7. Йоно-плазменная обработка материалв

7.1. Разновидности обработки

Инно-плазменная обработка основана на взаимодействии ионов других энергетических частиц, полученных в низкотемпературной плазме, с поверхностью твердого тела. Результатом взаимодействия потока частиц в разреженной среде с поверхностью является осажденная пленка из части удаленного вещества или преобразованная поверхность. Это дает возможность применять процессы ионно-плазменной обработки для нанесения пленок разнообразных материалов, очистки, полировки поверхности, травления и формирования прецизионных топологических рисунков в производстве полупроводниковых приборов и микросхем, резисторов, конденсаторов, фотошаблонов, пьезокварцевых приборов м т.п. Применение ионно-плазменной обработки распространяется и на другие области техники, например, оптику и машиностроение, где она используется для получения полированных поверхностей, упрочнения инструмента, защиты поверхностей износе- и коррозионно-стойкими покрытиями и т.п.

Низкотемпературная газовая низкого давления плазма, используемая в данных процессах, представляет собой слабо ионизированный газ, состоящий из смеси стабильных и возбужденных атомов и молекул, продуктов диссоциации молекул-радикалов, электронов, положительно и отрицательно заряженных ионов.

Плазма образуется при внешнем энергетическом воздействии на вещество с помощью различного рода газовых разрядов в сильных постоянных и переменных электрических и постоянных магнитных полях. Характерная частота переменного электрического поля, применяемого для образования плазмы, колеблется в широких пределах - от единиц килогерц до единиц гигагерц. Магнитное поле обеспечивает удержание плазмы в заданном пространстве и, увеличивая длину пути движения электронов, повышает степень ионизации газа.

Основным процессом создания активных частиц плазмы инертных газов является ионизация. При образовании плазмы многоатомного газа основными являются процессы возбуждения и диссоциации. Число образующихся ионов относительно мало. Диссоциация молекул вещества обеспечивает образование высоко химически активных продуктов - радикалов, способных энергично вступать в гетерогенные химические реакции с материалами, образуя легко летучие соединения, удаляемые откачкой. Изменением параметров электрического разряда» формирующего плазму, и вида газа можно вправлять составом химически активных частиц, т.е. управлять воздействием на материалы. Ионизированная составляющая частиц плазмы - легко отбирается и ускоряется электрическим полем до необходимых энергий. Важным фактором, определяющим преимущество использования ионов, является возможность управления их движением, т.е. направленностью их воздействия на материалы.

Основу ионно-плазменной обработки составляет воздействие на материалы «энергетических» активных и неактивных частиц плазмы. Понятие «энергетические» подразумевает высокую кинетическую или потенциальную энергия частиц. При физическом взаимодействии кинетическая энергия частиц является основной и может превышать тепловую на несколько порядков величины. Частицы приобретают способность при соударении с поверхностью материала физически распылять его.

Высокая потенциальная энергия частиц определяется наличием ненасыщенных химических связей» Взаимодействие таких частиц с обрабатываемым материалом ведет к формирования химических соединений.

Рассматриваемые процессы ионно-плазменной обработки ограничиваются поверхностью и приповерхностными слоями материалов» поскольку кинетическая энергия частиц не превышает нескольких килоэлектронвольт (10^-16 - 10^-15 Дж). При таких энергиях толщина поверхностного слоя» в котором осуществляется взаимодействие энергетических частиц с материалами, не превышает нескольких десятков атомных слоев у поверхности (нескольких нанометров).

Эффективность протекания процесса физического распыления и процесса химического взаимодействия слабо зависит от того заряжена частица или нет. Определяющим фактором является её энергия - кинетическая или потенциальная, поскольку уже на расстоянии нескольких десятых нанометра вблизи обрабатываемой поверхности происходит нейтрализация ионов электронами, вырываемыми из материала электрическим полем ионов.

Процессы ионно-плазменной обработки систематизируют по двум основным признакам:

• природе взаимодействия энергетических частиц плазмы с материалами (физическое и химическое);

• способу осуществления взаимодействия (ионное и плазменное).

Физическое взаимодействие характеризуется обменом энергий и импульсом в упругих столкновениях атомных частиц и приводит к распыления материала с поверхности.

