Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 101
Текст из файла (страница 101)
Если рассматря. вать процессы, происходящие более чем за один период, то ионы, состав. лвюпгне ионную обо.ючку, нельзя уже считать неподвижными. В течение следующих один за другим пернодоа ионы скачкообразно продвигвютса в направлении к электродам и при столкновении распыляют их (37). В слу. чае более низких частот для возбуждения плазмы необходимы вторим ные электроны, каждый нз электродов становятся анодом я один полу. период, и катодом — э другой так, как если бы мы имели два чередующихся тлеющих разряда на постоянном токе. До сих пор мы имели дело с электродами, раиными по площади. Включение разделительного конденсатора в цепь высокой частоты такой симметричной системы никак ие повлияет на ее работу. Следовагелы о, на один нли оба электрода можно напасти диэлектрик, который под дей.
сгнием ионной бомбардировки будет распыляться. Несколько таких си. стем с симметричными электродами имеется в продаже. Увеличим теперь площадь одного из электродов. Если во внешней цепи постоянная составляющая напряженна выделиться ие может, то при подаче на электроды отрицательной полуволны напряжения, максимальные толщины ионных оболочек на этих электродах останутся раиными, если только плотности плазмы у обоих электродов будут одинаковыми. Однако прн положительной полунолне напряженья на меньшем электроде в этот электрод эхо. дит большее количество электронон, чем в электрод ббльшей плопгали в следующий полупернод.
Разделительный конденсатор, включенный в ВЧ цянь, заряжается теперь нссимчетричным током, в результате чего электрод меньшей площади оказывается под большим отрицательным потев. циалом, чем электрод ббльшей площади. Вследствие этого толщина нонной оболочни и энергия бомбарднрующих ионов у электрода ббльшей площади оказываются меньшими. Взяв большое отношение площадей электродов, энергию ионов, бомбардирующих электрод ббльшей плошади.
можно уменьшить до величины, меньшей порога распыления. Более поа. робин этот вопрос будет обсуждаться э гл. 4. Устройство и дейстане системы с цилиндрической геометрией (провод, проходящи(1 по осн цилиндрического электрода ббльшей площади) танке же, как и в первых газо- разрядных выпрямителях. Как отмечалось ранее, конденсатор можно Гл. 3. Физический механизм нониеге ра«вылепил шшэнтировать внутри системы, покрыв электрод меньшей площади диэлектриком, предназначенным для распыления, Этот принцип положен в основу устройств ВЧ тлеющего разряда с асимметричными плоскопарал. лельнымн элентродами, разработанных впервые Дэвидсом и Майсселом [Зб). «Большим электродом» в этих системах являются заземленный экран вокруг мишени, заземленныешплата держателей подложек н основание, а также все другие заземленные части системы, находящиеся в плазме [39).
(Более подробно см. гл. 4.) Рассмотренная нами картина, конечно, очень упрощенная, предназначена для того, чтобы помочь читателю понять основные явления, происходящие при ионном (особенно при высокочастотном) распылении. При раесмотренин отдельных деталей процессов остается большой простор для дискуссий, измерений и уточнений. Например, мы не можем согласиться с мнением Тумбса [40), который, в отличие от Холлэнда и др.
[4)], считает, что в вопросе о том, до какого потенциала относит«авве плазмы зарнжается подложка, нет разницы между аднозлектродной и симметричной системами ВЧ распыления. В одноэлектродных системах заземленный держатель подложек является неотъемлемой частью ВЧ схемы и увеличивает площадь «анода». В симметричных системах подложка может иметь плавающий потенциал. Если подложка не будет находиться в области ионной оболочки мишени, ее плавающий потенциал должен быть близон к потенциалу плазмы илн быть несколько более отрицательным, точ(го так же, как плавающий потенциал электрода, помещенного в плазму постоянного тока.
Хотя температура электронов в ВЧ плазме низкого давления и весьма высока, однако не следует ожндатгч что этот отрицательный потенциал намного превысит порог распылении, если только вторичные электроны, выбиваемые из мишени, не будут попйдать на подложку и изменять ее заряд. До сих пор мы полностью игнорировали существование вторичных влектронов прн ВЧ распылении, поскольку нх роль в генерации плазмы незначительна, Однако вторичные электроны существуют н при Распылении диэлектриков ионамн с энергией в несколько килоэлектрон-вольт, т.
е. в условиях, когда коэффициенты кинетической эмиссии могут быть больше единицы, число таких электронов может быть довольно большим. Эти электроны ускоряются в ионной оболочке в направлении, перпендикулярном поверхности мишени, и проходят плазму с высокими скоростями. Они могут стать основной причиной нагрева и электрического подэаряда подложки, если последняя расположена на их пути, н меры по искривлению их траекторий с помощью магнитных полей не предприняты.
