Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование термовакуумного метода нанесения тонких пленок»

Министерство образования и науки РФ

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Кафедра микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры

Г.Ф.Баканов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

«ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОВАКУУМНОГО МЕТОДА НАНЕСЕНИЯ

ТОНКИХ ПЛЕНОК»

Санкт-Петербург

h=22 см. - расстояние между испарителем и подложкой;

U [см/с] – скорость осаждения пленки;

U_исп [г/см2*с] – скорость испарения материалов;

Т [⁰К] – температура испаряемого материала;

Р [Па] – давление остаточных газов в вакуумном объеме;

Р₀ [Па] – давление газа испаряемого материала при температуре Т;

λ [м]- длина свободного пробега молекул остаточных газов;

М [г/моль] – масса грамм-молекулы испаряемого материала;

l=3 см – половина длины подложки;

R=8.31*10⁷ эрг/град*моль – универсальная газовая постоянная;

Δ [см] – толщина пленки на подложке;

Δ₀ [см] – толщина пленки в центре подложки;

t=60 сек. – время напыления;

S=1 см² – поверхность испаряемого материала;

ρ [г/см³] – плотность испаряемого материала;

t = 60 сек – время напыления.

Изучение технологии нанесения тонких пленок термовакуумным испарением материалов.

       Метод термовакуумного испарения твердых материалов с последующей конденсацией пара на подложку широко используется в технологии интегральных схем для нанесения тонких пленок.

     Материал, подлежащий испарению, загружается на испаритель (в виде спирали или лодочки), который в вакууме нагревается до требуемой температуры пропусканием по нему электрического тока. Спиральные испарители из вольфрама обычно используют для испарения материалов, хорошо смачивающих при плавлении вольфрам (алюминий, нихром) и т.д. Лодочные испарители предназначены для испарения сыпучих материалов, не смачивающих вольфрам (медь, хром и др.)

    При термовакуумном нанесении пленок длина свободного пробега молекул остаточных газов в вакуумном пространстве должна быть гораздо больше расстояния испаритель-подложка. Если это не соблюдается, то будут происходить многочисленные взаимные столкновения между молекулами испаряемого вещества и остаточного газа. В результате резко уменьшится скорость осаждения материала на подложке, наносимая пленка будет загрязнена молекулами остаточного газа. Для воздуха при 20⁰С среднюю длину свободного пробега молекул можно рассчитать по зависимости

   При нанесении пленки на подложку (см. рис.) толщина пленки по длине подложки будет неодинакова. В центре подложки толщина пленки будет наибольшей

    По мере удаления от середины подложки толщина будет уменьшаться. Распределение толщины пленки по подложке для небольшого лодочного испарителя будет определяться зависимостью

     Для расчетов по этой зависимости (1) скорость испарения материалов в вакууме определяется по формуле

      Из (1) можно определить теоретическую скорость осаждения материала в центре подложки

1. Изучить установку для термовакуумного нанесения тонких пленок и измерительную аппаратуру.
2. Загрузить наносимые материалы (нихром, медь) в испарители.
3. Установить подложку.
4. Закрыть колпак и включить откачку воздуха из-под колпака.
5. Рассчитать длину свободного пробега молекул остаточного газа для получения вакуума. Сравнить его с расстоянием испаритель-подложка. При расчете учесть, что давление 1 мм ртутного столба равно133.8 Па.
6. Рассчитать теоретическую скорость осаждения меди в центре подложки. При расчете использовать данные таблицы.

Таблица. 

7. Нанести пленку меди с тонким подслоем нихрома. Заметить время, в течение которого была открыта заслонка при нанесении меди.
8. Напустить воздух под колпак, поднять колпак и снять подложку.
9. Измерить на микроинтерферометре МИИ-4 толщину пленки в местах разрывов.
10. Рассчитать экспериментальное распределение толщины пленки по длине подложки

      Рассчитать теоретическое распределение толщины пленки по подложке. Построить оба распределения на одном графике и сравнить их.

11. Зная измеренную толщину пленки в центре подложке и время напыления меди, определить экспериментальную скорость осаждения. Сравнить полученное значение с теоретическим значением, определенном в п. 6.