DD140057A1

DD140057A1 - Verfahren und einrichtung zur reaktiven bedampfung

Info

Publication number: DD140057A1
Application number: DD20940778A
Authority: DD
Inventors: Adelheid Seifert; Ingo Steinhauer
Original assignee: Adelheid Seifert; Ingo Steinhauer
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1978-11-30
Publication date: 1980-02-06

Abstract

Es sollen Substrate bedampft werden, die insbesondere als Träger bei integrierten Schaltkreisen Anwendung finden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die das Aufbringen von' Aufdampfschichten durch eine reaktive Bedampfung mit hohem Ionenanteil im Reaktionsgas gewährleisten, mit dem Ziel, die lonenenergie im Restgas und deren relative Intensität freiwählen zu können. Erfindungsgemäß wird das Gas in eine Gasentladungsröhre geführt und danach durch ein in einem magnetischen Ringspaltgebiet erzeugtes Entladungsplasma gerichtet auf die zu beschichtenden Substrate in den Rezipienten zum Austritt gebracht wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Gasentladungsröhre und einem Gaseinlaßsystem mit Richtwirkung, das aus einem Ringmagneten rait einem eintauchenden Polschuh und einer durchbohrten Polschuhplatte besteht. Im Ringspaltgebiet ist eine metallische Folie angeordnet, die in diesem Bereich geeignet durchbohrt ist. - Fig.1 -

Description

Ingo Steinhauer Adelheid Seifert

Titel der Erfindung (

Verfahren und Einrichtung zur reaktiven Bedampfung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur ' reaktiven Bedampfung von Substraten, die insbesondere als Träger bei integrierten Schaltkreisen Anwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Reaktive Bedampfungsprozesse sind gekennzeichnet durch Reaktionen des Verdampfungsmaterials mit gasförmigen Reaktanzen vor dem Auftreffen auf dem Substrat, oder auf dem Substrat. Das Gas kann dabei gerichtet oder diffus in den Rezipienten, in dem die Reaktion stattfindet, eingelassen werden.

Dabei sind Verfahren bekannt, bei denen alternierend eine Beladung des Substrates mit dem gasförmigen Reaktanden erfolgt und anschließend oder auch zyklisch durch Aussetzen des beladenen Substrates in den Dampfstrom die Reaktion auf der Substratoberfläche oder auf der bereits kondensierten Schicht erfolgt. Die Bedampfung kann auch bei gleichzeitigen Zutritt des Reaktionsgases erfolgen (DD-PS 128

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Als Variablen dieser Prozeßführung sind Substrattemperotur, Art und Intensität des Gasangebotes, Art.und Intensität des Dampfangebotes sowie das Verhältnis der letztgenannten Parameter frei wählbar. Die Energie der Dampfteilchen ist bestimmt durch die Temperatur der Schmelze oder des festen Verdampfungsmaterials, die Energie der Gasteilchen durch die Temperatur des Einlaßsystems. ... - Weiterhin ist bekannt, daß die Kondensationsvorgänge auf dem Substrat wesentlich hinsichtlich der entstehenden Schichteigenschaften beeinflußt werden können, wenn am Vorgang des Schichtwachstums Ionen beteiligt sind (Ch-PS 469 816 und 322 265). Durch ihre variable kinetische Energie haben die Ionen großen Einfluß auf die Reaktionsfähigkeit zwischen Dampf- und Gasteilchen und somit auch direkt auf die physikalischen Vorgänge der Kondensation und auf das Wachstum einer aufzudampfenden Schicht.

Das Gas kann vor oder während des Einlasses in den Rezipienten ionisiert werden. Dies kann, wie in den genannten schweizerischen Patentschriften beschrieben, durch Einschaltung einer Ionisationskammer in die Gaszuführungsleitung geschehen. Die Ionisierungskammer weist zwei Elektroden auf, an denen eine Spannung von einigen Tausend Volt liegt. Bei einem Gasdruck im Ioni-

—1 —3 sierungsraum von 1. 10 und 5. 10 Torr werden die Gasmoleküle weitgehend ionisiert. Um zu erreichen, daß im Rezipienten der Druck nicht gestört wird, werden die ionisierten Moleküle über eine Drosselstelle, die etwa als Kapillare ausgebildet ist, geführt, was infolge von Wandstößen eine starke Rekombination zur Folge hat und damit den Wirkungsgrad dieses bekannten Verfahrens weitgehend herabsetzt. Eine andere Möglichkeit der Ionisierung besteht darin, an der Austrittsöffnung der Düse, durch welche das Gas in den Aufdampfraum eingeführt wird, eine Ionisierungsstrecke im Magnetfeld vorzusehen, so daß die Elektroden in schraubenförmigen Bahnen verlaufen und infolge ihrer großen freien Weglänge, dann auch bei Drücken ionisieren, die kleiner als 10 Torr sind.

