Установка для химического нанесения покрытий

 

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, содержащая ванну для электролита, подложкодержатель и нагревательное устройство, отличающаяся тем, что, с целью у)величения скорости осаждения слоев и повьшения качества, она снабжена двумя плоскими электродами, соединенными с источником постоянного напряжения, причем один из них расположен под дном ванны параллельно плоскости подложкодержателя, а другой расположен в ванне над подложкой. х | о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(5f) С 23 С 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3506991/22-02 (22) 25.10.82 (46) 15.06.84. Вюл. N - 22 (72) А.Н.Комов, В.В.Ленивкин и И.В.Ленивкина (71) Куйбышевский государственный университет (53) 621.357.14.002.51(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 258798, кл. С 23 С 3/00, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

N - 724607, кл. С 23 С 3/00, 1977. (54) (57) 1. УСТАНОВКА ДЛЯ ХИИИЧЕС—

КОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, содержащая ванну для электролита, подложкодержатель и нагревательное устройство, отличающаяся тем, что, с целью увеличения скорости осаждения слоев и повышения к;чества, она снабжена двумя плоскими электродами, соединенными с источником постоянного напряжения, причем один из них расположен под дном ванны параллельно плоскости подложкодержателя, а другой расположен в ванне над подложкой.

1097708

2. Установка по и. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что электрод, расположенный в ванне, снабжен заИзобретение относится к приборостроению и микроэлектронике и может быть использовано при нанесении слоев на подложки методом химического осаждения, например, в технологичес- 5 ких процессах полупроводниковой микроэлектроники.

Известна установка для химического никелирования, содержащая технологическую ванну, электроды и нагревательное устройство (1 .

Недостаток данной конструкции заключается в том, что в процессе работы происходит осаждение покрытия не только на рабочих поверхностях подло- 15 жек, но и на внутренних поверхностях ванны, так как отсутствует выделенное направление осаждения слоя.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является установка для химического никелирования, содержащая ванну для электролита, подложкодержатель и нагревательное устройство для подогрева электролита, систему охлаждения катода и дна ванны, электродную систему анодной защиты установки и трубчатый П-образный катод. В результате применения трубчатого U-образного катода в схеме анодной защиты и одновременного охлаждения поверхности катода и дна рабочей ванны достигается защита ванны от непроизводительного осаждения покрытия на ее поверхности, благода- 35 ря чему более полно используются активные компоненты электролита (2) .

Недостатком известного устройства является малая скорость осаждения слоя на подложку, так как в подобного 40 рода устройствах скорость осаждения слоя определяется кинетикой химической реакции, зависящей от температуры и состава электролита. Поскольку состав электролита и его температура 45 меняются в узком интервале, скорость осаждения слоя остается практически постоянной и достаточно малой. щитным слоем из неэлектропроводного, химически инертного по отношению к составу электролита материала.

Кроме того, качество покрытия (адгезия к подложке, пористость, однородность по толщине, зеркальность и т.д.), полученного в известной установке, определяется, главным образом, адсорбционными параметрами подложки (ее чистотой, дефектами и т.д.) и практически является величиной случайной, трудно поддающейся контролю и управлению.

Цель изобретения — увеличение скорости осаждения слоев и повышение качества.

Указанная цель достигается тем, что установка для химического нанесения покрытий, содержащая ванну для электролита, подложкодержатель и нагревательное устройство, снабжена двумя плоскими электродами, соединенными с источником постоянного напряжения, причем один из них расположен под дном ванны параллельно плоскости подложкодержателя, а другой расположен в ванне над подложкой.

Кроме того, электрод, расположенный в ванне, снабжен защитным слоем из неэлектропроводного, химически инертного по отношению к составу электролита, материала.

На чертеже изображена предлагаемая установка.

