DE4115663A1 - Target mfr. for a sputtering device - by plasma-spraying a metal, alloy or cpd. on to a target substrate - Google Patents

Target mfr. for a sputtering device - by plasma-spraying a metal, alloy or cpd. on to a target substrate

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Abstract

The target material is applied to a target substrate, particularly to a tubular target substrate, by plasma spraying. A predetermined target stoichiometry can be produced, for subsequent reactive sputtering. The plasma spraying process is controlled so that a residual conductivity is produced which is sufficient for subsequent DC magnetron sputtering. The target starting material is an alloy or a cpd. most pref. indium-tin oxide or tin-doped indium oxide (ITO); Ag; TiN; Si or Si alloys. USE/ADVANTAGE - Used for mfg. a target, particulary a rotating target in the form of a tubular target for a sputtering device which is pref. equipped with a magnetron cathode. Compared with existing processes for the mfr. of sputtering targets, the process is associated with a low prodn. cost, and is suitable for the mfr. of targets for complex sputtering processes, including complex reactive sputtering. The plasma spraying process improves the target by producing a predetermined grain size and density distribution.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Targets, insbesondere eines rotierenden Targets in der Form eines Rohrtargets, einer Sputtervorrichtung, die vorzugsweise mit einer Magnetronkatode ausgerüstet ist.The invention relates to a method for manufacturing a target, in particular a rotating target in the form of a tube target, a sputtering device, which is preferably equipped with a magnetron cathode is.

Bei Zerstäubungsprozessen (Sputterprozessen) werden in der Praxis u. a. solche Hochleistungszerstäubungsvorrich­ tungen (Sputtervorrichtung) eingesetzt, bei denen durch ein Magnetfeld vor der Katode die Kollisions- und damit Ionisationswahrscheinlichkeit der Teilchen erhöht wird. Kernstück dieser Hochleistungszerstäubungsvorrichtungen ist die sogenannte Magnetronkatode.In sputtering processes, in practice u. a. such high performance atomizer tungen (sputtering device) used, in which by a magnetic field in front of the cathode and thus the collision Ionization probability of the particles is increased. The heart of these high-performance atomizers is the so-called magnetron cathode.

Eine derartige Magnetronkatode wird beispielsweise in der deutschen Patentschrift 24 17 288 beschrieben.Such a magnetron cathode is used, for example, in the German patent specification 24 17 288.

Dort wird eine Katodenzerstäubungsvorrichtung mit hoher Zerstäubungsrate mit einer Katode, die auf einer ihrer Oberflächen das zu zerstäubende und auf einem Substrat abzulagernde Material aufweist, mit einer derart angeord­ neten Magneteinrichtung, daß von der Zerstäubungsfläche ausgehende und zu ihr zurückkehrende Magnetfeldlinien einen Entladungsbereich bilden, der die Form einer in sich geschlossenen Schleife hat, und mit einer außerhalb der Bahnen des zerstäubten und sich von der Zerstäubungsfläche zum Substrat bewegenden Materials angeordneten Anode gezeigt.There is a high sputtering cathode device Atomization rate with a cathode on one of their Surfaces that are to be atomized and on a substrate has to be deposited material, arranged with such a neten magnetic device that from the atomizing surface outgoing and returning magnetic field lines form a discharge region which is in the form of a has a closed loop, and with a  outside the orbits of the atomized and out of the Atomizing surface to the substrate moving material arranged anode shown.

In der genannten Patentschrift wird vorgeschlagen, daß die zu zerstäubende und dem zu besprühenden Substrat zugewandte Katodenoberfläche eben ist, daß sich das Substrat nahe dem Entladungsbereich parallel zu der ebenen Zerstäubungsfläche über diese hinwegbewegen läßt, und daß die das Magnetfeld erzeugende Magneteinrichtung auf der der ebenen Zerstäubungsfläche abgewandten Seite der Katode angeordnet ist.In the cited patent it is proposed that the substrate to be atomized and sprayed facing cathode surface is that the Substrate near the discharge area parallel to the plane Atomizing surface can move over this, and that the magnetic device generating the magnetic field the side of the Cathode is arranged.

