SU910843A1 - Cathode assembly - Google Patents

Cathode assembly Download PDF

Info

Publication number
SU910843A1
SU910843A1 SU802898959A SU2898959A SU910843A1 SU 910843 A1 SU910843 A1 SU 910843A1 SU 802898959 A SU802898959 A SU 802898959A SU 2898959 A SU2898959 A SU 2898959A SU 910843 A1 SU910843 A1 SU 910843A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
anode
cathode
dielectric
film
cathode assembly
Prior art date
Application number
SU802898959A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Федорович Мочалов
Алексей Александрович Фомин
Владимир Иванович Кузнецов
Original Assignee
Московский институт электронной техники
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский институт электронной техники filed Critical Московский институт электронной техники
Priority to SU802898959A priority Critical patent/SU910843A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU910843A1 publication Critical patent/SU910843A1/en

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

1one

Изобретение относитс  к нанесению тонких диэлектрических пленок путем ионного распылени  материала в вакууме.The invention relates to the deposition of thin dielectric films by ion sputtering of the material in a vacuum.

Известен катодный узел, преимущественно дл  ионно-плазменного нанесени  диэлектрических пленок в вакууме, содержащее катод-мишень, анод A cathode assembly is known, preferably for ion-plasma deposition of dielectric films in vacuum, containing a target cathode, an anode.

Однако в подобных устройствах не удаетс  получать толстые слои диэлектриков с толщиной более 1 мкм из-за налой скорости напьшени , котора  составл ет 0,3-1,0 мкм/ч, в товрем  как при изготовлении акустоэлектронных приборов необходимы слои диэлектриков толщиной до 15 мкм.However, in such devices, it is not possible to obtain thick layers of dielectrics with a thickness of more than 1 micron due to the pressing speed of the film, which is 0.3-1.0 micron / h. .

Этот недостаток частично устранен ,в устройствах ионно-плазмеиного распылени , где скорость нанесени  пленки значитедьиб выше.This disadvantage is partially eliminated in ion-plasma spraying devices, where the rate of deposition of the film is significantly higher.

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  катодный узел, преимущественно дл  сопло-плазменного нанесени  диэлектрических пленок в вакууме, содержащий катод, ми-, щень, анод, магнитную систему. Такой катодный узел позвол ет получить высокие скорости нанесени  пл.енок и, следовательно, значительно снизить врем  получени  толстых слоев 2.The closest in technical essence is the cathode assembly, mainly for nozzle-plasma deposition of dielectric films in vacuum, containing a cathode, a myon, a schie, an anode, and a magnetic system. Such a cathode assembly allows to obtain high rates of deposition of a pl.enok and, therefore, significantly reduce the time to obtain thick layers 2.

Однако толстые диэлектрические слои совершенной структуры не могут быть получены из-за пассивации анода, However, thick dielectric layers of a perfect structure cannot be obtained due to the passivation of the anode,

10 вызванной растущей на ием диэлектрической пленкой. Пассиваци  металлического катода отсутствует ввиду ВЫСОКО11 скорости распылени  - диэлектрическа  пленка не успевает 10 caused by the growing dielectric film. The passivation of the metal cathode is absent due to the HIS11 sputtering speed — the dielectric film does not have time

15 образовыватьс .15 is formed.

