Файл: Моряков, О. С. Вакуумно-термические и термические процессы в полупроводниковом производстве учеб. пособие.pdf

Очищают подложки непосредственно перед напылением ионной бомбардировкой, возбуждая тлеющий разряд между специальными электродами, питаемыми от высоковольтного трансформатора через нижний токоввод 1 2 .

Карусель испарителей 14 позволяет проводить поочередное на­ пыление пяти различных материалов. Основанием этой карусели служит неподвижный медный диск 8, который устанавливают с по­ мощью ручного привода в одно из пяти фиксированных положе­ ний; в каждой позиции питание подается на один из испарителей через подвижный и неподвижный контакты. Испарители закрепле­ ны в цанговых зажимах. Распыляемый материал направляется в сторону подложек специальным экраном 17. Заслонка 11 служит для прерывания потока паров, приводится в действие от сердечни­ ка электромагнита через шестеренчатый механизм и имеет смен­ ный экран, что облегчает его замену и очистку.

Вакуумная система (рис. 62) откачки колпака 5 состоит из вращательного (механического) насоса 11 (ВНМ-7Г), паромасля-

Рис. 62. Вакуумная система установки УВН-2М-2:

105

ного насоса 1 (Н-2Т), затвора 2, клапанной коробки 8, натекателей 6, 7 и 9, трубопроводов 12 и ловушки 4, охлаждаемой жидким азотом. Управляют системой, пользуясь рукоятками 10 и ручным

включают паромасляный насос, который обеспечивает вакуум порядка Ы 0~5 мм рт. ст. Для получения более высокого вакуума

(1 • 1(Н —1 • 1(И5 мм рт. ст) и сообщения колпака и насосов с атмо­ сферой.

Паромасляный насос, колпак и испарители охлаждают проточ­ ной водопроводной водой. В системе имеется гидрореле, выключаю­ щее электропитание при недостаточном давлении воды. Для прогре­ ва колпака при обезгаживании, а, главное, чтобы избежать конден­ сации влаги при вскрытии колпака, в его змеевик можно подавать горячую воду.

С пульта управления, смонтированного на лицевой стороне установки, управляют работой вакуумной и водяной систем, гидро­ системой подъема колпака, испарителями, заслонкой и др.

Вакуумная установка ЖК 43.05 (см. рис. 60, б), предназначен­ ная для распыления алюминия и сплава золота с сурьмой и сереб­ ром, состоит из двух частей: вакуумного блока и электрического пульта. Два варианта устройств, монтируемых под колпаком, позво­ ляют вести распыление как сверху вниз, так и снизу вверх. На рис. 63 показан второй вариант подколпачного устройства.

Колпак состоит из цилиндра 12 с крышкой 2, уплотняемых рези­ новой прокладкой и тремя стяжками 17. В рабочем положении колпак устанавливается на резиновую прокладку, расположенную в канавке нижней плиты 7, и прижимается к ней атмосферным

106

давлением. Внутри колпака находится змеевик 16 ловушки, охлаж­ даемой жидким азотом, а в верхнюю крышку вварены два штуцера змеевика и переходник к штенгелю лампы 1 ионизационного мано­ метра. Остальные механизмы расположены на нижней плите 7.

Трубки 14 подачи под колпак охлаждающего воздуха одновре­ менно являются стойками, на которых смонтированы держатели 3

навески по отношению к испарителю обеспечивает вначале попадание распыляемого мате­

риала на заслонку, а затем — на подложки, когда заслонка будет повернута в сторону.

На этой установке можно выполнять так называемое косое напы­ ление, т. е. последовательное осаждение различных материалов (золота и алюминия) из двух или даже трех источников через одно окно в маске (рис. 64, а).

На рис. 64, б показана конструкция держателя подложек, кото­ рый состоит из основания 5 с приваренной к нему маской 4, на кото­ рой располагается прокладка 3 и пластина полупроводника 2 , удер­

107

живаемые пружинным прижимом 7. Температуру подложек контро­ лируют термопарой 6.

