Способ вакуумного нанесения тонких пленок

 

Изобретение относится к нанесению покрытий для целей электроники. Цель изобретения -сохранение плотности пленок при уменьшении их толщины. Тонкие покрытия плотной структуры получены ионным распылением мишени при использовании пучка ионов атомной массы М^^12, с длительностью пучка ^10'^с и плотностью мощности, обеспечивающей высокоскоростное ос.аждение плотной плазмы на подложку. Значение плотности рассчитывают из математического выражения, .проводи- , мого в формуле изобретения. 1 табл.

CONS СОВЕТСКИХ

ВЗ

РЕСПУБЛИК (53)5 С 23 С 14/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л Г

| где 3 енса и

М элементов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTNPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

\ (21) ч735900/21 (22) 07.09.89 (46) 30.01.92. Бюл. и 4 (71) Научно-исследовательский институт ядерной Физики при Томском политехническом институте им. С.М. Кирова (72) А,Н. Закутаев, И.Ф. Исаков и Г.Е. Ремнев (53) .621.794 (088;8) (56) Shimotarief I. al Арр1. I

Phys, 1988, ч. 63, N 968».

flax В.С., Ремнев Т.Е., Сулакшин С.С., Чистяков С.А. Труды

2-ой международной конФеренции по электронно-лучевым технологиям

ЭЛТ-88, Варна, Болгария, 1988, с. 791-795.

Изобретение относится к электроФизическим методам нанесения пленочных покрытий для целей электроники, электротехники, машиностроения и других отраслей, где необходимо применение тонких йленок, и может быть исполь-: зовано для получения многослойных тонкопленочных структур. цель изобретения - сохранение плотности пленок при уменьшении их толщины.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения пленочных: покрытий, вклочающем распыление мишени из наносимого покрытия мощным пучком ионов, распыление мишени

„,SU„„1708919 А 1.2 (54) СПОСОБ ВАКУУМНОГО НАНЕСЕНИЯ

ТОНКИХ ПЛЕНОК (57) Изобретение относится к нанесению покрытий для целей электроники.

Цель изобретения - сохранение плот" . ности пленок при уменьшении их толщины. Тонкие покрытия плотной структуры получены ионным распылением мишени при использовании пучка ионов атомной массы М 12, с длительностью пучка <10 7с и плотностью мощности, обе спечивающей высокоскоростное осаждение плотной плазмы на подложку.

Значение плотности рассчитывают из математического выражения, .проводимого в Формуле изобретения. 1 табл. проводят пучком ионов тяжелой массы (М Э.12), длительность импульса тока ионов 10 7с, плотностью мощности:

9 Н l

Р 7 ИШ -0 Вт/см г" У

/ Ц удельная плотность материала мишени, г/смз: скрытая удельная теплота испарения материала мишени, Дж/г; длина пробега ионов пучка в материале мишени, см; длительность импульса, с. массовое число химических ионного пучка.

3 1 089

Этим способом на подложке формируют с высокой скоростью напыления плотные тонкие пленки равномерной толщины из различных материалов. Иишень распыляют мощным пучком тяжелых ионов сечением, равным или большим размерам формируемой пленки. Получе» ние плотных тонких пленок производится путем высокоскоростных осаждений 10 высокоплотной плазмы, образующейся = при распылении мишени ионным потоком, и достигается по сравнению с легкими ионами высокой удельной плотностью энерговклада пу ка я мишень, например при той же плотности мощности ионного пучка. За счет меньшей толщины испаренного слоя мишени возможно получение более . тонких пленок, При этом подложку можно размещать на небольшом расстоянии от мишени, что в свою очередь сокращает время осаждения и увеличивает скорость осаждения пленки. Нижний npe" дел плотности моа(ности пучка определяется как необходимый для испарения 25 мишени на глубину пробега ионов, ниже которого снижается эффективность плаз" мообразования, и соответственйо качество пленок.

Для того, чтобы уменьшить потери энергии за счет теплопроводности необходимо, чтобы длина пробега ионов

1д,была больше или сравнима с расстоянием, на которое распространяется тепловая волна за время действия импульса t< так как: .1

1о г (- " ) где g - коэффициент температуропро- 40 водности.

9тсюда вытекает необходимая длительность импульса сц о (u )

19, Пример. Для распыления использовали мишени из кадмия и меди.

B таблице приведены рассчитанные по формуле значения плотности мощности

Р, необходимой для испарения мишени из этих материалов на глубину 1, соответствующей плотности тока I u длительности импульсов тока 5 10 с.

В экспериментах использовали сильноточный технологический ускоритель. .Параиетры пучка ионов углерода: энергия 300 кэВ, плотность тока 150 А/см2 длительность импульса 50 нс. НапылеУ ние проводили в камере с давлением

-4

10 мм рт.ст. Расстояние между подложкой и мишенью составляло 20 мм.

Способ вакуумного напыления тонких пленок поясняется таблицей.

Способ позволяет осуществить сверхбыстрое осаждение распыленного материала на подложку с получением плотной тонкой пленки. Эффективная скорость о напыления составляет (0 5-3) 1О .А/с, время охлаждения 10 с, что позволяет. осаждать сплошные пленки малых толщин (100 И,) сплошность которых обеспечивается, главным образом, за счет сверхбыстрого осаждения.

Формула и зоб ре те н ия

Способ вакуумного нанесения тонких пленок, включающий распыление мишени из наносимого материала ионным пуч-, ком и осаждение материала на подложку, отличающийся тем, что, с целью сохранения плотности пленок при уменьшении .их толщины, распыление выполняют ионным пучком хиМических элементов с массовым чис-7 лом N r l2, с длительностью пучка 1010 с и плотностью мощности пучка, выбираемой из выражения:

PZ (P 6H„ ° l ):t:ö, Вт/см2

1-де f

ЬНисв1

Для различных материалов мишени наи" более оптимальна длительность импульса с точки зрения максимального коэффициента использования энергии пучка, 50 определенная из соотношения (1а), менее 10 с. удельная плотность материала, г/см ; удельная теплота испарения материала мишени, Дж/г; длина пробела ионов пучка в материале мишени см; длительность импульса, с.

1708919

Иатери- Е, ИзВ

Качество пленок

Метод анализа

Р, Вт/си2 не. менее

I, А/см не менее

Материал подложи

10 э икм ра тура подлокки, С ал ми1 шени.,Cd Ионы C+

0ю3 . 059 0 910т

30 Al, Si керамика

20 300

0.6 0,90- 1,4 10

1.9 10т

1,0 1,21

Ионы Al

0,57 8,8 10

0,83 1,3 ° I пт ь

0,6

l,0 йоны

0,7.10т

1,0

Со Ионы э

3,5 ° 10

Сллоеная Просеечивав-. монокрис- щая электран-. талличес- ная микрокой струк" сколия туры

0,3

117 :LiP вас1 300 50

5,5 1Вт

7,5-10т

0,6

1,0

92

0,6

3 3,10т

4,9 1пт

1,0

9 ° 10

0,34

1,0

Составитель А. Закутаев

Техред И.дидик Корректор А 06РУчаР

Редактор R. Киштулинец

Заказ 407 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета,по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ю «юю ю а е ею ««»»»»еюю» ею»ею»ею»»ее»»ю юю

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина,101, r °

0,47

С

0,41

0,64

0,88

0 39

0,57

Fe+

Толцина пленки за один импульс облучения, Я

Плотность пленки, близкая к исходному материалу

Зеркально гладкая поверхность

Резерфордоаское обратное рассеяние .

Растровая электронная микро- скогия