DE2528103A1

DE2528103A1 - Verfahren zur herstellung von kristallschichten

Info

Publication number: DE2528103A1
Application number: DE19752528103
Authority: DE
Inventors: Shigeru Hayakawa; Kenzo Ohji; Kiyotaka Wasa; Osamu Yamazaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-06-25
Filing date: 1975-06-20
Publication date: 1976-02-05
Also published as: DE2528103B2; FR2276698B1; US3988232A; GB1506524A; DE2528103C3; FR2276698A1

Description

1 BERLIN 33 8MÜNCHEN80

Auguste-Viktoria-Straße 65 p. nilcPUI/C Jf DADTMCD PienzenauerstraBe 2

Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschke LT. KU Obti l\£ Ot ΓΑΚ I IN £ K Pat.-Anw. Dipl.-lng.

Pat.-Anw. Dipl.-lng. PATFNTANWÄI TF ^{Hans E>
Ruachke}

Olaf Ruschke ΓΑΙ CIN I A IN VV ft L I C ,98 03 24

Teiefon:030/ |**» BERLIN - MÜNCHEN ^{Telefon: 089/}987258

Telegramm-Adresse: Telegramm-Adresse:

Quadratur Berlin Qudadratur München TELEX: 183786 TELEX: 522767

Ilateushita Electric Indue trial Company, Limited, Kadoma, Osaka, Japan

Verfahren zur Herstellung von Kristallschichten

Zusammenfassung der Offenbarung

Sine Kristall schicht wie bsp?;. eine ochicht eines piezoelektrischen Kristalls wird durch Verdampfen eines ^/uellenmaterialt gebildet, das die iⁿorm einer konvex gekrümmten oder PoIyeäerflache - annimmt. Die krictallographischen Eigenschaften der gebildeten ochicht lassen sich sehr genau einstellen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kristallschichten und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung piezoelektrischer Schichten mit einem hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten

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unter Verwendung der i-cthodenzerstäubung bei dor akusticcher Düimochichtelemente.

Kristall^chichtcn .v.ind zur Herstellung von Fei-tkörperele-seriteri ir· i;oitem UmfcOig eingesetzt worder:, piezoelektrische Zrictall- ^chichten \ incl geeignet zur Herstellung akustiocher icürinscliichtelerac-nte. Vercchiodenc ocliichten ihit i-'iszoelelrcrizitat vde b^pv/. ocliichten aus ZnC, ZrUi, ZnSe, Cdo, Gdce, AlK, GaH, LilibO-. und die öillenit-ITaEilie der vac;nutiio::ide ^ind vercchiedentlicli durch Vakuumaufdampfen, chemisches Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung hergestellt und untersucht v/orden. jJiese piezoelektrischen ochichten kann man jedoch nicht bei der praktischen ±roduktion von akur.tinchen Elementen einsetzen, da ^ich ihre kristall ographicchnn Eigenschaften nicht mit hoher ±teproduzierbarkeit einstellen lasten.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges und verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kristallschichten anzugeben, bei dem die kristallographischen Eigenschaften der Schichten sich sehr gut steuern lassen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein neuartiges und verbessertes Verfahren zur Herstellung piezoelektrischer Schichten anzugeben, bei dem die kristallographischen und piezoelektrischen Eigenschaften sich sehr gut steuern lassen.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein neuartiges und verbessertes Verfahren zur Herstellung akustischer Dünn-

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miter 7ei'"vendunr; eina/: Kathoden^er-, täuoun :^r. -

ji-iro Ziele la^en : ich erreichen euren ei?; Verfahren nach der vorlio^end^n Erf inäun;;, demsufol^e man eino i.ri :to.ll ".chicht uu V-arCrxpr;;!! einec ^uell^nIla"berialε aurbriu^u und das -j ;l:on::suiG η,-.ΐ i'jt; daaiarch, Ud'.". iic Oberfläche de~ ^uolleuuateriol.'. ""..i·^ JOri." eiiAor koirv^z: ^ekrümcten oder einer χ-oly^i'ex'.CIäch·:. siiriir.;ir.t.

