакуумного напыления нано- сят пленки хрома толщиной 0,005 мкм и золота толщиной 0,02 мкм
(хром является адгезионным подслоем для золота, а золото - основой для рентгеновской маски), а затем ее покрывают электронорезистом и подвергают электронно-лучевому экспонированию для формирования рисунка. На следующем этапе на сформированный рисунок маски электролитическим методом осаждают слой золота толщиной 1 мкм.
После удаления электронорезиста обратную сторону пластины травят в селективном травителе до пленки Si
3
N
4
. Двухслойная мембрана
Si
3
N
4
-SiO
2
прозрачна не только для рентгеновского излучения, но и для видимого, что позволяет оптически совмещать маску с подложкой.
46
Рис.3.4. Этапы изготовления рентгеновского шаблона на основе мембраны SiO
2
-Si
3
N
4
: 1 - кремний (100); 2 - слой нитрида кремния; 3,4
- слой оксида кремния; 5 - пленка хрома; 6 - пленка золота; 7 - отдель- ные участки фоторезиста
При рентгенолитографии шаблон помещают в установку экспо- нирования рентгеновскими лучами, где происходит перенос топологии шаблона на подложку.
3.3. Ионная литография
При ионной литографии сохраняются принципы формирования изображения элементов, применяемые при электронно-лучевой лито- графии, но вместо пучка электронов используется ионный пучок. Раз- решающая способность ионной литографии 0,1-0,2 мкм.
Ионная литография обладает рядом достоинств, которые обу- словлены особенностями взаимодействия ионов с материалом резиста.
П е р в о е д о с т о и н с т в о состоит в том, что ионы, обладая значительно большей массой, чем электроны, активно взаимодейству-
1 2
3 4
47
ют с материалом резиста, следовательно, больше тормозятся и имеют малый пробег, а значит и меньше, чем электроны, рассеиваются. Та- ким образом, эффект близости при ионной литографии проявляется незначительно, что обусловливает ее высокую разрешающую способ- ность.
В т о р о е д о с т о и н с т в о связано с сильным поглощением ионов, поэтому перенос изображения можно проводить при меньших,
чем при электронолитографии, дозах.
Кроме того, пучком ионов можно непосредственно
локально ле- гировать структуру ИМС, т.е. формировать им соответствующие структурные области (базы, эмиттеры, стоки, истоки и др.). При этом пользуются узким прямоугольным пучком переменной формы, кото- рым непосредственно сканируют соответствующие области или обра- батывают их широким пучком через трафаретный шаблон. Остальные элементы этих установок такие же, как в установках электронно- лучевой литографии.
Таким образом, при формировании структур ИМС узким пучком процесс литографии в обычном понимании заменяется процессом раз- мерного легирования, называемым
имплантографией.
Основными элементами установок ионной литографии, создание которых вызывает наибольшие трудности, являются источники ионов и системы фокусировки и развертки ионных пучков.
Источник ионов должен обеспечивать формирование ионного пучка необходимой энергии и высокой плотности тока. Энергией ио- нов, как и при ионном легировании, определяется глубина их проник- новения в подложки.
Для определения минимального диаметра сфокусированного ионного пучка можно воспользоваться соотношением
,
3 16 8
/
3 2
0 3
/
2
min
÷
ø
ö
ç
è
æ
×
×
=
BICdsp где
-
Bяркость ионного источника, А/(м
2
×ср);
-
0
Iсила тока луча, А;
-
sCкоэффициент сферической аберрации фокусирующей систе- мы, м.
Яркость ионного источника
Bопределяется плотностью тока эмиссии ионов, их энергией
E и разбросом ионов по энергиям
ED
(немоноэнергетичностью). В основном величина
ED
определяет среднюю поперечную скорость ионов, которая и препятствует увели-
48
чению плотности ионного тока пучка, заключенного в данном телес- ном угле. В существующих источниках протонов
+
H
и ионов гелия
+
He
яркость невысока
6 5
10 2
10
×
-
=
B
А/(м
2
×ср). При требуемой силе тока ионного луча
)
10 10
(
10 9
0
-
-
-
»
I
А минимальный диаметр составляет 3-5 мкм. Значительно лучшие результаты получены для жидкостных источников тяжелых ионов олова и галлия, у которых
10 10
³
B
А/(м
2
×ср). С помощью таких источников удается сформиро- вать ионный луч, у которого диаметр луча менее 0,1 мкм.
В настоящее время развиваются два направления разработки мощных ионных источников: с ионизацией паров жидких металлов или газа в сильном электрическом поле. Ионизация в этих источниках происходит вблизи острия электрода, на который подается потенциал.
При напряженности электрического поля до 10 6
-10 7
В/см в него вво- дится капля расплавленного металла на подогреваемом электроде или газ. В сильном поле ионы вырываются из жидкометаллической фазы или газ, находящийся вблизи острия, притягивается к нему и ионизи- руется. Образовавшиеся ионы вытягиваются из области ионизации системой электродов и ускоряются до заданной энергии.
В последнее время созданы и исследуются возможности приме- нения источников ионов H, He, Ar, Ga, Au, In, Si, Al, Ge. Можно пред- полагать, что процессы имплантографии займут ведущее место в ав- томатизированных технологических системах создания СБИС.
49
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛЕНОЧНОЙ
МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
4.1. Термическое испарение в вакууме
4.1.1. Вакуумные напылительные установки
Суть метода заключается в нагреве вещества до температуры ис- парения, его испарении и последующей конденсации в вакууме на подложке. Получение пленок возможно только при низких давлениях в вакуумных установках. Схема установки показана на рис.4.1.
Рис. 4.1. Схема установки вакуумного напыления
1 - испаритель; 2 - подложка; 3 - рабочая камера; 4 - заслонка;
5 - затвор; 6 - высоковакуумный насос; 7 - форбаллон;
8,9 - вакуумные вентили; 10 - форвакуумный насос
В условиях высокого вакуума материал, помещенный в испари- тель 1, разогревается и испаряется, в результате чего молекулы веще- ства движутся к подложке 2, где они конденсируются, образуя пленку.
