DE2832620C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung dünner Schichten mit Hilfe einer Kathoden-Zerstäubung, bei welchem eine aus einer Legierung mindestens eines ferromagnetischen und mindestens eines nicht-ferromagnetischen Materials be­ stehende, zur Zerstäubung vorgesehene Kathodenplatte ver­ wendet wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Kathodenplatte für eine Kathoden-Zerstäubungsvorrichtung, wobei die Kathodenplatte aus einer Legierung besteht, die aus einem ferromagneti­ schen Material und einem nicht-ferromagnetischen Material gebildet ist.

In der Industrie werden eine Reihe von Verfahren verwendet, um dünne Schichten herzustellen. Die jeweils am besten geeig­ nete Verfahrensweise hängt vom Anwendungsfall ab, und es kann beispielsweise eine Verdampfung im Hochvakuum, eine chemische Dampfabscheidung, eine Plattierung oder eine Zerstäubung ver­ wendet werden. Jedes dieser Verfahren hat bestimmte Vorteile. Beispielsweise kann fast jedes beliebige Material durch Zer­ stäubung abgelagert werden, insbesondere können sowohl Metalle als auch Isolatoren auf diese Weise in Form von dünnen Schichten abgelagert werden. Beim Zerstäuben können Legierungen und Ge­ mische ohne Fraktionierung abgelagert werden, wobei auch die Sicherheit vorhanden ist, daß das Verfahren reproduzierbar ist.

Ein Nachteil der Magnetron-Zerstäubung besteht jedoch darin, daß diese Technik zur Ablagerung von ferromagnetischen Materialien schlecht geeignet ist. Eine Elektrode, insbesondere eine Kathoden­ platte aus ferromagnetischem Material würde als Shunt wirken und würde verhindern, daß die magnetischen Feldlinien durch die Kathodenplatte hindurchgehen und gemäß den Erfordernissen auch vor der Kathodenplatte vorhanden sind. Deshalb können Materialien wie Eisen oder Nickel nur unbefriedigend durch Magnetron-Zerstäubung aufge­ bracht werden. Eine Ausnahme besteht darin, daß ein be­ grenzter Erfolg dadurch erreicht werden konnte, daß in spezieller Weise hergestellte Kathodenplatten verwendet wurden, in welchen eine dünne (z. B. etwa 1,6 mm dicke) Schicht aus ferromagneti­ schem Material auf ein nicht ferromagnetisches Basismaterial aufgebracht war. Diese Schicht ist hinreichend dünn, so daß das magnetische Feld nicht vollständig geshuntet wird. Bei der Verwendung einer derartigen Kathodenplatte gehen jedoch einige Vorteile der Zerstäubung verloren. Beispielsweise ist eine solche Kathodenplatte außerordentlich teuer, und die Lebens­ dauer ist stark begrenzt, weil nur eine sehr geringe Menge an Quellenmaterial vorhanden ist.

Einige der ferromagnetischen Materialien haben sehr vor­ teilhafte Eigenschaften, welche sie für die Anwendung bei dünnen Schichten sehr wünschenswert erscheinen lassen. Beispielsweise hat Nickel in der Halbleiter-Industrie star­ ken Eingang gefunden.

Aus der US-PS 36 25 849 ist ein Herstellungsverfahren für Speicherplatten bekannt, auf welche eine dünne magnetische Schicht mit Hilfe einer Kathoden-Zerstäubung aufgebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung dünner Schichten der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem dünne Schichten aus ferromagnetischem Material hergestellt werden können.

Weiterhin soll gemäß der Erfindung eine Kathodenplatte für eine Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung geschaffen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die in den Patentansprü­ chen niedergelegten Merkmale.

Die Magnetron-Zerstäubung von ferromagnetischen Materialien kann gemäß der Erfindung dadurch erfolgen, daß ein Kathoden­ plattenmaterial verwendet wird, welches aus einer in spezieller Weise hergestellten Legierung besteht. Diese Legierung muß eine Curie-Temperatur haben, welche niedriger liegt als die­ jenige Temperatur, welche die Kathodenplatte vor oder während der Durchführung des Zerstäubungsvorganges aufweist. Die ge­ wählte Legierung muß weiterhin derart beschaffen sein, daß die anderen wünschenswerten Eigenschaften des ferromagnetischen Materials erhalten bleiben.