Ji:::jf; u::.. a^dsrs Ziele ur^d Horkmalο der vorlio^3iiC3n _]rrinai'ii_w

oll;.r. anhand ;.i. 3r Γ öl senden detailliarcon ^,-v'-cJirpiüiinr-; eii'er Lov^rsu^ton Au: i'ührungsf orm aer vorliegenden lirrinöun^ unter j'izu"- auf die beiaefügten Zeichnungen erläutert werden.

ji\L·".·. Ί i- t eine ξcheiaativierte .ochnittü-ar.:t3lluna· eine:i herköiimlicheii ebenen ijioden-Zsr" t'lucun^^TV'. teiij; zuzi Yer^i^ich r.it der. ,J^": tobi nach der vorliegenden .lirf iiidun^; und zur 'Ztläuterunr; der vorliegenden Erfindung .

J¹I^. 2A und 2B cind schematisierte ochnittdarGtelluiicen der An ordnungen dec Quellenmaterials und der ,iubstrate zur Her-.-tellunr von I\ri.i^;tall3chichten nach dem Verfahren der vorliege nd en Erf indung;

i^?i_o·. 3 i£t eine echemati:;ierte ochnittdarntellung eines Zerstauburigscystemi" mit konzentrischen sphärischen Elektroden nach der vorliegenden Erfindung.

/ig. 4- irt eine cchematicierte iichriittdart.telluns eines Zerjtäuburi{-:r-.cyr₅tenG mit konzentrischen halbkugeligen Elektrocsn nach aer vorliegenden Erfindung.

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Fig. 5 ist eine schematisierte Schnittdarr.tellung eines Zerrt äubungssystems mit koaxialen Zylitiderelektroden nach der vorliegenden Erfindung.

Vor der Beschreibung einer Aurführungsforn der" Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung soll im folgenden ein herkömmliches System kurz beschrieben werden, um die Merkmale der vorliegenden Erfindung leichter verständlich und klar zu machen.

Die Pig. 1 zeigt ein herkömmliches HF-Zerctäubungscystem in Form einer Diode mit ebenflächigen Elektroden, wobei das Bezugszeichen 50 das gesamte System aus der Scheibenkathode 25 und einer Scheibenanode 26 in einem Gefäß 11 bezeichnet. Die Scheibenkathode 25 besteht aus dem Quellenmaterial. Die Substrate 4 sind auf einem Halter 27 angeordnet und der Kathode 25 zugewandt, und mit einer Magnetspule 29 ist ein magnetisches Feld in der mit den Pfeilen 28 angedeuteten Hichtung parallel zu einem elektrischen Feld aufgebracht, das die Betriebsspannungsquelle 12 liefert.

Bild_et sich bei Verwendung von bspw. ZnO als Quellenmaterial in einem derartigen herkömmlichen Zerstäubungssystem eine piezoelektrische Schicht auf dem Substrat 4- aus, besteht das Problem, daß sich die kristallographischen Eigenschaften hier nicht mit guter Reproduzierbarkeit einstellen lassen, auch wenn die Bedingungen der Zerstäubungsvorgänge untereinander genau gleich gehalten werden.

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den Verfahren der vorliegenden Erfindung Iac ε on ε ich. diese Schwierigkeiteil der herkömmlichen Technik umgehen. Die S¹Ig. 1 zeigt ein prinzipielles Ablagerungssystem 10 nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, wobei die üb ο rf lache det Quellenmatexaals 1, das entsprechend öem Verfahren zur liriütails chi dither stellung nacli der vorliegenden Erfindung durch Aufdampfen auf die Substrate 4 aufgebracht werden soll, die Form einer konvex gekrümmten Fläche 2, wie et. die Fig. 2A zeigt, oder einer Polyederfläche 3 nach Fig. 23 annimmt, wobei die Subftrate 4 der Oberfläche dieser Quellenmaterialien zugewandt angeordnet sind.

