СТАТЬИ АРБИР
 

  2018

  Июль
  Август   
  Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
30 31 1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31 1 2
   

  
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?


Особенности методов магнетронного распыления


ОСОБЕННОСТИ МЕТОДОВ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ

Исследователи работающие в области материаловедения давным - давно изучили тот факт, что применяя тонкие покрытия на различные изделия, можно добиться улучшения свойств материала поверхности. С давних пор применяются технологии защиты от коррозии в виде хромирования или цинкования. Но развитие науки не дает стоять на месте различным методам напыления, от простого к сложному человек научился совершенствовать данный процесс. Один из популярных методов нанесения качественных пленок - это магнетронное распыление, которое нашло применение в полупроводниковой промышленности и не только. Данная статья рассматривает принцип действия магнетронного распыления, а также описывает виды установок.

Магнетронное распыление - это метод ионной бомбардировки с участием магнитного поля, в результате чего освобожденные атомы из мишени осаждаются на подложку [1, с. 3 4].

Обыкновенное магнетронное распыление

Рассмотрим принцип действия магнетронного распыления на рисунке 1. В вакуумной камере, находится анод «8» и мишень «4», которая является катодом. При помощи форвакуумного и турбомолекулярного насоса создают вакуум, камеру прогревают до небольшой температуры в 1 5 0 ° С . На анод и катод подают постоянное напряжение до 1000 В [3, с. 15], после чего возникает неоднородное электрическое поле с тлеющим разрядом, напряжение разряда составляет 300 - 700 В. В камеру подают рабочий газ, например, аргон, в области между анодом и тлеющим разрядом образуется плазма с положительными ионами рабочего газа. Положительные ионы «2» притягиваются к отрицательному катоду и выбивают часть электронов «9». Электроны начинают совершать замкнутые движения на границе катода и силовых линий магнитного поля «3», они находятся в ловушке, так как магнитное поле притягивает электроны к катоду, а отрицательный катод отталкивает обратно отрицательный электрон. Электроны, после совершения циклических движений, в какой - то момент сталкиваются с атомами рабочего газа «6», ионизируют их и концентрация положительных ионов начинает возрастать. Положительные ионы бомбардируют поверхность мишени и выбивают из неё атомы «7», после чего они осаждаются на подложку «1».

Преимущества традиционного метода: высокая скорость при невысоком вакууме 0.1 - 1 Па, отсутствие перегрева подложки.

Импульсное магнетронное распыление

Принципиальное отличие данного метода от простого - это высокая подача напряжения до 1800 В, тока до 3500 А и импульсная частота до 100 Гц (В некоторых случаях используется импульсное питание высокой частоты до 1 мГц). В таких установках может использоваться схема подачи инверсного напряжения, когда импульсно чередуется прикладывание прямого и обратного напряжения. В простом варианте импульсный режим работает при подаче и отключения питания.

Импульсный разряд позволяет достигать плотности ионов 1014 См3, что влечет за собой равномерную бомбардировку мишени по всей её площади.

Рисунок 1 - Принцип действия магнетронного распыления:

1) подложка; 2) положительный ион; 3) линии магнитного поля; 4) подложка; 5) магниты; 6) передача энергии электрона рабочему газу;

7) выбитый атом вещества мишени; 8) анод; 9) электроны.

Преимущества импульсной технологии заключается в нанесении покрытия высокой плотности, улучшенного качества, снижение общей температуры в камере (в случае малой частоты), снижение вероятности образования негативных дуговых разрядов [5, с. 7 - 13].

Реактивное магнетронное распыление

Принцип действия данного метода схож с обыкновенным магнетронным распылением, с тем отличием, что вместо просто газа типа аргона, в камеру поступает химический состав, который вступает в реакцию с материалом мишени. Результатом является образование сложного соединения и осаждение его на подложку.

Недостатком является тот фак, что образовавшееся после химической реакции соединение осаждается не только на подложку, но и на всей поверхности камеры.

