Устройство для нанесения покрытий в вакууме

 

Изобретение относится к конструкции пленарных магнетронов и позволяет в одном технологическом цикле.осуществлять ионное перемешивание наращиваемых магнетронным распылением пленок, ионно-индуцированное напыление, выращивание тонких пленок многослойных покрытий и р- n-структур. Устройство содержит основную кольцевую мишень магнетрона и дополнительную конусную мишень. Через рупорное отверстие анода магнетрона ионный пучок проникает в магнетрон и попадает на дополнительную мишень или на ростовую поверхность подложек. Центральный анод с одной стороны принимает электроны магнетронного разряда, с другой извлекает и ускоряет ионы из плазмы газоразрядного ионного источника. Вершина конуса дополнительной мишени обращена к аноду и занимает два устойчивых положения, одно в ряду с подложками, другое на расстоянии от анода в два раза превышающем расстояние кольцевая мишень-подложки. Вокруг магнетрона коаксиально установлен экран, электрически связанный с анодом. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 23 С 14/35

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4914977/21 (22) 27.02.91 (46) 07.08.93. Бюл. М 29 (71) Бурятский институт естественных наук

СО АН СССР (72) А.П.Семенов и Б.W.×,Áàòóåâ (56) Патент США 1Ф 4716340, кл, Н 01 J 7/24, 29,12.87.

Данилин Б,С, Магнетронные распылительные системы. М.; Радио и связь, 1982, с, 45, рис. 35 ж., с. 48, рис. 36 ж-и, с.

52, рис. 40, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ (57) Изобретение относится к конструкции планарных матнетронов и позволяет в одном технологическом цикле. осуществлять ионное перемешивание наращиваемых магнетронным распылением пленок, ионно-инИзобретение относится к устройствам для нанесения покрытий в вакууме, может быть использовано в производстве изделий электронной техники. в частности полупроводниковых детекторов ионизирующих излучений.

Целью изобретения является расширение функциональных и технологических возможностей путем использования центрального анода в качестве извлекающего и ускоряющего ионы электрода.

На чертеже показана конструкция предлагаемого устройства, Устройство состоит из основной кольцевой мишени 1, кольцевого постоянного магнита 2, полюсного наконечника 3, ., ЯЛ 1832134А1 дуцированное напыление, выращивание тонких пленок многослойных покрытий и ри-структур. Устройство содержит основную кольцевую мишень магнетрона и дополнительную конусную мишень. Через рупорное отверстие анода магнетрона ионный пучок проникает в магнетрон и попадает на дополнительную мишень или на ростовую поверхность подложек. Центральный анод с одной стороны принимает электроны магнетронного разряда, с другой извлекает и ускоряет ионы из плазмы газоразрядного ионного источника. Bepmi на конуса дополнительной мишени обращена к аноду и занимает два устойчивых положения, одно в ряду с подложками. другое на расстоянии от анода в два раза превышающем расстояние кольцевая мишень-подложки. Вокруг магнетрона коаксиально установлен экран, электрически связанный с анодом. электрически соединенных центрального анода 4 и экрана 5, причем экран установлен на периферии мишени 1. Магнит 2 и полюсной наконечник 3 образуют магнитную цепь, которая замыкается через мишень, обеспечивая у ее поверхности радиальное магнитное поле с индукцией 2,7 10 Тл. В центральном аноде выполнено расширяющееся трубчатое отверстие в форме рупора диаметром у основания 34 мм и у вершины

4 мм. Анод установлен соосно с эмиссионным каналом 6 в эмиттерном катоде 7 газоразрядного источника ионов 8. Параллельно мишени 1 на расстоянии 50 мм установлены подложки 9, На периферии подложек нагреватель 10. Дополнительная конусная ми1h32134

5 шень 11 находится в окружении подложек и занимает одно из двух, верхнее либо нижнее, голо>кение и снабжена механическлм приводом, Поперечные размеры пучка ионов 12 на уровне подложек легко зада1отся плазменной фокусировкой. При этом пучок распыляет дополнительную мишень (высокиа ускоряющие напряжения) или в ее отсутствии облуча>от только подложки (низкие ускоряющие напряжения). Электрическое питание (выпрямленное напряжение) подается на заземл8 н н ы и а >1од (и Ол Ожительный потенциал), на изолированную мишень магнетрона (отрицательный потенциал).

Устройство работает следу181цим обр ;ЭОМ.

Пример 1. Работа устройства в ре>киме получения неоднородно легированиь;х тонких пленок и слоистых структур. Сначала запускается магнетрон, Для этого устанавливается необходимое давление рабочего газа (аргон) в пределах 1 — 5 Па, подается от выпрямителя напряжение (0,6 — ) кВ между мишенью 1 и анодом 4, возбуждается разряд в скрещенных электрлческом и магнит.Ном полях. Магнитное поле удержи1>ает плазму разряда у поверхности мишени, В режиме равновесного горения (ток разряr„8

