DE2203080C2 - Method for producing a layer on a substrate - Google Patents

Method for producing a layer on a substrate

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum HerstellenThe invention relates to a method of manufacture

einer Schicht auf einem Substrat, wobei während des Erzeugens gleichzeitig eine Abtragung vom Schichtmaterial erfolgta layer on a substrate, wherein during the At the same time, the layer material is removed

Dünne Schichten, beispielsweise aus Oxiden, Nitriden oder Sulfiden, werden insbesondere in Verbindung mitThin layers, for example made of oxides, nitrides or sulfides, are particularly used in conjunction with Halbleiterbauelementen hergestellt. Zum Beispiel benötigen Bauelemente mit Josephson-Obergängen sehr dünne Schichten von weniger als 5nm Dicke als Tunnel-Sperrschichten zwischen zwei supraleitenden Elektroden. Gewöhnlich wird die Basiselektrode zurSemiconductor components manufactured. For example, devices with Josephson transitions are very demanding thin layers less than 5nm thick than Tunnel barriers between two superconducting electrodes. Usually the base electrode becomes Bildung der Sperrschicht oxidiert Ein anderes Bauelement das die Herstellung einer sehr dünnen, isolierenden Schicht erfordert, ist der Feldeffekttransistor. Solche Schichten werden in der Regel durch die Reaktion des Materials der Unterlage mit einemFormation of the barrier layer oxidizes Another component that requires the production of a very thin, insulating layer is the field effect transistor. Such layers are usually created by the reaction of the material of the base with a anderen, meistens gasförmigen Material gewonnen. Ein typisches Beispiel ist die Herstellung einer Oxidschicht durch Oxidation der Unterlage an ihrer Oberfläche.other, mostly gaseous material obtained. A typical example is the production of an oxide layer by oxidation of the substrate on its surface.

Es ist bei der wiederholten Bildung solcher dünnen Schichten wichtig, daß alle Schichten die gleiche DickeIt is important in the repeated formation of such thin layers that all layers are of the same thickness besitzen. Beispielsweise ändert sich der Tunnelstrom bei Josephson-Anordnungen exponentiell mit der Dicke der Tunnel-Sperrschicht, so daß schon sehr geringe Änderungen der Sperrschicht zwischen den einzelnen Anordnungen schwerwiegende Pi^Weme aufwerfen,own. For example, the tunnel current in Josephson devices changes exponentially with the thickness of the Tunnel barrier, so that very little changes in the barrier between each Orders to raise serious pi ^ weme, wenn mehrere dieser Anordnungen mit gleichen elektrischen Eigenschaften benötigt werden. -if several of these arrangements with the same electrical properties are required. -

Eine weitere Schwierigkeit bei der Herstellung dünner Schichten ist das Auftreten von Verunreinigungen. Häufig wird die Unterlage, auf der die SchichtAnother difficulty in the production of thin layers is the appearance of impurities. Often the base on which the layer gebildet werden soll, in die Glimmentladung zwischen einer Kathode und einer Anode gebracht Hierbei findet jedoch eine gewisse Zerstäubung des Kathodenmaterials statt, das sich dann trotz einer Abschirmung oft auf der Unterlage niederschlägt und so die Schichtto be formed in the glow discharge between A cathode and an anode brought here, however, a certain atomization of the cathode material takes place, which then often occurs despite a shield the surface and so the layer verunreinigt Es ist weiterhin sehr wichtig, daß die Schicht gleichmäßig ist Feine Poren und Verunreinigungen beispielsweise in isolierenden Schichten können bei der späteren Verwendung Kurzschlüsse verursachen. Es ist daher bei den bekannten Verfahren zurcontaminated It is still very important that the Layer is evenly Fine pores and impurities can be found in insulating layers, for example cause short circuits during later use. It is therefore in the known method for Herstellung von dünnen Schichten von großer Bedeutung, daß die verwendeten Geräte ein Höchstmaß an Sauberkeit aufweisen.Manufacture of thin layers of great importance that the equipment used to the maximum Show cleanliness.

Diese Verfahren besitzen ebenfalls keine Möglichkeit, die Dicke der gebildeten Schicht genau zu steuern.These procedures also have no way of to precisely control the thickness of the layer formed.

Normalerweise wird der Aufwachsvorgang nach einer bestimmten Zeitspanne beendet, wobei angenommen wird, daß die Schicht in dieser Zeit etwa eine bestimmte Dicke erreicht hat. Insbesondere bei sehr dünnen Schichten, z. B. mit einer Dicke mit weniger als 5 nm,Usually, the wake-up process stops after a certain period of time, assuming becomes that the layer has reached a certain thickness in this time. Especially with very thin ones Layers, e.g. B. with a thickness of less than 5 nm, können dabei jedoch erhebliche Abweichungen von der vorgesehenen Dicke auftreten. Bei einer Oxydation beispielsweise können durch die unerwünschte Anwesenheit von Wasserdampf zusätzliche SauerstoffionenHowever, there can be considerable deviations from the intended thickness occur. In the case of oxidation, for example, the undesired presence of water vapor can cause additional oxygen ions

freigesetzt werden, so daß die Oxydschicht dicker wird als vorgesehen war. Außerdem ist die Qualität dieser Schicht vermindertreleased, so that the oxide layer is thicker than intended. Besides, the quality is this Layer diminished

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht anzugeben, bei dem die Dicke der fertiggestellten Schicht unabhängig von der Dauer des Verfahrens ist Auch soll eine wiederholte Bildung von Schichten immer die gleiche Schicludicke ergeben. Weiterhin so'flen die Schichten eine hohe Qualität aufweisen, unabhängig vom Grad der Verunreinigung der Umgebung.It is therefore the object of the present invention to specify a method for producing a layer, where the thickness of the finished layer is independent of the duration of the procedure, too repeated formation of layers always results in the same layer thickness. They continue to do so Layers are of high quality regardless of the level of pollution in the environment.

Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelost, daß solche Verfahren zum Erzeugen und/oder Abtragen angewandt werden, welche mit von der Schichtdicke abhängigen Geschwindigkeiten ablaufen, und daß die Verfahrensparameter so festgelegt werden, daß bei einer gewünschten Schichtdicke die Erzeugungs- und die Abtragungsgeschwindigkeit gleich groß sind.These tasks are achieved with a method of the type mentioned in that such Processes for generating and / or ablating are used which depend on the layer thickness Dependent speeds run, and that the process parameters are set so that at a desired layer thickness, the generation and the removal rate are the same.

Vorzugsweise wird zum Erzeugen der Schicht die Oberfläche des Substratmaierials mit einem Gas zur Reaktion gebracht Hierzu wird vorteilhaft ei.i Substrat aus einem Metall, einem Oxid oder einem Halbleitermaterial verwendet, wobei die Umwandlung durch Einwirkung von Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Schwefel, Schwefelwasserstoff und/öder Methan erfolgt Beim Erzeugen der Schicht wird vorzugsweise ein Verfahren angewandt, dessen Geschwindigkeit von der Schichtdicke abhängig ist, und für das Abtragen des Schichtmaterials ein Verfahren, dessen Geschwindigkeit von der Schichtdicke unabhängig ist Es ist günstig, wenn zum Herstellen der Schicht zunächst eine Schicht erzeugt wird, welche dicker als erwünscht ist und daß dann gleichzeitig erzeugt und abgetragen wird, wobei zunächst mit einer kleineren Geschwindigkeit erzeugt als abgetragen wird. Bevorzugt wird die Schicht mittels Oxidation, Reduktion oder des Niederschiagens aus der Dampfphase erzeugt und mittels Kathodenzerstäubung, Ionen- oder Elektronenstrahlen oder eines Lösungsprozesses das Scflichtmaterial abgetragen. Im übrigen ist es auch möglich, die Schicht beispielsweise mittels Aufdampfen, Aufstäuben od. Plattieren aufzubringen.The surface of the substrate material is preferably coated with a gas to produce the layer Bringing a reaction To this end, it is advantageous to use a substrate of a metal, an oxide or a semiconductor material used, the conversion being by The action of oxygen, nitrogen, hydrogen, sulfur, hydrogen sulfide and / or methane takes place. When the layer is generated, a Process used, the speed of which depends on the layer thickness, and for the removal of the Layer material a process, the speed of which is independent of the layer thickness. if, in order to produce the layer, a layer is first produced which is thicker than desired and that is then generated and removed at the same time, initially generated at a lower speed than is removed. The layer is preferred by means of Oxidation, reduction or precipitation generated from the vapor phase and by means of cathode sputtering, Ion or electron beams or a solution process removes the layer material. Otherwise it is also possible to apply the layer for example by means of vapor deposition, sputtering or plating.

