2014-02-09
1312
Группа термоионных технологий объединяет методы осаждения пленок из пара, поступающего из плазменного источника (термоионного устройства) в виде двух компонентов – атомов и ионов. Термоионное осаждение относится к процессам, при которых поверхность растущей пленки бомбардируется потоком ионов с энергией 10 – 104 эВ. Ионы таких энергий могут вызывать распыление материала, ионное перемешивание компонентов, стимулировать различные химические реакции в пленке.
Все термоионные источники можно классифицировать по методу получения пара и методу его последующей ионизации. Термоионные устройства характеризуются следующими параметрами: j – плотность ионного тока на поверхность подложки, находящейся под отрицательным потенциалом, v – скорость осаждения пленки, F - площадь поперечного сечения потока с неоднородностью не болу 5%, m - расход рабочего вещества, W - мощность источника, α – степень ионизации потока вещества. Основные параметры наиболее часто используемых термоионных устройств приведены в Таблице 2.
|
|
|
Таблица 2.
Параметры термоионных устройств различных типов.
| Тип источника | j,мА/см2 | v,мкм/с | F,см2 | m,мг/с | W,Вт | α,% | Осаждаемый материал |
| С автономным источником пара | |||||||
| Со скрещенными полями | 1-10 | 10-3-10-1 | 20-100 | 2-20 | 0,2-0,8 | 1-10 | Cu, Al |
| С несамостоятельным дуговым разрядом | 0,0 | 10-3 | - | - | 0,15 | 10-40 | Ag |
| Плазменно-пучковый | |||||||
| С пучково-магнетронным разрядом | 0,1-1 | 10-3-10-2 | 20-100 | - | 0,3-3 | 0,1-1 | Cu, Mo |
| С плазменно-пучковым разрядом | 1-100 | 10-310-1 | 1-3 | 1-10 | 0,8-3 | 1-90 | W, Mo |
| Электроразрядный | |||||||
| С вакуумной дугой | 1-80 | 10-210-1 | 50-150 | 2-20 | 1-5 | 10-90 | Cu, W |
| С планарным магнетроном при испарении из жидкой фазы | 10-1 | 10-30 | 1,5 | 0,1-1 | Cu |
При термоионном осаждении пленок в камеру напускают аргон и на подложку подают высокий потенциал отрицательной полярности. Между подложкой и заслонкой зажигается тлеющий разряд, в результате чего поверхность подложки бомбардируется ионами аргона, и она очищается от загрязнений. Затем их испарителя в область разряда подают пары напыляемого вещества, атомы вещества частично ионизируются и осаждаются на поверхность подложки. При осаждении проводящих пленок на подложку подают постоянное напряжение, при осаждении диэлектрических пленок – высокочастотное напряжение мегагерцового диапазона. Это позволяет устранить влияние зарядки поверхности подложки и снизать рабочее давление аргона.
Осаждение пленок термоионным методом возможно и в высоком вакууме, при этом разряд зажигают в парах испаряемого вещества. Процесс может быть реализован и с использованием ионной пушки, позволяющей одновременно испарять и ионизировать вещество.
|
|
|
На Рис. 5 приведены основные виды термоионных устройств, применяемых в технологиях электроники.
Рис. 5. Основные виды термоионных устройств.
Приведенные на Рис. 5 устройства соответствуют следующим технологическим процессам:
а – тигельное с автономным источником пара;
б – пучково-магнетронное;
в – пучково-высокочастотное;
г – с несамостоятельным дуговым разрядом;
д – с несамостоятельным дуговым разрядом и вспомогательным электродом;
е – с взрывающимся проводником.
На Рис. 5 обозначено: 1 – тигель-катод, 2 – нить накала для электронной бомбардировки тигля, 3 – источник питания нити накала, 4 – анод, 5 – источник питания анодной цепи, 6 – держатель с подложками, 7 – источник питания для подачи смещения на подложку, 8 – электромагнит, 9 – водоохлаждаемый тигель, 10 – магнитный экран, 11 – электронная пушка, 12 – система отклонения электронного пучка, 13 – ВЧ-индуктор, 14 – ВЧ-генератор, 15 – накаливаемый кольцевой катод, 16 – диафрагма, 17 – анод с рабочим веществом, 18 – резистор, 19 – вспомогательный электрод, 20 – кольцо для напуска газа, 21 - источник питания вспомогательного электрода, 22 – высоковольтный источник питания, 23 – центральная жила кабеля, 24 – оболочка кабеля, 25 – взрывающаяся фольга, 26 – два усеченных конуса сепаратора капель.
Наиболее широко в технологиях напыления пленок применяют вакуумно-дуговые устройства. Степень ионизации молекул пара в таких устройствах достигает 100%. Технология позволяет напылять высококачественные пленки хрома, меди, молибдена и ряда других материалов.
