RU2657275C2 - Способ получения пленок теллурида кадмия магнетронным распылением на постоянном токе - Google Patents
Способ получения пленок теллурида кадмия магнетронным распылением на постоянном токе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657275C2 RU2657275C2 RU2016145156A RU2016145156A RU2657275C2 RU 2657275 C2 RU2657275 C2 RU 2657275C2 RU 2016145156 A RU2016145156 A RU 2016145156A RU 2016145156 A RU2016145156 A RU 2016145156A RU 2657275 C2 RU2657275 C2 RU 2657275C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- heater
- temperature
- magnetron
- cadmium telluride
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения тонких пленок теллурида кадмия. Способ включает предварительный подогрев поверхности распыляемой мишени из теллурида кадмия до заданной температуры и ее магнетронное распыление на постоянном токе. Поверхность мишени предварительно нагревают до температуры 156-166°C посредством нагревателя, который размещают над поверхностью мишени на расстоянии 70 мм. Поддерживают указанную температуру в процессе распыления мишени. Сначала нагреватель размещают вне зоны поверхности мишени и по достижении температуры нагревателя 200°C и тока разряда 4 мА его перемещают и устанавливают над поверхностью мишени. Предварительный нагрев мишени приводит к интенсификации термоэлектроннной эмиссии. При предварительном нагреве до температуры 166°C поверхности мишени из теллурида кадмия, расположенной на поверхности магнетрона, конструкция которого предусматривает ее водяное охлаждение, с последующим поддержанием ее в интервале от 156°C до 166°C. Нагрев мишени осуществляют путем включения и выключения нагревателя. При магнетронном распылении на магнетрон подают напряжение 600 В при давлении аргона 2 Па и токе разряда 4 мА. В результате получают высококачественные пленки с высокой скоростью роста. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к отрасли получения тонких пленок и направлен на повышение эффективности процесса распыления пленок полупроводников магнетронами на постоянном токе.
Принцип работы магнетрона на постоянном токе, предназначенного для распыления материалов с целью получения тонких пленок, основан на бомбардировке мишени ускоренными в постоянном магнитном поле ионами, которые возникают в плазме самостоятельного тлеющего разряда. Условием возбуждения самостоятельного тлеющего разряда является эффективная вторичная эмиссия электронов с поверхности катода, которая обеспечивается использованием в качестве катода материалов с низкой энергией работой выхода электрона. Поскольку металлы имеют низкую работу выхода электронов, то для них эффективна вторичная эмиссия электронов, реализуемая при достаточно низких напряжениях, прикладываемых между анодом и катодом, и давлениях рабочего газа. В результате это позволяет достигать плотностей ионного тока, достаточных для обеспечения скоростей роста, необходимых для реализации промышленных технологий получения тонких металлических пленок.
Для материалов с высокой работой выхода электронов, к которым относятся большинство полупроводников и диэлектриков, характерна низкая эмиссия электронов. Соответственно при реализации метода распыления на постоянном токе для полупроводниковых материалов наблюдаются низкие плотности ионного тока, не позволяющие реализовать получение тонких пленок полупроводников в промышленных масштабах.
Известно решение (патент США US 006365009B1 от 02.04.2002), обеспечивающее увеличение производительности магнетронного распыления за счет повышения скорости распыления полупроводниковых материалов, используется магнетрон специальной конструкции, в котором одновременно реализуется комбинация методов высокочастотного распыления и распыления на постоянном токе.
Недостатком такого решения является его высокая стоимость, поскольку реализация метода высокочастотного магнетронного распыления требует применения сложных и дорогих импульсных источников питания. Кроме того, реализация двух существенно различающихся методов распыления в одном магнетроне существенно усложняет систему управления такой производственной установкой и снижает надежность работы системы в целом.
Также известно решение (патент Японии JP 2003-253440 от 10.09.2003), в котором для распыления полупроводниковых материалов используется источник плазмы на основе электронной пушки с горячим катодом, обеспечивающим ионизацию атомов рабочего газа за счет эффекта термоэлектронной эмиссии и не зависящим, таким образом, от материала распыляемой мишени, что позволяет эффективно распылять диэлектрические и полупроводниковые материалы.