Die Unterlage kann aus einem beliebigen Material, beispielsweise einem Halbleiter oder einem Metall, bestehen. Ein reaktionsfähiges Mittel wird mit der Unterlage in Berührung gebracht, so daß sich die gewünschte Schicht bildet Solche Schichten bestehen aus z. B. Oxiden, Nitriden, Sulfiden. Während die Schicht aufgewachsen wird, findet gleichzeitig ein Vorgang statt, durch den die Schicht teilweise wieder abgetragen wird. Nach einer gewissen Zeitspanne bildet sich ein Gleichgewichtszustand aus, in dem die Aufwachsgeschwindigkeit gleich der Abtragungsgeschwindigkeit ist Die Dicke der Schicht ändert sich somit nicht mehr. Sie ist nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes unabhängig von der VerfahrenszeitThe base can be made of any material, for example a semiconductor or a metal, exist. A reactive agent is brought into contact with the substrate so that the desired layer forms Such layers consist of, for. B. oxides, nitrides, sulfides. During the shift is grown up, a process takes place at the same time, through which the layer is partially removed again will. After a certain period of time, a state of equilibrium develops in which the growth rate is the same as the removal rate The thickness of the layer no longer changes. After reaching the equilibrium state, it is independent of the process time

Im speziellen Fall der Bildung einer Oxidschicht kann eine Hochfrequenzentladung mit geringer Energie in Sauerstoff zur Oxidation benutzt werden. Die Unterlage wird an der Kathode der Entladungsstrecke befestigt, so daß gleichzeitig mit der Oxidation auch eine gewisse Zerstäubung an der Oberfläche der Unterlage auftritt Wenn die Oxydationsgeschwindigkeit zu Beginn größer als die Zerstäubungsgeschwindigkeit ist dann bildet sich eine Oxidschicht Die Geschwindigkeit der Oxidbildung nimmt jedoch mit steigender Oxiddicke ab, da dies ein durch Diffusion bestimmter Vorgang ist. Die Zerstäubungsgeschwindigkeit ist dagegen unabhängig von derIn the special case of the formation of an oxide layer, a high-frequency discharge with low energy can occur in Oxygen can be used for oxidation. The underlay is attached to the cathode of the discharge path, so that simultaneously with the oxidation also a certain Atomization on the surface of the backing occurs when the rate of oxidation is greater at the beginning than the sputtering rate, an oxide layer then forms The rate of oxide formation however, it decreases with increasing oxide thickness, since this is a process determined by diffusion. The atomization speed, however, is independent of the Dicke des beschossenen Oxids, Wenn somit bei einer bestimmten Oxiddicke die Aufwachsgeschwindigkeit auf den Wert der Abtragungsgeschwindigkeit gesunken ist, dann stellt sich der Gleichgewichtszustand ein, in dem die Dicke des Oxids auf einem konstanten Wert gehalten wird.Thickness of the bombarded oxide, if thus at a certain oxide thickness, the growth rate decreased to the value of the removal rate then the equilibrium is established, in the thickness of the oxide is kept at a constant value.

Wenn umgekehrt eine Oxidschicht mit bestimmter Dicke bereits vorhanden ist und die Anfangsgeschwindigkeit der Zerstäubung höher ist als diejenige des ίο Aufwachsens, dann nimmt die Oxiddicke ab bis zu einem Wert bei dem der Gleichgewichtszustand erreicht ist Durch die Vorgabe der beiden Geschwindigkeiten kann somit die Oxidschicht bis zu einer vorbestimmten Dicke abgetragen werden.Conversely, if an oxide layer of a certain thickness is already present and the initial rate of sputtering is higher than that of the ίο growing up, then the oxide thickness decreases up to one Value at which the state of equilibrium is reached By specifying the two speeds thus the oxide layer can be removed to a predetermined thickness.

is Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Oxidschicht durch ein geeignetes Mittel, wie z. B. Wasserstoff, zu reduzieren. Die Glimmentlacung findet dann in Wasserstoff statt Die Dicke der reduzierten Schicht wird ebenfalls durch das Verhältnis von Reduktions- und Abtragungsgeschwindigkeit benimmt Beispielsweise kann eine Unterlage aus Bleioxid durch Beschüß mit Wasserstoffionen reduziert werden, so daß sich auf dem Bleioxid eine Schicht aus Blei mit vorgegebenener Dicke ausgebildetis Another possibility is to apply an oxide layer by a suitable means, such as e.g. B. hydrogen to reduce. Glimmentlaung then takes place in Hydrogen instead of The thickness of the reduced layer is also determined by the ratio of reduction For example, a base made of lead oxide can be damaged by bombardment are reduced with hydrogen ions, so that on the lead oxide a layer of lead with a given Thickness formed

Die Kathodenzerstäubung mit gleichzeitigem Aufwachsen ist besonders geeignet für die Herstellung sehr dünner Schichten mit konstanter Dicke. Schichten mit einer Dicke von weniger als 10 nm können ohne weiteres hergestellt werden, wobei die folgendenThe sputtering with simultaneous growth is particularly suitable for the production very thin layers of constant thickness. Layers with a thickness of less than 10 nm can be used without another can be made, being the following Parameter in entsprechender Weise eingestellt werden müssen: (1) die Temperatur der Unterlage, (2) die Hochfrequenzenergie, (3) der Druck der reaktionsfähigen Gase, (4) die Zusammensetzung der Gase in der Zerstäubungskammer. Einige dieser Parameter beeinParameters can be set in a corresponding manner must: (1) the temperature of the substrate, (2) the high frequency energy, (3) the pressure of the reactive gases, (4) the composition of the gases in the Atomization chamber. Some of these parameters affect flüssen den Abtragungsvorgang stärker, während die anderen eine größere Wirkung auf den Aufwachsvorgang besitzen. Andere Faktoren, wie der Grad der Verunreinigung, haben keinen Einfluß auf die Bjidung der Schichtflow the removal process more strongly, while the others have a greater effect on the growth process. Other factors, such as the degree of Contamination do not affect the layer's thickness

Die zu beschichtenden Unterlagen werden vorzugsweise auf der Kathode befestigt Anschließend wird eine Glimmentladung zwischen Anode und Kathode gezündet Die mit der Unterlage reagierenden Gase werden in die Zerstäubungskammer eingeführt, wobei die Entlass dung durch die angelegte Hochfrequenzspannung aufrecht erhalten wird. Es finden nun gleichzeitig der Aufwachs- und der Abtragungsvorgang statt, wobei sich bei einer durch die einzelnen Parameter bestimmten Dicke der neugebildeten Schicht der GlekhgewichtszuThe substrates to be coated are preferably attached to the cathode Glow discharge ignited between anode and cathode The gases that react with the substrate are in introduced into the atomization chamber, the discharge being effected by the applied high-frequency voltage is maintained. The growth and the removal process now take place at the same time, with each other in the case of a thickness of the newly formed layer determined by the individual parameters, the weight increases stand einstellt Da die Unterlagen direkt auf der Kathode angeordnet sind, lagert sich kein zerstäubtes Kathodenmaterial auf ihnen ab, was jedoch dann der Fall färe, wenn die Unterlagen im Entladungsraum zwischen Anode und Kathode untergebracht wordenAs the documents stand directly on the Cathode are arranged, no sputtered cathode material is deposited on them, but what then the Case if the documents are in the unloading area between the anode and cathode wären. Außerdem könnten sich dann Sdlicbten mit ungleichförmiger Dicke ausbilden, da auch eine gewisse Zerstäubung zwischen der Unterlage und der Kathode auftreten könnte Diese Schwierigkeiten werden vermieden, wenn die Unterlagen direkt auf der Kathodewould be. In addition, the southerners could then join in Form a non-uniform thickness, since there is also a certain amount of atomization between the substrate and the cathode These difficulties can be avoided if the pads are placed directly on the cathode befestigt sind. Auch wird dann die Entladung zwischen Anode und Kathode nicht gestört Hierdurch läßt sich der Prozeß leichter steuern, und die so erhaltenen Schichten weisen aus diesem Grunde ebenfalls eine größere Gleichförmigkeit auf.are attached. Also then the discharge is between Anode and cathode not disturbed This makes it easier to control the process and the results obtained in this way For this reason, layers are also more uniform.

