1.2.3 Магнетронные методы

Нанесение пленок химических соединений магнетронными распылителями называют реактивным магнетронном распылением (РМР) [9]. Основное отличие РМР от магнетронного нанесения пленок металлов заключается в том, что процесс распыления проводится в смеси инертного и реактивного газов. В качестве реактивных газов могут применять любые химически активные газы, чаще всего это кислород (получение оксидов), азот (получение нитридов), углеродсодержащие газы (получение карбидов), фтор и хлор содержащие газы (фториды, хлориды).

На рисунке 4 показана структурная схема двух систем управлении расходом газов процессов РМР.

Рисунок 4 – Структурная схема систем управления расходом газов процессов РМР

1.3 Особенности магнетронного метода

Магнетронный метод осаждение тонкой пленки имеет скорость осаждения 0,1-1,5 мкм/с и позволяет распылять на большую площадь мишени [2].

По энергетическому составу в плазме частицы имеют энергию в магнетроном методе 100 эВ, для сравнения лазерно-плазменном 10⁴эВ.

К достоинству МРС относятся:

1. Универсальность процессов, позволяющая получать пленки металлов, сплавов полупроводников и диэлектриков;

2. Высокая адгезия пленок к подложке;

3. Инверсность процессов, позволяющая использовать их для осаждения и травления широкого класса материалов;

4. Возможность проведения процессов в реакционной среде разреженного газа, что позволяет получать пленки нитридов, карбидов, оксидов и других соединений;

5. Сохранение соотношения основных компонентов при распылении вещества сложного состава;

6. Более высокие энергетические эффективности процессов по сравнению с обычными распылительными системами диодного и триодного типа;

7. Возможность создания линии непрерывного действия, поскольку мишени обладают достаточно большим запасом распыляемого материала, а использования количественных соотношений между различными параметрами процесса позволяет автоматически управлять режимами осаждения тонких пленок.

8. Способность процессов к формализации, т. е. возможность составления (на основе аналитических зависимостей технологических параметров полученных структур от операционных параметров процесса) математического описания (алгоритма) процесса и последующего управление им с помощью ЭВМ или микропроцессора;

9. Относительно низкое радиационное и тепловое воздействие на обрабатываемую структуру;

10. Возможность изменения структуры и свойств пленок за счет потенциала смещения на подложке, давления и состава газовой среды, одновременно распыления нескольких мишеней и других способов;

11. Адаптивность (жизненность) процесса, т. е. способность длительного существования в условиях непрерывного появлениях новых конкурентоспособных процессов; магнетрон

К недостаткам МРС относятся:

1. Сравнительно невысокий коэффициент использования материала мишени (около25% для плоских мишени) и необходимость для его увеличения усложнения формы мишени для конструкции магнитной системы;

2. Сравнительно высокая неравномерность осаждаемой пленки по толщине за счет распыления материала из узкой зоны эрозии, имеющей форму кольца или эллипса в виде V-образной канавки. Углубление этой канавки по мере распыления мишени уменьшает пространственный угол распыления, вследствие чего уменьшается равномерность пленки по толщине. Повышение равномерности пленки требует планомерного или возвратно-поступающего перемещения подложек, что существенно усложняет конструкцию внутри камерного устройства;

3. Появление сильноточных дуг на поверхности мишени или между мишенью (катодом) или анодом вследствие структурных неоднородностей, а также наличие оксидных пленок и загрязнений на поверхности мишени, что вызывает нестабильность процесса осаждения и ухудшает качество формируемых пленок. Для устранения дуг необходимо высокое качество материала мишени, ее предварительная тренировка. Кроме того, система электропитания должна быть устойчива к сильным перегрузкам, которые могут возникать при появлении дуги;

4. Наличие потока высокоэнергетических электронов, создающих основную температуру подложки (до 60%) это требует изоляции держателя подложек от корпуса установки, а также использования дополнительной диафрагмы (анода), позволяющих ограничить попадание на подложку высокоэнергетических электронов;

5. Наличие потока отраженных нейтрализованных ионов Ar энергией до 160 эВ,

6. Требующее их термализации, когда осаждение пленок производится на тонкие изоляционные слои;

7. Сравнительно высокое давление рабочего газа [0,3-1,5Па], требующее его эффективной очистки для устранения загрязнения пленок посторонними газовыми включениями.