Подробнее о недостатках:

1) При осаждении химического соединения на анод, он образует слой диэлектрика, что в свою очередь делает невозможным продолжать дальнейший процесс распыления. Это означает, что придется фиксировать дополнительными детекторами состояние анода, а после производить чистку или замену; 2) Аналогичная проблема, как и в первом случае относится к мишени, часть продукта осаждается на мишень, тем самым снижая скорость бомбардировки [6, с. 1247]. Проблему отчасти можно решить, увеличив расстояние мишень - подложка и снизив плотность ионов, но недостатком является увеличение объема камеры и снижение скорости осаждения [2, с. 34]; 3) Образование дополнительных малых дуговых разрядов в области мишени, препятствует образованию готового продукта, кроме того дуги обжигают мишень и портят атомы на поверхности, которые в дальнейшем не будут участвовать в химической реакции.

Магнетронное распыление с двойной мишенью

Рассматриваемая установка имеет равное сходство с обыкновенным магнетронным распылением, импульсным и реактивным. В такой установке используется две мишени, расположенные параллельно, мишени одновременно являются катодом и анодом (в зависимости от приложенного потенциала). Установка как правило работает в импульсном режиме. В некоторых модификациях мишени остаются катодами, а в камеру дополнительно встраивают два анода.

Преимущества - снижение образования негативных дуг, а также снижение засорения мишеней с использованием реактивного распыления, процесс распыления стабильный при длительной работе, нанесение покрытия большой площади.

Недостатки - низкая скорость осаждения, температура в камере, как и стоимость установки выше, в отличии от других методов. Стоимость установки в данном случае играет большую роль, основная наценка относится к оборудованию питания.

Общие особенности магнетронного распыления

Для управления потоком вещества, осаждаемого на подложку, регулируют напряжение, концентрацию поступающего активного газа и давление в камере. Более точна регулировка зависит от величины магнитного поля, толщины катода, размера и формы анода [4, с. 126 - 134].

Если подложка является хорошим проводником, то для осаждения материала к ней прикладывают напряжение смещения. Проблема с подложкой к которой приложено напряжение является образование негативных дуг, как и в случае с катодом. Решение проблемы - подача импульсного напряжения.

Конструкция некоторых установок позволяет наносить пленки разных составов; охлаждать подложки водой; перед процессом напыления может производится ионная очистка подложки; подложек в камере может быть несколько, при этом они могут все сразу участвовать в процессе напыления или механически меняться одна за другой; опционально в камеру установки могут встраиваться различные датчики контроля.

Список использованной литературы:

Архипов, А.В. Изучение оборудования и технологии нанесения слоев методом магнетронного распыления материалов / А.В. Архипов, [и др.]. - Самара. : СГАУ, 2001. - 24, [3 - 4] с.

Достанко, А.П. Технологические процессы и системы в микроэлектронике: плазменные, электронно - ионно - лучевые, ультразвуковые / А.П. Достанко [и др.]. - Минск. : Белорус, 2009. - 199, [34] с. - ISBN 978 - 985 - 6963 - 05 - 9.

Оскирко, В.О. Импульсный биполярный источник питания для магнетронных распылительных систем: Диссертация. ... канд. техн. наук. 05.09.12. / Оскирко Владимир Олегович. - Томск., 2016. - 194, [15] с.

Рогов, А.В. Факторы, определяющие эффективность магнетронного распыления. Критерии оптимизации / А.В. Рогов, Ю.В. Капустин, Ю.В. Мартыненко // ЖТФ. - 2015. - Том 85, вып. 2. - С. 126 - 134.

Schroll R.A. Power system for reactive sputtering of insulating films // J. Surface and Coatings Technol. - Elsevier Science SA. - 1997. - V. 93. - С. 7 - 13.

Sellers J. Asymmetric bipolar pulsed DC: the enabling technology for reactive PVD // Surface and Coatings Technol. - Elsevier Science SA. - 1998. - V. 98. - С. 1245 - 1250.

Д.А. Кулыгин, 2017

УДК 003.26


Д.А. Кулыгин Студент магистратуры 1 курса ЮРГПУ (НПИ) Г. Новочеркасск, Российская Федерация





МОЙ АРБИТР. ПОДАЧА ДОКУМЕНТОВ В АРБИТРАЖНЫЕ СУДЫ
КАРТОТЕКА АРБИТРАЖНЫХ ДЕЛ
БАНК РЕШЕНИЙ АРБИТРАЖНЫХ СУДОВ
КАЛЕНДАРЬ СУДЕБНЫХ ЗАСЕДАНИЙ

ПОИСК ПО САЙТУ