Способ получения многослойных структур

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ) 471631 Сова Советских оцналистическ Республик(61) Дополнительное к а свид-ву 8519/23-25 151) Ч Кт Н 01/ 7 0 дарственнын комит Совета Министров СС летець Ле 1 3) УДК 621.315.59(088.8) о делам изобретении и открытий Дата опубликования описания 16.12.75(72) Авторы изобретени А. Арифов, Т. Д, Раджабов и 3. А. Искандерова Институт электроники АН Узбекской ССР 1) Заявитель 54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР(23) Приоритет -Опубликовано 25.05.75, Бю Изобретение относится к получению многослойных структур и заданных профилей распределения твердых и газообразных примесей, преи)мущественно твердых растворов инертных газов, и может быть использовано в физике полупроводников, лазерной технике, технологии изготовления интегральных схем и при создании эффективных геттеров.Инертные газы можно ввести в твердое тело путем ионной бомбардировки.Однако бомбардирующие ионы могут проникать всего лишь на несколько десятков атомных слоев твердого тела, т. е. внедряются в небольшой поверхцостцый слой. Кроме того, в результате катодого распыления поверхности твердого материала ца определенцом этапе вцелреццые атомы вновь покидают мишень и устанавливается определенное динамическое равновесие, определяющее максимальную концентрацию внедренных частиц в пределах не более 10)в - 10" ат/с,112.В области получения полупроволни)ковых мцогослойнь)х структур известен способ, по которому бомоардировку ионами ведут в едином,процессе осаждения слоев и структур из пара на подложку. Для лолучеция заданных профилей концентрации примеси процесс ведут при регулировашгн скоро)стью осаждения слоя и параметров потока ионов.Целью изобретения является создание многослойной структуры, содержащей твердый раствор переходного или редкоземельного металла с инертным газом.Для этого предложено вакуумное осаждецис вести из пара металла при одцоврсмец:)ой игпи псриоличеокой бомбардировке цоами инертного газа.Зто позволяет получить твердые растворы инертных газов Не, 1 х)е, Аг, Кг, Хе с переходными и редкоземельными металлами, например Т 1, 7 г, Сг, при концентрации внедренного газа в пределах 10" - 10" с,тт-а. Внедренный газ не выделяется при нагреве даже ло 700 - 800 С и имеет энергию связи 60 - 80 кка,г/.ттогь, что близко к энергии химической сВязи. ПоВышенная термическая устоичивость твердых растворов инертных газов с металлами позволяет использовать цх в качестве геттеров в специальных условиях при повышенных рабочих температурах, например при откачке радиоактивных Кг и Хе из петлевых каналов реакторов.На чертеже представлена принципиальнаяая схема Лля осуществле 11 ия описанного способа.Для получения максимально чистых условий эксперимента корпус установки 1, изготовленный из нержавеющей стали, откачивают безмасляцой системой откачки 2. состоящей 11 з цсол:1 тс)вого насоса тп.)а ЦВЛ-2 игеттерно-ионовэго на"оса тяпа ГИН,5 дэ давлений не выше 5;(10тор. В качеспве подложки-мишени 3 используют диэлектрические (кварцевое стекло) и металлические подложки (Сц, Т 1, Та и др.), которые можно нагревать до 800 С и охлаждать до - 196 С. Для иопарителей применяют кольцевой прямоканальный иапаритель 4 из Т 1, Сг, Хг ца молибденовом керне.1 хольцевая форма испарителя и расстояние от мишени 50 лм позволяют получать равномерные по толщине,напыляемые слои и дают возможность проходить ионному пучку. Изменяя удельную мощность на испарителе от 6 до 20 втсм 2, можно изменять скоростьоосаждения слоев от 3 до 90 Кгмин. Загрязненность образующихся слоев за счет посторонних примесей составляет не более 0,1 огго. В каче тве ионного источника в данной установке применяется ионный источник б магнетроцного типа, позволяющий получать моноэцсргетический пучок ионов инертных газов с эц,;гцямсг от 1,5(10" до 5 Х 10 гоновгслг 2. Система электростатических линз б служит для ускорения и фокусировки пучка ионов.