DE2527184A1

DE2527184A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbringen duenner schichten durch kathodenzerstaeubung

Info

Publication number: DE2527184A1
Application number: DE19752527184
Authority: DE
Inventors: Ralf-Dieter Boehnke; Waldemar Goetze
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1975-06-18
Publication date: 1976-12-30
Also published as: JPS51151685A; FR2316350B1; FR2316350A1; CA1075198A; DE2527184B2; DE2527184C3; JPS5527148B2; US4049523A; GB1554285A

Description

PHILIPS PATENTVERViALTUNG GMBH, 2 Hamburg 1, Steindamm 94

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten durch Kathodenzerstäubung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Herstellung dünner Schichten auf Substraten durch Kathodenzerstäubung werden in einer zwischen einer Kathode und einer Gegenelektrode gezündeten und aufrechterhaltenen elektrischen Gasentladung in einer aus inerten und ggf. reaktiven Gasen bestehenden Atmosphäre geringen Drucks aus der Auftreffplatte der Kathode (im weiteren als Target bezeichnet) Teilchen von atomarer Größe von den aufprallenden Ionen herausgeschlagen (zerstäubt) und auf in der Nähe der Gegenelektrode angeordneten Substraten niedergeschlagen.

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(PVE 02/289)
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Das Target besteht üblicherweise aus dem Material, aus dem die zu bildende Schicht bestehen soll, also beispielsweise aus Metalloxiden z.B. zur Herstellung dünner ferromagnetischer Schichten für integrierte Magnetspeicher oder aus Metallen zur Herstellung dünner Metallschichten, z.B. für Dünnschichtwiderstände. Bei der Herstellung von Metalloxidschichten kann aber auch von einem metallischen Target ausgegangen werden, aus dem mit Hilfe von reaktiven Gasen z.B. Sauerstoff erst nach der Kathodenzerstäubung auf dem Substrat Metalloxidschichten gebildet werden.

Targets können massive Metallplatten sein, sie können aber auch mit den in der Pulvermetallurgie üblichen Verfahren hergestellt sein, wobei Freßkörper aus Pulvern gepreßt und anschließend gesintert werden.

Weiter ist es bekannt, Oxid- oder Metallpulver trocken zu verpressen. Hierbei dient die Preßform gleichzeitig als Trägerschale für das verpreßte Pulver-Target (GB-PS 1 184 428).

Um Restgase zu entfernen, muß der Zerstäubungsraum vor Beginn des Aufstäubens auf einen Druck im Bereich -"On etwa 2 χ 10" mbar evakuiert werden. Bei diesem Verfahrensschritt haben die aus Pulvern trocken verpreßten Targets den Nachteil, daß in den Kornzwischenräumen adsorbierte Gase ebenfalls entweichen und den Preßkörper des Targets dabei aufreißen. Hierbei können einzelne Körner aus dem Preßgefüge mitgerissen werden, die sich dann an unerwünschten Stellen im Reaktionsraum ablagern und später die Qualität der herzustellenden Schichten nachteilig beeinflussen. Ein weiterer Nachteil durch das Aufreißen der Pulver-Targets ergibt sich, wenn Teile der metallischen Trägerschale, in die das Pulver eingepreßt wurde, freigelegt werden: bei dem nachfolgenden Kathodenzerstäubungsprozeß werden dann nicht nur die Metall- oder Öxidteilchen des gepreßten Pulver-Targets zerstäubt, sondern es werden auch Teile der Trägerschale mit zerstäubt, was zu Verunreinigungen der anschließend gebildeten Schicht führt.