« Mit dem vorliegenden Verfahren können weiterhin Schichten mit sich ändernder Zusammensetzung dadurch geschaffen werden, daß die Gaszusammensetzung in der Kammer während der Herstellung der«With the present proceedings you can continue Layers with changing composition are created by the fact that the gas composition in the chamber during the manufacture of the

Schichten geändert wird.Layers is changed.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß besondere Maßnahmen zur Reinigung der Kammer nicht erforderlich sind. Bei den bekannten Verfahren erfolgt vor dem Niederschlagen auf die Unterlage eine Entladung von längerer Dauer, durch die die Kammer gereinigt wird. Dadurch, daß das Schichtmaterial abgetragen und gleichzeitig neu gebildet wird, werden sämtliche ursprünglich darin enthaltenen Verunreinigungen entfernt. Man erhält somit Schichten, die in weitestgehendem Maße von Verunreinigungen befreit und daher von hoher Qualität sind. Auch wenn die Schicht infolge von Verunreinigungen dicker wird, als vorgesehen war, dann wird sie durch das sich einpendelnde Gleichgewicht doch wieder auf die gewünschte Dicke zurückgebracht.Another advantage of the method is that special measures for cleaning the chamber are not required. In the known methods, a is carried out before it is deposited on the substrate Discharge of a longer duration that cleans the chamber. In that the layer material is removed and formed anew at the same time, all the impurities originally contained therein are removed removed. This gives layers that are largely free of impurities and therefore of high quality. Even if the layer becomes thicker than was intended, then it will be brought back to that by the leveling equilibrium desired thickness brought back.

Obwohl eine Entladung mit Gleichspannung möglich ist. wird eine Entladung mit Hochfrequenzspeisung bevorzugt. Die Entladung kann mit Hochfrequenz bei niedrigeren Drücken aufrechterhalten werden. Hierdurch ist es leichter, auf der gebildeten Schicht haftende Teilchen zu entfernen, bevor eine nachfolgende Schicht aufgebracht wird. Wird z. B. eine Oxidschicht auf einer metallischen Unterlage hergestellt, und soll darüber eine weitere Metallschicht als Gegenelektrode aufgebracht werden, dann ist es leichter, auf der Oxydschicht haftende Sauerstoffatome zu entfernen, wenn die Glimmentladung mit Hochfrequenz- anstatt mit Gleichspannung betrieben wird.Although a DC discharge is possible. becomes a discharge with high frequency feed preferred. The discharge can be sustained with high frequency at lower pressures. Through this it is easier to remove particles adhering to the layer formed before a subsequent layer is applied. Is z. B. made an oxide layer on a metallic base, and should have a Another metal layer can be applied as a counter electrode, then it is easier to apply it to the oxide layer Remove adhering oxygen atoms when the glow discharge is carried out with high frequency instead of direct voltage is operated.

Obwohl die Durchführung des Verfahrens mit Hilfe einer Kathodenzerstäubungskammer besonders vorteilhaft erscheint, können der Aufwachs- und der Abtragungsvorgang auch in anderer Weise vorgenommen werden. Zum Beispiel können diese beiden Vorgänge mit getrennten Apparaturen durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Ionenstrahl zum Abtragen der aufwachsenden Schicht verwendet werden. Eine andere Kombination von Aufwachsen und Abtragen ist das anodische Niederschlagen auf einer Unterlage in einer Flüssigkeit, durch die dieser Niederschlag teilweise wieder gelöst wird. Es ist somit augenscheinlich, daß das Aufwachsen und Abfragen getrennte, unabhängig voneinander einstellbare Vorgänge sind, die mit der gleichen oder mit verschiedenen Apparaturen durchgeführt werden. Die Aufwachs- und Abtragungsgeschwindigkeiten können jederzeit während der Bildung der Schicht oder auch vorher in beliebiger Weise verändert oder eingestellt werden, so daß der Gleichgewichtszustand sich bei einer gewünschten Schichtdicke einstellt.Although it is particularly advantageous to carry out the process with the aid of a cathode sputtering chamber appears, the growth and the removal process can also be carried out in another way will. For example, these two operations can be performed with separate apparatus will. For example, an ion beam can be used to remove the growing layer. Another combination of growth and removal is anodic deposition on one Pad in a liquid through which this precipitate is partially dissolved again. So it is apparently that growing up and querying separate, independently adjustable processes which are carried out with the same or with different apparatus. The wake up and Ablation speeds can be set at any time during the formation of the layer or beforehand in can be changed or adjusted in any way so that the equilibrium is at a desired one Adjusts the layer thickness.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargstellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the figures.

Es zeigtIt shows

F i g. I eine Hochfrequenzzerstäubungsanlage, in der das beanspruchte Verfahren ausgeführt werden kann,F i g. I a high-frequency atomization system in which the claimed method can be carried out,

Fig.2A die Dicke χ einer durch Oxydation aufgewachsenen Schicht in Abhängigkeit von der Zeit2A shows the thickness χ of a layer grown by oxidation as a function of time

F i g. 2B die Dicke χ einer einem Zerstäubungsvorgang unterworfenen Schicht in Abhängigkeit von der Zeit,F i g. 2B the thickness χ of a layer subjected to a sputtering process as a function of time,

F i g. 2C die Oxydations- und die Zerstäubungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit,F i g. 2C the rate of oxidation and atomization depending on the time,

F i g. 3A, 3B, 3C die Herstellung einer Oxidschicht auf einer Unterlage undF i g. 3A, 3B, 3C show the production of an oxide layer a pad and

F i g. 4A, 4B, 4C die Herstellung einer Metallschicht mit bestimmter Dicke auf einer Oxidunterlage.F i g. 4A, 4B, 4C show the production of a metal layer with a certain thickness on an oxide base.

Das vorliegende Verfahren verwendet das gleichzeitige Auftreten eines Aufwachs- und eines Abtragungsvorganges, um Schichten mit reproduzierbarer Dicke und guter Qualität auf verschiedenen Unterlagen herzustellen. Dieses Verfahren wird vorteilhaft anhand der Bildung einer Oxydschicht vorgegebener Dicke auf einer Unterlage beschrieben. Es ist selbstverständlich, daß auch andere Schichten, wie beispielsweise Nitride, Sulfide auf einer entsprechenden Unterlage hergestellt werden können. Da der Aufwachsvorgang und derThe present method utilizes the simultaneous occurrence of growth and removal to produce layers of reproducible thickness and produce good quality on different substrates. This method is advantageously based on the formation of an oxide layer of a given thickness on a base. It goes without saying that other layers, such as nitrides, sulfides, are also produced on an appropriate base can be. Since the wake-up process and the

to Abtragungsvorgang unabhängig voneinander steuerbar sind, kann der Gleichgewichtszustand bei jeder gewünschten Dickt erreicht werden.to the removal process can be controlled independently of one another, the equilibrium state can be achieved with each desired thickness can be achieved.

