Осаждение распылением.

Суть метода распылительного осаждения состоит в использовании ионов высокой энергии для выбивания атомов или молекул из мишени, которая является одним из электродов, и последующем осаждении их на подложку, которая является другим электродом.

примера процесс распыления на постоянном токе. В типовой камере для распылительного осаждения мишень и подложка выступают в качестве электродов и расположены друг напротив друга. Инертный газ (обычно аргон) при давлении в диапазоне от единиц до сотен мТорр подаётся в систему в качестве среды, в которой возбуждается и поддерживается разряд. Когда в камере создается электрическое поле напряженностью в несколько кВ/см, или к электродам прикладывается постоянное напряжение, между электродами возникает и поддерживается тлеющий разряд. Электрическое поле ускоряет свободные электроны, сообщая им достаточную энергию для ионизации атомов аргона. Плотность или давление газа не должны быть слишком низкими, иначе электроны будут сталкиваться с анодом, не претерпевая столкновений с атомами аргона в газовой фазе. Однако если плотность или давление газа будет слишком велико, электроны не приобретут достаточной энергии для ионизации атомов газа при столкновениях. Возникающие в разряде положительные ионы Ar⁺ бомбардируют катод (мишень-источник), выбивая из него требуемые нейтральные атомы за счет обмена импульсом. Эти атомы проходят через разряд и осаждаются на противоположном электроде (подложке с растущей пленкой). Помимо основных компонентов наращиваемого вещества, то есть нейтральных атомов, другие отрицательно заряженные частицы под действием электрического поля также будут бомбардировать подложку или растущую пленку и взаимодействовать с ее поверхностью.

Рисунок 1.2 Принципиальные схемы установок для распыления осаждением применяя постоянный ток и высокочастотное распыление [28]

При нанесении диэлектрических пленок для создания плазмы между двумя электродами используется переменное поле. Традиционно применяемые частоты лежат в радио диапазоне от 5 до 30 МГц.

высокочастотного распыления является появление отрицательного потенциала на мишени, которая в результате ведет себя как мишень постоянного тока. Возникновение отрицательного потенциала мишени является следствием того факта, что электроны обладают большей подвижностью, нежели ионы, и легко следуют за периодическими изменениями электрического поля. Для предотвращения одновременного распыления наращиваемой пленки и подложки распыляемая мишень должна быть диэлектриком и должна иметь емкостную связь с генератором высокочастотного поля. Эта емкость должна иметь низкий импеданс на высоких частотах и способствовать формированию постоянного напряжения между электродами. Надо также отметить, что разновидности плазмы, используемой в технологиях и установках для формирования тонких

пленок, обычно формируются посредством частичной ионизации газа при давлении заметно ниже атмосферного. Такая плазма большей частью очень слабо ионизована, доля ионизированных атомов составляет от IO'⁵до 10^¹. Методы формирования пленок, основанные на применении плазмы, отличаются от других способов осаждения пленок, а именно - испарительных, так как плазменные процессы не являются тепловыми и не описываются равновесной термодинамикой.

Распыление смеси простых веществ или соединений не приведет к изменению состава мишени и, следовательно, состав газовой фазы будет таким же, как и мишени, и будет оставаться неизменным в течение осаждения. Для улучшения и усовершенствования процесса осаждения были изобретены его различные модификации, которые привели к разработке гибридных и модифицированных процессов физического осаждения из газовой фазы. Например, если для увеличения времени пребывания компонентов наращиваемого вещества в газовой фазе в процессе распыления применяется магнитное поле, то такое распыление называют магнетронным распылением. Метод, в котором для формирования пленок сложного состава в напылительную камеру вводятся реакционно-активные газы, известен как реактивное распыление. Указанный метод был использован при формировании ЦТС пленок в работах [29,30,31,32,33].

1.2.3