Катодное распыление (1245600), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

ст, контролируя давление с помощьютермопарного манометра 2. После этого вентиль 3 закрывают, открываютвентиль 5 и высоковакуумный затвор 1 и откачивают всю вакуумную системудодавления10-1–10-2ммрт.ст.Затемвключаютподогревательвысоковакуумного диффузионного насоса ВВН и производят откачку колпакачерез затвор 1 до предельного вакуума (10 -6–510-7 мм рт.

ст.), контролируядавление с помощью ионизационного манометра 6. При этом ФВН долженпостоянно отсасывать в атмосферу из ВВН остаточный газ. Поскольку вфорбаллоне ФБ поддерживается форвакуум 10-1–10-2 мм рт. ст., возможнократковременное отключение ФВН от ВВН. В этом случае выход ВВН будетнагружен только на ФБ. По окончании цикла напыления напуск осушенноговоздуха в ФВН и колпак производится через вентили 3 и 4.

Управлениевентилями и их блокировка осуществляется с помощью блока переключениявакуума БПВ [5].9Рисунок 1.2. Схема вакуумной системы технологическойустановкиПри выборе материалов для вакуумных систем необходимо учитыватьскорость десорбции и газопроницаемость[6]. Из металлов наиболееподходящим материалом является нержавеющая сталь. Этот материал обладаетнизкой скоростью десорбции, т.е.

низкой скоростью газоотделения с единичнойповерхности. Материал устойчив против коррозии, что позволяет использоватьхимически агрессивные жидкости для очистки подколпачных устройств,хорошо полируется, вследствие чего в неровностях шероховатой поверхностине накапливаются гигроскопичные вещества и активные сорбенты. В то жевремя малоуглеродистая сталь плохо удовлетворяет требованиям вакуумнойтехники, поскольку окисный слой на ее поверхности обладает высокойсорбционной емкостью. Применение латуни в вакуумной технике нерекомендуется из-за заметного испарения цинка при температуре свыше 300 оС.1.5. Процесс катодного распыленияПод катодным распылением (ионнымраспылением)понимаетсяразрушение отрицательного электрода (катода) в газовом разряде поддействием ударов положительных ионов [7].

В более широком смысле –10разрушение твёрдого вещества при его бомбардировке заряженными илинейтральными частицами.При катодном распылении в камеру вакуумной установки загружаютсяподложки и производят откачку до давления 110-3–110-4 Па, затем напускаютаргон до давления 1,3–13 Па.

Далее процесс ведут при непрерывной откачке ипоступлении через натекатель аргона, что обеспечивает заданное давление газа[8].При подаче на катод-мишень отрицательного потенциала 1–5 кВотносительно заземленного анода в камере зажигается тлеющий разряд. Ионыаргона, попавшие в область катодного пространства, бомбардируют катод –начинается его распыление.

Распыление сначала ведут на заслонку, а послеочистки поверхности катода заслонку открывают – поток частиц осаждается наповерхности подложек. Процесс прекращают отключением напряжения катоданод; после охлаждения подложки выгружают [8, 9].Преимущества катодного распыления: низкие температуры подложек впроцессе нанесения пленок; большая, чем при термовакуумном напылении,равномерность пленок по площади подложек, так как диаметр катода (до 350мм) существенно больше расстояния катод – подложка (30–80 мм);безынерционностьнапряженияи(распылениемгновенноначинаетсяпрекращаетсяприприподачеегонаэлектродыснятии);отсутствиенеобходимости частой смены источника частиц растущей пленки – катода;неизменяемость стехиометрии состава пленки по сравнению с составом катода;высокая адгезия пленок к подложкам.Основные недостатки: сравнительно невысокие скорости осаждения,загрязненность пленок молекулами остаточных газов и более сложноеуправление техпроцессом по сравнению с термовакуумным напылением.112.

Расчет скорости осажденияВ процессах ионно-плазменного нанесения при высоких давленияхисчезает направленность движения распыленных частиц и процесс переносапринимаетхарактер«ускоренной»диффузии.Понятие«ускоренной»определяет высокую кинетическую энергию, следовательно, скорость движенияисходных, эмиттируемых из мишени частиц материала. В большинстве системионно-плазменного нанесения с тлеющим разрядом частицы распыленногоматериала уменьшают свою энергию до тепловой энергии прежде, чемдостигнут подложки. Процесс переноса в этом случае следует рассматриватькак диффузионный процесс.Часть распыленных частиц в результате многократных столкновений ирассеяния на большие углы, в конце концов, будет иметь нулевую скорость понаправлению к подложке, а также может отражаться обратно на распыляемуюмишень.Оставшиесясоответствующимичастицытепловымдостигаютэнергиям.подложкиСоздаетсясоскоростями,градиентплотностираспыленных частиц в пространстве мишень–подложка, вызывающийдиффузию частиц по направлению к подложке.Впредположениираспыленногоматериаладиффузионноговхарактерапространствепроцессапереносамишень–подложкапроцентраспыленного материала П, достигающего подложки, можно определить извыражения12П=M 11  exp  DM2 /( M1   )100 ,M 2D(3.10)где D – расстояние мишень – подложка, см;  – длина свободного пробегараспыленных атомов,см; М1 – масса атома инертного газа; М2 – массараспыленного атома.Длина свободного пробега атома с массой М2, имеющего тепловуюэнергию в газе, состоящем из атомов М1, может быть определена соотношением1/ = 2N2d22 + 0,25N1(d1 + d2)2(1+ M2/M1)1/2 ,(3.11)где N2 и N1 – плотности распыленных частиц и атомов газа соответственно,см-3; d1 и d2 – эффективные диаметры атомов, см.Длина свободного пробега распыленных атомов, имеющих скорость,большую, чем тепловая, будет примерно в 1,5 раза выше, т.е.

