Магнетронная распылительная система для нанесения проводящих материалов

УДК 537.634

Н. В. ЛЕОНОВИЧ, А. В. АКСЮЧИЦ, Ю.В.ЗАПОРОЖЧЕНКО

МАГНЕТРОННАЯ РАСПЫЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ

        Представлены результаты исследования разработанной магнетронной распылительной системы(МРС). Построена модель магнитной системы данного магнетрона. Представлены результаты экспериментальных исследований вольт-амперных характеристик разряда.

  Тонкопленочные технологии находят широкое применение в микро- и наноэлектронике для изготовления изделий магнито-, крио-, оптоэлектроники и для получения широкого круга оптических покрытий различного назначения. Следует подчеркнуть, что поведение электронов в тонких пленках качественно отличается от поведения в массивах благодаря возникновению новых, так называемых квантовых размерных эффектов. Эти явления используют, в частности, в тонкопленочных микросхемах, составляющих основу современной микроэлектроники. Для получения таких тонких плёнок можно использовать магнетронные распылительные системы.

Физический принцип работы основан на распылении материала, которое происходит за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа, образующимся в аномальном тлеющем разряде. Высокая скорость распыления, характерная для этих систем, достигается увеличением плотности ионного тока за счет локализации плазмы у распыляемой поверхности мишени с помощью сильного поперечного магнитного поля, которое снижает подвижность электронов поперек силовых линий магнитного поля. При подаче постоянного напряжения между мишенью (отрицательный потенциал) и анодом (положительный потенциал) возникает неоднородное электрическое поле и возбуждает аномальный тлеющий разряд.

[pic 1]

а)

[pic 2]

б)

Рисунок 1– Схематическое изображение  ионно-плазменной магнетронной распылительной системы

Как видно из рисунка 1а магнетрон состоит из корпуса, системы охлаждения, магнитной системы, мишени. В качестве источника поля использованы постоянные магниты из NdFeB с остаточной магнитной индукцией для центрального 550 и для периферийных 300 мТл. Для работы МРС в камеру подается рабочий газ - аргон.

Основная задача в процессе моделирования заключалась в формировании эффективной магнитной ловушка, которая позволяет повысить коэффициент использования материала мишени. Рассчет производился в програме COMSOL Multiphysics, модель магнитного поля показана на рисунке 1б.

Приведенные на рисунке 2 зависимости показывают, что величина горизонтальной составляющей (Вх) индукции магнитного поля превышает вертикальную составляющую (Ву) магнитного поля в форме кольца шириной от 25 до 30 мм над мишенью. В этой области наибольшая эффективность магнитной ловушки. Происходит дрейф замагниченных электронов с последующей ионизацией и активным распылением мишени. На рисунке 2 представлено распределение величины магнитной индукции в зависимости от диаметра мишени на расстоянии одного миллиметра 2а и пяти миллиметров над мишенью 2б.