Способ получения высокотемпературных сверхпроводящих пленок

(71) Московский институт электронной техники//2. Р 1 цв. В - СоМепвес 1 Майег. 1989, ч.74,р.13-19. сотОз сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СС ц ОПИСАНИЕ к авторскому свид(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ПЛЕНОК (57) Сущность изобретения: способ включает осаждение сверхпроводниковых пленок путем распыления керамической мишени в катодном распылительном узле. Подложки размещают параллельно оси симметрии катодного распылительного узла между входным отверстием вакуумной откачкой системы и выходным отверстием системы напуска аргонаи кислорода на расстоянии= (4 - 20) О от катодного распылительного узла, где О - расстояние между осью симметрии распылительного узла и распыляемой мишенью. Осаждение пленки проводят при величине газового потока через зону распыления 0,2 - 150 мм рт,стл./с 1 ил,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к высокотемпературной сверхпроводниковой (ВТСП) микроэлектронике, в частности к технологии формирования пленочных сверхпроводниковых структур, и может быть использовано для создания приборов на основе эффекта сверхпроводимости.Цель изобретения - повышение эффективности использования распыляемого матерйала, увеличение однородности пленок по составу и тодщине при уменьшении дефектности,Данный способ отличается от известного тем, что подложки размещают параллельно оси симметрии катодного распылительного узла между входным отверстием вакуумной откачной системы и выходным отверстием системы напуска аргона и кислорода. При этом подложки располагают на расстоянии (4 - 20)О от катодного распылительного узла, где О - расстояние между осью симметрии распылительного узла и распыляемой мишенью. В качестве катодного распылительного узла может быть выбрана любая симметричная система, например цилиндрический инвертированный магнетрон, планарная распылительная система со встречным размещением мишеней, причем как магнетронного, так и диодного типа и т,д. Существенным признаком является также то, что осаждение пленки проводят при величине газового потока 0,2 - 150 мм рт.ст. л/с.Совокупность новых признаков заявленного решения позволяет увеличить однородность пленок по составу и толщине при уменьшении дефектности. Это достигается за счет того, что заявляемый способ обеспечивает вынос потоком газа-носителя (смесь аргона и кислорода) распыленных частиц вещества из зоны катодного распыли- тельного узла, а также их перемешивание. Известно, что в обычных распылительных системах существует неоднородное угловое распределение распылительного материала ВТСП мишени, В данном случае удаление подложки от распылительного узла и эффективное перемешивание в газовом потоке обеспечивают высокую однородность потока распыленного вещества по составу, Одновременно с этим, благодаря размещению подложек на расстоянии= (4-20)О, где О - расстояние между осью симметрии распылительного узла и распыляемой мишенью. от катодного распылительного узла, предотвращается попадание на них крупных частиц распыляемого материала, не долетающих до подложек из-за своей массы.Ф Наблюдаемый положительный эффект существует только в указанных диапазонах изменения параметров. Так, при расстоянии между подложками и катодным распылительным узлом40 и газовом потоке менее 0,2 мм рт,ст. л/с осаждается неравномерная по толщине и составу пленка с большим содержанием крупных частиц, В случае увеличения газового потока более 150 мм рт,ст. л/с и удалении подложек от катодного распылительного узла на расстояние свыше 8 200 пленка обладает плохими свойствам, ввиду малой толщины и снижения эффективности использования распылительного материала, а также нестабильности работы распылительного устройства.На чертеже показано устройство для осуществления способа получения ВТСП- пленок; 1 - подложки; 2 - нагреватель; 3 - мишень; 4, - область разряда; 5 - вакуумная камера.