DE1515305A1 - Method and device for cathode sputtering - Google Patents

Method and device for cathode sputtering

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DE1515305A1
DE1515305A1 DE19651515305 DE1515305A DE1515305A1 DE 1515305 A1 DE1515305 A1 DE 1515305A1 DE 19651515305 DE19651515305 DE 19651515305 DE 1515305 A DE1515305 A DE 1515305A DE 1515305 A1 DE1515305 A1 DE 1515305A1
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electrons
cathode
gas
pressure
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German (de)
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Hallen Robert Lee
Valetta Robert Michael
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Description

IBM DlUtIchUnd InfrnmtUnaU Bün-Nmtthint* C*ttththmft mbH IBM DlUtIchUnd InfrnmtUnaU Bün-Nmtthint * C * ttththmft mbH

Böblingen, den 11. September 1968 • i-haBöblingen, September 11, 1968 • i-ha

Anmelderin :Applicant: Amtliche« Aktenseichen :Official "files: Aktenzeichen d. Anmelder in:File number d. Applicant in:

International Busine·· Machine· Corporation, Armonk, N. Y. 10 504International Business Machine Corporation, Armonk, N.Y. 10 504

Docket 14 125Docket 14 125

Verfahren und Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung«Method and device for cathode sputtering "

Die vorliegende Erfindung bezieht «loh auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung» boi der veraöge des fioebardemonte einer Kathode mit Ionen dünne Schichten auf irgendwelche Werkstücke oder Substrate aufgebracht worden können, und wobei gegenüber den bisher bekannten derartigen Vorrichtungen eine hbhere Miederschlagsrate erzielt wird. Obwohl das Phttnooen der K*Uicxlonzeritäubung in der Technik der Niederschlagung dünner Schichten schon seit vielen Jahren bekannt ist» wurde es doch bisher seltener gebraucht, al· s.B· die Aufdaapfung dünner Schichten la Hochvakuua· Zn den leisten Jahren jedoch ist ein wachsendes Interesse bezüglich der verschiedensten Nledcrschlacaverfahren für dünne Schichten zu verzeichnen, wobei auch nichtmetallische dünne Schichten* insbesondere auf tea Gebiet der Mikroelektronik und monolithischer Schaltungen eine Bedeutung erlangten* Die Kathodenzerstäubung 1st besonders vorteilhaft la Vergleich alt anderen Verfahren zur Niederschlagung dünner Schichten, wenn es eic» darua handelt, diese Schichten mm feuerfest» Haterial einschlief» lieh der Oxyde, Karbide usw. herzustellen.The present invention relates to a method and a device for cathode sputtering, in which thin layers can be applied to any workpieces or substrates by means of the fioebardemonte of a cathode, and a higher precipitation rate is achieved compared to the devices of this type known to date. Although the method of deposition of thin layers has been known for many years, it has been used less often than the deposition of thin layers in high vacuum The most varied of processes for thin layers can be recorded, with non-metallic thin layers also gaining importance, especially in the field of microelectronics and monolithic circuits layers mm fireproof "Haterial asleep" borrowed the oxides, carbides, etc. produce.

.,. Neue Anm\utoSiitAiQtiüQen .,. New comments

Der-Mechanismus dor Kathodenzerstäubung benutzt eine Glimmentladung dlo zwiοchoη einer Anodo und cinor Kathode aufrechterhalten wird, bei der der Strom zwischen den Benannten Elektroden durch Elektronen, die sich zur Anode hin bewegen und durch positive Ionon» die sich zur Kathode hin bewegen, aufrechterhalten wird ι Öle Glimmentladung wird aufrechterhalten durch die Ionisation des Gases« welches sich im Oeblet der Glimmentladung befindet· Hierbei kommt die Ionisation duroh StoQvorcänge zwischen ΟαβpartikeIn»und nit Impuls tehaftoten Elektronen zustande· Werden die positiven Ionen zur Kathode hin beschleunigt· so erloncon sie genügend Energie« um bei ihrim Aufprall auf die Kathode Atome oder Moleküle aus dem Kathodenmaterial heraus· zulösen. In dieser rfeiso worden Atome bzw. Moleküle des Kathodenmaterial» zerstäubt« und diese lagern «loh auf ein geeignetes üubatrat auf« welches bei den meisten Anordnungen dlo Anodo selbst darstellt oder an dieser befestigt ist· Bs sei darauf hingewiesen, daQ die zerstäub ten Atome selbst in den seltensten Pillen ionisiert sind und daß der Meohanismus, duroh welohen diese Atom zerstäubt worden« eher duroh Impuls- bzw. Energietransportvorginge zu erklären 1st· Aue diesen Grunde kann die Zerstüubungsrate dadurch gesteuert werden,dafl dio Stromdichte oder auch der Strom Innerhalb des Oases des Olimmentladungsgcbletes gesteuert wird.The mechanism of cathode sputtering uses a glow discharge between an anode and a cathode, in which the current between the named electrodes is maintained by electrons moving towards the anode and by positive ionons moving towards the cathode Oil glow discharge is sustained by the ionization of the gas "which is in the oil of the glow discharge. Here the ionization comes about through impact processes between particles" and an impulse of dead electrons. If the positive ions are accelerated towards the cathode, they lose enough energy with her in collision with the cathode atoms or molecules from the cathode material out · dissolve. In this context, atoms or molecules of the cathode material are "atomized" and these are deposited on a suitable substrate, which in most arrangements represents the anodo itself or is attached to it. It should be noted that the atomized atoms themselves are ionized in the rarest of pills and that the mechanism by which these atoms were atomized is more likely to be explained by the impulse or energy transport processes Olimentladungsgcbletes is controlled.

Wie man weiß, steigt die Niedersohlagsrate an« wenn die Stromdichte erhöht wird, d.h. also, wenn die Geschwindigkeit des lonenbombarüe-Dents der Kathode gesteigert wird« und es ergibt sich «in Abfall der Niedereohlagsrate bei anwaohsondsm Druok, da dlo Ansah! der 3tüße der verstäubten Teilchen mit den umgebenden Gas proportional der Anzahl der in dem Plasma vorhandenen Tellohen wächst. In oinen geschlossenen System kann bei einen festen Spannungsabfall ein Anwaonsen des Strom· nur dadurch erreioht worden« dai man den Druok erhöht. Dahingegen wird Jodooh bei einem höheren Druok dtr Anteil der zerstaubten Atom, welobe dl· Anode errelohen, duroh StoSvorglnfe weitgehend reduziert. Zur Br* htfhung der Stromdichte in eine« abgeschlossenen System wurden «in«As we know, the low rate increases «if the current density is increased, i.e. when the speed of the ion bombbaru-dent of the cathode is increased "and the result is" a decrease in the Lower deposit rate at anwaohsondsm Druok, da dlo Ansah! the 3tweet the atomized particles with the surrounding gas proportional to the number the Tellohen present in the plasma grows. In an open closed In the event of a fixed voltage drop, the system can increase the current only achieved by increasing the pressure. On the other hand, will Jodooh with a higher Druok dtr proportion of the atomized atom, welobe The anode is relieved, due to the fact that the impact elements are largely reduced. To the Br * increasing the current density in a "closed system were" in "

909033/ MOS bad original909033 / MOS bad original

. >. Neue Anmeldungsunterloqei. > . New registration subloqei

Reihe von Maßnahmen vorgeschleßen, beispielsweise di« Anv/?ndunc magnetischer- Felder zur Ablenkung der Iorwn und der Elektronen,A number of measures were proposed, for example the «Anv /? Ndunc magnetic fields to deflect the Iorwn and the electrons, wodurch man in der Lage lot« einen grüsseren Prozentsatz der StoflvorcLLngc in der Zeiteinheiten zu arhaltan und damit eine höhere Ionisation zu erreichen· Die Anzahl der Ionen, die man auf diese Weise zusätzlich erz«iug?n kann, let Jedoch bei dem genannten Vorgehen begrenzt und die lonenzahl kann bestimmt nicht dio Anzahl dor Gauteilchen übersteigen, die innerhalb dos geschlossenen Systeme vorhanden sind. Einige Zerstttubungsgeräte fuhren ln> dss eigentliche äntladuns*· gebiet einen kontinuierlichen Strom oines ionlalerbaron Oases*ein« wobei ein festes Druckniveau dadurch aufrechterhalten wird« daß ein definierter Gasanteil aus dem Oofttß herausgelassen wird. In derartigen Vorrichtungen ist Jedoch der Zusammenhang zwieohen Stron und Druok la Gebiet dor Entladung und auch die Zerstaubungsrate die gleiche, wie dies in einora abgeschlossenen System der Fall ist und lrgondwelohe erzlolbare Gtromerhöhungen sind nur daduroh zu erreiohen« daß oin entsprechender Druckanstieg veranlasst wird, welcher seinerseits unwiderruflich die Niedersohlagsrate verringert·whereby one is able to hold a larger percentage of the material production in the units of time and thus to achieve a higher ionization. The number of ions that one can produce in this way In addition, you can, but let us use the procedure mentioned limited and the number of ions definitely cannot exceed the number of gauze particles that are present within the closed systems are. Some nebulizers drove ln> the actual discharge * a continuous flow of an ionic alerbaron oasis * "whereby a fixed pressure level is maintained" by letting a defined proportion of gas out of the ooftß. In such Devices, however, are related to the Stron and Druok the area of the discharge and also the rate of atomization the same, as is the case in a closed system and lrgondwelohe Realizable gas increases can only be achieved by causing a corresponding increase in pressure, which in turn irrevocably reduces the lowering rate.

Die vorllecando Erfindung maoht sich daher tür Aufgabe» oin Verfahren und eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung anzugeben, in welcher die Zerstliubungsrate in steuerbarer Vf ise auf hühor· ,.'orte gebracht werden kann« wobei dleso Steigerung der Zerstttubungsrato ohne Jode Druckänderung durchführbar sein soll· Insbesondere soll die Vorrichtung bzw· das Verfahren auch in der Lage sein, durch Zerstäubung dünne Pilno aus feuorfosten Materialien« t»B, aus Oxyden« Karbiden U3W« niederzuschlagen·The present invention is therefore based on the task of specifying a method and a device for cathode sputtering in which the atomization rate can be brought to a controllable level in a controllable manner, where it should be possible to increase the atomization rate without changing the pressure in particular the device and / or the process should also be able to knock down thin pilno from refractory materials "t" B, from oxides "carbides U3W" by atomization.

Die genannton Aufgaben werden erfindungsgomäß dadurch gelöst« daß mindestens swel zur dgontllohon Entladungsetrecke synnctrleoh angeordnete lononquellen die Entladungsstreoke zusatzlieh,mit einem aus den erzeugten positiven Zonen sowie einer entsprechenden Ansahl vonAccording to the invention, the stated problems are achieved in that Ion sources which are arranged at least once to the dgontllohon discharge track synnctrleoh the discharge track in addition, with one off the generated positive zones and a corresponding number of

909833/110S909833 / 110S

Elektronen bestehenden) Plasma versorgen sowie dadurch, daß dio Entladung bei ι führt wird.Existing electrons) plasma as well as the fact that the discharge at ι will lead.

ladung txil einotn Druck zwischen 10 · 10" und 2 · 10 Toirdurohge-load txil a pressure between 10 · 10 "and 2 · 10 Toirdurohge-

weitoro Einzelheiten doa Verfahrons nach der Erfindung gehen nuo der Beschreibung sowio aus den Z ichnungenhervor. Xn den Zeichnungen bedeuten:Weitoro details doa Verfahrons according to the invention go nuo the description and the drawings. Xn the drawings mean:

« Fig. 1 ein 3 itonriß einer Kathodcnzerstäubuncsvorrioh-1 is a plan view of a cathodic atomizing device.

tung nach den Lehren der vorliegenden Erfindung;device according to the teachings of the present invention;

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung einer innerhalbFig. 2 is a detailed representation of an inside

der K&thoderaerstäubungsvorrlohtung bonutztcnthe K & thodera spraying device is used

IonenquellejIon source j Flg. 2a eine Q.uoraohnlttedars teilung dor Ionenquelle nachFlg. 2a according to a Q.uoraohnlttedars graduation from the ion source

Fig. 2;Fig. 2;

Flg. >a eine Darstellung der Struktur der GlimmentladungFlg. > a representation of the structure of the glow discharge

einer KathodenaerstKubungsvorriolitung ohne zusätzliche Plasnazufuhr unda cathode arstKubvorriolitung without additional plasma supply and

Flg. >b eine Darstellung der Struktur der OllaoentladungFlg. > b a representation of the structure of the Ollao discharge

einer KathMtnierstMubungevorrlohtunc mit sueUtz-Hoher Flaeoasufuhr nach den Lehren der vorliegenden«a KathMtnierstMubungevorrlohtunc with SuUtz-High Flaeoasufuhr according to the teachings of the present "

Erfindung.Invention.

Wenn in einem Gas bei reduzierten Druck von etwa 2 · 10 Torr bis zu einigen Torr mittels einer Spannung» die grosser als die Durchschlagsspannung dos Gasea ist eine Dauerenfcl&duug aufreoht-» erhalten wird« entsteht eine Sntladungsstruktur« d^e ale anormale Guanintl&dung bekannt ist· Bei dieser Entladung let dor duroh das Gas traiisportierte Strom eine Funktion der angelegten Spannung. Un* tor den genannten Bedingungen sind xwel bestlRnte EntladungssonenWhen in a gas at a reduced pressure of about 2 x 10 6 Torr up to a few Torr by means of a voltage »greater than that Breakdown voltage dos Gasea is a Dauerenfcl & duug aufreoht- » A discharge structure arises from all anomalous ones Guanine charge is known · With this discharge let thoroh that Gas transported electricity as a function of the applied voltage. U.N* For the conditions mentioned, there are xwel determined discharge probes

S0S833/1105S0S833 / 1105

" :. ·■ . ■'■ -. ." . 1S15305" : . · ■. ■ '■ -.." . 1S15305

.wichtig für die Aufreehterhaltune der Entladung. Eire 'dieser Zonen ist der Crookesschc I>unkelraum oder der Kabhoden-Dunkcl raum. Dieser enthält hauptsächlich positive Ionen« da -dio Elektronen infolce ihrer grüssercn Beweglichkeit raachor*zur Anode Gelange©» Infolge dieser positiven Zone liegt der entstehende Feld- bzw. Span· .nunßa&bfall hauptsächlich in dioser Zone und oretr^ekfc sieh bis zur Kathode Di© zweite wichtige Zono liegt neben des g^ookesechen-Dunke raum auf de? Änodenseifee. In diesem Gebiet findet der HauptartBÜ öer lonisiorungavorgängö statt infolge von Stößen zwlsöhea easmolokttien und SoIaindäFelekferonenj, .die .von der Kathode staceisa üM dia*ch das ; ©bcngenajmte Feld beBQhl&xmigt werden. .Bieaoi5 sweile Evs*®ieh Isfe die negative OliraiHzone« Di® Eekimdtoe El®ktroneReiii8Si©ii nmü die roga».important for the maintenance of the discharge. One of these zones is the Crookesschc room or the Kabhoden-Darkroom. This contains mainly positive ions because the electrons because of their greater mobility reach the anode. As a result of this positive zone, the resulting field or chip fall lies mainly in the diose zone and extends to the cathode diode The second important zono lies next to the g ^ ookesechen-dunke room on de? Aenode soap. In this area, the main type of BÜer lonisiorungavorgängö takes place as a result of impacts between two easmolokttien and SoIaindäFelekferonenj, .die .von the cathode staceisa over the dia * ch; © Required field must be requested . .Bieaoi 5 sweile Evs * ®ieh Isfe the negative OliraiHzone «Di® Eekimdtoe El®ktroneReiii8Si © ii nmü die roga»

Bind wesentlich für .dl®. AufreeMesAaiUiRg des- Dlimra-Bind essential for .dl®. AufreeMesAaiUiRg des- Dlimra-

Wenn die poslfeiνθΗ#durch das elektrische FeM is C ©imkeira» bssohleunlgfeon lonea auf dl© ÄÖιcG|oΣk.ό^cίrfΐ£fα^G cm %mff®n0 werden.sowohl Äte»s» dee Materials öoi? 1^?Μ^€ι als s-öoh. SetomdSrelektronen fpei# dl«-lkrep©Äil?c dio der0 DauergllsesÄtladwis sicfteretolio^o Όίο i durohlfiiufea dieWhen the poslfeiνθΗ # through the electric FeM is C © imkeira »bssohahrung lgfeon lonea on dl © ÄÖιcG | oΣk.ό ^ cίrfΐ £ f α ^ G cm% mff®n 0 become. both Äte »s» dee materials öoi? 1 ^? Μ ^ € ι as s-öoh. SetomdSrelektronen fpei # dl «-lkrep © Äil? C dio der 0 PermanentgllsesÄtladwis sicfteretolio ^ o Όίο i durohlfiiufea die

ilanen- sma Zeitpunkt des ÄneetoCcas cino e3arj &t-IiciG Es ist- darauf hlramml»%n& daß öio ^Ci^rjI^ dar gemach tea. bsw ο zerstäubten Atoane.-nleht ionicioi?^ roz-ä%riic i:ochalb ilanen- sma time of ÄneetoCcas cino e3ar j & t-IiciG It is- on it hlramml »% n & that öio ^ Ci ^ rjI ^ dar made tea. bsw ο atomized Atoane .-- nleht ionicioi? ^ roz-ä% rii c i: ochalb

a keiner Welse auf das elektrische der Es5IiSltung d©@ Xmpuleee bei der
Atome besitzen diese Atome Energien» * die weitojo gjpI-dc&s3 GiM do diejenige feheraisoh - verdampf ter Atome· Dioso mc&i&llolTj totsasfce mufT is Betrecht .gezogen "weMea bei dar Wahl der Vakuunmiederschl&RBvo-rfAhren· Eiae ertragiuig besteht darin, dai die
nloht mir- von'der Energie der .boolMrdlerendea Igtob ihrer Masse.. . ■■ - ...
a no catfish on the electrical of it 5 IiSltung d © @ Xmpuleee at the
Atoms these atoms have energies »* the weitojo gjpI-dc & s 3 GiM do the feheraisoh - evaporated atoms · Dioso mc & i & llolTj totsasfce must be right. Drawn" if the choice of the vacuum sealer, which consists in it, is profitable
nloht me- from the energy of the .boolMrdlerendea Igtob of their mass ... ■■ - ...

- 6 -·■■ 809833/1105- 6 - · ■■ 809833/1105

Zur ErIEutorung des Apparat©typa der vorliegenden Erfindung wird Bozug .genommen auf Fig® I4 in wolcher ein® Zerstäubungvorrichtung dargestellt isfce Diese umfasst zunächst oin konventionelles Vakuum· kanraspsjpjtem XO9 wi@ ©e s.B* für Experimente odor boi dor Auf dämpfung dünnem Schichten verwendet wird» Ein solches Syatem kann Jodooh auch umkoRsfeFMiert, werden für die Aufnahme ©ines daa Vakuumsystem durohlau fen&ess feQBtifiMFilieh©^ Trügörelemsnt&ffij, um einen kontinuierlich©!! FKE©se ö©3? ZespsfeSuteungsnie-doreehl&gung durahfUhren au käSnwsn* weiter^ hin isfc ac&mi hänawwQ&eeiiii daß Figa 1 ^iolit iaaistabsgereÄt min SoI so" dal üiQ Abwsmwigßn tew« di@ ÄbstlM.s s^leah®!! «i#n 4®wtiiig«n Kos»ErIEutorung to the apparatus of the present invention © typa is Bozug .genommen displayed on Fig® I 4 in Wolcher ein® Zerstäubungvorrichtung ISFC e This comprises first oin conventional vacuum · kanraspsjpjtem XO 9 wi @ © e sB * for experiments odor boi dor on damping thin Layers is used »Such a Syatem can also be umkoRsfeFMiert, for the inclusion © ines daa vacuum system durohlauffen & ess feQBtifiMFilieh © ^ Trügörelemsnt & ffij, to a continuously © !! FKE © se ö © 3? ZespsfeSuteungsnie-doreehl & gung durahfUhren au käSnwsn * further ^ to isfc ac & mi hänawwQ & eeiiii that Fig a 1 ^ iolit iaaistabsgereÄt min SoI so "dal üiQ Abwsmwigßn tew« n !! «» »Koswt i # leah 4®!

den tafeaäetilSetes Maßsß entspreohencorrespond to the tafeaäetilSetes standard

deflniertea Biwtesa in dardeflniertea Biwtesa in dar

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ier in Tig· :ier in Tig:

17 titfiMt elften17 titfiMt eleventh

Ji33/110§Ji33 / 110§

dor als Anodo dient und zwei Öffnungen 28 cnUiiilt, duroh v/o 1 ehe ein Heizdraht 26 alo Kathode eingespannt ist· Diese Kathode wird Über oine »tfeohsölapannungaquolle 22 über die Zuführungen 25 und 24 ge· heizt» wobei eine Seite der Sparmungsquell· 2} geerdet ist. Kaiat wird für diesen Zweck Wechselstrom aus dem Hetz von 4 · 6 V verwendot» Die Anode 27 ist an eine passende positiv· Spennungsquello von etwa 50 V bis IGQ V angeschlossen.dor serves as an anodo and two openings 28 cnUiiilt, duroh v / o 1 before one Heating wire 26 alo cathode is clamped · This cathode is over oine »tfeohsölapensionaquolle 22 via the feeds 25 and 24 ge · heats »whereby one side of the energy source · 2} is grounded. Kaiat For this purpose, alternating current from the Hetz of 4 · 6 V is used. The anode 27 is connected to a suitable positive voltage source of about 50 V to IGQ V connected.

Boi Genügend heiflor Kathode 26 sendet diose Slektronen aus, die sioh gegen die zylindrisohen Wände der Anode 27 bewegen· Wenn das Ionisier· bare Gas, z.B. Luft bzw.deren BestandteileStlokstoff und Sausretoff , in die Elektronenströmung gelangen« bewirken dio zwischen den Gas« molokUlen und den Elektronen stattfindenden StoJ3vorgänge eine Ionisierung des Gases, so daß in den genannten Gebiet sowohl positiv· Ionon ale auch Elektronen vorliegen; Dieses Plaaea wird dannn in die Qlininentladungezone zwischen der Zerstäubungskathode 12 und der Zsr· etUubungsanode I^ eingofUhrt· Ungefähr dl· gleiche Anzahl von Elektronen, die von dem Heizfaden 26 ausgestrahlt werden, gelangen zur zyllndricohon Oberfläche der Anode 27« und da« voe Generator 17 sr· zeugte Plasma verhält sich trotz der Ionisation Innerhalb der Olios· entl&dungazone im wesentlichen noutralt Durch Änderung der Spannung bzw, des Stromes der Plasmagensratoranod· 27 und der Fludgesohwindlg* keit des Gases duroh Betätigung des Ventils 18 kam d#r XonenfIuI in die Glimmentladungssons gesteuert werden·Boi Enough hot cathode 26 sends out diose slectrons, which sioh move against the cylindrical walls of the anode 27 When the ionizer Bare gas, e.g. air or its constituents, nitrogen and sausage, get into the electron flow "cause dio between the gas" Molokullen and the electrons occurring collision processes an ionization of the gas, so that in the named area both positive Ionon all electrons are also present; This Plaaea is then integrated into the Qline discharge zone between the sputtering cathode 12 and the Zsr The test anode is introduced. Approximately the same number of electrons emitted by the filament 26 arrive at the zyllndricohon surface of the anode 27 "and there" voe generator 17 sr generated plasma behaves despite the ionization within the olios discharge zone essentially noutralt by changing the voltage or the current of the plasma rator anode 27 and the Fludgesohwindlg * By actuating the valve 18, the gas came through the XonenfIuI be steered into the glow dischargesons

Die Abstände zwischen der Leitung 16« dl· das zu ionisierende Gas su den Generatoren 17 befördert und zwischen den Generate?en 17 sowie der Abstand der Olitoentladungszon« zwisoheo der Zsra^aabeJrtcathede und der Anode 13 sind nicht besonders kritisoh, e&gi@l#i dl« der Leitungen 16 so mh· wi« Buglieti an dl« tiajsa^iBKmter·!! 17 anreiohen sollten, di« ihrerseits wiederu« μ nüi· »io aÜtUeii ffia *!· QliBsientladungsson· angrenzen sollten, ohne and#3Wiei$e la <Ü«s« feia» •inzuragen«The distances between the line 16 and the gas to be ionized are conveyed to the generators 17 and between the generators 17 and the distance between the discharge zone between the Zsra ^ aabeJrtcathede and the anode 13 are not particularly critical dl «of the lines 16 so mh · wi« Buglieti an dl « t iajsa ^ iBKmter · !! 17 should adjoin, which for their part should adjoin againu «μ nüi ·» io aÜtUeii ffia *!

909833/1105 bad909833/1105 bath

In einem sp®3lsli©a AuefUliruo£sbeiopiol dor lurfindung ist die Zor«· afcäubsx'ßBed© geeröefe. und diö ZsretUuberkathode wird auf eir* negatives Potential tob 5000 ¥ gßhr&oä%B wobei dor Abstand zwischen den ge« nannton El©kfe^©äen ! «=>. 2 co- fcotragt* Dia genannten 'Abmessungen jedoeh aiehfe IcrlfeiSQli iwd Wrsma itsodifisiertIn a sp®3lsli © a AuefUliruo £ sbeiopiol dor lurfindung the Zor «· afcäubsx'ßBed © geeröefe. and the external cathode is set to a negative potential tob 5000 ¥ gßhr & oä% B where the distance between the mentioned elec- trodes! «=>. 2 co- fcotagt * The dimensions mentioned above, however, aiehfe IcrlfeiSQli iwd Wrsma itsodifisiert

λοσϊώ öas PlEiSiaa la, di@ SIi tle/ung-ezons gelangt« Hhnelt es da® Teil eier go«©^ ö©j? doi3 Anc tr*">si iae° O*1·^« d@r positiven Säule,λοσϊώ öas PlEiSiaa la, di @ SIi tle / ung-ezons arrives «Is it like that part egg go« © ^ ö © j? doi 3 Anc t r * "> si ia e ° O * 1d @ r positive column,

* ds;? G-^sfiiriaoK wswerf " ^ bl <ifo^i i4ie öbea sefcoa* ds ;? G- ^ sfiiriaoK wswerf "^ bl <ifo ^ i i4ie öbea sefcoa

ι t·. ^ubL^ge^^JT^iehtung durch d3,e Kossitarouuι t ·. ^ ubL ^ ge ^^ JT ^ direction by d3, e Kossitarouu

wird«will"

el©?? Be^böIs is©a£jkMa6 geMMm «rlid undt b«vorsugt swi®db®s S 1© ο 2,Q^ 5©g^ M@gt.el © ?? Be ^ böIs is © a £ jkMa6 geMMm «rlid undt b« prevent swi®db®s S 1 © ο 2, Q ^ 5 © g ^ M @ gt.

.Figo C1a sollt, dl© S'ssniktur einer OUontatlAdunc unter der ¥©smuae@fes«isg# dsi I2©ia3 £to@§s)F@ .ieasaquelle vorliegt Die Sigeneen&fte arfelgsa. isafelMw^ ts^Man tears teesehiäsbeiia u» den Untersohied i-·· ■■■;.^ >·■'*··-:-, c;/ -" @liimi}$ßtlMiinf der Vorriohtung der.Figo C 1a shall, dl © S'snicture of an OUontatlAdunc under the ¥ © smuae @ fes «isg # dsi I2 © ia3 £ to @ §s) F @ .ieasaquelle is available The Sigeneen & fte arfelgsa. isafelMw ^ ts ^ Man tears teesehiäsbeiia u »the difference i- ·· ■■■;. ^> · ■ '* ·· -: -, c; / - "@liimi} $ ßtlMiinf the priority of the

h@Fauezuste2en· Wie in Fig. 3* geselgt* ist die Zons tii@d® und der Anode in ftinf Zonen aalt den Btsel A, B0 '■'- 3 νωά E unterteilt· Die betreffenden Zonen lind durohh @ Fauezuste2en · As in Fig. 3 * geselgt * the Zons tii @ d® and the anode are divided into five zones as the Btsel A, B 0 '■' - 3 νωά E · The zones concerned are slightly duroh

Funktieningesohlohten BArkiert« un Unterschied« in der StSric· der MdiUnteneität ,Jeder Zone daraus teilen· Hierbei entsprechen · - -stärker® Punktierungen dunkleren Zonen und sohKtfJtehere Punktienmftn helleren Zonen· O&s Gebiet B stellt den Crookesschen DunlctlnuM dmr, der oben kurz erläutert wurde und welohe Ia der HsxiptSAohe §u» positivenFunctionally hollowed-out bar marked “un difference” in the strings · der MdiUnteneität, divide each zone from it · Here · - -stronger® dots correspond to darker zones and sohKtfJther dots to lighter zones · O & s area B represents the Crookesschen darkness, which was briefly explained above and which was briefly explained above Ia the HsxiptSAohe §u » positive

90S833/110590S833 / 1105

Ionon bootnht, wobei dl« ο tilrkfitmtf gliche Dichte an dr?r des Gebietes herrscht. Der eröoste Tail dos Spannun^sabfalles und rtaiait "des elektrisolvm Feldes llagt zwischen der Anodensaita dieser Zone und der Kathode* die restlichen Zonen zwischen Zono ü und der Anode liegen unßofllhr bei dom Anodenpotential und weisen daher nur ein geringes Feld auf· Wie oben erwähnt« findet dor grossto Toil der Ionisatlonsvorgänge in dor negativen Glimmzono statt, die in Fig. j>a durch Zone C dargestellt let, die von allen Zonen der Glimmentladung am hells ton glüht und die charakterisiert ist duroh ein geringes Über-» maß an negativer Ladung infolge der Tatsache, daß dio ^lektronen von dor Kathode her durch den Spannungeabfall innerhalb der Zonen A und B beschleunigt wurden. Die Zone A wird lia allgemeinen in der Literatur als das Kathodengliraralicht bezeichnet und enthält einen übersohuS an negativer Ladung infolge der sekundären Elektronenemission, die duroh die Ionenbombardierung der Kathodenoberflache hervorgerufen wird« Die Zone D hat eine geringere Intensität als das negative Qliramlicht und wird in der Literatur al« der F&radaysoha Dunkelraua easelohnat, während Zone E die positive Säule genannt wird. Dar Faradaysehe Dunkelraun und die positiv« Säule sind la wesentlichen neutral, obgleich sie auch ionleierte Teilchen aufweisen. Jede Ionenbewegung la dtr Zone D und der Zone E geschieht in dar Hauptsache duroh Diffusion, da in diesen Zonen nur ein geringes oder kein FaId existiert. Dia Grenzen zwischen den Zonen C und D und «wlsohen dan Zonen D und t. sind angezeigt duroh unterbrochen· Linien, da bei dos reduzierten Druck, der bei dem Apparat dar vorliegenden Erfindung angewandt wird» dos Vorhandensein dieser Zonen schwierig zu erkennen 1st· Ein weiterer Orund ist darin cu suchen, dafi aufgrund des reduzierten Druckes dia Zonen der Glimmentladung, wie in Pig. Jk gezeigt, la Vergleich Mit Abbildungen in Standardlehrbüchern, dia la allgemeinen Gllsawntladungan bei höherem Druck beschreiben, verserrt erschtiaan·Ionon boots, with the same density prevailing across the area. The raised tail of the voltage drop and the electrical field lies between the anode string of this zone and the cathode. The largest part of the ionization processes takes place in the negative glow zone, which is represented in Fig. 1 by zone C, which glows in the light tone of all zones of the glow discharge and which is characterized by a slight excess of negative charge as a result the fact that diodes were accelerated from the cathode by the voltage drop within zones A and B. Zone A is generally referred to in the literature as the cathode glirara light and contains an excess of negative charge as a result of the secondary electron emission that occurs the ion bombardment of the cathode surface is caused «Zone D has a lower intensity than the negat ive Qliramlicht and is easelohnat in the literature as the F & radaysoha Dunkelraua, while Zone E is called the positive column. Faraday's dark brown and the positive column are essentially neutral, although they also contain ionized particles. Every ion movement in zone D and zone E occurs mainly through diffusion, since in these zones there is little or no fall. The boundaries between zones C and D and also zones D and t. are indicated by broken lines, because at the reduced pressure applied to the apparatus of the present invention, the presence of these zones is difficult to recognize like in Pig. Jk shown, la comparison With illustrations in standard textbooks, which describe the general Gllsawentladan at higher pressure, confused

Obgleich in einer OUonentladung auch noch ander· Zonen vorkeanaaft können, dia eijene Charakteristiken aufweisen, wurden ioleha Zonan ' in FIg. 3a und 3b nicht gezeigt, da ihr« Bedeutung in Basug auf dia vor· liegende Erfindung gering ist·Although other zones are also present in one discharge can, which have their own characteristics, were ioleha Zonan ' in fig. 3a and 3b not shown because their «meaning in Basug on dia before · present invention is small

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Die oben beschriebenen Zon«ii3chiohtuiigen ererben 3ieh Im Augenbliek der Zündung der Entladunesatrecke, wobei dip Olimmontlartun/; oich aufbaut. Gleichzeitig werden die Elektronen beschleunigt und galange durch den Kathodendunkelraum hindurch sur Kathode, wobei sich der· grösete Toil des Feldoo über den Dunkelraura aur Kathode hin aufbaut. Die Zone, in welcher die Ionisierung hauptsächlich stattfindet« ist Uio Stelle, an welcher die SlektroM*n den Kathodendunkelraum verlassen. Die entsprechenden Abmessungen <|er verschiedenen Zonen cteilen sich beim Aufbau -der "ntladung co ein, daß sich eine ftlr den lonisatlonsprozees optionale PotentialYertollung ergibt. Dieser Prozess hängt von der angewandten Spannung umdem Druok ab. Wird \ eine erhöhte Anzahl von positiven und negativen Ionen in das System eincofUhrt, wie im Falle der vorliegenden Erfindung» so ergibt sich hierdurch eine Änderung der Potentialvorteilung. Eine Änderung der Faroinoter, z.B. des Druckes siebt gleichfalls eine PotentielvertoilungsSnderung naoh sich.The zones described above inherit 3ieh In the eye of the ignition of the discharge line, where dip Olimmontlartun /; o I build up. At the same time, the electrons are accelerated and run through the cathode dark space to the cathode, the largest toilet in the field building up over the dark room to the cathode. The zone in which the ionization mainly takes place is the place where the slectromes leave the cathode dark room. The corresponding dimensions <| er different zones cteilen to build -the "ntladung co one that a FTIR the lonisatlonsprozees optional PotentialYertollung results in this process depends on the applied voltage umdem Druok from Will \ an increased number of positive and negative ions.. When introduced into the system, as in the case of the present invention, this results in a change in the potential advantage. A change in the Faroinoter, for example the pressure, also eliminates a change in the potential distribution.

Die StUrke des Crookessohen Dunkelraueee ist uagekehrt proportional sum Druck; einige Verfasser schreiben dies dor Tatsache su, da0 die mittlere freie WeglKnge der Elektronen, die den Crookessohen Dunkel· raum durchquoron, eine feste Anzahl von Stöseen ausfuhren, bevor sie au9 dem Dunkelraum in die negative Glirmucon* gelangon, wo sie für weitere Inisationsvorgänge eine Rolle spielen.The strength of the Crookessohen Dunkelraueee is inversely proportional sum pressure; some writers write this on the fact that the mean free paths of the electrons, which the Crookessohen Dunkel space through quoron, perform a fixed number of thrusts before they au9 from the dark room into the negative Glirmucon *, where they are used for further initiation processes play a role.

Genau so wie eine Erhöhung des Drucks eine ErhtJhung der Stromdichte Infolge der erhöhten Ionisation der negativen Oliiaazono naoh sich sieht, so hat auch eine orhuhte Ionisation eine erhöhte 3tromdichte, Eur Folge, und dies erweckt d«n Anschein eine· ansteigenden Druckes, obgleich dieser konstant gehalten wird· Dies wird ftseigt in Pig« 3b, die eine Darstellung der Oliamentladungsstruktur für Apparat« 1st» die die vorliegende Erfindung verwenden.Just like an increase in pressure, an increase in current density As a result of the increased ionization of the negative oliaazono naoh themselves sees, an orhuhte ionization also has an increased current density, Your consequence, and this gives the appearance of increasing pressure, although this is kept constant. This is shown in Pig «3b, the one representation of the olympic charge structure for apparatus «1st» using the present invention.

BADBATH

909813/ITOS909813 / ITOS

15163051516305

Wenn "der "-Plasraacen'irätor: der vorliegenden ^rfindwiß Ui dor-Z- rstäubuDgGVorrlchtung verwendet wird, ao öawlrkt die ur-liwhtq zahl dor-Gllrnmentladun&szone eine Srtiöhiing dor L^ifefKiiigkeIt unti " der Svjamdlchto, ohne daß ein Druekangijleg erfo?doE?lieh war*?·- Disä In der .Glimiiian.tlaUujriäS@truktuz» feetat^llfearo. VöF&ieUMniii«;. If "the"-Plasraacen'irätor: the present ^ rfindwiß Ui dor -Z- r dusting device is used, ao öawlrkt the ur-liwhtq number dor-Gllrnentladun & szone a srtiöhiing dor L ^ ifefKiiigkeIt a Druekjamijdl? doE? borrowed was *? · - Disä In the .Glimiiian.tlaUujriäS @ truktuz "feetat ^ llfearo. VöF &ieUMniii";.

d&rlno-d&fl der Crookesscho.DuEksirauc B* öar Figo j& sieh lQh die ■ negatiw Glimraz^o C1--r^sii eissa. te2w3^;5 isiä ö£ 2ff sieh -merklicsti- euedelmfet « " ,-d & rln o -d & fl the Crookesscho.DuEksirauc B * öar Figo j & see lQh the ■ negatiw Glimraz ^ o C 1 --r ^ sii eissa. te2w3 ^ ; 5 isiä ö £ 2 ff see -merklicsti- euedelmfet «", -

{3: O) uöSrcfen H1u"Toi boc - /'dft{3: O) uöSrcfen H 1 u " T oi boc - / 'dft

orgebeiad'. : IOi taorgebeiad '. : IOi ta

dps durcL die c/*ε c^oher^c" flf. ^„^xcats' 9Λ& AS1SGK. (A) iLc'l l,s Sauere ^iTf -'- Eic r negativen F^«c 4t>icX von £-~Cr Y ^^jriobcB, n dps durcL the c / * ε c ^ oher ^ c "flf. ^" ^ xcats' 9Λ & AS 1 SGK. (A) iLc'l l, s Sauere ^ iTf -'- Eic r negative F ^ «c 4 t> icX of £ - Cr Y ^^ jriobcB, n

. sitladuLigezojo aei^Β©1ιβ£.'c £iro" i,***"^ 103 λ _;J < J" ^ioäc ."L^s tieft S£,iJ Si"-l^i»dLö5Cä,riS: ii'JT ί „12 ATI UeS ί - ί'1 ί G J C^k^Z ,fe i/mrcie r1 Cbir rC3 Ie/lTu- t· ι ir "iia« 1^c*? 1-^j1LcIc ei . . sitladuLigezojo aei ^ Β © 1ιβ £ .'c £ iro "i, ***" ^ 103 λ _; J <J "^ ioäc." L ^ s deep S £, iJ Si "-l ^ i» dLö5Cä, r iS: ii'JT ί "12 ATI UeS ί - ί ' 1 ί G J C ^ k ^ Z , fe i / mrcie r 1 Cbir r C3 Ie / lTu- t · ι ir" iia «1 ^ c *? 1- ^ j 1 LcIc ei.

-SMS C»ji<.^^-i ^_ι. «Ι ω><_' i^ijJfcW' ^.C loll·IdVinu. Ut lJt-j^, '<_ji C _j «_~! Vt.-SMS C »ji <. ^^ - i ^ _ι. «Ι ω> <_ 'i ^ ijJfcW' ^ .C loll · IdVinu. Ut lJt-j ^, '<_ji C _j «_ ~! Vt.

eine Slccc^rGl-LLmCjk.1 i,vü ν ^ j,j^? γ»a Slccc ^ rGl-LLmCjk.1 i, vü ν ^ j, j ^? γ »

Ü Sauerstoff sic3 £κ>8»ιΐφΕηβ von iIH»i»iäÄc^4 LiO lIoes IQΓi^u*!l«n» verbrauolife WiM4 wir! in dei? QbenbeeohFÄofcc&efii iliaMepiÄ'ö tin Prosenteatss xon S»uer*teff vtmendct« «ta ©ia laÄtw«Ü Oxygen sic 3 £ κ> 8 »ιΐφΕηβ from iIH» i »iäÄc ^ 4 LiO lIoes IQΓi ^ u * ! L « n »consumable WiM 4 we! in dei? QbenbeeohFÄofcc & efii iliaMepiÄ'ö tin Prosenteatss xon S »uer * teff vtmendct« «ta © ia laÄtw«

eine üboruuralisahiiittlieli AIqMm 0«ydeeMehfe. Mif der zur Folge hat» was dio Zwatüufoungeratta üoruuralisahiiittlieli AIqMm 0 «ydeeMehfe. With the result, “what dio Zwatüufoungeratt

re&ktlonafühige Gas« wi* Kohlenstoff, Stickstoff- Chlor Βγοο können aneteilt von Sauerstoff verwendet werden» tm aue Karbiden» Kitridon, Chloriden und Broaidtn su erztustn· Aüseordeai können anstelle von Argon andere niehtreaktionsfllhiee Oase wie Hellt», Neon und Xenon vorwendet werden.Recyclable gas «wi * carbon, nitrogen-chlorine Βγοο can be used in parts of oxygen »tm aue carbides »Kitridon, Chloriden und Broaidtn su erztustn · Aüseordeai instead of argon, other non-reactive oases such as Hellt », Neon and Xenon are used.

90 9 853/110590 9 853/1105

Zum Betrieb des Flasmacenerator« wird die Kathode», die aus einem Wolframdraht hergestellt ist, mittels oinns Weohsclotromoo von 50 H^rtz und etwa 4,5 V ßohoizt, die Anode 27 .wird an eine Spannung«· quelle von otita 8o V angeschlossen und ein Anodenstroro von etwa "Is the cathode" for operating the Flasmacenerator, which is made of a tungsten wire, by means of ßohoizt oinns Weohsclotromoo 50 H ^ rtz and about 4.5 V, the anode 27 to a voltage .If "· source of otita 8o connected and V an anode current of about

FUr obene Kathoden und gewöhnliche Oaao wird der anormale Kathodonabfall durch dl« Beziohung Λ Raised for cathode and ordinary OAAO is the abnormal Kathodon waste by dl "Beziohung Λ

m π + m π +

beschrieben, worin £ und F Konstanten sind, J dl· Stromdichte und ρ den Gasdruck bedeuten· described, wherein £ and F are constants, J dl · current density ρ and the gas pressure means ·

Die Gleichung zeigt, daß für ein· legebene Spannung in einen ge schlossenen System ohne zusätzliche Ionenquelle dl· ütroradichto nur durch Erhöhung des Druoks gesteigert werden kann. Wenn Jedoch nach den Lehren der vorliegenden Erfindung eine susätzlloh« Ionenquelle angewendet wird, so hat «in· Änderung d«r Stroudlohte eine Änderung einer oder beider Konstanten sur Folge. The equation shows that for a given voltage in a closed system without an additional ion source, the pressure can only be increased by increasing the pressure. If, however, according to the teachings of the present invention, an additional ion source is used, then the change in the Stroudlohte results in a change in one or both constants.

PUr die Zerstäubungerate M wurde «epirlsch folgende Fore»! gefunden!PUr the atomization rate M became «epirlsch following Fore»! found!

wobei 1 den Strom, ρ den Druck und C. sowie C2 Konstanten bedeuten. Man sieht, das für einen konstanten Druck dl« Zsretäubungsgssohwlndigkelt sloh erhöht, wenn der ötroe verstärkt wird« während ein verstärkter Druck nachteilig auf dl· ZersWlubußgsgeeohwlndigtotlt wirkt·where 1 is the current, ρ is the pressure and C. and C 2 are constants. It can be seen that for a constant pressure the pressure is increased when the dryness is increased, while an increased pressure has a detrimental effect on the decomposition.

Während der Druck In Zerstäubungeapparat sur Sichereteilung einer genügend hohen Stromdichte höher als 2 · 10"2 Torr sein sollt«, wurd· festgestellt« dafl dl· Zerstäubunesrat· eerklloh nachlaset, wenn d«r Druok auf aaehr als 10 · 10"2 Torr erhöht wird« da dl· »· rs täubten Molekül« auf Ihrem weg sur Anode tu oft StoAvorgäng« erleiden«While the pressure in the atomizing apparatus should be higher than 2 · 10 " 2 Torr to ensure the division of a sufficiently high current density, it was found that the atomizing rate decreases when the pressure increases to more than 10 · 10" 2 Torr "da dl ·" · rs deaf molecule "often" suffer "collisions on their way to the anode

^0^833/1101^ 0 ^ 833/1101

wahrend'die vorliegende Erfindung besondere gUnstig ist lür das Zerstäuben von hitzefeaton Materialien und von varseniedenan Qauarten Uuruh Ze rs täuben wit gleichseitiger oheoiXsohor Umaetzun£9 wobui ein Ixiatandteil des ionisierten Gases dazu vorwendat wird, mit dem von dor Kathode goratäubton Matorial asu reagieren und wie oben büeohri«- boüi oine l&edersohlagueohioht zu bilden, ao ist die Erfindung auoh leicht anwendbar auf andere Vorriohtungtn* die von einen Zonenboo* bardoment einer Kathode G brauch naohelt« wi« die« χ·Β· bei» ßeinigen eines Substrateβ auf der Ober?Iü9he «inArKathod· und boi anderen lüinliohen Anwendungen der Fall lat·wahrend'die present invention is particularly favorable tor the sputtering of hitzefeaton materials and varseniedenan Qauarten Uuruh Ze rs täuben wit equilateral oheoiXsohor Umaetzun £ 9 is a Ixiatandteil wobui of the ionized gas is vorwendat to react with the asu goratäubton of dor cathode Matorial and above büeohri "- boüi oine l & edersohlagueohioht, ao the invention is also easily applicable to other devices that need a zone boobar moment of a cathode G" like the "χ · Β · at" some of a substrate on the surface «InArKathod · and in other luinliohen applications the case lat ·

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909833/110S*909833 / 110S *

Claims (4)

Patentana ρ r ü ehePatentana ρ r ü ehe Verfahren zum Aufbringen dünner S hiohton durch Kathodenzerstäubung, dadurch gekonnzeichnot, daO mindestens zwi zur öaeontladungsstreoko s^mnsfcrisoh ©«geordnete · Ionenquellen die lintladungsstrecke zusätüliaft alt einem aus«den erzeugton positiven Ionon sowie oinar antsprochendan Anzahl von Elektronen bestehendem Plasma versorgen sowie dadurch, daß die Entladung bei einem Druck swischon 10 · 10 und 2 · 10 Torr durohcoführt wird.A method for applying thin silicate by cathode sputtering, characterized by the fact that at least between the ion sources arranged for the discharge of charge scattering, the charge path is supplemented by a plasma consisting of the generated positive ion and oinar corresponding to the number of electrons that supply the plasma Discharge at a pressure between 10 · 10 and 2 · 10 Torr is durohco performed. 2. Verfahren naoh Anepruoh 1, daduroh gekennzeichnet, dafi das der Entladungsstrecke zuzuführende Plasma aus einest Qemiech positiver Ionen und Elektronen besteht, wobei die Ionen durch Bombardement eines ionisierbaron Oases nit Elektronen ausreichender kinotischer Energie erzeugt werden und die Elektronen dom hieriu benutzten Klektrononstrom entstammen·2. Procedure naoh Anepruoh 1, daduroh marked that the Discharge path to be supplied plasma from a chemical positive Ions and electrons consists, the ions being more sufficient by bombarding an ionizable oasis with electrons kinotic energy are generated and the electrons dom hieriu used Klektronon stream 3« Verfahren nach dem Anspruch 1 und 2, daduroh gekennzeichnet, da/5 die der Zerstäubung dienende Gasentladung in einem indifferenten Gas durchgeführt wird, dom geringe Mengen von mit dem Kathodonrcatorial reagierenden Oasen zugeführt werden·3 «Method according to claims 1 and 2, characterized by since / 5 the gas discharge serving for atomization is carried out in an inert gas, dom small amounts of with the cathodonrcatorially reacting oases are fed 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er4. The method according to claim 3, characterized in that for He zcugunc dünner Schichten aus Karbiden, Nitriden, Oxyden, Chloriden und Brorr.iden dom indifferenten Gas geringfügige Mengen eines Oxyds des Kohlonstoffee. Sauerstoff, Stickstoff, Chlor oder Brom »umsetzt wird. .zcugunc thin layers of carbides, nitrides, oxides, chlorides and chloride in the indifferent gas, insignificant quantities of an oxide of the Kohlonstoffee. Oxygen, nitrogen, chlorine or bromine »is converted. . BAD ORSQiWAL 909833/1105 BAD ORSQiWAL 909833/1105
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