BE1029590B1 - Geleidende sputterdoelen van silicium - Google Patents

Abstract

Een doelwit (10) voor sputteren dat doelwitmateriaal (11) voor sputteren heeft, waarbij het doelwitmateriaal (11) een laminaire structuur en een porositeit van ten minste 1 % omvat en een soortelijke weerstand lager dan 1000 ohm∙cm, bv. onder 100 ohm∙cm, bv. zoals onder 10 ohm∙cm heeft en vervolgens silicium en ten minste een volgend element uit de groep 13 en/of de groep 15 van het periodiek systeem omvat, waarbij de hoeveelheid silicium ten minste 98 gew.-%, met meer voorkeur ten minste 99 gew.-%, met meer voorkeur hoger dan 99,5 gew.-% is en de hoeveelheid van het ten minste een volgende element lager dan 0,03 gew.-% is, waarbij voornoemde hoeveelheid niet de hoeveelheid stikstof inhoudt, indien aanwezig. Een vervaardigingswerkwijze en een sputter werkwijze worden ook verschaft

Description

; BE2021/5550

Geleidende sputterdoelen van silicium

Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het gebied van siliciumdoelwitten voor sputteren. Meer specifiek heeft ze betrekking op geleidende siliciumdoelwitten voor sputteren en werkwijze voor productie daarvan, en een sputter werkwijze.

Achtergrond van de uitvinding

De techniek van materiaalafzetting door middel van sputteren is reeds vele tientallen jaren bekend. Bij voorkeur wordt een plasma gegenereerd in een lagedrukkamer waarin een inert gas zoals argon of een actief gas zoals zuurstof of stikstof aanwezig is, en wordt een hoge negatieve spanning aangebracht op een zogenaamd "sputter doelwit" (dat het materiaal bevat dat afgezet moet worden). De gasatomen kunnen worden geïoniseerd en het sputter doelwit wordt gebombardeerd door de positieve gasionen, zodat atomen bevrijd worden uit het sputter doelwit en bewegen naar de "onderlaag" waar zij afgezet worden.

Drie soorten spanningsbronnen kunnen worden geïdentificeerd: gelijkstroomspanning, wisselstroom- of gepulste spanning (in het bereik van kHz, bv. bij een frequentie tussen 1 en 100 kHz) en RF-spanning (in het bereik van MHz, bv. bij een frequentie tussen 0,3 en 100

MHz). Het sputteren kan dus worden geclassificeerd als met gelijkstroom sputteren, met wisselstroom sputteren of RF-sputteren. Gelijkstroomspanning wordt bij voorkeur gebruikt wanneer het sputter doelwit een elektrisch geleidend sputter materiaal bevat en de

© BE2021/5550 afgezette laag ook enige mate van geleidbaarheid heeft.

Wisselstroomspanning wordt bij voorkeur gebruikt wanneer de afgezette laag lage geleidbaarheid heeft of diëlektrisch is. RF-spanning wordt bij voorkeur gebruikt wanneer het sputter doelwit lage elektrische geleidbaarheid heeft of isolerend is. Bij gebruikmaking van RF is de sputter snelheid voor dezelfde spanningsniveaus bij voorkeur significant lager dan een gelijkstroomproces en de kosten per watt voor de elektronica zijn gewoonlijk hoger voor RF- spanningsbronnen.

Sputteren van Si-doelwitten is algemene praktijk en wordt gebruikt in veel toepassingen. Vooral het sputteren vanaf een Si-doelwit in een omgeving met reactief gas is welbekend voor veel optische toepassingen. Deze houden siliciumnitrideafzetting voor architectonisch glas waarvoor lagen met hoge refractie- index verschaft kunnen worden, of siliciumdioxideafzetting binnen optische stapelingen op starre en flexibele transparante onderlagen in, waarbij een laag van materiaal met lage refractie-index voor het genereren van optische interferentie met andere lagen van de stapeling verschaft wordt.

Zuivere Si-doelwitten zijn volledig isolerend tenzij zij een bepaald type en niveau van onzuiverheden of dotering bevatten, wat cruciaal is voor het definiëren van de geleidbaarheid van het materiaal en het vergemakkelijken van het sputter proces. De aanwezigheid van deze onzuiverheden kan echter de afzettingssnelheid en eigenschappen van de afgezette lagen negatief beïnvloeden. Een hoge afzettingssnelheid wordt vaak vereist bij het vervaardigen van dunne lagen

> BE2021/5550 voor i) het bewerkstelligen van hoge productiedoorvoeren middels het toelaten van een hoge lijnsnelheid van de deklaaginrichting die gebruikt wordt voor het sputteren, of ii) het verminderen van energieverbruik middels het toelaten van lagere sputter vermogens.

Voor siliciumnitrideafzetting worden gewoonlijk

Si-doelwitten die voor tussen 2 en 20 gew.-% Al omvatten, gesputterd in een omgeving die stikstofgas omvat. Vanwege de isolerende aard van de afgezette laag wordt bij voorkeur sputteren met wisselstroom gebruikt.

De toevoeging van Al helpt door de doelwitgeleidbaarheid en processtabiliteit te verhogen terwijl de optische eigenschappen van de lagen nog steeds voldoen aan de eisen, aangezien AIN een hoge refractie-index heeft. De afzettingssnelheid kan echter worden verminderd vanwege de vorming van samenstellingen van het aluminium in het doelwit.

Gewoonlijk wordt siliciumdioxideafzetting voorzien van Si-doelwitten, wat een zeer lage refractie-index toelaat. De afzettingssnelheid van siliciumdioxide is bij voorkeur veel lager dan die van siliciumnitride. Si- doelwitten met Al-dotering tot 10 gew.-% worden ook gebruikt in bepaalde toepassingen voor het sputteren van dunne lagen van Si02. Het toevoegen van Al aan het doelwit voor het verhogen van zijn geleidbaarheid kan echter nadelig voor de afzettingssnelheid en de optische eigenschappen zijn, aangezien het gevormde Al:03 een significant lagere sputter snelheid heeft en de refractie-index van de afgezette laag zal verhogen.

Het zou dus wenselijk zijn een siliciumdoelwit met de voordelen van doelwitten van zuiver silicium te verschaffen, maar met doelmatige en stabiele afzetting,

© BE2021/5550 verschaft door geleidende doelwitten, en hoge afzettingssnelheden.

Samenvatting van de uitvinding

Waarin de onderhavige uitvinding voorziet, is het verschaffen van goede sputtering en goede sputter doelwitten en werkwijzen voor het produceren van deze, wat het verschaffen van lagen toelaat die silicium inhouden, met doelmatig sputteren en hoge afzettingssnelheid.

Het hierboven genoemde waarin voorzien wordt, wordt bewerkstelligd middels werkwijzen en inrichting volgens de onderhavige uitvinding.

De onderhavige uitvinding verschaft een sputterdoelwit met doelwitmateriaal voor sputteren dat een laminaire structuur en een porositeit van ten minste 1% omvat. Het heeft een soortelijke weerstand onder 1000 ohm:cm, met meer voorkeur onder 100 ohm:cm zoals bv. onder 10 ohm:cm. Het doelwitmateriaal hoedt silicium in een hoeveelheid van ten minste 98 gew.-% in, met meer voorkeur ten minste 99 gew.-% zoals bv. meer dan 99,5 gew.-%. Het houdt ook ten minste een volgend element uit de groep 13 en/of de groep 15 van het periodiek systeem in, waarbij de hoeveelheid van het ten minste een volgende element lager dan 0,03 gew.-% is. Voornoemde hoeveelheid houdt niet de hoeveelheid stikstof in, indien stikstof aanwezig is.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding dat een hoge doelwit sputter snelheid en een stabiele sputtering verkregen kunnen worden voor lagen van siliciumoxide of siliciumnitride, bij wisselstroom of zelfs gelijkstroom sputtering, waar

> BE2021/5550

RF-sputtering niet vereist is. Het is een voordeel dat optische lagen met op maat gemaakte optische index verschaft kunnen worden met hoge afzettingssnelheid en doelmatige toepassing van sputter vermogen.

