Берлин Е. - Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких плёнок (1051243), страница 18
Текст из файла (страница 18)
При изменении степени покрытия мишени меняются давление реактивного газа, скорость распыления мишени, электрические и другие параметры разряда. Характерной особенностью этой области является отрицательное динамическое сопротивление разряда. я $" панрнвеннк В Ряс. 9.2. ВАХ магнетрона в аргоне (1) и в смеси аргона и реактивного газа прв у,>у„(2) и при у,<у„(3 и 4) Источники питания выбраны правильно Ширина переходной области с отрицательным динамическим сопротивлением в болыпой мере определяется энтальпией образования химического соединения 12). Чем она больше, тем шире эта область. Если определять ширину этой области в процентах от ширины второй области, то полученные экспериментальные данные можно сопоставить с величиной энтальпии в таблице 9.1. Два вида ВАХ у разряда в смеси газов возникают в соответствие с соотношением у„и у,.
Если у,>у„, то образуются )Ч-образные характе- ~94 ч 1.Г 9.с ~ ж рщ Г 9.ОМу р ~~ ф ристики (кривая 2), а если у,<у, то Б-образные с различным средним наклоном переходной области (кривые 3 и 4). Оба вида ВАХ могут вырождаться в монотонные характеристики, когда парциальное давление реактивного газа в камере сравнительно мало и слабо влияет на параметры разряда. Таким образом, изменения ВАХ разряда отражают изменения состояния поверхности мишени, парциального давления реактивного газа, скорости распыления мишени, состава образующихся пленок и других параметров процесса.
Одновременно с этим существует и обратная зависимость: при изменении электрических параметров разряда меняются другие его параметры. Существование двух форм ВАХ реактивного магнетронного разряда, )9-образной и Б-образной (рис. 9.2), предъявляет определенные требования к характеристикам источника питания. Для )ч-образной ВАХ он должен быть источником напряжения, а для $-образной — источником тока. Правильно выбранный источник питания обеспечивает увеличение мощности разряда в ответ на увеличение парциального давления реактивного газа в камере. Тогда росту степени покрытия мишени из-за возросшего давления газа будет противодействовать увеличение скорости ее очистки из-за повышенной мощности разряда.
Если величина такого противодействия достаточна, то в этом случае все режимы устойчивы, в том числе и в области переходных режимов. Например, увеличение парциального давления реактивного газа в камере увеличивает степень покрытия мишени и одновременно при )ч'-образной характеристике и стабилизированном напряжении увеличивает ток разряда. При большем токе — больше скорость очистки мишени от слоя химического соединения, поэтому степень покрытия мишени растет не до единицы, а до нового равновесного состояния, соответствующего новым условиям в вакуумной камере.
В другом случае, когда источник питания выбран неправильно или величина противодействия недостаточна, переходная область исчезает из ВАХ разряда. На ее месте появляется гистерезисная петля, отражающая самопроизвольные переходы режима разряда от полностью покрытой мишени к полностью свободной, и наоборот (рис. 9.3). Например, если для поддержания реактивного разряда, имеющего М-образную ВАХ, использовать источник стабилизированно- го тока, то при некотором увеличении давления реактивного газа сопровождающее его увеличение степени покрытия мишени вызовет снижение напряжения разряда и скорости распыления мишени. Последнее вызовет дальнейшее уменьшение скорости роста пленки, уменьшение поглощения ею реактивного газа и увеличение его парциального давления в камере.
Это будет продолжаться до тех пор, пока вся поверхность мишени не будет покрыта слоем химического соединения. я напряжение, В Рие. 9.3. ВАХ магнетрона в аргоне (1) и в смеси аргона и реактивного газа при у >у (2) и при у <у (3). Источники питания выбраны неправильно Таким образом, правильный выбор источника питания позволяет устранить гистерезис, не прибегая к дорогостоящему увеличению производительности откачных средств, как это обычно рекомендуется в большинстве работ по реактивному распылению. Исключение представляет собой ВАХ, форма которой представлена кривой 4 на рис.
