DD228421A3

DD228421A3 - DEVICE FOR REACTION GAS INLASS IN PARTIAL REACTIVE PLASMATRON SPUTTER

Info

Publication number: DD228421A3
Application number: DD25602683A
Authority: DD
Inventors: Harald Bilz; Wilfried Dietrich; Frank Eisenschmidt
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1985-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Widerstandsschichten durch partiell reaktives Plasmatronsputtern, deren Eigenschaften wie Flaechenwiderstand, Temperaturkoeffizient und Stabilitaet man in sehr weiten Grenzen durch Zufuehrung von Reaktionsgasen waehrend der Beschichtung beeinflussen kann. Erfindungsgemaess erfolgt dies in konstruktiv sehr einfacher Weise und dennoch sehr praezise und feinfuehlig durch ein verschieb- oder drehbares Leitblech in einem Gaseinlassschacht neben dem Quellenschacht, durch welches der Gasstrom in einen Anteil, der direkt zum Substrat gelangt und einen Anteil, der das Substrat erst nach Durchstroemen des Quellenschachtes erreicht, aufteilbar ist. Die Erfindung ist bei der Herstellung von Duennfilm-Praezisions-Widerstaenden anwendbar.The invention relates to the production of resistance layers by partially reactive Plasmatronsputtern whose properties such as surface resistance, temperature coefficient and stability can be influenced within a very wide limits by supplying reaction gases during the coating. According to the invention this is done in a structurally very simple manner and yet very precise and feinfuehlig by a displaceable or rotatable baffle in a gas inlet shaft next to the well shaft, through which the gas stream into a proportion that reaches directly to the substrate and a portion of the substrate after Durchstroemen the well shaft reached, is divisible. The invention is applicable to the manufacture of dual film precision resistors.

Description

Harald BiIz WP C 23 C/256 026Harald BiIz WP C 23 C / 256 026

Wilfried Dietrich P 948Wilfried Dietrich P 948

Frank Eisenschmidt IPK: C 23 C, 15/00Frank Eisenschmidt IPK: C 23 C, 15/00

10.10.8410/10/84

Title of the invention

Einrichtung zum Reaktionsgaseinlaß beim partiell reaktiven PlasmatronsputternDevice for reaction gas inlet during partially reactive Plasmatronsputtern

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Reaktionsgaseinlaß für die Herstellung von Widerstandsschichten durch partiell reak tives Plasmatronsputtern.The invention relates to a reaction gas inlet for the production of resistive layers by partially reac tives Plasmatronsputtern.

Characteristic of the known technical solutions

Das partiell reaktive Plasmatronsputtern ist zur Herstellung von Widerstandsschichten in Dünnfilmausführung auf der Basis von WiCr und CrSi geeignet. Bei hochproduktiven Beschichtungseinrichtungen ist eine Bewegung der Substrate während der Beschichtung vorgesehen. Hochwertige Wiederstandsschichten zeichnen sich durch hohe Stabilität, engtole-The partially reactive Plasmatron sputtering is suitable for the production of thin film resistive layers based on WiCr and CrSi. For highly productive coating equipment, movement of the substrates during coating is provided. High-quality resistance layers are characterized by high stability, narrow

— 2 —- 2 -

_ ^, ι. I. Γ. Ci_ ^, ι. I. Γ. ci

rierten Widerstand und engtolerierten Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aus, Derartige Schichten werden durch partiell reaktives Sputtern mit Reaktionsgaseinlaß, z.B. von Sauerstoff hergestellt. Hierbei ist anzumerken, daß sich das partiell reaktive Sputtern nicht bloß quantitativ etwa im Sinne eines Stöchiometrie-Verhältnisses sondern auch qualitativ vom reaktiven Sputtern unterscheidet.resistance and tight temperature coefficient of resistance. Such layers are formed by partially reactive sputtering with reaction gas inlet, e.g. made of oxygen. It should be noted that the partially reactive sputtering is not only qualitatively different in terms of a stoichiometric ratio but also qualitatively different from reactive sputtering.