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Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, einen hohen lonenanteil im gasförmigen Reaktanden eines reaktiven Bedampfungsprοzesses bereitzustellen, um einen weiteren Prozeßparameter, nämlich die Ionenenergie im Restgas und deren relative Intensität, frei wählen zu können,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die das Aufbringen von Aufdampfschichten durch eine reaktive Bedampfung mit hohen Ionenanteil im Reak- . tionsgas gewährleisten und dabei zum Ziel der Erfindung führen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei. dem ein hoher lonenanteil im Reaktionsgas erreicht wird, in dem das Gas in eine Gasentladungsröhre geführt und danach durch'ein in einem magnetischen Ringspaltgebiet erzeugtes Entladungsplasma gerichtet auf die zu beschichtenden Substrate in den Rezipienten zum Austritt gebracht wird. Zweckmäßigerweise werden die Substrate dem reinen Dampfstrom und dem reinen Gas-/Ionenstrom zyklisch ausgesetzt oder die lonenintensität im Gasstrom wird durch zyklische Variation des Entladungsstromes zyklisch gepulst. Weiterhin wird eine Ausgestaltung der Erfindung darin gesehen, daß die Substrate kontinuierlich zu allen Zeiten dem Dampf- als auch dem Gas-/Ionenstrom ausgesetzt werden. -

Es ist zweckmäßig, daß das Verhältnis der Ionen zu den Neutralteilchen im Reaktionsgas hinsichtlich der Verteilung im Raumwinkel des Gesamtgasstromes durch den Gasentladungsstrom in der Entladungsröhre bestimmt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Gasentladungsröhre und einem Gaseinlaßsystem mit Richtwirkung, das aus einem Ringmagneten mit einem eintauchenden Polschuh und einer durchbohrten Polschuhplatte besteht. Im Ringspaltgebiet ist eine metallische Folie angeordnet, die in diesen Bereich geeignet durch-

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bohrt ist. Die metallische Folie ist als Katodenfolie ausgebildet. Ihre Bohrungen sind ge nach erforderlichen Gasdurchsatz, Röhreninnendruck und Winkelverteilurig des Ionen-/Gasstromes hinsichtlich Anzahl und Durchmesser wählbar. Die Folie kann weggelassen werden, wenn der Ringspalt zwischen Polschuh und Polschuhplatte als Diffusionsspalt und die Polschuhe als Katode ausgebildet sind.

Ausführungsbeispiel

Die" Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher

erläutert werden. .

Die dazugehörige Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung im Prinzip. In der Nähe einer Verdampferquelle 1 eines beliebigen Verdampfertypes ist ein Gaseinlaßsystem, mit Richtwirkung aufgebaut. Dieses besteht aus einem Ringmagneten 2 mit einem eintauchenden Polschuh 3 und einer durchbohrten Polschuhplatte 4, Im Ringspaltgebiet 5 wird ein durch die Konstruktion des Magnetsystems wählbares tangentialesMagnetfeld mit einer Stärke -von 24 ~ bis 160 fp erzeugt.

Das Gas tritt aus dem Inneren der Gasentladungsröhre 7 in den Rezipientenraum 8 aus und passiert vorher das dichte Entladungsplasma im Ringspaltgebiet 5 im Bereich der Bohrungen in der als Katodenfolie ausgebildeten metallischen Folie 6„ Durch Wahl der Bohrungsdurchmesser und - anzahl der Folie 6 kann der Gasentladungsröhreninnendruck gewählt werden, der wesentlich die Ionisierungsdichte des Plasmas und die Winkelverteilung des in den Rezipientenraum 8 austretenden Ionen-/Gasstromes bestimmt. Durch Wahl der Arbeitsspannung ist die Ionenenergie variierbar. Die Konstruktion der Magnetanordnung gestattet eine Einflußnahme auf die Plasmadichte und die Entladungscharakteristik der Gasentladungsröhre 7. Die Katodenfolie 6 kann entfallen, wenn der Ringspalt 5 zwischen Polschuh 3 und Polschuhplatte 4 als Diffusionsspalt gewählt wird und die Polschuhe 3 dann die Katodenfunktion übernehmen,,

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Die verfahrenstechnische Prozeßführung der ionengestützten reaktiven Bedampfung erfolgt durch geeignete Wahl aller nun frei wählbaren Parameter der Schichtbildung auf dem Substrat 9.

Claims

1. Verfahren zur reaktiven Bedampfung, wobei Ionen im Reaktionsgas verwendet werden, gekennzeichnet dadurch, daß das Reaktionsgas in eine Gasentladungsröhre (7) geführt und danach durch ein in einem magnetischen Ringspaltgebiet (5) erzeugtes Entladungsplasma gerichtet auf die zu beschichtenden Substrate (9) in den Rezipienten (8) zum Austritt gebracht wird_#

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die. Substrate (9) zyklisch dem reinen Dampfstrom und dem reinen Gas-/Ionenstrom ausgesetzt werden oder daß die Ionenintensität im Gasstrom durch zyklische Variation des Entladungsstromes zyklisch gepulst wird. _:

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Substrate (9) zu allen Zeiten dem Dampf- als auch dem Gas-/Ionenstrom ausgesetzt werden.

4. Verfahren nach Punkten 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis der Ionen zu den Neutralteilchen im Reaktionsgas hinsichtlich der Verteilung im Raumwinkel des Gesamtgasstromes durch den Gasentladungsstrom in der Entladungsröhre bestimmt wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen einer Gasentladungsröhre (7) und einem Gaseinlaßsystem mit Richtwirkung, das aus einem Ringmagneten (2) mit einem eintauchenden Polschuh (3) mit einer durchbohrten Polschuhplatte (4) besteht, im Ringspaltgebiet (5) eine metallische Folie (6). angeordnet und in diesem Bereich geeignet durchbohrt ist.

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Erfindungsanspruch. . · .

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Einrichtung nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die metallische Polie (6) als Katodenfolie ausgebildet ist, deren Bohrungen hinsichtlich Anzahl und Durchmesser ₃e nach erforderlichem Gasdurchsatz, Röhreninnendruck, Winkelverteilung des Io.nen-/Gasstromes wählbar sind und daß sie weggelassen ist, wenn der ,Ringspalt (5) zwischen Polschuh C3) und Polschuhplatte (4) als Diffusionsspalt und die Polschuhe (3) als Katode ausgebildet sind.

Hierzu /f Seite Zeichnung