Катодный узел

Катодный узел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

Б.Ф.Мочалов, А.А.Фомин и В.И.Кузнецов (7!) Заявитель

1 !

Московский институт электронной техники(54) КАТОДНЫИ УЭЕЛ

Изобретение относится к нанесению тонких диэлектрических пленок путем ионного распыления материала в вакууме.

Известен катодный узел, преимущественно для ионно-плазменного нанесения диэлектрических пленок в вакууме, еодержащее катод-мишень, анод jl).

Однако в подобных устройствах не удается получать толстые слои диэлектриков с толщиной более 1 мкм .из-за малой скорости напыления, которая составляет 0,3-1,0 мкм/ч, в товремя как при изготовлении акустоэлектронных приборов необходимы слои диэлектриков толщиной до 15 мкм.

Этот недостаток частично устранен. в устройствах ионно-плазменного распыления, где скорость нанесения пленки значительно выше., Наиболее близким по технической сущности является катодный узел, преимущественно для сопло-плазмен2 ного нанесения диэлектрических пленок в вакууме, содержащий катод, мишень, анод, магнитную систему. Такой катодный узел позволяет получить высокие скорости нанесения пленок и, следовательно, значительно снизить время получения толстых слоев (2).

Однако толстые диэлектрические слои совершенной структуры не могут быть получены из-эа пассивации анода, вызванной растущей на нем диэлектрической пленкой. Пассивация металлического катода отсутствует ввиду высокой скорости распыления — диэлектрическая пленка не успевает

15 образовываться.

При пассивации анода возрастает электронный ток на,заземленный: подложкодержатель и детали подколпачного

10 устройства. Под воздействием элект" ронного тока появляется отрицательный плавающий . потенциал на,пассивированных поверхностях.За счет этого тлеющий разряд выходит за пРеделы

910843

3 распылительной ячейки, последнее прнводит к РезкомУ увеличению десорбции загрязняющих примесей с поверхности деталей подколпачного устройства. В основном десорбируются молекулы Hgб, СО, О и т.д.

Пленка образующаяся на подложке, подвергается воздействию реактивных газовых загрязнений. Одновременно при вытягивании плазмы в объем под- 1р колпачного устройства подложка оказывается в зоне разряда. Последнее обстоятельство приводит к дополнительному неконтролируемому разогреву поверхности подложки на 150-250 С, !»

Оба этих фактора существенно снижают

t качество кристаллической структуры растущей диэлектрической пленки.

В процессе напыления может происходить пробой диэлектрической пленки, щ образованной на аноде. Подобные пробои приводят к нестабильностям разряЬ да. С увеличением толщины диэлектрической пленки. на аноде разряд постепенно затухает и может погаснуть 2» совсем. Все это приводит к контролируемому уменьшению скорости распыления в процессе работы.

Наконец, при осаждении пленки на подложку она оказывается под воэ- За действием плавающего потенциала, наведенного воздействием плазмы. Величина плавающего потенциала может достигать 100 — 300 В в зависимости от приложенного. катодного потенциала и геометрии устройства. Этот накопленный разряд "стекает" с поверхности пленки, вызывая разрушение последней.

Необходимо отметить, что указанные отрицательные явления наиболее ярко проявляется при напылении пленок диэлектриков толщиной свыше 2-3 мкм, т.е. когда наиболее сильно сказы— вается пассивация анода.

Цель изобретения — повышение качества диэлектрических пленок.

Укаэанная. цель достигается тем, что катодный узел, преимущественно для ионно-плазменного нанесения диэлектрических пленок в вакууме, содержащий катод, мишень, анод, магнитную систему, снабжен нагревателем, расположенным со стороны анода, противолежащей рабочей поверхности като- »» да °

На чертеже представлен предлагаемый катодный узел. ф

Устройство состоит из вакуумной камеры l с патрубками 2 и 3 для напуска рабочего газа и откачки, катода 4, магнитной системы 5, мишени

6 из распыляемого материала, кольцевого анода 7, нагревателя 8 и подложкодержателя 9, на котором установлена подложка 10. Катод 4 изолирован от заземленной камеры 1 с помощью диэлектрических прокладок. Постоянное напряжение на катод 4 и и анод 7 подают от источника 11 питания на на- . греватель 8 — от источника 12 питания.

