词条 | 真空蒸发工艺 |
释义 | zhenkong zhengfa gongyi 真空蒸发工艺(卷名:电子学与计算机) vacuum evaporation technique 将固体材料置于高真空环境中加热,使之升华或蒸发并淀积在特定的衬底上,以获得薄膜的工艺方法。使用导电材料、介质材料、磁性材料和半导体材料,都可以通过真空蒸发工艺而获得淀积的薄膜。利用真空蒸发工艺形成各种薄膜是集成电路制备的一项重要技术。 真空蒸发工艺在微电子技术中主要用于制作有源元件、器件的接触及其金属互连、高精度低温度系数的薄膜电阻器,以及薄膜电容器的绝缘介质和电极等。薄膜磁性元件如存储元件、逻辑元件、光磁元件、声表面波器件、薄膜超导元件等的薄膜,都可用真空蒸发方法获得。 真空度 工业上常用的真空蒸发装置如图1。在真空蒸发工艺中,系统真空度是直接影响成膜质量的关键。为了使蒸发原子或分子能淀积在离开蒸发源一定距离的衬底上,真空室的真空度通常应优于6×10-2帕,制作铝膜需要在1×10-3帕以上,制作高纯薄膜须优于10-8帕(见真空获得技术、真空测量技术)。 ![]() 加热 在真空室中,被加热材料的蒸气压在1帕以上时才会产生明显的蒸发。为此,常常需要把材料加热到1000~2000 ![]() ![]() 蒸发 蒸发主要有电子束蒸发、多源蒸发、瞬时蒸发、激光蒸发和反应蒸发等方法。①电子束蒸发:在5~10千伏/厘米电场下使电子束加速,并通过电子透镜使电子束聚焦,使坩埚中蒸发材料的温度升高到蒸发温度而蒸发。蒸发材料的熔融只限于表面的局部区域,使坩埚保持较低温度,而且电子束可以通过磁场转弯,从而把阴极杂质蒸发挡住。这种蒸发方法不仅可以达到较高的温度(约3000 ![]() 成膜机理 真空蒸发所得到的薄膜,一般都是多晶膜或无定形膜,经历成核和成膜两个过程。蒸发的原子(或分子)碰撞到基片时,或是永久附着在基片上,或是吸附后再蒸发而离开基片,其中有一部分直接从基片表面反射回去。粘附在基片表面的原子(或分子)由于热运动可沿表面移动,如碰上其他原子便积聚成团。这种团最易于发生在基片表面应力高的地方,或在晶体衬底的解理阶梯上,因为这使吸附原子的自由能最小。这就是成核过程。进一步的原子(分子)淀积使上述岛状的团(晶核)不断扩大,直至展延成连续的薄膜。因此,真空蒸发多晶薄膜的结构和性质,与蒸发速度、衬底温度有密切关系。一般说来,衬底温度越低,蒸发速率越高,膜的晶粒越细越致密。 监控技术 在真空蒸发过程中需要对膜的厚度进行精确的监控。①电阻率测定法:这种方法适用于淀积导体薄膜时的监控。②光学方法:在淀积薄膜的过程中,同时测定膜的某一光学性质,如光的透射率、反射率或干涉等,借此可对薄膜厚度进行监控。图2为测量透射率的装置原理图,厚度通过光电接收器进行监控。③石英晶体振荡法:随着石英晶体表面电极上淀积层的增厚,晶体的振荡频率发生变化。检测晶体频率的偏移,即可确定淀积薄膜的厚度。如果在测量电路中加以微分处理,则可获得薄膜的淀积速率。 ![]() 除这些方法外还有一些其他方法。例如,可以通过蒸发气体离子化,测出离子流;而根据离子流的变化可确定蒸发速率,并从蒸发时间换算出淀积膜的厚度等。 参考书目 L.I.Maissel,R.Glang,Handbook of Thin Film Technology, McGraw-Hill, New York,1970。 |
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