Физико-химические и физические основы ионных, ионно-плазменных, плазмохимических методов нанесения и травления микроэлектрон­ных структур, страница 5

Распылением в чистом аргоне на­носят в основном слои проводящих материа­лов. Однако путем подачи в плазмообразующий инертный газ добавок кисло­рода или азота можно получать пленки окси­дов и нитридов металлов за счет реакции рас­пыленных атомов с химически активными компонентами плазмы. При этом в зависимости от условий распыления (давление и парци­альный состав газа, напряжение на катоде) качество пленок и скорость роста их могут существенно изменяться, так как вариацией режимов можно смещать интенсивную зону реакции распыляемого материала от поверхно­сти мишени к поверхности конденсируемого слоя.

При относительно низких значениях потока азота, напускаемого в систему реактивного газа, имеет место "металлическая" мода процесса. Скорость образования нитрида на поверхности значительно меньше скорости его распыления; поверхность распыляемой мишени сохраняется при этом чисто металлической.

При достижении парциального давления реактивного газа некоторого критического значения, при котором скорости образования нитрида или оксида на поверхности мишени и его распыления соизмеримы, распылительный процесс переходит в "реактивную" моду. При этом на поверхности мишени образуется тонкий нитридный или оксидный слой. Парциальное давление реактивного газа увеличивается с увеличением скорости его напуска в систему. Полученные пленки адсорбируют излишнее количество реактивного газа, что приводит к ухудшению их свойств.

Переход между двумя модами является достаточно резким, что объясняется значительным различием значений коэффициентов распыления металла и нитридного слоя. Однако, получение стехиометричных пленок (AlN, TiN, ZrN, NbN) наблюдается именно вблизи данного перехода.

Указанные соображения позволили сформулировать следующие положения, лежащие в основе модели реактивного ионно-плазменного распыления:

o  химическая реакция образования соединения происходит только на поверхностях (либо мишени, либо стенок);

o  распыление молекул химического соединения не приводит к их диссоциации и освобождению атомов активного газа;

o  поверхности как мишени, так и стенок частично или полностью могут быть покрыты либо чистым металлом и при этом активно образуют химическое соединение, образуя молекулы, либо химическим соединением, и при этом дальнейшее поглощение молекул активного газа на этой поверхности незначительно;

o  распыление мишени производится инертным газом, входящим в состав рабочего газа, распыление ионами активного газа не принимается во внимание.

Магнетронное распыление.

Необходимость увеличения скорости распыления материалов и, соответственно скорости осаждения покрытий, уменьшения рабочего давления газа в технологическом объеме, позволяющее уменьшить концентрацию загрязнений в растущей пленке вызвало разработку систем магнетронного распыления.

Основные особенности магнетронных распылительных систем (МРС):

1. Наличие скрещенных электрического и магнитного полей.

2. Локализация электронов в области катода (обусловлено максимальной напряженностью магнитного и электрического полей в области катода).

3. Увеличение степени ионизации за счет увеличения длины траектории электронов.

4. Уменьшение величины рабочего напряжения, позволяющее уменьшить дефектность пленки при ее бомбардировке ускоренными электронами и отрицательно заряженными ионами.

5. Возможность уменьшения рабочего давления, позволяющая уменьшить эффекты рассеяния распыленных атомов и перекрестного запыления мишеней.

6. Уменьшение величины дополнительного неконтролируемого нагрева подложек за счет электронной бомбардировки.

Эмитированный из катода электрон движется под действием электрического и магнитного полей

в направлении анода. При отсутствии столкновений с атомами рабочего газа его траектория. определяемая величиной электрического и магнитного полей будет близка к циклоидальной с максимальным удалением от катода dt . Величина темного катодного пространства dk определяется потенциалом ионизации атомов газа и напряженностью электрического поля E. Область плазмы, также как и в диодных распылительных системах распространяется до области анодного падения.