Подложки ионным распылением

Метод ионного распыления основан на бомбардировке мишени, изготовленной из осаждаемого материала, быстрыми частицами (обычно положительными ионами аргона). Выбитые из мишени в результате бомбардировки частицы образуют поток наносимого материала, который осаждается в виде тонкой пленки на подложках, расположенных на некотором расстоянии от мишени. [c.14]

В наиболее простом классическом случае ионное распыление производят в тлеющем разряде с помощью диодной системы. Здесь мишень из распыляемого металла является катодом, на который подается ток в несколько киловольт, а держатель подложки — заземленным анодом (рис. 50). [c.145]

Присутствие в потоке вещества электрически заряженных атомов влияет на весь процесс роста пленки. Заряженные частицы, попадая на подложку, увеличивают площадь поверхности первичных гранул вследствие дополнительной электростатической энергии поверхности, увеличивают поверхностную диффузию между гранулами, ускоряют их объединение. Первичные образования, как и при термическом испарении, состоят из зародышей, которые перерастают в гранулы. Но с этого момента распыленные гранулы продолжают расти только в плоскости, в результате чего ионным распылением можно получить сплошные пленки при гораздо меньших толщинах, чем в случае термического испарения. [c.148]

Рис. 7.4. Зависимость отношений йМЦЕ сигналов Оже-электронов кислород/титан и барий/титан от времени ионного распыления (или толщины распыленного слоя) для разных слоев эпитаксиальной пленки ВаНОз на 51Т Оз / — поверхностный // — основной /// — область подложки 5гТ10з- Эталонные значения отношений (монокристалл ВаТ10з) 0/Т1 = 2,8 0,1, Ba/Ti=0,46 0,02.

Средством борьбы с фоновыми примесями при ионном распылении является предварительное распыление (разгонка) катода. При этом подложка должна быть закрыта заслонкой или выведена из зоны разряда. В процессе разгонки происходит дегазация арматуры, активные газы поглощаются на заслонке пленкой тантала, которая обладает хорошими геттерными свойствами. Обычно применяют охлаждаемый стакан, отделяющий зону разряда от остального объема вакуумной камеры. Конденсация вещества происходит на его холодных стенках. [c.149]

Представляет, например, интерес метод двухразрядного ионного распыления, отличающийся простотой и устойчивостью работы [79]. Транспортер, несущий подложки в подложкодержателях, расположен за плоскостью анода (рис. 53). Для [c.150]

Методом ионного распыления можно получать пленки сложных материалов, таких как нержавеющая сталь, эваном, пермаллой или даже стекло пирекс, беч изменения их состава, если температура мишени будет поддерживаться достаточно низкой ионная бомбардировка подложки будет исключена для всех компонентов распыляемого вещества коэффициенты прилипания к подложке и угловое распределение при испускании будут одинаковыми. [c.361]

Возможно ионное распыление мишеней с большой площадью. Это часто упрощает проблему получения пленок, однородных по толщине, и сводит к минимуму вероятность образования в пленках отверстий, поскольку влияние теней от частиц пыли иа подложке в этом случае стано- [c.361]

Если разряд поддерживается при давлениях газа, меньших 5-10 мм рт. ст., то распыленные атомы достигают подложки, имея b. i-сокие энергии испускания. Это может способствовать улучшению структуры и адгезии пленок. Например, в случае нанесения пленок ионным распыление.%1 температура эпитаксии значительно ниже, чем в случае испарения п вакууме (см. гл. 4). [c.362]

Сравнительные расчетные значения параметров кристаллической решетки металлических пленок, полученных ионным распылением различных материалов на подложки, удаленные от области плазмы, с экспериментальными параметрами [c.420]

