Магнетронные распылительные системы
Содержание
1 Введение
2 Принцип действия и рабочие параметры МРС
3 Конструкции магнетронных распылительных систем
4 Заключение
5 Conclusion
Список использованных источников
Приложение А - Рабочие и энергетические характеристики распылительных систем
1 Введение
Целью настоящей работы является обзор конструктивных элементов магнетронных распылительных систем (МРС), а также рассмотрение принципа их действия и физических параметров.
Дело в том, что еще сравнительно недавно основным методом нанесения тонкопленочных покрытий были испарение и конденсация вещества в высоком вакууме. Методы ионного распыления материалов в следствие низких скоростей осаждения и высоких радиационных воздействий на обрабатываемые структуры использовались ограниченно. Появившиеся сравнительно недавно магнетронные распылительные системы, позволяющие наносить как тонкопленочные, так и пленочные покрытия в сотни микрон, позволили существенно расширить область применения ионного распыления материалов.
В последние годы в нашей стране и за рубежом проведены научные исследования и конструкторско-технологические разработки по созданию широкого класса МРС, а также установок и линий (в том числе непрерывного действия). Подобного рода установки нашли применение во многих областях науки и техники. А целесообразность и эффективность их использования доказана значительно возросшим интересом к разработке и внедрению все новых более совершенных систем.
В настоящей работе на основе литературных источников сделан обзор конструкций магнетронных распылительных систем, их составных частей, кратко рассмотрены основные параметры и физические принципы работы.
2 Принцип действия и рабочие параметры МРС
Магнетронные распылительные системы получили свое название от СВЧ приборов М-типа (магнетронных устройств), хотя, кроме наличия скрещенных электрического и магнитного полей ничего общего с ними не имеют. Магнетронные системы относятся к системам распыления диодного типа, в которых распыление материала происходит за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа, образующимся в газе аномально тлеющего разряда. Высокая скорость распыления, характерная для этих систем, достигается увеличением плотности ионного тока за счет локализации плазмы у распыляемой поверхности мишени с помощью сильного поперечного магнитного поля [1, 3].
Принцип действия магнетронной распылительной системы показан на рисунке 1.1. Основными элементами устройства являются катод-мишень, анод и магнитная система. Силовые линии магнитного поля замыкаются между полюсами магнитной системы. Поверхность мишени, расположенная между местами входа и выхода силовых линий магнитного поля, интенсивно распыляется и имеет вид замкнутой дорожки, геометрия которой определяется формой полюсов магнитной системы.
При подаче постоянного напряжения между мишенью (отрицательный потенциал) и анодом (положительный или отрицательный потенциал) возникает неоднородное электрическое поле и возбуждает аномальный тлеющий разряд. Наличие замкнутого магнитного поля у распыляемой поверхности мишени позволяет локализовать плазму разряда непосредственно у мишени. Эмитированные с катода под действием ионной бомбардировки электроны захватываются магнитным полем, им сообщается сложное циклоидальное движение по замкнутым траекториям у поверхности мишени. Электроны оказываются как бы в ловушке, создаваемой с одной стороны магнитным полем, возвращаемым электроны на катод, а с другой стороны – поверхностью мишени, отталкивающей электроны. Электроны циклируют в этой ловушке до тех пор, пока не произойдет несколько ионизирующих стол-
Рисунок 2.1 – Схема магнетронной распылительной системы с плоской мишенью: 1 – магнитная система; 2 – катод-мишень; 3 – силовая линия магнитного поля; 4 – зона наибольшей эрозии поверхности катода; 5 – траектория движения электрона
кновений с атомами рабочего газа, в результате которых электрон потеряет полученную от электрического поля энергию. Таким образом, большая часть энергии электрона, прежде чем он попадет на анод, используется на ионизацию и возбуждение, что значительно увеличивает эффективность процесса ионизации и приводит к возрастанию концентрации положительных ионов у поверхности катода. Что в свою очередь обусловливает увеличение интенсивности ионной бомбардировки поверхности мишени и значительный рост скорости распыления, а следовательно, и скорости осаждения пленки. Средние скорости осаждения различных материалов с помощью магнетронной распылительной системы, имеющей плоскую дисковую мишень диаметром 150 мм, при мощности источника 4 кВт и расположении подложки на расстоянии 60 мм от источника приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Скорости осаждения различных материалов [3]
|
Материал |
Si |
Ti |
Ta |
W |
Nb |
Mo |
Al |
Cr |
Pt |
Cu |
Au |
Ag |
|
Ск.осажд., нм/с |
7 |
8 |
8 |
8 |
8,5 |
12 |
13 |
17 |
21 |
30 |
37 |
44 |
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7