RU2032961C1 - Способ рекристаллизации пленок тугоплавких оксидов - Google Patents
Способ рекристаллизации пленок тугоплавких оксидов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2032961C1 RU2032961C1 SU4796109A RU2032961C1 RU 2032961 C1 RU2032961 C1 RU 2032961C1 SU 4796109 A SU4796109 A SU 4796109A RU 2032961 C1 RU2032961 C1 RU 2032961C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- substrate
- plasma
- films
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 title claims description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 title description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 25
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Использование: в технологии изготовления изоляционных, буферных и ориентирующих слоев на кремнии, сапфире, алюминии и др. Сущность изобретения: способ включает воздействие на подложку с пленкой потоком низкотемпературной плазмы атмосферного давления, причем мощность, расход газа и длительность нахождения подложки с пленкой в зоне потока выбирают исходя из заданных соотношений.
Description
Изобретение относится к электронной технике, в частности к микроэлектронике, и может быть использовано в технологии изготовления изоляционных, буферных и ориентирующих слоев на кремнии, сапфире, алюминии и других материалах.
В современной технологии широко применяются процессы рекристаллизации пленок тугоплавких оксидов для получения слоев с заданными характеристиками (фазовым составом, текстурой, морфологией и др.).
Известен способ рекристаллизации пленки оксида циркония, стабилизированного иттрием, с помощью термического отжига [1] Пленки, осажденные на подложку, нагревались со скоростью 30оС/мин до требуемой температуры (800, 850 и 1100оС) в кислородсодержащей среде. Затем в течение 1 ч проходил отжиг пленок при данной температуре, после чего подложки с пленкой охлаждали со скоростью 2оС/мин до комнатной температуры. Исходная пленка состояла из тетрагональной фазы. После термического отжига при 1100оС размер кристаллитов увеличился от 7-20 до 20-50 нм. Существенными недостатками этого метода являются высокая температура и большое время термической обработки.
Известен способ рекристаллизации пленок тугоплавких оксидов, включающий термическое воздействие на подложку с пленкой в кислородсодержащей среде и охлаждение подложки с пленкой после завершения процесса рекристаллизации [2] Недостатком способа является необходимость длительного нагрева подложки.
Техническим результатом изобретения является снижение температуры и времени термического воздействия.
Технический результат изобретения достигается тем, что пленки тугоплавкого оксида на подложке подвергаются термическому воздействию в кислородсодержащей среде, причем в качестве термического воздействия используют поток низкотемпературной плазмы атмосферного давления. Мощность Р, вводимую в плазму, и расход газа G выбирают из следующего соотношения:
n˙P/G>107Дж/кг где n КПД генератора плазмы, а длительность нахождения обрабатываемого участка подложки с пленкой в зоне потока плазмы выбирают не превышающим τмакс,определяемого в соответствии с формулой
τмакс= Тмин˙С/<q>, где Тмин минимальная температура, при которой происходит разрушение материала подложки или пленки [K]
С приведенная теплоемкость подложки с пленкой [Дж/К˙ м2]
< q> средняя плотность теплового потока на границе "плазма+подложка" [Дж/c ˙ м2]
Сущность изобретения заключается в том, что пленка тугоплавкого оксида подвергается воздействию потока низкотемпературной плазмы атмосферного давления. Это воздействие носит как термический (тепловой поток высокой плотности), так и нетермический характер (воздействие излучения плазмы и возбужденных частиц). Значение потенциальной энергии возбужденных частиц близко к значению энергии активации процесса рекристаллизации. Поэтому при взаимодействии с поверхностью возбужденных частиц, когда происходит передача энергии возбуждения, начнется процесс рекристаллизации при небольших температурах нагрева пленки тугоплавкого оксида.
