Способ нанесения оксидных пленок

Изобретение относится к области тонкопленочной технологии и предназначен для магнетронного, электронно-лучевого и других методов нанесения пленок в микро-, опто-, наноэлектронике. Способ нанесения оксидных пленок заключается в том, что материалы доставляются к поверхности роста в дозированном количестве. На поверхность роста подают поток металла, а нанесение производят магнетронным методом одновременно из двух мишеней. В качестве одной мишени используют керамику на основе оксида металла, а в качестве другой - сам металл. Техническим результатом изобретения является увеличение кристаллического совершенства слоев путем создания условий осаждения, близких к равновесным, за счет формирования однородных слоев без столбчатых структур. 1 з.п. ф-лы.

 

Относится к области тонкопленочной технологии и предназначен для магнетронного, электронно-лучевого, ионно-лучевого и других методов нанесения пленок в микро-, опто-, наноэлектронике.

Известны способы нанесения оксидных пленок, заключающиеся в том, что синтез проводят из потоков реагентов с дозированным соотношением или из потока молекул материала [З.Ю.Готраю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. М.: Радио и связь, 1991, 528 с., глава 7].

Прототипом предлагаемого способа является способ синтеза пленок оксидов различных металлов, заключающийся в том, что методом магнетронного распыления металлических мишеней в газовой среде, содержащей кислород, создают поток атомов металла [S.Safar, C.S.Ferekides and D.L.Model. Characterization and analysis of ZnO:AI deposition by reactive magnetron sputtering. // J. Vac. Sci. Technol., A, 13 (4), 1995, pp.2177-2182].

Например, для получения пленок оксида цинка производят магнетронное распыление металлической цинковой мишени в смеси газов Ar-O₂. Осаждаемая при этом пленка оксида цинка имеет несовершенную столбчатую структуру. Несовершенство синтезируемых слоев связано с тем, что синтез производится в условиях, далеких от равновесных. Атомы, молекулы и кластеры материалов, образующих пленку, не имеют энергии, достаточной для миграции по поверхности, что приводит к большому числу дефектов упаковки, к нестехиометричности слоев и к низкой адгезии пленки к подложке.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение кристаллического совершенства слоев путем создания условий осаждения, близких к равновесным.

Указанный технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что распыление производят из двух мишеней. Первая, керамическая мишень оксида цинка обеспечивает поток молекул ZnO к подложке. Вторая, металлическая мишень цинка обеспечивает создание у поверхности подложки избыточного давления паров цинка. Осаждающийся при этом на поверхности слой оксида цинка (ZnO_1-x) обогащен цинком и имеет существенно меньшую, нежели ZnO, температуру плавления. На растущей поверхности при этом создаются условия роста из жидкой фазы. Это обеспечивает высокие скорости диффузии реагентов, оптимальные условия зарождения и, соответственно, условия слоевого роста.

При этом избыточный цинк не встраивается в растущую поверхность, а постоянно находится в составе жидкого поверхностного слоя или в газовой фазе.

Примером конкретного исполнения предлагаемого изобретения является способ синтеза прозрачных проводящих электродов на основе слоев ZnO:Ga. Для этого методом магнетронного сораспыления из двух магнетронов на постоянном токе керамической мишени ZnO:Ga и металлической мишени цинка напыляют слои в атмосфере аргона на подложки из плавленого кварца при температуре подложки около 450°С. Полученные слои имеют плотность, близкую к теоретической. Слои имеют поликристаллическую структуру с преимущественным направлением оси с (0001) ZnO и не содержат столбчатых кристаллитов. При толщинах слоев около 0,15 мкм проводимость слоев может достигать 10 Ом/□, что соответствует удельному сопротивлению около 10^-4 Ом×см. При этом оптическое пропускание в видимой области составляет около 92%.

Проведенные испытания показывают, что полученные слои соответствуют требованиям, предъявляемым к прозрачным проводящим электродам, а предлагаемый способ нанесения оксидных пленок обеспечивает высокое структурное совершенство слоев.

1. Способ нанесения пленки оксида металла, заключающийся в том, что материалы, входящие в состав пленки, доставляются к поверхности роста в дозированном количестве, отличающийся тем, что на поверхность роста подают поток металла, а нанесение производят магнетронным методом одновременно из двух мишеней, в качестве одной из которых используют керамику на основе оксида металла, а в качестве другой - сам металл.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной мишени используют керамику на основе оксида цинка, а в качестве другой - цинковую.