6. Технологические аспекты работы мрс.

6.1. Рабочие параметры магнетронов.

С помощью магнетронов работающих на постоянном токе, импульсных или ВЧ-магнетронов возможно получение тонких пленок из весьма широкого ассортимента материалов, включая многокомпонентные сплавы, полупроводники, их соединения, а также – диэлектрики.

Операция металлизации является одной из важнейших в различных технологических процессах, например – нанесение пленок алюминия и его сплавов при производстве интегральных схем ИС и БИС, поскольку на свойства тонких пленок алюминия оказывают значительное влияние давление газа, расстояние мишень – подложка, температура подложки и т.п.

К основным рабочим параметрам магнетронов можно от­нести напряжение на электродах, разрядный ток, удельную мощность на мишени, давление рабочего газа и индукцию магнитного поля. Все эти параметры в магнетроне взаимосвя­заны, и изменение одного из них приводит к изменению других.

Магнетроны относятся к низковольтным системам распы­ления, напряжение источника питания не превышает 1000 В. Однако типичные рабочие напряжения составляют порядка 400 В, при этом распыляемая мишень находится под отрица­тельным потенциалом. Анод может находиться под нулевым потенциалом или под некоторым положительным напряжени­ем смещения, что способствует более полному улавливанию электронов плазмы.

Ток разряда, определяющий скорость распыления мате­риала, зависит от плотности разрядного тока на мишени, размеров мишени и мощности источника питания. В промыш­ленных конструкциях ток разряда достигает нескольких де­сятков ампер при плотности тока до 2000 А/м² и более. При этом следует учесть, что в средней части зоны распыления (эрозии) плотность тока значительно превышает указанное значение.

Удельная мощность ограничивается условиями охлажде­ния мишени и теплопроводностью распыляемого материала и достигает 5∙10⁵ Вт/м².

Рабочее давление магнетрона лежит в широких пределах: 10^-2-1 Па. В качестве основного рабочего газа используется аргон. Чистота осаждаемых пленок обусловлена отсутствием загрязняющих компонентов в зоне разряда.

Индукция магнитного поля во многом определяет ха­рактер разряда в магнетроне и находится в диапазоне 0,03-0,1 Т (на расстоянии 1 см над мишенью).

Существенное влияние на свойства пленок оказывает скорость осаждения, которая с достаточной точностью может поддерживаться стабильной благодаря постоянству параметров процесса, таких, как ток разряда или подводимая мощность. Для обеспечения воспроизводимости и стабильности процесса по току последний необходимо поддерживать с точ­ностью ±2%, а при стабилизации процесса по мощности раз­ряда подводимую мощность следует поддерживать с точ­ностью ±20 Вт в диапазоне регулирования от 0 до 10 кВт. При этом рабочее давление необходимо поддерживать по­стоянным с точностью ±5%. Магнитное поле обычно созда­ется постоянными магнитами.

Одной из причин нестабильности рабочих параметров магнетрона является возникновение электрических дуговых разрядов на мишени, особенно в начале работы, поэтому в источнике питания необходимо предусмотреть устройство по­давления дуговых разрядов. Самопроизвольное возникнове­ние нестабильностей в виде токовых каналов, вытянутых вдоль магнитных силовых линий, является одним из характер­ных свойств плазмы, движущейся в скрещенных полях. Вопрос о причине возникновения подобных нестабильностей окончательно не решен, однако установлено, что главной их причиной является дрейфовый характер движения зарядов в скрещенных полях.