DE2651382A1

DE2651382A1 - Verfahren zur kathodenzerstaeubung

Info

Publication number: DE2651382A1
Application number: DE19762651382
Authority: DE
Inventors: Ralf-Dieter Boehnke
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-11-11
Filing date: 1976-11-11
Publication date: 1978-05-18

Description

Verfahren zur Kathodenzerstäubung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kathodenzerstäubung sowie auf eine Kathoden-Auftrefiplatte zur Durchführung dieses Verfahrens.
Zur Herstellung dunner Schichten auf Substraten durch Kathodenzerstäubung werden in einer zwischen einer Kathode und einer Gegenelektrode gezündeten und aufrechterhaltenen elektrischen Gasentladung in einer aus inerten und ggf. reaktiven Gasen bestehenden Atmosphäre geringen Drucks aus der Auftreffplatte der Kathode (auch als Target bezeichnet) Teilchen von atomarer Größe von den aufprallenden Ionen herausgeschlagen (zerstäubt) und auf in der Nähe der Gegenelektrode angeordneten Substraten niedergeschlagen.
Die Kathoden-Auftreffplatte besteht üblicherweise aus dem Material, aus der die zu bildende Schicht bestehen soll, also beispiels.zeise 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. Kathoden-Auftreffplatten können massive Metallplatten sein, sie können aber auch mit den in der Pulvermetailurgie üblichen Verfahren hergestellt sein, wobei Preßkörper aus Pulvern gepreßt und anschließend gesintert werden.
Ein Nachteil des Kathodenzerstäubungsverfahren gegenüber anderen vakuumtechnischen Verfahren zur Herstellung dünner Schichten ist sein sehr schlechter Wirkungsgrad. Beim Kathodenzerstäubungsverfahren - angewendet auf die Herstellung von Goldschichten - liegt der Energiebedarf beispielsweise um den Faktor 100 höher als bei thermischen Verdampfungsprozessen. Ist das zu zerstäubende Material z.B. Quarz, ist dieses Verhältnis noch ungünstiger.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg für die Praxis anzugeben, wie die Zerstäubungsrate und damit die Effektivität eines Kathodenzerstäubungsverfahrens erhöht werden kann. Die Erfindung nutzt dabei die an sich bekannte Tatsache aus, daß die Zerstäubungsrate für bestimmte Materialien abhängig ist vom Einfallswinkel der Ionen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Kathoden-Auftreffplatte verwendet wird, der eine solche regelmäßige Oberflächen-Struktur erteilt wird, daß senkrecht einfallende Ionen die Auftreffplatte unter einem definierten Winkel 900 treffen. Die Kathoden-Auftreffplatte ist an ihrer Oberfläche dabei von Gräben mit praktisch aneinander angrenzenden Grabenwänden eines Böschungswinkels a von 1 bis 890 durchzogen.
Nach einer bevorzugten Ausbildungsform der Kathoden-Auftreffplatte beträgt der Böschungswinkel der Grabenwände 45°.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß eine äußerst gleich@@fige Abtragung über die gesamte Oberfläche der Katioden-Auftreffplatte mit einer erheblich höheren Zerstäubungsrate als bei dem bekannten Verfahren erreicht werden kann, die planare Kathoden-Auftreffplatte verwenden. Durch gezielte Auswahl des Böschungswinkels können lle. Materialien, aonani die in ihrer Zerstäubungsrate überhaupt/vom Elntallswinkel der Ionen sind, mit annähernd gleich großer Zerstäubungsrate abgetragen werden, es kann durch die Auswahl des Böschungswinkels also ein materialbedingtes Zerstäubungsverhalten korrigiert werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß strukturierten Kathoden-Auftreffplatte ist, daß praktisch alle üblicherweise für solche Auftreffplatten verwendeten Materialien, seien sie nun amorph, polykristallin oder einkristallin, gleichermaßen leicht strukturierbar sind, wobei an die Form der Kathoden-Auftreffplatte selbst ebenfalls keine besonderen Anforderungen zu stellen sind.