Zum Stand der Technik gehören weiterhin Sputteranlagen mit einer rotierenden Magnetronkatode. Der Prospekt der Firma Airco Coating Technology, A Division of the BOC Group, Inc. mit der Kennzeichnung ACT10110K988, weiterhin "Airco-Prospekt" genannt, beschreibt den Aufbau und die Arbeitsweise einer solchen an sich bekannten Sputteranlage mit einer rotierenden Magnetronkatode. Wie aus den Abbil­ dungen und dem Text des Airco-Prospekts ersichtlich, rotiert genau genommen nur das zylindrisch oder rohrförmig geformte Target. Im Innern des Targets befindet sich das stationäre Magnetaggregat der Magnetronkatode.The state of the art still includes sputtering systems with a rotating magnetron cathode. The prospectus of Airco Coating Technology, A Division of the BOC Group, Inc. labeled ACT10110K988, continues Called "Airco brochure" describes the structure and the Operation of such a known sputtering system with a rotating magnetron cathode. As from the fig and the text of the Airco prospectus, strictly speaking it only rotates cylindrical or tubular shaped target. Is located inside the target the stationary magnet unit of the magnetron cathode.

Wesentliche Bestandteile einer solchen an sich bekannten Magnetronkatode sind unter anderem, siehe hierzu den Airco-Prospekt, neben dem rotierenden zylindrischen Target und dem stationären Magnetaggregat das Targetantriebs­ system, ein Wasserkühlsystem, eine Vakuumkammer, in der sich unter anderem das rotierende Target und das Substrat befinden, und eine Energieversorgungseinheit für die Katode. In der Praxis wird das Target als eine Schicht auf einem zum Beispiel aus Kupfer bestehendem Rohr aufgebracht. Das System, bestehend aus einer Targetschicht und Kupferrohr, rotieren vor dem brennenden Plasma.Essential components of such a known Magnetron cathodes are among others, see the Airco brochure, next to the rotating cylindrical target and the stationary magnet unit the target drive system, a water cooling system, a vacuum chamber in which the rotating target and the substrate and one  Power supply unit for the cathode. In practice will target as one layer on one for example pipe made of copper applied. The system, consisting of a target layer and copper tube, rotate before the burning plasma.

Zum Stand der Technik gehört weiterhin die europäische Patentschrift 00 70 899. In dieser Schrift wird eine Vorrichtung zur Aufstäubung von dünnen Filmen eines ausgewählten Überzugsmaterials auf wesentlich planare Substrate, bestehend aus einer evakuierbaren Beschich­ tungskammer, einer in dieser Beschichtungskammer horizon­ tal angebrachten Katode mit einem länglichen, zylindri­ schen Rohrelement, auf dessen äußerer Fläche eine Schicht des zu zerstäubenden Überzugsmaterials aufgetragen worden ist, und Magnetmitteln, die in diesem Rohrelement angeord­ net werden, um eine sich in Längsrichtung davon erstreckende Zerstäubungszone vorzusehen, beschrieben.European technology remains part of the state of the art Patent specification 00 70 899. In this document a Device for dusting thin films selected coating material on substantially planar Substrates consisting of an evacuable coating tion chamber, a horizon in this coating chamber Valley attached cathode with an elongated, cylindrical pipe element, on the outer surface of a layer of the coating material to be atomized is, and magnetic means arranged in this tubular element be net to a yourself in the longitudinal direction of it extending atomization zone to be described.

Der Gegenstand der europäischen Patentschrift ist gekenn­ zeichnet durch Mittel zum Drehen dieses Rohrelements um seine Längsachse, um verschiedene Teile des Überzugs­ materials in eine Zerstäubungsstellung gegenüber den vorerwähnten Magnetmitteln und innerhalb der vorerwähnten Zerstäubungszone zu bringen, und durch in der Beschich­ tungskammer befindliche Mittel zum horizontalen Abstützen der Substrate und zum Transportieren dieser an den Magnet­ mitteln vorbei, damit diese Substrate das zerstäubte Material empfangen.The subject of the European patent specification is known draws by means of rotating this tubular element around its longitudinal axis, around different parts of the coating materials in a spray position relative to the aforementioned magnetic means and within the aforementioned Bring atomization zone, and through in the Beschich tion chamber means for horizontal support of the substrates and for transporting them to the magnet means over so that these substrates atomized the Receive material.

Der Erfindung liegt folgende Aufgabe zugrunde:The invention is based on the following object:

Es sollen gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Voraussetzungen für die kostengünstige Herstellung von Targets, insbesondere von rotierenden Targets, die Eigenschaften besitzen, die sie auch für komplizierte Sputterprozesse, inklusive komplizierte reaktive Sputter­ prozesse, geeignet machen, geschaffen werden.It is said to be improved over the prior art Requirements for the inexpensive production of Targets, especially rotating targets Possess properties that they are also for complicated Sputtering processes, including complicated reactive sputtering processes, make them suitable, be created.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Targetausgangsmaterial durch die Anwendung eines an sich bekannten Plasma-Spritzverfahrens auf einen Targetträger, insbesondere auf ein Targetträgerrohr, aufgebracht wird.The object is achieved according to the invention in that that the target starting material by the application of a known plasma spraying method on a Target carrier, in particular on a target carrier tube, is applied.

