Пристрій отримання багатошарових плівкових покриттів у вакуумі

МПК6С23С 28/00/ С2ЪС5Р/0О Пристрій отримання багатошарових плівкових покриттів у вакуумі Винахід має відношення до електронної техніки, зокрема до пристроїв для отримання багатошарових плівкових покриттів металів, нітридів, карбідів, боридів і оксидів у вакуумі. Найбільш ефективно запропоноване технічне рішення може бути використане в розробці та виробництві потужних напівпровідникових приладів, що працюють при підвищених температурах і високих рівнях радіації. Цей винахід може бути також використаний в приладобудуванні, оптиці, машинобудуванні та у виготовленні виробів медичного призначення. Відомі пристрої і обладнання, що дозволяють формувати контактні системи напівпровідникових приладів. Найбільш широко для цієї мети застосовуються наступні технологічні засоби і пристрої^цо їх реалізують: електронно-променевий випарник; резистивний випарник; магнетронне розпилення на постійному та змінному струмі; термоіонний пристрій; піролітичні реактори високого і пониженого тиску. Застосування перерахованих пристроїв дозволяє одержувати невипрямляючі омічні контакти з низькими перехідними опорами та високою адгезійною міцністю. У зв'язку з необхідністю поліпшення експлуатаційних параметрів потужних напівпровідникових приладів (таких як: термін служби, рівень потужності, радіаційна і термічна стійкість) виникла необхідність введення в контактну систему бар'єрних шарів (ТіВ2, TiN, TiCN, TaN, NbN), що мають високі антидифузійні властивості, низькі перехідні опори, високу електропровідність і адгезію до сусідніх шарів, а також достатню пластичність. Відомі пристрої для отримання бар'єрних шарів, такі як магнетрон з синтезованною мішенню відповідного складу, що розпорошується, піролітичний реактор, який працює на високотемпературному розкладі металомістких сполучень, і іонне покриття в середовищі реактивного газу. Бар'єрні шари TiN, TiB2, отримані за допомогою магнетронного пристрою містять в собі великий відсоток кисню та вуглецю, що робить їх високоомними і нестійкими до радіації та високих температур. Плівки TiN, отримані в реакторі з піролітичним розкладом тетраоксиддиметиламінотитану в атмосфері азоту, мали опір 0,0036 Ом-см і містили до 30% вуглецю і кисню. [М. Eizenberg, К. Littau, S. Ghanayem, A. Mak, Y. Maeda, M. Chang and A. K. Sinha. TiC: Anew chemical vapor deposited contact barrier metallization for submicron devices//appl. Phys. Lett. - 65 (19), 1994 - с 2416-2418]. Основний недолік цього пристрою при отриманні бар'єрних шарів - високий тиск газової суміші (р«0.5 мм. рт. ст.), що призводить до забруднення і корозії внутрішньокамерної оснастки та джерел нанесення металів. А так як до контактної системи входять шари Pt, Pd, Cr, Au, Ті, що наносяться при високому вакуумі (низькому тиску), розглянутий пристрій не може бути застосований для формування контактних систем в єдиному вакуумному циклі. Плівки TiN, отримані в реакторі цього типу з газової суміші ТіС14+Н2 або TiCl4+NN3, також містили неприпустимий відсоток кисню та вуглецю, що різко погіршує антидифузійні властивості бар'єрних шарів. [A. Paranjpe and M. Islamraja. Chemical vapor deposition process for contact/via barrier applications//.!. Vac. Sci. Technol. - ВІЗ (5) - 1995-C. 2105-2113]. Більш підхожим для технології отримання контактних систем з бар'єрними шарами в єдиному вакуумному циклі є пристрій, що реалізує іонне покриття в середовищі реактивного газу [Zhiming Yu, Zhujir Jin, Changqing Liu, Li Yu and Shaoxia Dai. Preparation and properties of Ті (Y) N coatings//J. Vac. Sci. Technol. - A13 (15) - 1995-C. 2305-2309]. Пристрій містить вакуумну камеру з розміщеними в ній електронно-променевим випарником та сітковим іонізатором, утримувач з підкладкою і газову систему. Процес отримання плівок TiN реалізований при тиску азоту 5-Ю" 4 мм.