DE19730884A1

DE19730884A1 - Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit Chromoxinitrid

Info

Publication number: DE19730884A1
Application number: DE1997130884
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Kretschmer; Berthold Ocker; Johannes Dr Stollenwerk; Teruki Oitome
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-01-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit Chromoxinitrid durch Sputtern mit tels eines Targets aus reinem Chrom in einem Rezipienten, dem Argon, Sauerstoff und Stickstoff zugeführt wird.

Ein solches Verfahren ist allgemein bekannt und wird derzeit bei der Displayherstellung zur Beschichtung von glasförmigen Substraten angewandt, um durch das Chromoxi nitrid die Reflexion zu vermindern. Üblicherweise werden dabei auf das glasförmige Substrat in Line zunächst die Chromoxinitridschicht und anschließend eine weitere Schicht aus metallischem Chrom und gegebenenfalls weitere Schichten aufgebracht. Das Erzeugen der Chromoxinitrid schicht begrenzt die Geschwindigkeit des Aufbringens des gesamten Schichtsystems, da hierbei statische Sputterra ten in der Größenordnung von nur 0,4 nm/s erreichbar sind.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei der Erzeugung einer Chromoxinitridschicht möglichst hohe Sputterraten zu erreichen sind.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich in den Rezipienten ein Kohlenwasserstoffgas eingegeben wird.

Überraschenderweise zeigte sich bei einem solchen Verfah ren, daß die statische Sputterrate wesentlich anstieg, ohne daß die Qualität der Chromoxinitridschicht schlech ter wurde. Als Ursache für diesen Anstieg der Sputterrate wird vermutet, daß das Kohlenwasserstoffgas im Plasma zu Kohlenstoff und Wasserstoff gespalten wird und insbeson dere der Wasserstoff sich nahe der Oberfläche des Targets mit dem dort im Rezipienten befindlichen Sauerstoff ver bindet. Dadurch wird verhindert, daß auf der Oberfläche des Targets Chromoxide entstehen, welche gegenüber dem Chrom einen hohen elektrischen Widerstand haben und da durch die Sputterrate senken. Ein weiterer Grund für die mögliche, höhere Sputterrate liegt darin, daß durch die Zugabe des Kohlenwasserstoffgases die Regelbarkeit der Sputteranlage wesentlich verbessert wird, da durch das Kohlenwasserstoffgas die Sputterrate mit steigendem O₂-Partialdruck wesentlich flacher und mit geringerer Hys terese abfällt. Deshalb braucht man bei dem erfin dungsgemäßen Verfahren bei einem Absinken der Sputterrate den O₂-Partialdruck wesentlich geringer abzusenken als bei dem bekannten Verfahren, um wieder die ursprüngliche, höhere Sputterrate zu erreichen.

Die angestrebte, reduzierende Wirkung des zusätzlich ein gegebenen Gases könnte man auch mit reinem Wasserstoff erreichen. Das bedingte jedoch unverhältnismäßig hohe An lagekosten, da der freie Wasserstoff im Rezipienten durch die Anwesenheit von Sauerstoff zu einer Explosionsgefahr führt. Diese besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht, weil sich das Kohlenwasserstoffgas erst im Plasma zu Kohlenstoff und Wasserstoff spaltet und dieser Wasser stoff unmittelbar wieder eine Verbindung mit dem Sauer stoff eingeht. Auch der Kohlenstoff vermag eine reduzie rende Wirkung auszuüben, indem er mit O₂ zu CO₂ reagiert. Bei dem für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehenen Anwendungsfall der Erzeugung einer Blackmatrix als Display stört im übrigen in die Schicht gelangender Kohlenstoff nicht, weil die Chromoxinitridschicht ohnehin schwarz ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver fahrens das Kohlenwasserstoffgas Methan (CH₄) ist. Versu che zeigten, daß bei Verwendung eines solchen Gases die statische Sputterrate von etwa 0,4 nm/s auf 1,5-2,0 nm/s anstieg, ohne daß die Qualität der erzeugten Schicht schlechter wurde.