Процесс осуществляется внутри камеры 3, связанной с непрерывно работающей системой откачки воздуха.
Вакуумная система состоит из высоковакуумного паромасляного насоса 6 и механического насоса 10. Подключение насосов к рабочей
50
камере осуществляется с помощью вакуумных вентилей по основной и вспомогательной линиям откачки. Откачка рабочей камеры 3 произво- дится через отверстие в рабочей плите установки. На входе паромас- ляного насоса 6 устанавливаются маслоотражатель и затвор 5, отде- ляющий входной патрубок насоса от рабочего объема. По основной линии откачка производится следующим образом: рабочая камера 3 - открытый затвор 5 - насос 6 - форбаллон 7 - открытый вентиль 9 - на- сос - 10, а по вспомогательной линии: камера 3 - открытый вентиль 8 - насос 10. При этом вентиль 9 должен быть закрыт. С помощью вспо- могательной линии откачки в рабочей камере создается давление по- рядка 10 Па, необходимое для работы высоковакуумного насоса. Затем вентиль 8 закрывают, открывают вентиль 9 и затвор 5 и дальше произ- водят откачку по основной линии, предварительно включив нагрева- тель паромасляного насоса.
Таким образом, для осуществления процесса термического испа- рения в вакууме необходимо обеспечить следующие основные усло- вия: достаточно интенсивное испарение материала, направленный мо- лекулярный поток к подложке и конденсацию пара на подложке.
4.1.2. Формирование молекулярного потока
Для формирования молекулярного потока условия в пролетном пространстве между испарителем и подложкой должны быть такими,
чтобы молекулы испаренного вещества без столкновений с молекула- ми остаточных газов достигали подложки. Если столкновения часты,
то будет мала скорость осаждения пленок, велико подпыление (рис.4.2
а). Направленное движение молекул вещества к подложке может быть создано за счет достаточно высокого вакуума и путем соответствую- щей конфигурации испарителей (рис.4.2 б). Для определения условий существования молекулярного потока удобнее характеризовать сте- пень вакуума не давлением остаточных газов
г
p
, а средней длиной свободного пробега молекул
- l
,
2 2
ps l
г
г
p
kT
=
- где
-
k
постоянная Больцмана;
-
г
T
температура газа;
-
г
p
давление газа;
51
- s
диаметр молекул испаряемого вещества.
Уже при давлении
2 10
-
=
гpПа средняя длина свободного про- бега составляет 50 см, что превышает реальное расстояние
hот испа- рителя до подложки (обычно не более 20 см).
Рис. 4.2. Осаждение пленок в условиях низкого (а) и высокого (б)
вакуума
Таким образом, для создания прямолинейных траекторий движе- ния молекул вещества в пространстве между испарителем и подлож- кой необходимо давление остаточного газа порядка 10
-2
-10
-3
Па.
4.1.3. Испарение вещества
Переход твердых тел или жидкостей в газообразное состояние на- зывается испарением и может быть рассмотрен на основе положений термодинамики и кинетической теории газа. Особое значение имеет условие термодинамического равновесия, при котором два состояния вещества, например, конденсированная фаза (жидкость, твердое веще- ство) и ее пар, существуют при одной и той же температуре в контакте друг с другом без каких-либо изменений во времени. Это означает, что количество испаренного вещества должно быть равно количеству сконденсированного вещества за все время, пока поддерживается рав- новесие (состояние насыщения). При этих условиях твердые тела и жидкости характеризуются определенным давлением насыщенных паров
sp, которое зависит только от температуры для данного веще- ства. На
первый взгляд может показаться, что равновесное давление пара не имеет непосредственного отношения к процессу вакуумного испарения, поскольку последний заключается в переходе вещества из одного состояния в другое. Тем не менее, теория и экспериментальные
52
данные показывают, что скорости испарения не могут превышать не- которого предела, пропорционального равновесному давлению пара.
Следовательно, давление
s
p
над поверхностью твердого или жидкого тела является важной величиной, позволяющей определить способ- ность вещества к испарению и температуры, при которых достижимы необходимые скорости испарения. Из условия равновесия пар-твердое тело, пар-жикость путем решения уравнений термодинамики получе- на зависимость давления насыщенного пара от температуры испарения
и
Т
,
lg
и
s
T
B
A
p
-
=
(4.1)
где
-
s
p
давление насыщенного пара, Па;
A и B - постоянные, характеризующие природу вещества, приведе- ны в [2].
Таким образом, чем выше температура, тем больше давление на- сыщенного пара и больше скорость испарения. Температуру вещества,
при которой давление насыщенного пара
s
p
=1,33 Па, называют ус- ловной температурой испарения. Для некоторых веществ условная температура испарения ниже температуры плавления, т.е. эти вещест- ва достаточно интенсивно испаряются из твердого состояния (возгонка или сублимация). Данные по давлению паров в широком температур- ном интервале для разных веществ приведены в [7].
Применение кинетической теории газов для интерпретации явле- ния испарения позволяет создать теорию процесса испарения. Количе- ственные оценки скорости испарения, с которой вещество из конден- сированной фазы переходит в газообразную, связаны с именами Герца,
Кнудсена, Ленгмюра.
Скорость испарения определяется числом молекул, уходящих из исходного вещества в единицу времени. Число молекул, обладающих скоростями, достаточными для ухода их в паровое пространство, мож- но определить из максвелловского распределения, которое показывает,
какая доля молекул от всего количества молекул обладает скоростями,
лежащими между
v
и
dv
v
+
. Для компоненты скорости
,
x
v
перпен- дикулярной к границе раздела, имеем
,
2
exp
2 2
x
x
и
x
и
dv
v
kT
mv
kT
m
n
dn
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-
=
p
(4.2)
где
-
n
число молекул в единице объема исходного вещества, м
3
;
53
-
m
масса молекулы, кг;
-
k
постоянная Больцмана, Дж/град.;
-
и
T
температура, до которой нагрето вещество, К.