При пассивации анода возрастает электронный ток на )заземленный: подложкодержатель и детали подколпачного устройства. Под воздействием элект30 ронного тока по вл етс  отрицательный плавающий :п6гёнциал на .пассивированных поверхност х.За счет этого тлеющий разр д выходит за пределы распылительной  чейки, последнее приводит к резкому увеличению десорбции загр зн кшщх примесей с поверхности деталей подколпачного устройства. В основном десорбируютс молекулы HI(,. СО, О( и т.д. Пленка образующа с  на подложке, подвергаетс  воздействию реактивных газовых загр знений. Одновременно при выт гивании плазмы в объем подколпачного устройства подложка оказываетс  в зоне разр да. Последнее обсто тельство приводит к дополнительно . неконтролируемому разогрев поверхности подложки на ISO-ZSO C. Оба этих фактора существенно снижаю качество кристаллической структуры растущей диэлектрической пленки. В процессе напылени  может проис ходить пробой диэлектрической пленк образованной на аноде. Подобные про бои привод т к нестабильност м разр да. С увеличением толщины диэлектри ческой плеики. на аноде разр д постепенно затухает и может погаснуть совсем. Все зто приводит к контролируемому уменьщению скорости расгмлени  в процессе работы. Наконец, при осаждении пленки на подпожку она оказываетс  под воздействием ппавающего потенциала, наведенного воздействием плаз. Величина плавающего потенциала может достигать 100 - 300 В в зависимости от приложенного катодного потенциала и геометрии устройства. Этот накопленный разр д стекает с поверхносвызыва  разрушение поти пленки, следней. Необходимо отметить, что указанны отрицательные  влени  наиболее  рко про вл етс  при напьшении пленок диэлектриков толщиной свыше 2-3 мкм, т.е. когда наиболее сильно сказы- ваетс  пассиваци  анода. Цель изобретени  - повышение качества диэлектрических пленок. Указанна , цель достигаетс  тем, что катодный узел , преимущественно дл  ионно-плазменного нанесени  диэлектрических пленок в вакууме, содержащий катод, мишень, анод, магнит ную систему, снабжен нагревателем, расположенным со стороны анода, противолежащей рабочей поверхности като да. ... На чертеже представлен предлагаем катодный узел. 3 .4 Устройство состоит из вакуумной камеры 1 с патрубками 2 и 3 дл  напуска рабочего газа и откачки, катода 4, магнитной системы 5, мишени 6 из распыл емого материала, кольцевого анода 7, нагревател  8 и подложкОдержатЫ1  9, на котором установлена подложка 10. Катод 4 изолирован от заземленной камеры 1 с помощью диэлектрических прокладок. Посто нное напр жение на катод 4 и и анод 7 подают от источника 11 питани  на нагреватель 8 - от источника 12 питани . Устройство включает экран 13 радиационной защиты. Устройство работает следующим образом . Через патрубок В вакуумна  камера 1 откачиваетс  до давлени  10 затем , после прогрева анода 7 и подложкодержател  9 до заданных температур ,в камеру 1 напускаетс  рабоча  газова  смесь, например аргонаммнак , до необходимого давлени . Температура :нагрева анода 7 поддерживаетс  на таком уровне, при котором удельное сопротивление диэлектрической пленки, покрывающей анод, настолько мало, что позвол ет обеспечить необходимую проводимость. Пассиваци  отсутствует, и весь электронный ток улавливаетс  анодом. Дл  большинства диэлектриков температуру анода необходимо поддерживать в диапазоне ЗОО-ЮОО С в зависимости от проводимости диэлектрической пленки, К катоду прикладываетс  отрицательный потенциал, и в камере 1 зажигаетс  разр д. Ионы рабочего газа бомбардируют и распыл ют металлическую мишень 6.Продукты химической реакции распыленного материала и рабочего газа, осажда сь на подложке, формируют диэлектрический слой. Проверка предложенного устройства дл  нанесени  диэлектрических слоев проводитс  при напылении пленки нитрида алюмини  (S 10° - OM-CMJ. В качестве мишени используетс  алюминиевый диск (А 995J , а в качестве рабочего газа - смесь аргон-аммиак.Содержание аммиака в смеси мен етс  в пределах 1-100% при общем давлении Со,6-5) . Анод в виде кольца листового тантала нагреваетс  до . В качестве нагревател  используютс  инфракрасные лампы. Температура полпожки находщтс  в диапазоне 300-1200°С. Величина пла1заю1дего потенциала на iraгретой подложке снижаетс  со 150 В до 5-10 В при нагреве анода до рабочей температуры. При этом почти весь электронный ток уйавливаетс.  