К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 79
Текст из файла (страница 79)
В овязи с этим при термическом испарении Ф = 1, а при термоионном осаждении фактор энергетической активации изменяется от 1,2 до 2500. Большое влияние на величину Фэ оказывает (/ш и особенно отношение ионного потока к потоку пара. Изменяя отношение потока ионов к потоку лара Пи / П можно измеюпь Ф на несколько порядков. Поэтому длн создания термоионных устройств необходимы ионизирующие Устройства, обеспечивающие большие отн~шения Пи / П . Схемы устройств термоионного осаждения приведены на рис. 2.б.40. Устройство термоионного освящения углерода в шзоразрядной плазме вюпочает в себя два основных узла: термический испаритель и разрядную Глвва 2ЯТ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 224 1+ 1+ + % р Ю о ~/ 1 + НАНЕСЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК систему диодного типа. Ншрев испаряемого вещества - графита - производится резистивным испарителем (рис.
2.6.40, а), электроннолучевыми испар ягеля ми с полым катодом (рис. 2.6.40, 6) и с отклонением пучха на 270' в секторном магнитном псле (рис. 2.6.40, в). В устройстве, изображенном на рис. 2.6.40, в, применена разделительная диафрагма с отверстием двя ввода первичного электронного пучка в зону газового разряда с давлением рабочего газа около 1 Па. Конденсащи в газор зарядной плазме осуществляется следующим образом. После откачки вакуумной камеры до высокого вакуума, прогрева поддозкки и обезпскивания испарителей в камеру напускается рабочий раз (обычно аргон) до достижения давления, обеспечивающего зажигание ивового разряда в области подложка - испаряемый материал (10 1 - 101) Па. На подложку подастся отрицательное относительно испаряемого материала напряжение (7 = -(2 ...
5) кВ. В результате бомбардировки поверхности подлпкки ионами н быстрыми нейтральными атомами инертного газа происходит ее очиспга от загрвзнений. После удаления поверхностных загрязнений без включения напряжения разряда начинаются прогрев и испарение графита. В этом случае конденсация пленки проводитоя без перерыва во времени после очистки поверхности подложки, что способствует повышенной адгезии между подложкой и пленкой. Методы ионного осюкдення в газоразрядной плазме позволяют дооппвть высоких значений тепловой и энергетической акппацин за счет изменения внешних характеристик дВУхэлектРоддого Разулда (напгиженик ((в н плотности тока). Однюго эти методы не обеспечивают необходмого фактора Фэ при получении конденсатов с наиболее низким уровнем примесей. Энергетическая активация конденсации при осаждении из газоразрядной плазмы происходит в основном за счет нейтральных атомов рабочего вещества, образующихся в темном катодном пространстве тлеющего разряда.
Они передают подложке в 6 раз больше энергии, чем ионы. При напряжении разряда 4 кВ энергия бомбарднрующих подложку нейтральных атомов газа состаюиет 100 - 400 эВ. Нейтральные атомы с энергией 200 - 400 эВ эффективно внедряются в решетку материала пленки на поверхности раздела фаз. Поэтому для получения пленок с низким содержанием примесей газов в условиях предварительной откачки камеры до давления 1О 4 -10 Г Па наиболее целесообразно огювдение пленок производить высоковакуумными методами ионного осаждения, т.е, энергетическую активацию поверхности производить не 8 з ° гш частицами газа, а частицами испаряемого материала (рис. 2.6.40, е, д, е, з).
Для повьппения фактора энергетической югзнвацин используют дополнительную ионизацию нара: акен альные магнитные поля (2.6.40, г), дуговой разряд Пеннинга в парах металла с применением скрещенных электрических и мшнитных полей (рис. 2.6.40, д) высокочастотный разряд в парах испаряемого материала (рис. 2.6.40, е). В таких устройствах отношение потоков ионизированного к общему доопавет 50 % и более.
Для ионного осахдения мохет применяться и автономный ионный источник. Сформированный в ионном источнике и ускоренный до 5 - 10 кэВ пучок мсхет применяться не только ди акпшации конденсации, но и для ионного легирования материала пленки (рио. 2.6.40, зе). В методе кластерного осаждении исларвемый материал - графит - нагревается внутри тими, имеющего в верхней крышке небольшое отверстие (диаметром неоколько миллиметров) (риг.
2.6.40, з). Давление перегретого лара углерода внутри тигеля состаюиет 1 - 10 Па, давление остаточного газа в зоне осаждения — менее 10-З Па. В результате адиабатического расширения перенасыщенного пара атомы углерода группируютоя в кластеры, состоящие из 103 - 10з атомов. Кластеры ионизируются электронным лучком, формируемым наквливаемым катодом д и анодом А. Нонизированные кластеры ускоряются потенциалом смещения подложки. При столкновении с подлохиой кластеры распадаются на отдельные атомы углерода, которые мигрируют по поверхности подложки до их закрепления на центрах кристаллизации. Нащиженне смеШения состаюиет 3 - 10 кэВ, на один атом приходится энергия 30 — 100 эВ. Характерной особенностью метода ионизированных кластеров является малое отношение заряда к массе, т.е. при осаждении на плохо проводюпне подлохаси не происходит накопление поверхностного заряда.
Кроме того, подложка легко экранируется от теплоизлучения из испарителя, и это снижает ее нагрев. Широкое распространение при нанесении тонких пленок на основе углерода получили методы ионно-плазменного распьшеиия с использованием тлеющего разряда постоянного тока, магнетронного разряда в скрещенных электрическом и магнитных полях, а также несамостоятельного разряда с накаливаемым термокатодом.