Системы откачки. Из-за больших количеств рассеиваемого тепла и возможности ионной бомбардировки любых открытых для ионов поверхностей, в распылительных устройствах при ионном распылении происходит значительно более интенсивное газовыделение, чем в устройствах термического испарения. Эта проблема еще больше осложняется из-за того, чго любые малые увеличения давления атмосферы остаточных газов, происходящие в результате газовыделения (или какой-либо другой причины), могут оказаться незамеченными в сравнении с высоким давлением распыляющего газа. Для большинства систем вместо отпайки системы и установки в ней нужного давления распыляющего газа целесообразно осуществить постоянный напуск свежего газа и его откачку во время распыления. Непрерывное прохождение через рабочий объем относительно больших количеств чистого свежего газа предназначено в основном для уменьшения концентрации выделяющихся газовых примесей. Оно способствует также охлаждению системы. Ввиду того, что со временем газовыделение уменьшается, между подложкой и катодом принято помещать заслонку, открывая ее после начала распыления спустя некоторое время, в течение которого произойдет достаточно хорошая очистка системы, см. разд. 6 Б. [c.425]

Ионному распылению со смещением подобен метод ионного распыления на переменном токе асимметричной формы, предложенный Фрерихсом в 1962 г. [80]. В этом методе пленка во время ее нанесения также подвергается частичному распылению, что достигается приложением переменного напряжения между подложкой и катодом , С помощью соответствующей схемы добиваются, чтобы значительно больший ток протекал в тот полупериод, когда катод отрицателен Таким образом будет осуществляться перенос материала с катода на подложку. Ионное распыление на асимметричном переменном токе, по-видимому, почти эквивалентно распылению со смещением. Различие состоит в том, что в первом из этих методов смещение прикладывается к подложке лишь в течение половины всего времени распыления, п поэтому концентрация захваченных примесей в пленках, полученных этим методом, всегда будет меньше [74]. [c.434]

Один из основных вопросов, интересующих исследователей реактивного распыле ия, заключается в определении той области распылительной системы, где происходит реакция. Образует ли химически активный газ слой на поверхности катода, после чего распыляются молекулы соединения, или же реакция происходит непосредственно на подложке Имеющиеся данные свидетельствуют, что более существенным является второй механизм [132]. Реакция в газовой фазе маловероятна из-за возникающих проблем сохранения импульса и рассеяния теплоты реакции. Однако известны факты испускания котодом и молекулярных частиц. Так, например, в работе [86] проведен масс спектрометрнческий анализ ионов, эмиттированных с поверхности тантала, распыляемой в парах ртути в условиях, не исключающих загрязнения катода. Выло установлено присутствие трех основных типов ионов ТаО+, Та+ и ТаОг+ с относительным содержанием 10 9 5,6. Следует все же отметить, что ионы распыленного материала со- [c.436]

Однако встречаются случаи, когда оптические датчики имеют существенное преимущество перед другими типами датчиков. Это относится к методам радиочастотного ионного распыления, при котором работа всех датчиков, в которых используются электрические измерения, нарушается помехами от тлеющего разряда. В связи с этим, как сообщили Шейбл и Стендли [321], в последнее время вновь возник интерес к оптическим датчикам. Это привело к разработке систем, в которых осветитель и фотоэлемент размещены вне вакуумной системы [322]. Система такого типа, приведенная на рис. 56 для установки радиочастотного катодного распыления, была разработана Дэвидсом и Мейселом [323]. Поскольку в этой установке используется большой кварцевый катод, расположенный в непосредственной близости от подложки, то необходимо использовать углы падения 0 порядка 80°. Поскольку угол 0 приближается к углу Брюстера или [c.152]

Аналогия с биллиардной игрой объясняет (по крайней мере до известной степени) предпочтительный выброс распыляемых атомов в направлениях плотной упаковки кристаллической решетки. Эту особенность ионного распыления подтвердили расчеты на ЭВМ и эксперименты, напоминающие биллиардную игру. Однако не следует упускать из вида некоторые важные различия между распылением атомов и столкновением биллиардных шаров. При больших скоростях бомбардировки нужно не только уменьшать относительные размеры биллиардных шаров, но и помнить, что эти шары уже не являются твердыми сферами и не могут оставаться неповрежденными . Некоторые атомы, особенно в случае металлических поверхностей, загрязненных адсорбированными примесями, или в случае диэлектрических мишеней, могут испускаться в возбужденном состоянии или в виде отрицательных или положительных ионов. Вследствие этого существует разница, которую часто не замечают, между ионно-лучевым распылением в отсутствие электрического поля и ионно-плазмеин1, м распылением, при котором мишень находится под отрицательным потенциалом относительно окружающей ее плазмы. В последнем случае испускаемые положительные ноны возвращаются обратно на мишень, тогда как отрицательные ионы (как и вторичные электроны) ускоряются в направлении от поверхности мишени. Эти отрицательные ионы (часто кислород или углеводороды) могут вызвать вторичное распыление материала на подложке или где-либо в устройстве, куда они еще могут попасть. Масс-спектрометрический анализ положительных ионов, выбитых из мишени путем ионно-лучевого распыления, обнаружил удивительное и еще не объясненное явление часто многие из распыленных ионов представляют собой целые заряженные скопления атомов, [c.355]

