Установки катодного распыления, триодная схема

курсовая работа

Конструктивные особенности установки катодного распыления. Триодная схема

Для повышения чистоты получаемой на подложке пленки процесс катодного распыления необходимо проводить при как можно меньшем давлении рабочего газа. Однако, понижение давления приводит к тому, что при большой длине свободного пробега электронов вероятность их столкновения с атомами рабочего газа становится ничтожно малой, и газовый разряд гаснет. Поэтому для поддержания разряда в камере и обеспечения распыления мишени при низких давлениях необходимы специальные меры.

Одним из вариантов решения проблемы является применение трехэлектродной системы распыления, изображенной на рис. 3. Цифрами на рисунке обозначены: 1 - термокатод; 2 - анод; 3 - мишень; 4 - подложка; 5 - подложкодержатель. Таким образом, в данной системе имеются три независимо управляемых электрода: термокатод, анод и распыляемая мишень, потенциал которой относительно термокатода составляет несколько киловольт.

Рис. 3 Трехэлектродная система распыления

По достижении в камере вакуума порядка10-4 Па термокатод разогревают и в камеру через натекатель подают инертный газ при давлении 0,05 - 1 Па. По сравнению с диодной схемой за счет термоэлектронной эмиссии с катода будут интенсивно испускаться электроны, ускоряющиеся вертикальным электрическим полем, что позволяет проводить процесс при более высоком вакууме. Функции катода и мишени в предлагаемой схеме разделены, что позволяет управлять энергией ионов путем изменения напряжения на мишени. А наличие катушек (отсутствуют на схеме), создающих магнитные поля, позволяет увеличить траекторию движению электронов от термокатода к аноду и еще больше снизить давление, уменьшив тем самым загрязнение пленок. При напряжении между термокатодом и анодом порядка 100 В. возникает несамостоятельный газовый разряд, при этом разрядный ток достигает нескольких ампер. Мишень, имеющая отрицательный потенциал относительно катода, оттягивает на себя значительную часть ионов, образующихся в газовом разряде, и ускоряет их. В результате бомбардировки мишени ионами происходит ее распыление, и распыленные атомы осаждаются на подложке, формируя тонкую пленку. Такие трехэлектродные системы, в которых электрические цепи разряда и распыления разделены и управляются независимо друг от друга, обеспечивают гибкость управления процессом. Скорость осаждения составляет единицы нанометров в секунду, что в несколько раз превышает аналогичный показатель для двухэлектродной схемы катодного распыления.

К основным недостаткам триодной схемы следует отнести малые размеры термокатода, что затрудняет получение однородной плазмы при разряде. Кроме того, из-за термокатода нельзя использовать в технологии агрессивные газы.

Дальнейшее развитие трехэлектродных систем распыления привело к использованию автономных ионных источников. Ионный источник представляет собой газоразрядную камеру с термокатодом, в которую подается рабочий газ под давлением ~ 0,5 Па, что обеспечивает высокую концентрацию ионов. Газоразрядная камера отделена от камеры осаждения калиброванными отверстиями, благодаря чему обеспечивается перепад давлений, и давление в камере осаждения, где расположены мишень и подложка, составляет ~ 0,015 Па. Часть ионов поступает через отверстия в камеру осаждения, ускоряется и распыляет мишень. Такая конструкция позволяет увеличить скорость распыления мишени и повысить чистоту осаждаемых на подложке пленок. А.А. Малыгин, А.П. Алехин Основные процессы планарной технологии (оборудование и методы расчета).//Учебное пособие.-СПб.:РТП СПбГТИ(ТУ).-1995.- 16 с.

Делись добром ;)