Давление рабочего газа (Аг) дчя перечисленных методов составляет соответственно 10е — 10з, 10е - 10-', 10'- 10 з Па, а электрическое напряжение на мишени 1 - 6, 0,3 - 1, 0,3 - 5 кВ. Принципиальная схема диодной системы распьшения графвпа приведена на рис. 2.6.41, а.
На катоде 1 расположена графитовая НАНЕСЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ АЛМАЗОПОЛОЕНЫХ ПЛЕНОК 227 мишень, подложка 2 размещена на аноде 3, который может быль заземлен нли находится под напрюкением смещения (Цм). Нанесение пленки проводят при давлении 10 Г Па. Для зажигания тлеющего разряда между катодом и анодом подается напряжение 1 - 5 кВ. Для системы диодного распылешш без смещения в целях получения оптимальных условий выбивания атомов из мишени подбираются соответствующие соотношения между тремя величинами: расстоянием мезду катодом и анодом, приложенным напряжением и давлением аргона.
В диодной системе распьшения со смещением можно варьировать еще один пара- метР - напряжение смещения на подложке. Его выбирают таким образом, чтобы скорость обратного распьшения пленки состюшяла не более трети скорости ее роста. При наложении на область электрического паля мшннтного поля даююние рабочего газа может быль снижено до 10 ' Па Три одная система распыления (рис. 2.6.41, б) позволяет проводить распыление графита при давлении аргона (5 - 6) 10 ~ Па. Снижение давления достя шатоя введением термокатода 4 и дополнительного анода б, между которыми зажшаегся разряд.
Ленточный поток плазмы, создаваемый в результате ионизации аргона электронами, эюптнруемыми с термокатода, инжектируется в зону распыления. Формирование ленточного потока обеспечивает магнитное поле. Подача отрицательного смещения на подложку обеспечивает ее очистку, энергетическую стимуляцию роста и управление рельефом пленки. Ионная бомбардировка вызывает физические изменения в сгрукгуре углеродных пленок - рекристаллюацию, появление или исчезновение дефекгов и т.п. Они приводят к измененшо их свойств. Метод формирования углеродных пленок при использовании принципа магнетрона Пеннинга называют магнетронным (рис. 2.6.41, и).
Катод 1 расположен в скрещенных электрическом и мапппном полях. Электрическое поле приющдываемя между катодом 1 и анодом 2. Магнитное поле, создаваемое магнитной системой 7, обеспечивает циклондальное движение электронов у поверхности катода. В процессе этого движения электроны претерпевают многочисленные упругие и неупругие столкновения с атомами шза, обеспечивая высокую степень ионизацни. Положительные ионы бомбардируют катод (мншень), выбивая с ее поверхности атомм наносимого на подложку материала. Магнетронная система позволяет получать плотность тока на катоде на порядок больше, чем в диодных высокочастотных системах распыления.
Благодаря этому скорость распыления углерода в магнетронных системах в 40 — 50 раз больше, чем в обычных диодных си стенах. Достоинством системы швшется также то, что подложка находится вне зоны разряда. Мшиитные поля (рис. 2.6.41, б - г) способствуют повышеншо эффекпиности ионизация паа, т.е. уменьшению давления рабочего ппа и напряжения разряда, локализуют плазму вблизи р вспыля емого объекта (мишени), а также устрюшют бомбардировку подложки быстрыми электронами. В устройствах с тлеющим разрядом подложка располагается обычно на аноде, атомы углерод» диффундируют к ее поверхности через газовый разряд, претерпевая многократные столкновения с атомами рабочего газа, и рассеиваются обратно на катод - мишень. В тлеющем и мынетронном разрядах ионизатор и источник пара питаются от одного и того же блока, в устройствах с накаливаемыми катодами образование плазмы и распыление выполняются с помощью самостоятельных узлов и источников питания.
Еще большее разделение функции узлов ионизатора и источника вара осущестюшемя в установке поило-лучевого распыления (рис. 2.6.41, д, г). Здесь область генерации плазмы и узел мишени разделены диафршмой. Напуск рабочего газа производится в камеру ионного источника, а его откачка осуществляется через аиодную диафршму малого сечения, поэтому перепал давлений между областями формирования плазмы и роста пленки составляет около полутора порядков.
Установки с автономным ионным источником сложнее и дороже по сравнению с оборудованием для распыления в плазме, однако имеют существенные преимущества по сравнению с последними: независимую регулировку угла падения, энергии и потока распыляющих ионов. Используют комбинированные методы получения углеродных пленок из автономных ионных источников и магнетронным распылением (рис. 2.6.41, г), что дает возможносп управлять формированием пленок путем юменения плотности ионного тока и энергии осзздающнхся частиц.
При этом можно лолучать пленки практически на любых материалах с большой, площадью и с высокой степенью равномерности толщины, что достигаетоя организацией движения подложек относцтельно источника. Кроме описанных методов, для синтеза пленок на основе Углерода используют дутовой метод, микроволновые и радиочаоготные методы осаждения из шзовой фазы, все плазменные методы осажденгш из газовой фазы, вкпочая ллазмотронный метод, а также, методы на основе ЭЦР (электронно-циклотронный резонанс) - источников плазмы (см. подразд. 2.6.10). Глаза хй ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК Метод осаждения углеродных пленок из углеводородной плазмы позволяет прн неболъшой модернизации использовать стандартные вакуумные установки ВЧ- распыления.
Установка для стимулированного плазмой химического осаждения из ивовой фазы испальзуеюя для осаждения и анизотропного травления алмазоподобных пленок, а тюске дси предварительной очистки подложек. Освящение и травление производится в ВЧ-разряде при подаче постоянного напряхения смещения (до 1,8 кВ) на подложкодержатель. Установка позволяет производить осаждение этих пленок со скоростью до ЗО мкм/ч с однородностью по толщине 5 %. Толщина пленок может варьироваться ст 0,02 до 25 мхм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