Скорость испарения будут определять все молекулы, компонента ско- рости которых, перпендикулярная к границе раздела, превышает неко- торую
пр
v
Они покинут поверхность и перейдут в газовую фазу
ò
¥
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-
=
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-
=
пр
v
пр
и
x
x
x
и
kT
mv
m
kT
n
dv
v
kT
mv
kT
m
n
N
2
exp
2 2
exp
2 2
2
p p
,(4.3)
где
-
и
N
число молекул, испаренных с единицы площади в единицу времени, м
-2
с
-1
При рассмотрении процесса испарения можно воспользоваться усло- вием термодинамического равновесия, при котором количество испа- ренных из исходного вещества молекул равно количеству вновь скон- денсированных молекул из парового пространства. Однако конденси- роваться могут молекулы с нулевой скоростью. Тогда после интегри- рования выражения (4.3) получим
2 m
kT
n
N
и
пара
к
p
=
Воспользуемся уравнением состояния идеального газа
,
г
г
nkT
V
p
=
(4.4)
где
-
г
p
давление газа, Па;
-
V
объем газа, м
3
;
-
n
число молекул газа в единице объема, м
-3
;
-
г
T
температура газа, К.
Для пространства, занятого паром, уравнение (4.4) можно записать
и
пара
s
kT
n
V
p
=
Отсюда для единичного объема
,
и
s
пара
kT
p
n
=
(4.5)
где
-
и
T
температура, до которой нагрето испаряемое вещество.
С учетом (4.5) количество испарившихся молекул будет
54 2
иsкиmkTpNNp
=
=
(4.6)
Скорость испарения, т.е. количество вещества, покидающее еди- ницу поверхности испарителя в единицу времени, определяется
,
2
иsииkTmpmNWp
=
=
кг/м
2
с.
(4.7)
4.1.4. Скорость конденсации
Количество вещества, достигающее поверхности подложки, будет зависеть от конфигурации испарителя и подложки. Рассмотрим малую сферу
1
ds, испаряющую вещество с одинаковой скоростью в количе- стве
Qво всех направлениях. Такой испаритель будем называть то- чечным источником. Для молекулярного потока испарение вещества из точечного источника в телесный угол w
dв направлении
r(рис.4.3)
аналогично распространению лучистой энергии и описывается извест- ными оптическими соотношениями. Поток испаренного вещества,
приходящийся на единицу телесного угла, есть p
4 1
QdQ=
,
(4.8)
где
-
Qобщее количество вещества,
испаренного с испарителя1
dsза время
t, кг.
Величина
Qсвязана со скоростью испарения следующим соотноше- нием
tdsWQи1
=
(4.9)
В пределах пространственного угла w
d на площадку
2
dsпоступает w
p
dQdQ4
=
(4.10)
Через любое сечение конуса, ограниченного w
d, проходит один и тот же поток. Сечение конуса сферической поверхностью с центром в
1
dsи радиусом, равным единице, дает меру телесного угла конуса w
d. Если нормаль
nк
2
dsсоставляет угол q
с осью конуса, а рас- стояние от
1
dsдо площадки
2
dsесть
r, то
55 2
2
cos
r
ds
d
q w
=
(4.11)
Количество вещества, поступающего на единицу поверхности
2
ds
, с учетом (4.10) и (4.11) есть
2
cos
4
r
Q
dQ
q p
×
=
,
(4.12)
т.е. это количество обратно пропорционально квадрату расстояния от источника до приемной поверхности и прямо пропорционально коси- нусу угла, составляемого направлением потока (осью узкого конуса,
внутри которого распространяется поток) с нормалью к приемной по- верхности.
Рассмотрим маленькую площадку
1
ds
, с одной стороны которой испаряется
Q
вещества (в угол p
). Для поверхностного испарителя количество испаренного вещества зависит от направления испарения.
Тогда в соответствии с законом косинуса Ламберта-Кнудсена количе- ство вещества, проходящего в телесном угле w
d
по направлению
r
,
образующему угол j
с нормалью к поверхности испарителя (рис.4.4),
равно w
j p
d
Q
dQ
cos
=
(4.13)
Рис.4.3. Испарение вещества из точечного источника в те- лесный угол w
d
в направлении
r
56
Рис.4.4. Испарение вещества с элементарной площадки
В отличие от точечного источника количество испаренного вещества с поверхностного испарителя пропорционально j
cos
. Если вещество поступает на площадку
2
ds
, наклоненную к направлению пучка паров под углом q
, то количество вещества, осажденного на такую площад- ку, равно
2 2
cos cos
r
ds
Q
dQ
q j
p
×
=
(4.14)
Количество вещества
dQ
можно определить через его плотность g
и объем
dV
, занимаемый конденсатом на подложке
d
ds
dV
dQ
2
g g
=
=
,
(4.15)
где
-
d
толщина пленки, сконденсированная в каждой точке подлож- ки за время напыления.
С учетом (4.9), (4.14) и (4.15) толщину пленки можно определить
2 2
cos cos
r
Q
ds
dQ
d
q j
pg g
×
=
=
;
2 1
cos cos
r
t
ds
W
d
и
q j
pg
×
=
(4.16)
Аналогичные рассуждения для точечного испарителя приводят к вы- ражению
57 2
1
cos
4
r
t
ds
W
d
и
q pg
×
=
(4.17)
Скорость конденсации определяется как скорость наращивания толщины пленки за единицу времени
t
, т.е.
t
d
W
к
=
. Если подложка расположена параллельно поверхности испарителя, то для любой точ- ки подложки (рис.4.5) имеем
,
cos cos
r
h
=
=
q j
а
2 2
2 2
y
x
h
r
+
+
=
Рис. 4.5. Испарение с малой площадки
1
ds
на параллельную ей плоскую поверхность
Тогда для поверхностного испарителя
(
)
2 2
2 2
2 1
y
x
h
h
t
ds
W
d
и
+
+
×
=
pg
(4.18)
Для точечного испарителя
(
)
4 2
/
3 2
2 2
1
y
x
h
h
t
ds
W
d
и
+
+
×
=
pg
(4.19)
Толщина пленки над источником
(
при
)
0
,
0
=
= y
x
для поверхност- ного испарителя равна
58 1
2 1
0
h
t
ds
W
d
и
×
=
pg
(4.20)
Отношение толщины пленки в произвольной точке к толщине пленки в центре подложки будет:
для поверхностного испарителя
(
)
;
1 1
2 2
2 2
2 2
2 2
2 4
0
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
+
+
=
+
+
=
h
y
h
x
y
x
h
h
d
d
(4.21)
для точечного испарителя
(
)
1 1
2
/
3 2
2 2
2 2
/
3 2
2 2
3 0
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
+
+
=
+
+
=
h
y
h
x
y
x
h
h
d
d
(4.22)
Эти отношения используются для оценки равномерности толщины пленки по подложке.
