DE19837516A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausbildung einer dünnen Schicht - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung einer dünnen Schicht, wobei die Vorrichtung ein Sputtertarget und eine Dampfquelle umfaßt und das Verfahren eine dünne Schicht unter Verwendung der Vor­ richtung erzeugt.

Die Ausbildung einer relativ dicken (etwa 1 µm) gleichförmigen Schicht mehrerer Komponenten sollte in einer kurzen Zeit erfolgen, um eine Schicht oder einen Film hoher Präzision zu gewinnen.

Während die Dampfabscheidung gemeinhin zur Ausbildung der­ artiger Schichten angewandt wird, ist sie zur Schichtbildung in einer Umgebung geringer Temperatur oder bei großen Sub­ straten bzw. Schichtträgern ungeeignet. In Anbetracht der vielfältigen Anstrengungen, diese Nachteile zu überwinden, zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Technologie der Dampfphasenabscheidung und die Sputtertechnologie zu kombinieren. Im Stand der Technik ist ein Beispiel für eine solche Abscheidungs/Sputtertechnik-Kombination in der japani­ schen Patentanmeldung 94473/1980 (JP-A-55-94473) offenbart, die ein Ionplating-Gerät beschreibt, das mit einem Sputter­ target und einer Dampfquelle ausgestattet ist, um mehrkom­ ponentige Schichten zu erzeugen. Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Vorrichtung ein Substrat 46 umfaßt, das im Inneren einer Vakuumkammer 41 fixiert ist. Eine Dampfquelle 45 befindet sich im unteren Teil der Vakuum­ kammer 41. Ein Target 42 und eine Sputter-Zerstäubungselek­ trode 43 sind jeweils in der dargestellten Weise zwischen dem Substrat 46 und der Dampfquelle 45 plaziert. Auf der Dampf­ quellenseite 5 ist eine Anode 44 angeordnet und es ist eine heiße Kathode 47 auf der Substratseite 46 angeordnet, um ein Gasentladungsplasma zu erzeugen. In der Vakuumkammer 41 die­ ser Vorrichtung wird, wenn Gas von einer Gaszufuhrquelle 48 eingeleitet wird, eine Schicht durch Verdampfen der Dampf­ quelle 45 mit konstanter Rate über eine Erhitzung und darauf folgende Ionisierung der Partikel der verdampften Komponenten im Gasentladungsplasma ausgebildet, wobei zur Schichtbildung auch ein elektrisches Hochfrequenzfeld an die Sputterelek­ trode 43 angelegt wird, um das Target 42 zu zerstäuben. Die auf dem Substrat 46 ausgebildete Schicht setzt sich aus der verdampften Komponente und der abgesputterten Komponente zu­ sammen.

Dieses Ionplatinggerät kann jedoch keine gleichmäßigen Schichten auf einem großen Substrat erzeugen, um damit einen in jüngster Zeit aufgekommenen Bedarf zu befriedigen. Während in der Vakuumkammer 41 die Dampfquelle 45 dem Substrat 46 gegenüberliegt, ist das Target 42 angenähert senkrecht vom Substrat 46 in dessen Nähe angeordnet. Diese Struktur verhin­ dert, daß vom Target 42 abgesputterte Partikel die Oberfläche eines größeren Substrats gleichmäßig erreichen, und so eine gleichförmige Schicht ergeben.

Schließlich sind das Substrat 46 und die Dampfquelle 45 der­ art beabstandet, daß die ionisierten verdampften Partikel das Substrat nicht in einer kurzen Zeit erreichen können. Dies führt wiederum zu einer Verschlechterung der Präzision einer ausgebildeten Schicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderte Problematik zu überwinden und speziell ein Ver­ fahren zur Ausbildung einer gleichförmigen und hochpräzisen Schicht auf einem großen Substrat sowie eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.