n˙P/G>107Дж/кг где n КПД генератора плазмы, а длительность нахождения обрабатываемого участка подложки с пленкой в зоне потока плазмы выбирают не превышающим τмакс,определяемого в соответствии с формулой
τмакс= Тмин˙С/<q>, где Тмин минимальная температура, при которой происходит разрушение материала подложки или пленки [K]
С приведенная теплоемкость подложки с пленкой [Дж/К˙ м2]
< q> средняя плотность теплового потока на границе "плазма+подложка" [Дж/c ˙ м2]
Сущность изобретения заключается в том, что пленка тугоплавкого оксида подвергается воздействию потока низкотемпературной плазмы атмосферного давления. Это воздействие носит как термический (тепловой поток высокой плотности), так и нетермический характер (воздействие излучения плазмы и возбужденных частиц). Значение потенциальной энергии возбужденных частиц близко к значению энергии активации процесса рекристаллизации. Поэтому при взаимодействии с поверхностью возбужденных частиц, когда происходит передача энергии возбуждения, начнется процесс рекристаллизации при небольших температурах нагрева пленки тугоплавкого оксида.
Соотношение между мощностью, вводимой в плазму, и расходом газа (n P/G > 107 Дж/кг) определяет условие возникновения плазмы в потоке газа при атмосферном давлении, а также условия, при которых возбужденные частицы формируются в плазме и достигают поверхности пленки тугоплавкого оксида.
Максимальная длительность нахождения обрабатываемого участка подложки с пленкой в зоне потока плазмы ограничивается условием сохранения подложки и пленки. Минимальная длительность практически равна нулю, поскольку она определяется временем начала рекристаллизации, которое при нетермическом воздействии мало.
Изобретение обеспечивает высокопроизводительную низкотемпературную рекристаллизацию пленок тугоплавких оксидов, расширяет диапазон применения тугоплавких оксидов за счет использования подложек с низкой температурой плавления или подложек, в которых уже сформированы структуры интегральных приборов. Например, можно создавать измерительные устройства на основе оксидных пленок, сверхпроводниковые приборы с буферными слоями из тугоплавких оксидов, защитные покрытия для интегральных микросхем.
П р и м е р 1. Пленку оксида циркония толщиной 150 нм (либо оксида циркония, стабилизированного иттрием), нанесенную электронно-лучевым испарением в вакууме на кремниевую подложку толщиной 300 мкм, обрабатывали потоком низкотемпературной плазмы атмосферного давления в течение 0,05-0,1 с.
Структурные исследования показали, что пленка оксида циркония состояла из кубической фазы с постоянной решетки а 5,1 ±0,1 А и имела поликристаллическую структуру. Размер кристаллитов увеличился 20-50 нм.
П р и м е р 2. Режимы обработки и нанесения пленки оксида циркония аналогичны примеру 1 за исключением того, что в качестве подложки использовалась пластина сапфира. Размер кристаллитов увеличился 10-60 нм.
П р и м е р 3. Режимы обработки пленки тугоплавкого оксида аналогичны примеру 1 за исключением того, что обрабатывалась пленка оксида магния толщиной 300 нм, нанесенная электронно-лучевым испарением в вакууме на кремниевую подложку.
Структурные исследования показали, что пленка оксида магния состояла из кубической фазы с постоянной решетки а 4,2 ±0,1 А и имела поликристаллическую структуру. Размер кристаллитов увеличился 5 30 нм.
П р и м е р 4. Режимы обработки и нанесения пленки тугоплавкого оксида аналогичны примеру 1 за исключением того, что обрабатывалась пленка титаната стронция толщиной 200 нм, нанесенная электронно-лучевым испарением в вакууме на кремниевую подложку толщиной 300 мкм. Размер кристаллитов увеличился 15-40 нм.
Способ рекристаллизации пленок тугоплавких оксидов на подложке может быть реализован на промышленной установке ДПО с кинематической производительностью более 100 пластин в 1 ч. Возможна обработка пластин диаметром 100 мм и более.
