устройство для нанесения тонких пленок

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК в вакууме, содержащее размещенные в вакуумной камере с входным и выходным отверстиями для рабочего газа держатель подложки и магнетронный распылительный источник с анодом, катодом и магнитной системой, отличающееся тем, что с целью повышения качества напыляемых пленок путем очистки рабочего газа непосредственно в вакуумной камере, анод источника выполнен в виде двух пластин с отверстиями, параллельных одна другой и плоскости подложки, а катод выполнен в форме полого эллиптического цилиндра, размещенного между анодными пластинами с образованием двух свободно сообщающихся зон очистки рабочего газа и нанесения, причем ось симметрии катода ориентирована параллельно анодным пластинам, а на поверхности катода со стороны зоны очистки нанесен слой геттерного материала преимущественно из титана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной промышленности и предназначено для напыления тонких пленок, например резист-сплава типа РС-3710, ванадия, меди, никеля с использованием магнетронного эффекта.

Целью изобретения является повышение качества напыляемых пленок за счет очистки рабочего газа непосредственно в вакуумной камере перед нанесением пленок.

На фиг. 1 показано устройство для осаждения тонких пленок в разрезе; на фиг.2 вид А фиг.1 (без корпуса); на фиг.3 катод в аксонометрии.

Устройство содержит вакуумную камеру 1 с отверстиями для подачи 2 и вывода 3, подложку 4, магнетронный источник 5, состоящий из магнитной системы 6, анода 7, катода 8. Магнитная система 6 включает в себя два прямоугольных постоянных магнита 9 и 10, установленных параллельно друг другу по краям магнетронного источника 5, и магнитопровод 11. Анод 7 представляет собой систему из двух пластин 12 и 13, установленных между постоянными магнитами 9 и 10, пластина 12 имеет окно 14 для прохождения распыляемого материала. Пластина 13 выполнена с отверстием 15 для подачи рабочего газа, связанным с отверстием 2 вакуумной камеры. Катод 8 выполнен в виде эллиптического цилиндра и установлен в камере магнетрона так, что делит ее на две свободно сообщающиеся зоны 16 (очистки рабочего газа) и 17 (нанесения). При этом на поверхности цилиндра, обращенной к отверстию 2 для подачи рабочего газа, нанесен геттерный слой 18 (преимущественно из титана). На поверхность, обращенную в зону нанесения, в сторону подложки нанесен слой 19 распыляемого материала, например никель.

Катод выполнен полым и подключен к трубопроводу (на чертеже не показан) с охлаждающей водой например, посредством штуцеров 20. Катод изолирован от камеры изоляторами 21 и соединен с источником 22 ВЧ-напряжения. В магнетронном источнике катод с обеих сторон заэкранирован с помощью экранов 23.

Цель изобретения обеспечение очистки рабочего газа непосредственно в рабочей зоне магнетрона, расположенного в реакционной камере.

Для достижения цели необходимо при условии сохранения магнетронного эффекта создать в реакционной камере дополнительную зону, зону очистки непрерывно подаваемого рабочего газа, например аргона, содержащего вредные примеси. Причем эта зона должна быть локализована в области электродов магнетрона, чтобы не пропустить примеси в область размещения напыляемой подложки.

Эту задачу решает предложенная конструкция катода (а соответственно и других элементов) магнетрона. Катод магнетрона выполнен в виде эллиптического цилиндра, расположенного определенным образом относительно других элементов. Это позволяет совместить следующие функции: получить магнетронное распыление наносимого на подложку материала, распылить геттерный материал (титан), разделить реакционную камеру на собственно рабочую, в которой происходит осаждение пленки, и камеру очистки непрерывно подаваемого рабочего газа.

Избирательное поглощение примесей относительно аргона в устройстве происходит из-за того, что при распылении титана в приповерхностном слое происходят химические реакции образования устойчивых соединений титана с примесями. Аргон является химически нейтральным газом, поэтому его поглощение возможно только при физической сорбции. В устройстве процесс физической сорбции аргона имеет место, но он пренебрежимо мал и практически на величине давления в реакционной камере не сказывается.

Работа устройства для осаждения тонких пленок осуществляется следующим образом.

В реакционной камере создают вакуум с рабочим давлением 10^-3-8 10^-3 мм рт.ст. На катод подают ВЧ-напряжение. При этом между катодом и анодом возникает магнетронный разряд, образующий плазму в камере магнетрона. Рабочий газ, например Ar, подается через отверстие к нижней стороне катода навстречу распыляемому в плазме геттерному материалу (титану), который интенсивно поглощает активные примеси (О₂, N₂, H₂O), находящиеся в рабочем газе. Соединения титана с примесями осаждаются на анодной пластине. Таким образом происходит очистка рабочего газа непосредственно в вакуумной камере.

Затем под действием разности давлений в зонах камеры очищенный газ переходит в зону нанесения, ионизируется под действием плазмы и участвует в осаждении распыляемого слоя катода на подложку.

Для того, чтобы потенциал плазмы не уменьшался, у катода установлены экраны, находящиеся под плавающим потенциалом, т.е. изолированы от корпуса. Экраны выполнены из того же материала, что и катод.

Конструкция устройства позволяет удалить загрязняющие примеси из участвующего в напылении пленок рабочего газа непосредственно в реакционной зоне камеры. Это позволяет значительно повысить качество напыляемых пленок.