ем электрического тока последовательно через испаритель и алю­миний в расплаве. Материал испарителя имеет более высокое удельное сопротивление по сравнению с алюминием. В устрой­стве предусмотрено возвратно-поступательное перемещение пла­стины относительно испарителя со скоростью, регулируемой для получения однородного покрытия на пластине.

Использование испарителей с покрытиями из карбидов и боридов показало, что они более долговечны, чем испарители без покрытий. Экспериментально установлено, что те же вольф­рамовые испарители с покрытиями из боридов и карбидов могут использоваться в течение четырех и более циклов испарения.

Достоинством таких испарителей является и то, что они более экономичны и технологичны по сравнению с графитовыми тиглями. В этом отношении испарители с покрытием из бори­дов и карбидов отличаются простотой изготовления и исполь­зования. Хорошая теплопроводность нагревателей из W, Мо и Та позволяет осуществлять быстрый нагрев испарителей и ис­паряемого вещества до требуемой температуры. Так как испа­рители изготавливаются из тонкой ленты, они имеют малый объем. Вследствие этого потери тепла у них значительно мень­ше, чем у графитовых тиглей. Все достоинства испарителей с покрытиями из боридов и карбидов, приведенные выше, показы­вают перспективность их использования в различных отраслях современной техники, включая и технологию производства из­делий интегральной электроники.

7.4. Электронно-лучевое испарение

Установка для электронно-лучевого испарения состоит из технологической камеры, системы откачки, тигля с испаряе­мым материалом, электронной пушки, заслонки для пара и под­ложки с приспособлениями для ее крепления и нагрева.

При облучении поверхности испаряемого материала элект­ронным пучком существенная доля кинетической энергии элек­тронов превращается в тепло, нагревая материал до температу­ры испарения. В потоке пара располагают подложку, на кото­рой конденсируется испаряемый материал.

При нагреве электронным пучком температура поверхности выше, чем в объеме испаряемого материала, поэтому испарение материала проводят из водоохлаждаемых тиглей, обеспечиваю­щих также испарение химически высокоактивных и тугоплав­ких материалов.

Электронно-лучевые испарители состоят из электронной пушки и тигля. Часто их дополняют устройством для подпит­ки расплава в тигле исходным материалом.

Катод располагается вблизи испаряемого материала или тиг­ля. Под действием ускоряющего напряжения между катодом и тиглем пучок электронов устремляется на испаряемый матери­ал. Управляющий электрод находится под потенциалом като­да и служит для фокусировки электронного пучка. Если катод кольцевой, то управляющему катоду придают форму кольца, кон­центрически охватывающего тигель.

Анод размещается между тиглем и управляющим электро­дом с катодом и формирует электронный пучок, который на­правляют на испаряемый материал перпендикулярно или под углом к поверхности.

Для испарения нескольких материалов при одном электрон­ном пучке используют многотигельные устройства, в которых отдельные тигли поочередно устанавливают в рабочую позицию, перемещая их по прямой или окружности.

Для исключения загрязнений расплава материалом тигля используют бестигельное распыление. В простейшем случае ма­териал испаряется из жидкой лунки на поверхности массивно­го слитка.

7.5. Метод ионного распыления

Метод ионного распыления,,так же как и метод термическо­го испарения, является универсальным методом для получения тонких пленок различных материалов. Ионное распыление ве­щества происходит при бомбардировке его поверхности ионами инертного газа, распылённые частицы оседают на подложке, об­разуя пленку. Бомбардировке (облучению) ионами подвергается мишень, изготовленная из распыляемого вещества.

Широкому применению данного метода в микроэлектронике способствовал ряд преимуществ его по сравнению с методом термического испарения, а именно:

а) возможность получения пленок тугоплавких металлов;

б) отсутствие фракционирования при распылении многокомпо- нентных материалов и возможность получать пленки спла- вов, смесей и соединений с сохранением стехиометрического состава;

в) большая емкость источника и возможность напыления в ус- тановках непрерывного действия;

г) равномерность пленки по толщине.

Ионное распыление является практически безынерционным процессом и прекращается при отключении напряжения пита­ния. Процесс нанесения пленок методом ионного распыления легко контролируется и управляется, что способствует его авто­матизации.