Качество напыления зависит от конструкции испарителя: испа­ ритель должен обеспечивать получение однородных по составу и одинаковых по толщине пленок. Кроме того, необходимо, чтобы ма­ териал, из которого изготовлен испаритель, выдерживал достаточное число рабочих циклов, не выделял посторонних веществ и хорошо смачивался расплавленным металлом (для надежного теплового контакта).

При работе с алюминием, золотом и сплавом золото —■серебро обычно используют проволочные резистивные испарители из воль-

1

фрама, молибдена или тантала, простые по конструкции, экономич­ ные, обеспечивающие высокое качество пленок, а также удобные при обслуживании. Питание испарителей осуществляют от понижа­ ющего трансформатора с плавной регулировкой напряжения. Режим нагрева контролируют по амперметру и вольтметру.

Расплавленный металл хорошо удерживается на проволочном испарителе, однако, взаимодействие между испарителем и металлом приводит к быстрому разрушению испарителя. Поэтому проволоч­ ные испарители обычно применяют только для возгонки, сублимации металлов (когда температура распыления лежит ниже точки плав­ ления). Узкие полоски, отрезки проволоки или ленты навешивают равномерно по длине испарителя. По форме проволочные испарите­ ли бывают спиральные цилиндрические (рис. 65, а), волнообразные (рис. 65, б) и спиральные двойные (рис. 65, в).

В установках для вакуумного распыления предусмотрена воз­ можность перемещения испарителей в горизонтальном и вертикаль­ ном направлениях, а также выбора оптимального расстояния до подложек. В испарителях с донышком (см. рис. 65, в) образуется тепловой экран, который способствует направленности распыления металла. Чем меньше размеры испарителя, тем более четкими получаются границы пленок различных компонентов.

108

Спиральные цилиндрические и волнообразные испарители обыч­ но используют при большой площади подложек и направлении па­ ров сверху вниз.

Рис. 65. Проволочные испарители:

а — спиральный цилиндрический, б — волнообразный, в — спиральный двойной

§38. Измерение толщины пленок

Внастоящее время известны несколько методов контроля толщины пленок (емкостной, резистивный, оптический, взвешивания

идр.), некоторые из которых позволяют выполнять измерения во время процесса конденсации металла. Несмотря на то что толщина пленок зависит от многих факторов (вида распыляемого материала, его количества, взаимного расположения испарителя и подложек, способа напыления, рабочего вакуума и др.), необходимость в изме­ рениях после каждого напыления обычно отпадает, если условия их нанесения стабильны.

Наибольшее применение нашли резистивный и весовой методы:

первый — в процессе нанесения, а второй — после получения пленки. Р е з и с т и в н ы й м е т о д основан на зависимости между тол­ щиной пленки и ее сопротивлением постоянному току, которая выра­

жается формулой

109

где к — толщина пленки; а и Ь— соответственно длина и ширина пленки; Я — сопротивление пленки на единицу площади поверх­ ности; р — удельное сопротивление напыляемого металла.

В связи с тем, что удельное сопротивление пленочных и компакт­ ных (массивных) образцов одного и того же вещества может быть различным, используют поправочные коэффициенты. При измере­ ниях рядом с полупроводниковыми подложками помещают конт­ рольный образец — квадратную пластинку из диэлектрического материала, снабженную с двух сторон плоскими серебряными кон­ тактами, которую соединяют с измерительным блоком.

М е т о д о м в з в е ш и в а н и я определяют массу напыленного материала и подсчитывают толщину пленки по формуле

где Р\ и Р2 — соответственно масса подложки без пленки и с плен­ кой; Р —•площадь пленки; у — плотность материала.

Правильность измерений зависит не только от точности взвеши­

на предметный столик микроинтерферометра (риской вниз) и, вра­ щая столик, добиваются совмещения одной из нитей перекрестия прибора с направлением интерференционных полос, а другой—-с направлением риски. В месте перехода риски от полупроводника к слою металла полосы изгибаются.

Для определения толщины слоя необходимо измерить интервал между соседними интерференционными полосами и степень изгиба (смещения; полос. Эти операции выполняют при помощи окулярно­ го микрометра, определяя вначале положение одной интерференци­ онной полосы, а затем — положение соседней. Разность отсчетов дает искомую величину. Так же оценивают изгиб полосы. Для рас­ чета берут среднее из трех измерений.

ПО