RU2058429C1 - Способ напыления пленок - Google Patents
Способ напыления пленок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2058429C1 RU2058429C1 RU93032063A RU93032063A RU2058429C1 RU 2058429 C1 RU2058429 C1 RU 2058429C1 RU 93032063 A RU93032063 A RU 93032063A RU 93032063 A RU93032063 A RU 93032063A RU 2058429 C1 RU2058429 C1 RU 2058429C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- plasma
- current
- voltage
- cathode
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов, поверхностного легирования материалов, нанесения защитных покрытий, получения различных пленочных структур. Сущность изобретения: в газоразрядном промежутке предварительно создают магнитное поле и предварительную плазму, в которой формируют сильноточный высоковольтный диффузионный разряд с напряжением горения свыше 75 В путем пропускания через нее импульсов тока плотностью 0,3 - 100 А/см2, длительностью 10- 6 -1 с с частотой следования от однократного до 103 Гц, после чего осаждают покрытие.
Description
Изобретение относится к технике нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме и может быть использовано в технологии производства полупроводниковых приборов, поверхностного легирования материалов, нанесения защитных и декоративных покрытий, получения различных пленочных структур.
Известен способ напыления пленок в вакууме (Maniv S. Westwood D. Discharge characteristics for magnetron sputtering of Al in Ar and Ar/O2 mixtures. J. Vac. Sci. and Technol, 1980, 17(3), р. 743-751), заключающийся в том, что обрабатываемый материал помещают в плазму стационарного или высокочастотного газового разряда в магнитном поле (магнетронного разряда) при пониженном давлении. Покрытие создается потоком ионов и нейтральных атомов, возникающим вследствие распыления мишени потоком ионов из зон ионизации разряда, ускоренных до энергии, соответствующей величине катодного или приэлектродного (потенциал детектирования) падения потенциала, для случая стационарного разряда в планарном магнетроне в диапазоне рабочих давлений 0,2-2 Па и величине магнитных полей до 0,03 Т. Вольт-амперная характеристика разряда I=КVn (где I ток разряда, V напряжение разряда, K,n коэффициенты, зависящие от конструкции устройства, рода газа, давления, магнитного поля) n > 1 сохраняется до величины плотностей токов на катод j I/S катода <0,03 А/см2, напряжения разряда при этом достигают 400-600 В. Это ограничивает мощность разряда на единицу площади распыляемой мишени, а следовательно, и интенсивность потока осаждаемого материала (или плотность плазмы разряда, если осаждение производится из плазмы).
Продолжительное (более характерных времен теплопередачи в обрабатываемом материале или более характерных времен химических реакций на его поверхности) воздействие интенсивного потока распыленных атомов и ионов на обрабатываемый материал снижает качество нанесения покрытия, а также химическую однородность покрытия.
Для высокочастотного разряда величина приэлектродного падения потенциала, определяющая эффективность распыления, определяется соотношением P , где Р ВЧ мощность, VsВ приэлектродное падение потенциала, С, В параметры, зависящие от давления, рода газа, однако эта величина не превосходит 300-500 В. Скорость нанесения покрытия в этом случае не превосходит 1 мкм/мин (по алюминию), что также требует продолжительного режима и сопряжено с вышеуказанными недостатками.
Из известных наиболее близким по технической сущности является способ нанесения покрытия с помощью газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях (магнетронного разряда), в котором электроны удерживаются вблизи поверхности катода, что позволяет получить плотную плазму с высокой степенью ионизации вблизи катода, что обеспечивает высокую скорость распыления катодной мишени. Вместе с тем малое сопротивление плазмы по сравнению с разрядом низкого давления без магнитного поля уменьшает катодное падение потенциала до 350-700 В, а плотность тока разряда достигает 100 мА/см2. В отличие от обычного катодного распыления скорость уноса материала мишени увеличивается в 5-10 раз. Наличие магнитного поля снижает поток высокоэнергетических электронов на напыляемый материал, то наряду с уменьшением напряжения разряда вызывает уменьшение энергии, приносимой электронами на подложку. Температура подложки составляет 50-200оС, тогда как при обычном катодном распылении она достигает 300-500оС. Снижение рабочего давления с одновременным увеличением скорости напыления и снижением темпеpатуры подложки позволяет существенно повысить качество покрытия, однако этого недостаточного для нанесения однородных покрытий и обработки нетермостойких материалов.
Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение качества пленок и скорость их нанесения за счет уменьшения времени воздействия плазмы разряда на обрабатываемый материал (с непрерывного до 40 мс за импульс) при одновременном увеличении скорости нанесения покрытия (импульсная скорость напыления покрытия по меди до 120 мкм/мин).
