Катодное напыление

Схема этого метода показана на рисунке 3.7б. Здесь большинство компонентов те же, что и на рисунке 3.7а. Однако отсутствует испаритель; его место по расположению (и по функции) занимает катод 6, который либо состоит из напыляемого вещества, либо электрически контактирует с ним. Роль анода вы­полняет подложка вместе с держателем.

Подколпачное пространство сначала откачивают до 10^-5-10^{-6 мм рт. ст., а затем в него вводят некоторое количество очищенного нейтрального газа (чаще всего аргона), так что создает­ся давление 10-1} - 10^{-2 мм рт, ст. При подаче высокого отрицательного (2-3 кВ) напряжения на катод 6 (анод заземлен из соображений электробез­опасности) в пространстве анод - катод возникает аномальный тлеющий разряд, сопровождающийся образованием электронно-ионной плазмы.}

Специфика аномального тлеющего разряда состоит в том, что в прикатодном пространстве образуется настолько сильное электри­ческое поле, что положительные ионы газа, ускоряемые этим полем и бом­бардирующие катод, выбивают из него не только электроны (необходи­мые для поддержания разряда), но и нейтральные атомы. Тем самым катод постепенно разрушается. В обычных газоразрядных приборах разрушение катода недопустимо (поэтому в них используется нормальный тлеющий разряд), но в данном случае выбивание атомов из катода являет­ся полезным процессом, аналогичным испарению.

Важным преимуществом катодно­го напыления по сравнению с терми­чес- ким является то, что распыление катода не связано с высокой температурой. Соответственно отпадают трудности при напылении тугоплавких материалов и химических соединений (см. последний абзац преды­дущего раздела).

Однако в данном методе катод (т. е. напыляемый материал), будучи элементом газоразрядной цепи, должен обладать высокой электропроводностью. Такое требование ограничивает ассорти­мент напыляемых материалов. В частности, оказывается невозмож­ным напыление диэлектриков, в том числе многих окислов и дру­гих химических соединений, распространенных в технологии полу­проводниковых приборов.

Это ограничение в значительной мере устраняется при исполь­зовании так называемого реактивного (или химического) катодного напыления, особенность которого состоит в добавлении к основной массе инертного газа небольшого количества активных газов, способных образовывать необходимые химические соединения с рас­пыляемым материалом катода. Например, примешивая к аргону кис­лород, можно вырастить на подложке пленку окисла. Примешивая азот или моноокись углерода, можно получить нитриды или кар­биды соответствующих металлов. В зависимости от парциального давления активного газа химическая реакция может происходить либо на катоде (и тогда на подложке осаждается уже готовое соединение), либо на подложке - аноде.

Недостатками катодного напыления в целом являются неко­торая загрязненность пленок (из-за использования сравнительно низкого вакуума) меньшая по сравнению с термическим методом скорость напыления (по той же причине), а также сложность конт­роля процессов.