диффузия имеетхарактер ускоренной диффузии. Практически всегда при самом высоком коэффициенте распыления N2<<N1. С учетом того, что N1 = p/kT, выражение (3.11)можно записать1/ = 2.08p(d1 + d2)2(1+ M2/M1)1/2 ,(3.12)где p – давление газа, Па; d1 и d2 в нм. Величина d2 изменяется от 0,3 нм приМ2 = 20 а.е.м. до 0,45 нм при М2 = 150 а.е.м.

Для аргона d1 ~ 0,25 нм.Таким образом, выражение для скорости осаждения с учетом выражений(3.1) и (3.10) можно записать какV0 = VpП/100.(3.13)133. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА КАТОДА-МИШЕНИОсновной элемент распылительного устройства – мишень,котораянепосредственно является катодом или крепится на поверхности катода.Учитывая существенную тепловую нагрузку на мишень в процессе еераспыления, в конструкции ионно-плазменных устройств предусматриваетсяпрямое или косвенное охлаждение мишени.

Основным недостатком косвенныхметодов охлаждения является ограничение мощности, вводимой в мишень.Таким образом, тепло, выделяемое при бомбардировке ионами, можетотводиться за счет излучения, процесса теплопроводности и теплоотдачи приконтакте охлаждающейжидкостис поверхностью мишени.Процессыпередачи тепла будем считать установившимися (стационарными).Для оценки теплового режима катода-мишени будем считать, что всямощность, прикладываемая к мишени, расходуется на нагрев мишени. Вустановившемся режиме можно записать:w = wтепл + wизл ,(4.1)где wтепл – плотность мощности передаваемая нижнему основанию мишени;wизл – плотность мощности, излучаемая верхним основанием мишени.Плотность мощности, прикладываемая к мишени, определяется извыражения:w = J·U,(4.2)где J – плотность тока разряда, U – напряжение, прикладываемое к электродам.В соответствии с законом Фурье для стационарной теплопроводностиможно записать:wтепл = T/H ,где T – разность температур между поверхностями мишени; H – толщинамишени;  – коэффициент теплопроводности материала мишени.(4.3)14Приконтактеохлаждающейжидкостисповерхностьюмишенипроисходит передача тепла от основания мишени жидкости.

Для этого случаяможно записатьQжидк = AtТ,(4.4)где Qжидк – передаваемое количество теплоты;  – коэффициент теплоотдачи(для текущей воды  = 350+2100 v Вт/(м2K), v – скорость течения воды); А –площадь основания мишени; T – разность температур мишени и подводимойводы (можно считать, что температура подводимой воды 20 оС, а охлаждаемогооснования мишени - 100 оС); t – продолжительность процесса распыления.Формулу (4.4) запишем в преобразованном виде:wжидк = T.(4.5)Для того, чтобы мишень не перегревалась необходимо выполнениеусловия wжидк wтепл.При тепловом излучении тепловая энергия от верхнего основаниямишени передается окружающей среде. В этом случае, исходя из законаСтефана-Больцмана, можно записатьwизл = (Tв4-Tс4),(4.5)где  = 5,6710-8Вт/(м2К4) – постоянная Стефана-Больцмана;  - излучательнаяспособность материала мишени; Тс - температура окружающей среды (Тс = 300К).С учетом формул (4.2), (4.3) и (4.5) следует, что максимально допустимаятолщина мишени равнаhmax Tw  wизл.(4.6)15СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1.

Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно–плазменнаяобработкаматериалов. – М.: Радио и связь, 1986. – 232 с.2. Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесениятонких пленок. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 328 с.3. ЮдинВ.В. Коэффициент распыления изотропных мишеней //Электронная техника. Сер. 2. 1984. Вып. 6(172). С. 3 – 16.4. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионнойтехнологии. – М.: Высшая школа, 1988.

– 255 с.5. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел. –М.: Мир, 1989. - 349 с.6. Розанов Л.Н. Вакуумная техника. – М.: Высшая школа, 1982.7. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. – М.:Высшая школа, 1987.8. Технология тонких пленок: Справочник / Под ред. Л.МайселлаиР.Гленга. В 2 т.

– М.: Сов.радио, 1977.9. Пичугин И.Г.,Таиров Ю.М.Технология полупроводниковыхприборов. – М.: Высшая школа, 1984. – 288 с.10. Ефимов И.Е.,Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника.Физические и технологические основы, надежность. – М.: Высшая школа,1986. – 464 с.11. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. – М.:Мир, 1985. – 496 с.12. Чен Ф. Введение в физику плазмы. – М.: Мир, 1987. – 398 с.13. Иванов–Есипович Н.К.

Технология микросхем. – М.: Высшая школа,1972. – 256 с.163714. Телеснин Р.В Молекулярная физика. – М.: Высшая школа, 1973. – 360с.15. Физические величины: Справочник / А.П.Бабичев, Н.А.Бабушкина,А.М.Братковский и др.;Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. – М.:Энергоатомиздат, 1991. –1232 с.16. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер.

с нем. – М.: Мир, 1982. –520 с.17. Основы вакуумной техники. – М.: Энергия, 1975. – 416 с.18. Томилин В.И. Физико-химические основы технологии электронныхсредств: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В. И. Томилин. – М.:Издательский центр «Академия», 2010.− 416 с.19. Смирнов, В.И. Физико-химические основы технологии электронныхсредств: учебное пособие / В. И. Смирнов. − Ульяновск: УлГТУ, 2005.− 112 с..

Характеристики

Список файлов учебной работы