44. Магнетронное распыление

Данный метод нанесения пленок является дальнейшим развитием ионно-плазменного напыления. Он основан на распылении материала за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа (обычно аргона), образующимися в плазме аномального тлеющего разряда при наложении неоднородных скрещенных электрического и магнитного полей. При этом за счет локализации плазмы у распыляемой поверхности мишени с помощью сильного поперечного магнитного поля увеличивается плотность ионного тока.

С истемы для магнетронного распыления относятся к системам диодного типа, как и для катодного распыления. Основными элементами систем являются катод-мишень, анод и магнитная система, причем поверхность мишени располагают между местами входа и выхода силовых линий магнитного поля. При подаче постоянного напряжения между мишенью (отрицательный потенциал) и анодом (положительный или нулевой потенциал) возникает неоднородное электрическое поле и возбуждается аномальный тлеющий разряд. Наличие замкнутого магнитного поля у распыляемой поверхности мишени позволяет локализовать плазму разряда посредственно у мишени. Эмиттированные под действием ионной бомбардировки электроны захватываются магнитным полем и совершают сложное циклоидальное движение по замкнутым траекториям вблизи поверхности мишени. Такое движение электронов обеспечивает несколько ионизирующих столкновений с атомами рабочего газа (до полной потери энергии электронов), что значительно увеличивает эффективность процесса ионизации и приводит возрастанию концентрации положительных ионов у поверхности мишени. Это, в свою очередь, обусловливает увеличение интенсивности ионной бомбардировки мишени и значительный рост скорости распыления, а следовательно, скорости осаждения пленки. Важным достоинством метода является также отсутствие бомбардировки подложки высокоэнергетическими вторичными электронами с мишени, которые захватываются магнитной системой и не достигают подложки, что обеспечивает ее сравнительно низкую температуру. Основными рабочими параметрами процесса магнетронного распыления являются напряжение на электродах, ток разряда, плотность тока на мишени и удельная мощность, индукция магнитного поля и рабочее давление, от значения и стабильности которых зависит воспроизводимость процесса нанесения пленок.

Наибольшее распространение в промышленности получили системы диодного типа с коаксиальной конструкцией электродов (в центре камеры расположен катод, а подложки размещены по цилиндрической поверхности анода вокруг катода, рис. 8.6, а) с конической (рис. 8.6,б) и плоской (рис. 8.6, в) мишенями.

Магнетронные системы применяют в вакуумных установках для нанесения тонкопленочных покрытий, замещая электронно-лучевые и другие испарители. Дальнейшее совершенствование систем магнетронного распыления идет по пути создания сканирующего над поверхностью мишени магнитного поля, установок периодического и непрерывного действия (рис. 8.6, г) с полностью автоматизированным процессом нанесения пленок. Магнетронное распыление является наиболее перспективным методом нанесения пленок из металлов, сплавов и соединений для различных целей микроэлектроники.