In enkele uitvoeringsvormen is de hoeveelheid van het ten minste een volgende element hoger dan 0,001 gew.-%. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding dat een siliciumlaag voorzien kan worden van doteerstoffen uit de groep 13 of 15, zonder de afzettingssnelheid of de optische eigenschappen negatief te beinvloeden.

Het ten minste een volgende element omvat een element uit de groep 13 van het periodiek systeem, dus een doteerstof van het p-type. Dat element kan bijvoorbeeld boor zijn.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding dat een siliciumlaag met dotering van het p-type voorzien kan worden van doteerstoffen uit de groep 13 op een snelle stabiele wijze.

In enkele uitvoeringsvormen kan het doelwit zuurstof en/of stikstof in een hoeveelheid lager dan 0,5 gew.-% inhouden.

In enkele uitvoeringsvormen omvat het doelwitmateriaal - of bestaat het uit - een enkel stuk doelwitmateriaal voor sputteren met een lengte van ten minste 500 mm, bijvoorbeeld ten minste 800 mn.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding dat een enkel stuk verschaft kan worden met gebruikmaking van minder tegels of zonder gebruikmaking van tegels, zodat de effecten zoals

° BE2021/5550 vonkontlading vanaf, of erosie van de randen van tegels verminderd worden.

In enkele uitvoeringsvormen omvat het doelwit een dikte van ten minste 4 mm materiaal voor sputteren. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding dat een groot volume aan lagen voorzien kan worden van een enkel doelwit, dat een bestendig en veerkrachtig doelwit is dankzij de laminaire structuur.

In enkele uitvoeringsvormen is het doelwit een cilindrisch doelwit.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding dat het doelwit sputteren kan weerstaan bij een vermogensdichtheid hoger dan 30 kW wisselstroom/m, bv. 35 kW wisselstroom/m of hoger zoals 40, en zelfs hoger dan 50 kW wisselstroom/m zonder delamineren, breken of het genereren van enig ander materiaaldefect.

In een volgend aspect verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor sputteren met gebruikmaking van een doelwit volgens het voorgaande aspect van de onderhavige uitvinding, omvattende het verschaffen van het doelwit van de onderhavige uitvinding en het verschaffen van sputteren met gebruikmaking van het doelwit voor het afzetten van een laag die silicium omvat, bij een vermogensdichtheid hoger dan 30 kW/m, bv. 35 kW/m of hoger zoals 40 kW/m en zelfs hoger dan 50 kW/m, bij sputteren met wisselstroom of gelijkstroom.

In enkele uitvoeringsvormen is de werkwijze ingericht voor het verschaffen van sputteren in een

! BE2021/5550 niet-reactieve atmosfeer of in een reactieve atmosfeer die zuurstof en/of stikstof omvat.

In enkele uitvoeringsvormen ligt de werkdruk gedurende sputteren in de sputter- of afzettingskamer in het bereik tussen 0,1 Pa en 10 Pa.

In een volgend aspect verschaft de onderhavige uitvinding een vervaardigingswerkwijze voor het vervaardigen van een doelwit, bijvoorbeeld een doelwit in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens het eerste aspect van de onderhavige uitvinding. De werkwijze omvat: - het verschaffen van silicium in sproeibare vorm, - het verschaffen van ten minste een volgend element uit de groep 13 of de groep 15 van het periodiek systeem in sproeibare vorm, - het verschaffen van een ondersteunende onderlaag en - het sproeien van het silicium en het ten minste volgende element op de ondersteunende onderlaag in hoeveelheden en met besproeiingsparameters, zodanig geconfigureerd dat een doelwit met een porositeit van ten minste 1% gevormd wordt, dat ook voor ten minste 98 gew.-%, met meer voorkeur ten minste 99 gew.-% of zelfs hoger dan 99,5 gew.-% silicium en voor minder dan 0,03 gew.-% ten minste een volgend element uit de groep 13 of de groep 15 van het periodiek systeem inhoudt. De hoeveelheid van het ten minste volgende element is exclusief de hoeveelheid stikstof, indien aanwezig.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding dat een doelwit verkregen kan worden middels sproeien, met zeer nauwkeurig beheersing van de concentratie van doteerstoffen, voor het

9 BE2021/5550 verschaffen van een doelwit met hoge sputter snelheid en relatief hoge geleidbaarheid voor stabiel sputteren met wisselstroom of gelijkstroom.

In enkele uitvoeringsvormen wordt het sproeien gedaan middels thermisch sproeien, bv. plasmasproeien.

Bijzondere aspecten en voorkeursaspecten van de uitvinding worden uiteengezet in de aanhangige onafhankelijke en afhankelijke conclusies. Kenmerken uit de afhankelijke conclusies kunnen worden gecombineerd met kenmerken van de onafhankelijke conclusies en met kenmerken van andere afhankelijke conclusies zoals van toepassing, en niet enkel zoals expliciet uiteengezet in de conclusies.

Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen blijken uit, en toegelicht worden met referentie naar de uitvoeringsvorm(en) die hierna hierin beschreven zijn.

Korte beschrijving van de tekeningen

Fig. 1 licht een doelwit in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding toe.

Fig. 2 licht een vergelijkende grafiek toe die verschillende dynamische afzettingssnelheden voor bestaande doelwitten en voor doelwitten in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding toont, in de vorm van een functie van de zuurstofstromingssnelheid gedurende sputteren.

Fig. 3 licht een detail van de grafiek in fig. 2 toe, aangeduid met de streeplijnrechthoek 200.

Fig. 4 licht een vergelijkende grafiek toe die verschillende dynamische afzettingssnelheden voor

? BE2021/5550 bestaande doelwitten en voor doelwitten in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding toont, in de vorm van een functie van de stikstofstromingssnelheid gedurende sputteren.

Fig. 5 licht een schema van een werkwijze voor het sputteren van een doelwit in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding toe.

Fig. 6 licht een schema van een werkwijze voor het vervaardigen van een doelwit in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding toe.

De tekeningen zijn slechts schematisch en zijn niet beperkend. In de tekeningen kan de grootte van enkele van de elementen zijn overdreven en niet getekend op schaal voor toelichtingsdoeleinden.

Willekeurige referentietekens in de conclusies behoren niet te worden uitgelegd als beperking van de beschermingsomvang.

In de verschillend tekeningen verwijzen dezelfde referentietekens naar dezelfde of analoge elementen.

Gedetailleerde beschrijving van toelichtende uitvoeringsvormen

De onderhavige uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot bepaalde uitvoeringsvormen en met referentie naar bepaalde tekeningen, maar de uitvinding is niet daartoe maar slechts door de conclusies beperkt.

De afmetingen en de relatieve afmetingen komen niet overeen met feitelijke verkleiningen voor uitvoering volgens de uitvinding.