Zur Erhöhung der Qualität des Targets wird vorgeschlagen, daß das Plasma-Spritzverfahren so gesteuert wird, daß eine vorgegebene Korngrößenverteilung im Target und/oder eine vorgegebene Dichteverteilung im Target erreicht werden.To increase the quality of the target, it is proposed that the plasma spraying process is controlled so that a predetermined grain size distribution in the target and / or a predetermined density distribution in the target is reached will.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß das Plasma-Spritzverfahren so gesteuert wird, daß eine vorgegebene Stöchiometrie für ein späteres Reaktivsputtern erreicht wird.It is also proposed that the Plasma spraying process is controlled so that a predefined stoichiometry for later reactive sputtering is achieved.

Um ein späteres DC-Magnetronsputtern vom Target möglich zu machen, wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß das Plasma-Spritzverfahren so gesteuert wird, daß eine ausreichende Restleitfähigkeit des Targets erreicht wird. A later DC magnetron sputtering from the target is possible in another embodiment provided that the plasma spraying process be controlled in this way is that a sufficient residual conductivity of the target is achieved.  

Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden für Targetausgangsmaterial, das aus Metall, einer Legierung oder einer chemischen Verbindung besteht.The method according to the invention can be used for target starting material made of metal, one Alloy or chemical compound.

In besonders vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren beim Einsatz von Indium-Zinn-Oxid, bzw. In2O3 dotiert mit Sn (Kurzbezeichnung: ITO), Ag, TiN, Si, Si- Legierungen angewendet werden.In a particularly advantageous manner, the method according to the invention can be used when using indium tin oxide or In 2 O 3 doped with Sn (short name: ITO), Ag, TiN, Si, Si alloys.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:The following advantages are achieved by the invention:

Neben der kostengünstigen Herstellung von Rohrtargets mit Eigenschaften, die diese für komplizierte Sputter­ prozesse, auch reaktive Sputterprozesse, geeignet machen, wird es durch die Erfindung in überraschender Weise möglich gemacht, die Korngrößenverteilung im Target, die Dichteverteilung im Target und die Zusammensetzung des Targetmaterials in ihrer Qualität zu verbessern und den speziellen Anwenderwünschen anzupassen.In addition to the cost-effective production of tube targets with properties that this for complicated sputtering make processes, including reactive sputtering processes, suitable, it will be surprisingly by the invention made possible the grain size distribution in the target, the density distribution in the target and the composition to improve the quality of the target material and adapt to the special user requirements.

Bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spiels der Erfindung wird von einem Stand der Technik ausgegangen, wie er sich in Form der oben zitierten Schriften darstellt.In the following description of an embodiment Game of the invention is based on a prior art assumed that he is in the form of the above Represents fonts.

Die Beschreibungen und die Figuren dieser Schriften können zur Erläuterung der Ausgangsbasis für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung heran­ gezogen werden. The descriptions and figures of these writings can to explain the starting point for the following described embodiments of the invention to be pulled.  

Plasma-Spritzverfahren sind in der Literatur ausführlich beschrieben, so daß sich eine detaillierte Erläuterung von Plasma-Spritzverfahren hier erübrigt.Plasma spraying methods are detailed in the literature described, so that there is a detailed explanation of plasma spraying here.

Bei dem vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel wird Target­ ausgangsmaterial verdüst. Das heißt, Targetausgangsma­ terial, das in Pulverform vorliegt, wird in einem Schutz­ gasstrom, beispielsweise in einem Argonstrom, in einen Reaktionsraum und dort durch ein Lichtbogenplasma trans­ portiert.In the proposed embodiment, the target starting material atomized. That is, target output measure Material that is in powder form is protected gas flow, for example in an argon flow, into a Reaction space and there through an arc plasma trans ported.