Das Schichtausbildungsverfahren nach der Erfindung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen im Anspruch 1 umfaßt die Schritte des Einleitens eines Inertgases in eine Vakuumkammer und des Abscheidens auf der Oberfläche eines Substrats oder Trägers von abgesputterten oder zerstäubten Partikeln, die durch Besputtern eines Targets unter Ausnutzung von Ionenenergie eines Plasmas freigesetzt werden, das um das Target herum erzeugt wird, und unter Abscheidung verdampfter Partikel, die gewonnen werden, indem eine Dampfquelle durch Erhitzen ver­ dampft wird und die so verdampften Komponenten unter Ausnut­ zung des obigen Plasmas ionisiert werden. Das Verfahren kenn­ zeichnet sich dadurch, daß das Target in der Seitenwand der Vakuumkammer so angeordnet wird, daß seine Sputteroberfläche (die zu sputternde oder zu zerstäubende Oberfläche) auf das Innere der Vakuumkammer gerichtet ist; daß ferner der Sput­ tervorgang des Targets und das Erhitzen der Dampfquelle gleichzeitig oder zeitlich getrennt ausgeführt werden, wäh­ rend das Inertgas durch einen Hohlraum in einem Hohlkörper bzw. Hohlraumkörper eingeleitet wird, der in einem durchge­ henden Loch lösbar eingesetzt oder eingepaßt ist, das angenä­ hert durch das Zentrum des Targets hindurchgehend ausgebildet ist, wobei die Oberfläche des Substrats gegenüberliegend der Sputteroberfläche des Targets gehalten wird; und daß die so gewonnenen abgesputterten Partikel und verdampften Partikel gleichzeitig oder getrennt auf die Oberfläche des Substrats mit einem Strahl bzw. Düsenstrahl des Inertgases getragen werden, wodurch sich eine dünne Schicht ausbildet.

Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren verschiedene Mate­ rialien für das Target und für die Dampfquelle verwenden.

Schließlich kann die im erfindungsgemäßen Verfahren einge­ setzte Dampfquelle ein plattenartiges Stück sein, das in seiner Oberseite einen ausgehöhlten oder vertieften Bereich hat, wobei dieser hohle Bereich mehrere Durchgangslöcher auf­ weist, die sich im wesentlichen senkrecht zur Oberseite der Dampfquelle erstrecken und einen Durchtritt verdampfter Par­ tikel in das Kammerinnere ermöglichen.

Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren mehrere Targets und Dampfquellen umfassen, die in der Wand z. B. eines glockenartigen Gefäßes vertikal angeordnet sind, wobei der Hohl­ körper in jedem Target so lösbar oder demontierbar eingepaßt ist, daß das Inertgas in den Hohlraum im Hohlkörper eingelei­ tet werden kann.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren gemäß obiger Auslegung ist es möglich, den Sputterschritt unter Beaufschlagung einer Targetelektrode mit Spannung und den Dampfquellenerhitzungs­ schritt gleichzeitig oder zeitlich getrennt auszuführen, während das Inertgas durch den Hohlraum im Hohlkörper in die Kammer ausgestoßen wird, wobei dieser Hohlkörper angenähert im Zentrum des Targets angebracht ist. In diesem Verfahren wird die der Targetelektrode zugeführte Leistung dadurch bereitgestellt, daß eine Hochfrequenzspannung von 10 kHz bis 100 MHz einer Gleichspannung überlagert wird, wobei die eva­ porierten oder verdampften Abscheidungspartikel mit höherer Dichte ionisierbar sind. Daneben können durch die Unterstüt­ zung eines eingeleiteten Inertgases sowohl die gesputterten Partikel als auch die ionisierten verdampften Partikel in reduzierter Zeit auf das Substrat geschleudert werden. Infol­ gedessen bildet sich auf der gesamten Oberfläche des Sub­ strats eine gleichmäßige Schicht. Ferner können mehrkomponen­ tige Schichten durch Ausbildung des Targets und der Dampf­ quelle aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden.

Darüber hinaus kann in vorteilhafter Weise als Dampfquelle ein plattenartiges Stück mit einem ausgehöhlten oder vertief­ ten Bereich an der Oberseite und mit mehreren Durchgangslö­ chern verwendet werden, die sich durch den hohlen Bereich senkrecht bezüglich der Oberseite der Dampfquelle erstrecken. Wenn dieser hohle Bereich unter Verwendung einer Wärmequelle wie beispielsweise eines Aluminiumdrahts erhitzt wird, werden verdampfte Aluminiumpartikel um den hohlen Bereich herum freigesetzt. Diese verdampften Partikel breiten sich in einem ausgeweiteten Bereich nicht nur aufwärts aus, sondern auch bezüglich der Oberseite der Dampfquelle in rückwärtige Rich­ tung durch die Durchgangslöcher und breiten sich somit mit einem Inertgasstrahl zum Substrat hin aus. Infolgedessen werden die verdampften Partikel auf einen größeren Flächenbe­ reich des Substrats mit höherer Abscheidungskraft und Ab­ scheidungsleistung gleichförmig verteilt, wodurch wiederum eine effiziente Ausbildung dünner Schichten sichergestellt wird.

Ferner trägt die Anordnung mehrerer Targets und Dampfquellen wirksam dazu bei, eine gleichförmige und hochpräzise Schicht auf einem großflächigen Substrat und mehreren Substraten zu erzeugen.