Ee hat sich nach der vorliegenden Erfindung herausgestellt, daL in dem Ablagerungcsystem 10 die aus den Quellenmaterialien austretenden Teilchen Gtrahlartig zu den oubstraten fließen; dieser FIuB bewirkt den Wuchs einer hoch.orientierten Kristallschicht unter bestimmten Abmessungsbedingungen. Sind die ^uellenmaterialien als konvex gekrümmte Fläche 2 angeordnet, sollte, um derart stark orientierte Schichten zu erhalten, das» Verhältnis des Abstandes zwischen dem Substrat und der Oberfläche des Quellenmaterials zum Krümmungsradius der Quellenmaterialien zwischen 0,4 und 20 liegen. Es hat sich weiterhin ergeben, daß im Fall eines Quellenmaterials mit Folyedergestalt das Verhältnis des Abstandes des Substrats von der Oberfläche des Quellenmaterials zum Krümmungsradius der Hüllkurve der Polyederflächen ebenfalls zwischen 0,4 und 20 liegen sollte, um die bevorzugten, stark orientierten Kristallschichten zu erhalten. Ist dieses Verhältnis kleiner als 0,4, zeigen die resultierenden Schich-

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ten sowohl bei konvex gekrümmten als auch bei Iolyodsrflachen eine schlechte kristallographische Orientierung;. Ist das Verhältnis größer als 20, v/erden die Abmessungen des Ab lage rung s- : yctenu: zu groß.

Des- Verfahren zur Herstellung von llristallschichtcn in dem Ablagerungssystem 10, wie ec oben beschrieben ist, ist hervorragend geeignet zur Herstellung von piezoelektrischen Kristall-Schichten. Folglich lä-Qt das Verfahren sich mit Vorteil einsetzen zur Herstellung akustischer Dünnschichtelemente wie bspvr. akustischer Dünnschichtfilter.

Weiterhin ist für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ein Kathodenzerotäubungsschritt zur Verdampfung des ^iiellenmaterialt: sehr nützlich. Ein Hi'-Z er st äubungs schritt ist sehr vorteilhaft anwendbar, da sich unterschiedliche ^ucllenmaterialien verdampfen lassen.

Als praktisch einsetzbare Anordnung zur Durchführung der Kathodenzerstäubung im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist ein Zerstäubungssystem mit konzentrischen sphärischen Elektroden nach J*ig. 3 brauchbar. Das System 20 der FIq. 3 weist eine innere sphärische kathode 6, eine äußere sphärische Anode 8 mit Öffnungen und einen der Kathode 6 zugewandten sphärischen Substrathalter 9 auf. Die Substrate 4 sind auf dem sphärischen Substrathalter 9 sn den Öffnungen entsprechenden Stellen angeordnet. Die Oberfläche 7 der sphärischen Kathode 6 enthält die piezoelektrischen Materialien. Sie sind innerhalb des Glocken-

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gefäße;:; 11 angeordnet, das ein ionisierbares Gas ontliält. ZvI-r-chen der Kathode 6 und der Anode 8 liegt ein Hochspannungsnetzteil 12, das eine G-limraentladung zv/ischen Kathode und Anode "bewirkt, die die -^uellenmaterialien durch Zerstäuben verdampft. Kit dem in der Fig. y dargestellten Zerstäubungssyctem lärmen .-ich in einem Zero täubung;: gang viele Kric tall schichten mit gleichförmiger Dicke und guter Lristallinität herstellen.

Weiterhin ist für den Katliodenzerstäubungsschritt nach der vorliegenden Erfindung ein Zer;r. täubung üe yet en mit konzentrinchr.n halbkugelxörmigGn Elektroden nach Fig. Ό ein.:etzbar. Wie in eier i?ig. 5 gs-fJigt, v;eist das Zeratäubungs^yr ten JO rät konzentri-,v.chon halbkugelxörraigarj Elektroäen nach der vorliegenden Erfindung eine innere halbkugelige Elektrod.e 12, eine äuLere halbkugelige Elektrode 1? mit öffnungen und einen halbkugelförmigen oubctrathalter 14 auf, auf dem d.ie oubctrate 4 der Lathode 12 durch die öffnungen zugewandt angeordnet sind.

