DE2527184B2

DE2527184B2 - Vorrichtung zur Herstellung von Targets für Kathodenzerstäubung

Info

Publication number: DE2527184B2
Application number: DE2527184A
Authority: DE
Inventors: Ralf-Dieter Boehnke; Waldemar Goetze
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1975-06-18
Publication date: 1980-10-02
Also published as: GB1554285A; US4049523A; DE2527184A1; DE2527184C3; FR2316350B1; CA1075198A; FR2316350A1; JPS5527148B2; JPS51151685A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Targets für Kathodenzerstäubung aus in einer Trägerschale trocken verpreßten Pulvern.

Solche Vorrichtungen sind bereits bekannt (GB-PS 11 84 428), wobei dort die Preßform gleichzeitig als Trägerschale für das verpreßte Pulver-Target dient. Bekanntlich werden zur Herstellung dünner Schichten auf Substraten durch Kathodenzerstäubung in einer zwischen einer Kathode und einer Gegenelektrode gezündeten und aufrechterhaltenen elektrischen Gasentladung in einer aus inerten und gegebenenfalls reaktiven Gas-:i bestehenden Atmosphäre geringen Drucks aus der Auftreffplatte der Kathode (im weiteren als Target bezeichnet) Teilchen von atomarer Größe von den aufprallenden Ionen he-ausgeschlagen (zerstäubt) und auf in der Nähe der Gegenelektrode angeordneten Substraten niedergeschlagen.

Das Target besteht üblicherweise aus dem Material, aus dem die zu bildende Schicht bestehen soll, also beispielsweise aus Metalloxiden z. B. zur Herstellung dünner ferromagnetischer Schichten für integrierte Magnetspeicher oder aus Metallen zur Herstellung dünner Metallschichten, z. B. für Dünnschichtwiderstände. Bei der Herstellung von Metalloxidschichten kann aber auch von einem metallischen Target ausgegangen werden, aus dem mit Hilfe von reaktiven Gasen z. B. Sauerstoff erst nach der Kathodenzerstäubung auf dem Substrat Metalloxidschichten gebildet werden.

Targets können massive Metallplatten sein, sie können aber auch mit den in der Pulvermetallurgie üblichen Verfahren hergestellt sein, wobei Preßkörper aus Pulvern gepreßt und anschließend gesintert werden.

Um Restgase zu entfernen, muß der Zerstäubungsraum vor Beginn des Aufstäubens auf einen Druck im Bereich von etwa 2 χ I0-⁶mbar evakuiert werden. Bei diesem Verfahrensschritt haben die aus Pulvern trocken verpreßten Targets den Nachteil, daß in den Kornzwischenräumen adsorbierte Gase ebenfalls entweichen und den Preßkörper des Targets dabei aufreißen. Hierbei können einzelne Körner aus dem Preßgefüge mitgerissen werden, die sich dann an unerwünschten Stellen im Reaktionsraum ablagern und später die Qualität der herzustellenden Schichten nachteilig beeinflussen. Ein weiterer Nachteil durch das Aufreißen der Pulver-Targets ergibt sich, wenn Teile der metallischen Trägerschale, in die das Pulver eingepreßt wurde, freigelegt werden: bei dem nachfolgenden Kathoden/crstäubungsprozeß werden dann nicht nur

die Metall- oder Oxidteilchen des gepreßten Pulver-Targets zerstäubt, sondern es werden auch Teile der Trägerschale mit zerstäubt, was zu Verunreinigungen der anschließend gebildeten Schicht führt

Diese Nachteile können durch Verwendung gesinterter oder massiver Targets vermieden werden. Andererseits bieten Targets aus trocken verpreßten Pulvern große technologische Vorteile; denn sie sind billiger in der Herstellung, ermöglichen kürzere Evakuierungszeiten für den Reaktionsraum und lassen sich schneller zerstäuben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich Targets aus trocken verpreßten Pulvern herstellen lassen, ohne daß sich Nachteile beim anschließenden Aufstäuben der Schichten ergeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trägerschale an ihrer Bodenfläche und/oder an ihrer Seitenfläche senkrecht zur Oberfläche verlaufende Öffnungen aufweist

Vorteile ergeben sich auch, wenn die öffnungen in der Trägersehale an der dem Target zugewendeten Seite als Trichter ausgebildet sind, die sich in Halsteilen fortsetzen und in parallel verlaufenden Kanälen münden, die an der dem Target abgewandten Seite der Trägerschale angebracht sind.

Durch die beschriebene Ausgestaltung der Trägerschale wird vorteilhafterweise erreicht daß die im Pulver-Target adsorbierten Gase über die Vielzahl der in der Bodenfläche und/oder der Seitenfläche der Trägerschale angebrachten Kanäle definiert und in kleinen Mengen entweichen können, ohne das Gefüge des Pulverpreßlings zu zerstören. Bei der Ausbildung einer Trägerschale mit öffnungen in Form von Kanälen können adsorbierte Gase also nicht nur über die freiliegende Oberseite des Targets, sondern mindestens auch über seine Bodenfläche, d. h. also über seine Hauptflächen oder über seine Seiten- und Boderifläche, also über alle Außenflächen und damit praktisch über die gesamte Oberfläche des Taifcts entweichen. Es entstehen keine Risse im Target mit der Gefahr der Freilegung des Metalls der Trägerschale und die entweichenden Gase haben auch nicht einen so hohen Druck, daß Pulverteilchen aus dem Target schon beim Evakuierungsprozeß losgerissen werden und vagabundieren.

