Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 106
Текст из файла (страница 106)
При более высоких температурах ( !00' С) наблюдалось косинусвое распределение. Когда же мишень охлаждалась с помощью воды или жидкого азота, то было установлено, Ь. зггловое распределекие распыленного материала что для более низких температур в направлении нормали н поверхности испускается больше атомов, чем следует из закона косинуса.
Однако даже при минимальной температуре наблюдений ( — 180'С) было отмечено, что с увеличением дозы ионною облучения распределение вновь прнближается к закону косинуса. Это может быть связано с изменением топографии поверхности мишени. С точки зрения теории процессов ионного распыления исследонаняи углоного распределекия змиттированных частиц, выполненные на поликристаллическом материале, значительно менее интересны, чем подобные исследования нз монокрнсталлах.
О ннх пойдет речь в следующем разделе, С практической точки зрения не будет большой ошибкой предположить косинуское распределение распыленного материала. Изменения в харзктере получаемого на практике рзсцределения обычно будут сильшз зависеть от оыбрэнных мишеней. Например, листовой материал или фольгэ получаются обычно прокатной и имеют преимущественную орнентацнвь.
Это может оказаться главным фактором, определяющим угловое распре. деление распыляемого материала. Кроме тсго, топография поверхностн. которая может изменяться за время использования мишени, также части является важным фактором, влияющим иа получаемый результат. Б. Монокрмстдллы Для теоретического описании механизма ионного распыления весьма важным является знание пространственного распределения атомов, испускаемых при ионном распылении монокристзллов. Ранние теории ионносн распыления можно разделить на два типа, в основе которых лежат двэ главных мехзнизма распыления: механизм передачи импульса и механизм термического испарения нз точек перегрева.
Нз протяжении почти двадцати лет распределение распыленного мвтеризла по злкону косинуса. установленное Зеелигером и Зоммермейером !8Ц, служило общепризнан. ным доказательством справедливости механизма термического испарении В 1954 г. Венер !16! исследовал угловое распределение змиттированных атомов при облучении мишени ионами малых энергий. Было обнаруйсено, что в случае наклонного падения ионов матернзл распылялся преимущественно в чпрямом» направлении, отличающемся от нормали к поверхности мишени. Этот результат противоречит механизму термического испареняя.
Вскоре после втой работы Венер !!8! провел еше одно исследование, которым подтвердил, что распыление материала ионами нинкин энергий фактически является следствием передэчн импульса. Он распылял монокриствллические вольфрамовые шарики ионамн ртути с энергией 1бй эВ н обнаружил, что атомм вольфрама попускались преимущественно в определенных кристаллографических направлениях. Такие избранные направления ие проявились при сублимации монокристалла [871 Впоследствии было опубликовано большое число работ, описывающик гловое распределение выбиваемых атомов для различных кристалличекнх структур в зависимости от таких параметров, как масса в энергии бомбарднрующих ионов, угол падения ионов и температура мяшени. Тэи как данная книга посвящена тонким пленкам, э не цвнному расйыденйЮ, мы только резюмируем важные результаты исследований, а подробно их обсуждать не будем, Вообще наиболее предпочтительными направлениями выброса явлшотсн направления к узлам первой, а зятем второй координационной сферы.
Этот вопрос более подробно будет рассмотрен в гл. 8 Проведенные нсследовакня пятен в картинен- осадка, характеризующих угловое распределение эмиттированиых атомов, показали, что дли 13 вак. эзз Гл, 3. Физический механизм ионного раппылеиня иеталлов с граненентрнрованной кубичсской решеткой наиболее предпочтительным направлением испускания атомов является направление < !!О> [83, 88 — 92] Преимущественный выброс наблюдался также в направлении <100>, хотя и в меньшей, как правило, степени.
При очень благоприятных условиях испускание атомов отмечалось и в направлении < !11 >. Для металлов с объемиоцентрнровашшй решеткой преобладающим на. правлением преимущественного выброса является направление плотнейшсй упаковки < ! ! ! > (93 — 95). При более высоких энергиях ионов испусканне наблюдалось также в направлении (100).
При облучении вольфрама и молибдена ионами аргона с энергией 50 кзВ Нельсон наблюдал также испускание атомов в направлении < 1!О). В нескольких работах нсследоналнсь металлы уп (96), Т! н ((е (97) с гексагональной плотно упакованной решеткой, облучаечые нонамн шгзкпх эиср~ ий. В этом слу ше наиболее четко выраженным направлением испускания атомов оказалось направление < 1120>, которос соответсзвует наиболее плотной упаковке атомов в базисной плоскосгн. 11рениушествснкый выход распыленнмт атомов наблюдался также в направлении <2023>, которое является на.