Сущность изобретения заключается в том, что в способе напыления пленок, включающем распыление мишени в плазме магнетронного разряда низкого давления, в газоразрядном промежутке создают предварительно магнитное поле и предварительную плазму, в которой формируют сильноточный высоковольтный диффузионный разряд с напряжением горения свыше 75 В путем пропускания через нее импульсов тока с плотностью 0,3-100 А/см2, длительностью 10-6-1 с с частотой следования от однократного до 103 Гц, после чего производят осаждение покрытия.
Режим разряда, обладающий вышеуказанными свойствами, реализуется независимо от рода газа, материала катода и конструкции разрядного устройства. Характерным свойством такого разряда является отсутствие неоднородностей в плазме разряда и образования катодных пятен. Наличие предварительной ионизации промежутка не является обязательным, однако вероятность перехода в дуговой режим в случае ее отсутствия возрастает.
П р и м е р. Пленку наносят распылением катодной мишени, например, в планарном магнетроне на подложку, например, из лавсана, ткани, полиэтилена, бумаги или нержавеющей стали. Предварительно в магнетроне зажигался разряд, обеспечивающий предварительную ионизацию разрядного объема (ni 1,5-2 .109 см-3). Затем через разряд пропускался импульс тока амплитудой до 250 А. Общая длительность импульса составляла до 40 мс. Диапазон давлений выбирался 2. 10-3 5 .10-2 тор. Рабочий газ аргон, азот, воздух и их смеси различного процентного состава. Характерные параметры сильноточного разряда при этом составили: напряжение горения (Vр) 500-950 В, ток разряда (Iр) 250-120 А (соответственно), плотность тока достигала 25 А/см. Например, для режима Р 1 .10-2 тор, Iр 63 А, Vр 950 В, материал катода медь, рабочий газ аргон, импульсная скорость напыления покрытия на подложку, отстоящую от катода на расстояние 120 мм составляет 44 мкм/мин при длительности импульса тока 25 мс, что при частоте следования импульсов 10 Гц соответствует средней скорости напыления 18 мкм/мин. Увеличение длительности импульса свыше 1 с при сохранении указанной плотности тока приводит к развитию ионизационно-перегревной неустойчивости и контракции разряда, уменьшение длительности менее 10-6 с ограничивает возможность самораспыления материала катода, что снижает эффективность способа. Увеличение плотности тока свыше 100 А/см2 приводит к превышению критического тока образования катодного пятна, что также приводит к переходу разряда в дуговой режим с потерей преимущества обработки с помощью сильноточного диффузионного разряда. Частота следования 103 Гц ограничивается временем восстановления электрической прочности газоразрядного промежутка.
Испытания показали, что при переходе в сильноточную форму разряд распространяется на существенно более широкую область катода, повышая его ресурс по сравнению со стационарным магнетронным разрядом, а также повышая равномерность потока распыленных атомов.
Использование способа позволяет путем увеличения частоты следования импульсов увеличить среднюю скорость нанесения покрытий по сравнению с существующими способами магнетронного нанесения покрытий, существенно (более чем в 10 раз) уменьшить количество примесей в напыляемых пленках и, регулируя время воздействия потока распыленных частиц, определять температурный режим поверхности обрабатываемого материала.