При выводе уравнений (4.16) и (4.17) предполагалось, что оба ис- парителя имеют бесконечно малую площадь испарения
1
ds
. На прак- тике испарение осуществляют из испарителей с конечными размерами.
В этом случае толщина может быть получена интегрированием урав- нений (4.16) и (4.17). Расчеты для испарителей в виде диска и тонкого кольца приведены в [7].
4.1.5. Механизм испарения соединений и сплавов
При испарении металлов основным видом частиц в газовой фазе являются одиночные атомы металла. При испарении соединений пере- ход в газообразное состояние обычно сопровождается изменением вида молекулы. Было доказано, что испарение соединений сопровож- дается диссоциацией, которая сильно влияет на стехиометрическое соотношение составляющих. Это особенно сильно проявляется, если один из продуктов диссоциации является нелетучим. Последний слу- чай соответствует термическому разложению и исключает возмож- ность применения непосредственного испарения. Таким образом, оса-
59
ждение пленок соединений из одного испарителя возможно только в том случае, если вещество переходит в газообразное состояние в виде неразложенных молекул или если продукты разложения обладают одинаковой летучестью. Если это условие выполняется, то говорят о согласованном испарении.
Примером испарения без диссоциации является процесс испаре- ния некоторых окислов, таких как SiO, SiO
2
, MgF
2
и др. Стехиометри- ческие пленки моноокиси кремния SiO получаются при температурах испарения 1200-1250
о
С. Окислы Ti, Zr, Nb, Ta, Be, Mg и др. испаряют- ся с диссоциацией. Пары этих веществ содержат молекулы двойных окислов, атомы кислорода и молекулы низших окислов. Высшие окис- лы теряют кислород при температурах, слишком малых для заметной летучести низших окислов. В результате этого в пленках окислов на- блюдается недостаток кислорода, что вызывает изменение диэлектри- ческих, оптических и других свойств пленок.
Испарение полупроводниковых соединений CdS, CdSe, CdTe,
ZnS, ZnSe и др. сопровождается диссоциацией, приводящей к увели- чению содержания легколетучих компонент S, Se, Te в паре и, соот- ветственно, в пленках.
При термическом разложении испарение соединений идет несо- гласованно, т.е. при температуре испарения летучесть их составляю- щих отличается столь сильно, что химический состав пара и, следова- тельно, пленки не совпадает с химическим составом исходного веще- ства. При испарении GaAs, InSb и других соединений A
III
B
V
для отно- сительно летучих веществ V группы (As, Sb) давление
s
p
=1,33 Па достигается при температурах от 700 до 900
о
С. В этом диапазоне тем- ператур металлы III группы Ga, In, Al находятся в расплавленном со- стоянии и имеют давление
s
p
на несколько порядков меньше, чем для элементов V группы. В этом случае пленка на подложке не образуется вовсе или ее состав существенно отличается от состава исходного ве- щества. Составляющие сплавов испаряются подобно чистым металлам независимо друг от друга и преимущественно в виде отдельных ато- мов A и B. Однако давление пара составляющей B сплава отличается от давления чистого металла при той же температуре. Это происходит вследствие изменения химического потенциала металла B, когда он растворяется в другом металле A, образуя сплав AB. Если молярную концентрацию выражать в виде молярной концентрации
B
x
, то имеем
sB
B
B
p
x
p
=
,
60
где
-
Bpпарциальное давление пара компоненты B над расплавом при постоянной температуре испарения;
-
sBpдавление насыщенного пара чистой компоненты B.
Это выражение является одной из форм записи закона Рауля, ко- торый говорит о том, что давление составляющей над раствором уменьшается пропорционально молярной концентрации. Поведение
реальных сплавов отличается от растворов, поэтому необходимо вве- сти поправочный коэффициент, учитывающий активность компоненты
A и B в сплаве
sBBBBpxfp=
. Точки
sApи
sBpсоответствуют давле- нию паров чистых компонентов A и B (рис.4.6). Понижение давления паров A вследствие растворения в нем компоненты B изобразится прямой
-
sApB. Аналогичная зависимость будет для давления паров компоненты B - прямая
-
sBpA. Общее давление пара
ABp, равно- весного с расплавом, будет равно
sBBBsAAAABpxfpxfp+
=
Рис.4.6. Графическое изображение закона Рауля
Коэффициент
fзависит от температуры и от природы компонен- тов сплава и может быть больше 1 и меньше 1. Для идеальных раство- ров
1
=
f. При
1
>
fсилы взаимодействия между разнородными атомами слабее, чем взаимодействие в чистой фазе, и необходимая для испарения энергия ниже, и наоборот. Если
fотличается от 1, то со- став паровой фазы будет отличаться от состава вещества, помещенно- го в испаритель. Это явление называется фракционированием сплава.