правлением ливии, соединяющей центры наиболее плотно упакованных атомов, лежащих в смежных базисных плоскостях. На рис. 12 в качестве примера приведены вартаны осадка, полученные при ионном распылении плоскостей (1!1), (100) н (110) кристаллов с гранецентрированной кубической решеткой. Все пятна соответствуют на. правлениям <110>, как это показано с помощью стержней на моделях кристалла. Картины преимущественного выброса распыленных атомов наблюдались н при ионном распылении полупроводников, хотя для этих материалов аннзотроння распределейня менее выражена, чем для металлов.
Преимущественные направления испускания — это, во-первых, < !!1 > н, вовторых, <100> (33, 39) Количество материала, распыленного н этих направлениях, н орнентапия этих направлений зависит ог угла падения во. нов. Это означает, что наблюдаемые преимущественные направления испускания обусловлены столкновениями в приповерхностяом слое, а не цепочками сфокусированных столкновений. Выброс атомов в направлении <100>, по-видимому, невозможен для бездефектных структур. Андерсон и Венер [88) предположнлн, что такой выброс возмо!кен, если будет занято любое нз общих междоузельных положений.
Наиболее интерссныч аспектом исследований углового распределения атомов, эчиттнрусмых полупроводниками, янляется его явно выраженная температурная зависимость. Андерсшг н др. [98) установили, что эффект преимушестяенного испускания распыленных атомов проявляется только в том случае, когда температура мишени превышает некоторую характе. ристнческую величину. Вероятно, именно поэтому в других нсслевованннх (83, 99) возникали трудности с наблюдением преимущественных направлений выброса атомов нз полупроводников.
Этот эффект объясняется следующим образом. Выброс атомов в определенных направлениях возможен лишь при условии монокристалличности мишени. При низиих температурах мишени повреждения кристаллической решетки в приповерхностном слое, возникающие вследствие его облучения ионами, остаются заморожениымн, так что вскоре этот слой становится аморфным. Прн распылении такого слоя картины преимущественной эмиссии, естественно, не на. блюдается. При достаточно высоких температурах мишенц повреждение решетки, 'вызванное ударом иона, довольно быстро отжигается, так что следующий нон, падающий на тот же участок мишени, встречается с упорядоченяой структурой поверхности. Характеристическая температу- 386 $. Угловое распредеяение распыленного материала рв отжига зависит от таких параметров, как тип материала мишени, масса падающего иона, энергия иона и интенсивность облучения 1100, 101а Анизотропный характер эмиссии атомов из моиокристаллов на практике применяется мяло Купниигеч [1021 использовал угловое распределеняе эмиттированпых атомов д,тя ориентации мопокристэллов.
Еще олиой возможностью применения этого эффекта может стать установка моиокристаллической мишени таким образом, чтобы направление преимуществеи. .'.,', л Жосу мчй г. рнс. 1г, квртнны осалаа. оолучсюгыс прн расогллсмгггг грамсмснтрмроаанмым «увмчс. сана «рмсталаоа а плосаос гам 11111, (1001 н (11О1. ного выброса атомов было ориентировано на подложку. Это позволит до некоторой степени повысить скорость нанесения пленки. В астоящее время особая важность исследований пространственного и нн распрел слепня атомов, выбиваемых кз мишени, состоит в том, что о способствуют более глуоокоиу пониманию механизма ионного раси ен ыл ни. Гл. 3.
Физяческий механизм ининого распыления 6, АНАЛИЗ РАСПЫЛЕННОГО ВЕЩЕСТВА А. Состояние распыленных частиц Одной нз первых работ по исследованию массы частиц, выбиваемых из мишени при ее распылении, является статья Вудъярда и Купера [103]. Авторы облучали полнкристаллическую медь ионами аргона низкой энергии [Π— 100 эВ) н изучали нейтральные частицы, выбиваемые прн этом из мишени. Были обнаружены атомы Сп и молекулы Сп,. Отношение числа молекул Сп, к числу атомов Сп увеличивалось с увеличением экергии бомбардирующих ионов и при энергии 100 эВ достигало приблизительно 57з.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
