RU1760776C

RU1760776C - Способ магнетронного напыления тонких пленок

Info

Publication number: RU1760776C
Authority: RU
Inventors: В.В. Вильде; В.И. Макейчев; Г.С. Шофман
Original assignee: Научно-исследовательский институт знакосинтезирующей электроники "Волга"
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1994-08-30

Abstract

Изобретение относится к электронной вакуумной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа. Способ магнетронного напыления включает подогрев подложек и напыление на них пленок одним и тем же магнетронным источником. Новым в способе магнетронного напыления является то, что подогрев поверхности подложек проводят во время напыления, причем подогрев осуществляют потоком электронов плазмы, получаемым при кратковременном выключении электромагнита переменного тока, во время измерения полярности тока в обмотках электромагнита. Переменный ток в обмотке электромагнита приводит к периодическому возбуждению и гашению плазмы. В этот переходный период электроны плазмы, не удерживаемые магнитным полем соленоида, бомбардируют подложку и нагревают ее. Величину подогрева можно регулировать как изменением величины тока электромагнита, так и изменением частоты переменного тока.

Description

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано, в частности, в микроэлектронике и индикаторной технике.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей.

Указанная цель достигается тем, что во время напыления проводят подогрев поверхности подложек, причем подогрев осуществляют потоком электронов плазмы, получаемым при пропускании через обмотку электромагнита магнетрона переменного тока.

Способ основан на эффекте возникновения потоков электронов при кратковременном включении плазмы при изменении направления переменного тока на электромагните.

Ток магнетрона обусловлен ионизацией молекул рабочего газа (аргона), ионизация сопровождается образованием электронов, однако вследствие спирального движения электронов их количество Qе в n раз превышает количество ионов Qi, содержащихся в данный момент времени в объеме магнетронной камеры. В рабочем режиме магнетрона электроны, удерживаемые магнитным полем, не попадают на подложку, находящуюся под положительным напряжением U_р, ионы бомбардируют мишень, при этом на ней выделяется мощность Р = I ˙U_p, где I - ток магнетрона,
I=

· U

=

·

,, (1) где d - расстояние между мишенью и подложкой;
е - разряд электрона;
m_i - масса иона (Ar).

Количество электронов
Q_e= nQ_i= n

, при циклическом с частотой f изменении направления тока в электромагните на подложке будет выделена мощность нагрева
P_н=

·

· f = Q_e·U_xx·f=

.. (2)
Формула (2), хотя и выведена с грубыми допущениями отвода электронов на анод, в части отсутствия учета столкновений ионов, усреднений по объему магнетрона, в целом хорошо характеризует физический процесс.

Числовой расчет, проведенный применительно к существующему режиму установки вакуумного магнетронного напыления типа И4.083.0045 (I = 50 А; U_xx = =2000 В; d = 12 см; t = 50 Гц; U_p = 650 В; n - неизвестная величина; е = 4,8˙ 10^-10 СГСЭ; m_i = 40 1,67 ˙10^-24 г), дает для n = 10 Р_н = 110 Вт.

Нагрев сосредоточен под зоной эрозии магнетрона шириной 10 см. Таким образом, удельная мощность нагрева составит 110/10 = 11 Вт/см. Для сравнения отметим, что кварцевый нагреватель установки имеет мощность 4,4 кВт на длине подложки 65 см, т.е. он обеспечивает 67,6 Вт/см.

Практически предлагаемый способ может быть реализован на установке типа И4.083.0045 при пропускании переменного тока через обмотку электромагнита магнетрона. Для этого обмотка электромагнита должна быть выполнена секционированной. Переменный ток в обмотке электромагнита приводит к периодическому возбуждению и гашению плазмы, т.е. к периодическому изменению нагрузки источника питания магнетрона. В отсутствиe плазмы источник питания магнетрона вырабатывает напряжение холостого хода Uхх, в переходных периодах зажигания и гашения плазмы электроны плазмы, не удерживаемые магнитным полeм соленоида, бомбардируют подложку и нагревают ее. Величину подогрева можно регулировать как изменением величины тока электромагнита, так и изменением частоты переменного тока.

Использование предлагаемого способа магнетронного напыления обеспечивает по сравнению с известными способами (прототипом) следующие преимущества. Повышается качество напыляемых пленок за счет подогрева поверхности подложек во время напыления (улучшается адгезия напыляемых пленок к подложкам, исключаются шелушение и проколы пленок). Кроме того, результатом нагрева поверхности напыляемых подложек потоком электронов является экономичность процесса, так как в целом подложка и подложкодержатель остаются холодными. Исключение дополнительных нагревателей позволяет достичь лучшего вакуума в камере магнетрона, что способствует повышению качества пленок. Преимуществом изобретения является отсутствие заметной капельной фазы в структуре напыляемой пленки, так как дуговые разряды, ее вызывающие, ограничены в данном способе временем длительности импульса горения плазмы.

Claims

СПОСОБ МАГНЕТРОННОГО НАПЫЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК, включающий формирование в магнетронном источнике магнитного поля электромагнитом переменного тока, зажигание разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях, распыление материала катода и осаждение его на подложку, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, перед осаждением осуществляют нагрев подложек магнетронным источником, причем нагрев подложек осуществляют потоком электронов, бомбардирующих подложку при выключении электромагнита на время изменения направления переменного тока.