De termen eerste, tweede en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies worden gebruikt voor het onderscheid maken tussen soortgelijke elementen en niet noodzakelijkerwijs voor het beschrijven van een volgorde, ofwel in tijd, ruimtelijk, in rangorde of op willekeurige andere manier. Het zal duidelijk zijn dat de termen die zo gebruikt zijn, onderling uitwisselbaar onder geschikte omstandigheden zijn en dat de uitvoeringsvormen volgens de uitvinding die hierin beschreven zijn, in staat zijn tot bedrijfsvoering in andere volgordes dan hierin beschreven of toegelicht.

Bovendien worden de termen boven, onder en dergelijke in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor beschrijvingsdoeleinden en niet noodzakelijkerwijs voor het beschrijven van relatieve posities. Hat zal duidelijk zijn dat de termen die zo gebruikt worden, onderling uitwisselbaar onder geschikte omstandigheden zijn en dat de uitvoeringsvormen volgens de uitvinding die hierin beschreven zijn, in staat zijn tot bedrijfsvoering in andere oriëntaties dan hierin beschreven of toegelicht.

Het dient te worden opgemerkt dat de term "omvattende", gebruikt in de conclusies, niet geïnterpreteerd dient te worden als zijnde beperkt tot de middelen die daarna opgenoemd worden; het sluit geen andere elementen of stappen uit. Het dient dus te worden geïnterpreteerd als de aanwezigheid van de genoemde kenmerken, gehele getallen, stappen of componenten zoals benoemd specificerend, maar het sluit niet de aanwezigheid of toevoeging van een of meer andere kenmerken, gehele getallen, stappen of componenten of groepen daarvan uit. De beschermingsomvang van de uitdrukking "een inrichting omvattende middelen A en B" behoort dus niet beperkt te zijn tot inrichtingen die slecht bestaan uit componenten A en B, maar het kan ook inrichtingen omsluiten die slechts bestaan uit componenten A en B. Het betekent dat met betrekking tot de onderhavige uitvinding de enige relevante componenten van de inrichting A en B zijn.

Referentie in deze gehele specificatie naar "éen uitvoeringsvorm" of "een uitvoeringsvorm" betekent dat een bepaald kenmerk, bepaalde structuur of bepaalde karakteristiek, beschreven in verband met de uitvoeringsvornm, opgenomen is in ten minste een uitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding.

Uitingen van de frases "in één uitvoeringsvorm" of "in een uitvoeringsvorm" op verschillende plaatsen in deze gehele specificatie verwijzen dus niet noodzakelijkerwijs alle naar dezelfde uitvoeringsvorm, maar het kan. Bovendien kunnen de bepaalde kenmerken, structuren of karakteristieken worden gecombineerd op een willekeurige geschikte manier, zoals duidelijk zal zijn voor een gemiddelde deskundige in het vakgebied van deze openbaring, in een of meer uitvoeringsvormen.

Op soortgelijke wijze behoort het duidelijk te zijn dat in de beschrijving van voorbeelduitvoeringsvormen volgens de uitvinding verschillende kenmerken van de uitvinding soms samen gegroepeerd zijn in een enkele uitvoeringsvorm, enkel figuur of enkele beschrijving daarvan voor het doeleinde van het stroomlijnen van de openbaring en het helpen bij het begrijpen van een of meer van de verschillende uitvindingsaspecten. Deze werkwijze voor openbaring dient echter niet te worden geïnterpreteerd als een bedoeling weergevend dat de uitvinding volgens de conclusies meer kenmerken vereist dan uitdrukkelijk genoemd worden in elke conclusie.

Eerder, zoals de volgende conclusies weergeven, liggen uitvindingsaspecten in minder dan alle kenmerken van een enkele voorgaande geopenbaarde uitvoeringsvorm. De conclusies die volgen na de gedetailleerde beschrijving, zijn dus hiermee uitdrukkelijk opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, waarbij elke conclusie op zichzelf staat als een afzonderlijke uitvoeringsvorm volgens deze uitvinding.

Hoewel enkele uitvoeringsvormen die hierin beschreven zijn, enkele maar geen andere kenmerken opgenomen in andere uitvoeringsvormen inhouden, zijn bovendien combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld binnen de beschermingsomvang van de uitvinding te vallen, en vormen zij verschillende uitvoeringsvormen, zoals duidelijk zal zijn voor diegenen in het vakgebied. In de volgende conclusies kunnen bijvoorbeeld willekeurige van uitvoeringsvormen volgens de conclusies worden gebruikt in een willekeurige combinatie.

In de beschrijving die hierin verschaft is, worden talrijke specifieke details uiteengezet. Het zal echter duidelijk zijn dat uitvoeringsvormen volgens de uitvinding uitgevoerd kunnen worden zonder deze specifieke details. In andere gevallen zijn welbekende werkwijzen, structuren en technieken niet getoond in detail, ten einde een begrip van deze beschrijving niet te belemmeren.

Waar in uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding verwijzing gemaakt wordt maar sputter snelheid en naar afzettingssnelheid, wordt verwijzing gemaakt naar de fluxdichtheid van materiaal dat het doelwit verlaat, respectievelijk naar de fluxdichtheid van materiaal dat aankomt in de onderlaag.

Silicium wordt algemeen gebruikt als onderdeel van deklagen en het is onderdeel van een breed bereik aan toepassingen, van micro-elektronica tot architectonische structuren. Zuiver silicium is echter niet een goede elektrische geleider, wat leidt tot vermogensverlies van soortelijke weerstand over het doelwitmateriaal wanneer elektrische stroom erdoorheen gaat. Enkele toepassingen vereisen de aanwezigheid van andere materialen zoals zuurstof of stikstof in de laagd.

Deze kunnen worden verschaft via reactief sputteren middels sputteren in een omgeving die zuurstof of stikstof inhoudt, afhankelijk van de eis. Deze gassen en hun hoeveelheden beïnvloeden echter ook het sputter proces. De sputter snelheid varieert afhankelijk van de stroming van gas en het gas kan reageren met het doelwitmateriaal terwijl het zich nog in het doelwit bevindt.

De onderhavige uitvinding laat het verschaffen van een zeer zuiver Si-doelwitmateriaalproduct met lage niveaus van dotering en onzuiverheid toe, terwijl goede elektrische geleidbaarheid voor stabiel sputteren in gelijkstroommodus of wisselstroommodus (bijvoorbeeld onder 500 kHz) gehandhaafd wordt.

Het doelwitmateriaalproduct heeft laminaire structuur; het bestaat bijvoorbeeld uit een laminaire structuur die gevormd is middels overlappende spatten, bv. verkregen middels de productiewerkwijze van thermisch sproeien, en de hoeveelheid silicium in het doelwitmateriaal is ten minste 98 %, bijvoorbeeld 99 %

of hoger dan 99,5 gew.-%, maar het is gedoteerd met ten minste een doteringsmateriaal voor minder dan 0,03 gew.- 2, zoals hieronder gespecificeerd is.

In het bijzonder is het Si-doelwitmateriaalproduct gedoteerd met een of meer elementen uit de groep 13 of 15 van het periodiek systeem of een combinatie daarvan.

De hoeveelheid doteerstof van groep 13 of groep 15 in het doelwitmateriaal, exclusief stikstof, is lager dan 0,03 gew.-%. Deze doelwitten laten een laminaire, spatvormige microstructuur zien vanwege de vervaardigingswerkwijze middels sproeien. Als zodanig vertonen deze doelwitten ook enige beperkte porositeit.