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Diese Nachteile könnten dadurch behoben werden, daß gesinterte oder massive Targets verwendet werden; da aber Targets aus trocken verpreßten Pulvern große technologische Vorteile haben - sie sind sehr viel billiger in der Herstellung, ermöglichen kürzere Evakuierungszeiten für den Reaktionsraum und lassen sich schneller zerstäuben - liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, der es erlaubt, Targets aus trocken verpreßten Pulvern zu verwenden, ohne daß diese Pulver-Targets bei dem zur Entfernung der Restgase aus dem Reaktionsraum erforderlichen Evakuierungsprozeß in ihrer Struktur so verändert werden, daß sich die genannten Nachteile beim anschließenden Aufstäuben der Schichten ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebene Ausbildung des Verfahrens gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß Anspruch 1 ist im Kennzeichen des Anspruches 2 angegeben.

Vorteilhafte weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 5 beschrieben.

Bei Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß die im Pulver-Target adsorbierten Gase über die Vielzahl der in der Bodenfläche und/oder der Seitenfläche der Trägerschale angebrachten Kanäle definiert und in kleinen Mengen enüweichen können, ohne das Gefüge des Pulverpreßlings zu zerstören. Bei der Ausbildung einer Trägerschale mit Öffnungen in Form von Kanälen können adsorbierte Gase also nicht nur über die freiliegende Oberseite des Targets, sondern mindestens auch über seine Bodenfläche, d.h. also über seine Hauptflächen oder über seine Seiten- und Bodenfläche, also über alle Außenflächen und damit praktisch über die gesamte Oberfläche des Targets entweichen. Es entstehen keine Risse im Target mit der Gefahr der Freilegung des Metalls der Trägerschale und die entweichenden Gase haben auch nicht einen so hohen Druck, daß Pulverteilchen aus dem Target schon beim Evakuierungsprozeß losgerissen werden und vagabundieren.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1a ein erstes Ausführungsbeispiel einer Trägerschale gemäß der Erfindung in Draufsicht,

Fig. 1b eine Trägerschale gemäß der Erfindung im Schnitt entsprechend der Linie I-I aus Fig. 1a,

Fig. 2a ein zweites Ausführungsbeispiel einer Trägerschale gemäß der Erfindung als Seitenansicht (vergrößerter Ausschnitt)

Fig. 2b eine Trägerschale nach Fig. 2a im Schnitt entsprechend der Linie II-II in Fig. 2a (vergrößerter Ausschnitt)

Fig. 3 eine Anordnung eines Targets gemäß Fig. 1a und 1b innerhalb einer Vakuumkammer mit den wichtigsten Versorgungsleitungen als PrinzipSkizze.

Die in den Fig. 1a und 1b dargestellte Trägerschale 1 ist an ihrer einem Pulver-Target 5 abgewandten Bodenfläche von einer Vielzahl von parallel laufenden Kanälen 3 durchzogen. In die Kanäle 3 münden eine Vielzahl von Bohrungen, die an der dem Pulver-Target 5 zugewandten Seite der Trägerschale 1 als Trichter 7 ausgebildet sind und sich als Halsteil 9 fortsetzen; der Halsteil 9 stellt die Mündung des Trichters 7 in den Kanal 3 dar. Der Öffnungswinkel der Trichter beträgt etwa 120°. Die trichterförmige Ausbildung der Bohrungen hat den Vorteil, daß die effektive Fläche für den Austritt adsorbierter Gase vergrößert wird und daß sich durch Ausbildung eines Schüttkegels beim Füllen der Trägerschale 1 der Halsteil 9 nicht mit Pulvermaterial zusetzt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Trägerschale gemäß der Erfindung ist in den Fig. 2a und 2b dargestellt: hier sind auch

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die Seitenv/ände der Trägerschale 1 für das Pulver-Target 5 mit Öffnungen in Form von Trichtern 7 mit Halsteilen 9 versehen, die ein Entv/eichen der im Pulver-Target 5 adsorbierten Gase nach allen Seiten des Targets 5 ermöglichen. Diese Ausführungsform der Trägerschale 1 eignet sich besonders für Pulver-Targets größerer Dicke und bietet darüber hinaus den Vorteil, daß die angestrebte gleichmäßige Struktur der Pulver-Targets bis in die äußerste Randzone des Targets erreicht v/erden kann. Die Bezeichnungen entspreohen den in den Fig. 1a und 1b verwendeten Bezeichnungen.