Für den speziellen Fall der Bildung einer Oxidschicht erfolgt in der Zerstäubungskammer eine Entladung mit geringer Hochfrequenzenergie in einer Sauerstoffatmosphäre. Die Unterlagen sind an der Kathode befestigt und werden gleichzeitig oxydiert und zerstäubt. Hierbei stellen die Oxydation den Aufwachsvorgang und die Zerstäubung den Abtragungsvorgang dar. 'wenn die Oxydationsgeschwindigkeit zu Beginn größer ist als die Zerstäubungsgeschwindigkeit, dann kann sich eine Oxidschicht auf den Unterlagen ausbilden. Die Oxydationsgeschwindigkeit nimmt mit steigender Oxiddicke ab, da die Oxydation ein diffusionsbegrenzter Prozeß ist.For the special case of the formation of an oxide layer, a discharge also takes place in the sputtering chamber low radio frequency energy in an oxygen atmosphere. The pads are attached to the cathode and are oxidized and atomized at the same time. Here the oxidation represent the growth process and the Atomization represents the erosion process. 'If the oxidation rate is greater than that at the beginning Speed, then an oxide layer can form on the substrates. The rate of oxidation decreases with increasing oxide thickness, since the oxidation is a diffusion-limited process.

Die Zerstäubungsgeschwindigkeit ist jedoch unabhängig von der Dicke des beschossenen Oxyds. Daher nimmt die Oxyddicke so lange zu, bis die Oxydationsgeschwindigkeit auf den Wert der Zerstäubungsgeschwindigkeit gesunken ist. Von diesem Zeitpunkt an bleibt dieHowever, the atomization speed is independent of the thickness of the bombarded oxide. Therefore the oxide thickness increases until the rate of oxidation reaches the value of the rate of atomization has decreased. From this point on, the

Oxiddicke konstant, unabhängig von der weiteren Verfahrensdauer.Oxide thickness constant, regardless of the further duration of the process.

Wenn umgekehrt bereits eine Oxidschicht auf der Unterlage vorhanden ist und die Zestäubungsgeschwindigkeit zu Beginn größer als die Oxydationsgeschwin-Conversely, if there is already an oxide layer on the base and the speed of the sputtering at the beginning greater than the oxidation rate

J5 digkeit ist, dann wird die Oxidschicht so weit abgetragen, bis die beiden Geschwindigkeiten den gleichen Wert besitzen. Bei angelegter Hochfrequenzspannung bedeutet dies, daß sich diese beiden Geschwindigkeiten über eine volle Periode der Spannung ausgleichen. Dabei kann während der einen Halbperiode eine der beide Geschwindigkeiten dominieren, während in der anderen Halbperiode die andere Geschwindigkeit größer ist. Mit dem hier beschriebenen Verfahren wurden dünne Oxydschichten mit einer Dicke von 2 bis 5 nm hergestellt. Die gewünschte Dicke der Schichten kann mit Hilfe der Parameter des Zerstäubungssystems eingestellt werden. Zu diesen zählen der Sauerstoffdruck, die Hochfrequenzenergie, die Zusammensetzung der Atmosphäre in der Kammer und die Temperatur der Unterlagen. Mit diesen Parametern können die Geschwindigkeiten der Zerstäubung und der Oxydation unabhängig voneinander gesteuert werden. Auf diese Weise läßt sich jede gewünschte Dicke erreichen;If this is not enough, then the oxide layer will be so wide removed until the two speeds have the same value. With applied high frequency voltage this means that these two speeds are over a full period of the Balance tension. One of the two speeds can dominate during one half-cycle, while in the other half period the other speed is greater. With the one described here In the process, thin oxide layers with a thickness of 2 to 5 nm were produced. The thickness you want the layers can be adjusted with the help of the parameters of the sputtering system. To this include the oxygen pressure, the radio frequency energy, the composition of the atmosphere in the chamber and the temperature of the documents. With these parameters the speeds of the atomization and the oxidation can be controlled independently of one another. In this way each achieve desired thickness;

Die F i g. I zeigt eine Anlage, mit der die Bildung von Schichten durch gleichzeitige Oxydation und Zerstäubung vorgenommen werden kann. Diese an sich bekannte Zerstäubungsanlage besitzt eine Kammer 10 aus Glas mit jeweils einer oberen und einer unterenThe F i g. I shows a system with which the formation of layers by simultaneous oxidation and sputtering can be made. This atomization system, known per se, has a chamber 10 made of glass, each with an upper and a lower one

Platte WA und WB aus MetalL Eine Hochfrequenz-Kathode 12 wird von einem Kragen 13 gehalten, der sie von der Platte WA isoliert Die Kathode 12 ist wassergekühlt und besitzt eine Einlaßleitung 14 sowie eine Auslaßleitung 16. Die Kathode ist an einePlate WA and WB made of metal A high-frequency cathode 12 is held by a collar 13 which isolates it from the plate WA. The cathode 12 is water-cooled and has an inlet line 14 and an outlet line 16. The cathode is connected to a

S5 HcchirequcnzspannungsqueHe angeschlossen, durch die eine Entladung mit einer Leistungsdichte von 0,03 bis 2 Watt/cm2 gespeist wird.S5 HcchirequcnzspannungsqueHe connected through which a discharge with a power density of 0.03 to 2 watts / cm 2 is fed.

Die Kathode ist von einem geerdeten Schirm 18The cathode is from a grounded screen 18

umgeben, der sie gegen unerwünschten Beschüß schützt. Die Unterlagen 19, auf denen Schichten mit gewünschter Dicke gebildet werden, sind in einer Haltevorrichtung 20 angeordnet, die durch Schrauben 22 an der Kathode 12 befestigt ist. In einem typischen Fall besteht die Kathode aus Kupfer und die Haltevorrichtung aus Aluminium, es können jedoch auch arkkre Materialien verwendet werden.that protects them against unwanted shelling. The documents 19 on which layers with Desired thickness are formed, are arranged in a holding device 20 by screws 22 is attached to the cathode 12. In a typical case, the cathode is made of copper and the Holding device made of aluminum, but arcane materials can also be used.

Die Platten 1 \A und 11B sind geerdet und dienen als Anode. Mit der Kammer 10 ist über ein Ventil 24 ein Vakuumsystem mit einer Pumpe 25 verbunuen, das das gewünschte Vakuum in der Kammer 10 liefert. Weiterhin ist über ein handbetätigtes Ventil 26 eine Quelle 27 für das mit den Unterlagen reagierende Gas, sowie eventuell weitere Gase an die Kammer 10 angeschlossen. Wenn es erwünscht ist, kann die Kathode außerdem von einem Aluminiumring umgeben sein, der zur Reinigung der Kammer während einer vorhergehenden Gieichspannungsentiadung verwendet wird.The plates 1 \ A and 11 B are grounded and serve as an anode. A vacuum system with a pump 25, which supplies the desired vacuum in the chamber 10, is connected to the chamber 10 via a valve 24. Furthermore, a source 27 for the gas that reacts with the substrates and possibly other gases is connected to the chamber 10 via a manually operated valve 26. If desired, the cathode can also be surrounded by an aluminum ring which is used to clean the chamber during a previous DC voltage discharge.

In der Kammer 10 befindet sich weiterhin eine Quelle 28 für ein Material, das auf den Unterlagen 19 oder auf den auf diesen gebildeten Schichten niedergeschlagen werden kann. Isolierendes Material 30 bewirkt eine elektrische Isolation von der unteren Platte 11Ä Über der Quelle 28 ist eine über einen Drehknopf 34 bewegbare Abschirmung 32 angeordnet, mit der eine Zerstäubung des Materials der Quelle 28 vermieden werden kann.In the chamber 10 there is also a source 28 for a material on the documents 19 or on the layers formed on them can be deposited. Insulating material 30 causes a electrical isolation from the lower plate 11A across the source 28 is arranged a screen 32 movable via a rotary knob 34, with the one Atomization of the material of the source 28 can be avoided.