Claims (1)
- СПОСОБ НАПЫЛЕНИЯ ПЛЕНОК, включающий распыление мишени в плазме магнетронного разряда низкого давления, отличающийся тем, что в газоразрядном промежутке предварительно создают магнитное поле и предварительную плазму, в которой формируют сильноточный высоковольтный диффузионный разряд с напряжением горения свыше 75 В путем пропускания через нее импульсов тока с плотностью 0,3 100,0 А/см2, длительностью 10- 6 1 с с частотой следования от однократного до 103 Гц.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93032063A RU2058429C1 (ru) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | Способ напыления пленок |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93032063A RU2058429C1 (ru) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | Способ напыления пленок |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93032063A RU93032063A (ru) | 1995-10-27 |
RU2058429C1 true RU2058429C1 (ru) | 1996-04-20 |
Family
ID=20143572
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93032063A RU2058429C1 (ru) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | Способ напыления пленок |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2058429C1 (ru) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008100181A1 (ru) * | 2007-02-12 | 2008-08-21 | Igor Nikolaevich Skvortsov | Способ нанесения пленочного покрытия |
US7808184B2 (en) | 2004-02-22 | 2010-10-05 | Zond, Inc. | Methods and apparatus for generating strongly-ionized plasmas with ionizational instabilities |
US7811421B2 (en) | 2002-11-14 | 2010-10-12 | Zond, Inc. | High deposition rate sputtering |
RU2467878C2 (ru) * | 2011-01-24 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ нанесения теплозащитного покрытия |
US8883246B2 (en) | 2007-12-12 | 2014-11-11 | Plasmatrix Materials Ab | Plasma activated chemical vapour deposition method and apparatus therefor |
RU2566232C1 (ru) * | 2014-09-15 | 2015-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий из алюминиевых сплавов |
RU2602577C2 (ru) * | 2011-06-30 | 2016-11-20 | Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон | Нанослойное покрытие для высококачественных инструментов |
US9771648B2 (en) | 2004-08-13 | 2017-09-26 | Zond, Inc. | Method of ionized physical vapor deposition sputter coating high aspect-ratio structures |
-
1993
- 1993-06-17 RU RU93032063A patent/RU2058429C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные системы ионного распыления материалов. Сб.трудов МИЭТ по проблемам микроэлектроники 1978, вып.39, с.113-124. * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7811421B2 (en) | 2002-11-14 | 2010-10-12 | Zond, Inc. | High deposition rate sputtering |
US7808184B2 (en) | 2004-02-22 | 2010-10-05 | Zond, Inc. | Methods and apparatus for generating strongly-ionized plasmas with ionizational instabilities |
US8125155B2 (en) | 2004-02-22 | 2012-02-28 | Zond, Inc. | Methods and apparatus for generating strongly-ionized plasmas with ionizational instabilities |
US9771648B2 (en) | 2004-08-13 | 2017-09-26 | Zond, Inc. | Method of ionized physical vapor deposition sputter coating high aspect-ratio structures |
WO2008100181A1 (ru) * | 2007-02-12 | 2008-08-21 | Igor Nikolaevich Skvortsov | Способ нанесения пленочного покрытия |
US8883246B2 (en) | 2007-12-12 | 2014-11-11 | Plasmatrix Materials Ab | Plasma activated chemical vapour deposition method and apparatus therefor |
RU2467878C2 (ru) * | 2011-01-24 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ нанесения теплозащитного покрытия |
RU2602577C2 (ru) * | 2011-06-30 | 2016-11-20 | Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон | Нанослойное покрытие для высококачественных инструментов |
RU2566232C1 (ru) * | 2014-09-15 | 2015-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий из алюминиевых сплавов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5279723A (en) | Filtered cathodic arc source | |
JP4461253B2 (ja) | プラズマ発生方法 | |
CA2411174C (en) | A process and apparatus for plasma activated deposition in a vacuum | |
US5015493A (en) | Process and apparatus for coating conducting pieces using a pulsed glow discharge | |
US3625848A (en) | Arc deposition process and apparatus | |
RU2364661C2 (ru) | Осаждение импульсным магнетронным распылением с предыонизацией | |
EP0508612B1 (en) | Apparatus and method for coating a substrate using vacuum arc evaporation | |
JP3361550B2 (ja) | サブストレート処理装置 | |
US3756193A (en) | Coating apparatus | |
US20090200158A1 (en) | High power impulse magnetron sputtering vapour deposition | |
US20100236919A1 (en) | High-Power Pulsed Magnetron Sputtering Process As Well As A High-Power Electrical Energy Source | |
Coll et al. | Design of vacuum arc-based sources | |
RU2058429C1 (ru) | Способ напыления пленок | |
JPH1060659A (ja) | プラズマ処理装置 | |
Bugaev et al. | Investigation of a high-current pulsed magnetron discharge initiated in the low-pressure diffuse arc plasma | |
JP3345009B2 (ja) | 加熱により製造された材料蒸気のイオン化方法及び該方法を実施する装置 | |
CN114540779B (zh) | 复合阴极、磁控溅射镀膜设备及镀膜方法 | |
RU2752334C1 (ru) | Газоразрядное распылительное устройство на основе планарного магнетрона с ионным источником | |
Robinson et al. | Characteristics of a dual purpose cathodic arc/magnetron sputtering system | |
WO2014142737A1 (en) | Arrangement and method for high power pulsed magnetron sputtering | |
Sanders et al. | Magnetic enhancement of cathodic arc deposition | |
RU2339735C1 (ru) | Способ нанесения пленочного покрытия | |
JP2716844B2 (ja) | 溶射複合膜形成方法 | |
Golan et al. | Ring etching zones on magnetron sputtering targets | |
RU2063472C1 (ru) | Способ плазменной обработки деталей и устройство для его осуществления |