DE2528108A1

DE2528108A1 - Verfahren zum aufbringen von elektrisch leitenden schichten auf eine unterlage

Info

Publication number: DE2528108A1
Application number: DE19752528108
Authority: DE
Inventors: Helmold Dipl Phys Kausche; Hans-Peter Dipl Phys Dr Lorenz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-24
Filing date: 1975-06-24
Publication date: 1976-12-30
Also published as: DE2528108B2

Description

Verfahren zum Aufbringen von elektrisch leitenden Schichten auf eine Unterlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum aufbringen von elektrisch leitenden Schichten auf eine Unterlage, bei dem eine wenigstens eine Komponente enthaltende, insbesondere einer inhomogenen Magnetfeld ausgesetzte Kathode in einer zwischen ihr und einer Anode stattfindenden Glimmentladung zerstäubt wird, sowie eine Kathode zur Durchführung eines solchens Verfahrens.
Kathodenzerstäubungsverfahren ("Sputterverfahren") sind an sich bekannt; es sei hierzu auf die DOS 2 102 243 verwiesen, in der eine solche Technik im einzelnen beschrieben und zur Bildung von transparenten Metalloxidfilmen auf den Elektrodenplatten eines Flüssigkristall-Displays vorgesehen ist. Das Aufsputtern liefert zwar gleichmäßig dicke Fil-ne und kommt mit relativ niedrigen Substrattemperaturen aus, verlangt allerdings für die thermisch vergleichsweise hoch belastete Kathode einen erheblichen Kühlungsaufwand. Hinzu kommt, daß die Kathode nach Aufzehrung ihres Materials ausgewechselt werden muß.
Die geschilderten Mängel fallen insbesondere bei einem speziellein, bereits auf dem Markt befindlichen Sputterverfahren ins Gewicht, cei dem unmittelbar vor der abzustäubenden Kathodenemmissionsfläche ein starkes, inhomogenes Magnetfeld herrscht ("Magnetronkathode"). Die Magnetfelder steigern durch zusätzliche Ionisierung des Glimmentladungsplasmas die Abstäubrate um mindestens eine Größenordnung, es hat sich aber gezeigt, daß bei dieser von der Ausbeute her an sich besonders günstigen verfahrensvariante die Kathode lokal sehr unterschiedlich, und zwar vorwiegend in einer ringförmigen Zone, abgetragen wird. Bei dieser Flächenbeanspruchung muß das Kühlsystem alerhöchsten Anforderungen genügen - beispielsweise ist diskutiert worden, an die Kathodenaußenseite eine Kühlplatte mechanisch zu befestigen bzw. flächig anzulöten und die Platte mit Ktflilflüssigkeit zu umspülten - und wird die Kathode bereits dann unbrauchbar und muß ersetzt werden, wenn das Katnodenmaterial erst zu einem geringen Teil verbraucht worden ist. Eine derartige Materialvergeldung wirkt besonders kostentreibend und beeinträchtigt überdies den Bedienungskomfort der Anlage.
Zur Beseitigung der geschilderten Mängel, insbesondere zur Schaffung eines Verfahrens, das keine Kühlprobleme aufgibt und ei den der Nachschub des Kathodenmaterials besonders einfach gehandhabt werden kann - das Verfahren soll diese beiden Eigenschaften vor allen oel Zerstäubung mit einer Magnetronkathode besitzen - ist ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb der Unterlage angeordne-ve Kathode auf einer Temperatur gehalten wird, bei der zumindest eine ihrer Komponenten in flüssiger Phase vorliegt.
statt zu versuchen, die Kathodenoterfläche etwa durch allmähliche Veränderung des Magnetfeldverlaufes oder durch ständige Versciniebwng der Kathode relativ zur Magnetanordnung im Laufe des Betriebs möglichst gleichmäßig zu beanspruchen, wird gemäß dem hier vorgeschlagenen Verfahren die örtlich verschieden hohe Abtragrate bzw. Wärmeentwicklung durchaus belassen. Durch Ver-Wendung einer an sich bekannten flüssigen Kathode ist jedoch dafür gesorgt, daß stets Material zur Hauptabstäubzone hin transportiert wird (Aufrechterhaltung des Plüssigkeitspiegels).
ble Kathode kann daoei ohne weiteres auch mit einem automatischen Wachfüllgerät, insbesondere mit einem an sich ebenfalls bekannien Dötbad-Miveau-Konstanthalter verbunden sein. Darüberhinaus kommt eine Flüssigkathode mit einfachen Kühivorkehrungen aus, da sie bei höheren Betriebstemperaturen arbeitet und außerdem zu gekühlten Kathodenteilen einen guten thermischen Kontakt herstellt. Im Einzelfall kann sogar auf eine Kühlung verzichtet werden. Durch weitere Erhöhung der Kathodentemperaturen läßt sich überdies der Dampfdruck der Flüssig-Komponente derart steigern, da3 neben der Zerstäubung auch Verdampfung eintritt und dadurch die Schichtaufwachsrate bis zu den beim Aufdampfen üblichen Werten gebracht werden kann. Insgesamt ergibt sich somit ein einfaches, bequem durchführbares Sputterverfahren mit optimaler Ausnutzung des Kathodenmaterials.