Устройство включает экран 13 радиационной защиты.

Устройство работает следующим образом.

Через патрубок 8 вакуумная камера

1 откачивается до давления 10 Па, затем, после прогрева анода 7 и подложкодержателя 9 до заданных температур,в камеру 1 напускается рабочая газовая смесь, например аргонаммиак, до необходимого давления. Температура;Harpesa анода 7 поддержива— ется на таком уровне, при котором удельное сопротивление диэлектрической пленки, покрывающей анод, настолько мало, что позволяет обеспечить необходимую проводимость. Пассивация отсутствует, и весь электрон. ный ток,улавливается анодом. Для большинства диэлектриков температуру анода необходимо поддерживать в диапазоне 300-1000 С в зависимости от проводимости диэлектрической пленки.

К катоду прикладывается отрицательный потенциал, и в камере 1 зажигается разряд. Ионы рабочего газа бомбардируют и распыляют металлическую мишень 6.Продукты химической реакции распыленного материала и рабочего rasa, осаждаясь на подложке, формируют диэлектрический слой.

Проверка предложенного устройства для нанесения диэлектрических слоев проводится при напылении пленки нитрида алюминия (Я = 10 " — 10 )

Ом см). В качестве мишени используется алюминиевый диск (А= 995), а в качестве рабочего газа — смесь аргон-аммиак. Содержание аммиака в смеси меняется в пределах I l007 при общем давлении (0,6-5) 10 " Па.

Анод в виде кольца листового тантала нагревается до 900 С. В качестве нагревателя используются инфракрасФормула изобретения

ВНИИПИ Заказ 1050/6, Тираж 1049 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 91084 ные лампы. Температура подпожки находится в диапазоне 300-12000С. Величина плавающего потенциала на иа" гретой пбдложке снижается со 150 В до 5-10 В при нагреве анода до рабочей температуры. При этом почти весь электронный ток улавливается анодом.

Разряд локализуется в пространстве анод — мишень и имеет стабильные параметры. Пробои пленки, осаждающейся на аноде, отсутствуют. Измерения скорости осаждения в разные моменты времени в. течении процесса напыления дают одинаковые результаты (с точностью до 10Х) . Нагрев подложки под воздействием разряда снижает. ся с 200 до 50 С (без нагревателя).

Скорость роста пленок A1N изменяется в пределах 1-20 мкм/ч в зависимости от давления аммиака в газовой смеси и мощности разряда. Удалось получить пленки толщиной до 15-20 мкм с удельным сопротивлением 10 — 10

4 2 15 .Ом см и тангенсом диэлектрических потерь 0,01 . На основе пленок нитрида алюминия изготовлены пленочные пьезопреобразователи. Потери на одно преобразование на частоте 500 ИГц

3 6 равняются 10. дБ, а иа частоте 1 ГГц12 дБ. Такие значения потерь свидетельствуют о возможности создания эффективных пьезопреобраэователей на основе пленок нитрида алюминия.

Таким образом, данный катодный узел обеспечивает повышение качества диэлектрических слоев.

Катодный узел, преимущественно для ионно-плазменного нанесения диэлектрических пленок в вакууме, содержащий катод, мишень, анод, магнитную систему, отличающийся тем, что, с целью повышения качества диэлектрических пленок, он снабжен нагревателем, расположенным со стороны анода, противолежащей рабочей поверхности катода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3962062, кл. 204-192, 1976»

2. Патент США В 3528902, кл. 204-192, 1970 (прототип).