Ljs.3 Zerstäubungüsyctem mit konzentrischen halbkugeligen Elektroden ist vorteilhaft, da die Substrate sich bequemer auf den »Substrathalter setzen lassen als bei dem Zerstäubungssystem 20 mit konzentrischen sphärischen Elektroden. Weiterhin lassen sich im System 30 die Kathode, Anode und der Substrathalter leichter in Stellung bringen; folglich ist letzteres besser geeignet für uie Ilassenfertigung.

Auch das Zerstllubungssystem mit koaxialen zylindrischen Elektroden nach Fig. 5 i^t für die Kathodenzerstäubung in der Ha:-;-

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senfertigung geeignet. Wie in der J?ig. 5 dargestellt, weist das Zerstäubungssystem mit koaxialen zylindrischen Elektroden nach Fig. 5 eine innere zylindrische Elektrode 15₅eine äußere zylindrische Elektrode 16 mit Öffnungen sowie einen zylindrischen Substrathalter 17 auf, auf dem die Substrate 4- der Kathode durch die Löcher hindurch zugewandt angeordnet sind. Auch das System 4-0 mit koaxialen zylindrischen Elektroden ist gegenüber dem System 20 mit konzentrischen sphärischen Elektroden vom Gesichtspunkt der Massenfertigung her sinnvoller. Es lassen sich viele Substrate in einem Zerstäubungsschritt verarbeiten, wenn man ein System mit langen zylindrischen Elektroden einsetzt. Weiterhin ist es ein Vorteil, daß mehrschichtige Kristallbeläge sich kontinuierlich in nur einem Zerstäubungsschritt erreichen lassen, wenn man ein System mit koaxialen zylindrischen Elektroden verwendet, bei dem die Zusammensetzung der Kathodenoberfläche sich entlang der axialen Länge ändert und man die Substrate während des Zerstäubungsvorganges an der Kathode entlang bewegt.

Es hat sich herausgestellt, daß man bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine hohe Schichtwuchsgeschwindigkeit erreichen kann, wenn man auf geeignete Weise ein Magnetfeld anlegt. Bei dem System 20 mit den konzentrischen sphärischen Elektroden bspw. fördert ein in der Radialrichtung 18, d.h. parallel zum elektrischen Feld zwischen der Kathode 6 und der Anode 8 angelegtes Magnetfeld die Wuchsgeschwindigkeit. Weiterhin bewirkt das Magnetfeld bei niedrigen Drücken im Zerstäubungssystem eine stabilere G-limmentladung, wodurch sich wiederum eine hoch reproduzierbare Massenfertigung solcher aufgestäubten Kristall-

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schichten erreichen läßt. Das Magnetfeld erzeugt man bspw. mit einer kurzen Zylinderspule 19? die wie in S¹Xg. 2 angeordnet ist. Die Spule 19 "bringt das Magnetfeld etwa in der Radialrichtung

18 im oberen und unteren Teil des konzentrischen sphärischen 31ektrodensysterns auf.

Im Fall der konzentrischen halbkugeligen Elektrodensystem fördert ein Magnetfeld, das in Radialrichtung 21, d.h. parallel zum elektrischen Feld zwischen der Kathode 12 und der Anode 13 aufgebracht wird, ebenfalls die Filmwuchsgeschwindigkeit und damit eine Schichtablagerung mit hoher Reproduzierbarkeit. Sin solches Magnetfeld läßt sich erreichen, indem man eine kurze Zylinderspule 22 anordnet, wie ec in der S¹Ig. 3 gezeigt ist. Die Spule 22 erzeugt das Magnetfeld etwa in der Radialrichtung

19 über fast das gesamte konzentrische halbkugelige Elektrodensystem.

