Физико-химические и физические основы ионных, ионно-плазменных, плазмохимических методов нанесения и травления микроэлектрон­ных структур, страница 6

Развитие методов магнетронного распыления, появление несбалансированных магнетронов (НМ) позволило значительно расширить область применения магнетронного распыления. За счет особой конфигурации магнитного поля НМ, ионизация рабочего газа и распыленных частиц происходит не только у поверхности мишени, но и на всем протяжении от мишени до подложки, т. е. рост пленки осуществляется в условиях ионной бомбардировки. Степень ионизации распыленных частиц составляет 1–10 %.

Дуговое  испарение.

Среди существующих сегодня достаточно многочисленных способов осаждения вещества из сильно ионизированных атомарных или молекулярных потоков (ионных или плазменных пучков) выде­ляется способ, в котором генерация (испарение) атомов ве­щества осуществляется катодным пятном (КП) вакуумной ду­ги. Простейший вариант этого способа –  обычное электродуговое испарение. Использование дополнительных стабилизирующих и фо­кусирующих магнитных или электромагнитных полей модифицирует способ таким образом, что генерируемый молекулярный поток ио­низируется в околокатодной области, образуя плазменный поток с высокой степенью ионизации. Энергией ионизированной компоненты возможно управлять посредством внешних электромагнитных полей, формируя таким об­разом осаждаемый поток с заданным распределением частиц по энергиям. Процесс взаимодействия такого осаждаемого потока с поверхностью конденсации имеет особенности, существенно отли­чающие его от процесса осаждения из обычных испаренных или распыленных пучков. В частности, можно ожидать повышенной ад­гезии слоев при пониженных температурах подложки. Отсюда вытекает второе название данного метода – конденсация с ионной бомбардировкой (КИБ).

Для получения тонких пленок, как правило, используются плазменные источ­ники (испарители) на основе вакуумного дугового разряда с интегрально-холодным катодом. Разряд горит в парах катодного материала, обычно титана. Непосредственным источ­ником ионизированных металлических паров являются точечные участки катода – катодные пятна (КП) с характеристическим размером 10^-2 см, представляющие собой нагретые до (3–4)×10 К области, хаотически перемещающиеся по рабочей поверхности. Анодом служит обычно поверхность вакуумной камеры. Межэлектродное пространство при горении разряда заполнено металлической плазмой со средней электронной температурой 2–3 эВ; энергия направленного движения ионов дости­гает 20–25 эВ. Токовые линии в зоне КП направлены по нормали к поверхности катода. Дуговой разряд инициируют инжекцией в межэлектродное пространство сгустка стартовой плазмы (форплазмы), создаваемого независимым источником импульсного действия.

Одной из важнейших характеристик плазменных источников для получения тонких пленок является устойчивость вакуумного дугового разряда, определяемая динамикой плазменного облака вблизи КП, вольтамперной характеристикой и импедансом источника питания. В стационар­ном состоянии поток разлетающихся из этого облака ионов катодного материала должен быть равен потоку поступающих в него ионов, генерируемых непосредственно катодным пят­ном. Поскольку поток генерируемых ионов примерно пропорционален току, текущему через катодное пятно, для каждого материала катода существует некоторый критический ток I_КР, еще поддерживающий указанное равновесие. При токе, меньшем I_КР, катодное пятно не может поддерживаться стационарно. Внешне формирование такого динамического равновесия проявляется в виде "случайного" возникновения и гибели КП на поверхности катода.

Критические токи на одно катодное пятно для различных материалов

Разряд статистически устойчив при наличии на рабочей поверхности катода не менее двух КП. Минимальный ток дугового разряда для катода, выполненного из титана, составит в этом случае 140–150 А. При уходе одного из КП из рабочей области и его гибели остав­шееся пятно спонтанно делится на два, обеспечивая стационарное существование разряда.