Берлин Е. - Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких плёнок (1051243), страница 17
Текст из файла (страница 17)
После зарядки конденсатора, пока еще действует импульс, в цепи смещения сохраняется ток, равный электронному току из плазмы на пленку. Величина тока зависит от параметров плазмы, сопротивления пленки и от площади пленки, открытой на плазму. Эти парамет- (Вб Ч 1.Г В.Ц 3 ~ д ~ р~~д Г ЮП~,~,~, а ~ с~~ ф ры можно охарактеризовать внутренним сопротивлением плазмы К,.
Оно обратно пропорционально току магнетронов и может быть определено по формуле Я,=1;/Т, где 1„, — ток, идущий с пленки на корпус установки при их коротком замыкании. В нашем случае при токе магнетронов 45 А это примерно 2,5 Ом. Тогда в установившемся в импульсе режиме ток электронов из плазмы равен: (8.1) Потенциал пленки, находяшейся напротив магнетронов, во время действия импульса можно подсчитать по формуле: (8.
2) Учитывая, что г',=50 В, и оценивая величину 2 по эпюре, можно построить эпюру для Р(рис. 8.1). Пока ток импульса снижается, потенциал пленки Врастет до положительных значений. В это время разносп потенциалов межву пленкой и плазмой уменьшается и становится меньше минимального потенциала распыления. В результате пленка уже не может быть профрезерована разрядом между ней и плазмой.
Далее, когда потенциал пленки становится положительным, пленка перестает быть катодом, поэтому если такой разряд и возник в промежутках между импульсами смешения, то первый же импульс гасит его. Величина достигнутого пленкой потенциала зависит от длительности импульса: чем длиннее импульс, тем выше потенциал.
Но излишне длинные импульсы могут вызвать дополнительный нагрев пленки, а снижать длительность ниже определенного предела недопустимо. Допустимая минимальная длительность импульса определяется по эпюре тока импульса: на ней обязателен участок установившегося тока электронов из плазмы разряда.
Схема для компьютерного моделирования приведена на рис. 8.2, а результаты моделирования на рис. 8.3. На схеме источник напряжения У1 и выключатель БУУ 1 моделируют источник импульсов с амплитудой +50 В. Резистор К1=1.5 Ом представляет собой сопротивление пленки между токоподводяшим валом и барабаном.
Источник напряжения У2 моделирует плазму магнетронного разряда, заряжающего пленку до потенциала — 40 В, а резистор К2 представляет собой его внутреннее сопротивление. И, наконец, конденсатор С1=1 мкФ вЂ” это емкость между металлической пленкой и барабаном. На графиках рисунка 8.3, так же как и на рисунке 8.1, мы видим изменения тока, отбираемого от источника импульсного смешения. Совпадение эпюры тока модели с эпюрой тока реального импульса показывает, что модель выбрана правильно. Кроме того, модель позволяет оценить величину тока пробоя на пленку, который равен примерно 5 А.
Учитывая диаметр следа, получим плотность тока в пробое (5-10) 1О' А/см', что является типичным для дугового разряда 12]. Рассмотрим теперь некоторые технологические аспекты применения импульсного смещения. Важный вопрос: как подать импульсное смещение на металлическую (А8) пленку, на которую наносится диэлектрическая пленка, например А)Х. Если подавать импульсы на вал, по которому прокатывается подложка уже с двухслойным покрытием А8+А1Г4, то электрический контакт вала с пленкой ненадежен, что заметно на эпюре тока; величина тока иногда спадает до нуля.
В этой ситуации диэлектрический слой пробивается импульсами, отчего на пленке остаются следы в виде черточек. Чтобы исключить пробои диэлектрика и образование черточек, импульсы необходимо подавать только на тот вал, по которому движется подложка, у которой верхний слой покрытия металлический. В этом случае электрический контакт между валом и пленкой надежен, и его сопротивление не превышает десятых долей Ома. При работе с импульсным смешением очень важно гарантировать отсутствие случайных закороток проводящей пленки на корпус установки.
Такие заземления пленки срывают работу импульсного смещения, и на пленке появляются следы пробоев. Причем следы берут свое начало от точки закоротки. Такими точками бывают неровности на границе подложки (в нашем случае лавсановой ленты), из-за которых пленка может касаться заземленных экранов установки. Кроме того„точками заземления могут оказаться слои металла на торцах подложки. Чтобы исключить их, мы стали делать металлическое покрытие, не доходяшим на 5 мм до края подложки.
Таким образом, с учетом указанных выше технологических особенностей применение импульсного смещения позволяет полностью исключить появление на металлической пленке следов пробоев даже при нанесении диэлектрика на металлическую пленку. 88 ггвота 8 Глава 8. Предотвращение ноивлетт следов ллектрическихрозрлдов ( 25 к! Д2 20 4О -20 Рис.
82. Схема для компьютерного моделирования 5 Время мкс 1О 15 50 00 60 4О го» т 1Ок 1З> >О зо оо 5 Время, мкс 1О 15 20к т >Ок 113 4> >Ц З> 40 зо Литература к главе 8 8 ->о В -20 1. Тсхнолопсл тонких >пенок. Справочник. Т.1. Пол рсл. Л. Майссела и Р Глэнга. Пер. с англ.
