Технология тонкопленочных микросхем (стр. 10 )

,

где парциальное давление пара компоненты B над расплавом при постоянной температуре испарения;

давление насыщенного пара чистой компоненты B.

Это выражение является одной из форм записи закона Рауля, который говорит о том, что давление составляющей над раствором уменьшается пропорционально молярной концентрации. Поведение реальных сплавов отличается от растворов, поэтому необходимо ввести поправочный коэффициент, учитывающий активность компоненты A и B в сплаве . Точки и соответствуют давлению паров чистых компонентов A и B (рис.3.6). Понижение давления паров A вследствие растворения в нем компоненты B изобразится прямой B. Аналогичная зависимость будет для давления паров компоненты B - прямая A. Общее давление пара , равновесного с расплавом, будет равно

.

Рис.3.6. Графическое изображение закона Рауля

Коэффициент зависит от температуры и от природы компонентов сплава и может быть больше 1 и меньше 1. Для идеальных растворов . При силы взаимодействия между разнородными атомами слабее, чем взаимодействие в чистой фазе, и необходимая для испарения энергия ниже, и наоборот. Если отличается от 1, то состав паровой фазы будет отличаться от состава вещества, помещенного в испаритель. Это явление называется фракционированием сплава.

Применение закона Рауля для процесса испарения жидких сплавов приводит к тому, что в уравнении Кнудсена появляются коэффициенты активности. Запишем потоки при испарении сплава AB

Следовательно, отношение числа частиц A к числу частиц B в потоке пара в любой момент времени будет

где

Если коэффициенты активности остаются постоянными, то параметры, характеризующие вещество системы, могут быть объединены в один параметр, который называется коэффициентом испарения сплава К:

.

Тогда соотношение компонент A и B в паре будет . Если считать, что состав пленки такой же, как и состав пара, то содержание компонент в пленке и можно определить следующим образом:

отсюда для компоненты А получим

Для компоненты B расчет можно произвести аналогичным образом

При К=1 состав источника пара и пленки одинаков. На практике К¹1 и в ходе испарения материал в тигле обедняется одним из компонентов.

3.1.6. Степень загрязнения пленок при конденсации

Рассмотрим требования, которые предъявляются к вакууму, исходя из условия получения "чистых" пленок во время конденсации. Степень чистоты пленки можно оценить по количеству газа, содержащегося в пленке, а точнее по отношению количества загрязняющих газовых включений к количеству молекул основного вещества.

Источниками загрязнений являются остаточные газы в рабочей камере (H2O, O2, N2, H2, CO, CO2), углеводороды (C2H4, C2H2 и др.), поток газов из насосов, десорбция газов с нагретых стенок и др. При напылении металлических пленок хемосорбция активных газов приводит к образованию окислов, а физическая адсорбция может изменять структуру и механические свойства пленок. При получении пленок с заданными свойствами устанавливаются допустимые пределы загрязнений.

Степень загрязнения пленок оценивается по отношению потока молекул газа, налетающих на подложку , к числу испаренных молекул, достигающих единицы площади подложки в единицу времени . Поток молекул газа, налетающих на подложку, можно определить из кинетической теории газов, как

где давление остаточных газов в рабочей камере;

постоянная Больцмана;

масса молекулы газа;

температура газа.

Скорость испарения может быть описана подобным выражением

гдеравновесное давление пара испаренного вещества;

масса молекулы испаряемого вещества;

температура испарения.

Со всего испарителя будет испаряться вещества, где площадь испарителя.

Скорость образования пленки определяется числом атомов пара, достигающих подложки в единицу времени. Используя второй закон Кнудсена, можно записать

для точечного испарителя

;

для поверхностного испарителя

где угол между нормалью к приемной поверхности (подложке) и направлением испарения

угол между нормалью к поверхности испарителя и направлением испарения

расстояние от испарителя до точки на подложке, в которой определяется степень загрязнения пленок.

Найдем отношение потока молекул газа, бомбардирующих подложку, к потоку конденсирующихся молекул пара. Для поверхностного испарителя будем иметь

Подсчитаем для конкретного случая испарения алюминия с испарителя площадью 1 см2 при Остаточным газом считаем азот с =28 г/моль и =288 К. Если =10 Па, =1340 К, =0,1 м, =10-2 Па, то будет равно 0,73. При снижении давления газа и увеличении скорости испарения степень загрязнения пленок уменьшается. Для данного вещества можно записать в виде где константа, зависящая от положения данной точки на подложке. Величина становится больше к периферии подложки. Для приведенного примера при увеличении до 0,2 м отношение становится равным 2,93, т. е. на каждый атом пара приходится уже три молекулы газа. При рассмотрении вопроса о степени загрязнения пленок необходимо учитывать еще следующие соображения.