Система напуска газов ионного источника 7 состоит из игольчатого натекатсля и баллона с исследуемым газом. С помощью ионпзациоцных манометров и масс-спектрометра 8 контролируют давление и состав остаточных газов в измерительной камере,Порядок проведения экспериментов заключается в следующем; после обезгаживация всей установки и мишени и достижения давления в камере це выше 1 Х 10 " - 5 Х 11 тор, включают прямоканальцый иопаритель и производят напыление слоя ца подложку с данной температурой и с выбранной скоростью напыления. После предварительного нагпыле;гия слоя толщиной - 0,1 лкг, це выключая исцарителя, включают ионный источник и производят одновременное вцедрецис газовых ионов и напыление. Регулируя энергию, плотность ионного пучка и скорость напыления, получают различные газэцаполцецные структуры.П р и м е р. Описанную вакуумную установку используют для получения твердых растворов с инертными газами. Испарение материала, например титана, ведут прямым наалом испарителя при токе 50 а и напряжен;гц 15 в. Ток эмиссии для бэмбарднровки ионов устанавливают до 150 мл. В результате одновременного осаждения слоев и богмбардировки их ионами гелия получают ввердыЙ раствор гелия в титанике с концентрацией инертного газа в 3 раза большей, чем при введении газа по известному способу; ионной бомбардировкой после предварительного напыления слоев.Для выбора скорости напыления, позволяющей получить оптпмально-цасыщешгые слои с равномерным распределением примеси по глубине, предлагается формула; ЬХ В;й +и где Р - скорость цапыления;5 ЛХ - расстояние от исходной поверхности до максимума концентрации в распределении вводимой примеси при данной энергии Е внедряемых ,ионов в предварительно напылецном слое;т - время насыщения;В - число падающих ионов в единицувремени на единицу, поверхности;в - коэффициент раэпылени;5и - число атомов мишени .в единицеобъема.Положение максимума концентрации(средний наиболее вероятный пробег) для определенной пары ион - мишень при заданной энергии Е рассчитывают, используя работы по ионному внедрению.Напыление слоев с такой скоростью компенсирует их распыление ионным пучком и позволяет перемещать максимум концентрации вводимой примеси по глубине выращиваемой пленки.Выоцрая температуру и скорость напыления 1l, получают слои различной стетгеци структурного совершенства.Для получения слоев заданной структуры(поликристалличееких аморфных, эпитаксцальных) накладывается ограничение ца скорость напыления. В этом случае оптимальная равномерная насыщенность слоя примесью достигается за счет выбора энергии ионов Г, которую также можно получить, используя формулу (1). Расчеты, произведенные по формуле, согласуются с экспериментальными данными.4011 звсстгго, чтэ,в газоцасголцсццых лазерахнакладывается жесткое условие ца давление рабочего газа (инертного), При падении давления рабочего газа ниже, допустимого лазер выходит из строя и требуется специальная последующая обработка ца установках для введения инертного газа, чтэ требует слож,ной экспериментальной установки и длительного восстановления рабочего давления в приборе.1 Лзготсвляя методом одновременной ионной бомбардировки инертными газами и напылением геттерцые слои, в частцостсг титана, получают титановый геттер с большим насыщением спектрально-чистого инертного газа. Наколоченный газ легко и регулируемо выделяют, нагревая подобный геттер до сравнительно невысоких температур (до 800 О С).Памещая насыщенный гсттер в ;гряоэр,можно легко при необходимости добавлять рабочий газ (инертный) до цеобходпмогэ дав ления без разгерметизации прибора.471631 Гт оставитель В, Безбородов Техред Н, Хапеева имкин орректор Редактор А. Бер Изд.852осударственного комитет по делам изобретений Москва, Ж, Раушска Заказ 1601ЦНИИП Тнп, Харьк. фил, пред. Патент Предмет изобретения Способ получения многослойных структур с заданными профилями концентраций примеси путем вакуумного осаждения из пара на подложку слоев и бомбардировки их ионами при регулировании скоростью осаждения и параметров потока ионов, отличающийся тем, что, с целью создания структуры с твердым раствором переходного или редкоземельного металла с инертным газом, осаждение 5 ведут из пара металла при одновременнойили периодической бомбардировке ионами инертного газа. Тираж 833 ПотписноСовета Министров СССРи открв:тийя наб., д, 4/5