Zweckmäßigerweise kann eine verbesserte Wärmeabfuhr dadurch erreicht werden, daß eine Kühlplatte 19» z.B. aus Kupfer, mit der Unterseite der Trägerschale 1 in Kontakt gebracht wird.

In einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 mit einer Gegenelektrode 11, einer Hochfrequenzkathode 13, einem Pumpstutzen 15 zur Evakuierung der Anlage, einer Gaszuführungsleitung 17 und Leitungen 19 zur Einspeisung der Elektrodenspannung wurden Substrate, wie sie üblicherweise in der Dünnschichttechnologie zur Anwendung kommen, also Substrate z.B. aus Glas, Ferriten oder Oxidkeramik mit Oxidschichten wie Indiumoxid, Eisenoxid, Chromoxid, Zinnoxid oder Aluminiumoxid beschichtet. Die Substrate hatten eine Abmessung von 30 χ 30 mm und waren in einem Abstand von etwa 35 mm über dem zu zerstäubenden Target 5 angeordnet. Das Pulv&r-Tarytil 5 (Durchmesser 170 mm, Dicke 3 mm) wurde durch Einpressen der Ox'upulver in die Trägerschale 1 aus Kupfer bei einem Preßdruck νου 8 - 16 N/mm hergestellt. Die Korngröße der verpreßten Pulver lag im Bereich von maximal 10 μΐη, vorzugsweise bei ^ 5 um. Diο Wandstärke der Trägerschale 1 betrug bei einem Durchmesser von eh./i 1€0 mm 1,5 mm, der Boden'der Trägerschale 1 war 7 mm dick ν'.·.(] hatte in gleichmäßigen Abständen über die gesamte Fläche vor teilt ca. 200 Öffnungen mündend in Kanäle 3, v/ob ei der Öffnungswinkel der dem Target zugewandten Trichter 7 120° betrug j iiev sich an eine halsartige Fortsetzung 9 des Trichtere 7 anschließende Kanal 3 hatte etwa die gleiche Breite wie der ma*-:i-

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male Durchmesser des Trichterteils. Nachdem in der Vakuumkammer ein Druck von etwa 2 χ 10" mbar durch Evakuierung hergestellt war, wurde der Zerstäubungsprozeß unter Argon-Atmosphäre bei einem Druck von 5 x 10 mbar eingeleitet. Das Target zeigte während und nach dem Evakuierungsprozeß eine unbeschädigte oberfläche.

Patentansprüche:

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809853/0&12

Claims

Patentansprüche:

Verfahren zum Aufbringen von dünnen Schichten durch Kathodenzerstäubung im Vakuum unter Verwendung trocken verpreßter Pulver-Targets, dadurch gekennzeichnet, daß im Pulver-Target (5) adsorbierte Gase über mindestens die Hauptflächen des Targets während der Evakuierung der Kathodenzerstäubungsanlage aus dem Target entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Pulver-Target (5) adsorbierte Gase über alle Außenflächen des Targets während der Evakuierung der Kathodenzerstäubungsanlage aus dem Target entfernt werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Trägerschale (1) zur Aufnahme des Pulver-Targets (5), deren Bodenfläche und/oder Seitenfläche senkrecht zur Oberfläche verlaufende Öffnungen aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen an der dpm Target (5) zugewendeten Seite als Trichter (7) ausgebildet sind, die sich in Halsteilen (9) fortsetzen und in parallel verlaufenden Kanälen (3) münden, die an der dem Pulver-Target (5) abgewandten Seite der Trägerschale (1) angebracht sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschale (1) gleichzeitig Preßform zur Verpressung der das Target (5) bildenden pulverförmigen Substanzen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschale (1) aus einem elektrisch leitenden Material besteht .

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