П р и м е р 1, В качестве распылительного узла используют систему встречно размещенных магнетронов. Подложки Ег 02 или ЗгТОз диаметром до 30 мм в количестве 10 шт, нагревают до 700 С и зажигают разряд. Выходные отверстия системы напуска аргона и кислорода, нагреватель 2 подложки и входное отверстие вакуумной откачной системы, размещают на оси симметрии катод- ного распылительного узла. Расстояние от узла до нагревателя подложек выбирают равным 4 О, где О - расстояние между осью симметрии распылительного узла и распыляемой мишенью 3. Устанавливают газовый поток(90 О Аги 10 О 02) равным 0,2 мм рт.ст. л/с,После предварительной очистки в разряде 4 мишени открывают заслонку и напыляют в течение 1 ч на подложку слой У Ва 2 Соз 07-б толщиной 0,1 мкм, Охлаждают подложки, напускают кислород в вакуумную камеру 5 и проводят низкотемпературный отжиг при 400 С 10 мин. Измеряют критические параметры сверхпроводящих пленок Тс = 89 92 К )с = 210 А/см, Пленки однородны. по химическому составу, макроде. фекты в пленках отсутствуют,П р и м е р 2. Напыление - "нок ведут аналогично примеру 1. В ка,естве распыли- тельного узла используют цилиндрически инвертированный магнетронный узел, Р, втояниевыбирают равным 200, а величину потока устанавливают равной 150 мм рт.ст. л/с. В подложкодержателе закрепляют О подложек диаметром 30 мм, После напыления измеряют критические параметры сверхпроводящих и. нок Т, =- 88-91.К=3-2 Пле - однооодны и". и ческому составу, макродефекты в пленках отсутствуют.П р и м е р 3. Напыление пленок ведут аналогично примеру 1. Расстояние выбирают равным 10 О, а величину потока устанавливают равной 50 мм рт.ст, л/с. После напыления измеряют критические параметры сверхпроводящих пленок Т, = 90 - 92 К, , = 5 10 А/см, Пленки однородны по2химическому составу, макродефекты в пленках отсутствуют.П р им е р 4. Напыление пленок ведут по способу-прототипу. На подложкодержателе закрепляют одну подложку диаметром 30 мм. После напыления и низкотемпературного отжига измеря ют критические параметры ВТСП-пленки в центре подложки Т, = 89-92 К, 1, = 5 10 А/см 2. На краю подложки свойства пленок существенно хуже: Т, = 85-89 К, 1, = 10 А/см 2, По краям подложки в пленке отмечен неоднородный состав с избытком содержания бария, Отмечено наличие макровключений на всей поверхности пленок.В предлагаемом способе в 2-3 раза увеличивается эффективность использования распыленного материала по сравнению с прототипом, В известном способе используют только менее половины распыленного материала мишени. В предложенном спосо- "0 бе за счет эффекта продувки удается повысить коэффициент использования материала мишени и увеличить число подложек.Одновременно достигается повышениекачества пленок до поверхности подложки за счет увеличения однородности пленок по составу и толщине при уменьшении дефектности, а также появляется возможность нанесения ВТСП-пленки на обе стороны 20 подложки одновременно,Формула изобретенияСПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЬ СОКОТЕМПЕ РАТУРН ЫХ СВ Е РХП РО ВОДЯ ЩИХПЛЕНОК, включающий размещение и нагрев в вакуумной камере монокристаллических подложек, осажден ив сверхпроводниковых пленок путем распыления керамической мишени в катодном распылительном узле в смеси аргона и кислорода, охлаждение подложки и напуск кислорода, низкотемпературный отжиг, отличающийся тем, что, с целью увеличения однородности пленок по составу и толщине при уменьшении 25 дефектности, подложки размещают параллельно оси симметрии катодного рэспылительного узла между входным отверстием вакуумной откачной системы и выходным отверстием системы напу ска эргона и кислорода на расстоянии1 = (4 - 20) О от катодного распыли- тельного узла, где О - расстояние между осью симметрии распьлительного уз- .ла и распыляемой мишенью, а 35 осаждение пленки проводят р величине газового потока через зону распыления 0,2 - 150 мм рт,ст.л/с,