Insbesondere kann Nickel durch Magnetron-Zerstäubung abge­ lagert werden, indem eine Legierung aus Nickel mit etwa 30 bis 35 Atomprozent Kupfer verwendet wird. Diese Legierung hat eine Curie-Temperatur, welche unterhalb der normalen Zerstäubungs­ temperatur liegt, während jedoch die Legierung die gewünschten Eigenschaften des Nickels noch aufweist, insbesondere die Festigkeit, das Wärmeleitvermögen, die Korrosionsbeständigkeit und weiterhin die günstige Eigenschaft, leicht gelötet werden zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeich­ nung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Magnetron-Zerstäu­ bungseinrichtung und

Fig. 2 die Curie-Temperatur als Funktion der Legierungszusammen­ setzung für drei verschiedene Nickellegierungen.

In der Fig. 1 ist in einer schematischen Darstellung eine Vor­ richtung veranschaulicht, welche zur Aufbringung von Materialien mit Hilfe der Magnetron-Zerstäubungstechnik dient. Die Kathoden­ platte 10 ist aus demjenigen Material hergestellt, welches in einer dünnen Schicht auf das Werkstück 12 aufgebracht werden soll. Die Anode 14 wird im allgemeinen auf einem elektrischen Masse­ potential oder auf einem geringen positiven Potential gehalten, und es wird zwischen der Kathode 10 und der Anode 14 ein Feld aufgebaut. Magnete 16 sind hinter der Kathode 10 angeordnet, um magnetische Feldlinien zu erzeugen, wie sie durch die Linie 18 veranschaulicht sind. Die zu einer geschlossenen Schleife ge­ formten magnetischen Feldlinien 18 gehen durch die Kathode 10 hindurch, so daß ein Teil der Feldlinien in dem Raum vor der Kathode 10 vorhanden ist. Elektronen vor der Kathode werden durch die Kraft des elektromagnetischen Feldes beeinflußt. Eine derartige Kraft schnürt die Elektronen auf langen spiralen­ förmigen Wegen zusammen, welche unmittelbar benachbart zu der vorderen Seite der Kathodenplatte 10 verlaufen. Es ist auf diese elektromagnetische Einengung der Elektronen in der Nähe der Kathode zurückzuführen, daß ein Plasma gebildet wird und den Wirkungsgrad der Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung ver­ bessert.

Wenn die Kathode 10 jedoch aus einem ferromagnetischen Material besteht, bildet dieses Material einen Shunt für das magnetische Feld. Die magnetischen Feldlinien folgen dann einem Weg durch das Kathodenmaterial, wie er durch die gestrichelte Linie 20 angedeutet ist. Weil keine magnetischen Feldlinien vor der Kathode vorhanden sind, kann kein Plasma gebildet werden, zu­ mindest kann die Entstehung des Plasmas nicht begünstigt werden.

Die Curie-Temperatur ist als diejenige Temperatur definiert, über welcher die spontane Magnetisierung verschwindet. Die Curie-Temperatur trennt die ungeordnete paramagnetische Phase von der geordneten ferromagnetischen Phase. Mit anderen Worten, bei Temperaturen unterhalb der Curie-Temperatur ist ein ferromagnetisches Material magnetisch. Bei Temperaturen oberhalb der Curie-Temperatur verschwinden diese magnetischen Eigen­ schaften.

Die Curie-Temperatur schwankt bei verschiedenen Materialien über einen weiten Bereich und kann für Legierungen anders liegen als für die Bestandteile der Legierung. Wenn eine Legierung aus einem ferromagnetischen Material mit einem oder mehreren anderen Elementen gebildet wird, kann die Curie-Temperatur auf eine Temperatur vermindert werden, welche unterhalb der gewünschten Zerstäubungstemperatur liegt. Bei der abgesenkten Curie-Tempe­ ratur ist die Legierung bei der Zerstäubungstemperatur nicht ferromagnetisch und eignet sich daher für die Magnetron-Zer­ stäubung.

