DD229160B1

DD229160B1 - Schaltungsanordnung zum betreiben von gleichstromplasmatronzerstaeubungsvorrichtungen

Info

Publication number: DD229160B1
Application number: DD26049284A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Michalke; Juergen Salm; Klaus Steenbeck; Erwin Steinbeiss
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1984-04-16
Filing date: 1984-04-16
Publication date: 1989-11-29
Also published as: DD229160A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von Gleichstromplasmatronzerstäubungsvorrichtungen zur Vermeidung von Funkenentladungen, bei denen eine ruhig brennende Entladung, wie das für die Herstellung qualitativ hochwertiger isolierender Dünnschichten erforderlich ist, benötigt wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind eine Reihe von Maßnahmen bekannt, die darauf abzielen, die Entladungsbedingungen in

Gleichstromplasmatronzerstäubungsvorrichtungen zu stabilisieren. Bei der Gleichstromzerstäubung von Festkörpertargets mit Plasmatronquellen treten nach bestimmten Betriebszeiten häufig Entladungsinstabilitäten in Form von Funkendurchschlägen auf, die von schwächer abgetragenen Targetteilen^ußerhalb der intensiven Erosionszone ausgehen, deren Ursachen bisher nicht vollständig geklärt sind. Besonders störend wirken sich diese Instabilitäten bei der reaktiven Elementzerstäubung zur Abscheidung hochisolierender Schichten aus,z.B. beiderdc-Zerstäubung vonSi in O2-haltiger Atmosphäre, weil die Ausbildung der Funkeninstabilitäten noch durch die allmähliche Bedeckung der schwach abgetragenen Targetteile mit isolierenden Schichten und isolierenden Staubpartikeln forciert wird. Da mit jedem Funken Targetmaterial in feinster Verteilung auf die wachsenden Schichten geschleudert wird, entstehen in den Schichten hohe Defektdichten (pinholes), die zur Unbrauchbarkeit der Schichten führen können. Mit bestimmten Vorsputterregimes, durch häufige Targetreinigung, Auflegung isolierender Targetberändungen und staubarme Rezipienten läßt sich die Häufigkeit und die zeitliche Zunahme derartiger Instabilitäten zwar reduzieren, jedoch nicht vollständig vermeiden bzw. in der Funkenstärke nicht auf ein unterkritisches Maß reduzieren. Ferner sind aus DE-AS 1.440.662 und DD 122.160 Maßnahmen schaltungstechnischer Art bekannt, die die Ausbildung von Bogenentladungen unterbinden sollen. Diese Maßnahmen sind jedoch nicht zur Unterdrückung von Entladungen geeignet, die unterhalb der Schwelle für Bogenentladungen liegen, aber im Ergebnis zu einem unerwünschten Einfluß auf die Qualität der hergestellten Schichten bzw. des beschichteten Bauelementes (Strahlenschäden) führen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, defektreduzierte Dünnschichten mittels Gleichstromplasmatronzerstäubungsvorrichtungen herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vermittels einer Schaltungsanordnung stabile Entladungsbedingungen beim Gleichstromplasmatronzerstäuben zu erreichen und eine derartiges ermöglichende Schaltungsanordnung anzugeben, die die Ausbildung von Funkenentladungen bei der Herstellung isolierender Schichten verringert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung von Gleichstromgeneratoren, die über eine Induktivität und Kapazität mit dem Plasmatron gekoppelt sind, die aus der Streukapazität des Plasmatrons und seiner Zuleitungen zusammengesetzte Scheinkapazitäi auf einen Wert kleiner 10 nF begrenzt ist und die Induktivität größer 5 H ist. Diese erfindungsgemäße Maßnahme führt in überraschender Weise zu einer erheblichen Verringerung der Funkenausbildung bei der Plasmatronentladung, was einer Reduzierung der im Falle der SiO2-Beschichtung entstehenden Defektdichte ohne Verwendung erfindungsgemäßer Schaltungsanordnung um mindestens den Faktor 10 entspricht. Die erfindungsgemäß eingesetzte Schaltungsanordnung kann dabei sowohl durch die Ausgangsstufe des Gleichstromgenerators bzw. durch eine separate Ankopplung repräsentiert werden.

Ausführungsbeispiel

Zur näheren Illustration der Erfindung soll folgendes Ausführungsbeispiel dienen. Die beiliegende Figur zeigt eine nach der Erfindung ausgeführte Schaltungsanordnung. Unter Verwendung einer üblichen Vakuumbeschichtungsapparatur, ausgerüstet mit einem 1-kW-Plasmatron, soll ein 3"-SiIiziumtarget in Ar/O2-Gemisch bei einem Druck von 0,5Pa zwecks Herstellung von SiO2-Schichten zerstäubt werden. Zwischen einem üblichen Gleichstromgenerator 1 mit regelbarer Ausgangsleistung und dem Plasmatron 4 befindet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Induktivität 2 von 15H und einer Kapazität 3 von 1 nF entsprechend beiliegender Figur angeordnet. Der dabei parallel zur Induktivität 2 geschaltete Regelwiderstand (1-1 OkQ) dient dem Feinabgleich. Der Ohmsche Widerstand der Induktivität 2 wird durch Rv repräsentiert. Die parallel zur Induktivität geschaltete Diode ist zum Schutz gegenüber Spannungsspitzen vorgesehen.