Die schichtbildende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung (im folgenden auch kurz als Beschichtungsvorrichtung bezeich­ net) umfaßt ein Gaseinleitungsrohr zum Einleiten eines Inert­ gases in die Vakuumkammer sowie eine Dampfquelle und ein Target und wird im obigen Verfahren zum Ausbilden einer dün­ nen Schicht auf einem Substrat durch Abscheiden gesputterter Partikel verwendet, die durch Sputtern des Targets unter Verwendung von Ionenenergie des Plasmas freigesetzt werden, das um das Target herum erzeugt wird, sowie von verdampften Partikeln, die durch Verdampfen einer Dampfquelle durch Er­ hitzen und Ionisieren der so verdampften Komponenten wiederum unter Ausnutzung des Plasmas gewonnen werden. Die Beschich­ tungsvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine Haltevorrichtung umfaßt, um das Substrat derart zu halten, daß seine Schichtbildungsoberfläche auf die Seitenwand der Vakuumkammer gerichtet ist. Ferner ist ein Drehtisch vorgesehen, der die Haltevorrichtung innerhalb der Vakuumkammer dreht, und das Target ist in der Innenwand der Vakuumkammer so angeordnet, daß seine Sputteroberfläche auf das Innere der Vakuumkammer gerichtet ist. Ein Hohlraum ist vorzugsweise in einem hohlen Körper vorgesehen, der lösbar in eine Durchgangsbohrung eingepaßt ist, die angenähert durch das Zentrum des Targets hindurchgehend ausgebildet ist, wobei der Hohlkörper den Hohlraum umfaßt. Das Gaseinleitungsrohr leitet das Inertgas in den Hohlraum (im Hohlkörper) ein und die Dampfquelle ist im Hohlraum nahe eines Auslasses für das Gas des Inertgaseinleitungsrohrs vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zwei Dampfquellen um­ fassen, die innerhalb des Hohlraums nahe des Gasauslasses des Inertgaseinleitungsrohrs vorgesehen sind, und aus demselben Element oder mehreren Elementen zusammengesetzt sind. Ein Umschalter dient zur selektiven Zufuhr von Spannung an je­ weils eine der beiden Dampfquellen zu deren Erhitzung.

Darüber hinaus kann die Dampfquelle ein plattenförmiges Teil mit einem hohlen Bereich in seiner Oberseite sein, aber wobei dieser hohle Bereich mehrere Durchgangslöcher umfaßt, die sich senkrecht zur Oberseite der Dampfquelle erstrecken.

Ferner kann die Vorrichtung mehrere integrierte Einheiten umfassen, wobei jede solche Einheit den Hohlkörper mit Hohl­ raum, ausgestattet mit dem Gaseinleitungsrohr und der Dampf­ quelle, sowie das Target umfaßt und in oder in der Nähe der Seitenwand der Vakuumkammer angeordnet ist, wobei die Halte­ vorrichtung so ausgelegt wird, daß sie die Halterung mehrerer Substrate ermöglicht.

Die Schichtbildungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfin­ dung ist zur Ausführung des zuvor beschriebenen Schichtaus­ bildungsverfahrens geeignet und ausgelegt. Es können über die gesamte Oberfläche eines Substrats präzise dünne Schichten ausgebildet werden, da die gesputterten Partikel und die ionisierten verdampften Partikel, die aus der Dampfquelle nahe des Inertgasauslasses abgeleitet werden, beide mit einem Inertgasstrahl auf das Substrat mitgerissen werden, und weil der Schichtbildungsprozeß bei sich drehendem Substrat ausge­ führt wird.

Die beiden Dampfquellen beinhalten folgende Funktion: Wenn beide Dampfquellen aus demselben Element bestehen, wird eine Dampfquelle solange reserviert, bis die andere verbraucht ist, wogegen bei Dampfquellen aus verschiedenen Elementen eine mehrkomponentige dünne Schicht ausgebildet werden kann. Die Dampfquelle kann auch in einem bootplattenartigen Teil oder muldenartigen Teil vorgesehen werden. Ferner kann die Dampfquelle in Form eines Drahtes oder eines Pulvers vorgese­ hen werden und von außerhalb der Vakuumkammer zugeführt wer­ den, um eine fortgesetzte lange Betriebsdauer zu gewährlei­ sten. Diese Dampfquellen sind mittels eines Umschalters ent­ sprechend der jeweiligen Bedürfnisse hintereinander ein­ schaltbar.

