DE3331707C2

DE3331707C2 -

Info

Publication number: DE3331707C2
Application number: DE3331707A
Authority: DE
Inventors: Anton Dr. 6458 Rodenbach De Dietrich; Klaus Dr. 6451 Ronneburg De Hartig; Michael Dr. 6451 Rodenbach De Scherer
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1983-09-02
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1988-12-22
Also published as: GB8420797D0; GB2145741B; DE3331707A1; AU3249784A; CA1223549A; AU567578B2; GB2145741A; JPS60155673A; FR2551460B1; FR2551460A1; US4572842A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfahren geht bereits aus der DE-PS 29 02 144 als bekannt hervor.

Das reaktive Aufstäuben wird dann angewandt, wenn auf Substraten Verbindungen von Metallen und Halbleitern, beispielsweise Oxide erzeugt werden sollen, die sich in Form dieser Verbindungen nicht oder nur schwer zerstäuben lassen. So läßt sich beispielsweise ein aus Siliziumdioxid bestehendes Target nur mit Hochfrequenz und auch dann nur in geringen Raten zerstäuben, während das Zerstäuben von Silizium mittels Gleichspannung auch mit hohen Raten möglich ist.

Ähnliche Erfahrungen wurden auch beim Aufstäuben von Schichten aus Aluminiumoxid gemacht. Während es noch außerordentlich schwierig ist, Targetplatten aus Al₂O₃ mit auch nur annähernd brauchbarer Rate zu zerstäuben, läßt sich ein metallisches Target aus Aluminium ohne weiteres mit hoher Rate zerstäuben. Dieser Zerstäubungsprozeß kommt allerdings in reaktiver Atmosphäre, d. h. einer sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre, allmählich zum Erliegen, weil sich auf der Targetoberfläche elektrisch nicht leitfähiges Aluminiumoxid bildet, das den Austritt von Elektronen verhindert. Diese Erfahrungen wurden auch bei anderen Metallen bzw. Halbleitern gemacht, sobald sie in reaktiver Atmosphäre mit Gleichspannung zerstäubt wurden. Derartige Prozesse können auch als instabil bezeichnet werden.

Durch die Bildung einer Oxidschicht auf der Targetoberfläche kommt es außerdem zu elektrischen Aufladungen, die sich von Zeit zu Zeit auf der Targetoberfläche entladen und so den Zerstäubungsprozeß stören.

Durch die DE-AS 15 15 297 ist es bekannt, im Labormaßstab dadurch hochwertige Schichten zu erzeugen, daß man bei einer sogenannten Penning-Entladung die den Entladungsraum umgebenden Flächen zur Bindung von Restgasen auf eine Temperatur im Bereich der Temperatur von flüssigem Stickstoff kühlt. Ein solches Verfahren läßt sich jedoch nicht in großtechnischem Maßstab betreiben, da dieses die laufende Zufuhr von Gasen bedingt, die alsdann an den durch Stickstoff gekühlten Flächen wieder abgeschieden werden müßten. Einerseits würden dadurch die für die Reaktion benötigten Reaktivgase dem eigentlichen Prozeß entzogen, andererseits kann bei einer für den Reaktionsprozeß ausreichenden Zufuhr von Reaktionsgasen nicht verhindert werden, daß sich bereits auf der Targetoberfläche die störenden Oxide bilden.

Durch die DE-OS 31 29 327 ist es bekannt, beiderseits von Linienkatoden paarweise Verteilerrohre vorzusehen, die jedoch mit der gleichen Gasquelle verbunden sind, so daß wahlweise entweder nur Inertgas oder nur ein Gas oder Gasgemisch mit reaktiven Eigenschaften zugeführt werden kann. Sofern ein Inertgas (z. B. Edelgas) zugeführt wird, ist ein reaktives Verfahren nicht durchführbar; sofern ein Gas oder Gasgemisch mit reaktiven Eigenschaften zugeführt wird, laufen die Linienkatoden Gefahr, auf ihrer Oberfläche Reaktionsprodukte zu bilden, weil eine Gastrennung auch mit diesem bekannten System nicht möglich ist.