Im Fall eine;; koaxialen zylindrischen Elektrodensystems bringt man das Magnetfeld in der Axialrichtung 23 auf, d.h. quer zum elektrischen Feld zwischen der Kathode 15 und der Anode 16, um eine hohe ochichtwuchsgeschwindigkeit und eine Schichtablagerung mit hoher Reproduzierbarkeit zu erhalten. Das querliegende Magnetfeld erhöht auf bemerkenswerte Weise den Ionisierungsgrad der Glimmentladung, und so wird der Betriebsgasdruck auf

-4
10 Torr und weniger reduziert. Dieses Magnetfeld erreicht man bspw. mit einer langen Zylinderspule 24, die wie in Fig, 4 angeordnet ist. Die Spule 24 bringt das Magnetfeld axial zum koaxialen zylindrischen Elektrodensystem auf.

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Anstelle einer Zylinderspule kann man auch auf geeignete Weise angeordnete Permanentmagneten einsetzen, um die oben im Zusammenhang mit den i'ig. 2, 3 und 4 erwähnten Magnetfelder zu erzeugen. Bspw. lallt sich mit Permanentmagnet en, deren Nora- und Südpole wie in I?ig. 3 gezeigt angeordnet sind, ein !Magnetfeld in der Hadialrichtung 21 erzeugen.

Me vorliegende Erfindung erlaubt es, piezoelektrische Schichten bspw. aus ZnO, LiNbG₇, der Sillenit-Familie der Wisrauthoxide, ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, Aiii und GaIi mittels des KathodenzerctäubungsSchritts auf wirksame weise zu erzeugen, und die erzeugten (Schichten zeigen gute kristall ο graphische Eigenschaften bei hoher oleproduzierbarkeit.

Es hat eich weiterhin herausgestellt, daß entsprechend der vorliegenden Erfindung ionisierbares Gas einschließlich der Inertgase mit dem Wesen der Kathode aus dem ^,uellenmaterial verträglich ist und zur Herstellung von Schichten aus bspw. ZnC, LiLFbC_x und der Sillenit-Familie der Wismuthoxide ein ionisierbares Gas in Form eines oxidierenden Gases wie bypv/. Sauerstoff geeignet ist. Zur Herstellung von Schichten von AlN und GaN ist als ionisierbares Gas entsprechend ein nitrierendes Gas wie Stickstoff- oder Amnioniakgas geeignet, zur Herstellung von Schichten aus ZnS und CdS ein sulfidierendes Gas wie Wasserstoffsulfid-, Ammoniumsulfid- oder Schwefelgas und für die Herstellung von ZnSe- und CdSe-Schichten ein Inertgas wie bspw. Argon, Krypton oder Xenon handelt.

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Die Erfindung soll nun mit dem folgenden Beispiel genauer erläutert werden.

Beispiel

Für den Kathodenzerstäubungsschritt wurde das halbkugelige HF-Elektrodensystem 30 nach Fig. 3 verwendet, zum Vergleich der resultierenden Schichten ein herkömmliches HF-Diodensystem mit ebenen Elektroden nach Fig. 1. Als eines der Quellenmaterialien wurde ZnO gewählt, und in beiden Systemen wurden die Substrate auf einer Temperatur von 100⁰G gehalten. Bei dem ionisierbaren Gas handelt es sich um ein Mischgas aus Argon und Sauerstoff mit einer Sauerstoffkonzentration von 50 ,0 bei einem Gecamtgasdruck von 50 mTorr.

Die kristallographischen Eigenschaften der resultierenden ZnG-Schichten wurden aus den Reflexelektronenbeugungsbildern und den Röntgenbeugungsbildern bestimmt. Die räumliche Verteilung der orientierten Achse (c-Achse) wurde aus der Halbwinkelstreuung der (OO2)-Bögen und der Neigungswinkel der mittleren c-Achsenorientierung zur Normalen auf dem jeweiligen Substrat aus den Reflexelektronenbeugungsbildern bestimmt. Die Halbwertsbreite der (002)-Spitze der Röntgenbeugungsbilder wurde ebenfalls ausgewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zuß amme ng e f aß t.

