Магнетронное распыление – Методы получения тонких пленок - 22 Февраля 2009

Магнетронное распыление – Методы получения тонких пленок

Этот способ появился в результате улучшения вакуумных систем диодной распыления. Его особенностью является наличие в прикатодной области нормальных друг друга кольцевидной электрического и магнитного полей. Такое смешанное электромагнитное поле для эмитированных катодом электронов является ловушкой: под действием электрического поля они направляются в анод, а магнитное поле возвращает их к катода. В результате электроны продвигаются вдоль катода за сложной циклоидальною траектории. Потеряв энергию на ионизацию аргона, электроны начинают продвигаться к аноду диффузионно. В результате увеличения пути электронный в области темного катодной пространства, число ионизаций атомов аргона растет, поэтому газовый разряд может существовать при незначительном давлении. Это позволяет получить пленки, менее загрязненные остаточными газами. Благодаря увеличению концентрации ионов аргона возле катода, интенсивность бомбардировок растет, увеличивается скорость распыления катода и роста пленки и возрастает адгезия пленок к основам.
Стремление обеспечить высокую производительность и качество пленок привели к созданию различных вариантов магнетронной систем распыления:
- С плоским катодом-мишенью и кольцевым анодом;
- Коническим катодом;
- Полусферическим катодом и магнитным полем;
- Коаксиальным катодом и анодом и другие.
На рис 4.5 приведена схема магнетронный системы с плоским катодом и кольцевым анодом. Блок из постоянных магнитов расположены под катодом. Основы - над анодом. При подаче постоянного напряжения между катодом-мишенью и анодом (положительный или нулевой потенциал) возникает электрическое поле с составляющей, перпендикулярно к плоскости катода. Таким образом возле катода создается скрещенные электромагнитное поле. Магнитная ловушка обеспечивает отсутствие бомбардировки основы вторичными электронными высокой энергий Основной причиной нагрева основы является передача энергии частицами материала который осаждается, поэтому температура основы не превышает 100 ... 200 0 С.
Основные параметры процесса получения пленок магнетронный распылением: давление рабочего газа в вакуумной камере, напряжение катод-анод, ток разряда, индукция магнитного поля, время распыления. Магнитное поле снижает напряжение при которой возникает разряд. Рабочее напряжение составляет 300 ... 700 В, давление в камере 0,1 ... 0,5 Па, ток разряда около 200 мА/см2, индукция 0,02 ... 0,05 Т. Скорости роста пленок достигают десятки нанометров в секунду в отличие от 0,5 нм / с при обычном распылении.
Основным недостатком рассмотренной системы с плоским катодом и кольцевым анодом является неравномерность электрического и магнитного полей и соответственно плотности разрядной тока, что приводит к низкого коэффициента использования материала мишени, около 25%. Распыляется только узкая кольцевидные область поверхности мишени.
Магнетронный распыления широко используется в промышленном производстве для получения одно-и многослойных систем металлизации, резистивных, изолирующих, защитных слоев и др. Для получения диэлектрических пленок используются высокочастотные системы магнетронный распыления.