Het is waargenomen dat een combinatie van deze eigenschappen het sputteren van lagen van samenstellingen van silicium op een meer doelmatige en stabiele manier bij een hogere te bewerkstelligen afzettingssnelheid en sputtervermogensdichtheid toelaat, vergeleken met Si-doelwitmaterialen bij de huidige stand van de techniek, zelfs in gelijkstroommodus of wisselstroommodus, terwijl een toereikend hoge elektrische geleidbaarheid gehandhaafd kan worden.

In een eerste aspect verschaft de onderhavige uitvinding een sputterdoelwit dat doelwitmateriaal omvat, voor sputteren, met een laminaire structuur, bijvoorbeeld verschaft middels sproeien. Het materiaal voor sputteren kan zijn verschaft over een drager, bv. op een hechtingslaag op de drager. Het doelwit kan ten minste 4 mm materiaal voor sputteren omvatten.

Silicium in de vorm van materiaal voor sputteren laat hoge interne spanning zien, wat de verkrijgbare dikte van het doelwitmateriaal beperkt. Naarmate de siliciumdikte toeneemt, doet de spanning dat ook, wat kan resulteren in breken of delamineren van het doelwitmateriaal. Dit is in het bijzonder waar, wanneer het siliciumdoelwitmateriaal onderworpen wordt aan hoge vermogensdichtheden gedurende sputteren. Het doelwitmateriaal voor sputteren volgens de onderhavige uitvinding laat laminaire structuur zien die gevormd is middels overlappende spatten van gesproeid materiaal.

Dankzij de laminaire structuur en de mate van porositeit kunnen veerkrachtige doelwitten worden verschaft met een grote dikte, bv. groter dan 4 mm, zoals 6 mm of zelfs 9 mm en verder, zonder breekfenomenen en dergelijke.

Hoewel de concentratie doteerstof relatief laag is, is de geleidbaarheid bovendien goed genoeg voor het verschaffen van lage elektrische verliezen en voldoende goede thermische geleidbaarheid, wat een meer doelmatig gebruik van het vermogen en een hogere vermogensdichtheid toelaat aangezien er minder risico op thermische overbelasting en breken is. Het is dus mogelijk te profiteren van de gehele werkingslevensduur, aangezien er lage kans op breken is, en met een doelmatig gebruik van energie (beter gebruik van het vermogen vanwege de lage verliezen). De hoeveelheid van de doteerstof van de groep 13 of 15, exclusief stikstof, kan hoger dan 0,001 gew.-% zijn.

In enkele uitvoeringsvormen houdt het doteringsmateriaal een element uit de groep 13 van het periodiek systeem in. In toepassingen met betrekking tot elektronica kunnen deze materialen een siliciumlaag van het p-gedoteerde type verschaffen. In bepaalde uitvoeringsvormen omvat het doelwitmateriaal boor. In enkele uitvoeringsvormen houdt het doteringsmateriaal slechts een element uit de groep 13 (bijvoorbeeld slechts boor) in een betekenisvolle hoeveelheid in, waarbij de hoeveelheid van andere doteringsmaterialen (uit andere groepen en/of zelfs uit groep 13 zelf) verwaarloosbaar is, onder voorbehoud dat stikstof niet beschouwd wordt als onderdeel van de doteringsmaterialen.

Het doelwit kan vlak of cilindrisch zijn. Het materiaal voor sputteren kan een enkel stuk met een lengte van ten minste 500 mm zijn, bijvoorbeeld ten minste 800 mm, bijvoorbeeld een cilinder met axiale lengte van ten minste 500 mm of ten minste 800 mm, of een vlak doelwit met ten minste een afmeting (bv. lengte of breedte) of beide afmetingen van ten minste 500 mm of ten minste 800 mm. Fig. 1 toont bijvoorbeeld een doorsnedeaanzicht in de lengte van een cilindrisch doelwit 10 met een enkel stuk doelwitmateriaal 11 met laminaire structuur. Het doelwitmateriaal 11 is verschaft middels rechtstreeks sproeien op de drager 13, desgewenst op een hechtingslaag 12 van de drager 13. De hechtingslaag kan bv. Cu, Ni of gerelateerde metaallegeringen omvatten.

Het doelwit laat een porositeit lager dan 10 % zien, bij voorkeur lager dan 5 %. Het kan bijvoorbeeld 1 % of hoger zijn. Dit laat gemakkelijk verdrijven van de partikels vanuit het doelwitoppervlak toe, vergeleken met een volledig compact doelwitmateriaal.

Bestaande zuivere Si-doelwitten laten bij voorkeur relatief hoge soortelijke weerstand zien die leidt tot een groot spanningsverval over het doelwitmateriaal, wat vermogensverliezen in de vorm van soortelijke verwarming door weerstand veroorzaakt, waardoor het risico van breken alsmede van ladingsopbouw en daarna volgende vonkontlading verhoogd wordt, en uiteindelijk tot een lagere afzettingssnelheid leidt. De doelwitten van uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding laten echter een soortelijke weerstand lager dan 1000

Ohm*cm zoals lager dan 100 Ohm:cm zien, of zelfs lager dan 10 Ohm:cm zoals dichtbij 1 Ohm:cm, maar hoger dan 0.1 Ohm:cm, zodanig dat zij geen RF-sputtering vereisen.

Dankzij de lichte dotering worden de voordelen van het sputteren van zeer zuiver silicium behouden terwijl de doelmatigheid en vermogensbeschikbaarheid verbeterd worden. Het is genoeg voor het verschaffen van sputteren met wisselstroom (bijvoorbeeld bij frequenties lager dan 500 Hz) of zelfs sputteren met gelijkstroom, wat hoge belastingen van vermogensdichtheid op het zuivere Si- doelwit toelaat zonder het te boven gaan van kritieke spanningsniveaus die materiaalgebreken kunnen veroorzaken.

Octrooiaanvrage WO 2020/099438, in de paragrafen die verwijzen naar fig. 8 tot en met fig. 11, openbaart verschillende werkwijzen voor het meten van soortelijke weerstand en weerstand van een doelwit. Deze werkwijzen kunnen worden gebruikt in de onderhavige uitvinding.

In het hierna volgende zullen afzettingssnelheid en gerelateerde parameters worden bediscussieerd ten einde op geschikte wijze vergelijkingen tussen het doelwitmateriaal volgens de onderhavige uitvinding en bestaande doelwitmaterialen op te stellen.

De dikte van de afgezette laag is over het algemeen wezenlijk proportioneel met de tijd van blootstelling aan de afzettingsbron, indien de rest van procesvariabelen als constant beschouwd wordt.

Afzettingssnelheid (DR) wordt verkregen uit de dikte van de afgezette laag per blootstellingstijdseenheid (bv. nm/min.). Deze eenheid wordt vaak gebruikt bij kleine deklaaginrichtingen, of genomen in de vorm van een gemiddelde in ladingsgewijze deklaaginrichtingen, terwijl de onderlagen die van deklaag voorzien moeten worden, veel cyclische afzettingsstappen kunnen ondergaan.

Dynamische afzettingssnelheid (DDR) is een parameter die vaak gebruikt wordt bij doorlopende deklaaginrichtingen, waar de onderlaag die bij voorkeur een afzettingsgebied laat zien, getransporteerd wordt door een of meer deklaaginrichtingscompartimenten heen, waarvan ten minste een afzettingsbronnen omvat. In het geval van doorlopende deklaaginrichtingen is de dikte van de afgezette laag omgekeerd proportioneel met de transportsnelheid langs de afzettingsbron. Als zodanig is laagdikte vermenigvuldigd met transportsnelheid constant en het wordt vaak uitgedrukt in nm:m/min. (d.w.z. laagdikte in nm, vermenigvuldigd met de onderlaag snelheid, in m/min.).