Die Unterlagen 19 werden vorzugsweise zu Beginn durch einen Zerstäubungsvorgang gereinigt, beispielsweise bei einer Leistungsdichte von 0,8 Watt/cm2 bei einem Argondruck von 5,33 μbaΓ. Das Einströmen des Argons in die Kammer 10 wird durch die Pumpe 25 ausgeglichen, so daß ein konstanter Druck aufrechterhalten wird. Die Entfernung von Oxidresten oder Fotolackteilchen sowie weiterer Verunreinigungen von der Oberfläche der Unterlagen erfordert Zerstäubungszeiten von etwa I bis 5 Minuten. The documents 19 are preferably cleaned at the beginning by an atomization process, for example at a power density of 0.8 watt / cm 2 at an argon pressure of 5.33 μbaΓ. The flow of argon into the chamber 10 is balanced by the pump 25 so that a constant pressure is maintained. The removal of oxide residues or photoresist particles and other impurities from the surface of the documents requires sputtering times of about 1 to 5 minutes.

Sofort nach diesem Reinigungsvorgang wird das Argon aus der Kammer 10 entfernt und durch Sauerstoff oder eine Argon-Sauerstoffmischung ersetzt. Es bildet sich eine Oxidschicht auf den Unterlagen 19 aus, wobei eine Hochfrequenzentladung mit einer Energiedichte von etwa 0,03 bis 0,1 Watt/cm2 für die Dauer von 10 bis 20 Minuten aufrechterhalten wird. In dem geschilderten Beispiel entsteht eine Oxidschicht mit einer Dicke von weniger als 5 nm.Immediately after this cleaning process, the argon is removed from the chamber 10 and replaced by oxygen or an argon-oxygen mixture. An oxide layer forms on the substrates 19, a high-frequency discharge with an energy density of approximately 0.03 to 0.1 watt / cm 2 being maintained for a period of 10 to 20 minutes. In the example shown, an oxide layer is formed with a thickness of less than 5 nm.

Das Argon in der Gasmischung wird während der Bildung der Schicht ionisiert und zum Beschießen der Unterlagen verwendet Wenn kein Argon vorhanden ist, dient nur der Sauerstoff selbst zur Zerstäubung der Oxidschicht In diesem Fall ist die Zerstäubungsgeschwindigkeit jedoch geringer als bei der zusätzlichen Anwesenheit von Argon.The argon in the gas mixture is ionized during the formation of the layer and used to bombard the Documents used If no argon is available, only the oxygen itself is used to atomize the Oxide layer In this case, however, the sputtering speed is slower than in the additional one Presence of argon.

Die Zerstäubung ist das Ergebnis einer Bombardierung mit positiven Ionen, während die Oxydation abhängig von der Anwesenheit negativer Sauerstoffionen ist Die Entladung in Sauerstoff wird im vorliegenden Beispiel bei einer Frequenz von 13,56 MHz aufrechterhalten. Dies bewirkt die übliche Ionenumhüllung, die als Dunkelraum in der Nähe der Kathodenoberfläche sichtbar ist Das Potential der Kathodenoberfläche ändert sich mit der Zeit, wobei es einen negativen Spitzenwert besitzt, der fast an die höchste Amplitude der angelegten Spannung heranreicht Die Zerstäubung erfolgt, wenn positive Ionen aus der Umhüllung durch das negative Potential der Kathode zu dieser hingezogen werden. Es ist anzunehmen, daß die für die Oxydation benötigten negativen Ionen aus dem Plasma herausgezogen oder an der Oxid-Gaszwischenschicht durch Bindung von Elektronen erzeugt werden. Die durch die Bindung der Elektronen an der Oxid-Gaszwischenschicht resultierende negative Vorspannung kann die Oxydation verstärken, da hierdurch eine zusätzliche treibende Kraft für die Diffusion von Kationen durch das OxydAtomization is the result of positive ion bombardment, during oxidation The discharge in oxygen is dependent on the presence of negative oxygen ions present example maintained at a frequency of 13.56 MHz. This causes the usual Ion envelope which is visible as a dark space near the cathode surface The potential of the The cathode surface area changes over time, with a negative peak almost close to the The highest amplitude of the applied voltage comes close. The atomization takes place when positive ions come out the cladding are attracted to this by the negative potential of the cathode. It can be assumed, that the negative ions required for the oxidation are drawn out of the plasma or attached to the Oxide-gas interlayer can be generated by binding electrons. The by binding the Negative bias voltage resulting from electrons at the oxide-gas interlayer can cause oxidation reinforce, as this creates an additional driving force for the diffusion of cations through the oxide

ίο gegeben ist.ίο is given.

Die Geschwindigkeit der Oxidbildung kann durch folgende Beziehung ausgedrücki werden:The rate of oxide formation can be expressed by the following relationship:

— = — (Oxydation) - ^ (Zerstäubung). (1)
dl dt dl - = - (oxidation) - ^ (atomization). (1)
dl dt dl

Bei einer thermischen Oxydation nimmt die Oxydationsgeschwindigkeit gewöhnlich mit zunehmender Oxiddicke ab. Für sehr dünne Oxidfiime ergibt sich häufig ein direkter logarithmischer Zusammenhang zwischen der Oxidbildung und der Zeit. Wenn dieser logarithmische Zusammenhang für das vorliegende Beispiel angenommen wird, dann kann die Oxydationsgeschwindigkeit durch den Ausdruck Ke-'"0 ausge- drückt werden, worin K und xo Oxydationsparameter darstellen, die von solchen Faktoren wie Druck und Temperatur abhängen. Wenn außerdem die Zerstäubungsgeschwindigkeit durch eine Konstante R ausgedrückt wird, dann erg.'bt sich aus der Beziehung (1):In thermal oxidation, the rate of oxidation usually decreases with increasing oxide thickness. For very thin oxide films there is often a direct logarithmic relationship between oxide formation and time. If this logarithmic relationship is assumed for the present example, then the rate of oxidation can be expressed by the expression Ke- '" 0 , where K and xo represent oxidation parameters that depend on such factors as pressure and temperature a constant R is expressed, then follows from the relation (1):

didi

fiirx>0.for x> 0.

Für das Gleichgewicht von Oxydations- und Zerstäubungsgeschwindigkeit gilt dx/d/=0, so daß man für den hierbei auftretenden Wert xl folgende Beziehung erhält:For the equilibrium of the rate of oxidation and atomization, dx / d / = 0 applies, so that the following relationship is obtained for the value xl that occurs here:

l=Xo in (K/R).l = Xo in (K / R).

