Способ присоединения кварцевой мишени к катоду

(56 внесенияльзовано в опленочСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)(72) Бессонов ВА Ленников ЛА Костюк ЕА(И) СПОСОБ ПРИСОЕДИНЕНИЯ КВАРЦЕВОЙМИШЕНИ К КАТОДУ(57) Изобретение предназначено дпя нпокрытий в вакууме и может быть испомикроэлектронике дпя изготовления тонк ных элементов ГИС и интегральных микроприборов Целью изобретения является увеличение прочности сцепления мишени с катодом и упрощение способа нанесения покрытия Цель достигается тем что на нерабочую поверхность мишени и катод наносят в вакууме покрытие из фракционирующего сппавд содержащего 4,0 - 5,09 ь М 5,0 - 6,09 ь Ое, 20,0 - 25,09 ь Ь 64,0 - 71,096 Сц со скоростью 80-120 А/с и затем также в вакууме прижимают их с усилием а 0,25 кг/см и вьдерживают при темапературе 260 - 280 ОС в течение 8 - 10 мин при этом срок службы мишеней присоединенных к охпаждаемому катоду в ионных распылительных системак увенчивается в 2 раза 1 табл.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение предназначено для нанесения покрытий в вакууме и может бытьиспользовано в микроэлектронике для изготовления тонкопленочных элементов ГИС иинтегральных микроприборов,Целью изобретения является увеличение прочности сцепления мишени с катодоми упрощение процесса нанесения покрытия.Цель достигается тем, что в способеприсоединения мишени к охлаждаемому катоду ионного распылительного устройства,включающем вакуумное нанесение покрытия на нерабочую сторону мишени и катод,на контактирующие поверхности мишени икатода наносят покрытие из фракционирующего сплава, содержащего 4,0-5,07 ь Мд,5,0 - 6,0 Ое, 20,0-25,06 Яп, 64,0-71,0;6оСи, со скоросткю 80-120 Ас, прижимаютих с усилием0,25 кг/см и выдерживают при температуре 260 - 280 С в течение8-10 мин.Выбор технологических режимов, обеспечивающих надежное соединение мишени с охлаждаемым катодом, обусловленследующим. Особенностью медных сплавов системы Мд - Со - бе - Яп является ихфракционирование при термовакуумномиспарении конечной навески сплава. Магний, как элемент с наибольшей упругостьюпара, конденсируется на поверхности мишени на начальной стадии испарения иобеспечивает высокую адгезию покрытия кподложке, затем конденсируется медь, и назаключительной стадии формируется слойлегкоплавкой эвтектики Яп - Се. обладающий хорошей паяемостью. При скоростиОиспрения 80 А/с покрытие не имеет достат.очной адгезии к мишени из-за длительного взаимодействия в процессе напыленияс остаточными газами в вакуумной камере.ОПри скорости испарения 120 А/с полноефракционирование не успевает произойти, и одновременно с магнием на мишень конденсируются медь, олово, германий, чтоприводит к существенному снижению адгеэии покрытия к поверхности мишени.Из теоретических исследований и экспериментальных работ по кинетике испарения многокомпонентных сплавов выбранооптимальное процентное соотношение компонентов Яп, Ое Мд в медном сплаве(4,0 - 5,07 ь Мд, 5,0-6,07 ь бе, 20,0-25,0 5 п),при которых обеспечивается оптимальноефракционирование в процессе испарения иполучается покрытие поверхности мишенис требуемым комплексом свойств,Прижимное усилие0,25 кг/см и выдержка под давлением мишени и катода в вакууме при температуре 260 - 280 С в течение 8-10 мин обеспечивает создание надежного паяного соединения,П р и м е р. Медные катоды диаметром 210 мм и толщиной 20 мм и мишени из 502 диаметром 200 мм и толщиной 10 мм устанавливаются на барабане вакуумной установки УВН - 74 П - 3 с электронным испарителем. В керамический тигель загружают 40 г медного фракционирующего сплава (4,0-5,06 Мд, 5,0-6,0 ф 6 Се, 20,0-25,0 Яп, 64,0-71,0 оСо), откачивают установку до вакуума 5 10 мм рт. ст. с обязательным использованием