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Tabelle 1 - Gefügeeigencchaften der ZnO-Schichten Erfindung Stand d. Technik

Orientierung einfach orientiert mischorientiert

(002) (100), (002), (101)

räumliche Verteilung 7,5 ♦·♦ 9,0 10 ... 14-

(Grad)

Neigungswinkel (Grad) < 3 3 ... 12

Halbwertbreite (Grad) 0,35 ... 0,50 0,8 ... 1,3

Aus der Tabelle 1 ergibt sich, daß das vorliegende Verfahren zu hochorientierten ZnO-Schichten mit zur Substratebene rechtwinkliger c-Achse bei guter Kristallinität führt und daß das Gefüge der Schichten nicht von der Lage des Substrats auf dem Substrathalter beeinträchtigt wird. Demgegenüber ist bekannt, daß bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik die Unterschiede der Lage der Substrate auf dem Substrathalter sich in starken Unterschieden des resultierenden Gefügeaufbaus niederschlagen; diese Schichten weisen folglich die in der Tabelle 1 aufgeführten breit gestreuten Eigenschaften auf. Diese Ergebnisse wurden durch die Auswertung der elektromechanischen Kopplungskoeffizienten der Schichten bestätigt. D.h., daß die Schichten mit hoher c-Achsenorientierung einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten aufwiesen, der in der Längswellenmode bis zu 0,24- betrug, d.h. wesentlich höher war als der Koeffizient von mischorientierten Schichten, die sich nach der herkömmlichen Methode ergaben.

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Et; hat sich, weiterhin herausgestellt, daß die kristallographische Orientierung und der elektromechanisch^ Eopplungskoeffizient dor nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten »Schichten von der Suostrattemporatur "beeinflußt werden. oubstrattemperaturen im Bereich von 60 bis 250⁰G haben sich als für die Herstellung von ZnC-ochi eilten mit guten iSchichteigenschaften geeignet herausgestellt. Bei Temperaturen über 250 G zeigt die resultierende Jchicht eine diffuse und schlechte Orientierung und einen geringen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten. oubstrattemperaturen unter 6O⁰G sind nicht brauchbar, da cie -Substrate während dec Kathodenzerstäubungsschrittc gekühlt werden sollten.

Es hat sich weiterhin ergeben,3-aIi zur Aufrechterhaltung einer stabilen und gleichmäßigen Glimmentladung zwischen Kathode und Anode bei hoher Jchicht'.Tuchsgeschwindigkeit die ionisierbare Atmosphäre in dem G-lockengefäß einen Uruck von 5 ··· 100 mTorr aufweisen sollte. Bei .Drücken unter 5 mTorr und über 100 mTorr ist die iPilmwuchsgeschwindigkeit für die !Massenfertigung zu gering.

Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß die Konzentration dec. Jauerstoxfs im ionisierbaren Gas die Art der Schichtablagerung beeinflußt. Bei oauerstoffkonzentratxonen über 80 % hatten die resultierenden ZnG-ifilme eine schlechte Orientierung, bei Konzentrationen unter 10 ,-;■ zeigten die resultierenden ZnO-ochichten keine Piezoelektrizität, da der elektrische spezifische Widerstand zu gering war. Der nutzbare Sauerstoffkonzentrations-

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bereich ist 10 ... 80 ,>.

Indem man ein HP-Zerstäubungssystem mit halbkugeligen Elektroden verwendet, wird die Verteilung der Auftreffwinkel der abge&täubten ZnO-l'eilchen an der Substratoberfläche wesentlich. en^er alt: bei einem herkömmlichen HF-Diodensystem mit ebenen Elektroden. Dies bewirkt die Bildung eines .^c-trahlartigen. I<^llu.^c;- r.Qf. der abgestäubten Teilchen zum Substrat und den Wuch^ einer Znü-Schicht mit hochorientierter c-Achse. Bei einem HF-Zerntäubungasystem mit halbkugeligen Elektroden nach der vorliegenden Erfindung sind die Schichtdicke und die kristallographiccliG struktur überall auf dem halbkugeligen Substrathalter im wesentlichen gleichmäßig, und es läßt sich ein hoher elektromechanischer Kopplungskoeffizient der Znü-Schichten mit hoher Reproduzierbarkeit erreichen. Dies beweißt, daß ein HF-Zerstäubungsoyctem mit halbkugeligen Elektroden nach der vorliegenden Erfindung für die Massenfertigung akustischer Bauelemente mit einer Dünnschicht aus ZnO sehr nützlich ist.