Aus dieser Beziehung ist ersichtlich, daß der Wert Af/., der die Enddicke der Oxidschicht darstellt, durch verschiedene Verfahrensparameter, z. B. den Sauerstoffdruck, die Hochfrequenzenergie oder die Unterlagentemperatur, eingestellt werden kann.
Diese Beziehung ist übereinstimmend mit Vesuchsergebnissen, bei denen gefunden wurde, daß Xl mit dem Sauerstoffdruck ansteigt. Dies zeigt, daß die Oxydationsgeschwindigkeit bei steigendem Sauerstoffdruck schneller wächst als die Zerstäubungsgeschwindigkeit. Die Dicke der Oxidschicht kann weiterhin beeinflußt werden durch die Verwendung eines Sauerstoff-Argon-Genrsches, das im Vergleich zu reinem Sauerstoff die Zerstäubungsgeschwindigkeit erhöht und die Oxydationsgeschwindigkeit erniedrigt Die Zerstäubungsgeschwindigkeit steigt weiterhin mit der Hochfrequenzenergie infolge höherer Ionendichte und ionenenergie an. Vesuche haben gezeigt, daß die Zestäubungsgeschwindigkeit stärker von der Hochfrequenzleistung abhängig ist als die Oxydationsgeschwindigkeit Da die Energie der auftreffenden Ionen groß ist im Vergleich zum Wert k ■ T, wobei k die Boltzmann-Konstante und 7"die Temperatur der Unterlagen darstellen, ergibt sich bei steigender Temperatur der Unterlagen nur eine geringe Änderung in der Zerstäubungsgeschwindigkeit Die Oxydation ist jedoch ein diffusionsabhängiger Vorgang und daher auch von der Temperatur der Unterlagen abhängig.From this relationship it can be seen that the value Af /., Which represents the final thickness of the oxide layer, is influenced by various process parameters, e.g. B. the oxygen pressure, the high frequency energy or the substrate temperature can be adjusted.
This relationship is consistent with test results in which Xl was found to increase with oxygen pressure. This shows that the rate of oxidation increases faster than the rate of atomization with increasing oxygen pressure. The thickness of the oxide layer can further be influenced by the use of an oxygen-argon gene, which increases the sputtering rate and lowers the oxidation rate compared to pure oxygen. The sputtering rate continues to increase with the high frequency energy due to higher ion density and ion energy. Vesuche have shown that the Zestäubungsgeschwindigkeit is more dependent on the high frequency performance than the oxidation rate, since the energy of the incident ions is large compared to the value k ■ T, where k is the Boltzmann constant and 7 "represent the temperature of the documents results in themselves As the temperature of the substrates increases, only a slight change in the atomization speed. However, the oxidation is a diffusion-dependent process and therefore also depends on the temperature of the substrates.

Durch Integration der Gleichung (2) erhält man die Abhängigkeit der Oxyddicke von der Zeit:Integrating equation (2) gives the dependence of the oxide thickness on time:

230 267/36230 267/36

= x0 In \-j- - (η- -e"^ e-"'*»! fur x>0= x 0 In \ -j- - (η- -e "^ e -"'* »! for x> 0

(4)(4)

χ,- bedeutet hierin die ursprüngliche Dicke der Oxydschicht. Die Beziehung (4) kann auf die Beziehung (3) zurückgeführt werden, wenn der Ausdruck t-Rl/x0 gegen 0 geht. Es sei hierzu bemerkt, daß die Enddicke xl größer, gleich oder kleiner als die ursprüngliche Dicke x, sein kann. Dies hängt ab vom Verhältnis der Anfangsgeschwindigkeiten für die Oxydation und die Zerstäubung.χ, - means the original thickness of the oxide layer. The relationship (4) can be reduced to the relationship (3) when the expression t- Rl / x 0 approaches 0. It should be noted in this regard that the final thickness xl can be greater than, equal to or smaller than the original thickness x . This depends on the ratio of the initial speeds for the oxidation and the atomization.

Aus der Beziehung (4) kann eine effektive Zeitkonstante to = xo/R gewonnen werden. Aus den Angaben für die thermische Oxydation und für eine Oxydation in einer Gleichspannungsglimmentladung in Sauerstoff erhält man für Xq einen Wert im Bereich von 0,15 bis An effective time constant to = xo / R can be obtained from relation (4). From the data for thermal oxidation and for oxidation in a direct voltage glow discharge in oxygen, a value in the range from 0.15 to is obtained for Xq

0,01 nm/sec für eine Energiedichte von 0,1 Watt/cm2 für einen Sauerstoffdruck im Bereich von 1,33 · 10~2mbar. Für die effektive Zeitkonstante ergibt sich daher ein Wert von etwa einer Minute.0.01 nm / sec for an energy density of 0.1 Watt / cm 2 for an oxygen pressure in the range of 1.33 · 10 -2 mbar. The effective time constant therefore results in a value of around one minute.

Die Verfahrensgrößen, die geändert werden können, um den Oxydations- und Zerstäubungsprozeß zu beeinflussen, sind im wesentlichen die Temperatur der Unterlagen, die Hochfrequenzleistung, die Art der mit den Unterlagen reagierenden Gase und die Zusammensetzung der Gase in der Kammer.The process sizes that can be changed to accommodate the oxidation and atomization process are essentially the temperature of the documents, the high-frequency power, the type of with the documents reacting gases and the composition of the gases in the chamber.

Wenn die Temperatur der Unterlagen verändert wird, dann wird im wesentlichen die Oxydationsgeschwindigkeit beeinflußt, während sich die Zerstäubungsgeschwindigkeit kaum ändert Da die Oxydation von der Diffusion begrenzt wird, bedeutet eine Erhöhung der Temperatur der Unterlagen auch ein Ansteigen der Oxydationsgeschwindigkeit Umgekehrt bewirkt ein Absenken dieser Temperatur auch eine Verminderung der OxydationsgeschwindigkeitIf the temperature of the substrates is changed, the rate of oxidation is essentially influenced, while the rate of atomization hardly changes is limited by diffusion, an increase in the temperature of the substrates also means a Increase in the rate of oxidation Conversely, a decrease in this temperature also causes a Decrease in the rate of oxidation

Von der Hochfrequenzenergie ist im wesentlichen die Zerstäubungsgeschwindigkeit abhängig. Eine Erhöhung der Spannung an der Kathode beeinflußt in hohem Maße die Ionisierung :ies Sauerstoffs, wodurch die Zerstäubungsgeschwindigkeit ansteigt Eine mögliche Beeinflussung der Oxydationsgeschwindigkeit durch die Hochfrequenzenergie kann nicht ausgeschlossen werden, diese ist aber in jedem Falle gegenüber der Beeinflussung der Zerstäubungsgeschwindigkeit vernachlässigbar. Da die Spannung an der Kathode die Energie der auftreffenden Ionen bestimmt, erhält man hier eine einfache Möglichkeit zur Einstellung der ZerstäubungsgeschwindigkeitThe atomization speed is essentially dependent on the high-frequency energy. An increase the voltage at the cathode influences to a large extent the ionization: ies oxygen, whereby the The rate of atomization increases A possible influence on the rate of oxidation by the High frequency energy cannot be ruled out, but this is in any case compared to the Influence on the atomization speed is negligible. Since the voltage at the cathode the Determined energy of the impacting ions, you get a simple way to adjust the Atomization speed

Der Druck des mit den Unterlagen reagierenden Gases im Entladungsraum beeinflußt direkt den Oxydationsvorgang. Wenn der Sauerstoffdruck hn Entladungsraum erhöht wird, werden mehr Sauerstoffionen pro Zeiteinheit freigesetzt, so daß die Oxydationsgeschwindigkeit bei ansteigender Hochfrequenzenergie ansteigt Es ist jedoch möglich, daß auch die Zerstäubung verstärkt wird, da mehr Sauerstoffionen vorhanden sind. Da jedoch gefunden wurde, daß die Dicke der Schichten ansteigt, wenn der Druck des reaktionsfähigen Gases erhöht wird, zeigt sich, daß der Einfluß auf die Oxydationsgeschwindigkeit größer ist als derjenige auf die ZerstäubungsgeschwmdigkeitThe pressure of the gas reacting with the documents in the discharge space directly influences the Oxidation process. If the oxygen pressure in the discharge space is increased, more oxygen ions are released per unit of time, so that the rate of oxidation increases with increasing high-frequency energy However, it is possible that the atomization is also increased because there are more oxygen ions available. However, since it has been found that the thickness of the layers increases as the pressure of the reactive gas is increased, it is found that the Influence on the rate of oxidation is greater than that on the atomization rate

Eine Veränderung der Zusammensetzung der Gase im Entladungsraum kann sowohl auf die Oxydationsgeschwindigkeit als auch auf die Zerstäubungsgeschwindigkeit sowie gleichzeitig auf beide einwirken. Wenn z. B.A change in the composition of the gases In the discharge space, both the rate of oxidation and the rate of atomization and both can act at the same time. If z. B.

der Sauerstoffanteil erhöht wird, dann steigt auch die Oxydationsgesunwindigkeit an. Wenn dagegen der Anteil des Argons erhöht wird, dann erhöht sich auch die Zerstäubungsgeschwindigkeit.If the proportion of oxygen is increased, then the rate of oxidation also increases. If, on the other hand, the The proportion of argon is increased, then the atomization speed also increases.