Het vermogensniveau van de magnetron heeft een belangrijke invloed bij de afzettingssnelheid. In een benadering van de eerste orde en indien de rest van procesvariabelen als constant beschouwd wordt, is sputter snelheid recht evenredig met het aangelegde vermogensniveau. Het aangelegde vermogen wordt echter aangebracht op het doelwit en het verdeelt zich over de grootte van het doelwit. Dit betekent dat sputter snelheid in feite als recht evenredig met de vermogensdichtheid beschouwd kan worden.

Afzettingssnelheid, die de snelheid is waarmee partikels afzetten op de onderlaag, is altijd kleiner dan de sputter snelheid en voor een vooraf bepaalde configuratie {(deklaaggeometrie, procescondities ...) kan het als proportioneel met de sputter snelheid worden verondersteld. De hoeveelheid partikels die afgezet is op alle oppervlakken, plus een willekeurige hoeveelheid partikels die weggepompt is met de rest van het gas, kan als gelijk aan de hoeveelheid partikels worden beschouwd die gesputterd is.

Voor vlakke doelwitten wordt deze verdeling van vermogen over het doelwit vaak uitgedrukt in de vorm van vermogensniveau per doelwitoppervlakte (bv. in W/cm?).

Het is echter moeilijker een gebied te definiëren voor roterende cilindrische magnetrons.

In vermogensdichtheid gecompenseerde, dynamische afzettingssnelheid (PDC DDR) is gebaseerd op een model dat vermogensdichtheid voor roterende cilindrische magnetrons verschaft. Het model impliceert dat het sputteren vooral optreedt in een lijn langs de cilinder, aangezien de oppervlakte en plasmazone bij voorkeur zeer verschillend zijn. De PDC DDR kan worden verkregen als het vermogensniveau per doelwitlengte (bv. in kW/m).

Onder specifieke procescondities (bv. metallisch sputteren in zuivere Ar bij een vaste druk) kan het worden beschouwd als een (doelwit)materiaalconstante.

De PDC DDR wordt bij voorkeur gebuikt voor toelaten van het vergelijken van de afzettingssnelheden voor monsters van verschillende diktes van deklaag en/of geproduceerd met meerdere vermogensdichtheden en/of bij verschillende glastransportsnelheden. PDC DDR is een gemakkelijke en zeer flexibele parameter voor een berekening van de eerste orde van laagdikte,

onderlaagtransportsnelheid en/of vermogensniveau voor een gegeven doelwitsamenstelling en procesconditie.

Een gegeven materiaal heeft bijvoorbeeld een PDC

DDR van 6 (nm:m/min.)/ (kW/m) . Een enkel 1-meter lang doelwit kan dergelijk gegeven materiaal voor sputteren inhouden. Op een dergelijk voorbeelddoelwit kan met gebruikmaking van een vermogensniveau van ongeveer 20 kW terwijl de onderlaag getransporteerd wordt in een doorlopende deklaaginrichting met een snelheid van 3 m/min. transportsnelheid, een laag met dikte van ongeveer (6 nm: -m/min./kW/m) x (20 kW/1 m)/(3 m/min.) = 40 nm worden verwacht op de onderlaag. Meer fundamenteel is de waarde van PDC DDR omgekeerd proportioneel met de gemiddelde bindingsenergie van atomen aan het doelwitoppervlak, ook de warmte van sublimatie genoemd.

PDC DDR laat het vergelijken van de materiaalprestaties onafhankelijk van de specifieke cilindrische doelwitgrootte toe, omdat in een eerste benadering PDC DDR beschouwd kan worden als een materiaalconstante voor een gegeven proces (bv. afhankelijk van de hoeveelheid reactief gas die toegevoegd is aan de omgeving).

De dynamische afzettingssnelheden kunnen worden verkregen voor bestaande doelwitmaterialen met gebruikmaking van de definities hierboven. Onder dezelfde condities kunnen de dynamische afzettingssnelheden ook worden verkregen voor doelwitmateriaal in overeenstemming met de onderhavige uitvinding.

Verschillende doelwitten worden verkregen, zowel met bestaand doelwitmateriaal als met het doelwitmateriaal volgens de onderhavige uitvinding.

Deze monsters worden gemarkeerd als laag gedoteerd Si en SiAl8 voor bestaand doelwitmateriaal en als "Nieuw

Si" voor monsters in overeenstemning met de onderhavige uitvinding, zoals het vervolgens uitgelegd zal worden.

De resultaten van de DDR worden getoond in fig. 2 tot en met fig. 4 voor verschillende reactieve soorten (zuurstof en stikstof) als een functie van de stroming in standaard kubieke centimeter per minuut (s.c.c.m.).

Het blijkt dat over het algemeen doelwitmateriaal in overeenstemming met de onderhavige uitvinding een DDR van ten minste 10 % hoger dan bestaande materialen toelaat. Fig. 2 is gericht op zuurstofstroming. Fig. 4 is gericht op stikstofstroming. Fig. 3 toont de uitvergrote sectie die aangeduid is met een streeplijnrechthoek 200 in fig. 2.

De sputter condities waren hetzelfde voor alle doelwitten en gassen: sputteren met wisselstroom bij een frequentie van ongeveer 30 kHz met een vermogensdichtheid van 18kw/m en een druk van 0,3 Pa.

De omgeving kan een reactief gas inhouden, in het geval van fig. 2 en fig. 3 is het reactieve gas zuurstof. Het kan andere gassen inhouden, zoals afvoergas (bij voorkeur een mniet-reactief gas, bv. argon). Het siliciummateriaal wordt op een onderlaag gesputterd, het reageert met de omgevende zuurstof waarbij siliciumoxide gevormd wordt, dat beschouwd wordt als transparant.

Het gebied 100, omgeven dor de dubbele lijn, toont de stromingswaardes waarbij het mogelijk is een ondoorzichtige laag met hoge DDR te verschaffen. Het doelwitmateriaal kan zich gedragen als een metallisch doelwitmateriaal met hysteresegedrag. Dit betekent dat de partiële druk van het reactieve gas hysterese als een functie van de zuurstofstroming naar de kamer laat zien.

Bij lage zuurstofstromingen werkt het proces in zogenaamde metallische modus en zijn de afgezette lagen metallisch van aard. De afgezette laag onder de condities in deze zone van de grafiek is vooral silicium dat enige sporen van het reactieve gas ingebouwd in de laag bevat. Aangezien silicium niet een transparant materiaal is, wordt als zodanig een ondoorzichtige laag waargenomen. Bij hogere zuurstofstromingen wordt een samengestelde laag gevormd op de onderlaag maar ook op het doelwitoppervlak. Het proces werkt nu in zogenaamde vergiftigde modus en de afgezette oxidelagen zijn keramisch van aard. Het overgangspunt van metallische naar vergiftigde modus treedt op bij een verschillende drempelwaarde voor zuurstofstroming dan de omgekeerde overgang. Een doelwit in metallische sputter modus sputtert relatief snel vergeleken met vergiftigde modus, zodat het meer reactief gas voor overgang naar vergiftigd nodig heeft. Een doelwit in vergiftigde modus (of vergiftigd doelwit) sputtert langzamer dan in metallische modus waardoor minder reactief gas nodig is voor overgang terug naar sputteren in metallische modus dan de overgang van metallische naar vergiftigde modus.