Установка содержит ванну 1 из стекла, в которой помещается электролит 2, подложку 3 из ситалла, на которую производится осаждение слоя сульфида свинца 4. Под дном ванны 1 помещается один плоский электрод 5 из стали параллельно плоскости подложки, а в объеме электролита 2 помещается параллельно плоскости подложки 3 другой плоский электрод 6 из свинца. Электроды 5 и 6 подключаются к регулируемому источнику 7 постоянного напряжения. Температура электролита поддерживается на оптимальном уровне с помощью нагревательного устройства 8.

1097708

Устройство работает следующим образом.

Электролит заливают в объем ванны 1 с помощью нагревательного устЭ ройства 8 нагревают до температуры, при которой начинается процесс осаждения сульфида свинца (Т =50 С) . После этого на свинцовый инертный электрод 6 и электрод 5 подают напряжение от источника постоянного напря- ð жения 7 (U„„;-25 кВ). После осаждения на подложке 3 слоя определенной толщины постоянное напряжение с электродов 5 и 6 снимают, нагревательное устройство 8 отключают, электрод 6 извлекают из электролита, электролит сливают, подложку 3 с осажденным слоем извлекают, тщательно промывают, сушат и подают на дальнейшие технологические операции. 20

При включении электростатического поля, возникающего между плоскими электродами 5 и 6, появляется физически выделенное направление осаждения микрочастиц. Это обусловлено тем,y5 что ионы, образующие в результате своего взаимодействия соединение необходимого состава, располагаются строго вдоль силовых линий электростатического поля. В результате это- З0

ro повышается массоперенос реагирующих компонентов в направлении действия поля (т.е. на подложку) и тем самым повышается скорость осаждения слоя. Чем больше напряжение на электродах, тем выше массоперенос реагирующих компонентов, тем сильнее сказывается поле на скорости реакции.

С другой стороны, при воздействии электростатического поля улучшаются 40 адсорбционные характеристики подложки, поскольку на дефектах поверхности подложки концентрируются силовые линии электростатического поля, в результате чего возрастает число центров кристаллизации на поверхности подложки. Благодаря тому, что под действием поля адсорбционные параметры подложки улучшаются, улучшается качество осаждаемых слоев. Атомы или молекулы соединения, образующего слой, под действием поля создают на подложке плотную равномерную пленку.

Для того, чтобы обеспечить равномерность электростатического поля в пределах поверхности подложки, геометрические размеры электродов 5 и 6 должны быть не менее геометрических размеров подложки. Кроме того, электрод 6, погружаемый в электролит, должен выполняться из химически инертного по отношению к электролиту материала (чтобы не изменять состава электролита). Напряжение, подаваемое на электроды не превышает 0,1-0,5 (для различных диэлектриков) величины напряжения пробоя диэлектрического материала осадительной ванны.

Полученные результаты представлены в табл. 1 и 2.

Применение устройства для химического осаждения слоев на подложки позволяет увеличить скорость осаждения слоев в 1,5-3 раза, улучшить их качество (отсутствие явно различимых участков слоя уменьшенной толщины), а также управлять скоростью осаждения слоев путем изменения напряженности электростатического поля.

Покрытия, получаемые в установке, отличаются хорошим блеском и высокой прочностью сцепления с подложкой, однородностью по толщине на всей площади подложки.

Экономический эффект от использования изобретения составит 20 тыс. руб. в год.

1097708

Т а б л и ц а 1

Напряжение Температура, о на электро-, С дах, кВ

Время осажде- Толщина ния, мин слоя, MK !

Характер однородности слоя по толщине

0,6

Однородный

0,61

0,615

0,63

0,64

0,656

Таблица2

Напряжение на электродах, кВ

Температура, 0С

0,5

Неоднородный

0,405

0,41

0,42

0,425

0,43

Составитель А.Пятибратов

Редактор П.Макаревич Техред М. Гергель Корректор А.Зимокосов

Заказ 4161/25 Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

82-87

82-87

82-87

82-87

82-87

82-87

82-87

82-87

82-87

82-87

82-87

82-87

Время осажде Толщина Характер одно-. ния мин слоя, мк родности слоя по толщине