61
Применение закона Рауля для процесса испарения жидких спла- вов приводит к тому, что в уравнении Кнудсена появляются коэффи- циенты активности. Запишем потоки при испарении сплава AB
2
;
2
B
и
B
B
sB
иB
A
и
A
A
sA
А
и
m
kT
x
f
p
N
m
kT
x
f
p
N
p p
=
=
Следовательно, отношение числа частиц A к числу частиц B в по- токе пара в любой момент времени будет
,
2
/
1
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
=
A
B
sB
B
B
sA
A
A
B
A
M
M
p
x
f
p
x
f
N
N
где
1
=
+
B
A
x
x
Если коэффициенты активности остаются постоянными, то пара- метры, характеризующие вещество системы, могут быть объединены в один параметр, который называется коэффициентом испарения сплава
К:
2
/
1
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
=
A
B
sB
B
sA
A
M
M
p
f
p
f
K
Тогда соотношение компонент A и B в паре будет
B
A
B
A
x
x
K
N
N =
. Если считать, что состав пленки такой же, как и состав пара, то содержание компонент в пленке
A
C
и
B
C
можно определить следующим образом:
,
1 1
;
1
A
A
A
A
B
A
B
A
B
A
x
x
K
C
C
C
C
x
x
K
C
C
-
=
-
=
=
=
+
отсюда для компоненты А получим
(
)
1 1
K
x
Kx
C
A
A
A
-
-
=
Для компоненты B расчет можно произвести аналогичным образом
(
)
1 1
;
B
B
B
B
B
A
B
A
x
x
K
C
C
x
x
K
C
C
-
=
-
=
(
)
[
]
1 1
-
-
+
=
B
B
B
B
x
K
x
x
C
При К=1 состав источника пара и пленки одинаков. На практике К
¹1 и в ходе испарения материал в тигле обедняется одним из компонентов.
62 4.1.6. Степень загрязнения пленок при конденсации
Рассмотрим требования, которые предъявляются к вакууму, ис- ходя из условия получения "чистых" пленок во время конденсации.
Степень чистоты пленки можно оценить по количеству газа, содержа- щегося в пленке, а точнее по отношению количества загрязняющих газовых включений к количеству молекул основного вещества.
Источниками загрязнений являются остаточные газы в рабочей камере (H
2
O, O
2
, N
2
, H
2
, CO, CO
2
), углеводороды (C
2
H
4
, C
2
H
2
и др.),
поток газов из насосов, десорбция газов с нагретых стенок и др. При напылении металлических пленок хемосорбция активных газов приво- дит к образованию окислов, а физическая адсорбция может изменять структуру и механические свойства пленок. При получении пленок с заданными свойствами устанавливаются допустимые пределы загряз- нений.
Степень загрязнения пленок оценивается по отношению потока молекул газа, налетающих на подложку
г
N
, к числу испаренных мо- лекул, достигающих единицы площади подложки в единицу времени
д
N
. Поток молекул газа, налетающих на подложку, можно определить из кинетической теории газов, как
,
2
г
г
г
г
Т
km
p
N
p
=
где
-
г
p
давление остаточных газов в рабочей камере;
-
k
постоянная Больцмана;
-
г
m
масса молекулы газа;
-
г
Т
температура газа.
Скорость испарения может быть описана подобным выражением
,
2
и
и
s
и
T
km
p
N
p
=
где
-
s
p
равновесное давление пара испаренного вещества;
-
и
m
масса молекулы испаряемого вещества;
-
и
T
температура испарения.
63
Со всего испарителя будет испаряться
ииNS×
вещества, где
-
иSплощадь испарителя.
Скорость образования пленки определяется числом атомов пара,
достигающих подложки в единицу времени. Используя второй закон
Кнудсена, можно записать для точечного испарителя
2 4
cos
rNSNиидp q
=
;
для поверхностного испарителя
,
cos cos
2
q j
p
rNSNиид=
где
- q
угол между нормалью к приемной поверхности (подложке) и
направлением испарения;
r- j
угол между нормалью к поверхности испарителя и направле- нием испарения
;
r-
rрасстояние от испарителя до точки на подложке, в которой оп- ределяется степень загрязнения пленок.
Найдем отношение потока молекул газа, бомбардирующих под- ложку, к потоку конденсирующихся молекул пара. Для поверхностно- го испарителя будем иметь cos cos
2
q j
p
иггииsгдгSrТmТmppNN =
Подсчитаем для конкретного случая испарения алюминия с испа- рителя площадью 1 см
2
при
0
=
=
j q
Остаточным газом считаем азот с
гm=28 г/моль и
гT=288 К. Если
sp=10 Па,
иT=1340 К,
r=0,1
м,
гp=10
-2
Па, то
дгNNбудет равно 0,73. При снижении давления газа и увеличении скорости испарения степень загрязнения пленок уменьшается. Для данного вещества
дгNNможно записать в виде
,
KppNNsгдг=
где
-
Kконстанта, зависящая от положения данной точки на подложке. Величина
дгNNстановится больше к периферии подложки. Для приведенного примера при увеличении
rдо 0,2 м от-
64
ношение
д
г
N
N
становится равным 2,93, т.е. на каждый атом пара приходится уже три молекулы газа. При рассмотрении вопроса о сте- пени загрязнения пленок необходимо учитывать еще следующие сооб- ражения.
Не всякая молекула газа, обладающая сродством к материалу пленки, будет адсорбирована при первом же соударении с поверхно- стью конденсата. Более того, концентрация хемосорбированных или физически адсорбированных молекул на поверхности растущей плен- ки возрастает с повышением давления остаточных газов не беспре- дельно, а стремится к насыщению. Вероятность прилипания (захвата)
молекул газа при их соударении о поверхность конденсата зависит от энергии связи между газом и данным материалом. Большинство мате- риалов избирательно сорбируют газы.
Требования к степени чистоты пленок диктуются практическими соображениями по обеспечению требуемых свойств пленок. Для полу- чения металлических проводящих пленок с сопротивлением 0,1 Ом/
степень загрязнения не должна превышать 1. Сверхпроводящие плен- ки с очень низким сопротивлением можно получить в установках со сверхвысоким вакуумом, обеспечивающим степень загрязнения
д
г
N
N
менее 10
-3
-10
-4
. Очень высокие требования предъявляются к вакууму, особенно к обеспечению низкого уровня химически актив- ных газов, при осаждении полупроводниковых пленок. Задачи обеспе- чения требуемой чистоты пленок решаются одновременно путем сни- жения давления газа (сверхвысокий вакуум) и увеличения скорости испарения.
4.1.7. Способы испарения
Существующие испарители можно разделить на две группы: ис- парители с непосредственным нагревом и испарители с косвенным нагревом.
