Преимущества и недостатки этих методов
Магнетронное распыление
Работа магнетронного распылительного устройства основана на свойствах катодной области аномального тлеющего газового разряда, в которой катод (мишень) распыляется под действием ионной бомбардировки. Приложенное в области катода перпендикулярно электрическому магнитное поле позволяет снизить рабочее давление плазмообразующего газа без уменьшения интенсивности ионной бомбардировки и улучшить условия транспортировки распыляемого вещества к подложке. Это происходит благодаря уменьшению рассеяния, вызванного соударениями с молекулами газа. Между катодом и подложкой возникает зона низкотемпературной плазмы. Распыляемые частицы осаждаются в виде тонкого слоя, а также частично рассеиваются и осаждаются на стенках рабочей камеры.
При использовании разряда постоянного тока (DC-магнетрон) можно распылять различные металлы и их сплавы (ванадий, хром, никель, титан, медь, серебро, нержавеющая сталь, латунь, бронза и др.), а также получать их химические соединения, добавляя в плазмообразующий газ (аргон) соответствующие реактивные газы (кислород, азот и др.).
Так, если в содержащую титановую мишень систему во время распыления вводить азот, то можно получить пленку нитрида титана, а введение, например, кислорода, позволяет получать на поверхности подложки пленку двуокиси титана.
Варьируя содержание реактивного газа и скорость напыления, удается получать пленки разной толщины, химического и фазового состава.
Используемые газы:
– Ar для напыления Cu, Cr, Ni, V и т.д.;
– O2 для очистки подложек в ВЧ-плазме и напыления оксидов VxOx-y (CuxOx-y и т.д.) в совокупности с Ar;
– N2 для напыления нитридов различных материалов.
DC-магнетрон является современным вариантом устройства катодного распыления материалов в вакууме с использованием источника постоянного тока для нанесения проводящих покрытий на изделия. Принцип его действия основан на явлении физического распыления катода (материала мишени) ускоренными ионами рабочего газа, которые бомбардируют поверхность мишени под действием приложенного отрицательного потенциала.
Характерной особенностью магнетронов является использование специальной магнитной системы, которая создает над распыляемой мишенью замкнутое по контуру туннелеобразное магнитное поле. Благодаря этому полю создаются условия для получения локализованной плазмы высокой плотности и, соответственно, высокой плотности ионных токов, распыляемых мишенью. В результате достигается высокая производительность распыления материалов. Конструктивные принципы построения магнетронных устройств позволяют достаточно просто реализовать задачу нанесения однородных покрытий на широкоформатные поверхности.
Адгезия металлических слоев с подложкой у пленок, полученных магнетронным способом, существенно выше, чем у таких же пленок, полученных термовакуумным напылением, при сравнимых скоростях напыления. Это связано с более высокой энергией конденсирующихся частиц при магнетронном распылении и дополнительной активацией поверхности подложки действием плазмы.
В отличие от других способов нанесения тонкопленочных покрытий, способ магнетронного распыления позволяет достаточно точно регулировать толщину металлического слоя, а значит, его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью.
Метод магнетронного распыления позволяет получать тонкие пленки высокого качества с рекордными физическими характеристиками (толщина, пористость, адгезия и пр.), а также проводить послойный синтез новых структур (структурный дизайн), создавая пленку буквально на уровне атомных плоскостей.
1.3.2. Электронно-лучевое испарение
В электронно-лучевом испарении, катод эмитирует сфокусированный магнитным полем высоко энергетический пучок электронов, который попадая на материал в тигле уносит с тигля напыляемый материал, осаждаемый на подложку. Мощные испарители и наборы испарителей с упорядоченным дизайном позволяют получать высокие скорости роста пленки и высокие толщины пленок. Также такой дизайн позволяет увеличить количество процессов и время напыления до развакуумирования камеры для восполнения испаряемого материала в источнике.
Нанесение тугоплавких материалов может достигать высоких скоростей, что может эффективно использоваться для увеличения жаропрочности металлических и керамических пленок. Испаряемый осаждаемый материал может поддерживать поверхностный слой нерасплавленного материала, защищающий тигель от коррозии или от загрязнения
Тонкопленочные резисторы
В гибридных ИМС широко используют тонкопленочные резисторы, которые наносят на подложки в виде узких полосок (или иных конфигураций), заканчивающихся контактными площадками с высокой проводимостью рис. 3.
Рис. 3. Конструкции тонкопленочных резисторов: 1-резистивная пленка; 2- пленочные контактные площадки
Качество резистивных пленок оценивают удельным поверхностным сопротивлением рs. Значение рs зависит от удельного сопротивления материала и толщины пленки и является постоянным для пленочного резистора квадратной формы любых размеров. Действительно, если принять, что сторона квадрата пленки из материала с удельным сопротивлением р равна а, а толщина d, то сопротивление:
