Исследование производительности работы магнетронной распылительной системы с жидкометаллической мишенью
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
Вµристики разряда, и термическая нагрузка на подложки, и во многих случаях, качество и структура напыляемых пленок.[10].
В обычных или сбалансированных магнетронных распылительных системах плазма локализуется магнитным полем у поверхности распыляемого катода и область плотной плазмы простирается не более чем на 50 мм от его поверхности. Поэтому плотность ионного тока на подложки находящиеся на большем расстоянии (обычно 1 мА/см2) относительно низкоэнергетичных (100 эВ) ионов. Такие условия обеспечиваются в несбалансированных магнетронных распылительных системах. Благодаря конструкции магнитной системы, создающей магнитное поле, часть линий которого не замыкается на расположенный рядом магнит с противоположным полюсом, а направляется в сторону подложки (см. рисунок 4).
а) несбалансированный магнетрон (Тип 1),
б) сбалансированный магнетрон,
в) несбалансированный магнетрон (Тип 2).
Рисунок 4 - Возможные конфигурации магнитного поля.
В конструкции магнетрона типа 2, представляющей наибольший практический интерес, это может достигаться, например, если магниты внешнего ряда значительно превосходят по величине магниты центрального ряда. Наличие несбалансированных линий магнитного поля дает возможность вторичным электронам уходить по ним в сторону подложки и совершать там ионизацию газа. Конструкция несбалансированного магнетрона типа 1 не получила широкого распространения, т.к. в ней несбалансированные линии магнитного поля направлены в сторону стенок камеры в результате чего плотность плазмы у подложки низкая.
Магнитное поле в несбалансированных магнетронах может создаваться как постоянными магнитами, так и магнитными катушками, но катушки позволяют регулировать степень ионного воздействия на растущую пленку непосредственно во время ее нанесения. Изменением тока в этих катушках можно реализовать оба типа конфигурации магнитного поля несбалансированного магнетрона, а также плавный переход между ними. Изменять степень несбалансированности магнетрона можно и с помощью магнитных систем на постоянных магнитах. Для этого внешний и внутренний ряды магнитов делаются подвижными относительно друг друга. В сбалансированном режиме внешние магниты отодвинуты от мишени, в то время как внутренние магниты максимально к ней приближены. Если в слабо несбалансированном режиме все магниты приближены к мишени, то в сильно несбалансированном режиме к ней приближены только внешние магниты, а внутренние отодвинуты вглубь магнетрона. Повышение интенсивности ионной бомбардировки растущей пленки позволяет радикальным образом влиять на ее характеристики, в частности создавать метастабильные фазы, формировать нанокомпозитные структуры и т.д.[11]
Какой тип магнетронной распылительной системы предпочтительнее использовать, зависит от конкретной технологической задачи.
1.3 Магнетрон с жидкометаллической мишенью (жидкофазный
магнетрон)
При односекционной магнитной системе можно достигать высокой плотности мощности до 103 Вт/см2 при распылении из твердой фазы и до 104 Вт/см2 - из жидкой фазы. Жидкофазный процесс распыления проводится с высокой линейной скоростью перемещения магнитной системы >100 мм/с при интенсивном охлаждении катода водой с температурой 10-12оС. Специально подобранная магнитная система позволяет вести осаждение покрытия на дистанции от 7 до 10 мм[12].
Скорости напыления металлических пленок, полученных с помощью термического испарения в вакууме, очень большие (порядка 170 нм/сек), но с другой стороны они имеют очень рыхлую структуру.
При магнетронном распылении получаются весьма плотные пленки, но при незначительной скорости. Как же объединить два вышеперечисленных метода. Существует конструкция магнетрона с теплоизолированной мишенью, которая объединяет в себе два этих метода. Пленки, полученные с помощью данной конструкции, имеют хорошую адгезию, так как каждый последующий слой частиц, летящих на подложку, уплотняет предыдущие слои. Ещё одно преимущество магнетрона с теплоизолированной мишенью - это высокие скорости осаждения, такие как при термическом испарении металлических пленок в вакууме.
По теоретическим расчетам, подтвержденным экспериментальными исследованиями, процесс ионного (распыления происходит в приповерхностном слое металла толщиной 0,3-0,8 нм и на него в диодной распылительной системе (PC) затрачивается менее 3% подводимой энергии. Вся остальная энергия переходит в основном в тепло, вследствие чего приходится обеспечивать интенсивное охлаждение мишени. При этом удельная мощность ионного тока на мишени Wи = IитАвUм ограничивается величиной критической удельной мощности Wи. крит, которую выдерживает материал мишени без расплавления.
Условия существования тлеющего разряда в диодной PC накладывают ограничение на выбор технологических параметров процесса распыления . Для обеспечения горения разряда в аргоне (независимо от материала мишени) должно выполняться условие Pd? 13 ПатАвсм, поэтому необходимо работать при давлении Р>3 Па и значительном расстоянии анод - мишень (d>5 см). Естественно, что при этом наблюдается значительный возврат распыленных атомов обратно на мишень вследствие рассе