Für den Reaktionsgaseinlaß sind verschiedene Einrichtungen bekannt, die das Reaktionsgas entweder in den Bereich der Piasmatronquelle oder in den Bereich der Substrate leiten. Durch ein oder mehrere Gaseinlaßrohre mit unterschiedlicher Anzahl, Größe und Anordnung von Austrittsöffnungen wird auch für ausgedehnte Substrate eine relativ gleichmäßige Reaktionsgaszufuhr erreicht.For the reaction gas inlet various means are known which direct the reaction gas either in the region of the Piasmatronquelle or in the region of the substrates. By one or more gas inlet tubes with different number, size and arrangement of outlet openings a relatively uniform reaction gas supply is achieved even for extended substrates.

Es ist bekannt, beim Bedampfen bewegter Substrate denselben Reaktionsgas im Bereich des DampfStrahles und auch außerhalb davon zuzuführen (DD 88 234). Die in diesem Zusammenhang offenbarte Vorrichtung sieht eine Steuerung der Teilgasmengen über die Düsenbohrungen oder zusätzliche Strömungswiderstände vor. Nachteilig ist hierbei die Realisierung des Verteilungsverhältnisses durch feste konstruktive Größen, weshalb eine Beeinflussung der Teilgasströme bestenfalls stufenweise durch Austausch der gesamten Reaktionsgaszuleitungsbaugruppe^ möglich wäre. Eine feinfühlige Einstellung oder gar Programmsteuerung bzw. Regelung der Schichtkennwerte ohne Vakuumunterbrechung ist mit dieser Einrichtung nicht möglich.It is known when steaming moving substrates to supply the same reaction gas in the region of the steam jet and also outside it (DD 88 234). The device disclosed in this context provides for control of the amounts of partial gas via the nozzle bores or additional flow resistances. The disadvantage here is the realization of the distribution ratio by fixed design variables, which is why an influence of the partial gas streams would be best possible stepwise by replacing the entire reaction gas supply assembly ^. A sensitive adjustment or even program control or regulation of the layer characteristics without vacuum interruption is not possible with this device.

Weiter ist es bekannt, die Substratoberfläche im schnellen Wechsel mit sorbiertem Reaktionsgas aufzuladen und zu beschichten (DD 128 71A-). Damit kann man zwar den Anteil an gebundenem Reaktionsgas in der Schicht in weiten Grenzen einstellen, aber das Verfahren ist insgesamt im Bereich der geringen Reaktionsgasanteile zu schwer beherrschbar und schlecht reproduzierbar.It is also known to charge and coat the substrate surface in rapid alternation with sorbed reaction gas (DD 128 71A-). Although this makes it possible to set the proportion of bound reaction gas in the layer within wide limits, the process is altogether too difficult to control and poorly reproducible in the region of the small proportions of reaction gas.

ρ 948ρ 948

Die angestrebten Werte von Widerstand, Stabilität und Temperaturkoeffizient hängen sehr empfindlich vom Reaktionsgas— einlaß ab.The desired values of resistance, stability and temperature coefficient depend very sensitively on the reaction gas inlet.

Aus zahlreichen Untersuchungen ist bekannt, daß sich mit den bekannten Reaktionsgaseinlässen nur ganz bestimmte Wertepaare von Widerstand, Temperaturkoeffizient und Stabilität herstellen lassen. Diese Feststellung gilt umso mehr, je höher die Anforderungen an die genannten Schichteigenschaften sind.From numerous studies it is known that can be produced with the known reaction gas inlets only very specific value pairs of resistance, temperature coefficient and stability. This finding applies all the more the higher the requirements for the layer properties mentioned.

Durch Variation weiterer Beschichtungsparameter, wie Beschichtungsrate, Legierungszusammensetzung und Substrattemperatur sowie Ausblenden von Teilen des Teilchenstro— mes können neue Kombinationen der genannten Schichteigenschaften erreicht werden.By varying further coating parameters, such as coating rate, alloy composition and substrate temperature as well as hiding parts of the particle stream, it is possible to achieve novel combinations of the layer properties mentioned.