2А, напряжение 300 — 400 В) происходит .литенсивное распыление мишени 1 ио1 ами, ускоренными в катодном паденли потенциала. Поток распыленных атомов 13 сорта А поступает на ростовую поверхность подложек 9. В результате падения распыленных атомов на ростовую поверхность подложек идет наращлвание тонкой пленки до 88данных толщин. Затем процесс прерыг,-..;ется, включается газо разряди ь1 и источи«i ионов 8, из прикатодной плазмы которого заземленным анодом 4 от магнетрона лзвлекается пучок ионов аргона. Ускоренные .(напряжение извлечения 8-10 кВ) ионь. попадают на дополнителы у о мишень 11, которая в этом случае находится в верхнем положении на уровне подложек. При таких высоких напряжениях удается получить пучок ионов током 5-10 мА с малым углом расходимости Зо, изменением формы и положения эмиттирующей плазменной поверхности. В результате г>адения ионов на мишень 11 образуется поток распыленных атомов сорта В, которые на поверхности основнОй мишени 1 образу1от тонку1о пленку. После этого отключается источник ионов и снова запускается магнетрон, и атомы сорта В переносятся на ростову1о поверхность подложек 9, где уже сформирована пленка из атомов сорта А. Таким образом, на определе11ную глубину в тонкую пленку

10 ,2, j

3 ">

-"! 0

55 состоящую из атомов сорта А, заращивается слой атомов сорта В, и образуется слоистая структура А-В-А. Таких слоев можно сформировать несколько и на различных глубинах от поверхности.

Пример 2. Работа магнетрона в режиме выращивания тонких пленок в условиях ионной бомбардировки, которую ведут при низких ускоряющих напряжениях пучка (0,4-0,5) кР . Здесь наряду с ионным источником одновременно запускается планарный магнетрон. Кроме того, низкие напря>кения извлечения способствуют получсни>о сильно расходящегося ионного пучка, что обуславливают засветку широких

-: 8ÅÐÕÍOOò8é, КаКОВЫМИ ЯВЛЯЕТСЯ РОСтОВаЯ ..1оверх11ость подложек, При облучении росовой поверхности наращиваемых магнетронньгм распылением пленок, дополнителы1ая мишень 11 переводится в

НИХС11лг> ПОЛ ОЖ81.,148

Пример 3. Работа планарного магнетрона при создании р-и-структур путем двус, oг>о11ией >леталлизации подложек, осушестлляе.. л следу>ощим образом, Рассмотрим рабе..у устройства при изготовленил полуп роз.>д111лкового ионизационного детектс>ра. В качестве подложек используется 1сое1411ий ори ="l,lтации (100), Принцип запуска и раб>с>2 ".!1агиетроиа идентичен примеру

1. После за>кигаиия и установления равновесл1ого горен1>я 14агнетоонного разряда, ал1омиииевая мишень распыляется ионами и !101сидя1г2111ие мишень ато>4 ь1: л к>ми низ 3lo ступа1от иа кремниевые пластины. Через определенное воемя на кремний наращ1лвается пленка алюминия. Дополнитель41ая миц!еиь, выполненная иэ золота опускается в ниж 188 положение, Слабо расходящийся пучок ионов 12 аргона (ускоряющее напря>кеи1ие 8 — 10 «В) проникает между подло>1ска14и и падает иа дополнительную конусиу1О ми1леи ° 1 1. Поток распыленных атомов золота поступает на обратную сторону подложек, и образует тонкую пленку.

Малые скopocré;>аспыления поэвОля10т достаточно точно сформировать слои толщиной 110-30 нм.

Использован1ле предложенного устройства для нанесения тонких пленок обеспечивает по сравнени1о с существующими планарными магнетронами следующие преимущества:

1. Инжекцию ионного пучка вдоль оси магнетронв и выполнение одним электродом функций ускоря>ощего, извлекающего и анодного электродов, 2. Упрощается выращивание тонких плено", в одном технологическом цикле, в

1832134 частности многослойных покрытий и р-иструктур, 3. Инжекция ионного пучка позволяет осуществить ионное перемешивание наращиваемых магнетронным распылением пленок и ионно-индуцированное напыление, Конструкция значительно проще известных, что снижает металлоемкость и трудозатраты при ее изготовлении, Кроме того найдена экономичная, надежная техническая конструкция многофункционального планарного магнетрона по физико-эксплуатационным параметрам превосходящие типовые магнетроны выпускаемые зарубежными фирмами, и отечественного производства.

Формула изобретения

1, Устройство для нанесен 1я покрытий в вакууме, включающее соосна установленные газоразрядный ионный источник с выхбдной щелью, подложкодержатель и размещенный между ними планарный магнетрон, содержащий соосно установленные основную кольцевую мишень, ориентированную распыляемой поверхностью в сторону подложкодержателя, центральный анод со сквозным осевым отверстием и магнитную систему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей устройства за счет распыления многослойных и двухсторонних покры5 тий, оно снабжено экраном, электрически связанным с анодом магнетрона и установленным коаксиально вокруг магнетрона, и снабжено дополнительной центральной мишенью, выполненной в форме конуса, на10 правленного вершиной в сторону анода магнетрона, и установленной с возможностью изменения ее положения относительно подложкодержателя, при этом выходная щель ионного источник ориентирована на

15 дополнительную мишень, а отверстие анода магнетрона выполнено конусным, с увеличением конусности в сторону подложкодержателя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е20 с я тем, что дополнительная мишень установлена на уровне подложкодержателя, 3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что дополнительная мишень установлена за подложкодержателем на рассто25 янии от анода магнетрона, равном удвоенному расстоянию от основной мишени до подложкодержателя.