Недостатком такого решения является усложнение конструкции и, следовательно, удорожание установки для распыления за счет необходимости наличия в вакуумной камере дополнительного источника электронов, тогда как в случае магнетронного распыления эмиссия электронов для ионизации рабочего газа обеспечивается непосредственно из распыляемой мишени.
Прототипом, наиболее близким к предлагаемому решению, можно считать (патент США US 6454910 B1 от 24.09.2002) усовершенствованный способ магнетронного распыления, в котором для эффективного распыления полупроводниковых материалов магнетрон постоянного тока дополнен отдельным источником ионов, расположенным так, что пучок ионов, исходящий из него, направлен на распыляемую мишень. Наличие такого дополнительного источника ионов позволяет увеличить плотность тока разряда при магнетронном распылении и, следовательно, усилить интенсивность распыления мишени из полупроводникового или диэлектрического материала.
Недостатком такого способа является наличие в вакуумной камере отдельного источника ионов, требующего отельной системы электропитания и управления, согласованной с аналогичными системами основного магнетрона, что усложняет конструкцию установки и увеличивает ее стоимость. Также расположение дополнительного источника ионов возле распыляемой мишени приводит к попаданию на элементы его конструкции распыляемого материала, что приводит к необходимости дополнительного технического обслуживания для очистки деталей источника ионов.
Задача, на решение которой направлен заявленный способ, заключается в увеличении плотности тока разряда при магнетронном распылении сульфида и теллурида кадмия на постоянном токе за счет использования явления термоэлектронной эмиссии, обеспечивающего усиление ионизации рабочего газа.
Данная задача решается за счет интенсификации термоэлектронной эмиссии при предварительном нагреве поверхности мишени из теллурида кадмия до температуры 166°C и последующем поддержании ее в интервале от 156°C до 166°C, для которого увеличение тока разряда за счет термоэлектронной эмиссии превосходит эффект снижения тока разряда из-за роста вероятности упругих столкновений ионов рабочего газа с поверхностными атомами мишени, а нагрев мишени осуществляется с помощью нагревателя, размещаемого над поверхностью магнетрона с использованием автоматизированного устройства отрицательной обратной связи на основе микроконтроллера, управляющего нагревателем и обеспечивающего стабилизацию тока разряда с точностью ±2 мА при неизменном напряжении на магнетроне и давлении аргона.
Предложенный способ получения пленок теллурида кадмия магнетронным распылением на постоянном токе имеет следующие отличительные особенности:
- для увеличения тока разряда используется ионизация рабочего газа за счет явления термоэлектронной эмиссии из распыляемой мишени;
- интенсификация термоэлектронной эмиссии осуществляется путем предварительного нагрева поверхности распыляемой мишени до 166°C с помощью нагревателя, размещаемого над поверхностью распыляемой мишени;
- после предварительного нагрева температура поверхности распыляемой мишени теллурида кадмия поддерживается в интервале от 156°C до 166°C, для которого увеличение тока разряда за счет термоэлектронной эмиссии превосходит эффект снижения тока разряда из-за роста вероятности упругих столкновений ионов рабочего газа с поверхностными атомами мишени;
- стабилизация тока разряда с точностью ±2 мА при неизменном напряжении на магнетроне и давлении аргона осуществляется за счет контроля интенсивности термоэлектронной эмиссии из распыляемой мишени по величине тока разряда путем включения и выключения нагревателя с помощью автоматизированного устройства отрицательной обратной связи на основе микроконтроллера;
- нагреватель до момента разогрева находится не над поверхностью мишени, а после достижения температуры нагревателя 200°C и тока разряда источника ионов до 4 мА нагреватель перемещается и устанавливается над поверхностью мишени теллурида кадмия на расстоянии 70 мм.
Для интенсификации явления термоэлектронной эмиссии при магнетронном распылении теллурида кадмия на постоянном токе для получения дополнительных электронов можно применить нагреваемый катод, который бы имитировал электроны в основном посредством термоэлектронной, а не вторичной эмиссии.