Испарителями с непосредственным нагревом называются такие испарители, в которых ток пропускается непосредственно через испа- ряемый материал. Такой метод испарения может быть применен толь- ко для проволочных или ленточных материалов, температура испаре- ния которых ниже температуры плавления. Преимущество метода ис- парения с непосредственным нагревом заключается в том, что при этом отсутствуют элементы подогревателя, способные загрязнить на- носимую тонкую пленку.
65
При испарении с косвенным нагревом предусматриваются специ- альные подогреватели, при помощи которых испаряемое вещество нагревается до температуры, соответствующей температуре испаре- ния. Выбор материала подогревателей определяется в основном сле- дующими основными требованиями:
1) давление насыщенных паров материала подогревателя должно быть пренебрежимо малым при рабочих температурах испарения;
2) испаряемый материал в расплавленном состоянии должен хорошо смачивать материал подогревателя, обеспечивая таким образом хороший тепловой контакт;
3) не должно происходить никаких химических реакций между мате- риалом подогревателя и испаряемым металлом, а также не должны образовываться сплавы между этими веществами. Образование сплавов может привести к загрязнению и разрушению подогрева- теля.
Испарители с косвенным нагревом могут быть проволочные, лен- точные и тигельные [2,5]. Испарение металлов с проволочных нагрева- телей может происходить в телесные углы вплоть до 4
p
(точечные испарители), в то время как с ленточных оно ограничено телесным углом p
(поверхностные испарители). Различные конструкции испа- рителей показаны на рис.4.7.
При небольших количествах испаряемого металла и при условии,
что испаряемый металл смачивает материал нагревателя, применяются
V-образные, линейные и спиральные испарители (см.рис.4.7 а,б,в). В
этих конструкциях испаряемый металл в виде загнутых кусочков про- волок или полосок листового материала насаживается на испаритель.
При пропускании тока эти кусочки расплавляются и смачивают испа- ритель, при этом смачивание и поверхностное натяжение удерживают расплавленный металл на поверхности испарителя. Практика показы- вает, что испарение металла происходит не из центра образованного расплавленного кусочка, а с прилегающих к нему участков проволоки нагревателя (точки 1 и 2 рис.4.7 а). При хорошем смачивании материа- ла нагревателя испаряемым металлом всегда происходит некоторое взаимодействие между этими веществами. Типичным примером такого взаимодействия является образование сплава при испарении алюминия с вольфрама. Однако, несмотря на некоторую растворимость вольфра- ма в алюминии, можно подобрать такие условия испарения, при кото- рых эта растворимость не оказывает существенного влияния на про- цесс испарения.
66
Рис. 4.7. Схемы испарителей. Проволочные: а - V-образный ис- паритель; б - линейный испаритель; в - спиральный конический испа- ритель. Ленточные: г - лодочка; д - лента с вдавленным желобом; е - отрезок ленты.
Для испарения больших количеств металла и порошкообразных материалов применяются испарители в виде лодочек или тиглей, по- догреваемых электрическим током. Испарители типа "лодочка" изго- тавливаются из тугоплавких металлов: вольфрама, тантала, молибдена
(см.рис.4.7 г,д,е). Вольфрамовые ленты более хрупки и поэтому менее удобны в работе, чем другие ленты из перечисленных материалов.
Для испарения металлов с низкой температурой плавления можно использовать тигли из стекла и кварца, которые окружены спиралью.
Для испарения больших количеств металлов с высокой точкой плавле- ния применяются тигли из алунда (Al
2
O
3
) и окиси бериллия (BeO).
Такие тигли могут быть сделаны относительно большой емкости. Тиг- ли из Al
2
O
3
успешно используются для испарения металлов, точка плавления которых ниже 1600
о
С; тигли из ВеО могут быть использо- ваны до температуры 1750
о
С.
Тигли из Al
2
O
3
применяются для испарения больших количеств
Co, Cu, Ge, Mn, Fe, Ni, Ag, Sn. Тигли из ВеО используются для испа- рения Co, Fe и Si. Для испарения металлов при температуре порядка
2200
о
С применяются тигли из окиси тория.
67
Для еще более высоких температур испарения в качестве мате- риала для испарителей применяется графит. При этом испаряемый металл может быть введен в углубление на непосредственно нагревае- мом графитовом стержне или в тигель из графита, подогреваемом при помощи спирали. Следует отметить, что при высоких
температурах многие металлы реагируют с углеродом, образуя карбиды, поэтому они не могут быть испарены из графитовых тиглей. К таким металлам относится алюминий, который реагирует с углеродом с образованием легколетучего карбида алюминия. При испарении кремния из графи- тового тигля происходит образование карбида кремния, который явля- ется нелетучим. Аналогичные явления наблюдаются при испарении титана. Металлы, которые не реагируют с углеродом при высоких температурах (бериллий, серебро, стронций и др.), могут быть успеш- но испарены из графитовых тиглей.
Для испарения тугоплавких веществ используются электронные испарители, с помощью которых можно разогревать вещества до очень высоких температур, вплоть до 3500
о
С [7]. Однако многие химические соединения разлагаются под действием электронной бомбардировки. В
результате осажденная пленка имеет химический состав, отличный от исходного вещества. Поэтому электронный нагрев применяют в ос- новном для испарения тугоплавких металлов, элементарных полупро- водников и некоторых диэлектриков.
Метод нагрева с помощью электронной бомбардировки при нане- сении тонких пленок заключается в том, что испаряемое вещество,
которое должно быть нагрето, размещается на электроде с высоким положительным потенциалом или само используется в качестве такого электрода. Нить накала, представляющая собой несколько витков вольфрамовой проволоки, намотана вокруг этого положительно заря- женного электрода или размещена вблизи него. Электроны, эмитти- руемые накаленной нитью, бомбардируют электрод. В результате это- го испаряемое вещество может быть нагрето до очень высоких темпе- ратур. Несколько возможных конструкций электронных испарителей схематически изображены на рис.4.8.
Простые электронные испарители (рис.4.8 а) содержат два элек- трода: тигель 1 и катод 2. Напряжение между тиглем и катодом равно приблизительно 4000 В, электронный ток 100 мА. Разогрев вещества 3,
помещенного в тигель, может происходить до температур порядка
3000 К. Недостатком такого испарителя является взаимодействие рас- плава с материалом испарителя.
