Патент на изобретение №2353999

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР

(57) Реферат:

Изобретение относится к оборудованию для получения микроэлектронных устройств методом ионного распыления. Изобретение направлено на усовершенствование конструкции для получения на подложке многослойных структур, используя одну ионную пушку. Сущность изобретения: в установке для получения многослойных структур, включающей вакуумную камеру, каретку с механизмом вращения, нагреватель с подложкой, ионную пушку, системы контроля процесса роста кристалла, получения и поддержания сверхвысокого вакуума и управления, соосно ионной пушке и нагревателю с подложкой установлено устройство, включающее неподвижный экран с одним отверстием, вращающийся на оси сепаратор с радиальными отверстиями, соединенный со своим механизмом вращения, а также конусообразный съемный держатель мишеней с продольным пазом, на внутренней поверхности которого закреплены мишени, а коаксиально держателю мишеней установлен неподвижно конусообразный экран с продольным пазом и одним отверстием, внутренняя поверхность которого снабжена сменной прокладкой, причем отверстия в экране, держателе мишеней и маске находятся на одинаковом расстоянии от оси вращения сепаратора. 3 ил.

Изобретение относится к оборудованию для получения микроэлектронных устройств методом ионного распыления.

Известна установка молекулярно-пучковой эпитаксии (В.В.Лучинина, Ю.М.Тагиров Нанотехнология. Физика, процессы, диагностика, приборы. – М.: Физматлит, 2006 г, стр.142). Молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) – это процесс распыления в сверхвысоком вакууме, когда атомы или молекулы одного или нескольких видов падают на поверхность подложки и адсорбируют, образуя многослойную структуру. Установка МПЭ включает вакуумную камеру роста, предназначенную для загрузки, транспортировки, хранения и предварительной обработки подложек; блок источников молекулярных пучков (эффузионных ячеек) различного химического состава и интенсивности с индивидуальными заслонками; каретку с подложками, обеспечивающую их нагрев, вращение и фиксацию; систему контроля процесса роста; систему получения и поддержания сверхвысокого вакуума; электронную пушку. Недостатком установки является ее сложность: для получения многослойной структуры на поверхности подложки необходимо использовать нескольких эффузионных ячеек (по числу наносимых слоев), применять систему привода заслонок; ростовая камера состоит из нескольких изолированных вакуумных камер, имеющих независимые системы откачки, предназначенные для загрузки, транспортировки, хранения и предварительной обработки подложек.

Известна также установка магнетронного нанесения типа УМН-30-М (производство ООО «Ионтекс», Москва, Нагорный пр, д.6, тел (8495) 1273955), которую по своим технологическим возможностям и конструктивным параметрам можно принять за прототип. Установка включает вакуумную камеру роста, внутри которой размещена каретка, обеспечивающая вращение и фиксацию подложки, установленной на нагревателе. Ось каретки выведена за камеру роста, вакуумно изолирована и приводится во вращение штатным механизмом. На боковой стенке корпуса камеры роста перпендикулярно оси размещена ионная пушка. Установка снабжена системой контроля процесса роста кристалла; системой получения и поддержания сверхвысокого вакуума и системой управления; Установка предназначена для получения однослойных структур на подложке. Это и является основным ее недостатком.

Предложенное изобретение направлено на усовершенствование конструкции простой и относительно недорогой установки УМН-30-М с целью получения на подложке многослойных структур, используя одну ионную пушку.

Для решения поставленной задачи в конструкцию установки введено специальное устройство, устанавливаемое перед ионной пушкой. Устройство конструктивно состоит из коаксиально размещенной конусообразной маски и вращающегося вокруг нее съемного конусообразного держателя мишеней, снабженных продольными пазами. На внутренней поверхности держателя радиально закреплены мишени из материалов, которые необходимо осадить на подложку для получения многослойной структуры, причем в заданной последовательности. Для упрощения конструкции установки вращение держателя мишеней осуществляется от оси каретки посредством муфты.

Конструкция установки приведена на чертежах. На фиг.1 приведен состав устройства, объясняющий принцип работы установки. На фиг.2 и 3 приведен один из возможных вариантов конструкции механизма вращения сепаратора.