Способ ионного распыления благодаря использованию плаз.мы обладает и другими особенностями, позволяющими получать пленки с заданными свойствами. При получении металлических пленок на металлических подложках отрицательное смещение на подложку перед осаждением пленка может быть использовано для удаления окисных пленок и улучшения сцепления пленки с подложкой. Отрицательное смещение на под-, пжке в процессе осаждения пленки может способствовать уменьшению концентрации кислорода в пленке и получению металлических пленок высокой чистоты [33]. [c.362]

Ионное распыление является процессом, при котором сталкиваются отдельные атомы. Вследствие эгого можно получать сплошные пленки без пор, поверхность которых достаточно точно воспроизводит рельеф поверхности подложки, при выполнении следующих условий охлаж-дение.м подложки должна быть в основном исключена поверхностная миграция атомов, а для предотвращения агломерации атомов уже в газовой фазе распыление должно проводиться при достаточно низких давлениях газа. Таким образом, хорошо отполированная поверхность сохраняет чистоту обработки и после осаждения тонкой пленки. В случае более толстых пленок наблюдались зависящие от величины смешения и температуры подложки фигуры роста в виде коло1ш [34]. [c.362]

В литературе последних лет обсуждается множество проблем, решить которые пытаются с помощью получения пленок методом ионного распыления. При этом исследуются различные пленки и разнообразные области их использования от сверхпроводящих пленок до керметов (одновременное распыление металлической и диэлектрической мишеней) от сегнето- и пьезоэлектрических пленок до ферромагнитных от резистивных, проводящих и диэлектрических пленок для пассивных элементов микросхем до защитных и пассивирующих в активных устройствах от покрытий для лучщего предохранения от коррозии, истирания и износа до пленок твердой смазки от покрытий пластмассы дли электрических схем на гибких подложках или гибких соединителей до покрытий лезвий бритв от фотоэмиссионных пленок до оптических покрытий от попыток создания новых пленочных метастабильных сплавов до изготовленил сплошных хромовых. масок для фототравления. Перечисленные вопросы сбсуждаются в других главах данной книги. [c.363]

Иногда может оказаться желательной ионная бомбардировка пленки в процессе ее осаждения однако можно указать несколько причин, по которым иойное облучение подложки во время осаждения пленки стремятся свести к минимуму. Как известно, например, из работы триодных гетерно-ионных насосов, в пленке осаждаемой со смещением, особенно при высоких напряжениях смещения, накапливается большое число атомов инертного газа. Пленки, получаемые методом ионного распыления, могут загрязняться материалом подложки или держателя подложки, поскольку распыление подложки и держателя может происходить из областей, находящихся в зоне разряда и закрытых от мишени, т. е. когда [c.368]

Поскольку ионное распыление является весьма непроизводительным процессом, для получения бо.тьших скоростей осаждения необходимо выяснить способы и методы эффективного охлаждения мишени. Здесь можно наметить ряд проблем, особенно в случае использования диэлектрических мишеней. Несомненно, основной причиной разогрева подложки является ее облучение вторичными электронами. Очевидным решением этой задачи было бы исключение попадания на подложку вторичных электронов. Наиболее просто этого можно достигнуть путем приложения соответствующих магнитных полей в системе с цилиндрической геометрией. [c.369]