Die F i g. 2A bis 2C zeigen Diagramme über das Anwachsen der Schichtdicke beim Oxydationsvorgang, die Abnahme der Schichtdicke beim Zerstäubungsvorgang sowie die Oxydations- und die Zerstäubungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit. In F i g. 2AThe F i g. 2A to 2C show diagrams of the increase in layer thickness during the oxidation process, the decrease in layer thickness during the sputtering process and the rate of oxidation and sputtering as a function of time. In Fig. 2A

ίο ist die Dicke einer Oxidschicht beim Oxydationsvorgang in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die Dicke nähert sich mit zunehmender Dauer einem Endwert, da die Oxydation im wesentlichen ein diffusionsbegrenzter Prozeß ist.ίο is the thickness of an oxide layer during the oxidation process shown as a function of time. The thickness approaches a final value with increasing duration, da the oxidation is essentially a diffusion-limited process.

In Fig.2B wird die Dicke einer Schicht in Abhängigkeit von der Zeit gezeigt, die durch ein'η Zerstäubungsprozeß abgetragen wird. Die Dicke χ nimmt hier linear mit der Zeit ab. In F i g. 2C schließlichFIG. 2B shows the thickness of a layer as a function of time, which is removed by a sputtering process. The thickness χ here decreases linearly with time. In Fig. 2C finally nH HipnH Hip

t!Onc- nnH Hip 7prctällhltnacc7pcf)lwinHicr.t! On c - nnH Hip 7prctällhltnacc7pcf) lwinHicr.

2ü keit für die in den Fig.2A und 2B dargestellten Vorgänge ersichtlich. Die Oxydationsgeschwindigkeit nimmt exponentiell mit der Zeit ab, wobei sich nach einer gewissen Zeit jedoch ein konstanter Wert einstellt. Die Zerstäubungsgeschwindigkeit ist konstant, da die2ü speed for those shown in Figures 2A and 2B Processes visible. The rate of oxidation decreases exponentially with time, whereby it increases however, sets a constant value for a certain period of time. The atomization speed is constant because the Abtragung linear mit der Zeit erfolgt Zum Zeitpunkt 7J schneiden sich die beiden Kurven, d. h, zu diesem Zeitpunkt ist die Oxydationsgeschwindigkeit gleich der Zerstäubungsgeschwindigkeit Die Dicke der erzeugten Schicht hat somit ihren Endwert erreicht DerRemoval takes place linearly with time. At time 7J, the two curves intersect, i.e. h, about this Point in time, the rate of oxidation is equal to the rate of atomization. The thickness of the generated The shift has thus reached its final value Zeitpunkt T0 ist somit von der gewünschten Schichtdikke abhängig.Time T 0 is therefore dependent on the desired layer thickness.

Die Fig.3A bis 3C zeigen die Bildung einer Oxidschicht nach dem vorliegenden Verfahren. In F i g. 3A ist eine Unterlage mit der Höhe h zur Zeit 7Ί3A to 3C show the formation of an oxide layer according to the present method. In Fig. 3A is a pad with height h at time 7Ί dargestellt Diese Unterlage wird in eine Kammer nach F i g. 1 gebracht, in der der Oxydations- und der Zerstäubungsvorgang ablaufen. Es bildet sich somit an der Oberfläche des Substrats eine Oxidschicht mit der Enddicke Xl aus, die nach der Zeit Tj erreicht ist InfolgeThis document is shown in a chamber according to FIG. 1 brought, in which the oxidation and the atomization process take place. An oxide layer with the final thickness Xl , which is reached after the time Tj , is thus formed on the surface of the substrate der Ausdehnung beim Oxydationsvorgang besitzt die Anordnung jetzt eine Höhe h+Δ. Die Anordnung verbleibt weiterhin in der Zerstäubungskammer, wobei Oxydations- und Zerstäubungsgeschwindigkeit einander gleich sind. Zu einem späteren Zeitpunkt T3 besitztthe expansion during the oxidation process, the arrangement now has a height h + Δ. The arrangement remains in the atomization chamber, the oxidation and atomization speeds being equal to one another. At a later point in time T 3 has die Oxidschicht weiterhin die Dicke xu während die Gesamtdicke der Anordnung jetzt kleiner als h istthe oxide layer continues to have the thickness xu while the total thickness of the arrangement is now less than h

Aus den Fig.4A bis 4C ist die Reduktion einer Oxid-Unterlage nach dem vorliegenden Verfahren ersichtlich. Es wird von einer zum Zeitpunkt 7Ί in4A to 4C show the reduction of an oxide substrate according to the present method evident. It is made by one at the time 7Ί in Fig.4A gezeigten Oxydschicht mit der Höhe h ausgegangen. Es soll ein Teil dieser Oxidschicht reduziert werden. Fig.4B zeigt die Anordnung zum Zeitpunkt Ti nach der Reduktion. Auf dem Oxid hat sich eine Metallschicht mit der Dicke xL gebildet Als Oxid4A assumed the oxide layer with the height h. Part of this oxide layer should be reduced. 4B shows the arrangement at time Ti after the reduction. A metal layer with the thickness x L has formed on the oxide. As an oxide kann beispielsweise Bleioxid verwendet werden, so daß die durch Reduktion gewonnene Metallschicht aus Blei besteht Zur Durchführung der Reduktion wird die Oxidschicht nach Fig.4A wiederum in die Zerstäubungsanlage nach F i g. 1 gebracht Das mit dem OxydFor example, lead oxide can be used, so that the metal layer obtained by reduction is made of lead To carry out the reduction, the oxide layer according to FIG. 4A is again in the sputtering system according to FIG. 1 brought that with the oxide reagierende Gas ist Wasserstoff. Auch hier stehen nach einiger Zeit, d. h. zum Zeitpunkt T2 die Reduktions- und die Zerstäubungsgeschwindigkeit im Gleichgewicht, so daß die Metallschicht die erreichte Dicke xl im weiteren Verfahrensverlauf beibehält Diesen Zustand zeigt diereacting gas is hydrogen. Here, too, after some time, ie at time T 2, the reduction and sputtering speeds are in equilibrium, so that the metal layer maintains the thickness x1 achieved in the further course of the process Fig.4C, die die Anordnung zu einem späteren Zeitpunkt T3 darstellt Durch den ständigen Reduktionsund Zerstäubungsvorgang ist die Dicke xl der Metallschicht zwar gleichgeblieben, die Höhe der gesamten4C, which shows the arrangement at a later point in time T 3. Due to the constant reduction and sputtering process, the thickness xl of the metal layer has remained the same, the height of the entire

Anordnung hat jedoch den Wert h unterschritten.However, the arrangement has fallen below the value h.

Die Unterlagen können aus einem beliebigen Material einschließlich Metallen und Halbleitern beste- :ien. Die darauf gebildeten Schichten können ebenfalls aus einer Vielzahl von Materialien aufgebaut sein, so z. B. aus Oxiden, Nitriden, Sulfiden oder Halbleitern. Wenn z. B. die Unterlage aus Blei besteht und das mit diesem reagierende Gas H2S ist, dann ergibt sich eine Bleisulfidschicht von bestimmter Dicke. Bleisulfid ist ein Halbleitermaterial.The documents can be made of any material including metals and semiconductors. : ien. The layers formed thereon can also be constructed from a variety of materials, e.g. B. from oxides, nitrides, sulfides or semiconductors. If z. B. the base is made of lead and the gas that reacts with this is H2S, then the result is a Lead sulphide layer of a certain thickness. Lead sulfide is a semiconductor material.

