Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Йля оценки преимуществ получения пленок методом ионного распы- ления необходимо рассмотреть следующие вопросы. - !. Коэффициенты рзспылеиия илн соответствующие им скорости осаж- дения для различных металлов, сплавов и даже диэлектриков разляча. ются слабо. Возможность использовать этот метод для распыления самых резных материалов делает его привлекательным в случае получения мно. гослойиых пленок.
2, Методом ионне~о рвспыления можно получать пленки сложнык материалов, таких как нержавеющая сталь, званом, пермаллой или даже стекло пирекс, беч изменения их состваа, если; температуре мишени будет поддерживаться доствтачно низкой; ионная бомбардировка подложки бу. дет исключена; для всех компонентов распыляемого веществе ноэффициеп.
ты прилипаиия к подложке и угловое распределение при испускании бу- дут одинаковыми. 3. Контроль толщины пленки относительно прост. Сначала определя- ют скорость осаждения пленки, нанося пленку такой толщины, какую легко измерить. После этого для получения пленок нужной толщины устваая- ливвют соответствующее время распыления, сохраняя геометрию электро- дов и условия осаждения (давление газа, ток мишени и напряжение между электроде ми), 4. Возможно ионное распыление мишеней с большой плошадью.
Это часто упрощает проблему получения пленок, однородных по толщине, и сводит к минимуму вероятность образования в плевках отверстий, по- скольку влияние теней от частиц пыли па подложке и этом случае ствио- Гл. 3, Физический механизм ионного распыления антея менее выраженным. Можно получить однородный слой на стерн<не, расположевном по осн цилиндре, путем ионного распыления внутренней поверхности цнлнядрнческой мишени; можно получить однородные пленки на внутренних стенках трубок или цилиндров распылением закрепленных в центре стержней-мишеней. 5, Прн ионном распылении отсутствуют трудности, связанньге с «раз. брызгивапием» (нсцусканием более крупных агломератов), которое часто происходит прн вакуумном испарении, а также нет ограничений, связанных с гравитапноннымн силами, в расположении электродов н подложек. Во многих системах часто используется распыление в направления сверху вниз, так как это упрощает установку и закрепление подложек. 6.
Очистца подложек значительно упрощается, поскольку перед асаж. дсннем пленок можно осуществлять очистку поверхности подложек нонной бомбардировкой, В случае предварительного распыления мишени для уста. новления в системе стационарных температуры и давления весьма по. незной и даже необходимой оказывается установка заслонки между мишенью н подложкой. 7. Матсриала мишени, как правило, бывает достаточно для многих технологических циклон нанесення пленок. 8.
Для получення более однородных по толщине пленок можно с помощью магнитного поля управлять плазмой, а для уменьшения разогрева подложки можно нсключить попадание на нее быстрых электронов 9. Способ ионного распыления благодаря использованию плазмы обладает н другими особенностями, поэволяюшнмя получать пленки с заданпымн свойствами. При получении металлических пленок на металлических подложках отрицательное смещение на подложку перед осаждением пленка может быть использовано для удаления окисных пленок н улучшення сцепления пленки с подложкой.
Отрицательное смещенне на подл )жке в процессе осаждения пленки может способствовать уменьшению концентрации кислорода н пленке и получению металлических пленок вы. сокой чистоты (33) !О. Ионное распыление является процессом, прн котором сталкпяаются отдельные атомы. Вследствие этого можно получать сплошвые плен. ки без пор, поверхность которых достаточно точно воспронзводнт рель. еф поверхности подложки, прн выполнении следующнх условнй: охлаж. некием подложки должна быть в основном исключена поверхностная мнграцня атомов, а для предотвращення агломерации атомов уже в газовой фазе рарпыление должно проводиться прн достаточно низкнх давлениях газа.
Таким образом, хорошо отполированная поверхность сохраняет чнстоту рбработки н после осаждения тонкой пленки. В случае более толстых пленок наблюдались зависящие от велин~ны смешения н тем. пературм подложки фигурм роста в виде колонн [34). П. Если разряд поддерживается при Лзвлсннях газа, меньших 5.10 ' мм рт. ст., то распыленные атомы достнгагат подложкн, имея высокие энергии испускания. Это может способствовать улучшсншо структуры и адгезии пленок. Например, в случае нанесения пленок ионным распылеинем температура зпитакснн значительно ниже, чем в случае испарения н вакууме (см.