Bei der Auswahl des Materials für die Kathoden-Auftreffplatte oder das Target besteht nahezu keine Beschränkung hinsichtlich der Struktur des Materials, es sind amorphe, polykristalline wie auch einkristalline Materilien gleichermaßen für die Herstellung von Targets gemäß der Erfindung verwendbar.
An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und in ihrer Wirkungsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Kathoden-Auftreffplatte gemäß der Erfindung im Schnitt, Fig. 2 eine Ausschnittvergrößerung der Oberflächenstruktur der Kathoden-Auftreffplatte gemäß Pos. A in Fig. 1, Fig. 3 Draufsicht auf eine Kathoden-Auftreffplatte gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Kathoden-Auftreffplatte 1 im Schnitt dargestellt, wobei der mit A bezeichnete Teil dieses Schnitts noch einmal als Ausschnittvergrößerung in Fig. 2 gezeigt ist. Die Oberfläche der Kathoden-Auftreffplatte 1 ist strukturiert durch Gräben 2, deren Grabenwände 3 praktisch aneinander angrenzen.
In Fig. 1 und 2 sind Grabenwände 2 mit einem Böschungswinkel a von 450 dargestellt; auf die Kathoden-Auftreffplatte 1 aufpralle:e Ionen Sdar v ellt mit den Pfeilen 3 in Fig. 2) treffen die Grabenande 2 unter einem Einfallswinkel von 45°.
Je nach Material der Kathoden-Auftreffplatte 1 kann der Böschungswinkel a der Grabenwände 2 variiert werden im Bereich von 1 bis 890. In Fig. 3 ist eine Kathoden-Auftreffplatte 1 gemäß der Erfindung in Draufsicht dargestellt, wobei die Gräben mit den Grabenwänden 2 nur auf der linken Hälfte der Figur dargestellt sind, sie erstrecken sich aber in gleichmäßigem Abstand über die gesamte Oberfläche der Kathoden-Auftreffplatte 1. Die in Fig. 3 dargestellte Kathoden-Auftreffplatte 1 ist kreisförmig und flach, es sind selbstverständlich auch andere Geometrien anwendbar.
Bei der Zerstäubung von Magnesiumoxid unter Anwendung einer gemäß der Erfindung strukturierten Kathoden-Auftreffplatte mit 0 Gräben eines Böschungswinkels a von 45 konnte die Zerstäubungsrate um den Faktor 2 erhöht werden gegenüber einer planaren Kathoden-Auftreffplatte aus Magnesiumoxid.
Bei der Herstellung einer Kathoden-Auftreffplatte gemäß der Erfindung aus Magnesiumoxid MgO wurde MgO-Pulver einer Korngröße von < 5/um in einer Trägerschale aus Kupfer bei einem Druck von 6 bis 16 Ntmm2 kaltverpreßt. Die Trägerschale hatte einen Innendurchmesser von 170 mm und eine Innenwandhöhe von 3 mm.
Als Preßwerkzeug wurde ein Stempel mit einer Strukturierung,die der der Oberseite der herzustell enden Kathoden- Auftreffplatte entspricht,verwendet; für dieses Ausführungsbeispiel wurden Gräben mit praktisch aneinander angrenzenden Grabenwänden eines Böschungswinkels/ von 450 an der Oberseite der Kathoden-Auftreffplatte (Pulver-Target) erzeugt.
Für die Herstellung von Pulver-Targets ist es auch möglich, einen Heißpreßprozeß anzuwenden. Ebenso kann sich ein Sinterprozeß an das Verpressen der Pulver anschließen.
Soll kein Pulver-Target sondern ein Festkörper-Target verwendet werden, sind entsprechende Bearbeitungsverfahren zur Strukturierung der Oberfläche anzuwenden, wie Fräsen, Sägen, Schleifen und evtl.
Polieren.
PatentansrUche:

Claims

Patentstrüche: Verfahren zur Kathodenzerstäubung, dadurch gekennæeichnet, daß ob daß eine Kathoden-Auftreffplatte (1) verwendet wird, der eine solche regelmäßige Oberflächen-Struktur erteilt wird, daß senkrecht einfallende Ionen die Auftreffplatte unter einem definierten Winkel < 900 treffen.
2. Kathoden-Auftreffplatte zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Oberfläche von Gräben (2) mit Grabenwänden (3) eines Böschungswinkels a von 1 bis 890, insbesondere 45°, durchgezogen ist.
3. Kathoden-Auftreffplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräben (2) praktisch aneinander angrenzen.
4. Kathoden-Auftreffplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräben (2) in gleichmäßigem Abstand angeordnet sind.
5. Kathoden-Auftreffplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnetg daß die Gräben (2) durch in der Oberfläche der Auftreffplatte (1) erzeugt sind.