Определенные недостатки метода - малая скорость напыле­ния и повышенная загрязненность пленок - преодолеваются в специальных распылительных системах.

Процесс ионного распыления происходит в глубоком вакуу­ме при отсутствии электрических и магнитных полей в области между мишенью и подложкой; возможно облучение мишени под малыми углами к ее поверхности. При этом достигается высо­кая чистота пленок и необходимая скорость напыления. Одна­ко для получения очень тонких пленок ионное распыление по­чти не используется из-за сложности оборудования. На практи­ке для получения тонких пленок находят применение различ­ные распылительные системы, в которых источником ионов яв­ляется плазма газового разряда. В связи с этим метод часто называют ионно-плазменным распылением.

Взаимодействие бомбардирующего иона с твердым телом (ми­шенью) наиболее убедительно описывается моделью атомных столкновений по типу упругих соударений бильярдных шаров. Основные положения такой теории распыления хорошо согла­суются с опытом.

Ион, обладающий определенной кинетической энергией, стал­киваясь с атомом кристаллической решетки твердого тела, пе­редает ему импульс энергии. При энергиях, превышающих энер­гию связи атомов, происходит смещение атома из узла кристал­лической решетки, при столкновении с соседним атомом он передает тому свой импульс и т.д. В результате ряда последова-тельных столкновений импульс передается поверхностному ато­му; если получаемая этим атомом энергия выше теплоты суб­лимации E_суб, то он имеет возможность быть выбитым в паро­вую фазу, т.е. происходит его отрыв от поверхности твердого тела. Рассмотренный упрощенный механизм относится к пар­ному соударению ион-атом, на самом деле происходит более сложное взаимодействие ионов с кристаллической решеткой твердого тела.

Распыление происходит, если энергия иона превышает неко­торую пороговую энергию, равную:

(7.5)

где М₁ - масса бомбардирующего иона; М₂ - масса атома мишени.

Величина пороговой энергии при распылении ионами аргона различается для металлов в несколько раз: для алюминия Е_пор = 13 эВ, для меди 12...17 эВ, для вольфрама 35 эВ, для золота 20 эВ, для тантала 25 эВ.

Количественной мерой процесса распыления является ко­эффициент распыления S, представляющий собой среднестати­стическое число атомов, выбитых с поверхности мишени одним ионом. Коэффициент распыления зависит от энергии иона, его массы, угла падения, материала, температуры и состояния по­верхности мишени.

Экспериментально установлено, что коэффициенты распыле­ния материалов изменяются значительно сильнее в зависимости от природы ионов, чем от природы атомов мишени. В техноло­гии полупроводниковых приборов в качестве рабочего газа рас-

пылительных камер используется почти исключительно аргон как наиболее доступный инертный газ, атомная масса Аr дос­таточно велика (М₁ = 40).

Коэффициент распыления имеет периодическую зависимость от атомного номера элемента мишени, которая объясняется пе­риодичностью изменения энергии связи атомов. В целом, одна­ко, величина S мало отличается для различных материалов, изменение имеет место в пределах одного порядка. Для сравне­ния, скорость термического испарения может отличаться на не­сколько порядков.

Коэффициент распыления может быть представлен в виде следующей зависимости:

(7.6)

Процесс распыления идет путем последовательного удале­ния (травления) поверхностных слоев мишени. Поскольку диф­фузией атомов из глубины мишени можно пренебречь, распыле­ние многокомпонентных материалов будет происходить без фрак­ционирования составляющих, несмотря на некоторые различия в коэффициенте распыления различных компонентов.

Измерения показывают, что обычно более 95 % энергии ионов выделяется в мишени в виде тепла, поэтому распыление являет­ся с энергетической точки зрения весьма неэффективным про­цессом. Тем не менее энергия распыленных атомов существенно выше, чем энергия испаренных частиц, что определяет особые условия образования пленки.

Повышенная энергия осаждаемых частиц и облучение под­ложки электронами приводит к увеличению скорости зароды-шеобразования пленки. Увеличивается адгезия пленки и ее плот­ность, но одновременно возрастают и остаточные напряжения. В пленке возможны радиационные повреждения, подложка до­полнительно нагревается бомбардирующими частицами. Из-за