Устройство ионно-плазменного нанесения покрытий

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

«>>885347 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 29. 11. 79 (21) 2844024/18-21 (51)м. ил.з с присоединением заявки И9

С 23 С 15/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 301181, Бюллетень 8944

Дата опубликования описания 30. 11. 81 (53) УДИ 621. 793. 12 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Н. В. Волков, Л.A. Трофимова и Т.M. Малыш

Куйбышевский инженерно-строительный инст (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ пОкРытий

Изобретение относится к устройствам для покрытия металлов, а именно к устройствам для ионно-плазменного нанесения покрытий, и предназначено для использования в электронике, в .частности к микроэлектронике для получения тонких покрытий катодным распылением.

Известны устройства для ионно. плазменного нанесеиия покрытий в вакууме (1j.

Данные устройства являются двух-, трех и четырехэлектродными системами.

Двухэлектродные системы имеют недостаточную скорость распыления, а трех- и многоэлектродные системы распыления имеют более сложную конструкцию. В указанных устройствах распыление материала или мишени происходит, как правило, в высоковольтном разряде, где энергия положительных ионов имеет широкий энергетический спектр. Вследствие этого распыление материала происходит как отдельными атомами, так и целыми их группами. Недостатком является то, что, осаждаясь на подложку, распылен ные частицы создают существенную неоднородность и неравномерность распыленного материала в напыляемых покрытиях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство ионно-плазменного нанесения покрытий, содержащее катод, анод и подложкодержатель. Катод выполнен в виде двух и более цилиндров, оси которых расположены в одной плоскости параллельно друг другу и плоскости анода — подложкодержателя.

Каждый катод внутренней полостью монтируется на катододержатель и отделен от другого катода экраном (=).

В известном устройстве электрическое поле между катодами и анодом с подложкой неоднородно. Вследствие этого неоднороден поток положительных ионов, падающих на катоды, и неравномерно осаждение распыляемых частиц на подложке. Производительность устройства невелика.

Цель изобретения — повышение качества покрытий и производительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве ионно-плазменного нанес>ения покрытий, содержащем катод, анод и подложкодержатель, катод выполнен в виде плоской

885347

S5

60 спирали и размещен между анодом и подложкодержателем, при этом подложкодержател расположен от катода на расстоянии темного катодного пространства.

На фиг. 1 показано устройство, продольный разрез; на фиг. 2 схема устройства, поперечный разрез.

Устройство содержит анод 1, катод

2, выполненный в виде плоской спирали, подложкодержатель 3. Катод размещен между анодом и подложкодержателем, при этом подложкодержатель расположен от катода на расстоянии темного катодного пространства.

Устройство работает следующим образом.

После проведения вакуумной откачки и наполнения вакуумной камеры рабочим газом между анодом 1. и катодом

2 устанавливается тлеющий разряд. В этом разряде основными зонами являются отрицательное свечение и темное катодное пространство..При анодном напряжении 800-1500 В и разрядном токе 170-260 MA происходит интенсивное распыление катода. Процесс нанесения покрытий в данном устройстве осуществляется следующим образом.

Поскольку режим разряда при работе устройства является аномальным, каждый ниток катода 2 участвует в разряде и имеет свое отрицательное свечение и темное катодное пространство. Вследствие этого каждый виток подвергается распылению под действием положительных ионов. Витки катода отделены друг от друга малым шагом, в результате чего все отрицательные свечения сливаются в одно общее свечение. Экспериментально установле" но, что при этом слиянии в общем свечении проявляется эффект полого катода. При наличии полого катода увеличивается время жизни электронов, которые резко увеличивают объемную ионизацию нейтральных частиц газа, что увеличивает количество ионов. Данным обстоятельством о6условливается многочисленный поток положительных ионов, падающих с достаточно большой энергией на катод 2, где происходит интенсивное распыление материала катода. Интенсивность распыления увеличивается еще и тем, что спиралеобразный катод из проволоки с диаметром менее 1,5 мм распыляется с большей скоростью, чем плоский катод.

Поскольку в аномальном режиме тлеющего разряда положительные ионы, распыляющие катод, образуются в отрицательном свечении, в данном разряде все положительные ионы начинают свой путь из общего свечения с ничS l0

26

4О тожно малой энергией. При дальнейшем своем движении они движутся в одинаковых условиях в сторону катода и в темном катодном пространстве получают одинаковое приращение энергии.

Вследствие этого энергия положительных ионов перед падением на катод 2 имеет узкий спектр. В результате этоГо распыление катода происходит под действием монокинематического потока ионов, что обусловливает, в свою очередь, образование распыленных атомов с примерно одинаковой энергией.

В связи с тем, что тлеющий разряд работает в режиме средней аномальности (800-1500 B),ïoä действием положительных ионов распыляются только отдельные атомы, а не группы атомов. Поскольку ионы представляют многочисленный и монокинетический поток, распыленные атомы также монокииетичны и многочисленны.

В результате того, что подложка находится за катодом, вне разрядного промежутка и электрического поля, положительные ионы не попадают на подложку и не распыляют ее.

Из-за того, что B"устройстве использован эффект полого катода для катода, выполненного в виде проволочной спирали, катодное распыление и напыление на подложке тонких покрытий происходит с достаточно высокой скоростью. Например, при разрядном гоке Э 0,14 A и давлении 4 - 10 %op аргона напыление происходит со скоростью 42 A/c. При средней аномальности разряда данная скорость нанесения покрытий показывает более высокую производительность, чем при использовании известного устройства.

Формула изобретения

Устройство ионно-плазменного нанесения покрытий, содержащее катод, анод и подложкодержатель, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества покрытий и производительности устройства, катод выполнен в виде плоской спирали и размещен между анодом и подложкодержателем, при этом подложкодержатель расположен от катода на расстоянии темного катодного пространства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3864239, кл. 204-298, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 388061, кл. С 23 С 15/00, 1973 (прототип).

885347

Составитель В. Одиноков

Техред И.Голинка. Корректор М.Поло

Редактор В. Петраш

Заказ 10456/38

Тираж 1051 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытиЯ

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

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