Durch die DE-OS 31 12 104 ist es weiterhin bekannt, unmittelbar vor der Substratoberfläche eine Blende vorzusehen, auf der ein beträchtlicher Teil des Targetmaterials kondensiert, wodurch ein wesentlicher Teil der unerwünschten Gase und Dämpfe auf der Blende gegettert wird. Bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung ist es jedoch wiederum nicht möglich, zwischen der Blende und dem Substrat einen eigenen reaktiven Katodenzerstäubungsprozeß aufrechtzuerhalten und dabei gleichzeitig die Targetoberfläche gegen eine Bildung von Reaktionsprodukten zu schützen.

Durch die DE-PS 29 02 142 ist ein mit dem eingangs beschriebenen Verfahren vergleichbares Verfahren bekannt, bei dem das Reaktionsgas dem Stoffstrom auf seinem Wege vom Target zum Substrat mittels eines ringförmigen Verteilers mit einer Vielzahl von Austrittsbohrungen in einer entsprechenden Anzahl von Teilströmen zugeführt wird. Auch mit einem solchen Verfahren bzw. mit einer solchen Vorrichtung läßt sich jedoch die Bildung von isolierenden Reaktionsprodukten auf der Targetoberfläche nicht vermeiden. Die Reaktionsgase dringen nämlich bis zur Targetoberfläche durch und erzeugen dort die den Zerstäubungsprozeß allmählich zum Erliegen bringende Schicht des Reaktionsproduktes, beispielsweise eine Oxidschicht.

Durch die DE-OS 28 00 180 ist ein Ätzverfahren und kein Beschichtungsverfahren bekannt, das mit Hochfrequenz betrieben wird, so daß die Bildung von Reaktionsprodukten auf irgendeiner als Elektrode wirkenden Oberflächen nicht weiter problematisch ist.

Eine Gastrennung ist also nicht nur nicht notwendig, sondern auch nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem der Zerstäubungsprozeß trotz laufender Zufuhr reaktiver Gase über lange Zeit stabil aufrechterhalten werden kann und bei dem die Zerstäubungsrate von Targets aus Metallen und Halbleitern erreicht wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß durch die Maßnahme im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Patentanspruch 3 beschrieben.

Unter "Raumquerschnitt" ist der Querschnitt desjenigen Raumes zu verstehen, der von den Projektionslinien des Targetrandes auf die Substratebene begrenzt wird.

Durch die Strömungsverengung wird in Verbindung mit den übrigen erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Rückströmung des jenseits der Blende zugeführten Reaktionsgases bis zur Targetoberfläche wirksam verhindert, wobei unterstützend hinzukommt, daß das Edelgas diesseits der Blende, d. h. zwischen Target und Blende zugeführt wird und so gewissermaßen eine durch die Blende intensivierte Gegenströmung erzeugt. Dadurch bleibt ganz offensichtlich der metallische Zustand der Targetoberfläche bestehen, so daß der Zerstäubungsvorgang über eine praktisch unbegrenzte Zeit unvermindert und mit der ursprünglichen, hohen Zerstäubungsrate fortgesetzt werden kann. So konnte beispielsweise über viele Stunden bei einer Leistungsdichte von 12 W/cm² eine dynamische Zerstäubungsrate von 3,6 nm/sec erreicht werden. Bei einem Verzicht auf die Strömungsverengung durch den Ausbau der Blende sowie bei einem Verzicht auf die erfindungsgemäß angeordnete Anode, ging die Zerstäubungsrate in kürzester Zeit auf weniger als 10% des ursprünglichen Wertes, nämlich auf etwa 0,3 nm/sec zurück.

Auf der anderen Seite konnte beobachtet werden, daß ein Teil des Metalls auf der Blende kondensierte, aber selbst unter Berücksichtigung der damit verbundenen Materialverluste ist die pro Zeiteinheit auf dem Substrat abgeschiedene Oxidmenge immer noch um den Faktor 7 bis 10 höher, als die ohne Strömungsverengung und ohne spezielle Anode abgeschiedene Oxidmenge.

Die Dimensionierung der Blende bzw. die notwendige Strömungsverengung läßt sich durch einige einfache Versuche leicht feststellen. Macht man die Strömungsverengung zu stark, so bleibt die Langzeitstabilität des Zerstäubungsvorganges zwar erhalten, die auf dem Substrat wirksam werdende Zerstäubungsrate, richtiger, die Kondensationsrate, geht jedoch merklich zurück.