На Фиг. 1 изображена последовательность запуска процесса распыления мишени. На Фиг. 1А изображен исходный вид 1 - внешний нагреватель мишени (используется и для нагрева подложки); 2 - мишень теллурида кадмия. Охлаждение мишени осуществляется путем теплопроводности металлического корпуса и магнита, который непосредственно охлаждается водой.
На Фиг. 2 изображена зависимость тока разряда от времени после того, как разогретый нагреватель устанавливается над поверхностью мишени теллурида кадмия.
Пример 1. При реализации режима одновременно с началом нагрева (Фиг. 1Б) подложки, которая находилась в стороне от магнетрона (Фиг. 1А) на магнетрон подавалось напряжение V=600 В при Рарг=2 Па (так называемая тренировка мишени). Температура предварительного нагрева мишени составляла 200°C, расстояние от мишени до нагревателя 70 мм. При достижении тока разряда до 4 мА без прерывания разряда магнетрона подложка была переведена в положение над мишенью (Фиг. 1В). Температура на нагревателе поддерживается постоянной до увеличения тока разряда 60 мА, что соответствует 156°C на поверхности мишени и считается началом процесса распыления (Фиг. 1Г). Дальнейшее увеличение тока разряда до 85 мА свидетельствует о достижении температуры 166°C. Далее процесс поддерживается в интервале токов разряда 60-85 мА (что соответствует интервалу 156-166°C) за счет включения и выключения нагревателя с помощью автоматизированного устройства отрицательной обратной связи на основе микроконтроллера (зависимость тока разряда от времени во время всего процесса продемонстрировано на Фиг. 2).
Работоспособность предлагаемого способа проверена в серии экспериментов.
Таким образом, данный способ позволяет увеличить плотность тока разряда при магнетронном распылении теллурида кадмия на постоянном токе без внесения существенных изменений в конструкцию типичных установок магнетронного распыления.
Claims (2)
1. Способ получения тонких пленок полупроводников, включающий предварительный подогрев поверхности распыляемой мишени до заданной температуры и ее магнетронное распыление на постоянном токе, отличающийся тем, что осуществляют распыление мишени из теллурида кадмия, поверхность которой предварительно нагревают до температуры 156-166°C посредством нагревателя, который размещают над поверхностью мишени на расстоянии 70 мм, и поддерживают указанную температуру в процессе распыления мишени, при этом сначала нагреватель размещают вне зоны поверхности мишени, и по достижении температуры нагревателя 200°C и тока разряда магнетрона 4 мА его перемещают и размещают над поверхностью мишени.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддержание температуры мишени в процессе распыления осуществляют путем водяного охлаждения мишени и включения и выключения упомянутого нагревателя мишени.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145156A RU2657275C2 (ru) | 2016-11-17 | 2016-11-17 | Способ получения пленок теллурида кадмия магнетронным распылением на постоянном токе |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145156A RU2657275C2 (ru) | 2016-11-17 | 2016-11-17 | Способ получения пленок теллурида кадмия магнетронным распылением на постоянном токе |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016145156A RU2016145156A (ru) | 2018-05-17 |
| RU2016145156A3 RU2016145156A3 (ru) | 2018-05-17 |
| RU2657275C2 true RU2657275C2 (ru) | 2018-06-09 |
Family
ID=62152114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016145156A RU2657275C2 (ru) | 2016-11-17 | 2016-11-17 | Способ получения пленок теллурида кадмия магнетронным распылением на постоянном токе |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657275C2 (ru) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0347958A (ja) * | 1989-07-13 | 1991-02-28 | Nippon Steel Corp | スパタリング蒸着法 |