Коэффициент распыления, определяемый как отношение числа выбитых атомов к числу ионов, падающих на мишень, является наиболее важным параметром, характеризующим процесс ионного распыления. Первостепенная задача каждой теории ионного распыления состоит в том, чтобы, не используя дополнительных подгоночных параметров, вычислять коэффициенты распыления на основании данных, характеризующих материал мишени и бомбардирующие ионы. Существует много способов экспериментального определения коэффициентов распыления. К ним относятся способ радиоактивных индикаторов, спектроскопические способы, способы, основанные на изменении резонансной частоты кварцевого кристалла, используемого либо в качестве мншени, либо в качестве подложки, и на изменении электрического сопротивления или работы выхода (термоэлектронной эмиссии) материала мишени. Во всех способах калибровка осуществляется по непосредственному взвешиванию мишени. [c.372]

При использовании дугового разряда низкого давления для нанесения пленок ионным распылением материал, подлежащий распылению, вводится в плазму в качестве мишени или зонда, как показано на рис. 5. На том же рисунке показано расположение подложки, на которую осуществляется осаждение распыляемого материала. Отметим, что на анод долж- [c.413]

Пленки, полученные методом ионного распыления, обычно нельзя отличить от пленок, полученных другими методами. Однако имеются данные, согласно которым процесс роста пленок при ионном распылении существенно отличается от процесса роста пленок, например, при вакуумном термическом испарении. Впервые это установил, по-видимому, Дитчбёрн [22]. Сравнивая пленки кадмия, полученные ионным распылением и Испарением, он пытался выяснить, существует ли при ионном распылении критическая плотность зародышеобразования, обнаруживаемая в случае испа-рейия. В своих экспериментах он не смог определить конечную скорость поступления вещества на подложку, при которой осаждение пленок кадмия при ионном распылении было бы невозможным. В этом и заключается существенное отличие роста пленок при ионном распылении от случая вакуумного испарения. [c.416]

Вопрос о влиянии энергии распыленных атомов на зародышеобразование и рост пленок еще окончательно не решен. Имеющиеся данные свидетельствуют, что энергия частиц лишь незначительно влияет на зародышеобразование пленок [26], Особенно трудно разделить влияние распыленных атомов с высокой энергией и влияние быстрых электронов, поскольку то и другое меняется с катодным падением почти одинаково, см. разд. 4 В. Получены данные, согласно которым многие распыленные атомы обладают энергией, достаточной для того, чтобы проникнуть в коллектор на глубину от одного до двух атомных слоев [27], Вследствие этого многие считают, что по степени адгезии пленки, полученные ионным распылением, превосходят пленки, изготовленные другими методами. Косвенным подтверждением этого явился эксперимент Мэттокса и Макдональда [28], которые показали, что можно получать на подложке из железа пленки кадмия с хорошим прилипанием, если напряжение распыления превышает 1500 В. Кадмий и железо являются взаимно нерастворимыми материалами, и пленки кадмия на железе, полученные испарением, обладают очень плохой адгезией, [c.417]

Эффекты типа только что рассмотренных могут объяснить, почему за-родышеобразовакие и рост тонких пленок при ионном распылении часто зависят от положения подложки в распылительной камере. Например, Молнар и др. [35] сравнивали конденсацию пленок арсенида галлия, распыляемых на подложки из плавленного кварца и полированного флюорида кальцня в зависимости от температуры и положения подложек в распылительной системе. В частности, сравнивались осажденные пленки на подложках, помещенных в катодное темное пространство и в область отрицательного свечения разряда. Было установлено, что на подложках, находившихся в области отрицательного свечения, росли пленки с преимущественной ориентацией (III) во всем исследовавшемся интервале температур подложки (вплоть до 600° С), тогда как на подложках, помещавшихся в темное пространство, до температур 400° С росли аморфные пленки, до температ ры 510° С отмечалась текстура (110), которая резко изменялась на текстуру (1П) прн дальнейшем увеличении температуры. К сожалению нашего пониман гя всех этих эффектов совершенно недостаточно, чтобы делать общие предсказания о том, какой тип пленки будет получен при любой наперед заданной системе параметров разряда. [c.419]

