Распыление
Рабочие напряжения при магнетронном распылении
300...1000 В сотни
Рабочие напряжения при термическом испарении
киловольты
В связи с чем происходит рассеяние потока распыляемого вещества мишени?
Характер движения распыленных частиц материала в пространстве мишень – подложка определяется вероятностью рассеяния частиц на атомах рабочего газа, т.е. зависит от давления и расстояния мишень – подложка. При малых давлениях и малых расстояниях перенос распыленных частиц происходит практически по прямолинейным траекториям, поскольку при таких условиях вероятность рассеяния частиц очень мала. По оценкам весь распыленный материал будет достигать подложки при условии, что произведение pD < 4 Па·см, где p – давление в пространстве переноса; D – расстояние мишень – подложка.
При высоких давлениях часть распыленных частиц в результате многократных столкновений с атомами газа и рассеяния на большие углы будет иметь нулевую скорость по направлению к подложке. Исчезает направленность движения распыленных частиц. В пространстве мишень – подложка создается градиент плотности распыленных частиц, вызывающий диффузию частиц по направлению к подложке.
Магнетронное распыление
Магнетронное
распыление
В магнетронных распылительных системах распыление материала происходит за счёт бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа, образующимися в плазме аномального тлеющего разряда.
Электроны, эмитируемые из мишени под действием бомбардировки, захватываются магнитным полем и совершают сложное циклоидальное движение по замкнутым траекториям в скрещенных электрическом и магнитном полях (рис. 6).
Рис. 6. Схема магнетронной распылительной системы с плоским катодом
1 – катод-мишень; 2 – магнитная система; 3 – источник питания;
4 – анод; 5 – траектория движения электронов;
6 – зона распыления; 7 – силовая линия магнитного поля.
За счёт локализации плазмы у поверхности катода достигается высокая плотность ионного тока (на два порядка выше, чем в обычных диодных системах) и большая удельная мощность, рассеиваемая на мишени.
Увеличение скорости распыления с одновременным снижением рабочего давления позволяет значительно снизить загрязнения плёнок посторонними включениями. Локализация электронов вблизи мишени предотвращает бомбардировку ими подложек, что снижает температуру и радиационные дефекты в создаваемых структурах. Однако главными достоинствами магнетронных распылительных систем являются относительно высокие скорости осаждения и возможность получения равномерных по толщине плёнок на подложках большой площади.
Преимущества и недостатки магнетронного распыления (МРС) -магнетронно распылителтельные системы
Преимущества и недостатки магнетронного распыления
Преимущества данного метода по сравнению с другими методами нанесения покрытий:
1) высокая скорость осаждения;
2) практически полное отсутствие перегрева поверхности детали, при этом электроны захватываются магнитным полем и поэтому не вызывают образование радиационных эффектов;
3) высокая равномерность покрытий;
4) низкая степень загрязнения пленок, т. к. процесс нанесения покрытия протекает при достаточно низком давлении р=10-2 Па.
недостатки
1) При осаждении химического соединения на анод, он образует слой диэлектрика, что в свою очередь делает невозможным продолжать дальнейший процесс распыления. Это означает, что придется фиксировать дополнительными детекторами состояние анода, а после производить чистку или замену;
2) Аналогичная проблема, как и в первом случае относится к мишени, часть продукта осаждается на мишень, тем самым снижая скорость бомбардировки [6, с. 1247]. Проблему отчасти можно решить, увеличив расстояние мишень - подложка и снизив плотность ионов, но недостатком является увеличение объема камеры и снижение скорости осаждения [2, с. 34];
3) Образование дополнительных малых дуговых разрядов в области мишени, препятствует образованию готового продукта, кроме того дуги обжигают мишень и портят атомы на поверхности, которые в дальнейшем не будут участвовать в химической реакции.