62 ELEKTRO 8-9/2014 Metody přípravy tenkých vrstev 1. Úvod Tenké vrstvy jsou dnes stále více využí-vány v mnoha technologiích. Používají se při výrobě elektronických součástek, k vytváření tvrdých povrchů hrotů různých nástrojů a po-vrchů odolných proti opotřebování. Tloušť-ka tenkých vrstev se pohybuje od několika nanometrů až po několik stovek mikromet-rů. Lze říci, že v téměř každé reálné aplikaci jsou povrchy pokryty určitou tenkou vrstvou, ať už úmyslně deponovanou či adsorbovanou z okolního prostředí. Všechny tyto vrstvy ovlivňují mechanické vlastnosti povrchů na mikro- a nanoúrovni.2. Metody přípravy tenkých vrstev Rozlišují se dvě hlavní metody výroby tenkých vrstev, a to metody fyzikální PVD (Physical Vapor Deposition – fyzikální de-pozice z plynné fáze) a chemické CVD (Che-mical Vapor Deposition – chemická depozi-ce z plynné fáze).Technologie PVD jsou za-loženy na fyzikálních principech. Vrstvy jsou deponovány z jednotlivých atomů nebo jejich shluků. Jestliže se na povrchu vrstvy během depozice objeví nějaká reakce, není nezbyt-ná pro růst tenké vrstvy. Jako příklady metod PVD lze uvést naprašování, napařování nebo iontové procesy (iontové plátování).Základem metod CVD jsou naopak che-mické reakce mezi vypařovanou látkou a okolními plyny, kapalinami nebo parami na povrchu substrátu. U těchto metod jsou k na-startování chemických reakcí vyžadovány relativně vysoké teploty (blízké 1 000 ° C). Existuje několik typů metod CVD. Liší se od sebe nastavením pracovních podmínek a způsobem vybuzení chemických reakcí. Příkladem metod CVD jsou PECVD, kde je využíváno plazma ke zvýšení rychlosti pro-cesu, epitaxe atomových či molekulových vrstev nebo CVD s pomocí laseru.3. Fyzika naprašování 3.1 Rozprašování terče Základním principem naprašování je bombardování terče energetickými částice-mi a jeho následné rozprašování do okolní-ho prostoru. Energetická částice dopadají-cí z okolí se srazí s jedním nebo dvěma ato-my terče. Poté nastává kolizní kaskáda mezi atomy v terči. Celou situaci shrnuje obr. 1. K bombardování jsou nejčastěji používány ionty inertních plynů, neutrály, elektrony či fotony (laserový paprsek).Lze definovat tzv. výtěžnost rozprašování. Jde o podíl mezi počtem dopadajících částic na terč a počtem rozprášených částic z ter-če. Hodnota výtěžnosti bývá ovlivněna tě-mito faktory:– energií dopadajících částic,– materiálem terče,– úhlem dopadu dopadajících částic,– krystalografickou strukturou povrchu terče.Během bombardování terče dopadajícími částicemi je zachována hybnost a energie. V praxi se energie dopadajících částic pohy-buje od 50 do 1 000 eV. Tato oblast je ozna-čována jako lavinový režim (knock-on sput-tering regime).Výtěžnost rozprašování závisí na mnoha faktorech. Úhel dopadu částic mezi trajek-torií dopadu a normálou k povrchu terče má velký vliv na celkovou výtěžnost rozprašo-vání. Maximální výtěžnost nastává pro úhel 45°, protože zasažený objem je blíže povrchu a může se snadněji rozprášit než při menších úhlech, kdy je zasažená oblast položena hlou-běji v terči. Pro větší úhly roste pravděpodob-nost, že se částice pouze odrazí a nenastane kolizní kaskáda.Výtěžnost také závisí na částicích, kte-rými je terč bombardován. Pro částice stej-né hmotnosti, z jakých je složen terč, je pře-nos hybnosti maximální. Zvětšuje se i ob-jem oblasti zasažené kolizní kaskádou, čímž narůstá výtěžnost rozprašování. Tento jev je často označován jako samorozprašování (self-sputter yield).3.2 Transport rozprášených částic Při bombardování terče ionty majícími energii několik set elektronvoltů se z terče rozprašují jednotlivé neutrální atomy. Avšak při rozprašování pomocí iontů s většími ener-giemi (energie větší než 10 keV) začína-jí mezi rozprášenými částicemi dominovat shluky (clustery) atomů terče. Tyto rozpráše-né částice musí urazit jistou dráhu (obvykle řádově centimetry), než dopadnou na substrát. Pracovní tlak pro většinu způsobů naprašo-vání se pohybuje v rozmezí 10–3 až 101 Pa, tzn. že se střední volná dráha atomů ply-nu pohybuje mezi 5 mm a 500 cm. To tro-chu komplikuje transport rozprášených čás-tic k substrátu.Při nízkých tlacích (nižších než 0,1 Pa) částice na své cestě prodělá zanedbatelný počet srážek, takže tyto srážky ve výsled-ku neovlivňují kinetickou energii dopada-jících částic. Tento jev se nazývá balistic-ký neboli bezsrážkový transport. Průměrná kinetická energie může být i desetkrát vět-ší než kinetická energie tepelného pohybu částic. Částice se často zabudují do horní vrstvy substrátu. Získávají se takto hus-té vrstvy složené z malých zrn s relativně dobrou adhezí.S rostoucím tlakem v komoře vzrůstá i pravděpodobnost srážky putující částice s částicemi okolního plynu. Tento jev začíná být významný od tlaku řádově desetiny pas-calu. Rozprášené částice srážkami předávají kinetickou energii okolnímu plynu. Tím jej Ing. Doaa Yahya, Katedra mikroelektroniky, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, VUT v Brnědopadající energetická částice rozprášený atom rozprášený atom atomy terče Schéma vzniku kolizní kaskády