Vermindert man von diesem Zustand aus allmählich die Strömungsverengung, so steigt die Kondensationsrate zunächst mit dem Blendendurchmesser oder der Blendenbreite etwa linear an, wobei der Anstieg ab einem gewissen Wert stärker zunimmt. Hierbei handelt es sich um den optimalen Wert, denn bei einer noch weiteren Vergrößerung des Blendendurchmessers bzw. der Blendenbreite setzt eine Reaktion (Oxidation) an der Targetoberfläche ein, die den Vorgang instabil werden läßt. Im Bereich der vorstehend beschriebenen Übergangsstelle liegt der optimale Bereich der Strömungsverengung.

Es kann dabei angenommen werden, daß unter einer derartigen Bedingung die Blende als eine Art Getterpumpe für das reaktive Gas wirkt und dieses somit von der Targetoberfläche fern hält. Damit war es möglich, den Zerstäubungsvorgang bei einer metallischen Targetoberfläche zu betreiben und dennoch gleichzeitig auf dem Substrat das Reaktionsprodukt mit hoher Rate zu kondensieren. Durch das Zusammenwirken aller Maßnahmen wird also offensichtlich eine Gastrennung hoher Effizienz erreicht, die das Target schützt und dem Substrat nützt.

Es spielt dabei auch keine erhebliche Rolle, daß die Blende durch den Kondensationseffekt naturgemäß eine Verschlechterung des Ausnutzungsgrades des Targetmaterials mit sich bringt. Bei relativ billigen Targetmaterialien, die reaktiv sonst nur mit geringen Raten aufgestäubt werden können, überwiegt eindeutig der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Selbst gegenüber der klassischen Magnetronanordnung mit Hochfrequenzversorgung ergibt sich immer noch eine um den Faktor 2 bis 3 höhere Kondensationsrate, ohne daß man die Nachteile der beim Diodenzerstäuber notwendigen Hochfrequenzversorgung auf sich nehmen müßte.

Es ist möglich, die Verteileinrichtung für das Reaktionsgas und die Anode als ein Bauteil auszuführen, also beispielsweise die Anode als perforiertes Rohr auszubilden und mit einer Gasquelle für das Reaktionsgas zu verbinden.

Es ist jedoch besonders vorteilhaft, die Funktion von Gasverteiler und Anode zu trennen. Auf diese Weise ist es möglich, die Anode in unmittelbarer Nähe des Blendenrandes anzuordnen, die Verteileinrichtung für das Reaktionsgas aber an einer weiter außenliegenden Stelle, so daß das Reaktionsgas in dem Raum zwischen Blende und Substrat gleichmäßiger verteilt werden kann. Dabei wird ganz besonders zweckmäßig die Anode auf ein Potential gelegt, welches mindestens 20 V über dem Massepotential liegt, während die Verteileinrichtung für das Reaktionsgas auf Massepotential gelegt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 sowie einiger Verfahrensbeispiele näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine vollständige Vorrichtung in schematischer Darstellung mit den zugehörigen Versorgungseinrichtungen, und

Fig. 2 eine Unteransicht der Blende an einer Rechteckkatode für die Beschichtung eines laufenden Bandes.

In Fig. 1 ist eine Magnetronkatode 1 dargestellt, die aus einem Katodengrundkörper 2 und einem Magnetsystem mit Permanentmagneten N-S bzw. S-N besteht, deren rückseitige Polflächen durch ein Magnetjoch 3 miteinander verbunden sind. Das Magnetsystem ist in einem wannen- oder topfförmigen Hohlkörper 4 untergebracht, dessen Rand gas- und flüssigkeitsdicht mit dem Katodengrundkörper 2 verbunden ist. Auf der Vorderseite des Hohlkörpers 4 befindet sich in gut wärmeleitender Verbindung ein plattenförmiges, metallisches Target 5, welches das Ausgangsmaterial für die niederzuschlagenden Schichten darstellt. Der Katodengrundkörper 2 besitzt einen flanschförmigen Rand 6, der unter Zwischenschaltung eines ringförmig geschlossenen Isolators 7 unter Zwischenschaltung nicht näher bezeichneter Dichtungen mit der Decke einer Vakuumkammer 8 verbunden ist. Eine derartige Magnetronkatode 1 erzeugt auf der Targetoberfläche 5 a einen in sich geschlossenen Tunnel aus magnetischen Feldlinien, der die Tendenz hat, die beim Betrieb bestehende Glimmentladung auf die Targetoberfläche 5 a zu konzentrieren. Zur Erzeugung dieser Glimmentladung ist die Magnetronkatode 1 mit einer Gleichspannungsquelle 9 verbunden, deren Gegenpol ebenso an Masse 10 gelegt ist, wie die Vakuumkammer 8.

