Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 115
Текст из файла (страница 115)
5. На том же рисунке показано расположение подложки, на которую осуществляется осаждение распыляемого материала. Отметим, что на анод долж- Гл. 4. Получение пленок методом ионного распылении Об ясгяхтллгяяггр 7еялгяяягэ — ггпу-г~у) Рнс. 3. схема лслхлсе Расаылснхл х рлхралс, асхлсрхснаасмсм тсрмсллсхтрснхев смхсслса (срсххлсхтрслмсх слстсмл). но быть подано положительное смешение относительно подложки. Еслибы анод находился под тем же потенциалом, что н подложка, то часть электронов, летящик с термоэлектронного катода, отклонялась и уходила бы иа подложку.
В результате у мишени возникали бы большие неоднородности плотности плазмы. Рассмотрим теперь роль магнитного поля. Б. Разряд, поддерживаемый магнитным полем Если вместо увеличения числа электронов, эмиттнруемых с натода, повысить эффективность ионизацип электронами атомов газа, то распыление можно было бы проводить при меньших давлениях, а при постоянном давлении для данного напряжения на электродак можно было бы получать больший ток.
Магнитное поле воздействует на тлеющий разряд, изменяя главным образом характер движения электронов. Влиянием магнитного поля иа более тяжелые попы можно пренебречь. При включении магнитного поля электроны, сиорость которых непараллельна ему, начинают двигаться по спиральным траекториям вокруг силовых линий магнитного поля. Радиус спирали уменьшается с увеличением напряженности магнитного полн. Следовательно, возрастает эффективная длина пути, проходимого электро. нами.
В этом отношении действие магнитного поля подобно увеличению давления газа. Другим важным эффектом является так казываемый сэффект магнитной ловушки», сильно уменьшающий радиальную диффузию электронов из зоны разряда. В результате снижаются потери электронов, способных ионизовать атомы газа. Этот эффект еще будет рассматриваться в разделе о высокочастотном разряде. В термозмиссионной распыли- тельной системе также используется относительно слабое магнитное поле (см. рис. 5), Более сильные поля, как будет поназано далее, искажают разряд. 1) Продольное магнитное поле (параллельное электрическому полю в темном пространстве). Продольное магнитное поле не влияет на движение электронов в катодном темном пространстве, Рассмотренный выше эф- 414 3.
Тлеющий разряд фекз магнитной ловушки играет сравнительно малую роль в самостоятельном разряде на пгютоянном токе. Однако существует еще одно явлекяе, а силу которого продольное магнитное поле заметно влияет на разряд при постоянном напряжении. Напомним, что электроны, попадая в область отрицательного свечения, обладают энергией, соответствующей почти полному катодному падению потенциала.
Здесь онн в результате ряда ионизирующих столкновений с атомами газа теряют свою энергию, пока не достигнут границы фарвдеева темного пространства. Поскольку в области отрицательного свечения напряженность электрического поля малз, то пос ле нескольких столкновений электроны начинают двигаться хаотически. В магнитном поле эти электроны будут двигаться вокруг магнитиьж силовых линий по спирали, что существенно повышает вероятность ноннза. ции атомов газа длк данного отрезка нутн линейного перемещения. В результате число ионов, порождаемых этимн электронами у ближней гранины области отрицательного свечения, возрастет, так что при тех же потенциалах на электродах на катод будет падать большее число ионов.
При ионном распылении предпочтительным является продольное направление магнитного поля, так как в этом случае не происходит искривления разряда, н сохраняется однородность осаждаемых пленок, Оа. нородность осаждаемых пленок на краях нарушастся вследствие эффектов, которые будут рассмотрены наин далее, 2) Поперечное магнитное поле (перпендикулярное электрическому полю в темном пространстве), При наложении поперечного магнитного поля, перпеидикулярнгно электрическому полю в темном пространстве, электроны пересекают темное пространство не по прямой, а по искривленной траектории, в результате чего толщина этой области уменьшается.
Это осо бенно важно, когда кривизна траектории электронов достаточно велика, так что электроны, эмиттированные с катода, ие достигают храя области отрицательного свечения. К сожалению, хотя нри включении поперечного магнитного поля и происходит увеличение эффективности ионизации элех. тронами атомов газа, однако при параллельном расположении электродов, |аше всего используемом для распыления, магнитное поле приводит к смешению разряда В одну сторону. Следовательно, практическое использование ионного распыления с поперечным магнитным полем не представлз.
ет интереса. Если катод цилиндрический и поперечное магнитное поле направлено пдаль осн цилиндра, искривления разряда нс происходит, так как поверхность катода в этом случае является полубесконечной Электроны, эмит. тируемые катодом, движутся вокруг него по циклоиде, прн этом по всей поверхности цилиндра сохраняется однородность разряда. Влияние ма . нитного поля иа вольт-амперные характеристики разряда при таной конфигурации электродов подробно исследовалось Пенпннгом и Маубисом ()У).