Es gibt viele ferromagnetische Materialien, welche derart le­ giert werden können, daß die Curie-Temperatur auf diese Weise abgesenkt wird. Gemäß der Erfindung werden nachfolgend drei Beispiele beschrieben. Nickel, welches ein außerordentlich gut geeignetes Material zur Bildung dünner Schichten für viele Anwendungsfälle ist, hat eine Curie-Temperatur von etwa 370°C. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die Magnetron-Zerstäubung durchzuführen, indem die Kathodenplatte etwa auf Raumtemperatur gehalten wird, und bei Raumtemperatur ist Nickel ferromagnetisch. Die Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, welche die Curie- Temperatur als eine Funktion der Legierungszusammensetzung für drei verschiedene Nickellegierungen veranschaulicht. Es sind jeweils Kupfer, Zinn und Platin mit Nickel legiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Nickelle­ gierung mit etwa 30 bis 35 Atomprozent Kupfer als Kathodenplatte für die Magnetron-Zerstäubung verwendet. Diese spezielle Legie­ rung hat eine Curie-Temperatur, welche im Bereich zwischen +20°C und -40°C liegt. Diese Legierung ist in allen ihren magnetischen Eigenschaften dem Metall Nickel sehr ähnlich und findet daher beispielsweise bei Multimetall-Zwischenverbindungen auf Halb­ leitereinrichtungen Verwendung. Die Legierung haftet sowohl an Silicium als auch an Siliciumdioxyd besser als reines Kupfer allein. Die Nickel-Kupfer-Legierung läßt sich auch leicht lösen. Dies bedeutet, daß die Legierung durch das Lösmittel leicht benetzt werden kann, sich in dem Lösmittel jedoch nicht auf­ löst. Ebenso wie Nickel hat die Legierung ein verhältnismäßig geringes Wärmeleitvermögen. In ähnlicher Weise kann eine Le­ gierung aus Nickel mit etwa 40 Atomprozent Platin oder eine Legierung aus Nickel mit etwa 10 Atomprozent Zinn leicht durch Magnetron-Zerstäubung aufgebracht werden, und dennoch haben diese beiden Legierungen ihre nickelähnlichen Eigenschaften.

Gemäß der Erfindung wird somit ein Verfahren geschaffen, durch welches in vorteilhafter Weise ferromagnetische Materialien durch Magnetron-Zerstäubung abgeschieden bzw. abgelagert und in Form von dünnen Schichten auf Werkstücke aufgebracht werden können.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erzeugung dünner Schichten mit Hilfe einer Kathoden- Zerstäubung, bei welchem eine aus einer Legierung mindestens eines ferromagnetischen und mindestens eines nicht-ferromagnetischen Materials bestehende, zur Zerstäubung vorgesehene Kathodenplatte verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetron-Zerstäubung bei einer Temperatur durchge­ führt wird, welche oberhalb der Curie-Temperatur der Legierung liegt.

2. Kathodenplatte für eine Kathoden-Zerstäubungsvorrichtung, wobei die Kathodenplatte aus einer Legierung besteht, die aus einem ferromagnetischen Material und einem nicht ferromagnetischen Material gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine Curie-Temperatur aufweist, welche niedriger ist als diejenige Temperatur, auf welcher die Kathoden­ platte (10) während eines Magnetron-Zerstäubungsvorganges gehalten wird.

3. Kathodenplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das ferromagnetische Material Nickel ist.

4. Kathodenplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das nicht ferromagnetische Material Kupfer ist.

5. Kathodenplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß Kupfer in der Legierung in einer Menge zwischen 30 und 35 Atomprozent vorhanden ist.

6. Kathodenplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das nicht ferromagnetische Material Platin ist, welches in der Legierung in einer Menge von etwa 40 Atomprozent vorhanden ist.

7. Kathodenplatte nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das nicht ferromagnetische Material Zinn ist, welches in der Legierung in einer Menge von etwa 10 Atomprozent vorhanden ist.