Ook hangt het af van de huidige toestand van het doelwitoppervlak en in een mindere mate van de samenstelling van het doelwitmateriaal, wat de vorm van het gebied 100 verklaart. De doteerstof verschaft toereikende geleidbaarheid aan de massa van het doelwitmateriaal voor sputteren bij gelijkstroom of wisselstroom. Het hysteresegedrag waarin een "metallisch" doelwit sneller sputtert en een "vergiftigd" doelwit langzamer sputtert, is vooral met betrekking tot de oppervlakconditionering van het doelwit. Uiteraard hangt soortelijke weerstand af van het doteerstofniveau, zodat voor lagere hoeveelheden doteerstof de soortelijke weerstand neigt toe te nemen, zodat een grotere fractie van het aangebrachte vermogen verloren gaat in verwarming door weerstand. Dit veroorzaakt een verschuiving van de hystereseovergangszone in de richting van lagere stromingen van reactief gas, alsof een lager vermogensniveau aangebracht werd. Inderdaad is bij een lager vermogensniveau sputter reiniging van het doelwitoppervlak verminderd en dezelfde partiële druk van het reactieve gas genereert meer oppervlakvergiftiging.

Fig. 3 richt zich alleen op de condities waarvoor een transparante siliciumoxidelaag verkregen wordt en waar de verandering van DDR met zuurstofstroming geleidelijk is, d.w.z. in de vergiftigde modus.

De materialen die gebruikt zijn in de experimenten, houden bestaand SiAl8-doelwitmateriaal dat een samenstelling heeft die voor 92 gew.-% Si en 8 gew.-%

Al inhoudt, en bestaand laag gedoteerd Si- doelwitmateriaal met hoge zuiverheid in.

Het doelwitmateriaal in overeenstemming met de onderhavige uitvinding wordt gemarkeerd als Nieuw Si.

Bij condities voor metallisch sputteren (waar de zuurstofstroming mul is) verschaft Nieuw Si een afzettingssnelheid die lager dan voor de bestaande SiAl- doelwitmaterialen is, omdat de weerstand van het Nieuwe

Si hoger is. In zuivere metallische modus presteert het doelwit van Nieuw Si soortgelijk aan het laag gedoteerde

Si-doelwitmateriaal met hoge zuiverheid. In de voorkeursprocescondities die de situatie zijn waar de sputter condities sputteren in vergiftigde modus verschaffen en de stroming van reactief gas verminderd is tot een punt net voor de stromingswaarde waarbij het doelwit sputteren naar metallische toestand zou terugkeren, neemt de DDR toe voor het doelwitmateriaal in overeenstemming met de onderhavige uitvinding. Bij een stroming van 100 s.c.c.m. is de DDR van Nieuw Si bijvoorbeeld bijna tweemaal de waarde voor de DDR voor het bestaande materiaal van laag gedoteerd Si, zoals getoond is in fig. 3.

Het blijkt dat wanneer rekening gehouden wordt met het hysteresegedrag en zoals getoond is in fig. 3, het werkpunt van reactief gas waarbij het vergiftigde doelwit terugschakelt naar metallische modus, hoger is voor het doelwit van Nieuw Si (ongeveer 100 s.c.c.m., zie horizontale schaal). Dit is in overeenstemming met zijn hogere DDR op dat punt (bijna 3 DDR-eenheden, zie verticale schaal). Inderdaad is een stroming van reactief gas van 100 s.c.c.m. zuurstof ontoereikend voor het in vergiftigde modus houden van het doelwit; de hogere DDR en het hogere oppervlakreinigingssputtereffect kunnen toelaten dat het doelwit van Nieuw Si terugschakelt naar metallische modus. De Si-doelwitten bij de huidige stand van de techniek (SiA18 en laag gedoteerd Si) sputteren langzamer in vergiftigde modus, zodat het oppervlakreinigingseffect niet genoeg is voor overgang naar metallische modus, en blijven vergiftigd bij 100 s.c.c.m.: de stroming dient verder te worden verminderd naar bv. 80 s.c.c.m. zuurstof voordat de sputterreiniging toereikend hoog wordt voor het compenseren van het vergiftigingseffect, waardoor toegelaten wordt dat het doelwit terugkeert naar metallische modus. Dit blijkt ook door de lagere DDR.

Een volledig transparante laag kan zijn verschaft vanuit een willekeurig punt van een vergiftigd doelwit, omdat wanneer het doelwit vergiftigd is, de afgezette laag dan zeer zeker een volledig stoichiometrische samenstelling heeft. Een willekeurig werkpunt van fig. 3 kan afzetting van een transparante laag verschaffen.

Een tweede voornaamste reactief sputteren kan worden verschaft met gebruikmaking van stikstof in de vorm van de reactieve soort. Gecombineerd met een siliciumdoelwit kunnen siliciumnitridelagen ook worden verschaft middels sputter depositie in een reactieve atmosfeer die stikstof bevat, zoal eerder uitgelegd, voor bijvoorbeeld architectonisch glas waarvoor grote doelwitten (groter dan bijvoorbeeld 800 mm) kunnen worden gebruikt.

Fig. 4 toont de dynamische afzettingssnelheden (DDR) van bestaande doelwitten, vergeleken met doelwitten in overeenstemming met de onderhavige uitvinding, als een functie van de stikstofstroming in standaard kubieke centimeter per minuut (s.c.c.m.). Het gebied 300 dat omgeven is met een dubbele lijn, toont de stromingswaardes waarbij het mogelijk is een ondoorzichtige laag te verschaffen, wat afhangt van de stikstofstroming. Er is echter geen hysteresegedrag voor afzetting in stikstofatmosfeer (omdat in dit geval de sputtersnelheid van het nitride toereikend hoog en dichterbij de sputtersnelheid van de metallische modus is). De overgang van DDR met de stikstofstroming vanaf afzetting van ondoorzichtige laag naar afzetting van transparante laag is geleidelijk. Het punt waarop er overgang is, is echter verschillend voor verschillende materialen. Dit is het geval voor het monster dat gemarkeerd is als Nieuw Si, waar de overgang voorkomt bij iets hogere stikstofstroming dan voor de rest van doelwitmaterialen.

Het monster dat gemarkeerd is als SiA18, wordt bij voorkeur gebruikt bij reactief sputteren met stikstof voor het produceren van materialen met vooraf bepaalde of gewenste optische eigenschappen, omdat de optische index van aluminiumnitride soortgelijk aan die van siliciumnitride is. Hoewel traditionele met Al gedoteerde Si-doelwitmaterialen stabiel sputteren tonen, is de sputtersnelheid verminderd, vooral bij condities met hogere stroming waar de laag transparant is. Het monster dat gemarkeerd is als laag gedoteerd Si, toont ook over het algemeen lagere DDR (vanwege zijn lagere geleidbaarheid).

Anderzijds toont het doelwitmateriaal in overeenstemming met de onderhavige uitvinding hogere DDR dan andere bestaande materialen. Het monster dat gemarkeerd is als Nieuw Si, toont over het algemeen hogere DDR dan bestaande doelwitmaterialen voor stromingen die bij voorkeur gebruikt worden voor het verschaffen van transparante lagen.

Samengevat wat betreft reactief sputteren, en ten minste wat betreft stromingscondities die sputter depositie van transparante lagen toelaten, verschaffen doelwitten in overeenstemming met de onderhavige uitvinding een DDR die over het algemeen hoger is dan voor de bestaande materialen.