Химическое - определяется неупругими столкновениями с обменом. электронами между атомами и приводит к химическим превращениям обрабатываемого материала.

При физическом распылении все энергетические связи атома с другими атомами разрываются, и он может удалиться с поверхности.

При химическом - энергетическое воздействие направлено на электронные связи атома в материале. Ослабление, разрыв и установление новых связей может приводить к удалению частиц материала с поверхности в виде соединений с атомами энергетических частиц.

В рассматриваемых процессах невозможно полностью разделить кинетику физического и химического взаимодействия. Каждый из процессов, физический или химический, несет в себе элементы другого. Тем не менее в реальных процессах ионно-плазменной обработки всегда можно выделить преимущественный механизм, определяющий эффективность их протекания.

Второй признак систематизации определяется различием технологических характеристик ионно-плазменной обработки при различных способах её осуществления. Если материал подвергается воздействия всего набора частиц плазмы - возбужденных атомов и молекул, радикалов, положительно и отрицательно заряженных ионов, электронов, а также ультрафиолетовому и тепловому облучения из плазмы - это плазменная обработка.

Если обрабатываемый материал находится вне плазмы и обрабатывается только ионами, отбираемыми из плазмы, - это ионная обработка. Природа энергетических ионов определяет будет ли взаимодействие физическим или химическим.

Различным способам свойственны характерные диапазоны давлений в зоне обработки: плазменному - более высокий, ионному - более низший.

В таблице 7.1 систематизированы по признакам природы взаимодействия и способу осуществления наиболее распространенные технологические операции, осуществляемые с помощью ионно-плазменных процессов. Следует отметить, что процессы нанесения являются многостадийными и включают в качестве составной части стадия распыления материалов.

Таблица 7.1

Процессы ионно-плазменной обработки.

Способ природа взаимодействия

обработки физическая химическая

Травление распылением в Плазмохимическое травление

плазме

Йонно-плазменное нанесение Реактивное ионно-плазменное плазменный травление

Реактивное ионно-плазменное

нанесение

Ионный Ионно-лучевое травление Ионно-химическое травлением Нанесение ионно-лучевым распылением Реактивное ионно-лучевое нанесение

7.2. Ионно-лучевая размерная обработка (ИЛРО)

Под размерной ионно-лучевой обработкой будем подразумевать управляемое удаление или нанесение определенного объема обрабатываемого материала с помощью ускоренных ионных пучков, а также локальное изменение физических свойств заготовки по площади или по объему.

Ионное воздействие на материалы резко отличается от результатов традиционных способов обработки. Сфокусированные ионные потоки являются уникальным инструментом для прецизионной обработки и позволяют, например, в микроэлектронике создавать принципиально новые конструкции приборов с большой плотностью размещения элементов в конструкции.

В зависимости от режима обработки (типа ионов, их энергии, плотности потока и угла бомбардировки ионов) можно проводить осаждение материала на заготовку (мишень) или удаление (распыление) определенного слоя с её поверхности, осуществляя формообразование сложных контуров. При этом съем материала осуществляется бея значительного разогрева с сохранением бездефектной)структуры и высокой точностью обработки в отличие, например, от электронного воздействия.

Механизм размерной обработки при съеме материала (распылении) основан на удалении поверхностных атомов заготовки в результате воздействия на них предварительно сформированных и ускоренных до необходимых энергий пучков ионов. Схема каскада упругих столкновений атомов в материале при ионной бомбардировке представлена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема физических явлений при ионно-лучевой размерной обработке:

I⁺,I^-,I⁰- бомбардирующий и обратно рассеянные ионы в различном зарядовом состоянии, А⁺,А^-,А⁰- распыленные атомы в различном зарядовом состоянии, е^- - вторичные электроны, h- фотоны, - длина свободного пробега иона.

Ионы, имеющие высокую кинетическую энергию, внедряются в материал. При своем движении они испытывают упругие и неупругие столкновения с ядрами атомов и электронами вещества. Происходит смещение и возбуждение атомов, изменение структуры материала в зоне столкновений. Бомбардирующие ионы частично отражаются от поверхности, причем они могут изменять в процессе обратного рассеяния свое зарядное состояние. Происходит съем с поверхности (распыление) атомов материала, которые также могут находиться в различном зарядовом состоянии. Взаимодействие сопровождается вторичной электронной эмиссией, электромагнитным излучением, спектр которого простирается от инфракрасного до рентгеновского.

