Способ получения пленок металлооксидных высокотемпературных сверхпроводников

ЗАРЕГИСТРИРОВАН В РЕСПУБЛИНЕ БЕЛАРУСЬ ПАТЕНТ НеЦистин от да 94Йк патенту 3(2.1)42262 О 2 Те м счет уменьшения их шероховатости и повыше(22)25.О 7.89- ние однородности струтпурьт, а также улучшенияр Олег Григорьевичгейбан Геннадий Иосифович. (ббддишмгежТФ, 1988, 114,- вт 8 -с.53-756. т дАвторскоерсаидетепъртво- СССР Н 1595010141072262 14 Й 28 ОО 9.88. - . 7 тачтолосоаполучнния пленок метил ЛОЙКСИ-ДНЪХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЬПФГ р т(опЦслособ попуиения пленок металлоокстадных вьасокотемперетурныхт сверхпроводников - относит ся дкд технологии ппеночной 1 тмикрозпектроники и монтер быть использован во производстве больи сверхбольшихринтегральных схемдлгг ло- элементов с применением сверхпроводяДдщизъ эффектов в частности СКВИДов. Тъшобретеният - уменьшение качества дппенок- затеинолог.ичности процессаЗа счет выбора режи моа испарения мишени, в частности плотности мощности лазерного излучения, частоты лазерных импульсов и давления кислорода температуры подложки епроцессе осаждения пленной в диапазоне (8531023)К,а также режимов двухэтап. ного охлаждения подложки с пленкой послеосажденияЦ обеспечивается требуемая структурапленки при высокой ступени ее однородности и стехиометрии - В качестве режимов, обеспечивающих требуемый результат. прил р охлаждении щенки определены скорость охлаждения пленки на. различных этапах. давление кислорода. такжеграница. между этапами ПЗЯ Кроме того. выбор расстояния мишеньнподпожка в диапазоне 1,53)смфпозволлет дополнительно улучшить ка чество пленок 2 з.п. фалы.ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСП К ТЕХНОЛОГИИ ОСВЖДВНИЯ ПЛЕНОК С ИСПОЛЬЗОВЗНИВМ лазер ного излучения. а именно к способам получения ПЛЕНОК БЫСОКОТЕМПВРЭТУрНЫХ сверхпроводников (ВТСП), и может использоваться в технологии больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС). СКВИД.Цель изобретения - улучшение качества пленок за счет унтеньшения шероховатостиструктуры и состава формирования однофазныхструктур путем снижения содержания капельной фазы. улучшения технологичности процесса при обеспечении высокой скорости осаждения и адгезии пленок к подложке.осаждения менее 0.13 Па ухудшается каче ство пленки. она становится неоднороднои по структуре. уменьшается доля тетрагональной фазы за счет увеличения содержа ния оксидов и сопутствующих-фаз.резко.ухудшаются и исчезают сверхпроводящие свойства. При давлении кислорода более 13Па способ становится нетехнологичным ига. за низкой скорости осаждения (чрезмерное- ние содержания капельной фазы в паровом-Кг 3 оме того. при о 408 Вт/см 2 возрастает СТЕПЕНЬ ИОНИЗЗЦИИ И СВЕДНЯЯ ЗНЕрГИЯ Час тиц парового потока, что приводит к росту шероховатости ППЗНКИ И ПОЙВПСНИЮ МЗКПО дефектов в пленке (проколы, поры и тд.). а также к нарушению стехиометрии состава пленки. Следовательно. при о 1 О 8 тВт/см 2 качество пленок ухудшается. При ц. 107 Вт/см 2 снижается технологичность процес СЭ 33 СЧЕТ уМВНЬШЕНИЯ СКОРОСТИ ОСЗЖДЕНИЯ.При ЧЗСТОТВ ИМПУЛЬСОВ ЛЗЗЕПНОГО ИЗЛУЧЕНИЯЧ 15 ГЦ Ухудшается качество пленки вслед ствие снижения однородности пленки пофазовому составу и структуре и чрезмерного разогрева мишени. 7 в у . . При расстоянии от мишенидо подложки более 3 см в потоке пара уже происходит конденсация бипоэтомувозрастает количе ство капель. осаждающихся на подложку. й При расстоянии от мишени до подложкиМенее 1.5 СМ Происходит реиспарение лег-т колетучего компонента с подложкиунаблю- .дается. нестекиометрия состав-а пленки. Кроме того, увеличивается распыление под ложки и пленки и возрастает шероховатостьрасстоя нив осаждающего потока на атомах вподложке. я двухступенчатый напуск кислорода впленки необходимдля обеспечения 1) фа- .