An dieser Stelle soll nochmals ein besonderer Bezug auf den Einsatz eines plattenförmigen Teils mit einem hohlen Bereich in seiner Oberseite und mehreren Durchgangslöchern erfolgen, die sich durch den hohlen Bereich senkrecht bezüglich der Oberseite der Dampfquelle erstrecken. Die um den hohlen Be­ reich oder vertieften Bereich verdampften Partikel diffundie­ ren in einen weitläufigeren Bereich nicht nur nach oben, sondern auch durch die Durchgangslöcher bezüglich der Dampf­ quelle rückwärts und breiten sich mit dem Inertgasstrahl auf das Substrat aus. Infolgedessen werden die verdampften Parti­ kel gleichförmig auf einem größeren Flächenbereich des Sub­ strats mit größerer Abscheidungsleistung und -kraft abge­ schieden, wodurch eine effiziente Ausbildung von dünnen Schichten sichergestellt wird.

Ferner sind der mit der Dampfquelle bestückte Hohlraum und das Target in eine Einheit integriert vorgesehen, um die Installation mehrerer Hohlraumkörper und Targets zu erleich­ tern. Werden mehrere derartiger integrierter Einheiten an­ geordnet, so stellt dies die simultane Ausbildung einer gleichmäßigen hochpräzisen dünnen Schicht nicht nur auf einem großen Substrat, sondern auch auf mehreren Substraten sicher.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des grundlegenden Aufbaus der Beschichtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Gesamtaufbaus der Beschichtungsvorrichtung nach einem Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Ansicht des grundlegenden Aufbaus einer Beschichtungsvorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine in dem Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 3 verwendete Dampfquel­ le und

Fig. 5 den Aufbau einer konventionellen Beschich­ tungsvorrichtung.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläu­ tert. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des grundlegen­ den Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung und Fig. 2 ist eine schematische Ansicht des Gesamtaufbaus der Beschichtungsvorrichtung nach der Erfindung dieses Ausführungsbeispiels.

Eine Vakuumkammer 1 ist mit einer (nicht dargestellten) Vaku­ umpumpe verbunden, die in der Vakuumkammer 1 ein Vakuum eines vorbestimmten Bereichs oder einer vorbestimmten Feinheit erzeugt. An der Seitenwand der Vakuumkammer 1 sind jeweils mehrere erster Sputtereinheiten 10 und zweiter Sputterein­ heiten 20 vertikal in der in Fig. 1 gezeigten Weise instal­ liert. Gemäß Fig. 1 umfaßt die erste Sputtereinheit 10 ein Kupfertarget 3, das so angeordnet ist, daß dessen Sputter­ oberfläche oder Zerstäubungsoberfläche auf das Innere der Vakuumkammer 1 gerichtet ist. Ferner ist ein Permanentmagnet 6 in der gezeigten Weise angrenzend an das Target 3 und eine vorgeschaltete Targetelektrode 3a außerhalb der Vakuumkammer vorgesehen. Schließlich ist ein Joch 9 in Kontakt mit dem Permanentmagneten 6 auf dessen dem Target 3 angewandten Seite angebracht. Ferner ist ein zylindrischer Hohlraum 2 in ein durchgehendes Loch eingepaßt, das etwa im Zentrum des Targets 3 ausgebildet ist, wobei das in die Kammer hineinragende Ende des zylindrischen Hohlraums 2 in der gezeigten Weise nach außen geöffnet oder abgeschrägt ist, so daß sich der darge­ stellte geneigte Stirnseitenabschnitt 2a ergibt. Der zylin­ drische Hohlraum 2 ist mit einem Gaseinleitungsrohr 4 ausge­ stattet, das dazu dient, ein Inertgas in die Vakuumkammer 1 einzuleiten. Ferner sind zwei Dampfquellen 5 vorgesehen, die Dampfquellenbehälter 5a füllen, welche in der gezeigten Weise nahe eines Gasauslasses 4a des Gaseinleitungsrohrs 4 angeord­ net sind. Die Dampfquellen 5 werden durch Erhitzen der Behäl­ ter 5b mittels Spulen 5a verdampft, die um die Behälterwände herum gewunden sind. Mittels eines Schalters 7c wird jeweils einer der Spulen 5a selektiv Leistung zugeführt. Im Ausfüh­ rungsbeispiel wird Kupfer als Dampfquelle 5 verwendet. Die der Targetelektrode 3a zugeführte Spannung wird durch Über­ lagerung einer Spannung erzeugt, die von einer HF-Wechsel­ spannungsquelle 8a über eine Impedanzanpassungsvorrichtung 7a zugeführt wird, sowie einer weiteren Spannung, die von einer Gleichspannungsquelle 8b zum Sputtern abgeleitet wird, die in Serie mit einer Tiefpaßfilterschaltung 7b geschaltet ist.