Trotz intensiver Optimierung in diesem Beschichtungsparameterfeld lassen sich jedoch bestimmte Eigenschaftskombinationen, die technisch interessant sind, nicht herstellen. Für das verbreitete Widerstandsmaterial NiCr ist bspw. ein Temperaturkoeffizient TK < 5 . 10~° bei hoher Stabilität um Δ R/R < 1 .10 mit einem Flächenwiderstand R,-, = 200 SZ /CT mit den bekannten Verfahren und Einrichtungen nicht herstellbar.Despite intensive optimization in this coating parameter field, however, certain property combinations that are technically interesting can not be produced. For the widespread resistance material NiCr, for example, a temperature coefficient TK <5. 10 ~ ° at high stability by ΔR / R <1 .10 with a sheet resistance R, -, = 200 SZ / CT with the known methods and equipment can not be produced.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die Herstellung dünner Reaktiv—Widerstandsschichten mit vielfältigen Eigenschaftskombinationen, insbesondere im o. g. Wertebereich.The aim of the invention is the production of thin reactive resistance layers with a variety of property combinations, in particular in o. G. Value range.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schichteigenschaften (Temperaturkoeffizient, Stabilität, Flächenwiderstand) dünner Widerstandsschichten über das Reaktionsgas während der partiell reaktiven Beschichtung unterThe invention is based on the object, the layer properties (temperature coefficient, stability, sheet resistance) thin resistive layers on the reaction gas during the partially reactive coating below

Benutzung konstruktiv einfacher technischer Einrichtungen stufenlos und feinfühlig steuern zu können.Use of structurally simple technical facilities stepless and sensitive control.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zum Reaktionsgaseinlaß beim partiell reaktiven Plasmatronsputtern auf bewegte Substrate durch ein verschieb- oder verdrehbares Leitblech in einem Gasschacht unmittelbar neben dem Quellenschacht gelöst, durch das das aus einem Gaseinlaßrohr innerhalb des Gasschachtes austretende Reaktionsgas in einen Anteil, der das Substrat direkt anströmt und einen Anteil der das Substrat erst nach Durchströmen des Quellenschachtes erreicht, aufteilbar ist,According to the invention, this object is achieved by a device for reactant gas inlet during partially reactive Plasmatronsputtern on moving substrates by a displaceable or rotatable baffle in a gas well immediately adjacent to the source shaft, through which the gas emerging from a gas inlet tube within the gas shaft reaction gas into a proportion of the substrate flows directly and a proportion of the substrate reached only after flowing through the well shaft, is divisible,

Es ist zweckmäßig, wenn das Leitblech mit vakuumdichten Betätigungsmitteln versehen ist.It is expedient if the guide plate is provided with vacuum-tight actuating means.

embodiment

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert:The device according to the invention is explained in more detail with reference to the attached drawing:

Das Beispiel bezieht sich auf eine Plasmatronsputteranlage mit einer 600 mm langen Plasmatronquelle 2 über die die Substrate 1 während der Beschichtung quer zu ihrer Längserstreckung bewegt werden. Zwischen den Substraten 1 und der Plasmatronquelle 2 befindet sich ein 200 mm breiter und etwa gleich langer Quellenschacht 3, der von der wassergekühlten Anode 4 und der Öffnungsblende 5 in Substratrichtung gebildet wird. Der Teilchenstrom kann nur durch die öfnnung der Öffnungsblende 5 aus dem Quellenschacht 3 austreten. Neben dem Quellenschacht 3 in Substratbewegungsrichtung befindet sich der Gasschacht 6, der etwa 600 mm lang und 50 mm breit ist. In ihm ist in einer Höhe, die etwa derjenigen der Piasmatronebene entspricht, ein Gaseinlaßrohr 7 angeordnet. Dieses Rohr hat einen Durchmesser von 12,5 mm und eine Länge von 650 mm und ist in der Mitte des Gasschachtes 6 angeordnet.The example relates to a Plasmatronsputteranlage with a 600 mm long Plasmatronquelle 2 over which the substrates 1 are moved during the coating transverse to its longitudinal extent. Between the substrates 1 and the Plasmatronquelle 2 is a 200 mm wide and about the same length of well chute 3, which is formed by the water-cooled anode 4 and the aperture plate 5 in the substrate direction. The particle flow can only escape through the opening of the aperture 5 from the well shaft 3. In addition to the source shaft 3 in the direction of substrate movement, there is the gas shaft 6, which is about 600 mm long and 50 mm wide. In it, a gas inlet pipe 7 is arranged at a height which corresponds approximately to that of the Piasmatronebene. This tube has a diameter of 12.5 mm and a length of 650 mm and is located in the middle of the gas shaft 6.