Claims (1)
- СПОСОБ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПЛЕНОК ТУГОПЛАВКИХ ОКСИДОВ, включающий термическое воздействие на подложку с пленкой в кислородсодержащей среде и охлаждение подложки с пленкой после завершения процесса рекристаллизации, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени и температуры термического воздействия, термическое воздействие осуществляют потоком низкотемпературной плазмы атмосферного давления, причем мощность Р, вводимую в плазму, и расход G газа выбирают из соотношения
где η КПД генератора плазмы, а длительность нахождения обрабатываемого участка подложки с пленкой в зоне потока выбирают не превышающим tmax, определяемого в соответствии с формулой
τmax=TminC/<q>,c,
где Tm i n минимальная температура, при которой происходит разрушение материала подложки или материала пленки, К;
C теплоемкость подложки с пленкой, Дж/К · м2;
< q > средняя плотность теплового потока на границе плазма подложка, Дж/(м2 · с).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4796109 RU2032961C1 (ru) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Способ рекристаллизации пленок тугоплавких оксидов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4796109 RU2032961C1 (ru) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Способ рекристаллизации пленок тугоплавких оксидов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2032961C1 true RU2032961C1 (ru) | 1995-04-10 |
Family
ID=21498689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4796109 RU2032961C1 (ru) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Способ рекристаллизации пленок тугоплавких оксидов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2032961C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2373154C2 (ru) * | 2004-09-14 | 2009-11-20 | Тронокс Пигментс Гмбх | Высокодисперсные щелочноземельные титанаты и способы их получения с использованием частиц окиси титана |
-
1990
- 1990-02-27 RU SU4796109 patent/RU2032961C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. J.W. Lee et al/J.Appl. Phys. - 1988, v.64, n 11, p.6502-6504. * |
| 2. H.Fukumoto et al./Jap. J.Appl. Phys. 1988, - v.27, N 8, р.1404-1406. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2373154C2 (ru) * | 2004-09-14 | 2009-11-20 | Тронокс Пигментс Гмбх | Высокодисперсные щелочноземельные титанаты и способы их получения с использованием частиц окиси титана |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5432151A (en) | Process for ion-assisted laser deposition of biaxially textured layer on substrate | |
| US6933065B2 (en) | High temperature superconducting thick films | |
| Rao | Pulsed laser deposition—Ablation mechanism and applications | |
| JP2007247043A (ja) | 半導体加工装置用セラミック被覆部材の製造方法 | |
| RU2032961C1 (ru) | Способ рекристаллизации пленок тугоплавких оксидов | |
| US5322817A (en) | In situ growth of TL-containing oxide superconducting films | |
| JPS605233B2 (ja) | 高融点化合物薄膜の製造方法 | |
| JPH01305580A (ja) | 半導体素子製造用超電導セラミック薄膜形成単結晶ウエハー材 | |
| JPH01309956A (ja) | 酸化物系超電導体の製造方法 | |
| Kaul et al. | High-Tc superconducting NbN films with low particulate density grown at 25 C using pulsed laser deposition | |
| JPS63239742A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| Bornand et al. | Phase development in pulsed laser deposited Pb [Yb1/2Nb1/2] O3-PbTiO3 thin films | |
| SU1823932A3 (ru) | Способ формирования тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки на основе иттрия | |
| JPH01208327A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| Burmester et al. | Crystalline growth of cubic (Eu, Nd): Y2O3 thin films on α-Al2O3 by pulsed laser deposition | |
| Tan et al. | Laser annealing of silicon nanocrystal films formed by pulsed-laser deposition | |
| JP2702711B2 (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
| JP2813691B2 (ja) | レーザー蒸着膜作製用ターゲット | |
| JP4917635B2 (ja) | 二層薄膜構造体、超電導物質三層薄膜構造体及びその製造方法 | |
| RU2006996C1 (ru) | Способ получения кристаллических буферных слоев | |
| JPH10107334A (ja) | 超電導部材及びその製造方法 | |
| Dietze et al. | High-T c superconducting Bi− Sr− Ca− Cu− O thin films prepared by laser-induced plasma deposition | |
| Luo et al. | High-Quality Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 Thin Films Fabricated via Laser Ablation | |
| JPH04214008A (ja) | 酸化物超電導薄膜の製造方法 | |
| JPS63299019A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 |