Процесс - ионное распыление
Cтраница 2
Этот процесс, называемый ионным распылением, происходит в результате передачи импульса налетающих ионов частицам поверхности мишени. Конденсируясь на подложке, выбитые частицы образуют пленку. Процесс ионного распыления имеет ряд характерных особенностей, важных с точки зрения тонкопленочной технологии. Как правило, основная часть распыленных частиц представляет собой нейтральные атомы. Лишь небольшая их доля ( 1 %) оказывается положительно или отрицательно заряженной. Среди выбиваемых частиц содержится также некоторое количество молекулярных или многоатомных кластеров, зависящее от параметров процесса распыления и материала мишени. Коэффициент распыления, определяемый как число атомов, выбитых из мишени одним падающим ионом, возрастает при увеличении энергии и массы ионов. Типичные зависимости коэффициента распыления от энергии ионов Си, Ni и Мо представлены на рис. 2.2. В большинстве, случаев при э-нергии ионов, превышающей несколько тысяч электронвольт, коэффициент распыления увеличивается очедь медленно с ростом энергии ионов. Коэффициент распыления зависит от угла падения ионов ( см. рис. 2.2) и изменяется пропорционально ( cos6) 1, где 6 - угол между нормалью к поверхности мишени и направлением движения ионов. Как видно из рис. 2.2, на котором представлены скорости ионного травления различных материалов, наблюдаются отклонения от этой зависимости. В поведении коэффициента распыления существуют также изменения периодического характера, совпадающие с периодичностью свойств элементов в таблице Менделеева. Однако коэффициенты распыления различных элементов ионами Аг с энергией 1 кэВ отличаются друг от друга не более чем в 5 раз. Коэффициент распыления монокристаллических мишеней возрастает при уменьшении глубины проникновения ионов в кристалл в направлении распространения ионного пучка. Распределение выбиваемых частиц по энергиям подчиняется закону Максвелла и простирается далеко в область высоких энергий. [16]
Ионное распыление сплавов является одним из наиболее эффективных методов получения пленок из этих сплавов, так как этот метод позволяет легко изменять состав пленок. Часто состав осаждаемой пленки почти совпадает с составом мишени. Это можно себе представить, если рассмотреть механизм ионного распыления, согласно которому атомы выбиваются из мишени в результате передачи им импульса бомбардирующих ионов. Поскольку процесс ионного распыления не сильно зависит от температуры мишени, то эту температуру можно выбрать достаточно низкой, чтобы исключить диффузию атомов в мишени, не проиграв заметно в скорости нанесения. Так как при этом в мишени переноса масс не происходит, то можно считать, что состав испускаемых мишенью частиц должен быть идентичен составу мишени. Конечно, если коэффициент прилипания или угловое распределение выброса будут различными для разных типов атомов, то состав осаждаемой пленки будет уже измененным. [17]
 |
Составы электролитических растворов для приготовления NiFe-пленок. [18] |
При его применении рекомендуется соблюдать следующее: катод ( и желательно, держатель подложки) должны охлаждаться; должен быть обеспечен малый уровень при - месей в рабочем газе; поверхность катода должна быть очищена ионной бомбардировкой при закрытых заслонками подложках. Кроме этого, магнитное поле, приложенное для наведения одноосной анизотропии, не должно искажаться ферромагнитным катодом. В процессе ионного распыления, даже с водяным охлаждением держателя подложки, температура подложки может повышаться на несколько сотен градусов Цельсия, поэтому она не всегда определяется так же точно, как в методах вакуумного испарения и электролитического осаждения. Эффекты фракционирования, имеющие место при вакуумном испарении пленок из сплавов, при применении данного метода могут быть устранены подбором нужного состава сплава катода. Кроме того, в этом случае вследствие беспорядочности углов падения распыляемого материала на подложку, отсутствуют эффекты наклонного падения, так же как и при применении метода электролитического осаждения. [19]
В 1930 г. фирма Вестерн Электрик применила метод конного распыления для нанесения тонкого слоя золота на первые восковые оригиналы грамофонных пластинок фирмы Эдифон. С появлением электронно-лучевого испарения ионное распыление для получения пленок тугоплавких материалов, таких, например, как Та, W и А12О3 стало использоваться все реже. Однако углубление понимания процесса ионного распыления и открытие высокочастотного распыления диэлектриков привели к выявлению таких важных преимуществ способа ионного распыления, которые в ряде случаев делают его предпочтительным. В каждом конкретном случае необходимо сопоставлять этот метод с другими известными методами осаждения пленок, которые могут быть, в частности, более производительными или более дешевыми. [20]
Эти результаты показывают, что для ионов Аг в аргоне средняя длина свободного пробега без передачи заряда составляет J / i5 часть толщины области катодного темного пространства. Для ионов Аг вероятность передачи заряда намного меньше, и энергетическое распределение таких ионов, падающих на катод, свидетельствует о том, что основная часть ионов Аг4, приходя на катод, приобретает энергию, соответствующую всему приложенному напряжению. Так как средняя длина свободного пробега без передачи заряда для большинства систем увеличивается с возрастанием энергии ионов, а доля дважды заряженных ионов растет с увеличением приложенного напряжения, то число быстрых нейтральных атомов, бомбардирующих катод, с увеличением напряжения уменьшается. Нейтральные атомы, падающие на катод, как ни странно, могут иметь весьма высокую вероятность быть отраженными от поверхности катода с малой потерей или без потери энергии. По этому вопросу имеется очень мало количественных данных. Эта доля должна быть, как ожидают, даже еще больше при меньших энергиях частиц. Однако быстрые нейтральные атомы, движущиеся от катода, могут также иметь совершенно другое происхождение. Хэгструм [15] показал, что ионы инертных газов с высоко: ] энергией имеют конечную вероятность отразиться от катода в виде нейтральных атомов, возбужденных в метастабильные состояния. Для ионов аргона с энергией 1000 эВ, падающих на поверхность вольфрама, эта вероятность равна 0 5 % Величина эта пропорциональна корню квадратному из энергии ионов. Значение этих быстрых нейтральных атомов для процесса ионного распыления будет рассмотрено ниже. [21]
Страницы: 1 2