Das beanspruchte Verfahren kann vorteilhaft in der Halbleitertechnologie und speziell bei der Herstellung von Josephson-Anordnungen durchgeführt werden. Josephson-Anordnungen erfordern sehr dünne Tunnel-Sperrschichten mil gleichförmiger und reproduzierbarer Dicke. Durch entsprechende Einstellung der Verfahrensgrößen bei dem hier beschriebenen Verfahren können Tunnel-Sperrschichten von jeder beliebigen Dirke er7eiigt werden. Die gleiche Apparatur kann aurh dazu verwendet werden, auf die gebildete Schicht eine GegenelektrG'ie aufzubringen. Hierzu kann z. B. eine Verdampfungsquelle 28 aus Blei in die Kammer 10 nach Fig. 1 eingebracht werden. Als Unterlage kann beispielsweise eine Niobschicht von 600 nm Dicke verwendet werden, die durch Hochfrequenzzerstäubung in Argon bei einem Druck von 1,33 · 10"2mbar und einer Geschwindigkeit von 40 nm/min auf ein Glassubsirat, das eine Temperatur von 67O0K besitzt, aufgebracht wird. Während dieses Vorgangs ist der Substrathalter geerdet. Um die Tunnel-Sperrschicht herzustellen, werden die Niobschichten auf der Hochfrequenzkathode angeordnet, und es werden die beschriebenen Maßnahmen zur Bildung einer Oxidschicht durchgeführt. Es wird dann eine Gegenelektrode aus Blei auf die so gebildete Tunnel-Sperrschicht aufgedampft.The claimed method can advantageously be carried out in semiconductor technology and especially in the production of Josephson devices. Josephson devices require very thin tunnel barriers of uniform and reproducible thickness. By setting the process parameters appropriately in the process described here, tunnel barriers can be created by any director. The same apparatus can also be used to apply a counter-electrode to the layer formed. For this purpose, z. B. an evaporation source 28 made of lead in the chamber 10 of FIG. As a base, a niobium layer which mbar by RF sputtering in argon at a pressure of 1.33 x 10 "2 and a speed of 40 nm / min to a Glassubsirat having a temperature of 67o 0 K can be used for example of 600 nm thickness, During this process, the substrate holder is grounded. In order to produce the tunnel barrier layer, the niobium layers are arranged on the high-frequency cathode, and the measures described for forming an oxide layer are carried out. A counter electrode made of lead is then applied to the thus formed Evaporated tunnel barrier layer.

Wie bereits festgestellt wurde, ist das vorliegende Verfahren nicht auf Metalle und den Oxydationsvorgang beschränkt. Wenn andere mit der Unterlage reagierende Gase verwendet werden, so z. B. H2, N 2.As stated earlier, the present process does not apply to metals and the oxidation process limited. If other gases that react with the pad are used, e.g. B. H2, N 2.

H2S, CH<, dann bilden sich entsprechende Schichten aus.H2S, CH <, then corresponding layers are formed.

Schichten aus verschiedenen Materialien könnenLayers of different materials can be used

ebenfalls hergestellt werden, da das mit der Unterlage reagierende Gas während des Aufwachs- und Abtragungsvorganjes geändert wird. Es lassen sich so Schichten verschiedener Zusammensetzung oder Struktur bilden, wenn die entsprechenden Verfahrensgrößen in geeigneter Weise geändert werden.also be made, as that with the pad reacting gas is changed during the growth and removal process. It can be done that way Layers of different composition or structure form when the appropriate process sizes be changed in an appropriate manner.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (12)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Herstellen einer Schicht auf einem Substrat, wobei während des Erzeugens gleichzeitig eine Abtragung von Schichtmaterial erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß solche Verfahren zum Erzeugen und/oder Abtragen angewandt werden, weiche mit von der Schichtdicke abhängigen Geschwindigkeiten ablaufen, und daß die Verfahrensparameter so festgelegt werden, daß bei einer gewünschten Schichtdicke die Erzeugangsund die Abtragungsgeschwindigkeit gleich groß sind.1. A method for producing a layer on a substrate, during which process at the same time a removal of layer material takes place, characterized in that such methods for generating and / or ablating are used, which depend on the layer thickness Dependent speeds run, and that the process parameters are determined so that With a desired layer thickness, the production rate and the removal rate are the same. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der Schicht die Oberfläche des Substratmaterials mit einem Gas zur Reaktion gebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for generating the layer Surface of the substrate material is reacted with a gas. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Substratmaterial ein Metali, ein Oxid odecv&b Halbleitermaterial eingesetzt wird und daß Sauerstoff Stickstoff, Wasserstoff, Schwefel, Schwefelwasserstoff und/oder Methan zur Reaktion gebracht werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the substrate material is a metal Oxide odecv & b semiconductor material is used and that oxygen, nitrogen, hydrogen, sulfur, hydrogen sulfide and / or methane for the reaction to be brought. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Substrat reagierende Gas während der Erzeugung bzw. Abtragung von Schichtmaterial geändert wird. .4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the gas reacting with the substrate during the generation or removal is changed by layer material. . 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der Schicht ein Verfahren angewandt wird, dessen Geschwindigkeit von der Schichtdicke abhängig ist, und für das Abtragen des Schichtmaterials ein Verfahren, dessen Geschwindigkeit von der Schichtdicke unabhängig ist.5. The method according to claims 1 to 4, characterized characterized in that a method is used to produce the layer, its speed is dependent on the layer thickness, and for the removal of the layer material, a method whose Speed is independent of the layer thickness. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Schicht zunächst eine Schicht erzeugt wird, welche dicker als erwünscht ist, und daß dann gleichzeitig erzeugt und abgetragen wird, wobei zunächst mit einer kleineren Geschwindigkeit erzeugt als abgetragen wird.6. The method according to claims 1 to 5, characterized characterized in that, to produce the layer, a layer is first produced which is thicker than is desirable, and that it is then produced and removed at the same time, initially with a smaller one Speed generated than is removed. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mittels Oxidation, Reduktion oder des Niederschiagens aus der Dampfphase erzeugt wird.7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the layer by means of oxidation, Reduction or precipitation is generated from the vapor phase. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Kathodenzerstäubung, Ionen- oder Elektronenstrahlen oder einem Lösungsprozeß Schichtmaterial abgetragen wird.8. The method according to claims 1 to 6, characterized characterized in that layer material is removed by means of cathode sputtering, ion or electron beams or a solution process. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einer Vakuumkammer, welche eine Anode und eine Kathode aufweist, auf Kathodenpotential gebracht wird, daß ein reaktionsfähiges Gas in die Vakuumkammer eingelassen wird, daß dann eine Spannung zwischen Kathode und Anode in der Weise gelegt wird, daß ein Plasma zwischen Kathode und Anode entsteht, wobei die Schicht erzeugt und Schichtmaterial abgetragen wird und daß das Erzeugen und Abtragen so lange fortgesetzt wird, bis die Geschwindigkeiten des Erzeugens und des Abtragens gleich sind.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the substrate in a vacuum chamber which has an anode and a cathode has, is brought to cathode potential that a reactive gas in the vacuum chamber is admitted that a voltage is then applied between the cathode and anode in such a way that a plasma arises between cathode and anode, whereby the layer is generated and layer material is removed and that the generation and removal is continued until the The speeds of generation and removal are the same. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf der Oberfläche der Kathode befestigt wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the substrate on the surface of the Cathode is attached. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochfrequenzspannung /wischen Anode und Kathode gelegt wird.11. The method according to claim 9 or 10, characterized characterized in that a high frequency voltage is applied between anode and cathode. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11,12. The method according to claims 9 to 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem reaktiven Gas ein inertes Gas zugeroischt wird,characterized in that the reactive gas is a inert gas is added, 13, Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der Geschwindigkeiten des Erzeugens und des Abtragen« der Druck in der Vakuumkammer, die Gaszusammensetzung, die Substrattemperatur und die angelegte Spannung entsprechend- eingestellt werden.13, method according to claims 9 to 12, characterized in that to determine the Speeds of creation and removal «the pressure in the vacuum chamber, the Gas composition, the substrate temperature and the applied voltage adjusted accordingly will.
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