ловушки, охлаждаемой жидким азотом, Включают вращение барабана и нагревают катоды и мишени до температуры 300+10 С и выдерживают при этой температуре 10 - 15 мин, Затем в рабочую камеру напускают аргон и проводят ионную очистку поверхности мишени и катода в течение 10 мин в режиме 0=3 кВ, 1=200 мА. Через вольфрамовый кольцевой катод электронного испарителя пропускают ток 0,8 - 1,0 А и на керамический тигель подают высокое напряжение 1,5 - 2,0 кВ. Температуру тигля контролируют вольфрам- вольфрам-рениевой термопарой, скорость испарения - кварцевым измерителем толщины КИТ, За процессом испарения медного сплава наблюдают визуально и по мере испарения магния увеличивают температуру тигля, начинается испарение меди(характерный красный цвет на экранах) и на заключительной стадии конденсируется слой олово-германий (белый цвет), Толщина покрытия составляет 10 мкм, Затем барабан охлаждают до температуры 50 С и проводят напуск воздуха в вакуумную камеру. Мишени и катоды извлекают из вакуумной камеры, помещаЮт в специальное приспособление, на которое устанавливают тарированную массивную плиту, обеспечивающую усилие прижима0,25 кг/см . Приспособление помещают в вакуумную печь СГВ - 2,4, 2/15 ИЗ и выдерживают в вакууме 2 10 мм. рт. ст. и при температуре-5260 - 280 С в течение 9-10 мин. Затем охлаждают печь до температуры 50 С и производят напуск воздуха в рабочий объем.Для испытаний полученные в аналогичных режимах контрольные образцы на 902 диаметром 20 мм и толщиной 10 мм. припаянные к медному основанию диаметром 20 мм и толщиной 20 мм, устанавливали в разрывной машине МР - 0,5-1. Прочность сцепления 3102 с медным основанием определяли как отношение усилия отрыва к1706236 площади отрыва, которая определялась планиметрически с помощью часового проектора ЧП - 2.Кроме того, проводили испытания мишеней на срок службы. Для этого мишени из 5102, присоединенные к катоду, устанавливались в устройстве магнетронного распыления на вакуумной установке и проводилось распыление на ситалловые подложки СТ 50-1 (толщина пленки 1 мкм). Срок службы мишени определяли по колиСрок службыСко- Усиле- ТемпеПроч- ность Способприсое- динеВремя пайки,Состав покрытия ние ратура рость пайки,цС350 300 370 320 350 310 80 0,25 260 100 0,30 270 120 0,32 280 10 120 200 290 130 0,35 Прототип 150 170 100 0.30 230 Формула изобретения СПОСОБ ПРИСОЕДИНЕНИЯ КВАРЦЕВОЙ МИШЕНИ К КАТОДУ, включающий вакуумное нанесение покрытия на контактирующие поверхности мишени и катода и соединение мишени и катода путем нагрева и прижима в вакууме, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности сцепления мишени с катодом, прижим катода к мишени осуществляются с усилием0,25 кг/см,3,5 М 9, 4,57 ь Ое, 19,5Яп, остальное - медь4,07 ь М 9, 5,0 Ое, 20Ял, остальное - медь4,5 М 9, 5,5 Ое, 23Яп, остальное - медь5 М 9,67(, Ое,25(, Яп,остальное - медь5,5 Мд, 6,5 бе, 26Зп, остальное - медьМногослойная системасталь - (500 нм), сплав Сцй 1(1000 нм) - А 9 (500 нм) честву циклов до ее полного разрушения (выпадание растрескавшихся частей мишени с катода). Параллельно проводили испытания мишеней, присоединенных к катоду 5 согласно прототипу. Результаты испытанийприведены в таблице,Как видно иэ таблицы, данный способприсоединения мишени к катоду позволяет повысить прочность сцепления мишени с 1 О катодом и ее срок службы в 2 раза по сравнению с прототипом. нагрев их ведут до температуры 260- 280 С и выдерживают при этой температуре в течение 8-10 мин, при атом нанесение покрытия осуществляют при 5скорости испарения 80 - 120 А/с из навески, содержащей магний, германий, олово и медь, при следующем соотношении исходных компонентов, мас.:Магний 4-5 Германий 5-6 Олово 20 - 25 Медь 64 - 71