При различных давлениях насыщенных паров

В условиях высокого вакуума (остаточное давление < 7∙10^-4 Па), когда температура конденсации намного меньше; температуры испарения (следовательно, давление насыщенных паров испаряемого вещества при температуре испарения намного больше давления паров при температуре конденсации), а коэффициент испарения для чистой поверхности испаряемого материала равен единице, скорость термического испарения (т.е. количество вещества в граммах, покидающего 1 см² свободной поверхности в 1 с при условной температуре Т_у) можно опреде­лить из полуэмпирического уравнения

,

где М- молекулярная масса испаряемого вещества.

Этап осаждения атомарного потока на подложку можно рассматривать по механизму конденсации пар - кристаллиты либо двумерный газ - двумерная жидкость - твердое вещество в зависимости от природы вещества, критической плотности его пара и критической температуры подложки [1]. Процессы, происходящие при конденсации испарившегося потока, существенно зависят от взаимодействия атомов в потоке вещества, в пленке друг с другом и с поверхностными атомами подложки. Формирование пленки происходит по схеме: образование кристалличе­ских зародышей - образование островков из конденсата - срастание островков (соединение их мостиками) - образование сплошной пленки сконденсированного вещества. При этом важно учитывать: соотношение плотностей потока испаряемого вещества и остаточных газов; процессы, протекающие на подложке (физическая адсорбция, хемосорбция, десорбция, диссоциация, реиспарение, диффузия, рекристаллизация и др.); химическое сродство в системе подложка - конденсат - газовая среда; условия обеспечения энергии связи атомов осаждающегося вещества, заметно большей средней энергии (тепловой) атомов подложки и пленки. Таким образом, в зависимости от кинетики процесса конденсации в сочетании с управляемыми параметрами технологической среды можно получить тонкие пленки с необходимыми электрофизическими характеристиками (рис.1) и структурой (аморфной; мелкозернистой с размером кристаллитов менее 10 нм; крупнозернистой с размером кристаллитов 100 нм и более). При толщине h < 1 нм пленка существует в виде островков, имеет высокое и нестабильное удельное электрическое сопротивление ρ; при h₁ = 10 - 20 нм островки срастаются в сплошной слой, но пленка высокочувствительна к условиям испарения, конденсации и степени вакуума; толщина h₂ = 100 нм считается нормальной для получения стабильных электрофизических параметров при устойчивых технологических режимах.

Основными технологическими параметрами метода испарения в вакууме являются: скорость испарения (зависящая от температуры испарения и типа испарителя); скорость конденсации (осаждения) (зависящая от обобщенной характеристики испарителя, температуры подложки, наличия остаточных газов в рабочей камере (степени вакуума) и качества очистки поверхности подложки); давление и состав остаточных газов в рабочей камере; температура подложки.

Температура подложки во многом определяет условия конденсации испаряемого материала. Испарение сложных химических соединений сопровождается процессами их фракционирования в результате неодинаковой температуры испарения отдельных

компонентов, что особенно существенно при испарении многокомпонентных материалов, например резистивных сплавов, диэлектриков и др.

Для сохранения стехиометрического состава пленок сложных химических соединений используют разновидности термического испарения в вакууме, например дискретное испарение возгонкой (взрывное испарение с применением лабиринтного испарителя либо вибродозирование с применением вибробункера и др.). К недостаткам термического испарения следует отнести сложности получения пленок из тугоплавких материалов. Например, для испарения тантала используют электроннолучевые испарители различных типов, что усложняет конструкцию вакуумной установки. Импульсные лазерные испарители перспективны для испарения многокомпонентных материалов. Однако принципиальные трудности метода термического испарения связаны с побочными явлениями (при получении диэлектрических пленок конденсаторных структур и защитных слоев МСБ), такими как диссоциация окислов при испарении, взаимодействие испаряемого материала с материалом испарителя и остаточной атмосферой вакуумной камеры, а также поляризационный захват примесей при формировании пленки.