| JPH03215664A (ja) * | 1990-01-18 | 1991-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜形成装置 |
| JPH07197257A (ja) * | 1994-01-10 | 1995-08-01 | Hitachi Ltd | 薄膜形成方法および装置 |
| SU751166A1 (ru) * | 1979-03-30 | 1996-05-20 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Устройство катодного распыления сегнетоэлектриков в вакууме |
| JP3047958B2 (ja) * | 1995-06-16 | 2000-06-05 | 横河電機株式会社 | シート品質表示装置 |
| JP3215664B2 (ja) * | 1998-05-22 | 2001-10-09 | 美津濃株式会社 | スポーツ用シューズのミッドソール構造 |
| US6454910B1 (en) * | 2001-09-21 | 2002-09-24 | Kaufman & Robinson, Inc. | Ion-assisted magnetron deposition |
| WO2012143087A1 (de) * | 2011-04-20 | 2012-10-26 | Oerlikon Trading Ag, Trübbach | Hochleistungszerstäubungsquelle |
-
2016
- 2016-11-17 RU RU2016145156A patent/RU2657275C2/ru active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU751166A1 (ru) * | 1979-03-30 | 1996-05-20 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Устройство катодного распыления сегнетоэлектриков в вакууме |
| JPH0347958A (ja) * | 1989-07-13 | 1991-02-28 | Nippon Steel Corp | スパタリング蒸着法 |
| JPH03215664A (ja) * | 1990-01-18 | 1991-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜形成装置 |
| JPH07197257A (ja) * | 1994-01-10 | 1995-08-01 | Hitachi Ltd | 薄膜形成方法および装置 |
| JP3047958B2 (ja) * | 1995-06-16 | 2000-06-05 | 横河電機株式会社 | シート品質表示装置 |
| JP3215664B2 (ja) * | 1998-05-22 | 2001-10-09 | 美津濃株式会社 | スポーツ用シューズのミッドソール構造 |
| US6454910B1 (en) * | 2001-09-21 | 2002-09-24 | Kaufman & Robinson, Inc. | Ion-assisted magnetron deposition |
| WO2012143087A1 (de) * | 2011-04-20 | 2012-10-26 | Oerlikon Trading Ag, Trübbach | Hochleistungszerstäubungsquelle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016145156A (ru) | 2018-05-17 |
| RU2016145156A3 (ru) | 2018-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2557078C2 (ru) | Устройство генерирования электронного луча | |
| US5015493A (en) | Process and apparatus for coating conducting pieces using a pulsed glow discharge | |
| CN109913799B (zh) | 一种pvd镀膜用弧光电子源增强辉光放电表面活化工艺 | |
| US20110011737A1 (en) | High-power pulse magnetron sputtering apparatus and surface treatment apparatus using the same | |
| TWI730642B (zh) | 間接加熱式陰極離子源及操作其的方法 | |
| KR20130058625A (ko) | 이온 봄바드먼트 장치 및 이 장치를 사용한 기재 표면의 클리닝 방법 | |
| KR20170058428A (ko) | 성막 방법 및 스퍼터링 장치 | |
| US9211570B2 (en) | Ion bombardment treatment apparatus and method for cleaning of surface of base material using the same | |
| JP6113743B2 (ja) | 反応性スパッタリングプロセス | |
| JP2010168662A (ja) | 真空処理プロセスのためのソース | |
| Bleykher et al. | Surface erosion of hot Cr target and deposition rates of Cr coatings in high power pulsed magnetron sputtering | |
| EP0544831B1 (en) | Sputtering apparatus and sputtering method of improving ion flux distribution uniformity on a substrate | |
| RU2657275C2 (ru) | Способ получения пленок теллурида кадмия магнетронным распылением на постоянном токе | |
| RU2311492C1 (ru) | Устройство для высокоскоростного магнетронного распыления | |
| RU2607398C2 (ru) | Способ нанесения покрытий путем плазменного напыления и устройство для его осуществления | |
| RU2510428C1 (ru) | Электродуговой испаритель металлов и сплавов | |
| KR101027471B1 (ko) | 플라즈마 처리방법 및 처리장치 | |
| RU2801364C1 (ru) | Способ генерации потоков ионов твердого тела | |
| CN109791865A (zh) | 轴向电子枪 | |
| RU2711067C1 (ru) | Способ ионного азотирования в скрещенных электрических и магнитных полях | |
| CN109786203B (zh) | 多通道离子源产生装置 | |
| JP2019176017A (ja) | 載置台およびプラズマ処理装置 | |
| JP5959409B2 (ja) | 成膜装置及び成膜装置の動作方法 | |
| JP2016085963A (ja) | 放電を発生させるための装置及び方法 | |
| KR101556830B1 (ko) | 스퍼터율 향상을 위한 유도 결합형 플라즈마 소스 및 이를 사용하는 스퍼터링 장치 |