Zur weiteren Erhöhung der statischen Sputterrate trägt es bei, wenn das Kohlenwasserstoffgas innerhalb einer Ab schirmung des Targets in den Rezipienten eingegeben wird. Hierdurch wird erreicht, daß der Wasserstoff des Kohlen wasserstoffgases nach dem Aufspalten der Gasmoleküle un mittelbar an der Oberfläche des Targets mit Sauerstoff reagiert und deshalb den unerwünschten Zutritt von Sauer stoff zur Targetoberfläche verhindert oder sogar sich be reits auf der Targetoberfläche gebildete Chromoxide redu zieren.

Das zerstäubte Chrom wird zuverlässig auf dem Substrat oder auf dem Weg vom Target zum Substrat zu Chromoxini trid oxidiert, ohne daß die Gefahr einer Oxidation der Targetoberfläche besteht, wenn gemäß einer anderen Wei terbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Kohlen wasserstoffgas und Argon innerhalb der Abschirmung und außerhalb der Abschirmung zusätzlich Argon, Sauerstoff und Stickstoff eingegeben wird.

Zur weiteren Erläuterung des Verfahrens nach der Erfin dung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen. In ihr ist stark schematisch eine Sputteranlage zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Die Zeichnung zeigt einen Rezipienten 1 mit einem an Masse anliegenden Gehäuse 2 aus Metall. In den Rezipien ten 1 ragt eine gegenüber dem Gehäuse 2 mittels eines Isolators 3 elektrisch isolierend und dichtend angeord nete, Sputterkathode 4, auf der ein Target 5 aus reinem Chrom angeordnet ist. In der Sputterkathode 4 ist ein übliches Magnetsystem 6 angeordnet.

In dem Rezipienten ist das Target 5 von einer Abschirmung 7 seitlich eingefaßt. Innerhalb dieser Abschirmung 7 befinden sich Gasauslässe 8, über welche Argon und Methan zugeführt wird. Weitere Gasauslässe 9 außerhalb der Abschirmung 7 dienen der Zufuhr von Sauerstoff, Stickstoff und nochmals Argon. An der der Sputterkathode 4 gegenüberliegenden Seite des Rezipienten 1 ist ein Substrat 10 angeordnet, welches in der Sputteranlage beschichtet wird.

Das durch die Energiezufuhr über die Sputterkathode 4 sich bildende Plasma im Rezipienten 1 führt zur Zerstäubung des Chroms des Targets 5. Dieses zerstäubte Chrom reagiert auf dem Weg zu dem Substrat 10 und/oder nach dem Niederschlagen auf das Substrat 10 mit dem Sauerstoff und Stickstoff, so daß Chromoxinitrid entsteht. Eine Oxidation der Oberfläche des Targets 5 durch den Sauerstoff im Rezipienten 1 verhindert das Methan, welches sich im Plasma zu Wasserstoff und Kohlenstoff spaltet, so daß in unmittelbarer Nähe des Targets 5 insbesondere stark reduzierend wirkender Wasserstoff vorhanden ist.

Bezugszeichenliste

1

Rezipient

2

Gehäuse

3

Isolator

4

Sputterkathode

5

Target

6

Magnetsystem

7

Abschirmung

8

Gasauslaß

9

Gasauslaß

10

Substrat

Claims

1. Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit Chrom oxinitrid durch Sputtern mittels eines Targets aus reinem Chrom in einem Rezipienten, dem Argon, Sauerstoff und Stickstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in den Rezipienten ein Kohlenwasserstoffgas eingegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffgas Methan (CH₄) ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffgas innerhalb einer Abschirmung des Targets in den Rezipienten eingege ben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffgas und Argon innerhalb der Ab schirmung und außerhalb der Abschirmung zusätzlich Argon, Sauerstoff und Stickstoff eingegeben wird.