De voordelen van de onderhavige uitvinding zijn niet beperkt tot de afzettingssnelheid. Gebruikmaking van een sputterdoelwitmateriaal in overeenstemming met de onderhavige uitvinding maakt de toepassing van groter maximaal sputter vermogen mogelijk dan het vermogen dat beschikbaar is voor bestaande doelwitten. Vonkontlading is de beperkende factor voor SiAI8 en laag gedoteerd Si.

In het geval van SiAI8 kan vorming van Als03-eilanden ladingopbouw vergemakkelijken en vonkontlading initiëren. Voor laag gedoteerd Si resulteert de lagere dotering in een lagere thermische geleidbaarheid en hogere ontladingsspanning en hoger risico op vonkontlading als een gevolg.

Dit wordt getoond in de volgende tabel.

Tabel I. Verschillende karakteristieken van verschillende thermisch gesproeide doelwitten van 35 inch worden vergeleken

SiAl8 Laag Nieuw Si gedoteerd

Si

Technologie Thermisch Thermisch Thermisch er ee a a dotering 80.000 < 10 p.p.m. |< 300 p.p.m. soortelijke < 0,01 | > 500 ohm:cm |< 1000 ea Tee

O/N (p.p.m.) < 6000/< |< 6000/< |< 4000/<

TE Ta Te TT

Max. vermogen | 30 kW/m 20 kW/m > 30 kW/m me je Pre

DDR in N2 “2,5 2,4 (y -3 %) 12,8 (1 10 pre Pr Pre

DDR in O2 “1,7 1,4 (y -171-2,1 (1 24

B

De porositeit in alle materialen is vergelijkbaar onder 5 %. De niveaus van zuurstof en stikstof worden ook getoond. Deze onzuiverheidsniveaus worden uitgedrukt in p.p.m. massafractie. In uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding is het gehalte aan zuurstof en stikstof lager, almede vergeleken met materialen bij de huidige stand van de techniek. Het maximale vermogen dat veilig gebruikt kan worden gedurende sputteren, is opmerkelijk hoger in uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding vergeleken met bestaande doelwitmaterialen. De percentages tussen haakjes benoemen de relatieve variatie in DDR met betrekking tot SiAl8-doelwitten bij de huidige stand van de techniek. Over het algemeen is de DDR voor reactief sputteren van doelwitten van Nieuw

Si ten minste 10 % groter, zoals eerder getoond is. De rest van de waardes kunnen worden gevonden in de tabel.

Het doelwitmateriaal van uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding verschaft dus doelmatig sputteren, wat hoger maximaal sputter vermogen toelaat, en bij een hogere DDR vergeleken met bestaande doelwitmaterialen. Dit is bijvoorbeeld het geval voor sputteren van lagen met optische werkingsparameters, bv.

lagen die verschaft zijn middels reactief sputteren onder gecontrolleerde condities die ingericht zijn voor het verschaffen van transparante lagen. Dit is het geval voor reactief sputteren in zuurstof (voor het verschaffen van siliciumoxidelagen die lage refractie- indexen laten zien) en in stikstofatmosfeer (voor het verschaffen van siliciumnitridelagen die hoge refractie-indexen laten zien).

De doelwitten in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding kunnen worden gebruikt voor het verschaffen van lagen die geschikt zijn voor elektronische doeleinden, bv. gedoteerd silicium. Aangezien het doelwit reeds een element uit de groep 13 of 15 van het periodiek systeem inhoudt, kan de uiteindelijke laag dergelijke elementen omvatten, wat respectievelijk dotering van het p-type of dotering van het n-type op een siliciumlaag kan verschaffen. Een zeer zuiver Si-doelwit dat voor minder dan 0,03 gew.-% een element uit de groep 13 van het systeem zoals boor en slechts verwaarloosbare hoeveelheden van andere materialen inhoudt, kan bijvoorbeeld een gedoteerde Si-laag met dotering van het p-type verschaffen. In bijvoorbeeld enkele uitvoeringsvormen houdt het doteerstofmateriaal slechts verwaarloosbare sporen van aluminium in. In de hoeveelheid onzuiverheden hoeft de hoeveelheid stikstof niet te worden opgenomen voor de berekening van doteerstoffen. Het gehalte aan stikstof en/of zuurstof in het doelwit kan echter onder 0,5 gew.-% zijn.

In enkele uitvoeringsvormen is het doelwit een cilindrisch doelwit dat sputteren bij een vermogensdichtheid kan weerstaan die 30 kW wisselstroom/m overschrijdt, bv. 35 kW wisselstroom/m of hoger, zonder delamineren, breken of het genereren van een willekeurig ander materiaaldefect. Het wordt opgemerkt dat de wisselstroomspanning het verschaffen van vermogen aan een duaal kathodesysteem (dat 2 doelwitten heeft) benoemt en de vermogensdichtheid (per eenheid lengte in deze voorbeelden) de lengte van een enkel doelwit benoemt. In de vorm van een voorbeeld: het hebben van 30 kW wisselstroom/m op een duale (2 doelwitten) configuratie waarvan elk doelwit een lengte van 3 m heeft, zou betekenen dat een totaal vermogen van 90 kW wisselstroom kan worden aangebracht op deze duale configuratie.

In een volgend aspect verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het sputteren van een doelwit in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens het eerste aspect van de onderhavige uitvinding.

De werkwijze omvat zoals getoond is in fig. 5, het verschaffen 20 van een doelwit, bijvoorbeeld in een afzettingskamer, en het sputteren 21, 22, 23 bij een vermogensdichtheid boven 30 kW/m bij wisselstroom, bv. 35 kW/m bij wisselstroom. Het is een voordeel dat een belasting bij hoge vermogensdichtheid gebruikt kan worden zonder het te boven gaan van kritieke spanningsniveaus die materiaalgebreken kunnen genereren. Geen delamineren, breken of vorming van ander materiaaldefecten treedt bijvoorbeeld op bij gebruikmaking van doelwitten volgens het eerste aspect van de onderhavige uitvinding bij deze vermogensdichtheden.

De werkwijze kan het verschaffen en sputteren van een cilindrisch doelwit omvatten, wat het sputteren van grote oppervlakken toelaat. Het doelwit kan sputtering 23 genereren bij een PDC DDR van 2 nm:m/min./ (kW/m) genereren in een geoptimaliseerde zuurstofgasomgeving en/of boven 2,5 nm:m/min./ (kW/m) in een geoptimaliseerde stikstofgasomgeving, met een totale werkdruk in het bereik tussen 0,1 en 10 Pa. Sputteren 22 kan echter worden verschaft in een niet-reactieve atmosfeer.

In enkele uitvoeringsvormen is de PDC DDR ten minste 1,5 nm-m/min./ (kW/m) in metallische en in reactieve modus (zuurstof en/of stikstof omvattend).

In enkele uitvoeringsvormen zijn de parameters en condities voor sputteren ingericht 24 ten einde vergiftigde modus van sputteren te verschaffen. Dit kan worden gedaan zoals hierboven uitgelegd is, middels bijvoorbeeld het brengen van sputteren naar een vergiftigde modus, in een omgeving die zuurstof bevat, en het daarna geleidelijk variëren van de condities (bv. het verminderen van zuurstofstroming), totdat de DDR gemaximaliseerd is zonder een overgang van vergiftigde modus naar metallische modus.

