6.5 Адгезия пленок полученных магнетронным напылением.

Важным свойством пленок является адгезия с подлож­кой, которая при использовании магнетронов значительно выше, чем у пленок, полученных термовакуумным методом. Это объясняется высокой энергией конденсирующихся частиц при распылении (несколько электрон-вольт), в то время как при испарении энергия осаждаемых частиц составляет доли электрон-вольта.

В табл. 6.5.1 приведены средние значения энергии W_a и ско­рости v_а атомов различных поликристаллических материалов, распыляемых ионами аргона с энергией в диапазоне 0,6-0,4 кэВ. Из таблицы видно, что распыленные атомы тя­желых материалов обладают наибольшими значениями W_a, а легких — наибольшими значениями v_а [44].

Таблица 6.5.1

Распыляемый материал	Wa, эВ	va∙10-3 м/с
Al	1,1	7,4
Cu	1,1	4,3
Si	1,2	6,4
Ti	1,7	5,9
Ge	1,7	4,8
Fe	1,8	6,0
Ni	2,1	6,0
Au	2,7	3,8
Pt	4,2	4,3
Ta	4,2	4,8

Существенное влияние на условия конденсации и повыше­ние адгезионных свойств пленок можно оказать, подавая на­пряжение смещения на подложку. Даже при небольшом напряжении смещения U_см на подложке наступает насыщение ионного тока I_cm, вытягиваемого из граничного слоя плазмы магнетрона (рис.6.5.1). Кривая 1 снята при расстоянии подложка - мишень 50 мм, кривая 2 - при расстоянии 100 мм. Таким образом, в магytтроне можно в широких пре­делах изменять энергию ионов при постоянном значении ион­ного тока на подложку. Состав этих ионов точно не известен: в основном это могут быть ионы рабочего газа, однако зна­чительную часть могут пред­ставлять ионы распыляемого материала и ионы остаточных газов.

Рис. 6.5.1. Зависимость ионного тока от напряжения смещения.

Для данного напряжения смещения ионный ток на подложку уменьшается с увеличением давления. Наи­большее отношение числа ионов к числу распыляемых атомов на подложке имеет ме­сто при давлениях несколько меньше 0,1 Па.

Поскольку относительно ма­лые потенциалы смещения на подложке могут привести к большим ионным токам, кон­троль потенциала смещения на подложке очень важен в большинстве случаев использования планарных магнетронов.

Рис.6.5.2.Зависимость тепловой нагрузки от напряжения сме­щения.

Энергия ионов, бомбардирующих подложку, оказывает до­минирующее влияние на термическую активацию конденса­ции, на возрастание подвижности конденсируемых частиц, на возникновение активных центров конденсации, на десорбцию газов чужеродных загрязняющих частиц с поверхности кон­денсации. При выборе напряжения смещения U_CM следует учитывать дополнительную тепловую нагрузку W_CM на под­ложку из-за ионного тока (рис.6.5.2).

Таким образом, при магнетронном напылении тонких пленок параметры работы МРС могут существенно влиять на величину адгезии и структуру получаемых пленок (аморфная поликристаллическая, текстурированная и т.п.). При этом скорость осаждения, температура подложки, энергия бомбардирующих подложку частиц, а также давление рабочего газа в камере являются определяющими параметрами магнетронного напыления.