Устройство для нанесения покрытий в вакууме Советский патент 1993 года по МПК C23C14/35 

Изобретение 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,

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 . В центральном аноде выполнено расширяющееся трубчатое отверстие в форме рупора диаметром у основания 34 мм и у вершины 4 мм. Анод установлен GOOCHO 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 ми00СА)

Ю

-а

СО

N

шень 11 находится в окружении подложек и занимает одно из двух, верхнее либо нижнее, положение и снабжена механическим приводом, Поперечные размеры пучка ионов .12 на уровне подложек легко задаются плазменной фокусировкой. При этом пучок распыляет дополнительную мишень (высокие ускоряющие напряжения) или в ее отсутствии облучают только подложки (низкие ускоряющие напряжения). Электрическое питание (выпрямленное напряжение) подается на заземленный анод (положительный потенциал), на изолированную мишень магнетрона (отрицательный потенциал).

Устройство работает следующим образом.

П р и м е р 1. Работа устройства в режиме получения неоднородно легированных тонких пленок и слоистых структур. Сначала запускается магнетрон. Для этого устанае- лиоэется 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 электрическом и магнит- .ном полях. Магнитное поле удерживает плазму разряда у поверхности мишени, В режиме равновес.ного горения (ток разряда 2А, напряжение 300-400 В) происходит интенсивное распыление ммшени 1 ионами, ускоренными в катодном падении потенциала. Поток распыленных атомов 13 сорта А поступает на ростовую поверхность подложек 9. В результате падения распыленных атомов на ростовую поверхность подложек идет наращивание тонкой пленки до заданных толщин. Затем процесс прерывается, включается газоразрядный источник ионов 8, из при.катодной плазмы которого заземленным анодом 4 от магнетрона извлекается пучок ионов аргона. Ускоренные (напряжение извлечения 8-10 кВ) ионы попадают на дополнительную 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 3°, изменением формы и положения эмиттмрующей плазменной поверхности. В результате падения ионов на мишень 11 образуется поток распыленных атомов сорта В, которые на поверхности основной мишени 1 образуют тонкую пленку. После этого отключается источник ионов и снова запускается магнетрон, и атомы сорта В переносятся на ростовую поверхность подложек 9, где уже сформирована пленка из атомов сорта А. Таким образом, на определенную глубину в тонкую пленку

0

к

0

5

0

0

5

0

5

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.

П р и м е р 2. Работа магнетрона в режиме выращивания тонких пленок в условиях ионной бомбардировки, которую ведут при низких ускоряющих напряжениях пучка (0,4-0,5) кВ. Здесь наряду с ионным источником одновременно запускается плэнэр- .ный магнетрон. Кроме того, низкие напряжения извлечения способствуют получению сильно расходящегося ионного пучка, что обуславливают засветку широких поверхностей, каковыми является ростовая : ;оэерхность подложек. При облучении рос- овой поверхности наращиваемых магнетрон ным распылением пленок, дополнительная мишень 11 переводится в нижнее положение.

П р и м е р 3. Работа пленарного магнетрона при созданий p-n-структур путем двусторонней металлизации подложек, осуществляв; ;;л следующим образом. Рассмотрим рабс-vy устройства при изготовлении полупроводникового ионизационного детектора, В качестве подложек используется кремний ориентации (100). Принцип запуска л работа магнетрона идентичен примеру 1. После зажигания и установления равновесного горения магнетронного разряда, алюминиевая мишень распыляется ионами и покидающие мишень атомы алюминия поступают на кремниевые пластины. Через оп- ределенное время на кремний наращивается пленка алюминия. Дополнительная мишень, выполненная из золота опускаете в нижнее положение. Слабо расходящийся пучок ионов 12 аргона (ускоряющее напряжение 8-10 кВ) проникает между подложками и падает па дополнительную конусную мишень 11. Поток распыленных атомов золота поступает на обратную сторону подложек, и образует тонкую пленку. Малые скорости распыления позволяют достаточно точно сформировать слои толщиной 10-30 им.

Использование предложенного устройства для нанесения тонких пленок обеспечивает по сравнению с существующими пленарными магнетронами следующие пре- имущеетэз:

1.Йнжекцию ионного пучка вдоль оси магнетрона и выполнение одним электродом функций ускоряющего, извлекающего и анодного электродов.

2.Упрощается выращивание тонких пленок в одном технологическом цикле, в

частности многослойных покрытий и р-п- структур.

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 техни- ческая конструкция многофункционального планарного магнетрона по физико-эксплуатационным параметрам превосходящие типовые магнетроны выпускаемые зарубежными фирмами, и отечественного производства.

Формула изобретения 1. Устройство для нанесения покрытий в вакууме, включающее соосно установленные газоразрядный ионный источник с вы- щелью, подложкодержатель и разме.щенный между ними пленарный магнетрон, содержащий соосно установленные основную кольцевую мишень, ориентированную распыляемой поверхностью в сто- рону подложкодержателя, центральный анод со сквозным осевым отверстием и магнитную систему, отличающееся тем, что. с целью расширения технологических возможностей устройства за счет распыления многослойных и двухсторонних покрытий, оно снабжено экраном, электрически связанным с анодом магнетрона и установленным краксиально вокруг магнетрона, и снабжено дополнительной центральной мишенью, выполненной в форме конуса, направленного вершиной в сторону анода магнетрона, и установленной с возможностью изменения ее положения относительно подложкодержателя, при этом выходная щель ионного источник ориентирована на дополнительную мишень, а отверстие анода магнетррна выполнено конусным, с увеличением конусности в сторону подложкодержателя.

2.Устройство по п. 1,отличающееся тем, что дополнительная мишень установлена на уровне подложкодержателя.

3.Устройство по п.1, о г л и ч а ю щ е е- с я тем, что дополнительная мишень установлена за подложкодержателем на расстоянии от анода магнетрона, равном удвоенному расстоянию от основной мишени до подложкодержателя.

Изобретение относится к конструкции пленарных магнетронов и позволяет в одном технологическом цикле.осуществлять ионное перемешивание наращиваемых маг- нетронным 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 маг- нетронного 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

Ю