Способ изготовления мишени для распыления халькогенидных стеклообразных материалов в вакууме

 

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме. Цель изобретения - расширение технологических возможностей процесса. На проводящее основание через трафарет наносилась суспензия из оксидного стеклообразного материала с дисперсностью частиц порошка 150 . . . 200 мкм и температурой размягчения T_g1 = 640С. После высушивания мишень оплавлялась при температуре 740С в течение 30 мин. Затем с охлажденной мишени снимался трафарет, а образовавшиеся пустоты заполнялись суспензией халькогенидного стеклообразного материала состава GeS₂, имеющей T_g2 = 492С. Оплавление проводилось также после сушки суспензии при температуре на 80 . . . 100С выше температуры размягчения порошка в течение 30 . . . 40 мин. Общий отжиг осуществлялся при температуре 10 . . . 15ниже T_g2, т. е. ~ 482С, в течение 3 ч.

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме, а именно к способам получения мишеней для изготовления пленок хальдогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП), и может быть использовано в производстве изделий микроэлектроники, оптоэлектроники, оптики и т. д. Целью изобретения является расширение технологических возможностей процесса за счет получения пленок халькогенидных стеклообразных материалов, прозрачных в ультрафиолетовой (УФ) области спектра, с небольшими показателями преломления (менее двух единиц). П р и м е р 1. Для приготовления мишени использовали халькогенидный стеклообразный материал (ХСМ) состава GeS₂, имеющий коэффициент преломления n= 2,1, и оксидный стеклообразный материал (ОСМ) - промышленное оксидное стекло марки ТСМ-221, содержащее ≈ 62% GeO₂ с n= 1,55. Из указанных материалов готовили отдельно водные суспензии, используя порошки с дисперсностью частиц 150-200 мкм, приготовленные посредством растирания исходных материалов в фарфоровой ступке и последующего их просеивания через сита с размерами ячеек 150-200 мкм. Приготовленные водные суспензии путем намазывания наносили последовательно на проводящее основание из дуралюмина через трафарет из дуралюмина, выполненный с учетом требуемого соотношения площадей. Сначала наносилась суспензия из ТСМ-221, имеющая более высокую температуру размягчения, а именно T_g1= 640^оС, через трафарет с ячейками сегментного типа, в котором площадь основания, покрываемого ТСМ-221, составляла 99 см² (общая площадь покрываемого основания составляет 113 см³). Площадь покрываемого основания определяли исходя из обеспечения прозрачности получаемых пленок ХСМ в УФ-области спектра и уменьшении их показателя преломления. Эта площадь должна содержать ≈ 50% ОСМ ТСМ-221. Скорость распыления r₁ этого материала, составляющая 0,3 /c, определяли экспериментально посредством распыления мишени из этого материала. Аналогично определяли и скорость распыления r₂ ХСМ, которая составила 2 /c. После высушивания суспензии из ТСМ-221 в термостате при температуре 80^оС в течение 8-10 ч, мишень помещали в печь типа ТЭП-1, нагретую до 740^оС, на 30 мин, где происходило оплавление ее поверхности. Охлаждали мишень на воздухе до комнатной температуры. Затем снимали трафарет и образовавшиеся пустоты (площадь которых составляет 14 см²), т. е. соотношение площадей S₁/S₂= 7,1, заполнялись суспензией GeS₂, имеющей T_g2= 492^оС. Высушив суспензию в тех же условиях, что и предыдущую, проводили оплавление ее поверхности в той же печи при температуре 592^оС в течение 30 мин. Охлаждали мишень на воздухе до комнатной температуры. Общий отжиг мишени осуществляли в печи типа ТЭП-1 при температуре 482^оС в течение 3 ч с последующим охлаждением в печи до комнатной температуры. П р и м е р 2. Мишень изготавливали точно так же, как и в примере 1, и из тех же материалов суспензий и трафарета, только при других режимах. Оплавление осадка суспензии ТСМ-221 осуществляли при температуре 730^оС в течение 35 мин. После охлаждения до комнатной температуры наносили суспензию GeS₂. Оплавление осадка этой суспензии проводили при температуре 582^оС в течение 35 мин. После охлаждение до комнатной температуры отжигали мишень при температуре 480^оС в течение 3,5 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры в печи. Изготовленные по примерам 1 и 2 мишени имели гладкую ровную полированную поверхность и характеризовались длительностью эксплуатации (до 6 мес), обеспечивающей получение из них пленок с воспроизводимыми оптическими, физико-химическими параметрами. Из изготовленных мишеней на установке высокочастотного (ВЧ) ионноплазменного распыления были получены пленки ХСМ, прозрачные в УФ-области спектра, спектральные характеристики которых имели показатели преломления n= 1,8-1,9. Показатель преломления определяется расчетным путем по интерференционным кривым и толщине пленки с использованием спектрофотометра СФ-8. Введение в пленку халькогенидного стеклообразного покрытия оксидного стекла снижает показатель преломления и обеспечивает ее чувствительность в УФ-области спектра. Важным критерием для достижения целей изобретения является соотношение площадей основания мишени, покрываемых суспензиями оксидного и халькогенидного стеклообразных материалов. Экспериментально установлено, что для получения пленок ХСМ, прозрачных в УФ-области спектра, с малым показателем преломления это соотношение должно быть таким, чтобы пленка ХСМ содержала 40-50% ОСМ. Это обеспечивается при соотношении площадей S₁ ОСМ и S₂ ХСМ задаваемым выражением = · , где х - относительное количество ХСМ в получаемой пленке. При несоблюдении этого отношения, т. е. при увеличении площади, покрываемой ХСМ, получаемая пленка становится непрозрачной в УФ-области спектра и имеет показатель преломления больше n>2. Увеличение площади поверхности основания мишени, покрываемой ОСМ, приводит к получению пленки, нерадиационно стойкой и негеттерирующей примеси. Дисперсность частиц используемых суспензий обеспечивает равномерное оплавление поверхности мишени, требуемой для воспроизводимости состава, оптических и физико-химических свойств пленок. Для комбинированной мишени дисперсность частиц распыляемых материалов составляет 150-200 мкм, что позволяет получать ровную поверхность как ХСМ, так и ОСМ. При использовании порошков, распыляемых ХСМ и ОСМ, с дисперсностью частиц меньше 150 мкм происходит их коагулирование при оплавлении, вызывающее внутренние напряжения, которые способствуют появлению трещин на поверхности мишени и быстрому ее последующему разрушению, что приводит к невоспроизводимости оптических свойств получаемых пленок. Использование частиц суспензии с размерами более 200 мкм не обеспечивает полного их расплавления, в связи с чем поверхность мишени становится неровной, шероховатой, приводящей к невоспроизводимости оптических, физико-химических свойств получаемых пленок. Для достижения целей изобретения также весьма критичными параметрами являются температура и время оплавления, правильный выбор которых обеспечивает получение ровной гладкой поверхности мишени, позволяющей получать пленки с воспроизводимыми свойствами: оптическими, физико-химическими и составом. Так, при температурах, более чем на 100^оС превышающих значения Т_g1 и T_g2, в течение времени более 40 мин происходит частичное испарение ХСМ и ОСМ, вызывающее разрушение мишени, что не позволяет получить ровную гладкую поверхность мишени. При температурах оплавления, менее чем на 80^оС превышающих значения Т_g1 и T_g2, в течение времени менее 30 мин не происходит полного оплавления поверхности мишени, т. е. не получается ровная гладкая поверхность у мишени, что приводит к локальному перегреву ее поверхности в процессе распыления и к последующему ее быстрому разрушению, а следовательно, и к невозможности получения пленок с требуемыми свойствами. Для обеспечения длительности работы мишени, т. е. для сохранения ровной гладкой поверхности мишени в процессе ее распыления в течение продолжительного времени (4-6 мес), применяют отжиг. В изобретении проводят общий отжиг мишени после оплавления стеклообразного материала, имеющего меньшую температуру размягчения. Температура и время отжига весьма критичны при изготовлении мишени, так как их правильный выбор позволяет снять внутренние напряжения, возникающие в ХСМ и ОСМ, после оплавления и отжига, и приводящие в процессе распыления к разрыву ровной гладкой поверхности мишени и невозможности получения прозрачных пленок в УФ-области спектра с малым показателем преломления. Так, при температуре отжига, меньшей чем на 10^оС значения T_g2, в течение времени менее 3 ч не происходит полного снятия возникающих внутренних напряжений, что вызывает растрескивание поверхности мишени в процессе напыления. При температуре отжига, большей на 15^оС T_g2, в течение времени, большем 4 ч, происходит частичное испарение материалов с поверхности мишени, приводящее к возникновению неровностей на ее поверхности, затрудняющих получение пленок с нужными свойствами. Таким образом, способ позволяет изготовить комбинированную мишень для получения пленок ХСП методом ВЧ-распыления из двух различных несмешивающихся в объеме стеклообразных материалов, обеспечивая тем самым благодаря синтезу на подложке получение пленок ХСМ, прозрачных в УФ-области спектра, с малым показателем преломления. (56) Патент США N 3850604, кл. С 23 С 13/00, 1974. Авторское свидетельство СССР N 995523, кл. C 23 C 15/00, 1982.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИШЕНИ ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ВАКУУМЕ, включающий нанесение на электропроводное основание суспензии порошка халькогенидного материала, сушку, оплавление порошка, отжиг полученной заготовки с последующим ее охлаждением, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей процесса, перед нанесением суспензии порошка халькогенидного материала на часть поверхности основания наносят суспензию порошка оксидного стеклообразного материала с дисперсностью частиц 150 - 200 мкм с последующей сушкой и оплавлением порошка при температуре на 80 - 100^oС выше температуры размягчения порошка в течение 30 - 40 мин и охлаждением, нанесение суспензии порошка халькогенидного материала проводят на остальную часть поверхности основания, при этом используют порошок с дисперсностью частиц 150 - 200 мкм, оплавление порошка халькогенидного материала ведут при температуре на 80 - 100^oС выше температуры размягчения порошка халькогенидного материала в течение 30 - 40 мин, а отжиг заготовки проводят при температуре на 10 - 15^oС ниже температуры размягчения порошка халькогенидного материала в течение 3 - 4 ч, при этом отношение площадей поверхностей, покрытых оксидным материалом (S₁) и халькогенидным материалом, (S₂) определяют из выражения где x - относительное содержание халькогенидного материала в распыленном потоке; r₁ и r₂ - скорость распыления оксидного и халькогенидного материалов соответственно.