СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК C23C14/32 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в микроэлектронике и СВЧ-технике при получении тонких пленок различных материалов методом термоионного осаждения в вакууме.

Целью изобретения является упрощение способа и расширение его технологических возможностей за счет расширения класса материалов, используемых при нанесении тонких пленок методом термоионного осаждения в вакууме. Это стало возможным в результате снятия поверхностного заряда на мишени путем создания автоматического смещения потенциала при соответствующем выборе энергии пучка электронов.

На фиг. 1 представлена принципиальная зависимость коэффициента вторичной эмиссии электронов σ от энергии первичных электронов V_е, бомбардирующих мишень, где V₁ и V₂ - энергии, при которых σ= 1, соответствующие первому и второму критическому потенциалу соответственно; на фиг. 2 - устройство для получения пленок термоионным осаждением.

Зависимость коэффициента вторичной эмиссии σ от энергии электронов V_е имеет немонотонный ход. Величина σ= 1 достигается при двух значениях энергии V₁ и V₂. Если энергия электронов V_е, падающих на диэлектрик (или изолированную проводящую мишень), меньше V₁, то последний будет заряжаться от отрицательного потенциала, так как σ< 1.

В этом режиме при длительной бомбардировке ток электронов на мишень прекратится. Когда V_е < V₂, где σ< 1, этот же эффект приведет к тому, что накапливающийся отрицательный потенциал мишени будет тормозить пучок первичных электронов до энергии V_е = V₂. Таким образом, диэлектрическая мишень (или другой материал, не связанный электрической цепью с электронной пушкой) автоматически будет приобретать необходимый отрицательный потенциал для увода вторичных электронов, а следовательно, реализации режима отражательного разряда, как это имеет место в трехэлектродном испарителе.

Устройство для получения пленок данным способом содержит кольцевой катод 1 с металлическим экраном 2, кольцевой электрод 3, соединенный с положительной клеммой источника питания 4 и тигель 5 с мишенью 6.

Устройство работает следующим образом.

Испускаемые катодом 1 электроны бомбардируют мишень 6, находящуюся на изолированном тигле 5. На кольцевой электрод 3 подают напряжение от источника питания 4 большее на 500-800 В, чем второй критический потенциал. При этом зажигается отражательный разряд и происходит частичная ионизация паров материала мишени. Расстояние между кольцевым электродом (анодом) и металлическим экраном 2 составляет 3-4 мм, а между кольцевым электродом и тиглем 5-6 мм.

Перед получением пленок оксида кремния SiO₂ определяют зависимость σ= f(V_e) с использованием импульсной методики, созданной на базе трехэлектродной пушки. Из нее следует, что σ= 1 (после максимума) достигается при энергии электронов V_e ≈3 кэВ. Следовательно, для осуществления термоионного осаждения SiO₂ на анод (кольцевой электрод) нужно подавать потенциал, больший второго критического потенциала, равного 3 кВ. В этих условиях изолированная мишень SiO₂ автоматически принимает потенциал 3 кВ, что обеспечивает уход вторичных электронов в межэлектродный промежуток и зажигание отрицательного разряда. Частично ионизированные пары материала мишени осаждаются на подложке. Величина ускоряющего напряжения при напылении SiO₂ составила 4 кВ. При токе в цепи анода 20-30 А скорость осаждения SiO₂ достигла 0,04-0,06 мкм/с.

Использование изобретения позволяет получать пленки различных материалов, в том числе высокоомных диэлектриков, термоионным осаждением в вакууме и существенно повысить качество за счет улучшения их адгезии и электрофизических свойств. При этом упрощается сам метод и снижаются энергетические затраты. (56) Авторское свидетельство СССР N 206271, кл. С 23 С 14/28, 1965.

Авторское свидетельство СССР N 1277636, кл. С 23 С 14/32, 1982.

Использование: электронная техника, микроэлектроника, СВЧ-техника, технология получения тонких пленок, обеспечивающая нанесение высокоомных диэлектрических пленок методом термоионного осаждения в вакууме. Сущность изобретения: катод 1, окруженный металлическим экраном 2, испускает электроны, которые бомбардируют мишень (М) 6 из оксида кремния SiO₂ , находящуюся на изолированном тигле 5. На кольцевой эдектрод (анод) 3 подают напряжение 4кВ от источника питания 4 большее, чем предварительно определяемый второй критический потенциал 3 кВ. В этих условиях М автоматически принимает потенциал 3 кВ, что обеспечивает уход вторичных электронов в межэлектродный промежуток и зажигание отраженного разряда. Частично ионизированные пары материала М осаждаются на подложке. При токе в цепи анода 20 - 30 А скорость осаждения SiO₂ достигала 0,04 - 0,06 мкс/с. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения пленок, включающий формирование электронного пучка в вакууме, воздействие на него ускоряющим напряжением, испарение материала мишени электронным пучком, частичную ионизацию испаряемого материала и его осаждение на подложку, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа и его упрощения, ускоряющее напряжение выбирают большим величины второго критического потенциала. 2. Устройство для получения пленок, содержащее кольцевой накаливаемый катод с металлическим экраном, тигель с мишенью из испаряемого материала и кольцевой электрод с источником питания, расположенный между тиглем и катодом соосно с последним и соединенный с положительной клеммой источника питания, отличающееся тем, что тигель изолирован от источника питания.