Claims

Schaltungsanordnung zum Betreiben von Gleichstromplasmatronzerstäubungsvorrichtungen zur Vermeidung von Funkenentladungen bei der Herstellung isolierender Schichten unter Verwendung von Gleichstromgeneratoren, die über eine Induktivität und Kapazität mit dem Plasmatron gekoppelt sind, gekennzeichnet dadurch, daß die aus der Streu kapazität des Plasmatrons und seiner Zuleitungen zusammengesetzte Scheinkapazität auf einen Wert kleiner 1OnF begrenzt ist und die Induktivität größer 5Hist.

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von Gleichstromplasmatronzerstäubungsvorrichtungen zur Vermeidung von Funkenentladungen, bei denen eine ruhig brennende Entladung, wie das für die Herstellung qualitativ hochwertiger isolierender Dünnschichten erforderlich ist, benötigt wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind eine Reihe von Maßnahmen bekannt, die darauf abzielen, die Entladungsbedingungen in Gleichstromplasmatronzerstäubungsvorrichtungen zu stabilisieren. Bei der Gleichstromzerstäubung von Festkörpertargets mit Piasmatronquellen treten nach bestimmten Betriebszeiten häufig Entladungsinstabilitäten in Form von Funkendurchschlägen auf, die von schwächer abgetragenen Targetteilen außerhalb der intensiven Erosionszone ausgehen, deren Ursachen bisher nicht vollständig geklärt sind. Besonders störend wirken sich diese Instabilitäten bei der reaktiven Elementzerstäubung zur Abscheidung hochisolierender Schichten aus,z. B. bei der dc-Zerstäubung von Si in O₂-haltiger Atmosphäre, weil die Ausbildung der Funkeninstabilitäten noch durch die allmähliche Bedeckung der schwach abgetragenen Targetteile mit isolierenden Schichten und isolierenden Staubpartikeln forciert wird. Da mit jedem Funken Targetmaterial in feinster Verteilung auf die wachsenden Schichten geschleudert wird, entstehen in den Schichten hohe Defektdichten (pinholes), die zur Unbrauchbarkeit der Schichten führen können. Mit bestimmten Vorsputterregimes, durch häufige Targetreinigung, Auflegung isolierender Targetberandungen und staubarme Rezipienten läßt sich die Häufigkeit und die zeitliche Zunahme derartiger Instabilitäten zwar reduzieren, jedoch nicht vollständig vermeiden bzw. in der Funkenstärke nicht auf ein unterkritisches Maß reduzieren. Ferner sind aus DE-AS 1.440.662 und DD 122.160 Maßnahmen schaltungstechnischer Art bekannt, die die Ausbildung von Bogenentladungen unterbinden sollen. Diese Maßnahmen sind jedoch nicht zur Unterdrückung von Entladungen geeignet, die unterhalb der Schwelle für Bogenentladungen liegen, aber im Ergebnis zu einem unerwünschten Einfluß auf die Qualität der hergestellten Schichten bzw. des beschichteten Bauelementes (Strahlenschäden) führen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, defektreduzierte Dünnschichten mittels Gleichstromplasmatronzerstäubungsvorrichtungen herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vermittels einer Schaltungsanordnung stabile Entladungsbedingungen beim Gleichstromplasmatronzerstäuben zu erreichen und eine derartiges ermöglichende Schaltungsanordnung anzugeben, die die Ausbildung von Funkenentladungen bei der Herstellung isolierender Schichten verringert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung von Gleichstromgeneratoren, die über eine Induktivität und Kapazität mit dem Plasmatron gekoppelt sind, die aus der Streukapazität des Plasmatrons und seiner Zuleitungen zusammengesetzte Scheinkapazität auf einen Wert kleiner 1OnF begrenzt ist und die Induktivität größer 5 H ist. Diese erfindungsgemäße Maßnahme führt in überraschender Weise zu einer erheblichen Verringerung der Funkenausbildung bei der Plasmatronentladung, was einer Reduzierung der im Falle der SiOj-Beschichtung entstehenden Defektdichte ohne Verwendung erfindungsgemäßer Schaltungsanordnung um mindestens den Faktor 10 entspricht. Die erfindungsgemäß eingesetzte Schaltungsanordnung kann dabei sowohl durch die Ausgangsstufe des Gleichstromgenerators bzw. durch eine separate Ankopplung repräsentiert werden.

Ausführungsbeispiel

Zur näheren Illustration der Erfindung soll folgendes Ausführungsbeispiel dienen. Die beiliegende Figur zeigt eine nach der Erfindung ausgeführte Schaltungsanordnung. Unter Verwendung einer üblichen Vakuumbeschichtungsapparatur, ausgerüstet mit einem 1-kW-Plasmatron, soll ein 3"-SiIiziumtarget in Ar/O₂-Gemisch bei einem Druck von 0,5Pa zwecks Herstellung von SiO₂-Sch ich te η zerstäubt werden. Zwischen einem üblichen Gleichstromgenerator 1 mit regelbarer Ausgangsleistung und dem Plasmatron 4 befindet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Induktivität 2 von 15H und einer Kapazität 3 von 1 nF entsprechend beiliegender Figur angeordnet. Der dabei parallel zur Induktivität 2 geschaltete Regelwiderstand (1-1 dient dem Feinabgleich. Der Ohmsche Widerstand der Induktivität 2 wird durch R„ repräsentiert. Die parallel zur Induktivität geschaltete Diode ist zum Schutz gegenüber Spannungsspitzen vorgesehen.