Als Material für die Trägerschale wird zweckmäßigerweise ein elektrisch leitendes Material verwendet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. Ia ein erstes Ausführungsbeispiel einer Trägercchale gemäß der beschriebenen Vorrichtung in Draufsicht,

F i g. Ib eine Trägerschale gemäß der beschriebenen Vorrichtung im Schnitt entsprechend der Linie I-I aus F i g. 1 a,

Fig. 2a ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer Trägerschale gemäß der beschriebenen Vorrichtung als Seitenansicht (vergrößerter Ausschnitt),

Fig.2b eine Trägerschale nach Fig.2a im Schnitt entsprechend der Linie H-Il in Fig. 2a (vergrößerter Ausschnitt),

F i g. 3 eine Anordnung eines Targets gemäß F i g. 1 a und Ib innerhalb einer Vakuumkammer mit den wichtigsten Versorgungsleitungen als Prinzipskizze.

Die in den F i g. 1 a und Ib dargestellte Trägerschale 1 ist an ihrer einem Pulver-Target 5 abgewandten

Bodenfläche von einer Vielzahl von parallel laufenden Kanälen 3 durchzogen. In die Kanäle 3 münden eine Vielzahl von Bohrungen, die an der dem Pulver-Target 5 zugewandten Seite der Trägerschale 1 als Trichter 7 ausgebildet sind und sich als Halsteil 9 fortsetzen; der ■> Halsteil 9 stellt die Mündung des Trichters 7 in den Kanal 3 dar. Der öffnungswinkel der Trichter beträgt etwa 120°. Die trichterförmige Ausbildung der Bohrungen hat den Vorteil, daß die effektive Fläche für den Austritt adsorbierter Gase vergrößert wird und daß sich ι ο durch Ausbildung eines Schüttkegels beim Füllen der Trägerschale 1 der Halsteil 9 nicht mit Pulvermaterial zusetzt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Trägerschale gemäß der beschriebenen Vorrichtung ist in den ]·> Fig.2a und 2b dargestellt; hier sind auch die Seitenwände der Trägerschale ! für das Pulver-Target 5 mit öffnungen in Form von Trichtern 7 mit Halsteilen 9 versehen, die ein Entweichen der im Pulver-Target 5 adsorbierten Gase nach allen Seiten des Targets 5 ermöglichen. Diese Ausführungsform der Trägerschale I eignet sich besonders für Puiver-Targets größerer Dicke und bietet darüber hinaus den Vorceil, daß die angestrebte gleichmäßige Struktur der Pulvar-Targets bis in die äußerste Randzone des Targets erreicht werden kann. Die Bezeichnungen entsprechen den in den F i g. 1 a und 1 b verwendeten Bezeichnungen.

Zweckmäßigerweise kann eine verbesserte Wärmeabfuhr dadurch erreicht werden, daß eine Kühlplatte 19, z. B. aus Kupfer, mit der Unterseite der Trägerschale 1 jo in Kontakt gebracht wird.

In einer Vorrichtung gemäß Fig.3 mit einer Gegenelektrode 11, einer Hochfrequenzkathode 13, einem Pumpstutzen 15 zur Evakuierung der Anlage, einer Gaszuführungsleitung 17 und Leitungen 19 zur Einspeisung der Elektrodenspannung wurden Substrate, wie sie üblicherweise in der Dünnschichttechnologie zur Anwendung kommen, also Substrate z. B. aus Glas, Ferriten oder Oxidkeramik mit Oxidschichten wie Indiumoxid, Eisenoxid, Chromoxid, Zinnoxid oder Aluminiumoxid beschichtet. Die Substrate hatten eine Abmessung von 30 χ 30 mm und waren in einem Abstand von etwa 35 mm über dem zu zerstäubenden Target 5 angeordnet Das Pulver-Target 5 (Durchmesser 170 mm, Dicke 3 mm) wurde durch Einpressen der Oxidpulver in die Trägerschale 1 aus Kupfer bei einem Preßdruck von 8—16 N/mm² hergestellt. Die Korngröße der verpreßten Pulver lag im Bereich von maximal ΙΟμηι, vorzugsweise bei 55μπι. Die Wandstärke der Trägerschale 1 betrug bei einem Durchmesser von etwa 180 mm 1,5 mm, der Boden der Trägerschale 1 war 7 mm dick und hatte in gleichmäßigen Abständen über die gesamte Fläche verteilt ca. 200 Offnungen mündend in Kanäle 3, wobei der Öffnungswinkel der dem Target zugewandten Trichter 7 120° betrug; der sich an eine halsartige Fortsetzung 9 des Trichters 7 anschließende Kanal 3 hatte etwa die gleiche Breite wie der maximale Durc) messer des Trichterteils. Nachdem in der Vakuumkammer ein Druck von etwa 2 χ 10-⁶ mbar durch Evakuierung hergestellt war, wurde der Zerstäubungsprozeß unter Argon-Atmosphäre bei einem Druck von 5 χ ΙΟ"² mbar eingeleitet. Das Target zeigte während und nach dem Evakuierungsprozeß eine unbeschädigte Oberfläche.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Targets für Kathodenzerstäubung aus in einer Trägerschale trocken verpreßten Pulvern, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschale (1) an ihrer Bodenfläche und/oder an ihrer Seitenfläche senkrecht zur Oberfläche verlaufende Öffnungen (3,7,9) aufweist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in der Trägerschale (1) an der dem Target (5) zugewendeten Seite als Trichter (7) ausgebildet sind, die sich in Halsteilen (9) fortsetzen und in parallel verlaufenden Kanälen (3) münden, die an der dem Target (5) abgewandten Seite der Trägerschale (1) angebracht sind.