Если энергия вторичных электронов, облучающих какой-либо электод (в частности, подложку), буКет достаточно большой, чтобы коэфициент вторичной электронной эмиссии этого электрода стал большим единицы (дия большинства диэлектриков эта энергия Разин ВРнблнзительио 40 эВ), отрицательный потенциал его уменьшится и стаиет ближе к потенциалу плазмы. Иногда может оказаться желательной ионная бомбардировка пленки в процессе ее осаждения; одиано можно указать несколько причин, по которым идйное облучение подложки во время осаждения пленки стремятся свести к минимуму. Как известно, например. из работы три- Р)Гных гетеРно-ионных насосов, в пленке осаждаемой со смещением, особевн6 при высоких напряжениях смещения, накапливается большое число атомов инертиоге газа. Пленки, получаемые методом ионного Распыления, могут загрязняться материалом подложки или держателя подложки, поскольку распыление подложки и держателя может происходить нв областей, находящихся в зоне разряда и закрытых от мишени, т.
е. когда 2, ййягвды ионного раепылемяя скорость распыления этих областей будет больше скорости осаждения на них материала мишени. Наконец. известно, что при нонной бомбардировке диэлектрических пленок во время нх осаждения часто получалнсь коричневатые пленки с недостатком кислорода и плохимя оптическими характеристиками, если только в рабочую смесь инертный гаэ — кислород не добавлялось дополнительных ноличеств кислорода. Одной из причин повторного распыления материала с подложки явлиется бомбардировка ее отрицательными попами, выбрасываемыми из мишени под действием ионной бомбардировки н ускоряемыми до высоких скоростей в ионной оболочке.
Число таких ионов, выбиваемых с чистой поверхности металла, пренебрежимо мало, однако в случае диэлектрических мишеней число таких ионов может достигать заметной величины. Эффекты повторного распыления материала с подложки быстРыми отрицательными ионами легко можно продемонстрировать, помещая иа полпути между мишенью и подложкой небольшое препятствие. Отрипательные ионы, двигаясь перпендикулярно плоской поверхности мишени, отбрасывают на подложку четную тень этого препятствия, отличающуюся по толщине осаждаемой пленки. С помощью слабого магнитного поля, параллельного поверхности мишени, можно разделать эффекты, вызываемые вторичными электронами и отрицательными иоиамн.
бомбарднрующими подложку. Проблема определения потенциала плазмы с помощью ленгмюровского зонда является достаточно ясной в случае разряда постоянного тока, и случае же ВЧ плазмы исследователей может подстерегать много неожиданностей. Фетц и Эшнер (42) предложили метод определения потенциала ВЧ плазмы с помощью зонда Леягмюра с переменйой площадью, Этот метод должен оказаться наиболее ценным в точных измерениях при изучении процессов заряда подложек, расоылення других частей системы. кроме мишени, а также в измерениях разностей потенциалов между различными участкамн ВЧ плазмы.
Поскольку ионное распыление является весьма непроизводительным процессом, для получения больших скоростей осаждения необходимо выяснить способы и методы эффективного охлаждения мишени. Здесь можно наметить ряд проблем, особенно в случае использования диэлентричсских мишеней. Несомненно, основной причиной разогрева подложки является ее облучение вторичными электроиамн.
Очевшгным решением этой задачи было бы исключение попадания иа подложку вторичных электровоз, Наиболее просто этого можно достигнуть путем приложения соответствующих магнитных полей в системе с цилиндрической геометрией. При ионном распылении некоторых материалов часто могут наблюдаться неожиданные явления. Вот, например, как происходит ВЧ Распыяение мишени нз Т!О,.
В то время, как гладкая поверхность мишени, иа- примеР, из А(зОз в пРоцессе РаспылеинЯ по сУществУ сохРанЯет свой пеР- вовачальиый светлый цвет, мишень из Т!Оз становится темной с металлическим блеском (обогащение Т!), с высокой поверхностной электроцроводностью, В результате этого вскоре распыление начинается со всей поверхности мишени, даже с тех областей Т!Оь которые удалены от металлической основы катода.
С другой неожиданностью столкнулнсь, когда начали одновременно Распылять материалы с высоким н нивкам коэффициентами' распыления (Сп, Ап, Ап п Мо, Та, соответственно). Если во время распыления на мишень из материала с высоким коэффициентом распыления попадает даже очень небольшое количество материала с низким коэффициентом распыления, на распыляемой поверхности образуются близко асположенные конусообразные выступы, придающие ей бархатистый вид. озффицнент Распыления с такой поверхности, покрытый конусамн, ока- Гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