Следует сделать также несколько замечаний о роли температуры подложки. Существует довольно много даняы.х о том, что на структуру пленок, получаемых ионным распылением, температура влияет так же сильно, как и на структуру пленок, получаемых испарением. Однако для этих двух методов осаждения механизмы проявления такого влияния температуры могут существенно различаться. Как мы уже видели, пленки, получаемые ионным распылением, обычно бомбардируются ионами и (или) быстрыми нейтральными атомами. В результате такой бомбардировки, вероятно, будет происходить разрушение поверхностного слоя пленки, в основном путем образования точечных дефектов. Для растущей пленки даже сравнительно низкой температуры достаточно для того, чтобы отжигать эти дефекты так же быстро, как они и создаются. Огилви и Томпсон [39] исследовали раэупорядочение поверхности монокристаллов серебра в результате бомбардировки ее ионами аргона, в зависимости от температуры. Результаты работы показали, что раэупорядочение существенно зависит от температуры, при которой производится бомбардировка. [c.420]

Рассеяние энергии и контроль температуры подложки. Хотя ионное распыление представ.ляет собой по существу низкоте.мпературный процесс, однако побочным его результатом является выделение значительных количеств энергии, которое может привести к существенному и, как правило, нежелательному повышению те.мпературы в распылительной системе, еслп, конечно, не будут приняты меры по эффективному отводу избыточной тепловой энергии. На выброс распыляемого. материала и вторичных электронов идет менее I % всей прикладываемой мощности. Около 75% остальной, непроизводительной мощности выделяется в виде теп.ла на катоде при бомбардировке его ионами и быстрыми нейтральными атомами. Кроме того, мощность передается вторичным электронам, когда они ускоряются в катодном темном пространстве, а затем переходит в тепло при соударениях этих электронов с подложкой. Если же на подложку подать достаточно большой отрицательный потенциал, чтобы отталкивать быстрые вторичные электроны, подложка разогреется еще сильнее, поскольку будет в этом случае притягивать соответствующее число положительных ионов. Таким образом. [c.423]

Температура подложки. Некоторыми исследователями сообщалось С сильной зависимости скорости нанесения пле1юк от температуры подложки для ряда распыляемых материалов, в частности, для ЗЮг [64], ар-сенида галлия [25] и германия [24]. Во всех случаях наблюдалось заметное уменьшение скорости нанесения с увеличением температуры подложки. Крикориан и Снид [24] провели прямое сравнение температурных зависимостей пленок германия, полученных как ионным распылением, так и ваку-у.. гным испарением, и пришли к заключению, что оба механизма одинаковы. Например, для поликристаллических пленок, полученных двумя различными методами, была найдена энергия активации, равная 0,12 эВ неза- [c.428]

Глэнг и др. [49] обнаружили, что скорость нанесения пленки из молибдена при ионном распылении также зависела от температуры подложки, особенно если пленка во время осаждения подвергалась ионной бомбардировке (распыление по схеме со смещением). Их результаты представлены на рис. 14. Кажущееся увеличение температурной зависимости в условиях ионной бомбардировки является, вероятно, следствием одновременного возрастания скорости нанесения. [c.429]

Первым описанием устройства, в котором на подложку подавали относительно анода отрицательное смещение с целью улучшить чистоту пленок, была, по-видимому, работа Бергхауза и Буркхардта [73]. Однако эти авторы ошибочно полагали, что улучшение свойства пленок происходило вследствие дополнительного разогрева пленок ионной бомбардировкой. Венер в 1962 году [34] описал установку ионного распыления со смещением, предназначенную для улучшения эпитаксиального выращивания пленок германия. Детальный анализ процессов, протекающих во время распыления со смещением (на примере тантала), провели в 1965 г. Майссел и Шайбл [74]. В этой работе было показано, что выражение (2) при подаче на подложку потенциала смещения принимает вид [c.432]

Вратни и др, [75]. Они установили диапазоны смещений, при которых 5-тантал переходит в нормальную модификацию с ОЦК структурой (рис. 18). Интересно отметить, что авторы исследовали влияние как отрицательного, так и положительного смещений. Кривая в случае отрицательного смещения качественно подобна кривой на рис. 16, а точный смысл кривой для положительного смещения не яеен. Как отмечалось ранее, сколько-нибудь заметное положительное смещение относительно плазмы получить невозможно. Любая поверхность с таким смещением становится просто новым анодом, а первоначальный анод превращается в дополнительный катод. Возможно, что резкое уменьшение удельного сопротивления при смещении порядка 10 В является следствием разогрева подложки, связанного с относительно большим в этом случае электронным током. Здесь следует отметить, что электронная бомбардировка может привести к десорбции поверхностных примесей. Однако этот процесс характеризуется определенной пороговой энергией электронов и по сравнению с ионным распылением совершенно неэффективен. Так, например, для атомов кислорода на поверхности молибдена по- [c.433]

