Физико-химические и физические основы ионных, ионно-плазменных, плазмохимических методов нанесения и травления микроэлектрон­ных структур, страница 7

Для плазменных источников важны также еще две характеристики –  степень равномерности испарения и коэффициент полезного использования испаряемого мате­риала. Площадь испарения материала – кратера катодного пятна – крайне мала по сравнению с рабочей поверхностью катода. Поэтому испарение катода будет равномер­ным лишь в том случае, если среднее время пребывания КП в любой области рабочей поверхности за полный цикл эксплуатации испарителя будет од­ним и тем же. Иными словами, эффективно работающий дуговой испаритель должен удовлетворять критерию равновероятности нахождения КП в любой точке рабочей поверхности катода.

Таким образом, для обеспечения устойчивости дугового разряда, эффективного исполь­зования испаряемого материала и уменьшения критического разрядного тока необходимо исклю­чить уход КП за пределы рабочей области катода, добиться равновероятного пребывания КП в любой зоне этой области и ограничить разлет ионизированных металлических паров из плаз­менного сгустка вблизи КП.

Простейшим способом предотвращения ухода КП из рабочей области является экранирова­ние нерабочей части его поверхности электростатическим экраном, находящимся под плаваю­щим (положительным относительно катода) потенциалом. Положительный эффект может дать также механическая защита нерабочей части катода материалом, критический ток для которого намного больше, чем для материала катода. Как видно из таблицы 5.1.1 при катодах из титана это может быть  молибден, вольфрам и другие тугоплавкие металлы.

Эти методы, однако, не обеспечивают равномерного испарения катода и не влияют на разрядный ток. Между тем скорость испарения катода экспоненциально возрастает с увели­чением разрядного тока. Кроме того, испарение катода при  токах  более 150 А сопровождается эрозией катодного материала в виде микрокапель, что ухуд­шает характеристики получаемых пленок. Наиболее эффективным способом поддержания дугового разряда и повышения равномерности испарения  является магнитная стабилизация дугового разряда, то есть формирование на поверхности катода одной или нескольких магнитных ловушек, предотвра­щающих уход КП за пределы рабочей области. В этом случае для поддержания стационарного разряда достаточно существования на катоде лишь одного КП; минимальный ток устойчивого горения дуги в таких испарителях с титановым катодом снижается до 70 А. Еще большего снижения тока I_КР (до 20–40 А для титановых катодов) можно добиться формированием в области горения разряда таких магнитных полей, которые создают ловушечные конфигурации для КП и одновременно ограничивают разлет прикатодной плазмы. При этом практически до нуля падает вероятность случайного самопроизвольного погасания разряда и уменьшается капельная фаза.

В таблице приведены сравнительные характеристики дугового испарения (КИБ) и магнетронного распыления (стандартный магнетрон – СМ, несбалансированный магнетрон – НМ).

Типичные параметры различных методов нанесения покрытий