Магнетронное напыление просветляющих покрытий на основе диоксида кремния и диоксида гафния в применении к тонким светочувствительным структурам

  • Докладчик: Ларченко А.С.
  • Тема: Магнетронное напыление просветляющих покрытий на основе диоксида кремния и диоксида гафния в применении к тонким светочувствительным структурам.
  • Организация: АО «ЦНИИ «Электрон»

Необходимость напыления просветляющего покрытия в применении к тонким светочувствительным структурам заключается в том, что оно способствует уменьшению потерь на отражение от границ раздела проходящего светового потока и увеличению спектрального диапазона готового устройства.

В данной работе просветляющее покрытие состоит из двух слоев: первый слой – диоксид кремния SiO2, второй слой – диоксид гафния HfO2. Слой диоксид кремния в данном случае выполняет роль адгезионного слоя между кремниевой подложкой и пленкой оксида гафния.

Выбор данных материалов обусловлен их прозрачностью в инфракрасной области спектра. Диоксид кремния имеет показатель преломления 1,45-1,46 при длине волны 550 нм и имеет широкую зону прозрачности от 0,2 до 9 мкм. Полученные слои из диоксида кремния характеризуются высокой химической стабильностью и механической твердостью.

Диоксид гафния характеризуется широкой зоной прозрачности от 0,2 до 12 мкм, имеет высокий показатель преломления 1,95-2,07 при  длине волны 550 нм. Также обладает такими свойствами как высокая стабильность и твердость.

Для напыления приведенных двухслойных просветляющих покрытий был выбран метод магнетронного напыления. Метод магнетронного напыления тонких пленок на подложку представляет собой процесс, при котором в плазме высокоэнергетические ионы с поверхности мишени высвобождают атомы, которые проходя через вакуумную среду, осаждаются на поверхности подложки.

Данный метод обладает рядом преимуществ перед другими технологиями. Во-первых, он не требует плавления или испарения исходного материала, из чего следует, что методом магнетронного напыления может быть нанесено множество материалов вне зависимости от их температуры плавления. Во-вторых, этот метод характеризуется высокой повторяемостью и стабильностью процесса, то есть, пленки различных сплавов и соединений могут быть нанесены с сохранением состава, аналогичному составу мишени. Работа производилась на установке магнетронного напыления компании Angstrom Engineering, изображенная на рисунке 1(а).

Рабочая камера установки (рисунок 1(б)) оснащена двумя источниками магнетронного распыления с возможностью установки их под разными углами наклона. Также она оснащена держателем подложки с функцией вращения и регулирования его по высоте.

Установка магнетронного напыления компании Angstrom Engineering имеет собственное программное обеспечение, которое осуществляет контроль над всеми аспектами процесса осаждения, включая регистрацию всей информации о выполняемом процессе. Осуществляет контроль над скоростью напыления и толщиной осаждаемого слоя материала при помощи кварцевых датчиков.

Рисунок 1. Внешний вид установки (а) и внешний вид рабочей камеры (б).
Рисунок 1. Внешний вид установки (а) и внешний вид рабочей камеры (б).

В эксперименте использовались мишени кремния Si с чистотой 99,999% и гафния Hf с чистотой 99,99%. Получение пленок диоксида кремния SiO2 и диоксида гафния HfO2возможно путем распыления мишеней в среде инертного газа аргона Ar с добавлением реактивного газа – кислорода O2.

В ходе эксперимента откачка вакуумной камеры проводится до значения давления 1·10-5 Торр, соотношение напускаемых газов составляет Ar/O2=5/1. Нагрев подложки происходит до температуры 250˚С.

Рисунок 2. Процесс магнетронного напыления пленки диоксида кремния SiO2.
Рисунок 2. Процесс магнетронного напыления пленки диоксида кремния SiO2.

