3.5. Расчёт скорости осаждения

В предположении диффузионного характера процесса переноса распылен­ного материала в пространстве мишень - подложка процент распыленного ма­териала П, достигающего подложки, можно определить из выражения

П = , (3.10)

где D - расстояние мишень-подложка, см;  - длина свободного пробега распы­ленных атомов, см; М₁ - масса атома инертного газа; М₂ - масса распыленного атома.

Длина свободного пробега атома с массой М₂, имеющего тепловую энергию в газе, состоящем из атомов М₁, может быть определена соотношением

1/ = 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 имеет ха­рактер ускоренной диффузии. Практически всегда при самом высоком коэф­фициенте распыления N₂<<N₁. С учетом того, что N₁ = p/kT, выражение (3.11) можно записать

1/ = 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 при М₂ = 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 как

V₀ = V_pП/100. (3.13)

Произведём расчёт скорости осаждения.

3.6. Влияние параметров осаждения на свойства плёнок.

Качество плёнок конкретных материалов, т.е. необходимый набор свойств – удельное сопротивление, диэлектрическая прочность, плотность, твёрдость, коэрцитивная сила и другие – определяется в основном их структурой и числом захваченных в процессах их получения примесей.

В плёнках в значительно большем числе захватываются атомы рабочего газа, поскольку его давление намного больше, чем давление остаточных газов. Основной причиной загрязнения плёнок рабочим газом, например аргоном, является их бомбардировка ионами или энергетическими атомами, образовавшимися при перезарядке ионов. Число загрязнений опрделяется также размерами атома инертного газа, соотношением масс атомов инертного газа и осаждаемого материала, коэффициентом захвата газа на поверхности плёнки и скоростью осаждения плёнки на подложке.

С увеличением смещения растёт число атомо аргона, захваченного в плёнке. Вероятность удержания инертного газа в плёнке мала, поскольку он не вступает в химическое взаимодействие с ней. Она в данном случае зависит от глубины внедрения аргона в плёнку, т.е. от его кинетической энергии. С увеличением давления всё меньшее число атомов аргона достигает поверхности подлжки с энергиями, достаточными для внедрения. Высокое давление аргона само по себе не является причиной повышенного загрязнения плёнки.

Захват примесных газов – остаточных и рабочих – в плёнках сущетвенно влияет на свойства металлических плёнок, полученных ионно-плазменным нанесением.

Наличие загрязняющих примесей кислорода, азота, инертных газов вызывает появление в плёнках знчительных внутренних механических напряжений. В зависимости от скорости осаждения и интенсивности ионной бомбардировки подложки меняются значение и характер напряжений в плёнках. Повышение температуры подложки во время осаждения приводит к уменьшению напрежений.

Изменяя условия процессов нанесения, можно правлять свойствами получаемых плёнок.Обычно ргулируются такие основные параметры, как скорость нанесения, давление остаточного и рабочего газа, температура подложки и интенсивность ионной обработки растущей на подложке плёнки.Так например, инная бомбардировка подложки приводит к уменьшению размера зерна плёнки за счёт образования дополнительных центров зародышеобразования на поверхности.