На рис.4.8 б показано устройство, в котором в качестве испарите- ля используется охлаждаемый водой тигель 1 из меди. На торце этого
68
Рис. 4.8. Схемы простых электронных испарителей. 1 - тигель; 2 - термокатод; 3 - испаряемое вещество.
тигля сделано углубление, в которое помещается испаряемое вещество
3. На катод 2 подается отрицательный относительно заземленного ис- парителя потенциал 2-4 кВ. Охлаждаемый испаритель предохраняет от сплавления материал тигля с испаряемым веществом.
Это объясняется тем, что во время электронной бомбардировки тигель остается сравнительно холодным и поэтому материал, находя- щийся в непосредственном контакте с холодной поверхностью, не плавится. Этот тонкий слой нерасплавившегося металла служит "тиг- лем" для остального материала, и, таким образом, исключается воз- можность образования сплава. Охлаждаемые тигли успешно использо- вались для испарения Al, Ni, Ti, Ta, Pt и окиси алюминия. Недостатком таких испарителей является запыление термокатода испаряемым ве- ществом, отсюда потеря эмиссионной способности катода и его малый срок службы.
Для разогрева испарителя вместо простой раскаленной нити тер- мокатода можно использовать электронную пушку. На рис.4.9 приве- дена схема испарителя с магнитной фокусировкой электронного луча.
Рис. 4.9. Схема сложного электронного испарителя с магнитной фо- кусировкой: 1 - термокатод; 2 - анод; 3 - испаряемое вещество; 4 - охлаждаемый держатель.
69
Электроны эмиттируются термокатодом 1, извлекаются с помощью анода 2. Электроны, попадая в поперечное магнитное поле
B
, фоку- сируются и направляются на испаряемое вещество 3, которое подается в виде стержня в зону испарения через охлаждаемый водой держатель
4. Полюса магнита и электронная пушка расположены ниже уровня жидкого металла и защищены от попадания паров. Нагрев электрон- ной бомбардировкой в сложных электронных испарителях дает воз- можность избежать непосредственного контакта тугоплавкого испа- ряемого вещества с материалом тигля в зоне расплава, что позволяет исключить один из источников загрязнения пленок. Испаритель рабо- тает при анодном напряжении U
а
=8-12 кВ и токе луча 0,2-0,5 А. Раз- меры фокусного пятна на поверхности металла могут быть сделаны
2х1 мм
2
. При указанных параметрах можно испарять тугоплавкие ме- таллы с большой скоростью.
Недостатком электронных испарителей является их сложность,
большие потребляемые мощности и невозможность получения пленок сложных соединений стехиометрического состава.
Для получения пленок соединений и сплавов стехиометрического состава используются специальные методы испарения [7].
Взрывное (дискретное) испарение применяется для осаждения пленок, соединений, сплавов и смесей, составляющие которых имеют разные давления паров. Температура испарителя выбирается такой,
чтобы происходило испарение наименее летучего вещества. Испаряе- мое вещество в виде гранул загружается в бункер 1 и подается за счет вибраций на транспортер 2. С транспортера вещество попадает на ра- зогретый испаритель 3. Поток испаренного вещества поступает на подложку 4 (рис.4.10).
Рис.4.10. Схема взрывного испарения. 1 - бункер; 2 - транспор- тер; 3 - испаритель; 4 - подложка.
70
Температура испарителя должна быть такой, чтобы каждая пор- ция испарялась мгновенно и полностью. Весь процесс испарения раз- бивается на ряд дискретных испарений. Для взрывного испарения очень важным является выбор оптимальной температуры испарения.
При температуре испарителя меньше оптимальной взрывное испаре- ние будет происходить точно так же, как обычное термическое испа- рение с диссоциацией или разложением, а испарение при температуре больше оптимальной будет сопровождаться появлением в молекуляр- ном потоке испаренного вещества очень крупных частиц, попадающих на подложку, что в большинстве случаев недопустимо. Поэтому для реализации взрывного испарения необходимо грамотно выбирать тем- пературу испарения, материал и конструкцию испарителя.
В случае металлов и сплавов непрерывное испарение малых ко- личеств вещества можно производить при подаче проволоки с катуш- ки через направляющую трубку на поверхность нагретого испарителя.
Для испарения соединений используются, главным образом, устройст- ва, в которых порошок подается за счет вибрации из бункера.
Метод одновременного испарения из двух испарителей. Испаре- ние двух материалов при различных температурах с последующей их совместной конденсацией на одной и той же подложке исключает про- блемы фракционирования и разложения, которые встречаются при непосредственном испарении большинства сплавов и соединений.
Возможно также проводить совместное осаждение веществ, которые не образуют ни соединений, ни твердых растворов. Примером являют- ся пленки резисторов из окислов и металлов (керметы).
Целью метода двух испарителей является получение пленок за- данного состава. Для выполнения этой задачи необходимо поддержи- вать разные температуры испарителей Т
1
и Т
2
, обеспечивающие оди- наковое давление насыщенных паров атомов компонент А и В в пото- ке пара, независимо от их летучести (рис.4.11). Температура подложки
(Т
3
) должна способствовать конденсации пленок на подложке с обра- зованием соединения АВ. Поэтому этот метод получил еще название метод трех температур.
Рис.4.11. Схема одновременного испарения из двух испарителей.
71
Одной из общих проблем является нахождение такого располо- жения испарителей, при котором площадь подложки была бы равно- мерно экспонирована для обоих потоков паров. В соответствии с зако- нами распространения испаренного вещества (см.подраздел 4.1.4) надо определить геометрию источников, их взаимное расположение и рас- стояния до подложки h, чтобы площадь, на которой образуется пленка заданного состава, была максимальной. С этой целью используют, на- пример, устройство из двух концентрических испарителей. Другим решением
является такое наклонное положение испарителей, при ко- тором оба потока будут направлены на подложку под одним и тем же углом. В общем случае влияние угла падения испаренных атомов можно уменьшить за счет увеличения расстояния от испарителя до подложки. Если необходимо получать пленки с меняющимся соста- вом, то это может быть достигнуто удалением испарителей друг от друга.