рт.ст. З швидкістю 0.16 мкміхв при температурі підкладки 350ч-370 °С. Бар'єрні плівки високої пластичності були отримані при прискорюючій напрузі 5 кВ. Параметри електронно-променевого випарника — U = 10 кВ, Гл = 600 мА. Неприпустимим є наявність високоенергетичних електронів в розрядному об'ємі, що призводить до появи дефектів в приповерхневих шарах напівпровідника. До недоліків цього пристрою належить і необхідність диференціальної відкачки емітера електронів. Найбільш близьким по технічній суті до пристрою, що заявляється, є дуговий випарник, що реалізує спосіб нанесення плівкових покриттів композитного складу з використанням надзвукового потоку реактивного газу і описаний в джерелі [Evaporation system and method for gos jet deposition of thin films materials. П 5356673 США, MKPf C23C 16/50. Заяв. 3.18. 1991. Опубл. 10.18. 1994]. В цьому пристрої матеріал, що наноситься, випаровується в дуговому розряді, який запалюється між двома розрядними електродами: вольфрамовим катодом та дротом, що подається анодом. В зону випаровування з допомогою сопла направлено подається інертний або реактивний газ під впливом тиску 5 мм.рт.ст. Розрядні електроди, сопло і утримувач з підкладкою розміщені в вакуумній камері. Робота пристрою забезпечується джерелами живлення і газовою системою. Надзвуковий потік газу транспортує з зони випаровування частково іонізовані пари з краплинною фазою металу, що наноситься, в напрямку підкладки, на поверхні якої і формується плівка композитного складу. Пристрій дозволяє одержувати плівки металів , напівпровідників, оксидів та нітридів при низьких температурах підкладки. Пристрій-прототип має притаманні йому недоліки: - високий робочий тиск реактивного газу (у вакуумній камері), що призводить до високого вмісту кисню і вуглецю в бар'єрному шарі і до забруднення сусідніх позицій нанесення покриттів, - присутність краплинної фази в пароплазменному потоці, що осаджується, що призводить до неоднорідності складу плівки і неможливості забезпечення необхідного співвідношення між компонентами в бар'єрних шарах. У зв'язку з зазначеним вище розглянутий прототип не дає можливості одержувати контактні системи з високоякісними бар'єрними шарами для напівпровідникових приладів з високими радіаційною і термічною стійкістю. В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою отримання багатошарових плівкових покриттів у вакуумі, в якому запровадження нових елементів, їхнє розміщення по відношенню до наявних у відомому пристрої, нове виконання відомих елементів дозволить отримати наступний технічний результат: знизити робочий тиск газу у вакуумній камері при зменшенні забруднюючих домішок в покритті, що наноситься, і забезпечити необхідне співвідношення компонентів в бар'єрному шарі покриття. Це дозволяє істотно покращити такі технічні характеристики виробів, як довговічність, термічна та радіаційна стійкість. Означений технічний результат досягається за рахунок того, що в пристрої отримання багатошарових плівкових покриттів у вакуумі, що містить вакуумну камеру з розміщеними в ній двома розрядними електродами - катодом і анодом, надзвуковим соплом, утримувачем з підкладкою, а також газову систему і джерела живлення, згідно винаходу в в є д єно додатковий третій електрод, виконаний у вигляді циліндра, який розміщено співвісно з анодом і який охоплює розрядний об'єм, І соленоїд, розміщений за додатковим електродом і співвісний з ним, надзвукове сопло Лаваля розміщене поруч з анодом і під кутом до нього таким чином, що вісь симетрії сопла направлена до центру підкладки, при цьому кут розкрива сопла перекриває діаметр підкладки при будь-якій фіксованій відстані анодпідкладка. Критичний зріз сопла визначається співвідношенням: S ..А кр Р ^ B{k)