Проблемы формирования толстых слоев олова методом ионного распыления в магнетронных системах в парах мишени

Проблемы формирования толстых слоев олова методом ионного распыления…

Инженерный журнал: наука и инновации

# 1·2018 3

Теоретическая подготовка эксперимента.

Процесс осаждения

пленок методом ЖФМР складывается из двух составляющих: физи-

ческое распыление материала ионами рабочего газа, как при класси-

ческом магнетронном распылении, и его термическое испарение.

Разогрев и достижение требуемой температуры мишени обеспечива-

ется и поддерживается за счет ионной бомбардировки. При этом

энергия ионизации материала мишени значительно ниже, чем рабо-

чего газа. Например, энергия ионизации для меди или олова состав-

ляет ~7 эВ, а для аргона ~15 эВ. Ионизации аргона практически не

происходит при достижении давления паров материала над мишенью

более 10

–2

Па из-за их высокой концентрации и более низкой энергии

ионизации.

Реализация процесса ЖФМР возможна в высоком вакууме, по-

рядка 10

–4

Па и ниже, но при этом давление насыщенных паров мате-

риала над тиглем (мишенью) в ходе процесса должно быть 10

–2

Па и

выше. Данное значение является нижней границей, при которой воз-

можно существование аномально-тлеющего разряда. В том случае,

если невозможно добиться такого давления насыщенных паров мате-

риала над тиглем за счет его испарения, недостающую часть необхо-

димо компенсировать добавлением рабочего газа; однако протекать в

режиме самораспыления такой процесс не будет.

Давление насыщенного пара материала зависит от его температу-

ры: при ее повышении давление увеличивается [4]. Поскольку разо-

грев материала мишени обеспечивается за счет бомбардировки иона-

ми, то чем выше плотность ионного тока, тем выше температура ми-

шени. Значение плотности ионного тока, в свою очередь, напрямую

зависит от мощности блока питания, подаваемой на магнетрон.

Температура плавления и температура, при которой давление

насыщенного пара превышает 10

–2

Па, совпадают далеко не для всех

материалов [4]. Например, хром, кобальт, титан, палладий имеют

температуру плавления, превышающую температуру, при которой

давление их насыщенных паров оказывается более 10

–2

Па. Для пере-

численных материалов процесс ионного распыления в магнетронных

системах в парах мишени возможен из твердой фазы без рабочего

газа. В свою очередь, олово, алюминий, золото имеют температуру

плавления ниже, чем температура, при которой обеспечивается необ-

ходимое давление насыщенного пара над мишенью. Поэтому для ре-

ализации процесса ЖФМР необходим дополнительный разогрев ма-

териала мишени после его плавления до требуемой температуры.

При реализации процесса ЖФМР таких материалов, как алюми-

ний, цинк, медь, технологический процесс сводится лишь к полному

расплавлению материала в тигле, так как для этих материалов темпе-

ратура плавления практически совпадает с точкой, соответствующей