анодом. Разр д локализуетс  в пространстве анод - мишень и имеет стабильные параметры. Пробои пленки, осаждающейс  на аноде, отсутствуют. Измерени  скорости осаждени  в разные моменты времени в течении процесса напылени  дают одинаковые результаты (с точностью до 10%). Нагрев подложки под воздействием разр да снижаетс  с 200 до (без нагревател .When the anode is passivated, the electron current increases to: a) grounded: substrate holder and sub-cap device parts. Under the influence of the electron current, a negative floating appears: the pigment on the passivated surfaces. Due to this, the glow discharge goes beyond the spray cell, the latter leads to a sharp increase in the desorption of contaminants from the surface of the subcollege device. HI molecules (,. CO, O (etc., the film formed on the substrate) are subject to reactive gaseous contaminants. At the same time, when the plasma is drawn into the volume of the subcollet device, the substrate is in the discharge zone. additionally, uncontrolled heating of the substrate surface to ISO-ZSO C. Both of these factors significantly reduce the quality of the crystalline structure of the growing dielectric film. During the spraying process, dielectric film breakdown may occur Anode at the anode. Such breakdowns lead to instability of the discharge. With an increase in the dielectric thickness at the anode, the discharge gradually fades out and can go out completely. All this leads to a controlled decrease in the rate of crushing during operation. Finally, during film deposition it is affected by the floating potential induced by the plasma. The floating potential can reach 100–300 V, depending on the applied cathode potential and the geometry of the device. This accumulated discharge flows from the surface to cause the destruction of the sweat of the film, the last. It should be noted that these negative phenomena are most pronounced when applying films of dielectrics with a thickness of more than 2-3 microns, i.e. when passivation of the anode is most pronounced. The purpose of the invention is to improve the quality of dielectric films. This goal is achieved by the fact that the cathode assembly, mainly for ion-plasma deposition of dielectric films in vacuum, comprising a cathode, a target, an anode, a magnetic system, is provided with a heater located on the side of the anode opposite to the working surface of the cathode. ... The drawing shows the proposed cathode assembly. 3 .4 The device consists of a vacuum chamber 1 with nozzles 2 and 3 for the inlet of the working gas and pumping, cathode 4, magnetic system 5, target 6 of sprayed material, annular anode 7, heater 8 and substrate Hold1 9 on which substrate 10 is installed The cathode 4 is isolated from the grounded chamber 1 by means of dielectric spacers. A constant voltage to the cathode 4 and and the anode 7 is supplied from the power source 11 to the heater 8 from the power source 12. The device includes a radiation protection screen 13. The device works as follows. Through pipe B, the vacuum chamber 1 is pumped to pressure 10 and then, after heating the anode 7 and substrate holder 9 to the set temperatures, working gas mixture, such as argon masks, is fed into chamber 1 to the required pressure. Temperature: the heating of the anode 7 is maintained at such a level that the specific resistance of the dielectric film covering the anode is so small that it allows for the necessary conductivity. Passivation is absent, and the entire electron current is captured by the anode. For most dielectrics, the anode temperature must be maintained in the ZOO-UOO C range depending on the conductivity of the dielectric film, a negative potential is applied to the cathode, and a discharge is ignited in chamber 1. The working gas ions bombard and spray the metal target 6. Spray material chemical reaction products and the working gas, deposited on the substrate, forms a dielectric layer. The test of the proposed device for applying dielectric layers is carried out by sputtering an aluminum nitride film (S 10 ° - OM-CMJ. An aluminum disk is used as a target (A 995J, and an argon-ammonia mixture is used as a working gas. Ammonia content in the mixture varies in within 1–100% with a total pressure of Co, 6–5). The anode in the form of a ring of tantalum sheets is heated to. Infrared lamps are used as a heater. The half-burner temperature is in the range of 300–1200 ° C. one 50 V to 5-10 V when the anode is heated to the operating temperature. At the same time, almost all the electron current is absorbed by the anode. The discharge is localized in the anode-target space and has stable parameters. There are no film breakdowns deposited on the anode. different times during the sputtering process give the same results (with an accuracy of 10%). The heating of the substrate under the influence of the discharge decreases from 200 to (without a heater.