Es hat sich weiterhin ergeben, daß sich nach der vox'liegenden Erfindung außer ZnG-Schichten auch andere Oxidverbindungsschichten in der oxidierenden Atmosphäre herstellen lassen - bspw. aus LiFbO-, und der Sillenit-Familie der Wismuthoxide. Bei Nitrid schicht en wie AlN und GaIT ist die geeignete Atmosphäre ein Mischgas aus einem Inertgas wie Argon, Krypton oder Xenon und dem nitrierenden Gas wie Stickstoff oder Ammoniak bei einer Konzentration des Nitriergases von 10 bis 80 ';o. Für Sulfidschichten wie bspw. von OdS und ZnS ist die geeignete Atmo-.-

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"phäre ein Mischgas aus einem Inertgas wie Argon, Krypton oder Xenon und dem Sulfidiergas wie Wasserstoffsulfid bei einer Sulfidiergaskonzentration von 10 bis 80 ,j.

Dac oben ausgeführte Beispiel zeigt die Nützlichkeit des HF-Zerstäubungsverfahrens. !Tür das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung läßt sich jedoch auch jedes andere Verdampfung3-verfahren wie bspw. mit Gleichspaniiungsdioden-, -trioden- oder Hagiietronsystemen sowie das Ionenbetchuüv erfahr en einsetzen. Dac Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist auch geeignet für die Herstellung von Kristallschichten durch Reaktionsaufstäubung ("reactive sputtering"). 3spw. ergibt ein Aufstäuben aus einer Zn-Hetall-Kathode oder einer Kathode aus sauerstoffreduziertem ZnO in einer oxidierenden Atmosphäre ZnG-Schichten, das Aufstäuben aus einer Al-Metallkathode in einer Kitrieratmosphäre AlK-Schichten und von Cd-Ketallkathoden in einer SuI-fidieratmosphäre GdS-Schichten. Weiterhin lassen sich Schichten mit geneigter Kristallachsenorientierung herstellen, indem man das Aufstäuben auf eine der Schrägablagerung im Vakuum ähnliche Weise winklig durchführt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Kristallschicht durch Aufdampfen eines Quellenmaterials auf ein Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Quellenmaterials die Gestalt einer konvex gekrümmten oder einer Polyederfläche annimmt und man das Substrat der Oberfläche des Quellenmaterials zugewandt anordnet, wobei das Verhältnis des Abstandes zwischen dem Substrat und der Oberfläche des Quellenmaterials zum Krümmungsradius der Fläche des Quellenmaterials in Gestalt der konvex gekrümmten Fläche bzw. der Hüllfläche des Polyeders im Bereich von 0,4- bis 20 liegt.

2. Verfahren zur Herstellung einer Kristallschicht nach Anspruch 1, bei dem das Substrat auf einem Substrathalter einer mit öffnungen versehenen Anode zugewandt angeordnet wird und man die Verdampfung durch Zerstäuben einer Kathode aus dem Quellenmaterial durchführt, das durch die öffnungen der Anode hindurch auf das Substrat aufgestäubt wird.

3. Verfahren zur Herstellung einer Kristallschicht nach Anspruch 2, bei dem die Kathodenzerstäubung als HF-Zerstäubungsschritt stattfindet.

