ИДЗ 7

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

кафедра ФЭТ

Дисциплина

«Технология материалов и элементов электронной техники»

Расчет по заданию №7

Выполнил студент группы 5207

Иванов А.Д.

Преподаватель:

профессор Шаповалов В.И.

Санкт - Петербург

2018 г.

Цель работы: определить скорость роста пленки меди методом резистивного испарения в центре подложки подложки из поверхностного и точечного источников.

Резистивное испарение

При заданной толщине пленки определяют:

-температуру испарения, которую задают током испарителя;

-количество испаряемого материала.

1. Температура процесса. Температура испарения T_исп должна быть такой, чтобы давление насыщенного пара рабочего материала p0 было значительно больше давления остаточных газов p_ост. Для выполнения этого условия в высоком вакууме достаточно принять p₀ = (1–10) Па.

2. Количество испаряемого материала. Обозначим массу рабочего вещества, которое необходимо испарить для изготовления пленки заданной толщины L, через M₀. Задача определения величины M0 актуальна в том случае, когда вещество расходуется полностью в одном технологическом цикле. Анализ источников многократного использования выполним ниже.

Для определения способа вычисления M₀ необходимо учесть особенности осаждения пленки в рамках модели. В реальных условиях, когда давление в системе не превышает 10^–3 Па, средняя длина свободного пробега частиц в области переноса превысит 6.0 м (см. формулу (1.10)) и, следовательно, будет намного больше расстояния источник–подложка, равное обычно 0.1–0.2 м. Таким образом, испаряемые частицы переносятся от источника к подложке без столкновений и рассеяния по прямолинейным траекториям. Следовательно, к потоку частиц можно применить законы Ламберта–Кнудсена, согласно которым число частиц, достигших поверхности подложки в единицу времени, зависит от угла падения и обратно пропорционально квадрату расстояния испаритель–подложка h, а интенсивность потока обусловлена потоком источника.

Рассмотрим влияние геометрической формы испарителей на равномерность пленки. Их конструкции приводят к моделям поверхностного или точечного источника. Поверхностный источник создает поток рабочего вещества только в верхнюю полусферу (рис. 3.17, а). От точечного источника поток распространяется равномерно по всем направлениям (рис. 3.17, б). В основу всех моделей положен закон эффузии, который описывает испарение вещества из идеальной ячейки Кнудсена.

Методика определения массы осаждаемого вещества на элементе dA_r при испарении из эффузионной ячейки, была применена и для точечного источника (рис. 3.17, б). Он представляет собой сферу с бесконечно малым диаметром и площадью поверхности dA₀. Испарение из него происходит равномерно по всем направлениям.

Скорость роста пленки v_пл для поверхностного источника при переносе в высоком вакууме является функцией координаты точки на подложке l

где максимальная скорость роста пленки на оси системы

при l = 0, м/с; ρ – плотность материала источника, кг/м³ ; Jm – массовая плотность потока в плоскости источника, кг/(м2∙с); A – площадь поверхности источника, м².

Для точечного источника скорость роста пленки определяют по выражению

Дано:

Cu

T = 1800 K, p_ост = 10^-4 Торр; h = 0.05…0.1 м, S_точ = 0.4 мм², d_пов = 10 мм,

ρ = 8930 кг/м³

Найти: v(h) из поверхностного и точечного источников

Решение

1. Убедимся, что испаряемые частицы переносятся от источника к подложке без столкновений и рассеяния по прямолинейным траекториям:

Для воздуха:

C = 112,

средний диаметр молекулы газа в воздухе

2. Определим плотность потока в плоскости источника:

3. Построим зависимости роста пленки для поверхностного (1) и точечного источников (2):

Рисунок 1 – Скорость роста пленки из поверхностного источника

Рисунок 2 – Скорость роста пленки из точечного источника

Вывод: при почти одинаковой площади испарения для поверхностного источника скорость роста пленки на несколько порядков выше. Это связано с тем, что точечный источник больше половины своего потока отправляет в сторону от подложки, в то время как поверхностный источник большую часть испаряет на подложку. Отсюда следует применение точечного источника: его удобно использовать, если надо напылять материал сразу на несколько подложек, расположенных по всей сфере.