ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ СИНТЕЗА НИТРИДА АЛЮМИНИЯ

Полезная модель относится к технологии производства микроэлектронных приборов и предназначена, в частности, для получения низкотемпературным ионно-плазменным методом наноразмерных слоев нитрида алюминия (AlN) на различных подложках.
Известно, что получение пленок AlN способом планарного ВЧ магнетронного распыления алюминиевых мишеней в смеси газов является наиболее перспективным (низкая энергоемкость, чистота получаемого материала, прогнозируемость получаемых результатов). Для повышения эффективности и улучшения однородности толщины слоев по подложке предложена, например, высокочастотная магнетронная распылительная установка ионно-плазменного напыления тонких пленок AlN способом планарного ВЧ магнетронного распыления источника (алюминиевых мишеней) в смеси газов (Г.Д.Кузнецов, А.Р.Кушхов, Б.А.Билалов «Элионная технология в микро- и наноиндустрии». Москва. Издательский Дом МИСиС. 2008 г. Стр.20-22). Установка содержит подложкодержатель с подложкой и нагревателем, противоположно расположенные алюминиевые пластины, ВЧ магнетроны с электродами, размещенные в вакуумной камере, в которую подается газовая среда. Данную установку по конструктивным признакам можно выбрать в качестве прототипа.
Недостаток установки заключается в низкой скорости осаждения материала источника, наблюдается нарушение стехиометрии состава для низкотемпературного осаждения. Обусловлено это тем, что при испарении материала источника, содержащийся в нем атомарный азот не полностью доходит до поверхности подложки, потому что происходит образование молекулярного азота, который при таких температурах не вступает в химическую реакцию с алюминием. Поэтому на подложке происходит осаждение атомов алюминия при большом дефиците химически-активного атомарного азота.
Техническая задача, решаемая с помощью предлагаемой полезной модели, заключается в увеличении скорости осаждения материала источника на подложку, посредством активации молекулярного азота и создания условий соблюдения необходимой стехиометрии состава.
Для реализации поставленной задачи источник (алюминиевые пластины) помещают в кварцевый стакан, а непосредственно под стаканом, в области ионизированной азотной плазмы и распыленных атомов алюминия, устанавливают подложку с нагревателем (на чертеже не показаны). В стакан через трубчатые электроды подают рабочую газовую смесь. Такая конструкция способствует тому, что для образования соединения AlN непосредственно на поверхности подложки атомарный азот доставляется в достаточном количестве для поддержания стехиометрии. При этом на поверхности подложки происходят процессы взаимодействия атомов алюминия и атомарного азота, которые приводят к получению AlN (в виде монокристаллических и поликристаллических пленок).
Конструкция реактора приведена на фигуре.
Фторопластовый корпус 1 реактора при помощи гайки 2 прикреплен к стенке 3 вакуумной камеры. К корпусу реактора при помощи гайки 4 и уплотнительной прокладки 5 закреплен кварцевый стакан 6. В стакане на трубчатых высокочастотных электродах 7 друг против друга установлены алюминиевые пластины 8.
Высокочастотный реактор работает следующим образом:
2
2
+
+
При подаче на трубчатые электроды 7 ВЧ-напряжения и рабочей газовой смеси (N+Ar) между алюминиевыми пластинами 8 возникает высокочастотный разряд, приводящий к образованию аргоно-азотной плазмы с повышенным содержанием атомарного азота. Ионизированные атомы аргона и азота, ускоренные ВЧ полем, поочередно распыляют алюминиевые пластины, которые являются одновременно мишенями. При этом молекулярный азот расщепляется на атомарный (N→N+N). Этих условий вполне достаточно для образования на установленной в непосредственной близости от азотной плазмы подложке пленки нитрида алюминия. Скорость роста, качество пленки зависят от мощности ВЧ разряда, давления в вакуумной камере и состава рабочего газа, которые побираются экспериментально. Предлагаемый ВЧ реактор представляет собой автономную камеру, устанавливаемую в рабочую вакуумную камеру, что позволяет устанавливать давление газа в реакторе автономно. Это дает возможность одновременно возбуждать ВЧ разряд в реакторе и работать магнетрону, распылять алюминий при разных рабочих давлениях.