Учитывая, что плотность ионного тока 100 мкА/см² соответствует падению на обрабатываемую поверхность одного иона за 10 с, а время упругого взаимодействия атома с ионом сравнимо с этим временем, то в результате каждого воздействия будет удаляться один атом. Целый монослой атомов с площадки 1 см распыляется за 1 с, а слой толщиной 1 мкм за 1 час. Ориентировочно скорость съема составляет 3 А/с, которая зависит от коэффициента распыления обрабатываемого материала S_p:

(7.2.1)

где k - коэффициент, учитывавший теплоту возгонки материала, M₁ и M₂ - масса ускоренного иона, атома твердого тела соответственно, _n - длина свободного пробега иона в заготовке при торможении; Е - энергия иона.

Коэффициент распыления - это количество распыленных атомов, приходящихся на один бомбардирующий ион (атом)/ион). При распылении многокомпонентных материалов, для характеристики распыления пользуются парциальными коэффициентами распыления отдельных компонентов или коэффициентом распыления, выраженным в единицах молекула/ион» В случае, когда состав продуктов распыления является неопределенным (например, доя полимерных соединений типа фоторезистов), оперируют понятием скорости распыления при заданной мощности ионной обработки. Скорость ( V_р) и коэффициент распыления связаны соотношением:

(7.2.2)

где е- заряд электрона, Кл; - плотность материала, Г/см³; j - плотность тока ионов, А/см²; М₂ - масса атомов материала, Г/моль; N_А- число Авогадро, моль^-1.

Эффективность процесса ионного распыления определяется: зависимостью коэффициента распыления от характеристик бомбардирующих ионов (атомного номера, массы, энергии, направленности движения ионов по отношению к обрабатываемому материалу); от характеристик обрабатываемого материала (атомного номера, массы, относительной плотности, энергии связи атомов, составляющих материал, степени кристалличности материала и состояния его поверхности); плотность тока бомбардирующих ионов; влиянием среды (давления и состава остаточных и рабочих газов, наличием различного рода излучений) и т.п.

Для осуществления размерной обработки применяются ионно-лучевые установки, основным отличительным признаком которых от плазменных, является разделение зон образования энергетических ионов и обработки материалов. Зажигание разряда, формирование плазмы и ускорение ионов осуществляется в автономном устройстве - источнике ионов. Сформированные потоки ионов выходят из отверстия, множества отверстий или узких щелей той или имей формы, имеющих ограниченную газовую проводимость. Это обстоятельство позволяет обеспечить большой перепад давлений в зонах ионизации газа и обработки материалов. Высокое давление 10^-1- 10¹ Па в разрядной камере источника позволяет достигать высокой степени ионизации газа, относительно низкое давление 10^-2 - 10^-4 Па в зоне обработки позволяет сохранить энергию частиц. Обрабатываемое изделие (подложка или распыляемая мишень) находится под потенциалом земли, что обеспечивает его эффективное охлаждение и свободные манипуляции с ним.

Ионно-лучевые установки обеспечивают поток выбранного типа ионов (аргона, молекулярного кислорода, фосфора, бора и других элементов), энергия которых находится в диапазоне сотен тысяч электрон-вольт; плотность тока- несколько мА/см², при этом ионный пучок может фокусироваться до диаметра (1,5-5) мкм и сканироваться с помощью ЭВМ по обрабатываемости поверхности или может быть достаточно широким (несколько десятков мм). Схема одной из наиболее распространенной установки ионно-лучевого травления с источником типа Кауфмана представлена на рис. 7.2 . Ионизация газа (аргона) происходит в пространстве катод-анод при подаче на последний положительного потенциала 100 В. Эмитируемые катодом электроны, двигаясь в магнитном поле по направлению к аноду, вызывают ионизацию Направление электрического и магнитного полей в этом источнике совпадают. Образовавшиеся ионы вытягиваются из плазмы электрическим полем, создаваемым между высоковольтной сеткой и сеткой, имеющей потенциал земли. Весь элемент отбора и ускорения ионов состоит из трех сеток, третья расположена между первыми двумя сетками и имеет отрицательный относительно плазмы потенциал для отражения электронов. Сетки представляют собой диски со множеством отверстий, прозрачность которых составляет 80 %.