под рсд. М.И. Елннсона н Г Г Смолко. М., Сов. радио, 1977, бб4 с. 2. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М., Наука. 1992, 420 с. Время ккс 1О 15 40 зо с 20 „го м >О В О Рис. 8.1. Эпюры напряжений и токов импульсов -50 00 ок «12> 60 00 с,~м, с 69) Рис. 8.3. Результаты компьютерного моделирования ГЛАВА 9 я ье Налрлжелик В СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕАКТИВНОГО МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ВОЛ ЬТАМПЕРН ЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗРЯДА Реактивное распыление — это ионное распыление металлических или полупроводниковых мишеней в среде, содержащей реактивный газ. Оно позволяет получать пленки химического соединения металла мишени с реактивным газом. Источником ионов служит плазма газового разряда, процессы в которой определяют форму его вольтамперной характеристики (ВАХ) и свойства получаемых пленок. В свою очередь ВАХ разряда позволяет судить о процессах, происходящих в реактивном разряде.
Далее мы рассмотрим технологическое применение этих взаимозависимостей для гибкого регулирования процесса реактивного распыления. Как известно, ВАХ разряда в аргоне имеет сравнительно простой вил: ток разряда монотонно увеличивается с ростом напряжения (рис. 9.1). Одновременно растет мощность разряда и скорость распыления мишени. При низком давлении остаточных газов поверхность мишени свободна от слоя химического соединения. При включении и выключении разряда давление в камере практически не меняется, так как поглощение аргона растущей пленкой незначительно.
В реактивном газе (азоте„кислороде и т. п.) ВАХ разряда имеет тоже простой вид (рис. 9.1), представляющий собой монотонные зависимости тока от напряжения. Относительно ВАХ в аргоне они сдвинуты в сторону больших илн меньших токов. Это зависит, главным образом, от соотношения коэффициентов вторичной электронной Г ФС ь „9~Д Рве.
9.1. ВАХ магнетрона в аргоне (1) или в реактивном газе при у >у (2) и при у,<у„(3) эмиссии материала мишени у„и химического соединения у (Ц. Если у,>у, то ВАХ в реактивном газе лежит выше ВАХ в аргоне, и наоборот, если у <у то — ниже. Соотношение определяет не только относительное положение ВАХ в реактивном газе, но и расстояние между ВАХ в аргоне и в реактивном газе. Чем больше различие у ну„тем дальше они отстоят друг от друга.
В отличие от разряда в аргоне, в котором давление в камере не зависит от мощности разряда, при разряде в реактивном газе его давление довольно быстро снижается с ростом мощности разряда из-за поглощения реактивного газа растущей пленкой. При достаточно большой мощности давление снижается настолько, что разряд гаснет. После этого в отсутствие разряда давление в камере растет, и разряд снова загорается. Эти процессы повторяются, т. е. разряд становится пульсирующим.
Таким образом, мощный разряд в реактивном газе нестабилен. Однако известно, что пульсации в мощном магнетронном разряде не Г 9с юл ещ ~~3 возникают, если кроме давления реактивного газа в камере создано достаточное давление инертного газа. Поэтому в магнетронных распылительных устройствах разряд в реактивном газе практически не используют, а реактивное распыление ведут в смеси инертного, обычно аргона,и реактивного газов. Рассмотрим изменение ВАХ электрического разряда в аргоне при добавлении к нему реактивного газа. В начале при малых количествах его молекул из-за меньшего их сечения ионизации может потребоваться увеличение напряжения для поддержания постоянного тока или произойдет снижение тока при постоянном напряжении. Эти изменения в большинстве случаев сравнительно невелики, примерно 5-10%. Они обусловлены только изменением состава газовой среды.
При этом поверхность мишени остается свободной от слоя химического соединения. При дальнейшем увеличении потока реактивного газа мишень покрывается слоем химического соединения, и происходят уже сушественные изменения формы ВАХ. Они определяются, в основном, как параметрами используемых вешеств (коэффициенты распыления и вторичной электронной эмиссии материалов мишени и его химического соединения с реактивным газом), так и параметрами оборудования (эффективная скорость откачки вакуумной камеры н ее геометрия). В этой ситуации можно наблюдать два вида ВАХ (рис. 9.2). В каждом виде ВАХ можно выделить три области режимов реактивного магнетронного разряда. Первая область — это область больших мощностей разряда, где мишень практически свободна от слоя химического соединения, а парциальное давление реактивного газа мало. Поэтому ВАХ разряда в этой области приближается к ВАХ разряда в аргоне. Вторая область — область малых мощностей разряда.
Здесь поверхность мишени полностью покрыта слоем химического соединения. Скорость распыления мала, а парциальное давление реактивного газа велико и определяет ход ВАХ. Поэтому здесь ВАХ близки к ВАХ разряда в соответствующем реактивном газе. Между указанными областями расположена область переходных режимов, в которой мишень частично покрыта слоем химического соединения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