In een volgend aspect verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het vervaardigen van een doelwit in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding. Fig. 6 toont een werkwijze in overeenstemming met uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding die optionele stappen inhoudt. De werkwijze houdt het verschaffen 30, 31 van silicium en ten minste een volgend element uit de groep 13 of groep 15 van het periodiek systeem en het sproeien van voornoemde elementen op een drager of ondersteunende onderlaag in, waardoor een doelwit met doelwitmateriaal verschaft wordt dat een laminaire structuur heeft die gevormd is uit spatten. Het sproeien van elementen wordt gedaan in een zodanige hoeveelheid dat een vooraf bepaalde samenstelling verschaft wordt, die ten minste 98 gew.-% silicium en minder dan 0,03 gew.-% van het volgende element is dat een doteerelement in het silicium is. De hoeveelheid doteerstof sluit een willekeurige hoeveelheid stikstof uit die aanwezig kan zijn in het doelwitmateriaal.

In enkele uitvoeringsvormen kunnen de materialen worden verschaft 30, 31 in de vorm van te sproeien poeder. De verschillend materialen kunnen bijvoorbeeld worden verschaft in afzonderlijke poeders die gemengd worden op een gecontrolleerde wijze. In alternatieve uitvoeringsvormen kan het materiaal worden verschaft 32 in de vorm van een legeringspoeder waarin de korrels reeds de gewenste hoeveelheid Si en het volgende element bevatten (legeringspoeder). Als alternatief kan het materiaal in sproeibare vorm een mengsel van afzonderlijke poeders en van legeringspoeders zijn.

In enkele uitvoeringsvormen worden de sproeicondities ingesteld zodat de hoeveelheid zuurstof en stikstof in het doelwitmateriaal onder 0,5 gew.-% (onder 5000 p.p.m. in massafractie) is.

De drager kan worden verschaft 34 in de vorm van een vlakke of cilindrische drager. In enkele uitvoeringsvormen wordt het sproeien gedaan over een drager zodat het uiteindelijke product een enkel stuk doelwitmateriaal in een drager is, dat een rechthoek of vierkant met een ten minste 500 mm lange zijde of een cilinder van ten minste 500 mm langs de as kan zijn. De lengte kan bijvoorbeeld 800 mm of zelfs langer zijn.

Sproeien 35 van de elementen (bv. poedervormig materiaal) kan thermisch sproeien omvatten, bijvoorbeeld vlamsproeien enz.

Sproeien 35 kan worden gedaan met zodanige parameters dat de porositeit van het verkregen doelwitmateriaal ten minste 1 % is. De porositeit kan lager dan 10 % zijn, bij voorkeur lager dan 5 %. De porositeit kan worden ingesteld middels keuze van sproeiparameters zoals partikelgrootteverdeling van poeder, partikelsnelheid gedurende sproeien, zuurstof in de sproeiomgeving, plasmavlamtemperatuur enz. Het sproeien kan worden uitgevoerd zodat het uiteindelijke doelwitmateriaal voor sputteren een dikte van 4 mm of meer op het doelwit kan hebben, waardoor laminaire structuur verschaft wordt over de gehele dikte van het doelwitmateriaal.

Het doelwit dat verkregen wordt middels de werkwijze, heeft een soortelijke weerstand onder 1000 ohm:cm, bv. onder 100 ohm:cm, bv. op of onder 10 ohm:cm, zoals dichtbij 1 ohm:cm, echter bij voorkeur hoger dan 0,1 ohm:cm.

Claims (13)

Conclusies

1. Een doelwit (10) voor sputteren dat doelwitmateriaal (11) voor sputteren heeft, waarbij het doelwitmateriaal (11) een laminaire structuur en een porositeit van ten minste 1% en met een soortelijke weerstand lager dan 1000 ohm:cm, bv. onder 100 ohm:cnm,

bv. zoals onder 10 ohm:cm omvat en vervolgens silicium en ten minste een volgend element uit de groep 13 en/of de groep 15 van het periodiek systeem omvat, waarbij de hoeveelheid silicium ten minste 98 gew.-%, met meer voorkeur ten minste 99 gew.-%, met meer voorkeur hoger dan 99.5 gew.-% is en de hoeveelheid van het ten minste een volgende element lager dan 0,03 gew.-% is, waarbij de hoeveelheid van het ten minste een volgende element hoger dan 0,001 gew.-% is, waarbij voornoemde hoeveelheid niet de hoeveelheid stikstof inhoudt, indien aanwezig.

2. Het doelwit (10) volgens één van de voorgaande conclusies waarbij het ten minste een volgende element een element uit de groep 13 van het periodiek systeem omvat.

3. Het doelwit (10) volgens de voorgaande conclusie waarbij het ten minste een volgende element boor omvat.

4. Het doelwit (10) volgens één van de voorgaande conclusies, vervolgens omvattende zuurstof en/of stikstof in een hoeveelheid lager dan 0,5 gew.-%.

5. Het doelwit (10) volgens één van de voorgaande conclusies, omvattende een enkel stuk doelwitmateriaal (11) voor sputteren met een lengte van ten minste 500 mm, bijvoorbeeld ten minste 800 mn.

6. Het doelwit (10) volgens één van de voorgaande conclusies waarbij het doelwit (10) een dikte van ten minste 4 mm doelwitmateriaal (11) voor sputteren omvat,

bv. 6 mm doelwitmateriaal dikte.

7. Het doelwit (10) volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de soortelijke weerstand van het doelwitmateriaal hoger dan 0,1 ohm:cm is.

8. Het doelwit (10) volgens één van de voorgaande conclusies waarbij het doelwit (10) een cilindrisch doelwit is.

9, Een werkwijze, voor het sputteren met gebruikmaking van een doelwit volgens één van de voorgaande conclusies, omvattende het verschaffen (20) van het doelwit en het verschaffen (21, 22, 23) van sputteren met gebruikmaking van het doelwit voor het afzetten van een laag die silicium omvat, met een vermogensdichtheid hoger dan 30 kW/m, bv. 35 kW/m of hoger zoals 40 kW/m en zelfs hoger dan 50 kW/m, bij sputteren met wisselstroom of gelijkstroom.

10. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij het verschaffen van sputteren het verschaffen omvat van sputteren (22) in een niet-reactieve atmosfeer of het verschaffen van sputteren (23) in een reactieve atmosfeer die zuurstof en/of stikstof omvat.

11. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie, vervolgens omvattende het verschaffen van een werkdruk in het bereik tussen 0.1 Pa en 10 Pa.

12. Een werkwijze, voor het vervaardigen van een doelwit, omvattende - het verschaffen (30) van silicium in sproeibare vorm, - het verschaffen (31) van ten minste een volgend element uit de groep 13 of de groep 15 van het periodiek systeem in sproeibare vorm, - het verschaffen (34) van een ondersteunende onderlaag en - het sproeien (35) van de silicium en het ten minste volgende element op de ondersteunende onderlaag in hoeveelheden en met sputter parameters, zodanig geconfigureerd dat een doelwit met een porositeit van ten minste 1 % gevormd wordt, dat ten minste voor 98 gew.-%, met meer voorkeur voor ten minste 99 gew.-%, met meer voorkeur voor meer dan 99,5 gew.-% silicium en voor minder dan 0,03 gew.-% ten minste een volgend element uit de groep 13 of de groep 15 van het periodiek systeem inhoudt, waarbij de hoeveelheid van het ten minste een volgende element hoger dan 0,001 gew.-% is, waarbij de hoeveelheid van het ten minste volgende element de hoeveelheid stikstof uitsluit, indien aanwezig.

13. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie waarbij het sproeien (35) thermisch sproeien omvat.