Как уже отмечалось современные процессы ИЯРО делятся на следующие разновидности (см. табл. 7.1): ионно-лучевое травление, нанесение ионно-лучевым распылением, реактивное ионно-лучевое нанесение, ионно-химическое травление. Рассмотрим кратко их характеристики.

Ионно-лучевое травление - распыление проводящих и диэлектрических материалов направленным пучком энергетических ионов инертных газов. Изменяя угол падения ионов на обрабатываемый материал, можно управлять травлением. Основное назначение процесса - создание элементов топологии интегральных микросхем на поверхности материалов.

Рис. 7.2. Схема ионно-лучевой установки травления с источником Кауфмана:

1- катод, 2- анод, 3- ускоряющая сетка, 4- отражающая электроны сетка, 5- заземленная сетка, 6- подложка, 7- рабочий стол, 8- катод нейтрализации, 9- соленоид, 10- рабочая камера.

При формообразовании поверхностей распылением осуществляю такие операции как: фрезерование, точение, сверление, разрезание, шлифование и полирование различных материалов, особенно тугоплавких и трудно обрабатываемых. Например, замена алмазного шлифования и полирования пластинок запоминающих устройств на ионное шлифование позволило уменьшить толщину пластинок до (10-20) мкм, а коэрцитивную силу в 15 раз. Режим шлифования: ток ионов аргона 100 мкА, энергия ионов б кэВ, угол бомбардировки 65, время обработки (0,5-1) час.

Ионный луч позволяет также изготовлять отверстия диаметром 25 А и более на глубину 10 мкм и более, а также фотошаблоны с размерами элементов 1,5-2 мкм без растравливания границ рисунка. При токарной обработке возможно получение деталей диаметром до 50 мкм и менее из хрупких твердых ми других материалов.

При ионно-лучевой очистке заготовок в технологии микроэлектронных устройств возможно достижение поверхностей близких к атомно-чистой при чередовании ионной бомбардировки с термическим обезгаживанием.

Ионно-химическое травление - травление материалов направленными пучками химически активных ионов. Удаление материала осуществляется при химическом и физическом взаимодействии иена с поверхностью. При малых энергиях иона преобладает химическое взаимодействие, при высоких - физическое. Химическая природа процесса ионно-химического травления обеспечивает его высокую избирательность воздействия на различные материалы.

Нанесение ионно-лучевым распылением - получение пленочных покрытий распылением материала мишени направляемым пучком энергетических ионов инертных газов. Распыленные частицы материала мишени достигают подложки без соударений о газом среды и сохраняют свою энергий) до конденсации на подложке.

Реактивное ионно-лучевое нанесение - получение сложных по составу пленочных покрытий распылением мишени пучком, содержащий ионы реактивного газа или в среде реактивного газа. Реактивное ионно-лучевое нанесение разделяют на: распыление материала мишени пучком ионов инертного газа о одновременной подачей реактивного газа в область конденсации пленки; распыление пучком, состоящим из смеси инертных и реактивных газов; распыление пучком состоящим только из ионов реактивного газа. Пленка, получаемая в данных процессах - продукт химического взаимодействия реактивного газа и распыленного материала. Данные процессы используются для получения кленок окислов, нитридов, оксинитридов, а также для синтеза новых материалов. Возможность гибкого управления, программирования и автоматизации контроля позволяют применять такие процессы, например, для выращивания элементов микросхем сложной структуры.

7.3. Плазменное травление и нанесение материалов

Основой рассматриваемых процессов, является использование низкотемпературной газовой плазмы низкого давления в качестве источника частиц для обработки материалов.

