разряда, не успевают достигать электродов за время полуперио­да, они остаются в разряде, совершая колебательные движения и интенсивно ионизируя рабочий газ. Это обстоятельство по­зволяет снизить давление рабочего газа без снижения разрядно­го тока, т.к. степень ионизации заметно повышается.

7.7. Магнетронное распыление

Магнетронное распыление, являясь разновидностью ионно­го распыления, занимает среди методов получения пленок осо­бое место благодаря своим исключительным возможностям. Имея все достоинства ионного распыления, магнетронное рас­пыление свободно от ряда недостатков ионного распыления. Прежде всего, существенно возрастает скорость нанесения пле­нок, которая приближается к значениям, характерным для тер­мического испарения. Уменьшаются радиационные поврежде­ния осаждаемых пленок, снижается перегрев подложек и уро­вень загрязнений. Магнетронная распылительная система яв­ляется более эффективной по сравнению с другими системами ионного распыления.

Магнетронное распыление предложено сравнительно недав­но, и хотя еще далеко не реализованы все его возможности, оно нашло широкое применение в технологии тонких пленок. В магнетронных распылительных системах возможно осуществ­лять распыление со смещением, реактивное и высокочастотное распыление. В микроэлектронном производстве с помощью маг-нетронного распыления получают пленки металлов и сплавов для проводников и контактных площадок ИМС, резистивные, диэлектрические и полупроводниковые пленки, магнитные и сверхпроводящие пленки.

Основными элементами магнетронных распылительных си-стем являются катод-мишень, анод и магнитная система: под­ложки располагаются вблизи мишени параллельно ей. Анод обычно заземлен или имеет небольшой положительный потен­циал, на мишень от источника питания подается отрицательное напряжение. В пространстве анод — катод создаются неоднород­ные электрическое и магнитное поля. Лавинный пробой раз-

рядного промежутка начинается ионизацией газа свободными электронами. Однако в скрещенных электрическом и магнит­ном полях электроны движутся по сложным циклоидальным траекториям, неоднократно сталкиваясь с атомами газа; эффек­тивность ионизации при этом велика. Тлеющий разряд возни­кает поэтому при меньшем напряжении анод — катод, чем в обычной диодной системе; по этой причине магнетронная сис­тема считается низковольтной системой.

Эмитированные с катода под действием ионной бомбарди­ровки электроны поддерживают и развивают разряд. Магнит­ным полем электроны как бы прижаты к мишени, а электри­ческое поле тянет их к аноду. При столкновении с атомами газа электроны ионизируют их, постепенно теряя энергию, получен­ную в электрическом поле, и только после этого попадают на анод. Таким образом, большая часть энергии электронов ухо­дит на ионизацию, благодаря чему увеличивается плотность плаз­мы, возрастает ионный ток на мишени, увеличивается скорость распыления и, следовательно, скорость напыления.

Важно, что на подложку, как и на анод, попадают низко-энергетические электроны, которые не могут вызвать значитель­ного ее перегрева. Это позволяет увеличивать скорость напыле­ния без опасности разрушения подложки или недопустимого перегрева пленки.

Воздействие магнитного поля эквивалентно увеличению дав­ления. Следовательно, при наличии магнитного поля достаточ­ной величины процесс распыления с высокой скоростью можно вести при пониженном давлении. Локализация плазмы у ми­шени позволяет использовать обычные для термического испа­рения методы контроля толщины и скорости напыления пленок с помощью свидетелей и кварцевого датчика.

Параметрами процесса магнетропного распыления являют-ся: напряжение на мишени (и на аноде, если он не заземлен), ток разряда, плотность тока на мишени и удельная мощность, величина индукции магнитного поля, давление рабочего газа. Эти параметры определяют скорость нанесения пленок.

Обычно напряжение на мишени составляет 300...700 В, pa-бочее давление равно 0,13...0,66 Па, хотя возможно вести рас-

пыление в более широком диапазоне давлений, от 10^-2 до 1 Па и выше; индукция магнитного поля у поверхности мишени 0,03...0,1 Т; плотность тока на мишени в устройствах с плос­ким катодом составляет в среднем 200 мА/см², удельная мощ­ность - 100 Вт/см² .

Магнетронное распыление по сравнению с другими методами нанесения пленок обладает рядом достоинств, основными из которых являются: высокая скорость роста пленок, их хоро­шая адгезия и незначительное загрязнение посторонними газо­выми включениями; низкая температура нагрева подложек; воз­можность распыления как проводников, так и диэлектриков и получение сверхтонких (менее 20 нм) пленок с меньшими ради­ационными дефектами; безынерционность процесса.

Магнетронное распыление применяют в технологиях жидко­кристаллических индикаторов, прецизионных фотошаблонов (тонких пленок хрома) и микросхем (пленки из алюминия, его сплавов, тугоплавких материалов).

Магнетронная распылительная система приведена на рис. 7.7, состоит из постоянного магнита (1), на котором расположена плоская мишень-катод (2), а над ней по периметру анод (3). Монтируется эта система под колпаком вакуумно-распылитель-ной установки. Рабочим газом в ней служит аргон. При пода­че питания от источника постоянного тока мишенью-катодом создается не однородное электрическое поле и аномальный тле­ющий разряд, под действием которых происходит образование плазмы и ионная бомбардировка мишени-катода.

Замкнутое магнитное поле распылительной системы лока­лизует плазму непосредственно у поверхности распыляемой ми­шени. Под действием ионной бомбардировки выбитые катодом-мишенью электроны захватываются и удерживаются магнит­ным полем, совершая сложные циклические движения у повер­хности мишени до тех пор, пока не произойдет их столкновение с атомами аргона. В результате столкновения электроны теряют большую часть энергии на ионизацию рабочего газа, что увели­чивает концентрацию положительных ионов у поверхности ми­шени-катода, усиливает ее ионную бомбардировку, скорости рас­пыления материала и осаждения пленки.

Стабильность и воспроизводимость наносимых на подложки пленок зависит от оптимальных параметров магнетронной рас­пылительной системы, основными из которых являются: на­пряжение питания электродов; ток разряда; плотность тока мишени; удельная мощность; индукция магнитного полк; рабо­чее давление.

Напряжение питания, подаваемое на электроды, обычно не превышает 1000 вольт. На мишень, как правило, подают отри­цательный потенциал, а на анод - нулевой или положитель­ный, в зависимости от конструкции системы. Ток разряда, зави­сящий от мощности источника, а также других параметров, под­бирают экспериментально. Плотность тока на мишени колеб­лется от 40 до 200 А/см² и в центральной части зоны распыле­ния может превышать эти значения. Удельная мощность лежит в интервале от 40 до 100 Вт/см² и определяется условиями ох­лаждения и теплопроводностью распыляемого материала.

Важнейшим параметром магнетронных систем является вольтамперная характеристика разряда, зависящая от рабочего давления газа и индукций магнитного поля. С уменьшением давления в системе и индукции магнитного поля, вольтампер-ные характеристики разряда сдвигаются в область больших ра­бочих напряжений.