Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
В диодных системах, работающих при высокочастотном напряжении, можно использовать мишени из диэлектриков или высокоомных полупроводников. Для обеспечения стабильной скорости распыления, высокой равномерности слоя по толщине и составу необходим хороший тепловой контакт между мишенью и высокочастотным электродом. Интенсивное охлаждение высокочастотного электрода предотвращает локальные перегревы, плавление и интенсивное испарение отдельных участков мишени. В системах высокочастотного распыления на подложку можно подавать отрицательное смещение, вызывающее направленный поток положительных ионов инертного газа к подложке. Ионы, бомбардируя поверхность подложки, удаляют адсорбированные пленкой газы, примеси, загрязнения и т. д. С напряжением смещения связаны свойства пленок. Малое смещение не позволяет эффективно удалять загрязнения, при большом смещении возможен захват поверхностью слоя инертных и активных газов, рекристаллизация пленки, появление дефектов и т. д. Смещение может влиять на структуру, механические напряжения и адгезию слоя.
При высокочастотном распылении скорость роста слоя зависит от природы материалов мишени, частоты (частота 10-20 мГц обеспечивает наивысшую скорость распыления), напряжения, силы тока и напряженности внешнего магнитного поля и достигает 0,17-3,4 нм/с. Технологические скорости роста слоя снижаются за счет нагрева подложек, вызываемого потоком электронов (при мощности 3 кВт температура подложки может быть повышена до 600 °С). Например, в высокочастотной установке типа A-550VZK (фирма «Лейбольд-Гереус», Германия) технологическая скорость составляет 0,03-0,10 нм/с.
В триодных системах, например, УРМЗ-279-013, Спутрон (фирма «Бальцерс», Лихтенштейн), функции катода и мишени разделены: катод является источником электронов, которые поддерживают разряд инертного газа, а мишень располагается параллельно плазменному шнуру (ось мишени делит расстояние анод—катод в отношении 1 : 2, где находится положительный столб разряда). При большом отрицательном потенциале на мишени из плазмы вытягиваются положительные ионы, которые, бомбардируя мишень, вызывают ее распыление. Распыленные атомы осаждаются на подложке, расположенной параллельно мишени. В триодных системах в условиях пониженных (до 1,33 • 10-2 Па) давлений необходимая плотность тока обеспечивается за счет термоэлектронной эмиссии и направленного вдоль оси разряда магнитного поля на-
482
пряженностью (8-н24)103 А/м. В триодных системах, реализуемых на постоянном токе или высокочастотном напряжении, скорость осаждения слоя регулируется изменением температуры катода, давления инертного газа и потенциала мишени; технологические скорости получения слоев диэлектриков достигают 0,09-0,70 нм/с, а для металлов — 2-12 нм/с (рис. 8.9).
Ионно-плазменные методы распыления позволяют получать слои соединений различной природы. При подаче в камеру активных газов (азота, кислорода, оксида углерода, метана, сернистого ангидрида и др.) можно в зависимости от парциального давления получать либо твердые растворы металла с соответствующим элементом, либо химические соединения (нитриды, оксиды, карбонаты, сульфиды и др.). Такой метод распыления получил название реактивного катодного распыления.
Для выбора метода распыления с целью получения пленки того или иного состава можно руководствоваться данными, приведенными в табл. 8.4.
Преимуществом ионно-плазменных методов является возможность получения плотных (приближающихся к материалу в массе) слоев при высокой адгезии к подложке, стехиометрических слоев сложных соединений, слоев тугоплавких материалов, которые не удается получить другими методами. Основным ограничением для широкого использования этих методов в оптической технологии являются низкая производительность и высокая энергоемкость.
Производительность ионно-плазменных методов может быть повышена за счет использования магнетронной мишени (магне-тронное распыление). Принцип действия состоит в воздействии магнитного поля на ионизирующий газ, что приводит к увеличению ионной плотности. Происходит это за счет того, что электроны, находящиеся в плазме (воссоздающие ионы за счет соударений с молекулами газа, т. е. поддерживающие разряд), под действием поля изменяют свои траектории, обвиваясь вокруг линий поля и увеличивая тем самым возможность ионизации за счет соударений.
Таблица 8.4. ПОЛУЧЕНИЕ ТОНКИХ СЛОЕВ ПРИ КАТОДНОМ РАСПЫЛЕНИИ
Режим распыления Газовая среда Материал тонких слоев
Проводники Полупроводники Диэлектрики
Распыление на постоянном токе Инертная Ag, Au, Pt,Ta, Ni,Cr,Cu Si, Ge -
Реактивная Ta2N Sn03, Mn03 Si02, Ta205, Ti02, Nb205, Zr02 я др.
Высокочастотное распыление Инертная Al, Au, Ni, Та, W, Mo Керметы Si03> Ce02, A1203, ZnS, MgF2 я др.
Реактивная Ta2N - Si02, Ta205, Zr02, Ti02 и др.
483
Таблица 8.5.
ПОВЫШЕНИЕ СКОРОСТИ
ОСАЖДЕНИЯ СЛОЕВ МЕТАЛЛА
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Материал Скорость осаждения
без магнитного поля, мкм/ч с магнитным полем, мкм/ч
Титан 3 25
Хром 6 40
Медь 10 72
Серебро 15 120
Прим е ч а н и е. Данные приведены для эквивалентной
