Исследование производительности работы магнетронной распылительной системы с жидкометаллической мишенью
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
яния их на молекулах рабочего газа. Это резко снижает скорость распыления, Которая в диодных PC обычно не превышает 50 нм/мин, и энергетическую эффективность процесса.
В том случае, если материал мишени находится в твердом состоянии, максимально допустимая плотность ионного тока в значительной мере ограничена теплопроводностью материала мишени, которая в зависимости от вида материала с ростам температуры может увеличиваться или уменьшаться, а вблизи точки плавления скачкообразно изменяет свою величину.
Скорость распыления материала Vp зависит от двух основных факторов: коэффициента распыления kpи плотности ионного тока Jи При увеличении напряжения на мишени с 0,5 до 5 кВ kр возрастает всего в 2 раза, причем наиболее интенсивное увеличение kpв диапазоне до 2 кВ, после чего рост kp замедляется. Следовательно, такой путь повышения Vp мало эффективен.
Плотность ионного тока на мишени можно увеличить за счет увеличения степени ионизации плазмы и при использовании режима распыления, при котором Uм соответствует энергии ионов, обеспечивающей максимальную энергетическую эффективность процесса, что имеет место в магнетронных системах ионного распыления (МСИР) [8].
Для распыления материала из жидкой фазы использовалась МСИР, изображенная на рисунке 5. Под номером 3 представлена подложка, на которую осаждается тонкая пленка. Непосредственно под тиглем 2, изготовленным из немагнитного материала, располагалась водоохлаждаемая магнитная система 1, создающая кольцевое неоднородное магнитное поле.
-магнитная система; 2 - тигель; 3 - подложка; 4 - анод; 5-мишень (А1); 6 - экран.
Рисунок 5 - Схема устройства для распыления из жидкой фазы.
Между тиглем и корпусом магнитной системы был зазор величиной около 2 мм, (препятствующий отводу тепла от тигля в процессе его разогрева. В тигель помещались диски 5 из меди или алюминия, выполняющие роль мишени. Для снижения лучистого теплоотвода от тигля использовался радиационный экран 6. Анод 4 выполнен в виде водоохлажденной медной трубки, размещенной на расстоянии 25 мм над тиглем.
В предварительно откачанную до высокого вакуума (Р<10-3 Па) камеру напускался аргон при давлении 0,6-1,3 Па, после чего на тигель по отношению к аноду подавалось отрицательное напряжение величиной до 700 В. При этом загорался разряд, локализованный у поверхности мишени магнитным полем. Материал мишени за счет интенсивной ионной бомбардировки в течение 5-10 мин переходил в жидкое состояние. Сначала расплавлялась зона горения разряда, затем центральная часть мишени и, наконец, краевая ее область. С появлением жидкой фазы свечение разряда становилось более интенсивным, ток разряда возрастал (рис. 6, кривая 2), а напряжение на источник питания разрядном промежутке за счет ограниченной мощности источника питания снижалось (рис. 6, кривая 1). Характерно, что если в обычной МСИР, когда распыляемая мишень находится в твердой фазе, разряд гаснет при Р<10-1 На, то при распылении из жидкой фазы разряд устойчиво горел при Р?1*10-2 Па, что может быть объяснено как явлением самораспыления мишени под воздействием на нее интенсивного потока ионов распыленного металла, так и высокой упругостью пара распыляемого материала (которая, например, для меди при температуре 1430 С составляет 13 Па). Это говорит о том, что, когда давление пара распыляемого металла (возрастет настолько, что процесс ионизации паров станет достаточно интенсивным, чтобы поддерживать горение разряда, можно прекратить напуск аргона, что существенно снизит загрязнение пленки активными газами, содержащимися в аргоне.
По словам автора, при мощности источника питания 1,5 кВт, плотности мощности на мишени 40 Вт/мм2, плотности ионного тока 70 мА/см2 и расстоянии от мишени до подложки 5 см скорость осаждения меди составляла от 4 до 5 мкм/мин, что в 100- 120 раз превышает скорости, характерные для диодной системы распыления на постоянном токе. Следует также отметить, что подача на подложку отрицательного смещения 100 В вызывает ионный ток к подложке, величина которого составляет 25% разрядного тока. Это позволяет улучшить адгезию и другие свойства пленок.
Рисунок 6 - Изменение напряжения (1) и тока (2) разряда во времени.
Метод осаждения пленок путем распыления из жидкой фазы может найти реализацию при изготовлении печатных плат, микрополосковых линий ИС и других изделий, где требуются высокие скорости осаждения и значительные толщины пленок [13].
2. Проектирование магнетрона с теплоизолированной мишенью
.1 Выбор оптимальных параметров магнетрона с теплоизолированной
мишенью (геометрические размеры, выбор материала)
В конструкции магнетрона с теплоизолированной мишенью присутствуют следующие элементы: фланец, корпус, тигель, а также несколько магнитов.
Существуют два класса материалов: магнитные и немагнитные. Магнитные материалы играют огромную роль в формировании магнитного поля. Эти материалы помогаю концентрировать магнитное поле там, где нужно. Немагнитные материалы - это функциональные узлы, которые не оказывают существенного влияния на распределение магнитного поля.
В учебнике Магнетронные распылительные системы (см. источник 8) была предложена конструкция магнетрона с жидкой мишенью, но величина магнитного поля не устроила. Было решено смоделировать другую конструкцию на основе предложенной. Для увеличения магнитного поля существует 2 решения: во-первых, можно уменьшить расстояния между тиглем и магнитной