Высокоскоростное магнетронное осаждение металлических покрытий

Одним из методов такого анализа является метод in situ эллипсометрии, который позволяет на основании данных об изменении поляризации отраженного от образца света, не нарушая структуры поверхности, производить исследование и контроль ее свойств в течение технологического процесса [3]. Также известен метод магнитооптического эффекта Керра, который, обладая схожей схемой измерения, позволяет получать сведения о магнитных свойствах исследуемого материала. По набору измеряемых параметров эти методы взаимно дополняют друг друга [4]. Оба метода удовлетворяют нас, так как являются нераз-рушающими, не изменяют свойства материала и обладают достаточной чувствительностью.

В этой связи было принято решение создать новый комплекс, который бы обладал возможностями проведения эллипсометрических измерений, наблюдения экваториального эффекта Керра и также проведения технологического процесса напыления тонких пленок [5; 6]. В докладе будут рассмотрены основные возможности созданной экспериментальной установки и

продемонстрированы первые результаты магнитоэл-липсометрических измерений.

Библиографические ссылки

1. Ржанов А. В. Электронные процессы на поверхности полупроводников. М. : Наука, 1971.

2. Hasegawa S., Ino S. Correlation between atomic-scale structures and macroscopic Chemical properties of metal-covered Si(111) surfaces // Intern. J. Modern Phys. 1993. Vol. B7. P. 3817-3876.

3. Свиташев К. К., Ржанов А. В. Основы эллипсометрии. Новосибирск : Наука, 1979.

4. Котов В. А., Звездин А. К. Магнитооптика тонких пленок. М. : Наука, 1988.

5. Исследование in situ ферромагнетизма при комнатной температуре в магнитных нанослоях / С. Г. Овчинников, А. Е. Худяков, Г. В. Бондаренко, Н. Н. Косырев // Изв. РАН Сер. физическая. Т. 73. № 1. 2009. С. 24-26.

6. Varnakov S. N., Kosyrev N. N., Ovchinnikov S. G. In situ ellipsometry for monitoring growth of three layer Fe/Si/Fe structure // Euro-Asian symp. «Trends in magnetism», 2004. Р. 303.

N. N. Kosyrev, D. A. Shevtsov, S. N. Varnakov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

A. E. Khudyakov, A. V. Efremov L. V. Kirensky Institute of Physics, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk

S. V. Rykhlitsky, V. A. Shvets Institute of Semiconductor Physics, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Novosibirsk

ULTRA HIGH VACUUM INSTALLATION FOR NANOSTRUCTURE PRODUCTION WITH MAGNETOELLIPSOMETRIC CONTROL

The ultra high vacuum installation for nanostructure production was created. The spectral magnetoellipsometer has been integrated in the technological setup. The device is constructed on the base of ellipsometer LEF-751/752 and adapted for magnetic measurements. We use in this device the new optical circuit which allows both ellipsometric parameters (Yand D) measurements as well as magneto-optical measurements.

© Косырев Н. Н., Шевцов Д. В., Варнаков С. Н., Худяков А. Е., Ефремов А. В., Рыхлицкий С. В., Щвец В. А., 2010

УДК 621.793.182

В. П. Кривобоков, С. Н. Янин, Р. С. Третьяков Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, Томск

ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ МАГНЕТРОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Рассматривается магнетронная распылительная система с жидкофазным катодом, предназначенная для высокоскоростного осаждения покрытий из различных металлов. Приводятся основные характеристики маг-нетронного разряда при работе на медном катоде и свойства получаемых покрытий.

Устойчивый интерес к магнетронным распылительным системам объясняется широкими возможностями данных устройств в задачах формирования покрытий с заданной толщиной, составом, структурой, химическими и физическими свойствами. Они характеризуются высокой эффективностью, надежностью, простотой сборки и хорошими эксплуатационными

характеристиками. Но есть и недостатки, такие как низкая производительность (скорость осаждения для различных металлов ~ 10 нм/с) и загрязнение покрытий (работа в газовой среде Аг при давлении 0,1 Па).

Представленные недостатки можно устранить, используя магнетронную систему с жидкофазным катодом (рис. 1). Такое решение дает возможность реали-

Решетневские чтения

зовать режим самораспыления, когда в качестве рабочего газа выступают пары материала мишени и напуск аргона можно прекратить. Причем давление в вакуумной камере составляет ~ 10-3 Па и разряд стабильно горит.

Введение дополнительной магнитной системы между мишенью магнетрона и подложкой направлено на удержание электронов и дополнительную ионизацию и возбуждение атомов, направленных на подложку.

приводит к получению более плотной структуры покрытия (рис. 4).