Плазма - электрически квазинейтральная система, в которой отрицательно заряженными частицами являются в основном электроны, положительно заряженными - ионы газа. Степень ионизации газа (отношение плотности заряженных я суммарной плотности нейтральных и заряженных частиц) колеблется в широких пределах от 10^-7 до 10^-1. Электроны обладают высокой средней энергией с Е_с=2*10^-19 -2* 10^-18 Дж (1- 12 эВ), соответствующей температуре Т=10⁴-10⁵ К, при этом их плотность достигает значений 10⁹-10¹²см ^-3. Атомные и молекулярные частицы имеют тепловые энергии, соответствующие температуре Т < 600 К, а их плотности достигают значений 10¹²-10¹² см^-3 при давлениях Р=10^-2-10² Па, характерных для плазмы.

Рассмотрим основные процессы плазменной обработки, а также сферы их практического применения в приборостроении.

Плазменное травление

Травление распылением в плазме - повсеместное или локальное удаление распылением в плазме инертных газов поверхностных слоев материала с целью очистки его от загрязнений или создания рельефа на поверхности. Бомбардировка ионами осуществляется при подаче на обрабатываемый материал высокого отрицательного электрического потенциала, ускоряющего ионы. Разновидности процесса определяются техническими средствами. К ним относятся катодное распыление на постоянном токе проводящих материалов и высокочастотное распыление проводящих и диэлектрических материалов. Катодное распыление осуществляется в диодных, триодных» тетродных системах при давлениях газа 0,1 - 1 Па. В этих условиях отсутствует направленность движения и моноэнергетичность ионов и распыленных частиц. До 90 % распыленных частиц материала отражается обратно на поверхность изделия в результате столкновений с атомами газа.

Высокочастотное (ВЧ) распыление осуществляется подачей на обрабатываемый материал переменного высокочастотного электрического потенциала. Высокоподвижные электроны плазмы за время положительного полпериода потенциала поступает на распыляемый материал в большом количестве, чем ионы за время отрицательного полпериода, создавая на нем отрицательный потенциал самосмещения, что ускоряет положительно заряженные ионы, осуществляющие обработку. Электроны нейтрализуют также положительный заряд, возникающий на диэлектрике при бомбардировке ионами, что обеспечивает условия для распыления д диэлектрика. Давление газа при ВЧ распылении составляет 5*10^-2 -1 Па. Увеличение эффективности ионизации и снижение давления достигается наложением на область разряда магнитного поля. Основное практическое применение травления распылением в плазме - очистка подложен перед нанесением на них пленочных покрытий.

Плазмохимическое травление (ПХТ)-удаление материала с поверхности в химически активной плазме. Плазма сформируется из галогеноуглеродов, кислорода, водорода, их смесей и других газов. Кислород и галогены - наиболее сильные окислители, водород -эффективный восстановитель. Радикалы и ионы этих газов способны взаимодействовать практически со всеми материалами. Необходимо, чтобы энергетические частицы реактивной плазмы образовывали с обрабатываемыми материалами летучие соединения при достаточно низших температурах. Их испарение с поверхности и последующая откачка обеспечивает необходимое удаление обрабатываемого материала. Для травления кремния и его соединений, металлов и других материалов используют различные виды хладонов (фреонов), а также СCl₄,SiF₄ ,XeF₂ , SF₆,BCl₃,NF₃ и их смеси с кислородом, азотом и инертными газами. Образование химически активной плазмы осуществляется в ВЧ или СВЧ электрическом разряде. Процесс проводится при давлениях 10^-1- 10² Па и позволяет получать структуры травления с разрежением, примерно равным толщине вытравливаемого слоя. Относительно низкая разрешающая способность процесса определяется диффузионным движением частиц плазмы к обрабатываемой поверхности. Основное назначение плазмохимического травления - травление элементов топологии, очистка поверхности и удаление фоторезиста после операций фотолитографии.

Разновидностью ПХТ является реактивное ионно-плазменное травление, при котором участвуют не только радикалы, но и химически активные ионы. К обрабатываемому материалу прикладывается отрицательный электрический потенциал, и процесс осуществляется при давлениях газа в пределах 10^-1 -10⁰Па. Ускорение ионов полем, а также более низкое давление позволяет обеспечить направленность движения ионов к подложке, что гарантирует относительно высокое разрешение процесса травления.