Die zweite Sputtereinheit 20 umfaßt ein Chromtarget 23 und einen Permanentmagneten 26, der außerhalb der Vakuumkammer 1 angeordnet ist und über eine Targetelektrode 23a an das Tar­ get 23 angeschlossen ist (Fig. 2). Der Targetelektrode 23a wird Gleichstrom zugeführt.

Innerhalb der in Fig. 2 dargestellten Vakuumkammer 1 werden Substrate S₁, S₂ durch Substrathalter 12 gehalten, wobei die Schichtbildungsoberflächen der Substrate auf die jeweiligen Targets 3 bzw. 23 gerichtet sind. Die Substrathalter 12 sind auf einem Drehtisch 11 im unteren Bereich der Kammer gehal­ tert, der durch einen (nicht dargestellten) Motor angesteuert wird, wobei sich der Tisch in der Vakuumkammer 1 dreht.

Unter Verwendung der oben erläuterten Beschichtungsvorrich­ tung wird eine dünne Schicht (Cr-Cu-Cr Schichtfilm) auf den Oberflächen des Substrats S₁, S₂ entsprechend der im folgenden erläuterten Art und Weise ausgebildet.

Die Substrate S₁ und S₂, die als Basis zur Ausbildung der dünnen Schichten dienen, werden über eine (nicht dargestell­ te) Tür in die Vakuumkammer 1 eingebracht, die vorab unter Verwendung einer Vakuumpumpe bis auf einen vorbestimmten Vakuumbereich evakuiert worden ist, und werden dann am Sub­ strathalter 12 angebracht. Dann wird das Substrat S (im fol­ genden bezeichnet S sowohl S₁ als auch S₂) in eine Position gegenüberliegend dem Target 23 durch Drehen des Drehtisches 11 mittels eines Motors verschoben. In dieser Stellung wird der Targetelektrode 23a zum Sputtern oder Zerstäuben des Targets 23 Spannung zugeführt, wobei sich Cr-Partikel auf dem Substrat S unter Ausbildung einer Cr-Schicht abscheiden.

Darauffolgend wird das mit der Chromschicht versehene Sub­ strat S so verschoben, daß es dem Target 3 gegenüberliegt. In dieser Stellung wird, während das Inertgas Argon über das Gaseinleitungsrohr 4 in die Vakuumkammer 1 eingeleitet wird, das Sputtern des Targets 3 durchgeführt, indem der Target­ elektrode 3a die überlagerte Spannung zugeführt wird, die sich aus der Spannung von der HF Wechselspannungsquelle 8a, zugeführt über die Anpassungsvorrichtung 7a, und der Spannung aus der Gleichspannungsquelle 8b zusammensetzt, die in Serie mit der Tiefpaßfilterschaltung 7b geschaltet ist. Durch die­ sen Prozeß werden Cu-Partikel freigesetzt und auf dem Sub­ strat S abgeschieden. Andererseits wird gleichzeitig die Vakuumquelle 5 durch eine Spannung erhitzt, die von einer Spannungsquelle 8c der Spule 5a über einen Anschluß 7d zu­ geführt wird, der wiederum durch den Schalter 7c angesteuert wird. Dann werden die Cu-Partikel, die von der Vakuumquelle 5 abgedampft sind, über einen in der Nähe ausgestoßenen Inert­ gasstrahl auf das Substrat S geschleudert und scheiden sich dort ab. Die aus diesen Schritten gelieferten Cu-Partikel ergeben eine Cu-Schicht, wobei sich insgesamt eine dünne zweilagige Cr-Cu-Schicht auf dem Substrat S ergibt.

Anschließend wird das Substrat S wieder in die Gegenüberstel­ lung zum Target 23 bewegt. Wie zuvor werden wieder Cr-Parti­ kel abgeschieden, um auf diese Weise eine dreilagige Schicht aus Cr-Cu-Cr zu erzielen.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet groß bemessene Substrate als Substrat S. Dennoch ist eine dünne Schicht erzielbar, die sehr gleichmäßig und präzise ist. Im Vergleich mit der konventionellen Technologie können die gesputterten Partikel und die verdampften Partikel eine große Fläche in­ folge der vertikalen Anordnung der Mehrzahl von Sputterein­ heiten 10, 20 in der Seitenwand der Vakuumkammer 1 bedecken. Darüber hinaus trägt die Einleitung eines Inertgases dazu bei, daß diese Partikel das Substrat S in kurzer Zeit errei­ chen und stellt somit die Präzision der Schicht sicher.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind beide Dampfquellen aus demselben Element (Cu) hergestellt. Ist eine der Dampf­ quellen verbraucht, so sorgt der Umschalter 7c für eine Be­ aufschlagung der anderen Dampfquelle mit Spannung, so daß die Kupferpartikel kontinuierlich abgedampft werden.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel richtet sich auf die Bildung eines Cr-Cu-Cr Films. Jedoch sind auch Filme oder dünne Schichten anderer Zusammensetzungen gemäß den Kombina­ tionen aus Target 23, Target 3 und Dampfquelle 5 erzielbar.

