Классификация интегральных микросхем. Исследование ионно-плазменного распыления материалов. Исследование статических передаточных характеристик каскадов на МДП-транзисторов, страница 14

m- масса распыляемого вещества, Ze - заряд иона, J - ток, t - длительность бомбардировки, A - атомная масса вещества.

Коэффициент катодного распыления рассматривается как статистическое среднее значение. В таблице 3. приведены коэффициенты распыления некоторых металлов, наиболее часто применяемых в установках катодного распыления.

Таблица 3.

Коэффициенты катодного распыления некоторых материалов

Коэффициент распыления характеризует скорость напыления пленки на ПОДЛОЖКУ. При напряжениях на катоде, превышающих 3 кВ, увеличение скорости напыления становится незначительным. Другим фактором, характеризующим скорость напыления, является плотность тока разряда, т.к. она определяет число ионов, падающих па катод. Плотность тока, а следовательно, и скорость напыления растут с повышением давления. Однако при значительном увеличении давления скорость напыления начинает быстро спадать из-за обратной диффузии распыленного материала к мишени (при давлении превышающим 17,3 Па) и перезарядкой ионов в области их ускорения. Последнее явление состоит в том, что ион передает свой заряд нейтральному атому, продолжает двигаться к катоду прежней скоростью, но уже в нейтральном состоянии, а новый ион имеет только тепловую скорость. В результате часть ионов достигает катода, обладая низкими энергиями, а быстрые нейтральные атомы в основном отражаются от катода с малой потерей энергии.

Присутствие в камере помимо основного инертного газа других газов уменьшает скорость нанесения пленок.

При увеличении температуры подложек наблюдается заметное уменьшение скорости напыления (примерно на 10..20% при изменении температуры от 100 до 400°С). На однородность пленки по толщине, в первую очередь следует отнести влияние расстояния между мишенью и подложкой. Те из распыленных атомов, которые испускаются под малыми углами к поверхности катода и испытывают столкновения с атомами газа, могут не попасть на ПОДЛОЖКУ,  с увеличением расстояния между катодом и подложкой вероятность этого возрастает.

Экспериментальные исследования показывают увеличение толщины  пленки на краях подложки. Это можно объяснить возрастанием скорости распыления на краях мишени вследствие изменения траекторий движения атомов, приводящего к увеличению плотности тока. Кроме того, у края. мишени ионы попадают на поверхность под меньшими углами, что для некоторых материалов приводит к увеличению коэффициента распыления (угловой эффект). Основным источником загрязнения пленок является фоновая атмосфера. Можно использовать заслонку, но при ионном распылении используется подача на подложку отрицательного смещения относительно  анода.

Напыление производят под вакуумным колпаком установки УВР-2. Колпак предварительно откачивают до давления 5×10 ^-5 мм рт.ст. Затем в него напускают аргон до давления 2 10 ^-2 мм рт. ст. При таком давлении длина свободного пробега молекул измеряется миллиметрами и поэтому распыляемые атомы и достигают подложки, расположенной на расстоянии » 40 мм от катода, дифферендируя сквозь газ. Для получения наиболее оптимальной скорости напыления требуется напряжение 5 кВ.

Свойства пленок, образующихся в результате катодного распыления значительной степени зависят от типа газа, в котором происходит разряд. Распыление металлов в атмосфере азота обычно дает пленку нитридов, а в атмосфере кислорода пленку окислов.

При распылении могут иметь место следующие механизмы явлений. Образование на поверхности катода пленки соединения и её распыление в результате ионной бомбардировки. Соединение газа с атомами металла во время их пролета. Реактивный газ вводят в виде добавки достаточной для обеспечения адсорбции этого газа на напыляемой пленке и образования нужных соединений.