Оборудование для плазмохимической обработки делится на два основных вида. Первый - объемные системы; второй - планарные системы, в которых обрабатываемая подложка размещается на катоде и травление стимулируется ионной бомбардировкой. На рис .7.3 представлены схемы установок ИХТ. Объемные системы ПХТ используется в основном для снятия фоторезистивной маски после выполнения ею своих функций при травлении рисунков в пленках материалов» Такое оборудование, как правило обеспечивает групповую обработку подложек, поскольку не требуется прецизионности обработки. Разряд зажигается в реакторе при подаче ВЧ напряжения на обкладки конденсатора или индуктора, охватывающие реактор. Основная проблема в этом случав состоит в обеспечении равномерности травления и снижения тепловых нагрузок на подложки, что достигается распределением раза, подаваемого в реактор, предварительным смешиванием газов для получения необходимой смеси, введением перфорированного металлического цилиндра для ограничения зоны размещения подложек и их температуры.

Процесс реактивного ионно-плазменного травления осуществляется в условиях, когда на обрабатываемых подложках в условиях ВЧ разряда создается отрицательный относительно плазмы электрический потенциал, отбирающий и ускоряющий ионы из плазмы по направления к подложке. Существует ‘два пути создания потенциала на подложке в ВЧ разряде. Один - размещение подложки на электроде, площадь которого много меньше площади поверхности окружающих заземленных стенок реактора. Когда ВЧ напряжение прикладывается к электроду, постоянное смещение, равное приблизительно половине пикового напряжения, создается между подложками и плазмой. В то же время смещение между плазмой и стенками камеры не превышает нескольких вольт.

Рис. 7.3. Схемы устройств плазмохимического травления материалов:

а- объемная система ПХТ , б- планарная система с загруженным анодом, в- планарная система с загружаемым катодом, г- система с дополнительным магнетронным разрядом:

1- электрод возбуждения, 2- подложка, 3- перфорированный экран, 4- катод , 5- анод, 6- постоянные магниты, 7- сканирующее устройчство.

Смещение на подложке может достигать 200-500 В. Другой путь - подложку размещают на заземленном держателе и увеличивают потенциал плазмы относительно земли удерживанием её между двумя близко расположенными электродам. В этом случае потенциал плазмы относительно земли может достигать нескольких сотен вольт. Использование дополнительно организованного магнетронного разряда в окрещенных электрическом и магнитном полях позволяет значительно увеличить степень ионизации газа в системах ВЧ реактивного ионно-плазменного травления и снизить энергию ионов, бомбардирующих подложку (см. рис. 7.3 г). В этом случае на катод с обрабатываемыми подложками подается ВЧ потенциал и зажигается обычный ВЧ разряд. Система постоянных самарий-кобальтовых магнитов, расположенная под катодом, обеспечивает формирование вблизи поверхности катода плазменной петли, в которой достигается высокая плотность ионов. Механическим сканированием магнитной системы обеспечивается перемещение «плазменной петли» вдоль катода. В результате достигаются высокие скорости травления при допустимом по выделяемой мощности режиме для фоторезистов. Установки для плазмохимической обработки, как правило, автоматизированы. В них контролируется и регулируется; состав реактивного газа; скорость подачи его в рабочий объем; величина ВЧ или СВЧ мощности, вкладываемой в разряд давление газа; а также величина протравливания пленок и др.

Оборудование плазменного травления делится на два основных типа: групповой и поштучной обработки подложек. Установки групповой обработки - установки периодического действия, а шлюзовые - полунепрерывного и непрерывного действия.

На установках периодического действия больше часть технологического цикла составляют подготовительные операции: откачка, нагрев, охлаждение и т.п., при этом трудно создать повторяющиеся вакуумные условия, что вызывает значительный брак готовых изделий.

Использование шлюзовой загрузки партий подложек исключает вышеперечисленные недостатки. Большим недостатком установок групповой обработки является невозможность контроля обработки каждой подложки в партии, что снижает качество обработки.

Намечается тенденция в разработке установок непрерывного действия о поштучной обработкой, при которой каждая подложка последовательно передается из специальной кассеты через шлюз в вакуумную рабочую камеру и вновь через шлюз в другую кассету. Процесс полностью автоматизируется, исключая участие оператора.