Beispielsweise kann ein Titan-Target 23 mit einem Wolfram- Target 3 und einer Aluminiumdampfquelle 5 kombiniert werden, so daß sich eine Ti-A-(W)-Ti Schicht bildet.

Ferner sollte die vorliegende Erfindung auch nicht auf die kombinierte Verwendung der ersten Sputtereinheit 10 und zwei­ ten Sputtereinheit 20 gemäß obigem Ausführungsbeispiel einge­ schränkt werden. So kann auch die unabhängige Verwendung der ersten Sputtereinheit 10 einen mehrkomponentigen Dünnschicht­ film liefern. Beispielsweise wird eine TiN Schicht ausgebil­ det, indem zunächst eine Sputtereinheit 10 eingesetzt wird, die aus einem Titantarget 3 und einer Titandampfquelle 5 zusammengesetzt ist, und indem ein reaktives Gas aus Stick­ stoff oder Amonium ausgestoßen wird. Ferner ist eine Cr-Cu-Cr Schicht unter unabhängigem Einsatz einer ersten Sputterein­ heit 10 gewinnbar, indem eine Dampfquelle 5 mit Chrom und die andere mit Kupfer bestückt wird und der Umschalter 7c in entsprechend geeigneter Weise angesteuert wird.

Sind das Target 3 und die Dampfquelle 5 auf unterschiedlichen Materialien erstellt, so wird die Struktur einer mehrkompo­ nentigen Dünnschicht dadurch gesteuert, daß das Sputtern des Targets und das Ausstoßen der verdampften Partikel zu ge­ trennten Steuerzeitpunkten erfolgen.

Wie oben exemplarisch belegt, können verschiedenste vielfäl­ tige Schichtbildungsbedingungen nicht nur durch eine geeigne­ te Kombination des Targetmaterial, des Dampfquellenmaterials und des Inertgases erzielt werden, sondern auch durch eine geeignete Steuerung der zeitlichen Vorgabe und Dauer des Freisetzens der jeweiligen Partikel.

Schließlich sind die Positionen und Ausrichtungen der ersten Sputtereinheiten 10 und der zweiten Sputtereinheiten 20 nicht auf die Festlegungen des vorliegenden Ausführungsbeispiels eingeschränkt. Diese Faktoren können so ausgelegt werden, daß sie auf Abmessungen und Anzahl der Substrate in geeigneter Weise abgestimmt sind.

Ferner kann die Dampfquelle 5 in Form einer bootartigen Plat­ te oder pfannen- oder muldenartigen Dampfquelle ausgebildet sein. Ein Ausführungsbeispiel wird nun anhand von Fig. 4 für eine bootplattenartigen Dampfquelle erläutert. Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt durch eine bootplattenartige Dampfquelle dieses Ausführungsbeispiels und Fig. 3 zeigt eine schemati­ sche Ansicht einer Beschichtungsvorrichtung, die dieses Aus­ führungsbeispiel einsetzt.

Gemäß Fig. 4 ist die Dampfquelle 55 plattenartig als boot­ plattenartiges Stück ausgebildet. Die Oberseite der Dampf­ quelle 55 umfaßt einen vertieften oder ausgehöhlten Bereich 31, der durch drei nahezu senkrechte Seitenwände 33, eine offene Seite und eine Bodenwandung 34 eingegrenzt wird, die nahezu senkrecht bezüglich der Seitenwände 33 ausgebildet ist. Durch die Bootplatte erstrecken sich Durchgangslöcher 32, und zwar senkrecht bezüglich der Bodenebene 34, wobei jedes Loch nahe an einer der Seitenwände 33 positioniert ist.