В магнитном поле порядка 300 Гс при напряжении 500 В можно было получить ток в несколько .ампер, тогда как без магнитного поля ток мог составить всего несколько дссятых ампера при напряжении 1500 В. В работе Пеннинга и Моубнса распылялась внешняя поверхность катода, од. пако можно распылять и внутреннюю поверхность цилиндрического като. да (с направленным по оси магнитным полем или без него). Если анод расположен снаружи таного катода, то добиться, чтобы разряд горел и внутри цилиндра можно только в довольно узком интервале давлений (эффект полого катода).
Но если анодом служит провод, проходящий по оси цилиндра, то можно получить разряд при очень низких давлениях газа. Такую систему называют иногда обращенным магнетроком. Разряд в ней пря относительно высоких давлениях аналогичен разрнду в систеие с цилиндрической конфигурацией и внешним по отношению к катоду Гл.
4. Полученне пЛЕнок мЕтодОМ нвппвгО Распылвннв разрядом. Прн низких давленнях происходит уснление ионизация, так как шмктроны, выходящие из катода, движутся в магнитном поле по спирали вокруг анода. Иэ-за того, что относительная площадь анода мала, электроны могут совершить много оборотов вокруг анода, прежде чем «отыщутэ его. Путь, проходимый электронами, очень велик, поэтому даже в случае очень низких давлений газ для поддержанин разряда ноннзнруется доста.
точно эффективно. Таким образом удавалось поддерживать разряд цря давлениях вплоть до 10чм мм рт. ст. [18!. Однако эффективкость распыле- ния материала циликдрического гуллглгз катода в этом случае невелика, поскольку основная часть паде. яня напряжения на системе прнходится не на область положятельного пространственного заря.да катода, а на область отрнцательного объемкого заряда вокруг анода. Попыток ввести в такую систему дополнительный от. рицательяый зонд, по-видимому, тлдтс нтгп не предприкнмалостч хотя имеются сообщения о некоторых предварительных исследованиях ионнбго распыления катода в обращенном магнетроне [!9[. гннтное поле радиальной симметрии с большой поперечной компонентвй можно получить, если одноименные полюса соленоидов или постояпйв!х магнитов направить навстречу один другому, как показано на рнб.
б, Влияние этого поля на тлеющий разряд было впервые описано в 1949 г. Рохлиным [20[, а позже влияние такого поля на ионное распыление в режиме постоянного тока последовал Кэй [211. Хотя, по данным Кэя, скорбсть осаждения возрастала примерно в 30 раз, однородность толшн- . ны пленки на плошади диаметром ~м11 см составляла всего ~28%. 4. РОСТ ПЛЕНОК, ПОЛУЧАЕМЫХ ИОННЫМ РАСПЫЛЕНИЕМ Пленки, полученные методом ионного распыления, обычно нельзя отлв. чнть от пленок, полученных другими методами. Однако имеются данные, согласно которым процесс роста пленок при ионном распылении существенно отличается от процесса роста пленок, например, прн вакуумном термнческом нспареннп.
Впервые это установил, по-вндимому, Днтчбйрв [22[. Сравнивая планка кадмия, полученные ионным распылением н нснареннем, он пыталсн выяснить, существует лн при конном распыленин крнтн2рская плотность зародышеобразовавня, обнаруживаемая в случае яспар н. В свонх экспернмеятах он не смог определить конечную скорость побтуплення вещества на подложку, прн которой осаждение пленок кадмия прн ионном распыленнн было бы невозможным. В этом н закл!екает. ся существенное отличие роста пленок прн конном распылении от случая вакуумного испарения. КЗК будет показано далее, существует ряд причин, в силу которых мы считаем, что условна роста пленок в случае ионного распыления должнм отлнчаться от уЬювнй роста прн вакуумном нспаренни н прн других Ме.
тода х. 419 4. Рост пленок, получаемых ионным распылением Л. Влияние атмосферы инертных газов Так как с повышением давления в системе энергия распыленных атомов, приходящих на подложку, будет уменьшаться, а плотность заряжен.
ных частиц на подложке будет возрастать, то очень трудно отличить алия. нпс на рост пленок газов от влияния прочих параметров, которое мы рассмотрим в дальнейшем. Кроме того, если не принято специальных мер предосторожности, увеличение давления инертного газа обычно сопровождается увеличением плотности остаточных примесей (см. далее). По.види. мому, те немногие экспериментальные данные по влиянию давления иа рост пленок, которые все же имеются, по существу противоречивы, Так, напри. мер, Франкомб и Шлехтер [23), исследуя эпитаксию золота на каменной соли, установили, что при низких давлениях можно было получать лишь аморфные пленки, а с повышением давления распыляющего газа структура пленок становилась все более совершенной, так что при давлении 0,3 мм рт. ст.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