Плазменное нанесение

Плазменное нанесение включает в себя процессы создания покрытий - пленок в вакууме на изделиях, в которых необходимый для получения покрытий материал переводится из твердый в газовую фазу распылением мишени энергетическими ионами. Распыленные частицы, осаждаясь на поверхности изделия, формируют пленку материала. Нанесение материалов является комплексным процессом и имеет следующие разновидности: ионно-плазменное, геттерное, реактивное ионно-плазменное нанесение и ионное осаждение. В этих разновидностях основными различиями являются вид используемого рабочего газа и условия осаждения пленок на изделия.

Плазменные нанесение в вакууме в ряде случаев равноценно или превосходит традиционный метод вакуумного напыления, в котором необходимый доя получения пленки материал переводится в газовую фазу испарением его с резистивного нагревателя или электронно-лучевым методом.

Ионно-плазменное нанесение- получение пленочных покрытий распылением в плазме инертных газов материала мишени при подаче на неё отрицательного электрического потенциала. Разновидности ионно-плазменного нанесения отличаются техническими средствами, обеспечивающими создание плазмы и бомбардировку распыляемой мишени: катодное распыление, ВЧ распыление, магнетронное распыление «Замагничивание» электронов в окрещенных электрическом и магнитном полях в условиях магнетронного разряда увеличивает вероятность их столкновения с атомами и эффективность ионизации газа, следовательно, увеличивается эффективность распыления мишени интенсивными потоками ионов. Давление газа в процессах ионно-плазменного нанесения составляет 5* 10²-10¹ Па. Высокая энергия распыленных частиц обеспечивает получение плотных с хорошей адгезией пленок многокомпонентных материале?, сплавов и соединений без изменения их стереометрического состава. Пленки получает практически любых материалов: металлов, полупроводников и диэлектриков. Схемы установок ионно-плазменного нанесения материалов представлены на рис. 7.4 .

Реактивное ионно-плазменное нанесение- получение сложных по составу пленочных покрытий распылением мишени в плазме, содержащий химически активный (реактивный) газ. Пленки формируются в результате химического взаимодействия распыленного материала и реактивного газа в основном на поверхности подложки и частично на поверхности распыляемой мишени. В качестве реактивного газа использует для получения пленок карбидом металлов метан, окислов - кислород, нитридов - азот, селенидов - парк селена и т.п. Заменой реактивного газа и регулированием его парциального давления можно изменять компонентный состав получаемых пленок.

Скорости плазменного нанесения материалов, в общем, ниже чем скорости вакуумного напыления. Этот недостаток метода постепенно преодолевается. При магнетронном распылении достигнуты сравнимые скорости нанесения. Однако из-за необходимости поддержания более высоких давлений газа количество загрязнений в пленках при плазменном нанесении больше, чем при вакуумном напылении. Для уменьшения загрязнения пленок остаточными газами при плазменном нанесении применяют различные приемы. Один из них -геттерное распыление,(позволяющее снизить давление остаточных газов в области осаждения пленки на подложку, здесь распыляется значительно большее количество материала, чем требуется для получения нужной толщины пленки, которое осаждается на большую площадь поверхности вакуумной камеры. Активные составляющие остаточных и загрязняющих газов (О₂, Н₂ , СН₄, СН₂ и др. связываются в геттерирующей пленке распыленного материала до тоге, как достигнут подложки. Реакция между распыленной пленкой и активами молекулами газа приводит к очистке среды нанесения.

Устройство такого распыления (см. рис. 7.4 г) имеет спаренный катод и рабочую камеру, разделенную на два объема. Поступающий в первый объем газ очищается от примесей в разряде в результате захвата их геттерирующей пленкой, после чего он подается в объем, где наносятся пленки на подложку» Данный процесс позволяет получать пленки в; малым )чиолем атомов загрязняющих примесей в условиях относительно низкого вакуума ( Р = 10^-2 Па.). Данным способом были получены сверхпроводящие пленки Nb, Ta, V₃Si, V₃ Ge, V₃ Ga в обычных вакуумных условиях.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Электроэрозионная и электрохимическая обработка. Расчет,

проектирование, изготовление и применение электродов-инструментов.