Дальнейшие исследования удельного сопротивления и структуры пленок, полученных ионным рас-иылением, провел Хьюрль [76], который сравнивал молибденовые пленки, нанесенные геттерным распылением, ионным распылением со смещением и комбинацией этих методов. Пленки, полученные при температуре подложки 350° С одним только ионным распылением со смещением, имели удельное сопротивление 10-10- Ом См, а удельное сопротивление пленок, полученных с помощью только геттерного распыления, составляло 30-10 О.м-см. В пленках же, полученных комбинацией этих методов, удельное сопротивление достигало величины 710 О.м-см. В работах [78, 79] было показано, что режим распыления со смещением существенно влияет на магнитные свойства тонких пленок. [c.434]

Если приняты меры к предотвращению утечки токсичных газов в атмосферу лаборатории, то в распылительную камеру можно вводить многие элементы в виде водородных соединений. Например, Лакшманан и Митчелл [115] получали пленки сульфидов таких металлов, как кадмий, свинец, медь, олово и молибден путем их реактивного распыления в атмосфере H2S. Подобным же образом для реактивного распыления можно использовать и углерод, вводя его в виде метана. Это было проделано, например, 8 случае получения пленок системы тантал — углерод [106]. В пленках, изготовленных таким образом, почти наверняка будет присутствовать и водород, если только во время нанесения не будет достаточно высокой температура подложки и (или) не будуг кпол ьзованы определенные преимущества ионного распыления со смещением. [c.442]

Первой работой, положившей начало исследованиям высокочастотного распыления, по-видимому, явилась статья Робертсона и Клаппа, опубликованная в 1933 г. [120]. Авторы наблюдали удаление материала с6 стенок стеклянной газоразрядной трубки, когда в ней при помощи внешних электродов зажигался высокочастотный разряд. Продолжая их исследования, Хэй [121] установил, что удаление материала было обусловлено его распылением, и что оно происходило только в тех случаях, когда используемая частота была- достаточно высокой. Однако причину этого явления понять не удалось. Спустя десять лег Лодж и Стюарт [122] получили дополнительные данные, свидетельствующие о том, что материал удалялся путем распыления, и связали это распыление с появлением отрицательного заряда на поверхности диэлектрика, находящейся под высокочастотным электродом. В 1957 г. Левитскнй [123] провел зондовые измерения потенциала и исследовал распыление материала в высокочастотном разряде с внутренними металлическими электродами. В 1962 г. Андерсон с сотрудниками [124], на основании предположения, выдвинутого ранее Венером [125], показали, что в трехэлектродной распылительной разрядной трубке с помощью внешнего высокочастотного электромагнитного поля можно осуществлять очистку внутренних поверхностей стенок, и предположили, что подобным образом можно наносить и диэлектрические пленки. Впоследствии этот общий принцип был положен в основу разработанного Дэвидсом и Майсселом метода, позволяющего достаточно быстро наносить диэлектрические пленки на подложки большой площади [54, 126]. Авторы показали также, что трехэлектродная система ионно-плазменного распыления для этой цели совсем не обязательна и что можно использовать устройство, сходное с системой ионного распыления на постоянном токе. [c.444]

Так как для создания в рабочей камере вакуума порядка 10 — 5-10" Па необходимо 1,5 -2ч (даже при разогретом диффузионном насосе), а время нанесения одного слоя обычно не превьппает 1—1,5 мин, в вакуумных установках применяют шлюзовые камеры, позволяющие, не нарушая вакуума (за один вакуумный цикл), последовательно или одновременно обрабатывать несколько партий подложек. При этом в шлюзовой камере размещается только сменный подложкодержатель с подложками, а технологическая оснастка (в том числе усройства испарения или ионного распыления) все время находится в условиях вакуума. Кроме увеличения производительности такой принцип работы установок способствует повышению воспроизводимости параметров наносимых тонких пленок, так как рабочая камера не сообщается с атмосферой. [c.88]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология