DE1521157A1

DE1521157A1 - Verfahren zur Erhoehung der Festigkeit der Bindung zwischen duennen Schichten

Info

Publication number: DE1521157A1
Application number: DE1965B0083815
Authority: DE
Inventors: Fritz Kuemmerer
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1965-09-21
Filing date: 1965-09-21
Publication date: 1969-07-24
Also published as: DE1521157B2; DE1521157C3

Description

Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit der Bindung zwischen dünnen Schichten Die Adhäsion dünner Schichten, die in unterschiedlichen Atmosphären im Vakuum durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung auf Unterlagen aufgebracht werden, untereinander, stelle eDn für die praktische DUnne-Schichten-Technik bedeutäsames Problem dar. Die bisher bekannt gewordenen Experimente und Untersuchungen über die Adhäsion dünner Schichten bezogen sich vorwiegend auf das Haften derselben auf Glasplatten. Es ist bekannt, dass bestimmte hochschmelzende Metalle, wie Chrom, wenn sie im Vakuum auf gereinigte Glasoberflächen aufgedampft oder durch Kathodenzerstäubung aufgebracht werden, sehr fest haften, wo-gegen andere Metalle, wie Gold, Silber oder Kupfer ein unzureichendes Haftvermögen beseitzen. ä'erner ist bekannt, dass von den nichtmetallischen Aufdampfsubstanzen vor allem manoche Oxyde auf Glanflächen gut haften und es wurden vielfach schon oxydische Zwischenschichten als sogenannte Haftschichten zwischen Unterlage und Metallschichten vorgeschlagen und verwendet. Zwischenschichten haben aber nur dann einen Zweck, wenn eine Metallschicht auf der oxydischen Schicht besser haftet als auf der blossen Unterlage, was in speziellen Fällen zutrifft.
Zur Herstellung von oxydischen Schichten hat sich ein bekanntes Ver- fahren sehr bewährt, bei welchem ein Metall, ein Suboxyd oder eine Mischung von Metall und Oxyd in einer Sauerstoffatmosphäre bei Unter- druck aufgedampft wird. Dieses Verfahren ist z.B. in der Schweizer Patentschrift Nr. 322 265 ausführlich beschrieben worden.
Nach heutiger Anschauung beruht die Bindung zwischen Unterlage und Schicht bzw. zwischen Schichten meistens auf den sogenannten Van der Waal'schen Kräften und die Bindungsenergie liegt demgemäss theoretisch in der Grössenordnung von einigen Kilokalorien pro Mol; die praktisch erzielbaren Werte liegen jedoch wesentlich darunter. Im Vergleich zur Bindungsenergie der Kohäsion, d.h. der Bindung von untereinander gleichen Atomen bzw. Molekülen im Festkörperverband, erscheint die Adhäsionsenergie nahezu vernachlässigbar gering, was die mangelhafte Adhäsion dünner Schichten an anderen Schichten und auf den Unterlagen erklärt.
Die vorliegende Erfindung hat nun ein Vefahren zur Erhöhung der Festigkeit der Bindung zwischen dünnen Schichten, die in unterschiedlichen Gasatmos- phären im Vakuum durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung auf Unter- klagen aufgebracht werden, zum Ziel. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberzug von der während der Auf- bringung einer ersten Schicht 3.m Aufbringungsraum aufrechterhaltenen Atmosphäre, zu der während der Aufbringung der darauffolgenden Schicht einzustellenden Atmosphäre während der Aufbringung einer der beiden Schichten verlaufend durchgeführt wird.
Es hat sieh überraschenderweise gezeigt, dass man auf.diene Weise,die Bindung zwischen den Schichten wesentlich erhöhen kann und zwar auch zwischen Schichten aus solchen Substanzen, die keine hinreichende Ad- häsion zeigen, wenn sie als diskrete Einzelschichten aneinander grenzen* Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens seien nachfolgend Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es bestehe die Aufgabe, auf eine Glasplatte als Träger eine mehrere starke Metallschicht haftfest aufzubringen, so dass darauf gelötet werden kann. Zu diesem Zweck bringt ran, wie an sich bekannt, zuerst eine dünne Oxydsohicht auf den Träger auf, indem man z.B, Chrom in Sauer- stoffatmosphäre bei einem Druck von etwa 1o-4 Torr verdampft, wobei sich auf der Unterlage Chromoxyd niederschlägt. Anstatt nun, wie es dem bekannten Stand der Technik entspräche, nach den Aufbringen eher solchen oxydisehen Haftschicht unmittelbar die gewünschte z.B. Kupfer, aufzu- dampfen, wird erfindungsgemäss folgendernaasen verfahren: während des

all=mählich verringert, wobei sich zunächst ungesättigtes Chromoxyd, und bei weiterer Herabsetzung des Sauerstoffdruckes eine Mischphase aus Metall und Oxyd niederschlägt. Es ergibt sich ein Gradient des Mischungsverhältnissen Metall : Oxyd senkrecht zur Schichtoberfläche, bis schliesslich -nach Abstellung der Suerstoffzufuhr - eine praktisch rein metallische Phase auf der darunterbefindlichen Mischphase aufwämt, auf welche dann weiteres Metall, z.B. Kupfer zu iötzwecken bis zur gewünschten Dicke von mehreren

Metall wenigstens loo Angströr dick zu machen, besser loco X oder sehr. Für die Herstellung mehrerer g dicker Metallschichten wird empfohlen, für

Es ist bekannt, dass Schichten manchmal besser haften, wenn die Unter- lage während des Aufbringens oder nachträglich erhitzt wind, Diese zusätzliche Massnahme kann bei der Erfindung ebenfals in Anwedung ge- bracht werden, erübrigt sich aber meistens, was den Vorteil hat, dass auch empfindliche Schihtträger wie z.H. Linsen oder Kunststoffe, die nicht erhitzt werden dürfen, haftfest beschichtet werden können. Aber auch bei solchen Unterlagen, die erhitzt werden dürfen, kann das dank der Erfindung mögliche Aufbringen bei niedrigerer Temperatur von Vorteil sein, weil der Akkomodationskoeffizient bei niedrigerer Temperatur höher sind damit die zur Erreichung einer bestimmten Schicht bestimmter Dicker erfoderliche Aufdampfzeit geringer wird.

allmählich durch, indem man der zuerst rerwendeten 02 Atmosphäre nach Herstellung der Titanoxydschicht in gewünschter Dicke zunächst wenig und dann immer mehr X2 zumischt, während das metallische Orunlelement weiter aufgedampft wird. Sehliesslith erfolgt dann die Aufdampfung in reiner N2 Atmosphäre, nachdem die Sauerstoffzufuhr ganz abgestellt und das vorhandene 02 -N2-Gemisch laufend abgepumpt wurde. Dieser Uebergang ist so langsam vorzunehmen, dass eine Uebergangszone der gewünschten Dicke entsteht, to oben beschrieben.
Unter Atmosphäre im Sin-ne dieser Beschreibung ist auch der Fall ein- geschlossen, dass das Aufbringen einer Schicht in einem Vakuum ge- schieht, das durch Auspumpen eines zuvor mit Luft gefüllt« gewesenen Rezipienten erhalten wurde.

Claims

PAT$NTANSPRUECHE 1. Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit der Hindung zwischen dünnen Schichten, die in unterschiedlichen Atmosphären bei Unterdruck durch Aufdampfenoder Kathodenzerstäubung unter Vakuum aufgebracht werden, da d u r c h g e k e n n $ e i c h n e t W dass der Ueberzug von der während der Aufbringung einer ersten Schicht im Aufbringungsraum auf- rechterhaltenen Atmosphäre zu der für die Aufbringung der darauffolgenden Schicht einzustellenden Atmosphäre während der Aufbringung einer der beiden Schichten verlaufend durchgeführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i o h n e t , dass als erste Schicht eine Oxydschicht in Sauerstoffatmosphäre und darauffolgend unter allmählicher Verringerung des Sauerstoffpartialdrueker im Aufdampfraum ein Metall auf die Unterlage aufgedampft wird. 3. Verfahren nach Abspurch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dasselbe Metall aufgedampft wird, welches im Oxyd der ersten Schicht gebunden enthalten ist. . Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als erste Schicht eine Kupferoxydschicht in einer Sauerstoff- atmosphäre und darauffolgend unter allmbIlicher Verringerung des Sauerstoffpartialdruckes Kupfer aufgedampft wird. 5. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t, dass als erste Skhieht eine Aluminiumoxydschieht in einer Sauerstoff- atmosphäre und darauffolgend unter allmählicher Verringerung des Sauer- stoffpartialdruckes Aluminium aufgedampft wird. 6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i o h n e t, dass der Uebergang von der einen Atmosphäre zur anderen so langsam durchgeführt wird, dass eine lebergangszone in der aufwachsenden Schicht von wenigstens loo 2 Dicke zustandekommt.