In einer bescnders zweckmäßigen Ausgestaltung des vorgeschlagener Verfahrens enthält die Kathode mehrere Komponenten, insbesondere zwei Komponenten, wobei während des Betriebs zumindest die Y<omponente mit den niedrigsten Schmelzpurkt in flüssiger Phase und zumindest die Komponente mit dem höchsten Schmelzpunkt in fester Phase vorliegen.
Bei einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt verwendeten Mehrkomp onontenkatliode werden die Komponenten von einem Gefäß (Kathodengefäß) aufgenommen und sind die im Betrieb in fester Phase verbleibenden Komponenten auf dem Boden des Kathodengefäßes verankert, vorzugsweise verschraubt. Derart eingebettet werden die Fest-Komponenten nicht über die Badtemperatur hinaus erhitzt und stellt sich im Abstäubraum das gewünschte Komponentengemisch ein. Als Kathodenkomponenten kommen vorzugsweise die Metalle bzw. Metallegierungen Sn-Sb oder In-Sn oder Al oder Al und Ta in Frage.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet insbesondere Anwendung bei Flüssigkristall-Displays (Beschichtung der Displays-Trägerplatten ), kann aber auch mit Vorteil bei Schaltkreisen zum Aufstäuben eines Metalles, insbesondere Als für die Folienbeschichtung und von Metallschichten, insbesondere AlTa-Schichten, mit Gas zusatz eingesetzt werden. Ganz allgemein ist es stets dann zweckmäßig, wenn dünne Schichten aus elektrisch leitfähigen, unmagnetischen Materialien, insbesondere mit hohen Niederschlagsraten, hergestellt werden sollen.
Die Erfindung soll nun an Hand zweier in den Figuren der Zeichnung nur schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen, Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens mit einkomponentiger Kathode, im Seitenschnitt; Figur 2 von einer Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens mit zweikomponentiger Kathode die Kathode, in einem teilweise weggebrochenen Seitenschnitt; Figur 3 die Kathode der Figur 2 in Draufsicht.
Sämtliche Teile einer Sputter-Vorrichtung, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt erforderlich sind, beispielsweise die Anode, sämtliche elektrischen Zuleitungen, die SubstrathaBerungen einschließlich mechanischer Vortriebe oder die Halterungen für die'Vorratsgefäße sind in den Figuren der Übersicht halber weggelassen.
3eim Ausführungsbeispiel der Figur 1 enthält die Vorrichtung ein vakuumdichtes Gehäuse 1, in dem eine Unterlage (Substrat 2), unterhalb des Substrats eine Kathode 3, ferner ein Vorratsgefäß 4 und ein Nachschubbehälter 5 untergebracht sind. Die Kathode enthält in einzelnen ein hitzebeständiges Gefäß (Kathodengefäß 6) und einen im Inneren des Kathodengefabes befLndlichen, im Betrieb der Vorrichtung flüssigen -eii aus abszustäubendem Material (Zerstäubungsmaterial 7). Im vojiegenden Fall besteht dieses Material aus Sn-Sb oder In-Sn. Unterhalb des Kathodengefäßes ist eine aus Dauermagneten 8 bestehende Permanentmagnetanordnung angeordnet. Die Dauermagneten sind abwechselnd entgegengesetzt polarisiert und durch eine Weicheisenbrücke 9 miteinander verbunden; sie sorgen dafür, daß in unmittelbarer Nähe der Kethodenemissionsfläche starke inhomogene Magnetfeld er herrschen. Das Kathodengefäß 6 steht über einen durch seinen Boden geführten Zulauf 10 mit dem Vorratsgefaß 4 in Verbindung, das im Betrieb der Vorrichtung durch einen Heizer 1 auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß das Zerstäubungsmaterial im Vorratsgefäß, im Kathodengefäß und im Zulauf in flüssiger Phase vorliegt und selbstätig für einen Niveauausgleich seiner beiden Oberflächen sorgen kann. Der Nachschubbehälter 5 speichert das Zerstäubungsmaterial, und zwar in fester Form (beispielsweise als Pulver), und läßt durch einen Nachfüllstutzen 12 Nachschubmaterial in das Vorratsgefäß fallen. Die Nachfüllrate kann durch die Rotationsgeschwindigkeit einer unterhalb des Stutzens befindlichen und mit einem Loch versehenen Scheibe 13 reguliert werden. Ein Kathodenwechsel ist bei dieser Ausführung nicht erforderlich.
Bei der Vorrichtungsvariante der Figuren 2 und 3 enthält die Kathode zwei Kcmponenten: Eine Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt - sie ist im Betrieb der Vorrichtung flüssig - und eine Komponente mit hohem Schmelzpunkt, die beim Zerstäuben in fester Form verbleibt. Im vorliegenden Fall besteht die flassige Komponente aus Al, die feste Komponente aus Ta. Das Ta hat die Form von Blöcken 14 und ist auf dem Boden des Kathodengefäß.es in der ringförmigen, in Figur 3 gestrichelt eingezeichneten Haupt abstäubzone 15 in den Spalten zwischen den einzelnen Dauermagneten 8 festgeschraubt. Die Blöcke 14 können leIcht ausgetauscht werden.
8 Patentansprüehe 3 Figuren