An einer der Targetoberfläche 5 a gegenüberliegenden Stelle befindet sich im Abstand "b" ein Substrat 11, unter dem ein Substrathalter 12 angeordnet ist. Für den Fall, daß das Substrat eine zu beschichtende Kunststoff- Folie ist, befindet sich unter dem Substrat eine nicht besonders dargestellte Kühlwalze oder Trommel. In jedem Falle ist auch der Substrathalter auf Massepotential gelegt.

Einzelheiten einer derartigen Magnetronkatode, ihrer Anbringung in einer Vakuumkammer sowie die Halterung bzw. Führung des Substrats sind jedoch Stand der Technik, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt.

Zwischen dem Target 5 und der Substratebene läßt sich durch die gestrichelt eingezeichneten Projektionslinien 13 des Targetrandes 5 b ein fiktiver Raum abgrenzen, der für die nachfolgend noch zu erläuternden geometrischen Verhältnisse von Bedeutung ist.

Die Magnetronkatode 1 ist im Innern der Vakuumkammer 8 von einem Gehäuse 14 umgeben, dessen Seitenwände zu den Projektionslinien 13 parallel verlaufen. Das Gehäuse 14 hat von der Magnetronkatode allseitig einen Abstand "s", und das Target 5 ist derart vorspringend in dem Gehäuse 14 angeordnet, daß zwischen der Magnetronkatode und dem Gehäuse ein ringförmig geschlossener Raumfortsatz 15 gebildet wird. In diesem Raumfortsatz befindet sich hinter einer Ebene, in der die Targetoberfläche 5 a verläuft, ein erster Gaseinlaß 16 mit einer Verteileinrichtung, die durch eine Anzahl von nach oben weisenden Perforationen angedeutet ist. Die dadurch entstehende Strömung ist durch kleine Pfeile angedeutet. Der Gaseinlaß 16 steht über eine Leitung 17 und ein Regelventil 18 mit einer Quelle 19 für ein inertes Zerstäubungsgas (vorzugsweise Argon) in Verbindung.

Das Gehäuse 14 liegt ebenso wie die Vakuumkammer 8 auf Massenpotential und erstreckt sich bis in die Nähe des Substrats 11. Es ist im Bereich seiner unteren umlaufenden Kante 14 a mit einer Stirnwand 14 b versehen, in der sich eine Öffnung 14 c befindet. Der Querschnitt dieser Öffnung entspricht im wesentlichen dem sogenannten Raumquerschnitt "Q" zwischen den Projektionslinien 13. Es ist aber durchaus möglich, den Querschnitt der Öffnung 14 c zu vergrößern und beispielsweise die Stirnwand 14 b auch wegzulassen.

Innerhalb des Gehäuses 14 befindet sich zwischen dem Target 5 und der Öffnung 14 c eine zum Target parallele Blende 20 mit einem Blendenausschnitt 20 a. Die Querschnittsfläche dieses Blendenausschnitts 20 a steht nun in einem bestimmten Verhältnis zu dem Raumquerschnitt Q, und zwar soll der Blendenausschnitt nicht größer sein als 60% des Raumquerschnitts Q, so daß eine Strömungsverengung herbeigeführt wird, die mindestens 40% des Raumquerschnitts beträgt. Die geometrischen Verhältnisse außerhalb der Projektionslinien 13 sind verhältnismäßig uninteressant; es ist lediglich erforderlich, daß die Blende 20 auf ihrem gesamten Umfang gasdicht sowie elektrisch leitend mit dem Gehäuse 14 verbunden ist.

Der Abstand "a" der Blende 20 von der Targetoberfläche 5 a soll dabei in etwa ein Drittel des Abstandes "b" zwischen Targetoberfläche 5 a und Substrat 11 betragen.