«Л

;

5 Л N

Рис. 1. Конструкция жидкофазного магнетрона с дополнительной магнитной системой: 1 - постоянные магниты; 2 - магнитопровод; 3 - тугоплавкий тигель; 4 - мишень; 5 - подложка; 6 - дополнительная магнитная система

Вольт-амперная характеристика магнетронного разряда в режиме стабилизации мощности (мишень -медь) представлена на рис. 2. Работу данного магнетрона можно условно разбить на три участка: работа на твердой мишени в атмосфере аргона; разогрев и плавление материала мишени в атмосфере аргона; работа на жидкой фазе, отключение подачи аргона, режим самораспыления.

Рассмотрим зависимость скорости роста пленки от подаваемой в магнетрон мощности (рис. 3). Видно, что скорость осаждения при мощности 3 800 Вт составляет ~ 700 нм/с, что на два порядка превышает скорость осаждения при классическом магнетронном распылении.

В таблице представлены коэффициенты шероховатости для покрытий, полученных с помощью классического магнетронного распыления и жидкофазно-го магнетронного распыления. Морфологически поверхности покрытий идентичны друг другу.

Рассмотрев снимки медных покрытий на сломе, полученные на электронном микроскопе, можно сделать вывод, что использование магнитной ловушки

Рис. 2. Зависимость тока и напряжения разряда от времени, при мощности 2 кВт и начальном давлении аргона 0,2 Па

Рис. 3. Зависимость скорости осаждения медной пленки от мощности разряда

Преимущества использования магнетронных распылительных систем следующие:

- высокая скорость осаждения покрытий до 700 нм/с и более;

- работа при высоком вакууме около 10-3 Па;

- получение более чистых покрытий (режим самораспыления);

- возможность получения плотной структуры оса -ждаемого покрытия;

- максимальный коэффициент использования мишени.

Таким образом, применение магнетрона с жидко-фазной мишенью для осаждения металлических покрытий является весьма перспективным. Возможно использование данных систем в микроэлектронике и аэрокосмической промышленности.

Рис. 4. Электронные снимки медных пленок, полученных с помощью жидкофазного магнетронного диода без магнитной ловушки

Морфология поверхности исходной подложки и получаемых покрытий

Исследуемые образцы Коэффициент Ra, нм Коэффициент Rz, нм

Подложка (предметное стекло) 9,8 53,5

Медная пленка, полученная с помощью классической МРС 47,7 359

Медная пленка, полученная с помощью жидкофазного магнетрона 47,2 223

V. P. Krivobokov, S. N. Yanin, R. S. Tretyakov National Research Tomsk Polytechnical University, Russia, Tomsk

HIGH-SPEED MAGNETRON DEPOSITION OF METAL COVERS

The magnetron spraying system with liquid-phase cathode intended for high-speed deposition of covers from various metals is observed. Basic performances of magnetron category by activity on the copper cathode and properties of gained covers are studied.

© Кривобоков В. П., Янин С. Н., Третьяков Р. С., 2010

УДК 53

И. А. Крутов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

В. С. Жигалов

Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

ВЫСОКОАНИЗОТРОПНЫЕ ФАЗЫ Со-8ш-ПЛЕНОК: СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ*

Исследовались пленки, полученные с помощью твердофазных реакций при термообработке структуры a-Co(110)/Sm/Co, предварительно осажденной на подложки из Mg0(001) методом термического испарения в вакууме.

Магнитожесткие Со-8т-пленочные материалы с большими значениями одноосной магнитокристалли-ческой анизотропии используются в микроэлектронных и микромеханических приложениях, а также для изготовления постоянных магнитов. В таких материалах необходимо, чтобы легкая ось намагничивания совпадала с одним из кристаллографических направлений. Выбор направлений и величина анизотропии управляются эпитаксиальным ростом на монокристаллических подложках с использованием различных методов напыления [1-2]. В нашей работе пленки получались с помощью твердофазных реакций [3] при термообработке структуры а-Со(110)/8т/Со, предварительно осажденной на подложки из М^0(001) методом термического испарения в вакууме. В процессе реакций вновь образованные фазы Со58т и Соп8т2 эпитаксиально вырастали на базе первого кобальтового слоя с соблюдением трех ориентационных соотношений:

Со58т (110)[001]IIMg0(001)[100],

Со58т (101)[001]IIMg0(001)[100],

Со178т2 (110)[001]IIMg0(001)[100].

Рентгеновские спектры для пленок состава 33 at. % 8т демонстрируют пример твердотельного синтеза эпи-

*Работа поддержана программой АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы 2009-2010 гг.» № 2.1.1/4399.

таксиальной фазы Со58т с рефлексами (110) и (220) уже при температуре отжига в 360 оС (рис. 1).

20, deg.

Рис. 1. Рентгеновские спектры для пленок системы Со-8т общего состава 25 а! % 8т до и после отжигов при температуре 360 оС