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zun Auf bringen von elektrisch leitenden Schichten auf eine Unterlage, bei dem eine wenigstens eine Komponente enthaltende, insbesondere einem inhomogenen Magnetfeld ausgesetzte Kathode in einer zwischen ihr und einer Anode stattfindenden Glimmentladung zerstäubt wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i clii e t , daß die unterhalb der Unterlage angeordnete Kathode auf einer Temperatur gehalten wird, bei der zumindest eine ihrer Komponenten in flüssiger Phase vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i di n e t , daß bei Verwendung einer Mehrkomponentenkathode, insbesondere einer Zvei-Komponentenkathode, zumindest die Komponente mit dem niedrigsten Schmelzpunkt in flüssiger Phase und zumillae die Komponente mit dem höchsten Schmelzpunkt in fester Phase vorliegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Verwendung zum Aufbringen von elektrisch leitenden Schichten auf einer Trägerplatte eines Flüssigkristall Displays,
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Verwendung zum Aufbringen von Folien, insbesondere Al-Folien, und/oder von Schichten, insbesondere AlTa-Schichten, mit Gaszusatz für Schaltkreise.
5. Kathode zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie ein die Kathodenkomponenten aufnehmendes Gefä3 (6) enthält und im Falle einer Mehrkomponentenkathode die im Betrieb in fester Phase verbleibenden Komponenten (14) auf dem Boden des Kathode gefaßes verankert, vorzugsweise verschraubt, sind.
6. Kathode nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die im Betrieb in fester Phase verbleibenden Komponenten (14) in den Kathodenbereichen größter Abstäubrate (Hauptabstäubzone 15) angebracht sind.
7. Kathode nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ihre Komponenten Sn-Sb oder In-Sn oder Al oder AlTa sind.
8. Kathode nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie mit einer automatischen Nachfullvorrichtung für die flüssigen Komponenten, insbesondere mit einem an sich bekannten Lötbad-Niveau-Konstanthalter (4,5) verbunden ist.

L e e r s e i t e