3.2.1.Испарение с использованием резистивного нагрева

Ha рис. 7 показана нить из тугоплавкого металла (напри­мер, вольфрама) с небольшими кусочками проволоки из А1, под­вешенными в витках спирали. Другая, более сложная структура источника может быть образована из лент тугоплавкого метал­ла.

Рис. 7. Тугоплавкая вольфрамовая спираль, используемая в качестве дер­жателя испаряемого вещества и источника нагрева при вакуумном испаре­нии алюминия.

Преимуществами резистивного нагрева являются простота конструкции нагревателя, малая стоимость и отсутствие ионизи­рующего излучения.

Недостатки метода заключаются в возмож­ности загрязнения пленки материалом нагревателя, малой ве­личине загрузки, что ограничивает предельную толщину пленки,

низком сроке службы спирали и трудностях получения пленки на основе сплавов, если не применяется взрывное испарение. При взрывном испарении на нагретую поверхность неболь­шими порциями капают испаряемый сплав. При этом происхо­дит быстрый нагрев и все компоненты сплава переносятся на подложку. Несмотря на отмеченные недостатки, испарение с на­гретой нити продолжает применяться для осаждения пленок А1, служащих электродами тестовых конденсаторов, используемых при проведении термических испытаний и в экспериментах. Что­бы увеличить площадь источника испаряемого материала, мож­но использовать несколько нитей. В этом случае достигается бо­лее равномерное воспроизведение ступенчатого рельефа на по­верхности подложки, чем при испарении с отдельной нити. При одновременном осаждении пленки на несколько подложек для обеспечения однородности толщины пленки на подложках мо­жет применяться планетарная система подложкодержателя. С помощью рассмотренного метода можно испарять и другие металлы, например Аu и Pd.

3.2.2. Электронно-лучевое испарение

На рис. 8 схематически показан источник с электронно-лу­чевым испарением. Горячий катод испускает пучок электронов с величиной тока ~ 1 А, которые ускоряются в поле напряжени­ем 10 кВ и бомбардируют поверхность испаряемого вещества.

Рис. 8. Система электронно-лучевого испарения.

За счет отклонения пучка электронов в магнитном поле удается экранировать катод для того, чтобы примеси с катода не попа­дали на подложки. Сканирование электронного пучка по по­верхности расплава предотвращает неоднородность скорости осаждения, которая может иметь место при образовании углуб­ления в расплавленном источнике. Используя большой источ­ник, можно выполнить осаждение толстой пленки без наруше­ния вакуума и перегрузки источника. Применение большого ис­точника позволяет также отодвинуть пластины от источника для использования планетарной системы подложкодержателя. Раз­местив несколько источников в одной камере, можно последова­тельно осаждать пленки разного состава без нарушения ва­куума. Путем совместного испарения из нескольких источников могут быть получены также пленки сплавов. Поскольку элек­тронный пучок обладает большой мощностью, при интенсивном испарении можно достичь высокой скорости осаждения пленок. Оптимальная скорость осаждения пленки зависит от расстояния между источником и подложкой и обычно составляет 0,5 мкм/мин. При избыточной мощности пучка на подложки могут попадать капельки металла, которые разбрызгиваются из источника при интенсивном испарении металла.

Кроме алюминия и его сплавов методом электронно-лучевого испарения могут быть получены пленки других элементов (Si, Pd, Au, Ti, Mo, Pt, W) и диэлектриков (A1₂0₃). Как правило, алюминий и его сплавы испаряются из загрузки, расположенной непосредственно в водоохлаждаемой медной плите электронно­лучевого источника. Передача тепла охлаждающей воде умень­шена при использовании тигельного вкладыша (например, из нитрида бора) для размещения испаряемого вещества. Однако вкладыш может загрязнять осаждаемые пленки. При отсутствии вкладыша пленки могут загрязняться медью, если расплав А1 смачивает медную плиту и начинает ее растворять.

При напряжении порядка 10 кВ электронный пучок генери­рует характеристическое рентгеновское излучение К-оболочки Аl, распространяющееся вместе с основным потоком пара. Это ионизирующее излучение проникает в поверхностные слои крем­ниевых подложек и вызывает образование дефектов, которые изменяют емкостные характеристики МОП-приборов. Поэтому после осаждения пленки кремниевые пластины должны подвер­гаться отжигу.