Устройства для триодного (ионно-плазменного) распыления

Наиболее распространенными методами получения тонких пленок различных материалов в вакууме являются методы термического испарения и ионного распыления. Достоинствами метода термического испарения материалов и их конденсации в вакууме являются: реализация высоких скоростей осаждения материалов в высоком вакууме, простота, отработанность технологических операций и наличие современного высокопроизводительного оборудования. Ионно-плазменное распыление — метод получения резистивных, проводящих и диэлектрических пленок, при котором распыление осуществляется бомбардировкой материала мишени ионами плазмы газового разряда низкого давления, формируемого между термокатодом и независимым анодом. Основными достоинствами методов ионного распыления материалов являются: возможность распыления практически всех материалов современной микроэлектроники. В том числе различных соединений (нитридов, оксидов и т.д.) при введении в газоразрядную плазму реакционно-способных газов (реактивное распыление); высокая адгезия получаемых пленок к подложкам; однородность пленок по толщине; очистка поверхности подложек с помощью ионной бомбардировки как перед, так и в процессе осаждения пленки. Отличительной чертой ионно-плазменного распыления является высокий вакуум, что обеспечивает получение более чистых пленок. Электрические цепи разряда и распыления развязаны. Триодная схема с постоянным потенциалом на мишени — схема ионно-плазменного распыления, при которой мишень из распыляемого материала находится под постоянным отрицательным потенциалом относительно потенциала плазмы.

Рис 7 "триодное" распыление 1 - катод-мишень, 2 - вспомогательный анод, 3 - подложка, 4 - анод-подложкодержатель, 5 - вспомогательный катод (термоэмитер электронов)

Ионно-плазменное распыление с плазмохимическим источником типа «Радикал» — разновидность ионно-плазменного распыления с изолированным источником плазмы, при котором в плазму источника вводится химическое соединение, участвующее в процессе формирования физической структуры. Тетрадная схема — схема ионно-плазменного распыления, в которой цепь разряда имеет дополнительный электрод, обеспечивающий гибкость управления его режимом и стабилизацию процесса. Схема с изолированным источником плазмы — схема ионно-плазменного распыления, при которой плазма генерируется в ионизационной вспомогательной камере, откуда сформированный сильным магнитным полем узкий ионный пучок ее диффундирует в главную распределительную камеру с расположенной в ней мишенью, имеющей потенциал, достаточный для ускорения ионов до энергий, необходимых для распыления материала мишени.

Магнетронная схема — метод ионно-плазменного распыления, при котором область газового разряда находится в поперечном магнитном поле обращенного магнетрона (внешний цилиндр — катод, внутренний цилиндр анод), что позволяет усилить ионизацию за счет движения электронов по спиральным траекториям вокруг анода и сконцентрировать ионы плазмы на распыляемой мишени.

К подложкам для получения пленок предъявляются требования, которые можно классифицировать как требования по механическим свойствам (чистота обработки, шероховатость; различные виды механической прочности; твердость; коэффициент термического расширения и др.), по химическим свойствам (устойчивость подложек к процессам их чистки перед нанесением пленок; индифферентность по отношению к материалу пленки в ходе её нанесения и эксплуатации или наоборот способность к необходимому для получения заданных свойств композиции химическому взаимодействию с пленкой, т.е. образованию твердых растворов, поверхностных фаз и пр.), по физическим свойствам (температура плавления, рекристаллизации, которые не должны как правило происходить в ходе термообработки пленок), кристаллографическим характеристикам (для получения качественных ориентированных покрытий чаще всего необходимо достаточно близкое совпадение параметров кристаллической решетки подложки и пленки).