Eine Beschichtungsvorrichtung, die die Dampfquelle 55 ver­ wendet, zeichnet sich konstruktionsmäßig als Modifikation der Vorrichtung der Fig. 1 speziell durch die Dampfquelle 55 und die hiermit verbundenen Strukturen aus. Demgemäß behandelt die folgende Beschreibung nur diese Strukturen, die in Fig. 1 dargestellt sind, jedoch für die Dampfquelle 55 in geeigneter Weise modifiziert sind. Der Gesamtaufbau der Beschichtungs­ vorrichtung entspricht demjenigen gemäß Darstellung in Fig. 2 und es ist hierzu keine weitere Erläuterung erforderlich.

Gemäß Fig. 3 ist die bootplattenartige Dampfquelle 55 an der Öffnung des zylindrischen Hohlraums 2 auf der Substratseite installiert. Ein Aluminiumdraht 35 ist durch das Gaseinlei­ tungsrohr 4 eingeführt und so angeordnet, daß seine Spitze die Bodenebene 34 der Dampfquelle 55 in der dargestellten Weise berührt.

Wird der Aluminiumdraht 35, der die Bodenebene 34 berührt, auf eine hohe Temperatur gebracht, so verdampft das Aluminium spontan. Die abgedampften Aluminiumpartikel diffundieren nicht nur aufwärts, sondern auch durch die Löcher 32 bezüglich der Dampfquelle 55 in die rückwärtige Richtung. Darüber hinaus werden diese Partikel mit einem Inertgasstrahl auf die Sub­ strate S₁ und S₂ mitgezogen und getragen und auf den Substra­ ten abgeschieden. Auf diese Weise können die verdampften Partikel in ausgedehnter Weise verteilt werden, indem es ihnen ermöglicht wird, sich auf die Rückseite der Dampfquelle 55 über die Löcher 32 auszubreiten. Infolgedessen werden die verdampften Partikel gleichmäßig über einen größeren Bereich mit einer größeren Abscheidungsspannung oder einen größeren Abscheidungsdruck oder -potential abgeschieden.

Alternativ kann das Verdampfungsmaterial in Form eines Drah­ tes vorliegen, der über eine Drahteinspeisungsvorrichtung von außerhalb der Vakuumkammer zugeführt wird. Gleichermaßen kann ein pulverförmiges Verdampfungsmaterial durch ein Rohr zu­ geführt werden. Diese Anordnungen ermöglichen eine kontinu­ ierliche Zufuhr des Verdampfungsmaterials über eine lange Zeitdauer.

Zusammenfassend umfaßt die Beschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung bevorzugt ein Gaseinleitungsrohr zum Einleiten eines Inertgases in eine Vakuumkammer, eine Vakuumquelle und ein Target und bildet eine dünne Schicht durch Abscheiden gesputterter Partikel und verdampfter Partikel auf der Ober­ fläche eines Substrats aus, wobei die gesputterten Partikel durch Zerstäuben des Targets unter Verwendung der Ionenener­ gie eines Plasmas freigesetzt werden, das um das Target herum erzeugt wird, während die verdampften oder evaporierten Par­ tikel durch Verdampfen einer Dampfquelle über Erhitzen und Ionisieren der verdampften Komponenten unter Ausnutzung des Plasmas gewonnen werden. Speziell umfaßt diese Vorrichtung einen Substrathalter zum Halten des Substrats derart, daß dessen schichtbildende Oberfläche der Seitenwand der Vakuum­ kammer gegenüberliegt; einen Drehtisch zum Drehen des Sub­ strathalters innerhalb der Vakuumkammer; ein Target, das in der Seitenwand der Vakuumkammer so angeordnet ist, daß seine Sputteroberfläche auf die Innenseite der Vakuumkammer gerich­ tet ist; einen Hohlraumkörper, der lösbar in eine Durchgangs­ bohrung eingepaßt ist, die angenähert durch das Zentrum des Targets hindurchgehend ausgebildet ist, und der einen darin ausgebildeten Hohlraum aufweist; ein Gaseinleitungsrohr zum Einleiten des Inertgases in den Hohlraum im Hohlraumkörper; und eine Dampfquelle, die im Hohlraum nahe des Gasauslasses des Gaseinleitungsrohrs vorgesehen ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Ausbildung einer dünnen Schicht, umfassend das Einleiten eines Inertgases in eine Vakuumkammer und das Abscheiden zerstäubter Partikel und verdampfter Partikel auf der Oberfläche eines Substrats, wobei die zerstäubten Partikel durch Sputtern eines Targets unter Ausnutzung der Ionenenergie eines Plasmas freigesetzt werden, das um das Target herum erzeugt wird, während die verdampften Partikel durch Verdampfen einer Dampf­ quelle über Erhitzen und Ionisieren der verdampften Komponenten unter Ausnutzung des Plasmas gewonnen wer­ den, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß:
das Target in der Seitenwand der Vakuumkammer so ange­ ordnet wird, daß die Targetsputteroberfläche auf das Innere der Vakuumkammer gerichtet ist;
das Besputtern des Targets und das Erhitzen der Dampf­ quelle gleichzeitig oder zeitlich getrennt erfolgen, während das Inertgas durch einen Hohlraum in einem Hohl­ körper eingeleitet wird, der lösbar in ein Durchgangs­ loch eingebracht ist, das angenähert im Zentrum des Targets ausgebildet ist, wobei die Oberfläche des Sub­ strats der Sputteroberfläche des Targets gegenüberlie­ gend gehalten wird; und
daß die resultierenden zerstäubten Partikel und ver­ dampften Partikel gleichzeitig oder zeitlich getrennt mittels eines Strahls des eingeleiteten Inertgases auf die Oberfläche des Substrats mitgerissen werden, wodurch eine dünne Schicht ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Targetmaterial ein anderes Material als das der Dampfquelle eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dampfquelle ein plattenartiges Stück mit einem hohlen Bereich in der Plattenoberseite verwendet wird und daß der hohle Bereich mehrere Durchgangslöcher ent­ hält, die sich bezüglich der Oberseite der Dampfquelle senkrecht erstrecken.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Targets und Dampfquellen angeordnet werden und daß in jedem der Targets ein Hohlkörper derart lös­ bar eingepaßt wird, daß das Inertgas in den Hohlraum im Hohlkörper eingeleitet wird.