Zwischen der Blende 20 und der Öffnung 14 c ist außerhalb der Projektionsfläche des Blendenausschnitts 20 a ein zweiter Gaseinlaß 21 mit einer Verteileinrichtung angeordnet, die auch in diesem Fall durch zahlreiche Perforationen gebildet ist. Die Perforationen sind in diesem Fall unter etwa 45 Grad nach außen und oben gerichtet, so daß sich die durch die Pfeile angedeuteten Teilströmungen ausbilden.

Es versteht sich, daß die Verteileinrichtungen beider Gaseinlasse 16 bzw. 21 auch durch sogenannte Ringschlitzdüsen dargestellt werden können, d. h. im Grenzfall wird die Anzahl der Teilströme unendlich, und es wird ein durchgehender Gasschleier bzw. Gasvorhand gebildet.

Der zweite Gaseinlaß 21 ist über eine Leitung 22 und ein Regelventil 23 mit einer Quelle 24 eines reaktiven Gases oder eines Gemischs aus einem reaktiven und einem Inertgas verbunden.

Zwischen der Blende 20 und der Öffnung 14 c befindet sich noch eine gegenüber dem Gehäuse 14 isoliert angebrachte Anode 25. Diese Anode ist ringförmig geschlossen ausgebildet und liegt außerhalb der Projektionsfläche des Blendenausschnitts 20 a, verläuft jedoch in unmittelbarer Nähe des Randes des Blendenausschnitts und folgt dessen Verlauf. Wie dargestellt, ist die Anode 25 auch innerhalb des Gaseinlasses 21 angeordnet. Die Anode 25 ist über eine Leitung 26 mit einer Gleichspannungsquelle 27 verbunden, deren Gegenpol gleichfalls an Masse 10 gelegt ist. Die Gleichspannungsquelle 27 hat eine zwischen +20 Volt und +100 Volt regelbare Ausgangsspannung.

Durch die Anordnung des zweiten Gaseinlasses 21 in dem Raum zwischen der Blende 20 und der Öffnung 14 c ist die Anode 25 naturgemäß dem Reaktionsgas ausgesetzt. Durch die besondere Polung der Anode 25 wird die ansonsten nur im Raum zwischen dem Target 5 und der Blende 20 brennende Glimmentladung durch den Blendenausschnitt 20 a bis zur Anode 25 gezogen, was anhand von Lichterscheinungen deutlich sichtbar ist. Je höher die Anodenspannung positiv gegenüber Masse eingestellt wird, um so stärker ist dieser Effekt. Es konnte beobachtet werden, daß auf diese Weise mindestens 80% des Entladungsstroms über die Anode fließen. Dies hat eine starke Aktivierung des Reaktionsgases zur Folge, so daß eine intensive chemische Umsetzung zwischen dem Reaktionsgas und den vom Target 5 abgestäubten Metallpartikeln erfolgt, so daß auf dem Substrat 11 durchoxidierte Schichten abgeschieden werden, ausreichende Zufuhr von Sauerstoff vorausgesetzt.

In Fig. 1 ist ein rotationssymmetrisches System dargestellt, d. h. sowohl das Gehäuse 14 als auch die in ihm angeordneten bzw. hineinragenden Teile sind als Rotationskörper ausgebildet, von den Gasleitungen 17 und 22 und der elektrischen Leitung 26 einmal abgesehen.

Das Bauprinzip läßt sich jedoch ohne weiteres auch auf Rechteckkatoden übertragen, was anhand von Fig. 2 näher erläutert werden soll:

Fig. 2 zeigt auch hier den Targetrand. Sofern das Target 5 im Randbereich von einem Rahmen gehalten wird, der die Targetoberfläche 5 a um ein geringes Maß übergreift, ist der Targetrand 5 b der Rand der freien, d. h. sichtbaren Targetoberfläche. Der Targetrand 5 b kennzeichnet die Lage der Projektionslinien 13, die in Fig. 2 senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Innerhalb des Targetrandes 5 b ist der in den Raumquerschnitt "Q" hineinragende Teil der Blende 20 mit dem Blendenausschnitt 20 a dargestellt. Die Querschnittsfläche des Blendenausschnitts ist schraffiert. Der Blendenausschnitt hat deutlich die Form eines Rechtecks mit einer längsten Achse. Rechtwinklig zu dieser längsten Achse wird das Substrat 11 (eine Folie oder Glasscheibe) in Richtung eines Pfeils 28 bewegt, der auch in Fig. 1 eingezeichnet ist, da der Querschnitt der Anordnung gemäß Fig. 1 auch für eine Rechteckkatode nach Fig. 2 gilt. Auch hierbei gilt, daß durch die Blende 20 eine Strömungsverengung herbeigeführt wird, die mindestens 40% des Raumquerschnitts beträgt. Bei einer Rechteckkatode sind jedoch die geometrischen Verhältnisse in Transportrichtung des Substrats maßgebend.

