ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ СИНТЕЗА СЛОЕВ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ

2
3
Полезная модель относится к технологии получения нитрида алюминия для применения при производстве микроэлектронных приборов и предназначена, в частности, для получения низкотемпературным ионно-плазменным методом наноразмерных слоев нитрида алюминия (АШ) на различных подложках (SiC, AO, Si и различных металлов).
В настоящее время перспективным способом получения пленок АШ является планарное ВЧ магнетронное распыление алюминиевых мишеней в смеси газов (низкая энергоемкость, чистота получаемого материала, прогнозируемость получаемых результатов). Известна высокочастотная магнетронная распылительная установка ионно-плазменного напыления тонких пленок АШ способом планарного ВЧ магнетронного распыления источника (алюминиевых мишеней) в смеси газов. Установка содержит подложкодержатель с подложкой и нагревателем, противоположно расположенные алюминиевые пластины, ВЧ магнетроны с электродами, размещенные в вакуумной камере, в которую подается газовая среда [1].
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.
Известен также высокочастотный реактор для синтеза нитрида алюминия по патенту на полезную модель [2], который по своему назначению и конструктивным признакам наиболее близок к предлагаемому техническому решению (прототип). Высокочастотный реактор, расположенный в вакуумной камере, содержит высокочастотные электроды, алюминиевые пластины, подложку с нагревателем, кварцевый стакан. Внутри кварцевого стакана размещены два трубчатых полых электрода с алюминиевыми пластинами, к которым подведено высокочастотное напряжение. В стакан через трубчатые электроды подают рабочую газовую смесь. Под стаканом устанавливают подложку, на которую осаждается пленка нитрида алюминия.
Недостатком устройства является малая площадь поверхности электродов, ограниченная объемом стакана, в результате чего внутри стакана между алюминиевыми пластинами создается неравномерное плазменное поле, с недостаточным содержанием атомарного азота в аргонно-азотной плазме, образованной между электродами, что приводит к осаждению пленок нитрида алюминия нестехиометрического состава.
Технический результат предлагаемой полезной модели, заключается в увеличении площади поверхности электродов и создании равномерного плазменного поля внутри стакана с высокой концентрацией атомарного азота, что позволит получить пленки с более высокой степенью стехиометричности.
2
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве высокочастотного реактора для синтеза нитрида алюминия, содержащем корпус, высокочастотные электроды, один из которых представляет собой полый трубчатый электрод, стакан для создания области локализации ионизированной азотной плазмы, под которым установлена подложка с нагревателем полый трубчатый электрод, снабжен радиальными отверстиями в зоне стакана и установлен по оси стакана, выполняющего функцию второго электрода и изготовленного из высокочистого алюминия. Таким образом, получаем два электрода: цилиндрический полый алюминиевый электрод, который одновременно выполняет функцию стакана и установленный внутри него (вдоль оси) трубчатый алюминиевый электрод. К электродам подводится высокочастотное напряжение. В стакан через радиальные отверстия полого трубчатого электрод подают рабочую газовую смесь (Ar, N) Радиальные отверстия в зоне стакана требуются для создания ламинарного потока истечения газа в полость стакана. Такая конструкция способствует получению внутри стакана равномерного поля и образованию достаточного количества атомарного азота для поддержания стехиометрического состава в растущей пленке, чему способствует увеличение площади поверхности электродов, так как вся площадь внутренней поверхности стакана служит электродом. При этом на поверхности подложки происходят процессы взаимодействия атомов алюминия и атомарного азота, которые приводят к получению A1N (в виде монокристаллических и поликристаллических пленок).
Пример конкретной реализации устройства высокочастотного реактора для синтеза слоев нитрида алюминия приведен на фигуре 1.
Устройство состоит из фторопластового корпуса реактора 1 при помощи гайки 2 устанавливаемого в отверстие стенки вакуумной камеры. Снизу к корпусу реактора по резьбе прикручен стакан 3, выполненный из высокочистого алюминия. Внутри стакана, по его оси вращения, установлен полый трубчатый электрод 4. Герметичность в месте соединения стакана 3 и корпуса 1 обеспечивает уплотнительная прокладка 5. В трубчатом электроде 4 в зоне стакана выполнены радиальные отверстия 6 для создания ламинарного потока рабочего газа подаваемого в полость стакана. Герметизацию между трубчатым электродом 4 и корпусом 1 обеспечивает силиконовое уплотнительное кольцо 7, прижимаемое к стенкам трубчатого электрода завинчиванием прижимного болта 8. К стакану 3 и трубчатому электроду 4 подведено высокочастотное напряжение. В трубчатый электрод через его верхний срез 9 подается рабочий газ. Нижний торец 10 трубчатого электрода заглушен.
Высокочастотный реактор работает следующим образом:
+)
При подаче на трубчатый электрод 4 высокочастотного напряжения и рабочей газовой смеси, между трубчатым электродом и внутренней стенкой стакана 3 возникает высокочастотный разряд, приводящий к образованию аргон-азотной плазмы с повышенным содержанием атомарного азота. Ионизированные атомы аргона и азота, ускоренные ВЧ полем, поочередно распыляют алюминиевый корпус стакана 3, который являются мишенью. При этом молекулярный азот расщепляется на атомарный (N2-+1Ч. Этих условий 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 подбираются экспериментально.
Таким образом, заявленная полезная модель ВЧ реактора, устанавливаемого в рабочую вакуумную камеру, позволяет осаждать слои АШ с более высокой степенью стехиометричности состава в результате поддержания высокой концентрации атомарного азота в аргонно-азотной плазме за счет большой площади ВЧ электродов. Также заявленная полезная модель ВЧ реактора позволяет устанавливать давление газа в реакторе несколько выше, чем в рабочей вакуумной камере. Это дает возможность одновременно возбуждать ВЧ разряд в реакторе и работать отдельному магнетрону, распыляя алюминий при разных рабочих давлениях.
Список использованных источников
1. Г.Д.Кузнецов, А.Р.Кушхов, Б.А.Билалов «Элионная технология в микро- и наноиндустрии». Москва. Издательский Дом МИСиС.2008 г.стр.20-22.
2. Патент на полезную модель RU №92241, МПК Н01L 21/20. Высокочастотный реактор для синтеза нитрида алюминия / Б.А.Билалов, ООО «Инновационно-технологический центр «Новые материалы и технологии» Заяв. 2009136624/22; 05.10.2009; Опубл. 10.03.2010.