5. Vorrichtung zur Ausbildung einer dünnen Schicht, aufweisend ein Gaseinleitungsrohr (4) zum Einleiten eines Inertgases in eine Vakuumkammer (1), eine Dampf­ quelle (5, 55) und ein Target (3, 23), mit Ausnutzung der Abscheidung zerstäubter Partikel und verdampfter Partikel auf der Oberfläche eines Substrats (S₁, S₂) zur Ausbildung einer dünnen Schicht, wobei die zerstäubten Partikel durch Sputtern des Targets unter Ausnutzung von Ionenenergie eines Plasma freisetzbar sind, das um das Target herum erzeugt wird, während die verdampften Par­ tikel durch Verdampfen der Dampfquelle unter Erhitzen und Ionisieren verdampfter Komponenten bei Ausnutzung des Plasmas gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung umfaßt:
eine Halteeinrichtung (12), die das Substrat derart hält, daß dessen schichtbildende Oberseite auf die Sei­ tenwand der Vakuumkammer (1) gerichtet ist;
einen Drehtisch (11), der die Halteeinrichtung (12) innerhalb der Vakuumkammern dreht;
wobei das Target (3, 23) so in der Seitenwand der Vaku­ umkammer (1) angeordnet ist, daß seine Sputteroberfläche auf das Innere der Vakuumkammer gerichtet ist;
einen Hohlkörper (2), der lösbar in ein Durchgangsloch einpaßbar ist, das sich angenähert durch das Zentrum des Targets erstreckt, und der einen darin ausgebildeten Hohlraum aufweist;
wobei das Gaseinleitungsrohr (4) Inertgas in den Hohl­ raum des Hohlkörpers einleitet und
eine Dampfquelle (5, 55) im Hohlraum nahe eines Gasaus­ lasses des Gaseinleitungsrohrs (4) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dampfquellen (5a, 5b) im Hohlraum nahe des Gasauslasses des Gaseinleitungsrohrs (4) angeordnet sind und wahlweise aus demselben Element unter unterschiedli­ chen Elementen aufgebaut sind, und daß ein Umschalter (7c) vorgesehen ist, der zur selektiven Zufuhr von Span­ nung so steuerbar ist, daß eine der Dampfquellen erhitzt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfquelle (55) ein plattenartiges Teil mit einem hohlen Bereich in der Oberseite der Platte ist, und daß der hohle Bereich mehrere Durchgangslöcher (32) aufweist, die sich bezüglich der Oberseite der Dampf­ quelle senkrecht erstrecken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere integrierter Einheiten vorgesehen sind, die jeweils den Hohlkörper, welcher einen Hohlraum, ausge­ stattet mit dem Gaseinleitungsrohr (4) aufweist, und die Dampfquelle sowie auch das Target umfassen, und die in oder in der Umgebung der Seitenwand der Vakuumkammer angeordnet sind, und daß die Haltevorrichtung (12) zum Halten der mehreren Substrate (S₁, S₂) ausgelegt ist.