Die Partikel des Targetausgangsmaterials werden im Licht­ bogenplasma erhitzt und verflüssigt. Die Targetausgangs­ materialpartikel werden, nachdem sie das Lichtbotenplasma passiert haben, durch den Schutzgasstrom auf die Ober­ fläche des Targetträgerrohrs geblasen. Die Targetausgangs­ materialpartikel haften an der Oberfläche des Targetträ­ gerrohrs. Das heißt, die Partikel kondensieren auf der Oberfläche des Targetträgerrohrs. Sie geben dort ihre thermische Energie ab. Es kommt zur Bildung eines Targets auf dem Targetträgerrohr.The particles of the target starting material are in the light arc plasma heated and liquefied. The target output material particles become after the light messenger plasma have passed through the inert gas flow to the upper blown surface of the target carrier tube. The target output material particles adhere to the surface of the target carrier gerrohrs. This means that the particles condense on the Surface of the target carrier tube. They give theirs there thermal energy. A target is formed on the target carrier tube.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines Targets, insbesondere eines rotierenden Targets in der Form eines Rohrtargets, einer Sputtervorrichtung, die vorzugsweise mit einer Magnetronkatode ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Targetausgangsmaterial durch die Anwendung eines an sich bekannten Plasma-Spritzverfahrens auf einen Targetträger, insbesondere auf ein Targetträgerrohr, aufgebracht wird.1. A method for producing a target, in particular a rotating target in the form of a tubular target, a sputtering device, which is preferably equipped with a magnetron cathode, characterized in that the target starting material by using a known plasma spraying method on a target carrier, in particular is applied to a target carrier tube. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Spritzverfahren so gesteuert wird, daß eine vorgegebene Korngrößenverteilung im Target erreicht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the plasma spraying process is controlled so that a predetermined grain size distribution in the target is reached becomes. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Spritzverfahren so gesteuert wird, daß eine vorgegebene Dichteverteilung im Target erreicht wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that the plasma spraying process is controlled so that a predetermined density distribution in the target is reached becomes.   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Spritzverfahren so gesteuert wird, daß eine vorgegebene Stöchiometrie für ein späteres Reaktivsputtern erreicht wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the plasma spraying process is controlled so that a given stoichiometry for a later one Reactive sputtering is achieved. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Spritzverfahren so gesteuert wird, daß eine ausreichende Restleitfähigkeit des Targets für ein späteres DC-Magnetronsputtern erreicht wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the plasma spraying process is controlled so that sufficient residual conductivity of the target for a later DC magnetron sputtering is achieved. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß metallisches Targetausgangsmaterial durch die Anwendung eines an sich bekannten Plasma-Spritzverfahrens auf einen Targetträger, insbesondere auf ein Targetträgerrohr, aufgebracht wird.6. Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that metallic Target source material through the application of an in itself known plasma spraying method on a target carrier, is applied in particular to a target carrier tube. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einer Legierung bestehende Targetausgangsmaterial durch die Anwendung eines an sich bekannten Plasma-Spritzverfahrens auf einen Targetträger, insbesondere auf ein Targetträgerrohr, aufgebracht wird.7. Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the one Alloy existing target starting material through the Use of a plasma spraying process known per se on a target carrier, in particular on a Target carrier tube is applied. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einer chemischen Verbindung bestehende Targetausgangsmaterial durch die Anwendung eines an sich bekannten Plasma-Spritzverfahrens auf einen Targetträger, insbesondere auf ein Targetträgerrohr, aufgebracht wird. 8. Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the one chemical compound existing target starting material through the use of a known Plasma spraying onto a target carrier, is applied in particular to a target carrier tube.   9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Indium-Zinn-Oxid, bzw. In2O3 dotiert mit Sn (Kurzbezeich­ nung: ITO), bestehende Targetausgangsmaterial durch die Anwendung eines an sich bekannten Plasma-Spritzverfahrens auf einen Targetträger, insbesondere auf ein Targetträgerrohr, aufgebracht wird.9. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that consisting of indium tin oxide or In 2 O 3 doped with Sn (short name: ITO), existing target starting material through the use of a known plasma Spraying method is applied to a target carrier, in particular on a target carrier tube. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Ag bestehende Targetausgangsmaterial durch die Anwendung eines an sich bekannten Plasma-Spritzverfahrens auf einen Targetträger, insbesondere auf ein Targetträgerrohr, aufgebracht wird.10. Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the Ag existing target source material through the application a known plasma spraying method on a Target carrier, in particular on a target carrier tube, is applied. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus TiN bestehende Targetausgangsmaterial durch die Anwendung eines an sich bekannten Plasma-Spritzverfahrens auf einen Targetträger, insbesondere auf ein Targetträgerrohr, aufgebracht wird.11. Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the TiN existing target source material through the application a known plasma spraying method on a Target carrier, in particular on a target carrier tube, is applied. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Si oder Si-Legierungen bestehende Targetausgangsmaterial durch die Anwendung eines an sich bekannten Plasma-Spritzverfahrens auf einen Targetträger, insbesondere auf ein Targetträgerrohr, aufgebracht wird.12. Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the Si or Si alloys existing target starting material the application of a known Plasma spraying onto a target carrier, is applied in particular to a target carrier tube.
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