Das Reaktionsgas tritt durch äquidistante Austrittsöffnungen 8 mit einem Durchmesser von jeweils 0,5 mm in den Gasschacht 6. Gasschacht 6 und Quellenschacht 3 sind durch einen in Richtung der Substrate 1 verschlossenen Kanal 9 verbunden.The reaction gas passes through equidistant outlet openings 8 with a diameter of 0.5 mm in each case into the gas shaft 6. Gas shaft 6 and source shaft 3 are connected by a channel 9 closed in the direction of the substrates 1.

Ein Leitblech 10 ist innerhalb des Kanals 9 gelagert und läßt sich in Richtung der Substratbewegungsebene verschieben. Der Antrieb zur Verschiebung des Leitbleches 10 erfolgt über Hebel und eine Vakuumdurchführung, so daß eine Verstellung ohne Vakuumunterbrechung der Beschichtungsanlage möglich ist. Das Leitblech 10 vermag in seinen Endlagen den aus den Austrittsöffnungen 8 kommenden Reaktionsgasstrpm entweder vollständig direkt auf die Substrate 1 oder vollständig in den Quellenschacht 3 zu leiten.A baffle 10 is mounted within the channel 9 and can be moved in the direction of the substrate movement plane. The drive for moving the baffle 10 via lever and a vacuum feedthrough, so that an adjustment without vacuum interruption of the coating system is possible. In its end positions, the baffle 10 is capable of directing the reaction gas stream coming from the outlet openings 8 either completely directly onto the substrates 1 or completely into the source shaft 3.

Sollen Widerstandsschichten mit hoher Stabilität Δ R/R < 1 .10 und einem niedrigen Temperaturkoeffizienten TKR < 5 · 10 K unter gegebenen Beschichtungsbedingunggeri (Verhältnis Ni : Gr = 50 : 50, Beschichtungsrate 0,1 nm/s, Reaktionsgaseinlaß 10 l/s Sauerstoff, Substrattemperatur 300 ⁰C) hergestellt werden, so ist für einen FIa-. chenwide'rstand von 20 Su /D das Verhältnis auf 3/1 und zur Erzielung eines Flächenwiderstandes von 200 Sl /O auf 1/1 durch Verschieben des Leitbleches 10 einzustellen. Die Verhältnisangaben drücken dabei das Querschnittsverhältnis des direkt die Substrate 1 anströmenden Reaktionsgasteiles zum den Quellenschacht 3 durchströmenden Reaktionsgasanteil aus.Shall resist layers with high stability ΔR / R <1 .10 and a low temperature coefficient TKR <5 × 10 K under given coating conditions geri (ratio Ni: Gr = 50: 50, coating rate 0.1 nm / s, reaction gas inlet 10 l / s oxygen , Substrate temperature 300 ⁰ C), so is for a FIa-. chenwide'rstand of 20 Su / D, the ratio to 3/1 and to achieve a surface resistance of 200 Sl / O to 1/1 by moving the baffle 10. The proportions express the cross-sectional ratio of the directly flowing to the substrates 1 reaction gas part to the source shaft 3 by flowing reaction gas.

Der Einlaß des zum Sputtern als Arbeitsmedien benötigten Inertgases erfolgt außerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung.The inlet of the inert gas required for sputtering as working media takes place outside the device according to the invention.

Claims

invention claim

1. means for reaction gas inlet at the partially reactive Plasmatronsputtern for the production of resistive layers on moving substrates, characterized in that a displaceable or rotatable baffle (10) in a gas shaft (6) is provided immediately adjacent to the source shaft (3) through which the a gas inlet tube (7) within the gas shaft (6) exiting reaction gas in a proportion which flows directly to the substrate (1) and a portion which reaches the substrate (1) only after flowing through the well shaft (3), can be divided.

2. Device according to item 1, characterized in that the guide plate (10) is provided with vacuum-tight actuating means.

- See 1 page drawing -