Состав пленок соединений менее чувствителен к положению ис- парителей и не требует столь строгого контроля потока пара, как в случае пленок сплавов или пленок типа керметов. Причина этого за- ключается в том, что состав пленок соединений зависит не только от отношения давлений составляющих, но и от поверхностной реакции образования соединения на подложке при температуре Т
3
. Таким обра- зом, испарение соединений из двух испарителей аналогично реактив- ному испарению, в котором рост пленки определяется температурой подложки. При испарении компонентов сплавов и керметов выбор температуры подложки диктуется получением плотных пленок с хо- рошей адгезией, а состав пленок будет зависеть от вышерассмотрен- ных параметров.
4.1.8. Практические рекомендации
Дальнейший выбор конкретного способа испарения определяется особенностями испарения веществ. Большинство металлов испаряется с помощью проволочных или ленточных испарителей [7]. Алюминий испаряется при температуре 1500 К с проволочного испарителя из вольфрама (см.рис.4.7 а). Такой тип испарителя можно отнести к то- чечному с площадью испарения 0,3-0,6 см
2
. Такие же испарители мож- но рекомендовать для испарения хрома при температуре 1670 К. Медь можно испарять из проволочных или ленточных испарителей при тем- пературе 1530 К.
Предпочтительным материалом для ленточных испарителей явля- ется молибден. Ленточные испарители относятся к поверхностным
72
испарителям с площадью испарения 1-3 см
2
(см.рис.4.7 г-е). Такой ме- талл, как галлий, имеет низкую температуру плавления (300 К), но достаточно высокую температуру испарения (1400 К), образует сплавы с тугоплавкими металлами, поэтому кадмий испаряют из тигельных испарителей, изготовленных из окиси бериллия
(
)
BeO
или окиси алюминия
(
)
3 2
O
Al
. Золото испаряется из жидкой фазы при темпера- туре 1670 К из проволочных ленточных или тигельных испарителей.
Золото в расплаве реагирует с танталом, смачивает вольфрам и молиб- ден. Тигли из молибдена выдерживают всего несколько процессов ис- парения. Молибден можно испарять из твердой фазы при температуре
2800 К непосредственно из молибденовой фольги с малой скоростью за счет сублимации. Предпочтительным является электронно-лучевое испарение. Трудности испарения никеля связаны с тем, что расплав образует сплавы с тугоплавкими металлами, следовательно, загрузка должна быть ограничена. Лучше применять электронно-лучевое испа- рение с охлаждаемых тиглей (см.рис.4.8 б). Платина испаряется при температуре 2370 К из вольфрамовых испарителей или тиглей из туго- плавких окислов. Поскольку температура испарения высокая, то пред- почтительно электронно-лучевое испарение. Серебро легко испаряется с проволочных или ленточных испарителей из молибдена и тантала, но наиболее долговечны тигли из молибдена. Тугоплавкие металлы тан- тал, вольфрам, ванадий, цирконий и другие следует испарять с помо- щью электронно-лучевого испарителя (см.рис.4.9). При этом можно обеспечить большие скорости испарения. При испарении кремния применяются тигли из тугоплавких окислов бериллия и циркония. Од- нако они разрушаются расплавленным кремнием и пленки загрязняют- ся
SiO
. Наиболее чистые пленки получаются при электронно- лучевом испарении.
Для испарения
3 2
O
Al
используется электронный испаритель
(см.рис.4.9). Это соединение почти не разлагается при испарении из
W
и
Mo
при температурах 2100-2500 К. Аналогично испаряются окислы бора, бериллия, висмута, кальция и др. Испарение окислов ин- дия
(
)
3 2
O
In
из платиновых тиглей идет с небольшим разложением. В
составе пара фиксируются молекулы
2 3
2
,
,
O
O
In
In
. При испарении из
3 2
O
Al
тиглей при 1300-1700 К молекул
3 2
O
In
больше, чем молекул
In
. Окисел сурьмы
(
)
3 2
O
Sb
при испарении из
W
переходит в низшие окислы. При использовании нагревателя из
Pt
разложения нет. Моно-
73
окись кремния
SiO обычно испаряется при давлении остаточных га- зов меньших 10
-3
Па и температурах между 1420-1520 К. Диссоциация на
Si и
2
O начинается при температурах более 1520 К и может при- вести к пленкам с недостатком кислорода. Рекомендуемый тип испа- рителя - поверхностный, выполненный в виде тигля из
Taили
MoОкись титана
(
)
2
TiO разлагается на низшие окислы при нагреве до
2300 К. При импульсном нагреве электронным лучом получаются поч- ти стехиометрические пленки. При испарении окиси циркония
(
)
2
ZrO из тантала при 2000 К образуется летучая
TaO. При испаре- нии из
Wобразуются пленки с дефицитом кислорода. При нагреве электронным лучом окись циркония также теряет кислород.
Полупроводниковые соединения
PbSCaTeCdSeCdS,
,
,
и дру- гие испаряются из лодочек
(
)
MoTa,
тигельных испарителей (графит,
3 2
OAl) с диссоциацией и состав пленок отличается от стехиометриче- ского. При испарении соединения
3 2
SeSb из
Ta-лодочки при 780-
880 К наблюдается фракционирование и осаждение пленки с перемен- ным составом. Для получения пленок из сложных соединений стехио- метрического состава рекомендуется одновременное испарение из двух испарителей (см.рис.4.11).
Метод взрывного испарения (см.рис.4.10) рекомендуется для по- лучения пленок сплавов
CrNiFeNiCdAu-
-
-
,
,
и пленок из смеси порошков металл-диэлектрик
(
)
SiCrSiOCr+
+
,
. Этим же методом можно получать пленки сложных соединений. При испарении порошка арсенида галлия
(
)
GaAs образуются эпитаксиальные пленки на кристаллах
GaAsи
Ge. Аналогично получаются пленки соедине- ний
InSbInAsInPGaSb,
,
,
и др.
Скачать 22.56 Mb.