гл. 4). 12. Посредством ионного распыления металлов или полупроводников на постоянном токе илн на высокой частоте в атмосфере реактивных га. зов, например кислорода илн азота, можно получать пленки (с высокнм содержанием кислорода нли азота) такнх материалов, как 310з, Т)Оз, 3)зй), н бпОз. Основным недостатком метода ионного распылення являются относительно низкие скорости нанесения пленок.
Типичные скорости нанесения Зб2 2. Методы ионного распыления лежат в интервале 50 — ЗООО А/мин. Для получения более высоких скоро. стей мишень следует охлаждать. Прн попытках получить высокие скорости распыления путем увеличения плотности плазмы необходимо найти способы эффективного охлаждения подложки. Иногда это бывает сложно. В литературе последних лет обсуждается множество проблем, решить которые пытаются с помощью получения пленок методом ионного рас. пыления.
При этом исследуются различные пленки н разнообразные области их использования: от сверхпроводящих пленок до керметов (одновременное распыление металлической и диэлектрической мишеней); от сегието- и пьезоэлектрических пленок до ферромагнитных; от резистивных, проводящих н диэлектрических пленок для пассивных элементов микро. схем до защитных и пассивируюших в активных устройствах; от покрытий для лучшего предохранения от коррозии, потирания и износа до пленок твердой смазки; от покрытий пластмассы для электрических схем на гибких подложках или гибких соединителей до покрытий лезвий бритв; от фотоэмиссионвых пленок до оптических покрытий; от попыток создания новых плено шых метастабнльных сплавов до изготовлении с~ лошных хромовых масок для фототравления. Перечисленные вопросы обсуждаются в других главах данной книги.
2. МЕТОДЫ ИОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ А. Плазма Ионное распыление впервые было обнаружено при исследованиях тлеющего разряда с холодным катодом, и с этого времени тлеющий разряд является основой экспериментов по получению пленок ионным распылением. Хотя тлеющий разряд на постоянном токе получить н довольно просто, однако детальное объяснение природы составляющих его зои свечения и темных пространств, а также взаимной связи напряжения разряда, разрядного тока и давления газа продолжает оставаться трудной задачей ((72). Большой прогресс в понимании основ процесса ионного распыления обязан исследованиям трехэлектродных систем, в которых плазма образуется в виде положительного столба разряда, создаваемого независимо между термоэлсктронным катодом и анодом.
Ионное распыление провсходит при ввсдении в плазму в качестве отдельного отрицательного электрода мишени. Основным преимуществом использования термоэлектронного катода является то, что в этом случае, даже в отсутствие магнитного поля, плазма может быть создана при гораздо более низких давлениях газа (порядка нескольких тысячных мм рт. ст.), чем в случае тлеющего разряда на постоянном токе, для которого необходимы давления газа, превышающие яз ЗО 10-ч мм рт. ст.
Используя давления газа, при которых средняя длина свободного пробега ионов и распыленных атомов становится сравнимой с областью ускорения ионов илн размерами газоразрядяой трубки или превышает нх, можно уменьшить мли полностью исключить такие недостатки, свойственные тлеющему разряду, как обратная диффузия распыленного материала к мишени, неопределенность в энергиях и углах падения бомбардируюших ионов и эффекты перезарядки в области ускорения ионов. Разряшэ в трехэлектродной системе создают и поддерживают электроны, испускаемые термоэлектронным катодом, в ве вторичные электроны, выбиваемые из холодного катода, как в случае тлеющего разряда. Таким обра- Гл. 3.
Физический механизм ионного йасиылення ао)л процессы, происходящие нз мишени в трехэлехтродной системе, пинай не влияют на существование плазмы. Следовательно, в этом случае эийргню бомбарднрующих ионов можно выбирать низкой, вплоть до очень малмх значений, независимо от других параметров разряда, таких, например, как ток разряда нли давление газа; кроме того, независимо от тока основного разряда можно регулировать плотность тока бомбардируюшнх ионов. В теории зоила Ленгмюра Щ содержится вся информация, необходимая для понимании простых процессов, происходящих на мишени, по.
мещенной в плазму низкого давления. Условия в гззораэрядной трубке н в высоновакуумной электронной лампе совершенно различны. Плазма имеет такую высокую электропроводность, что напряжение, приложенное к зонду (мишени), не приводит к изменению электрического пола во всей трубке, а изменяет его только в непосредственной близости от зонда, Так, например, когда к электроду прикладывается отрицательное напряжение относительно плазмы (или относительно анода, поскольку потенциал плазмы обычно близок к потенциалу анода), электроны плазмы, находящиеся аблнзн электрода, отталкиваются от него и в приэлектродной обла. стн образуется оболочка иа пологкительных иоион, сквозь которую ионы плазмы устремлаюгса к электроду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