Скорость роста плёнок A1N измен етс  в пределах 1-20 мкм/ч в зависимости от давлени  аммиака в газовой смеси и мощности разр да. Удалось получить пленки толщиной до 15-20 мкм с удельным сопротивлением 10 .Ом-см и тангенсом диэлектрических потерь 0,01. На основе пленок нитрида алюмини  изготовлены пленочные пьезопреобразователи. Потери на одно преобразование на частоте 500 МГцThe growth rate of the A1N films varies from 1 to 20 µm / h, depending on the pressure of ammonia in the gas mixture and the power of the discharge. It was possible to obtain films with a thickness of up to 15–20 µm with a specific resistance of 10. Ohm-cm and a dielectric loss tangent of 0.01. Based on aluminum nitride films, film piezo transducers were manufactured. Losses on one transformation at a frequency of 500 MHz

равн ютс  10- дБ, а на частоте 1 ГГц12 дБ. Такие значени  потерь свидетельствуют о возможности создани  эффективных пьезопреобразователей на основе пленок нитрида алюмини . Таким образом, данный катодный узел обеспечивает повьшение качества дизлектрических слоев.are 10-dB, and at 1 GHz, 12 dB. Such loss values indicate the possibility of creating efficient piezo transducers based on aluminum nitride films. Thus, this cathode assembly provides higher quality dielectric layers.

Claims (2)

1.Патент США. 3962062, кл. 204-192, 1976..1. US Patent 3962062, cl. 204-192, 1976 .. 2.Патент США № 3528902, кл. 204-192, 1970 (прототип).2. US patent number 3528902, cl. 204-192, 1970 (prototype).
SU802898959A 1980-03-25 1980-03-25 Cathode assembly SU910843A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802898959A SU910843A1 (en) 1980-03-25 1980-03-25 Cathode assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802898959A SU910843A1 (en) 1980-03-25 1980-03-25 Cathode assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU910843A1 true SU910843A1 (en) 1982-03-07

Family

ID=20884839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802898959A SU910843A1 (en) 1980-03-25 1980-03-25 Cathode assembly

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU910843A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626704C2 (en) * 2015-12-08 2017-07-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Device of optical heating of the sample in magnetic reconciliation installations

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626704C2 (en) * 2015-12-08 2017-07-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Device of optical heating of the sample in magnetic reconciliation installations

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4394400A (en) Method and apparatus for depositing coatings in a glow discharge
US5637237A (en) Method for hot wall reactive ion etching using a dielectric or metallic liner with temperature control to achieve process stability
Sawada et al. The reduction of copper oxide thin films with hydrogen plasma generated by an atmospheric-pressure glow discharge
Berg et al. Diamond-like carbon films produced in a butane plasma
US4728529A (en) Method of producing diamond-like carbon-coatings
US5006220A (en) Electrode for use in the treatment of an object in a plasma
EP0049032A1 (en) Coating insulating materials by glow discharge
Fontana et al. Characteristics of triode magnetron sputtering: the morphology of deposited titanium films
Vancoppenolle et al. Glow discharge mass spectrometry study of the deposition of TiO 2 thin films by direct current reactive magnetron sputtering of a Ti target
GB2083841A (en) Glow discharge coating
US5206060A (en) Process and device for the deposition of thin layers and product made thereby
SU910843A1 (en) Cathode assembly
US4526802A (en) Film deposition equipment
US4318796A (en) Sputtering apparatus
Posadowski et al. Optical emission spectroscopy of self-sustained magnetron sputtering
US4735699A (en) Methods of depositing germanium carbide
JPH0512432B2 (en)
US5631050A (en) Process of depositing thin film coatings
Ishii et al. Sputtering of Cu in a high pressure atmosphere
Barankova et al. Titanium nitride deposited by high rate rf hollow cathode plasma jet reactive process
JPH03146489A (en) Coated filament for use in composite material
US4871420A (en) Selective etching process
DebRoy et al. Optical emissions during plasma assisted chemical vapor deposition of diamond-like carbon films
US3485739A (en) Method for coating a surface of a substrate with an insulating material by sputtering
JPH0387373A (en) Formation of thin film by plasma cvd