зового перехода тетрагональной структуры в орторомбическую и 2) насыщения этой фазы кислородом до оптимальной величины т с определеннымсодержанием и упорядочением -в кислородной подсистеме- ортором бической фазы. При давлении-г кислородаболее 133 па и менее 40 Па на первом этапепленки при этому наблюдается также нео днородность состава пленки (она обуслов-пена узкой циаграммтэи направленности разлета паров мишени).П р и м е р. подложку из. попикора устанавливают на микропечив вакуумной каме-.охлаждения температура подложки более773 К и давлении кислорода более Б-ТОД Па и менее 2 4-04 Па на втором этапе охлаждения (температура п-одтзожки менее 773 К) ухудшаются сверхпровсдвгвзьте (СПусвойст ва пленки. .ь у . Температура подложки ТП 3 К выби ралась в температурном интервале макси. умального поглощения кислорода талан-кой.состоящей из орторомбической фазы.При скорости йохлажденъля более 35 К/мин на первом этапе и более 25 К/мин на втором этапе фазовые превращения ПВОИС ходятие ггол-ностьэо.синтезируются многофазные пленки. что ухудшает качество пленок за счет снижения однородностиструктуры исостава пленок. уПри плотности мощности лазерного издученидд Ябввгг/смг происходит увеличе 45в держателе параллельно поверхности под- ложки на. расстоянии .1.5 есм от нее. Вакуум н-ую камеру откачивают додавления 1,3 104 Па. Для уменьшения парциального давле-ния сопутствующихягазов в камеру напуска ют кислород (ч-истота- 99.9). до атмосферного давления вновь откачиваютдо ВБЗК. Контротз температуры осуществля ютс помощью кромель-алюмелевои термапары. Напускают в. камеру кислород до давления О 13 Па. Через фокусирующую линзу и окно вакуумной камеры лазерное(излучение длинаволны 1.06 мкм. интенсив ность излучения на мишени 107 Вт/см 2. дли тельность импульса 340 -нс.у частотана мишени ЮЗ ммунаправля-ют-на мишень под углом 30 к-ее поверхности и сканируют ее. При этом вещество мишени осаждаетсяд, . у . . . на лодложкусо-скоростью БА/имп и образуЪот на ней пленку толщиной 015 мкм. Послеосаждения пленки выключают микропечь и осуществляют регулируемый отжиг. для чего в камеруунапускают кислород до давления 40 Па (время напуска м 10 сек),подложка охлаждается со скоростью 20-25 К/мин. При температуре подложки 373 К камеру разгерметизируют и извлекают подложку с осажденной пленкой.Способ обеспечивает получение пленок с максимальной температурой сверхпрово дящего. перехода 98 К и минимальной шири нойлерекода 1 ТК. критический ток достигает 105 А/см 9 (ттк). к о предлагаемой способ обеспечивает высокий выход тодных образцов Аи большуюФормула и-зобнретуения тдспосов получения планок м-впроизводительность. Получаемые пленки имеют стабильные характерисдьттки и при выдержке на воздухе в течение двух месяцев их СП свойства не деградируют.В предлагаемом способе в процессе Формирования пленок отсутствуют струкътурные превращения между фазами с резкоотличающимися параметрами кристаллографической ячейкшвследствие чего не создается условий для возникновениязначительных напряжений внутри растущейпленки и -в результате она практически не содержитмакродефектов типа крупных пор и трещин и характеризуется высокой адгезией к подложке. ктощий испарение мишени из наносимогот материала ауатмосфере кислорода импульСННМ- ЛВЗЭРННМ излучением. осаждениео 970 На НГРТУЮ подложку и охлаждение . тЮДЛОгККИ -В.два эталаа атмосфере кисло- Ц с рода отличающийся тем. чтос целью улуч-шения качества пленок и повышения текс процесса гиспаренълематериала осуществляют при плотностьм .мощности лазерного излучения 107 105ВОМ этапе Пповодятса скоростью не болееБКЙМИН до- температуры 773 при давле ДНИРГКИСЛОРФДЭ (401 З 3)Па. а на втором эта- - пе охлаждение подложки проводят со скоростью не более 25 К/мин ори давлении - . .кислорода (215)у- годна, с7 Н-ИЭ МИШЕНЬ подложку выбирают в диапа Составителъ И. Щербаков Текред Мморгентап