In Fig. 2 ist die Querabmessung des Blendenausschnitts 20 a mit "d" bezeichnet. Der Raumquerschnitt, dessen Querabmessung in der gleichen Richtung mit "D" bezeichnet ist, ist also auf beiden Seiten um je das Maß "x" größer. Senkrecht hierzu ist der Raumquerschnitt durch die Breitenabmessungen "B" bestimmt. Man geht nunmehr zur Festlegung der zur Transportrichtung parallelen Ränder des Blendenausschnitts 20 a so vor, daß man von den entsprechenden Targeträndern 5 b gleichfalls auf jeder Seite um das Maß "x" einwärts geht. Auf die angegebene Weise tritt alsdann die gewünschte Strömungsverengung ein, ohne daß ein übermäßig großer Teil der Länge der Rechteckkatode (quer zur Transportrichtung) verloren geht. Der Bereich für die zweckmäßige Dimensionierung der einzelnen Größen ist in Anspruch 7 angegeben.

Beispiele

In einer Katodenzerstäubungsanlage des Typs A 550 VZK (Hersteller: Firma Leybold-Heraeus GmbH in Hanau, Bundesrepublik Deutschland) mit einer Katodenanordnung gemäß Fig. 1 vom Typ PK 75 wurden nacheinander metallische Targets 5 aus Aluminium und Tantal sowie ein heißgepreßtes Target aus leitfähigem Silizium zerstäubt, wobei über den ersten Gaseinlaß 16 Argon und über den zweiten Gaseinlaß 21 Sauerstoff zugeführt wurde. Die Zerstäubungsdaten sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Der Durchmesser der wirksamen Targetoberfläche 5 a betrug 75 mm, der Durchmesser des Blendenausschnitts 20 a betrug in allen Fällen 37 mm. Dieser Durchmesser wurde aufgrund der weiter oben genannten Untersuchungen durch Optimierung gefunden. Der Abstand "a" betrug 20 mm, der Abstand "b" 60 mm. Als Substrate 11 dienten Glasplatten mit den Abmessungen 5 cm × 5 cm (sogenannte Diagläser), die sowohl statisch als auch dynamisch (unter Ausführung einer Relativbewegung) beschichtet wurden.

Es konnte beobachtet werden, daß am Target auch über lange Zeit in etwa die gleichen hohen Zerstäubungsraten wie in einer reinen Argonatmosphäre erreicht wurden, während sich auf den Substraten absorptionsfreie Oxide mit entsprechend hohen Raten niederschlugen. Die betreffenden Aufstäubraten sind gleichfalls in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Tabelle

Der vorstehenden Tabelle ist zunächst zu entnehmen, daß in allen Fällen der Anodenstrom mit dem Katodenstrom übereinstimmt, d. h. bei der gewählten Anodenspannung von +40 Volt gegenüber Masse, fließt der gesamte Entladungsstrom über die Anode.

Vergleichsversuche, die zuvor ohne positive Vorspannung der Anode durchgeführt wurden, führten zu einem um etwa 15 bis 20% höheren Sauerstoffverbrauch, um eine etwa gleiche Durchoxidation der Schichten zu erreichen. Dies läßt eindeutig auf eine sehr wesentliche Aktivierung des Sauerstoffs durch die positive Anodenvorspannung schließen.

Speziell am Beispiel von Al₂O₃ wird deutlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren hohe Aufstäubraten erlaubt, da vom Target in etwa mit der Rate des metallischen Targets abgestäubt werden kann, während sich am Substrat dennoch das vollständige Oxid bildet. Nach den bisher üblichen reaktiven Oxidationsverfahren konnte für Al₂O₃ bei gleicher Leistungsdichte nur eine Aufstäubrate von etwa 0,3 bis 0,4 nm/sec erreicht werden.