На данный момент было проведено напыление в приведенных выше условиях диоксида кремния, процесс напыления которого представлен на рисунке 2. Сам процесс напыления на кремниевую подложку проходил в течение 40 минут. Результаты эллипсометрии полученной пленки показали, что пленка является равномерной, имеет коэффициент преломления 1,48 и толщину около 58 нм. Пленка, по первичным данным, состоит из плотного аморфного оксида кремния, вероятно, с некоторым избытком кремния относительно стехиометрической формулы SiO2.

Результаты проведенного процесса в основном и главном удовлетворяют техническим требованиям. В ближайшее время будет проводиться отработка режимов технологии нанесения пленки диоксида кремния и пленки диоксида гафния.

Ключник Анна Семеновна

АО «ЦНИИ «Электрон»

Вопрос:

  1. В названии доклада используется и далее по тексту слой диоксида кремния и диоксида гафния. В докладе кроме данных, взятых из литературы про слой диоксида гафния ничего не сказано. Что было осуществлено на данный момент для попыток нанесения слоя диоксида гафния?
  2. «Диоксид гафния характеризуется широкой зоной прозрачности от 0,2 до 12 мкм, имеет высокий показатель преломления 1,95-2,07 при длине волны 550 нм.». Пленка полученная Вами имеет коэффициент преломления 1,48 и толщину около 58 нм. Чем вы объясните такую большую разницу с литературными данными? И о каком количестве пылений идет речь в докладе? Есть ли результаты повторяемости по параметрам преломления и длине волны?

Ларченко А.С.

Ответ:

      1. На данном этапе идет отработка нанесения слоя диоксида кремния с получением необходимых параметров. На следующем этапе будет производиться нанесение уже на слой диоксида кремния слоя диоксида гафния.
      2. «Диоксид гафния характеризуется широкой зоной прозрачности от 0,2 до 12 мкм, имеет высокий показатель преломления 1,95-2,07 при длине волны 550 нм.» . Пленка полученная Вами имеет коэффициент преломления 1,48 и толщину около 58 нм.

В данном случае приводится цитата для диоксида гафния, а результаты для пленки диоксида кремния. Для диоксида кремния коэффициент преломления составляет 1,45-1,46 при длине волны 550 нм.

На данный момент произведено 2 напыления. Результаты первого напыления представлены в докладе. Второе напыление произведено с сокращением времени до 7 минут для получения пленки толщиной 10 нм. Измерения эллипсометрии проводятся по договоренности нашими партнерами, но в связи с последними событиями, мы не успели получить данные измерений.

Нестеров Игорь Анатольевич

АО «НПП «ЭЛАР»

Вопрос:

  1. Насколько необходима столь толстая пленка SiO2? Для улучшения адгезии к подложке вполне достаточно толщины SiO2 до 10 нм(100 ангстрем).
  2. В названии доклада упоминается HfO2, в докладе сказано, что режим еще не отрабатывался, фактически у вас только пока получена пленка SiO2?
  3. Какова непосредственно роль докладчика в полученных результатах, если машина все сама делает?
  4. Почему нет ни одной картинки оптических элипсометрических измерений параметров полученной пленки?

Ларченко А.С.

Ответ:

      1. Да, мы стремимся именно к данной толщине пленки (10 нм). Это было первое напыление с ориентацией на опыты прошлых лет. Уже было проведено напыление пленки с сокращением времени до 7 минут, но, в связи с последними событиями, не успели получить данные измерений эллипсометрии.
      2. Да, пока получена пленка только SiO2. В планах отработка напыления этой пленки и далее приступать к напылению пленки HfO2.
      3. Написание программы напыления по шагам; загрузка материалов и подложки; обслуживание установки.
      4. Измерения эллипсометрии проводятся по договоренности нашими партнерами и были представлены только в данном формате.

На нашем сайте мы используем Сookies, которые помогают нам оптимизировать ваш пользовательский опыт. Продолжая работу на сайте, вы соглашаетесь с обработкой нами полученных данных. Подробнее… 

/** */