9.1. Магнетронное распыление

Магнетронное распыление - разновидность диодного, катодного распыления. Образование паров распыляемого вещества происходит в результате бомбарди- ровки мишени ионами рабочего газа, которые образуются в плазме аномально- го тлеющего разряда. Схема магнетронного распыления приведена на рис. 1. Непосредственно под мишенью размещены постоянные магниты, создающие практически параллельное поверхности катода магнитное поле. Между анодом и катодом зажигается аномальный газовый разряд.

детали

А К

^{N S} _S N

постоянные магниты

Рис. 1.Схема магнетронного распыления.

1-постоянные магниты, 2-расныляемый катод,3-анод,4-изделие,5-подложко- держатель.

В результате с катода выбиваются электроны, которые захватываются магнит- ным полем, и совершают в этом поле под действием силы Лоренца спирале- видное движение.

Электроны, захваченные магнитным полем, проводят дополнительную иониза-

цию атомов инертного газа, что увеличивает, таким образом, интенсивность ионной бомбардировки поверхности катода и, соответственно, вызывает повы- шение скорости распыления.

Процесс магнетронного нанесения покрытий характеризуются следующими показателями:

-cкорость распыления примерно равна (4÷40)·10^-5 г/(см²·с);

_{-cкорость осаждения покрытий примерно равна 50÷60нм/с;.}

_{-удельная испаряемость β≈3·10}^-6 _г/Дж;.

-распыленные частицы имеют энергию ≈10÷20 эВ. Преимущества данного метода:

1. высокая скорость осаждения;

2. практически полное отсутствие перегрева поверхности детали т. к. электро- ны захватываются магнитным полем и поэтому не вызывают образование

радиационных эффектов;

3. высокая равномерность покрытий;

4. низкая степень загрязнения пленок т. к. процесс нанесения покрытия проте-

24

_{кает при достаточно низком давлении р=10}^-2 _Па.

9.2. ВЫСОКОЧАСТОТНОЕ РАСПЫЛЕНИЕ

Данный метод используется в основном для распыления диэлектриков. Отли- чается от катодного распыления тем, что на электроды, один из которых распо- ложен под распыляемым диэлектриком, подается высокочастотный потенциал (частота от 1 до 20 МГц) (рис. 2).

_детали

Ar

Р=0,1-10Па

~В.Ч.

Ar распыляемое вещество

а б

Рис. 2. Схема высокочастотного распыления. 1-распыляемый диэлектрик;

2- подложкодержатель; 3- изделие.

При подаче отрицательного потенциала на мишень протекают процессы ее распыления ионами аргона и одновременно их адсорбция на поверхности. В итоге между электродами создается тормозящее электрическое поле. При заме- не знака потенциала, подаваемого на диэлектрическую мишень, на положи- тельный ее поверхность обрабатывается электронами, что приводит к нейтра- лизации адсорбированного заряда. Оптимальными условиями является равен- ство характерного времени зарядки поверхности периоду высокочастотных ко- лебаний, подаваемых на электроды.

Характерные параметры процесса:

_{-частота изменения потенциала-1-20 МГц;}

_{-cкорость распыления -2·10}⁶_÷2·10⁷ _г/(см²_·с);

_{-коэффициент испаряемости -β=6·10}^-7 _г/Дж;

-энергия распыленных частиц - до 200 эВ;

-скорость осаждения покрытия -до 3 нм/с;

-оптимальное давление в камере- 2÷3 Па.

Данный процесс относится к классу плазменных (плазмохимических) процес- сов, особенно при распылении высокомолекулярных (полимерных) материалов. При введении в камеру химически активных газов предоставляется возмож- ность получения пленок соответственного состава. Таким методом получаются пленки из высокотемпературной сверхпроводящей керамики.

Этот метод находит промышленное применение при осаждении износостой- ких и коррозионно-стойких пленок SiO₂, оксида алюминия Al₂O₃ и другие хи- мические соединения.

25