1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Парцнальное давление реакцнонноспособных газов можно значительно уменьшить при проведении геттерного распыления, когда благодаря геттерирующему действию распыляемого вещества очистка аргона производится до того, как он попадает в ту часть системы, где происходит осажденне пленки. Уменьшению содержания в пленках захваченных атомов газа способствует также понижение рабочего давления тлеющего разряда. Такие условия обеспечивает трехэлектродная система ионного распыления, в которой электроны, испускаемые термокатодом прямого накала и приобретающие дополнительную энергию под действием ускоряющего напряжения, поддержи- Методы осаждения тонких пленок вают тлеющий разряд при низких давлениях и. При наложении магнитного поля, увеличивающего длину пробега электронов при нх движении по направлению к аноду, вероятность ионизации атомов аргона электронами повышается.
Таким способом достигают высокой скорости осаждения пленки (-О,1... ...1,0 нм/с) при давлении, приблизительно равном 10 — ' Па. Захваченные пленкой газы можно удалять, подавая на подложку отрицательный по отношению к аноду потенциал-"', в результате чего пленка в процессе осаждения будет непрерывно бомбардироваться ионами. 2.2.3.2 Матнетронное ионное распыление Система магнетронного ионного распыления представляет собой устройство, в котором магнитное поле приложено перпендикулярно электрическому. В системе с плоским катодом магнитное поле, направленное параллельно его плоскости, препятствует выходу электронов из прикатодной области, что повышает эффективность ионизации газа и предотвращает бомбардировку осаждаемой пленки электронами. Постоянные магниты размещают за катодом различными способами, но таким образом, чтобы поверхность катода имела по крайней мере одну область, вблизи которой силовые линии магнитного поля были бы направлены параллельно поверхности.
Плазма разряда существует только вблизи катода, внутри тороидальной магнитной ловушки, создаваемой магнитным полем, сосредоточенным в узком кольце. Возможность получения поля такой формы и соответствующих тпаекторий электронов зависит от геометрических параметров и схемы расположения магнитов. Возмущения в плазме, вызываемые дрейфом электронов в направлении, перпендикулярном как вектору электрическогсз поля Е, так и вектору магнитной индукции В, можно устранить при использовании цилиндрического катода, когда дрейфовые токи оказываются замкнутыми. Этот принцип положен в основу цилиндрических магнетронных систем, В них применяют магнитные зеркала, отражающие электроны, или создают неоднородное магнитное поле. В соответствии с этим возможны самые разнообразные конфигурации цилиндрических магнетронных систем [4].
Магнетронное ионное распыление позволяет с высокой эффективностью (достигающей 60%) использовать подводимукт к катоду мощность для генерации токов высокой плотности о Метод, известный под названием распыление в тлеющем разряде, поддерживаемом термоэлектронной эл~нссией. — Лрилт.
перев. з~ Метод, называемый «распыление со смещением».— Прин. персе. 5б Глава 2 (примерно до 50 мА/см') при относительно низких напряжениях ( 500...1000 В) и обеспечивает скорости осаждения пленок, которые по меньшей мере на порядок величины выше, чем в немагнетронных системах. При удельной мощности юколо 30 Вт)см' для пленок меди достигнута скорость осаждения 2,5 мкм/мин. Высокая скорость осаждения и отсутствие бомбардировки пленки плазмой и электронами дают основание рассматривать магнетронное ионное распыление как перспективный низкотемпературный метод осаждения пленок большой площади.
Недавно продемонстрирована возможность применения этого метода для осаждения ряда материалов для солнечных элементов, в том числе оксида олова (обозначаемого иногда ТО) [13], смеси оксидов индия и олова (распространенное обозначение — 1ТО) [14], сульфида кадмия [15] и сульфида меди [15]. 2.2.3.3 Высокочастотное ионное распыление Ионное распыление можно проводить при низком давлении газа (-0,1 Па), усилив его ионизацию при возбуждении безэлектродного разряда внешним высокочастотным электромагнитным полем.
