DE2624005A1

DE2624005A1 - Verfahren zum aufbringen von duennen schichten nach dem ion-plating- verfahren und vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE2624005A1
Application number: DE19762624005
Authority: DE
Inventors: Reiner Ing Grad Sigusch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1977-12-08
Also published as: DE2624005C2

Description

Verfahren zum Aufbringen von dünnen Schichten nach dem
"Ion-plating"-Verfahren und Vorrichtung dazu.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von dünnen Schichten auf ein Substrat nach dem "lon-plating"-Verfahren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Als "Ion-plating" wird ein Verfahren zum Aufbringen von dünnen Schichten auf Substratoberflächen bezeichnet, bei dem das Niederschlagen einer Schicht unter gleichzeitigem Ionen-Beschuß der Substratoberfläche in einer Plasma-Entladung erfolgt('tJournal Vac. Sci. Technol." Bd.10, 1973, S.47-52 und "Electronic Packagin and Production", 1975, S.39-45). Der Vorteil dieses Verfahrens besteht gegenüber den herkömmlichen Aufdampf- oder Aufsputter-Prozessen darin, daß die Substratoberfläche während des Beschichtens durch einen Ionen-Beschuß von Verunreinigungen freigehalten wird und daß das aufzubringende Material in der Plasma-Entladung teilweise ionisiert wird, was die Ausbildung einer auch an Kanten und Stufen der Substratoberfläche gleichmäßig dicken Schicht und eine hohe Haftfestigkeit begünstigt.
Üblicherweise wird das Material der Schicht, die abgeschieden werden soll, durch Erhitzen aus einem Tiegel in den Dampfzustand überführt und so in die Plasma-Entladung gebracht. Das Erhitzen des in dem Tiegel befindlichen Materials kann dabei sowohl durch eine Widerstandsheizung oder eine Mikrowellenheizung des gesamten Tiegels erfolgen oder auch mit einem Elektronenstrahlverdampfer, bei dem nur ein kleiner Bereich des im Tiegel vorhandenen Materials erhitzt und verdampft wird. Die Verdampfung des aufzubringenden Materials mit einem Elektronenstrahlverdampfer ist vorzuziehen, da bei ihm - im Gegensatz zu den anderen Verdampfungsmethoden - nur ein nahezu punktförmiges Gebiet des im Tiegel vorhandenen Materials erhitzt und verdampft wird. Als Tiegel wird dazu meist ein mit einer Wasserkühlung versehener Kupfertiegel verwendet. Hierbei kann keine Reaktion zwischen dem zu verdampfenden Material und dem Material des Tiegels auftreten, wodurch eine Verunreinigung der aufzubringenden Schicht vermieden wird. Die Verwendung eines Elektronenstrahlverdampfers in den üblichen Anlagen für das "Ion-plating"-Verfahren führt jedoch zu einem erhöhten apparativen Aufwand, da das Gefäß, in dem die Beschichtung mit dem " "Ion-plating"-Verfahren erfolgt, einen Gasdruck von etwa 10 2 Torr benötigt, damit eine Plasma-Entladung aufrechterhalten werden kann; ein solcher Druck ist jedoch zum Betrieb einer Elektronenkanone zu hoch, so daß bei Verwendung eines Elektronenstrahlverdampfers die Elektronenkanone in einer separaten Druckkammer untergebracht werden muß, die mit einem eigenen Vakuum-Pumpstand auf einem Druck von weniger als 1G 5 Torr gehalten wird und die durch eine Druckdrossel von dem Beschichtungsgefäß getrennt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, für das Beschichten von Substrat en nach dem " "Ion-plating"-Verfahren Maßnahmen anzugeben, durch die ermöglicht wird, den Gasdruck im Beschichtungsgefäß soweit abzusenken, daß der zum Betrieb der Elektronenkanone des Elektronenstrahlverdampfers notwendige Druck erreicht wird und somit die Elektronenkanone in dem Beschichtungsgefäß eingebaut werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahren erfindungsgemäß nach der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.
Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene zusätzliche Ionisierung der im Raum zwischen Vorratstiegel und Substrat oberfläche befindlichen Gas- und Dampfteilchen wird ermöglicht, die zur Durchführung des "Ion-plating"-Verfahrens notwendige Ga sentla -dung im Beschichtungsgefäß auch bei kleineren Drucken um 10 5 Torr aufrechtzuerhalten. Da bei einem solchen Druck bereits der für den Betrieb eines Elektronenstrahlverdampfers notwendige Druck erreicht ist, ist es auf diese Weise möglich, den gesamten Elektronenstrahlverdampfer mit seiner Elektronenkanone in dem Beschichtungsgefäß unterzubringen und auf diese Weise den sonst notwendigen getrennten Pumpstand für den Elektronenstrahlverdampfer einzusparen.