Устройство включает экран 1 с одним отверстием 2, размещенный неподвижно перед кольцевой ионной пушкой 3. За экраном установлен вращающийся на оси 4 сепаратор 5 с круговым пазом 6 и отверстиями 7, соосными отверстию 2. Число отверстий в сепараторе равно числу слоев, наносимых на подложку. К сепаратору прикреплен съемный держатель мишеней 8 (вращающийся вместе с ним), снабженный продольным пазом 9. На внутренней поверхности держателя радиально закреплены мишени 10. Внутри держателя установлена соосно-неподвижно конусообразная маска 11 с одним отверстием 12 и продольным пазом 13. Назначение маски – предотвращение загрязнения мишеней от паров распыленной мишени. Сами мишени на поверхности держателя закреплены таким образом, чтобы пучок ионной пушки, пройдя через отверстия 2, 7 и 12, попадал на их поверхность. Внутренняя поверхность маски снабжена сменной прокладкой 14, доходящей до краев паза 13, не закрывая его. Сменная прокладка служит для защиты внутренней поверхности маски от осаждения паров мишени, и после каждого цикла работы установки загрязненная прокладка меняется на чистую прокладку. Эта мера необходима для уменьшения риска загрязнения наносимого на подложку слоя материала от инородных включений другого материала. Перед устройством на каретке 15 с осью вращения 16 соосно установлена подложка 17, нагреваемая подогревателем 18. В пазу 6 сепаратора уложен трос 19, связанный с механизмом вращения сепаратора. А и Б – прямой и отраженный пучки ионной пушки.

Механизм вращения сепаратора включает направляющие 20 и прижимные 21 ролики, стянутые пружиной 22; муфту сцепления, включающую верхний 23 и нижний 24 диски, снабженные пазами 25. Верхний диск свободно вращается вокруг оси 16, а нижний закреплен к оси 16 и вращается вместе с ней. Между дисками размещена пружина сжатия 26, отодвигающая диски друг от друга на расстояние, препятствующее их сцеплению. Сцепление дисков производится механизмом включения муфты сцепления, в качестве которого можно применить, например, сифон 27, шток которого нажимает на верхний диск. Через направляющие ролики 20, прижимные ролики 21, верхний диск 23 и паз 6 сепаратора 5 пропущен трос 19.

Механизм вращения сепаратора работает следующим образом. При нажатии на сифон 27 выдвигается его шток и нажимает на верхний диск 23, прижимая его к нижнему диску 24. Пазы 25 дисков входят в зацепление. При вращении оси 16 приводит во вращение диски и трос, вращая вокруг своей оси сепаратор.

Установка для получения многослойных структур работает следующим образом.

Перед началом работы на сепараторе 5 закрепляется съемный держатель мишеней 8 с уже установленными в нужной последовательности мишени 10, а на нагревателе 18 закрепляется подложка 17. После этого установка УВН-30-М приводится в рабочий режим посредством системы получения и поддержания сверхвысокого вакуума и включается для разогрева нагреватель 18. Успешное выращивание структур зависит от чистоты поверхности подложки, поэтому перед основным процессом нанесения слоев на подложку необходимо очистить поверхность мишеней и подложки. Для этого вращая каретку 15 штатным механизмом, отводят нагреватель с подложкой от устройства (на фигуре показаны штриховыми линиями), а сепаратор прокручивают вокруг своей оси при помощи механизма вращения до тех пор, пока не совпадут пазы 9 и 13 держателя мишеней и маски. При этом ионный пучок, пройдя отверстия 2, 7, 12 и пазы 9 и 13 (по стрелке А), беспрепятственно попадет на поверхность подложки. Под воздействием энергии бомбардирующих ее ионов инертного газа поверхность подложки очищается. После этого, прокручивая сепаратор три раза на 90 градусов (при условии получения трехслойной структуры), подставляем под ионный пучок поочередно все мишени 10, очищая их поверхность описанным выше способом. При завершении процесса очищения нагреватель возвращается в исходное положение (соосно устройству) и начинают процесс осаждения слоев на поверхность подложки, подставляя поочередно каждую мишень под ионный пучок. При этом поверхностный слой мишени распыляется и, пройдя через паз 13 (по стрелке Б), попадает во внутреннюю полость маски и осаждается на поверхности подложки. Время облучения каждой мишени, а также температура нагрева подложки индивидуальны и зависят от толщины наносимого на подложку слоя и других его физических и химических параметров. По завершении процесса получения многослойной структуры установка УВН-30-М выводится из рабочего режима. Нагреватель разворачивается к двери установки, и с него снимается подложка.

Формула изобретения

Установка для получения многослойных структур, включающая вакуумную камеру, каретку с механизмом вращения, нагреватель с подложкой, ионную пушку, систему контроля процесса роста кристалла, получения и поддержания сверхвысокого вакуума и управления, отличающаяся тем, что соосно ионной пушке и нагревателю с подложкой установлено устройство, включающее неподвижный экран с одним отверстием, вращающийся на оси сепаратор с радиальными отверстиями, соединенный со своим механизмом вращения, а также конусообразный съемный держатель мишеней с продольным пазом, на внутренней поверхности которого закреплены мишени, а коаксиально держателю мишеней установлен неподвижно конусообразный экран с продольным пазом и одним отверстием, внутренняя поверхность которого снабжена сменной прокладкой, причем отверстия в экране, держателе мишеней и маске находятся на одинаковом расстоянии от оси вращения сепаратора.

РИСУНКИ