Катодный узел

72) Авторы изобретеии Мочал Заявитель Московский институт эле ой техни 54) КАТОДНЫЙ УЭ нане ено нию тонких диэлектрических плпутем ионного распыления материалв вакууме.Известен катодный узел, прещественно для ионно-плазменногонесения диэлектрических пленок ввакууме, еодержащее катод-мишанод 11.Однако в подобных устройстване удается получать толстыеэлектриков с толщиной более.из-за малой скорости напылерая составляет 0,3-1,0 мкм/ч,время как при изготовлении акэлектронных приборов необходидиэлектриков толщиной до 15 мкмЭтот недостаток частично уств устройствах ионно-плазменногопыления, где скорость нанесенияки значительно вышеНаиболее близким по тсущности является катодпреимущественно для сопл имуень,слои ди 11 мкмния, кото. в то- устомы сло ранен енехническоиный узел, о-плазменИзобретение относитс А.А.фомин и В.И.Кузнецов ного нанесения диэлектрических пленок в вакууме, содержащий катод, мишень, анод, магнитную систему. Такойкатодный узел позволяет получитьвысокие скорости нанесения пленок и,следовательно, значительно снизитьвремя получения толстых слоев 1";2.Однако толстые диэлектрическиеслои совершенной структуры не могутбыть получены из-эа пассивации анода,вызванной растущей на нем диэлектрической пленкой, Пассивация металлического катода отсутствует ввидувысокой скорости распыления - диэлектрическая пленка не успеваетобразовываться,При пассивации анода возрастаетэлектронный ток на 1 заземпенный подложкодержатель и детали подколпачногоустройства, Под воздействием элект"ронного тока появляется отрицательный плавающий .потенциал на,пассивированных поверхностях,За счет этоготлеющий разряд выходит за пределы910843 3распылительной ячейки, последнееприводит к резкому увеличению десарбции загрязняющих примесей с поверхности деталей подколпачногоустройства. В основном десорбируютсямолекулыЦ.б, СО, 0 и т.д.Пленка образующаяся на подложке,подвергается воздействию реактивныхгазовых загрязнений. Одновременнопри вытягивании плазмы в объем под- щколпачного устройства подложка оказывается в зоне разряда. Последнееобстоятельство приводит к дополнительному неконтролируемому разогревуповерхности подложки на 150-250 С, дОба этих фактора существенно снижаюткачество кристаллической структурырастущей диэлектрической пленки.В процессе напыления может происходить пробой диэлектрической пленки, 20образованной на аноде. Подобные пробои приводят к нестабильностям разря.да. С увеличением толщины диэлектрической пленки, на аноде разряд постепенно затухает и может погаснуть 2 Зсовсем. Все это приводит к контролируемому уменьшению скорости распыления в процессе работы,Наконец, при осаждении пленкина подложку она оказывается под воэ- Здействием плавающего потенциала, наведенного воздействием плазмы. Величина плавающего потенциала может достигать 100 - 300 В в зависимости отприложенного. катодного потенциалаи геометрии устройства. Этот накопленный разряд "стекает" с поверхности пленки, вызывая разрушение пОследней. 40Необходимо отметить, что указанныеотрицательные явления наиболее яркопроявляется при напылении пленокдиэлектриков толщиной свыше 2-3 мкм,т.е. когда наиболее сильно сказы -вается пассивация анода.Цель изобретения - повышение качества диэлектрических пленок,Укаэанная. цель достигается тем,что катодный узел , преимущественнодля ионна-плазменного нанесения диэлектрических пленок в вакууме, содержащий катод, мишень, анод, магнитную систему, снабжен нагревателем,расположенным со стороны анода, противолежащей рабочей поверхности катодаНа чертеже представлен предлагаемыйкатодный узел. фУстройство состоит из вакуумнойкамеры 1 с патрубками 2 и 3 для напуска рабочего газа и откачки, катода 4, магнитной системы 5, мишениб из распыляемого материала, кольцевога анода 7, нагревателя 8 и подложкодержателя 9, на котором установленаподложка 10, Катод 4 изолирован отзаземленной камеры 1 с помощью диэлектрических прокладок. Постоянноенапряжение на катод 4 и и анод 7 подают от источника 11 питания на нагреватель 8 - от источника 12 питания.Устройство включает экран 13 радиационной защиты.Устройство работает следующим образом.Через патрубок 8 вакуумная камера1 откачивается до давления 1 ОПа,затем, после прогрева анода 7 и подложкодержателя 9 до заданных температур,в камеру 1 напускается рабочая газовая смесь, например аргон- аммиак, до необходимого давления. Температура:нагрева анода 7 поддержива - ется на таком уровне, при котором удельное сопротивление диэлектрической пленки, покрывающей анод, настолько мало, что позволяет обеспечить необходимую проводимость. Пассивация отсутствует, и весь электрон ный ток,улавливается анодом. для большинства диэлектриков температуру анода необходимо поддерживать в диапазоне 300-1000 оС в зависимости от проводимости диэлектрической пленки.К катоду прикладывается отрицательный потенциал, и в камере 1 зажигается разряд, Ионы рабочего газа бомбардируют и распыляют металлическую мишень 6.Продукты химической реакции распыленного материала и рабочего газа, осаждаясь на подложке, формируют диэлектрический слой. Проверка предложенного устройства для нанесения диэлектрических слоев проводится при напылении пленки нитрида алюминияЯ = 1 О- 10 Ф 1 Ом см). В качестве мишени используется алюминиевый диск А= 995), а в качестве рабочего газа - смесь аргон-аммиак. Содержание аммиака в смеси меняется в пределах 1-007 при общем давлении 0,б) 10-" Па. Анод в виде кольца листового тантала нагревается до 900 фС. В качестве нагревателя используются инфракрасФормула изобретения аказ 1050/6 . Тираж 1049 Подписи Н иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная 5 91084 ные лампы. Температура подпожки нахо. дится в диапазоне 300-1200 ОС, Величина плавающего потенциала на на" гретой пбдложке снижается со 150 В до 5-10 В при нагреве анода до рабочей температуры. При этом почти весь электронный ток улавливается анодом. Разряд локализуется в пространстве анод - мишень и имеет стабильные параметры. Пробои пленки, осаждаю О щейся на аноде, отсутствуют. Измерения скорости осаждения в разные моменты времени в. течении процесса напыления дают одинаковые результаты с точностью до 107) . Нагрев подложки под воздействием разряда снижает ся с 200 до 50 фС без нагревателя),Скорость роста пленок А 18 изменяется в пределах 1-20 мкм/ч в зависимости от давления аммиака в газовой смеси и мощности разряда, Удалось получить пленки толщиной до 15-20 мкм с удельным сопротивлением 1 О - 1015 ,Ом см и тангенсом диэлектрических потерь 0,01. На основе пленок нитри з да алюминия изготовлены пленочные пьезопреобразователи, Потери на одно преобразование на частоте 500 МГц 3 6равняются 10 дБ, а иа частоте 1 ГГц.12 дБ, Такие значения потерь свидетельствуют о возможности создания эффективных пьезопреобраэователей на основе пленок нитрида алюминия.Таким образом, данный катодный узел обеспечивает повышение качества диэлектрических слоев. Катодный узел, преимущественнодля ионно-плазменного нанесения диэлектрических пленок в вакууме, содержащий катод, мишень, анод, магнит.ную систему, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качествадиэлектрических пленок, он снабженнагревателем, расположенным со стороны анода, противолежащей рабочейповерхности катода.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 3962062,кл. 204-192, 19762. Патент США3528902,кл. 204-192, 1970 (прототип),