Die Erzielung der Ionisierung des in dem Gefäß befindlichen Gases und der Dampfteilchen kann gemäß der Ausgestaltung der Erfindung qurch eine Quelle für ionisierende Strahlung oder auch mit Hilfe eines hochfrequenten elektrischen Feldes erfolgen.
Das Hochfrequenzfeld kann dabei sowohl kapaztiv wie auch induktiv mit Hilfe einer Spule oder auch mit Hilfe eines mit einer Durchtrittsöffnung für die Dampfteilchen versehenen Hohlraumresonators erzielt werden.
Im folgenden wird beschrieben und anhand der Figur näher erläutert, wie das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird und es wird eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben.
In einem evakuierbaren Gefäß 1, das über eine Vakuum-Leitung 2 mit einem in der. Figur nicht dargestellten Pumpstand verbunden ist, befindet sich ein wassergekühlter Tiegel 3, in dem sich das Material 4 befindet, mit dem das Substrat beschichtet werden soll. Das Substrat 5 ist an einem Substrathalter 6 befestigt, der in einem Isolator einer Stromdurchführung 7 sitzt und mit einer Hochspannungsquelle 8 verbunden ist. Weiterhin befindet sich im Innern des Gefäßes eine Elektronenkanone 9, aus der ein Elektronenstrahl 10 austritt, der in einer Ablenkeinheit 11 auf das Material 4 gelenkt wird. Die Ablenkeinheit 11 kann ein Ablenkkondensator oder auch ein Elektromagnet sein. Tiegel 3 und Elektronenkanone 9 können auch eine Einheit bilden. Der Tiegel 3 ist - gegebenenfalls über eine Stromdurchführung 12 -mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 8 verbunden; er kann auch geerdet sein.
Zum Betrieb wird das Gefäß über den Vakuum-Anschluß 2 auf einen Druck von etwa 10 5 Torr ausgepumpt. Sodann wird die Elektronenkanone 9 in Betrieb gesetzt und mittels des Elektronenstrahles 10 das Material 4 in dem Tiegel 3 erhitzt. Wird die Hochspannungsquelle 8 eingeschaltet, so brennt im Innern des Gefäßes 1 eine Gasentladung, deren Ausdehnung durch die gestrichelte Linie 13 angedeutet ist. Das aus dem Tiegel 3 verdampfte Material 4 wird in dem Raum zwischen Tiegel und Substrat in der Gasentladung ionisiert, so daß auf das Substrat Ionen 14 des Materials 4 auftreffen. Damit bei den kleinen Drucken von 10 5 Torr sich die Gasentladung ausbilden kann, ist als zusätzliche Vorrichtung 15 zur Erzeugung von Ionen in dem Zwischenraum zwischen Tiegel 3 und.dem Substrat 5 eine Hochfrequenzspule vorhanden, an die während des gesamten Beschichtungsprozesses eine Hochfrequenzspannungsquelle 16 gelegt wird. In einer anderen Ausführungsform kann anstelle der Hochfrequenzspule 15 die Ionisierung des im Gefäß befindlichen Gases auch mit einer Quelle ionisierender Strahlung, z.B. eine zweite Elektronenkanone oder auch eine Röntgenstrahlquelle, angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Aufbringen von dünnen Schichten auf ein Substrat nach den "Ion plating"-Verfahren, bei dem in einem evakuierDaren Gefäß mit einem Elektronenstrahlverdampfer aus einem Vorratstiegel Material verdampft und auf dem Substrat niedergeschlagen wird, und bei dem eine Hochspannung zwischen dem im Tiegel befindlichen Material und dem Substrat gelegt und dadurch in dem Gefäß eine Gasentladung verursacht wird und das aus dem Vorratstiegel verdampfte Material in dieser Gasentladung teilweise ionisiert wird, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß in dem Raum zwischen Vorratstiegel (3) und Substrat (5) befindliche Gasteilchen und Teilchen des verdampften Materials (4) durch zusätzliche Mittel ionisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die zusätzliche Ionisierung mit Hilfe eines hochfrequenten elektrischen Feldes durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die zusätzliche Ionisierung mit Hilfe ionisierender Strahlung durchgeführt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem evakuierbaren Gefäß, mit einem Elektronenstrahlverdampfer, mit einem Vorratstiegel und mit Mitteln zum Anlegen einer Spannung zwischen dem im Vorratstiegel befindlichen Material und dem Substrat, dadurch g e k e n n z e i chn e t , daß weitere Mittel (11) zur Ionisierung der im Gebiet zwischen Vorratstiegel (3) und Substrat (5) befindlichen Gasteilchen und Teilchen des verdampften Materials (4) vorhanden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , daß als Mittel zur Ionisierung eine Hochfrequenzspule (15) oder ein Hohlraumrbsonator vorhanden ist, die/der an einer Iiochfrequenzspannungsquelle (8) angeschlossen ist.