4. Verfahren zur Herstellung von Kristallschichten nach Anspruch 2, bei dem man die Kathodenzerstäubung in einem konzentrischen sphärischen Elektrodensystem durchführt, bei dem die Kathode eine innere sphärische Kathode, deren Oberfläche das

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Quellenmaterial enthält, die Anode eine äußere sphärische Anode und der Substrathalter ein sphärischer Substrathalter ist, auf dem die Substrate der sphärischen Kathode durch die öffnungen der sphärischen Anode hindurch zugewandt angeordnet sind.

5· Verfahren zur Herstellung einer Kristallschicht nach Anspruch 4, bei dem man in einer radialen Richtung parallel zur Richtung des elektrischen Feldes zwischen der sphärischen Kathode und der sphärischen Anode ein Magnetfeld anlegt.

6. Verfahren zur Herstellung von Kristallschichten nach Anspruch 2, bei dem man die Kathodenzerstäubung in einem Elektrodensystem aus konzentrischen halbkugeligen Elektroden durchführt, in dem die Kathode eine innere halbkugelige Kathode, deren Oberfläche das Quellenmaterial aufweist, die Anode eine äußere halbkugelige Anode und der Substrathalter ein halbkugeliger Substrathalter ist, auf dem die Substrate der halbkugeligen Kathode durch die öffnungen der halbkugeligen Anode hindurch zugewandt angeordnet sind.

7. Verfahren zur Herstellung von Kristallschichten nach Anspruch 6, bei dem man ein Magnetfeld in einer radialen Eichtung parallel zur Richtung des elektrischen Feldes zwischen der halbkugeligen Kathode und der halbkugeligen Anode aufbringt .

8. Verfahren zur Herstellung von Kristallschichten nach An-

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spruch 2, bei dem man die Kathodenzerstäubung in einem System aus konzentrischen zylindrischen Elektroden durchführt, in dem die Kathode eine innere zylindrische Kathode, deren Oberfläche das Quellenmaterial aufweist, die Anode eine äußere zylindrische Anode und der Substrathalter ein zylindrischer Substrathalter ist, auf dem die Substrate der zylindrischen Kathode durch die öffnungen der zylindrischen Anode hindurch zugewandt angeordnet sind.

9· Verfahren zur Herstellung von Kristall schichten nach Anspruch 8, bei dem man ein Magnetfeld in einer axialen Richtung quer zur Richtung des elektrischen Feldes zwischen der zylindrischen Kathode und der zylindrischen Anode aufbringt.

10. Verfahren zur Herstellung einer Kristallschicht nach Anspruch 2, bei dem die Kathode aus einem Mitglied aus der aus ZnO, LiHbO^, der Sillenit-Familie der Wismuthoxide, ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, AlH und GaN bestehenden Gruppe gewählt ist.

11. Verfahren zur Herstellung von Kristallschichten nach Anspruch 2, wobei es sich bei der Kathode um eine ZnO-Kathode handelt und man das Substrat während des Kathodenzerstäubungsschritts auf einer Temperatur von 60 ... 250°C hält.

12. Verfahren zur Herstellung von Kristall schichten nach Anspruch 2, bei dem die Kathode eine ZnO-Kathode ist und man die Kathodenzerstäubung in einer Atmosphäre eines ionisierbaren Gases aus einem oxidierenden Gas mit einem Druck von

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5 ... 100 ml¹ orr durchführt.

13· Verfahren zur Herstellung von Kristallschichten nach Anspruch 12, "bei dem ss sich "bei dem ionisierbaren Gas um ein Mischgas aus einem Inertgas und einem oxidierenden Gas handelt, wobei die Konzentration des letzteren 10 bis 80 > beträgt.

14. Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Kristallschicht durch Aufdampfen eines Quellenmaterials auf ein Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Quellenmaterials die Form einer konvex gekrümmten oder einer
Polyederfläche annimmt, das Substrat der Oberfläche dec Quellenmaterials zugewandt angeordnet wird und man das Verhältnis des Abstandes zwischen der Oberfläche des Quellenmaterials und dem Substrat zum Krümmungsradius der konvex gekrümmten bzw. der Hüllfläche (im Fall einer Polyedergestalt) des Quellenmaterials im Bereich von 0,4 bis 20 einstellt.

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