9.2. ВАХ такой формы возникает, когда коэффициент распыления химического соединения мало отличается от коэффициента распыления исходного металла. В этом случае любой источник питания не обеспечивает однозначности режима разряда, ( 96 Часть Г. Глава 9. Способы управленца праяеесолс и, следовательно, управление процессом по ВАХ разряда невозможно.
Для таких процессов требуются другие способы контроля (масспектрометрический, эмиссионный и др.). Вид ВАХ разряда и рекомендованный тип источника питания для получения пленок при различных комбинациях мишень — реактивный газ приведены в таблице 9.2. Последняя строка таблицы относится к случаю, когда коэффициенты вторичной электронной эмиссии материала мишени и его химического соединения близки по величине. В этом случае ВАХ в смеси газов монотонна и мало отличается от ВАХ в аргоне.
Можно применять любой источник питания. Но контролировать процесс по ВАХ разряда невозможно. Таблица 92 с дс в~ ~~ 97р режимов. В ней при плавном увеличении скорости распыления монотонно снижается парциальное давление реактивного газа. В результате плавно изменяется состав пленок в сторону уменьшения доли реактивного газа. Это позволяет уверенно управлять составом получаемых пленок, выбирая положение рабочей точки на ВАХ разряда.
Итак, знание формы ВАХ разряда позволяет правильно выбрать тип источника питания и получить устойчивые режимы электрического разряда в смеси инертного и реактивного газов. Но ВАХ позволяет также контролировать состав газовой среды и точно регулировать потоки обоих газов в рабочую камеру (3 — 4~. Ниже это будет проиллюстрировано сначала для потока реактивного газа. На рис. 9.4 показаны ВАХ разряда в магнетроне с кремниевой мишенью в смеси аргона и азота [5).
Скорость откачки камеры и поток аргона были постоянны. Хорошо видны стадии превращения монотонной ВАХ в аргоне в Н-образную ВАХ в смеси газов. При стабилизации напряжения разряда рост потока азота сопровождается ростом тока разряда и, соответственно, скорости распыления. Причем зависимости эти однозначны, т.
е. при увеличении или уменьше- мо Ь50 Нзпряьсь е. В 4 -2506 Сопоставим теперь свойства пленок, получаемых в режимах, соответствующих различным областям ВАХ. В первой области режимов мощность разряда велика, мишень свободна от слоя химического соединения, в силу этих причин скорость ее распыления высока. В то же время парциальное давление реактивного газа мало, поэтому образуются пленки со значительным дефицитом реактивного газа. Состав их далек от стехиометрического. Во второй области парциальное давление реактивного газа достаточно велико для образования пленок химического соединения стехиометрического и даже сверхстехиометрического состава.
Однако из-за малых мошностей разряда и из-за того, что поверхность мишени покрыта слоем химического соединения, коэффициент распыления которого мал, скорость роста пленок в этой области режимов очень невысока. Для получения стехиометрических пленок с высокой производительностью наибольший интерес представляет область переходных Рцс. 9.4. ВАХ магнстрона с кремниевой мишенью в аргоне (1) и в смеси аргона и азота при возрастающих давлениях азота (2,3,4,5) 4О 40 2О й 20 и Напряженое, В 400 420 440 Напряжение, В е 2 оя во «ю 450 Напряженяе, В С98 Часява 1. Глааа У.
Способы упражнения процессом Рве. 9.5. ВАХ магнетрона с ниобиевой мишенью в аргоне (1) и в смеси аргона и азота при возрастающих давлениях азота (2, 3, 4) Рве. 9.6. ВАХ магнетрона с кремниевой мишенью в смеси аргона и азота при различных давлениях аргона в камере Г у.е м~~ я 9«9'р Рис. 9.7. ВАХ магнетрона с алюминиевой мишенью в смеси аргона и азота нии потока азота каждому его значению соответствует одно значение тока разряда. Это дает возможность контролировать поток азота по току разряда. Можно сказать, что здесь магнетрон работает как измеритель парциального давления реактивного газа. Тот же способ контроля можно использовать и в случае Б-образных ВАХ разряда [6(. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
