Рекомендации по выбору типа блока питания магнетрона

Сопоставим теперь свойства пленок, получаемых в режимах, соответствующих различным областям ВАХ. В первой области режимов мощность разряда велика, мишень свободна от слоя химического соединения, в силу этих причин скорость её распыления высока. В то же время парциальное давление реактивного газа мало, поэтому образуются пленки со значительным дефицитом реактивного газа. Состав их далек от стехиометрического.

Во второй области парциальное давление реактивного газа достаточно велико для образования пленок химического соединения стехиометрического и даже сверхстехиометрического состава. Однако из-за малых мощностей разряда и из-за того, что поверхность мишени покрыта слоем химического соединения, коэффициент распыления которого мал, скорость роста пленок в этой области режимов очень невысока.

Для получения стехиометрических пленок с высокой произво­дительностью наибольший интерес представляет область переходных режимов. В ней при плавном увеличении скорости распыления монотонно снижается парциальное давление реактивного газа. В результате плавно изменяется состав пленок в сторону уменьшения доли реактивного газа. Это позволяет уверенно управлять составом получаемых пленок, выбирая положение рабочей точки на вольт-амперной характеристике разряда.

Итак, знание формы ВАХ разряда позволяет правильно выбрать тип источника питания и получить устойчивые режимы электрического разряда в смеси инертного и реактивного газов. Но вольт-амперная характеристика позволяет также контролировать состав газовой среды и точно регулировать потоки обоих газов в рабочую камеру. Ниже это будет проиллюстрировано сначала для потока реактивного газа.

На рисунке 2.6 показаны ВАХ разряда магнетрона с кремниевой мишенью в смеси аргона и азота. Скорость откачки камеры и по­ток аргона были постоянны. Хорошо видны стадии превращения монотонной вольт-амперной характеристики в аргоне в N-образную ВАХ в смеси газов. При стабилизации напряжения разряда рост потока азота сопровождается ростом тока разряда и, соответственно, скорости распыления. Причем зависимости эти однозначны, т. е. при увеличении или уменьшении потока азота каждому его значению соответствует одно значение тока разряда. Это дает возможность контролировать поток азота по току разряда. Можно сказать, что здесь магнетрон работает как измеритель парциального давления реактивного газа.

Рис. 2.6. ВАХ магнетрона с кремниевой мишенью в аргоне (1) и в смеси аргона и азота при возрастающих давлениях азота (2,3,4,5)

Тот же способ контроля можно использовать и в случае S-образных вольт-амперных характеристик разряда. На рисунке 2.7. изображены ВАХ разряда в магнетроне с ниобиевой мишенью в смеси аргона и азота. При использовании источника питания со стабилизированным током напряжение разряда плавно растет с ростом потока азота, что позволяет его уверенно контролировать.

Рис. 2.7. ВАХ магнетрона с ниобиевой мишенью в аргоне (1) и в смеси аргона и азота при возрастающих давлениях азота (2, 3, 4)

На состав получаемых пленок и скорость их нанесения кроме парциального давления реактивного газа существенное влияние оказывает давление аргона в вакуумной камере, что отражается во влиянии его на ВАХ разряда (рис. 2.8).

На рисунке 2.8 приведены ВАХ разряда в магнетроне с кремниевой мишенью, полученные при постоянном потоке азота и различных давлениях аргона. Особенностью их является слабое влияние давления аргона на ток разряда в области минимума тока и значительное влияние в области максимума тока. Это позволяет по величине максимума тока регулировать количество аргона, делая это, конечно, после регулировки потока азота. Для достижения большей точности «подгонки» формы ВАХ регулировки потоков газов можно повторить.

Рис. 2.8. ВАХ магнетрона с кремниевой мишенью в смеси аргона и азота

при различных давлениях аргона в камере

Приведенные выше ВАХ реактивного разряда получены в планарных магнетронах с круглой мишенью диаметром 150 мм. Но указанные зависимости имеют место и в протяженном магнетроне с размером мишени 1400x120 мм². В таком магнетроне распыляли алюминиевую мишень в смеси аргона и азота. Полученная в этом процессе ВАХ приведена на рис. 2.9.

Описанный способ регулировки потоков газов по ВАХ разряда обеспечивают высокую (не хуже ±5%) воспроизводимость состава и толщины получаемых пленок. Его достоинства и преимущества по сравнению с другими методами состоят в том, что с его помощью контролируется ситуация непосредственно в разряде. Кроме того, автоматически учитываются обычно слабо контролируемые параметры процесса, такие как быстрота откачки вакуумных систем.

Рис. 2.9. ВАХ магнетрона с алюминиевой мишенью в смеси арго­на и азота