Unter "Anode" wird im Vorstehenden eine Elektrode verstanden, die auf ein gegenüber Masse definiertes positives Potential gelegt und infolgedessen gegenüber Masse isoliert ist und bevorzugt als Elektronenfänger bei gleichzeitiger definierter Nachbeschleunigung der Elektronen dient. Die zusätzliche Beschleunigungsspannung ist die Potentialdifferenz zwischen Masse und Anode.

Den nicht von der speziellen Anode aufgenommenen Katodenstrom nimmt alsdann die auf Massenpotential liegende Vakuumkammer mit ihren Einbauten auf, die gegenüber Masse, relativ gesehen, gleichfalls als Anode anzusehen ist.

Claims

1. Verfahren zum reaktiven Aufstäuben von Verbindungen von Metallen und Halbleitern auf mindestens ein Substrat (11) durch eine Glimmentladung innerhalb eines Raumes, der sich zwischen einer Zerstäubungskatode (1) mit einem Target (5) aus dem Metall bzw. Halbleiter und dem Substrat (11) befindet, unter getrennter Zufuhr eines Edelgases und eines Reaktionsgases, wobei das Reaktionsgas dem Stoffstrom auf seinem Wege vom Target (5) zu dem Substrat (11) mittels einer Verteileinrichtung in einer Vielzahl von Teilströmen zugeführt wird, und wobei die Glimmentladung durch ein geschlossenes Magnetfeld auf einen Bereich in der Nähe der Targetoberfläche (5 a) konzentriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) im Raum zwischen dem Target (5) und dem Substrat (11) durch eine an sich bekannte Blende (20) eine Strömungsverengung herbeigeführt wird, die mindestens 40% des Raumquerschnitts beträgt,
b) das Edelgas diesseits der Blende (20) an der Peripherie des Targets (5) zugeführt wird,
c) das Reaktionsgas dem Stoffstrom durch eine jenseits der Blende (20) liegende Verteileinrichtung zugeführt wird, und daß
d) eine Glimmentladung im Bereich zwischen Blende (20) und Substrat (11) durch eine jenseits der Blende (20) angeordnete, dem Reaktionsgas ausgesetzte Anode (25) aufrecht erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtung auf Massepotential gehalten wird und daß die Anode (25) an eine Spannung gelegt wird, die mindestens +20 Volt über dem Massepotential liegt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Magnetronkatode (1), einem metallischen Target (5), einem Substrathalter (12), einem die Katode umgebenden, in Richtung auf den Substrathalter mit einer Öffnung (14 c) versehenen, auf Massepotential befindlichen Gehäuse (14), in dem sich ein erster Gaseinlaß (16) und ein zweiter Gaseinlaß (21) mit einer Verteileinrichtung befinden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) im Gehäuse (14) zwischen Target (5) und Öffnung (14 c) eine zum Target parallele auf Massenpotential befindliche an sich bekannte Blende (20) mit einem Blendenausschnitt (20 a) angeordnet ist,
b) die Verteileinrichtung des zweiten Gaseinlasses zwischen Blende (20) und Öffnung (14 c) außerhalb der Projektionsfläche des Blendenausschnitts (20 a) angeordnet ist, und daß
c) zwischen Blende (20) und Öffnung (14 c) eine gegenüber dem Gehäuse (14) isolierte Anode (25) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (25) ringförmig geschlossen ausgebildet und außerhalb der Projektionsfläche des Blendenausschnitts (20 a) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (25) in unmittelbarer Nähe des Randes des Blendenausschnitts (20 a), dem Rand folgend, angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (5) in das Gehäuse (14) vorspringend angeordnet ist, derart, daß zwischen der Katode (1) und dem Gehäuse ein ringförmig geschlossener Raumfortsatz (15) vorhanden ist und daß sich der erste Gaseinlaß (16) in diesem Raumfortsatz und hinter einer Ebene befindet, in der die Targetoberfläche (5 a) liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rechteckkatoden die Querabmessung des Blendenausschnitts (20 a) - bei beweglichem Substrat in Transportrichtung gesehen - dem 0,2- bis 0,8-Fachen des Abstandes der Projektionslinien (13) in gleicher Richtung entspricht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei runden Katoden der Durchmesser des Blendenausschnitts (20 a) dem 0,2- bis 0,8-Fachen des Abstandes der Projektionslinien (13) entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand "a" der Blende (20) vom Target (5) etwa ein Drittel des Abstandes "b" des Substrats (11) vom Target (5) entspricht.