Если материалом катода служит диэлектрик, то ионное распыление на постоянном токе неосуществимо вследствие накопления поверхностного положительного заряда (Аге). Однако при использовании переменного напряжения высокой частоты заряд на поверхности диэлектрика может периодически нейтрализоваться электронами плазмы, которые имеют значительно более высокую подвижность, чем положительные ионы. Наличие или отсутствие на поверхности катода положи. тельного заряда, влияющего на процесс распыления, зависит от амплитуды и частоты переменного напряжения, а также от конфигурации катода.
Обычно катод соединяют через согласуюшую схему с источником напряжения частотой 13,56 МГц (разрешенной для промышленного применения Федеральной комиссией связи США) и мощностью 1...2 кВт при амплитуде напряжения около 1 кВ. Высокочастотное распыление может проводиться в любой системе для ионного распыления в тлеющем разряде или магнетронного распыления. Метод высокочастотного ионного распыления незаменим для осаждения тонких полупроводниковых и диэлектрических пленок. 2.2.3.4 Ионне-лучевое распыление При использовании ионного источника осаждение распыленного вещества можно осуществлять в условиях высокого вакуума при контролируемом давлении.
Первый вариант проведения процесса осаждения с помощью пучка ионов связан Методы осажденнк тонкнк лленок с прямым получением ионов необходимого материала и конденсацией их на поверхности в виде тонкой пленки. Во втором варианте ионный источник служит для получения ионов Аг+, которые бомбардируют находящуюся в вакууме мишень, после чего распыленные частицы вещества осаждаются на подложке. В течение последнего десятилетия оба способа были значительно усовершенствованы, и теперь они являются общепринятыми, хотя и дорогостоящими методами, позволяющими использовать преимущества процесса ионного распыления и процесса осаждения пленок в условиях вакуума.
Для осаждения пленок обычно применяют источники ионов. двух типов: дуоплазмотрон и источник, разработанный Кауфманом. В дуоплазмотроне ионы создаются в камере с тлеющим нли дуговым разрядом и затем через отверстие истекают во вторую камеру со значительно более низким давлением (-10-'...1Π— ' Па). В источнике Кауфмана конфигурации разрядной камеры и приложенного магнитного поля таковы, что электроны, испускаемые в результате термоэмиссни, движутся по протяженным спиральным траекториям к цилиндрическому аноду, охватывающему область разряда.
Это обеспечивает высокую эффективность ионизации газа, а также однородность. плазмы. Если между двумя сетками с точно совмещенными отверстиями создать разность потенциалов, то ионы, проходящие через отверстия сетки, будут ускоряться под действием этой разности потенциалов. С помощью магнитооптических устройств ионы собирают в параллельный пучок, объемный заряд которого можно нейтрализовать медленными электронами, испускаемыми нитью накала, расположенной с бомбардируемой стороны сеток. Источник Кауфмана позволяет получать полностью нейтрализованные пучки ионов аргона диаметром в пределах 25 см с плотностью тока, достигающей 50 мА/смт, при ускоряющем напряжении 0,5...1кВ.
Этот источник можно использовать как для травления поверхности (называемого ионным травлением), так и для осаждения распыленных проводящих и непроводящих материалов. Ионное травление применяется при изучении объемных свойств многослойных солнечных элементов. При изготовлении солнечных элементов со структурой полупроводник †диэлектр — полупроводник с помощью ионного источника на кремний осаждают пленки 1ТО (16).
Как показано на рис. 2.2, скорость ионного травления (и, следовательно; осаждения пленок) зависит от вида материала и угла падения ионов на мишень. 2.2.3.5 Ионное осажденне Ионным осаждением называют метод, основанный на термическом испарении вещества на подложку (катод) с ее одновременной бомбардировкой положительными ионами (напри- Глава 2 мер, Аг ), получаемыми в тлеющем разряде или с помощью ионного источника. Бомбардировка осаждаемой пленки приводит к ее уплотнению и повышению адгезии, Недостатками метода являются ионное травление растущей п.ченки и захват пленкой быстрых ионов газа. Более совершенный и более важный вариант метода ионного осаждения включает ионнзацню паров с помощью ускоренных электронов, получаемых из термоэмнссионного источника, и осаждение на подложку ионов, которые при необходимости могут быть ускорены.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
