DD228421A3 - Einrichtung zum reaktionsgaseinlass beim partiellen reaktiven plasmatronsputtern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Widerstandsschichten durch partiell reaktives Plasmatronsputtern, deren Eigenschaften wie Flaechenwiderstand, Temperaturkoeffizient und Stabilitaet man in sehr weiten Grenzen durch Zufuehrung von Reaktionsgasen waehrend der Beschichtung beeinflussen kann. Erfindungsgemaess erfolgt dies in konstruktiv sehr einfacher Weise und dennoch sehr praezise und feinfuehlig durch ein verschieb- oder drehbares Leitblech in einem Gaseinlassschacht neben dem Quellenschacht, durch welches der Gasstrom in einen Anteil, der direkt zum Substrat gelangt und einen Anteil, der das Substrat erst nach Durchstroemen des Quellenschachtes erreicht, aufteilbar ist. Die Erfindung ist bei der Herstellung von Duennfilm-Praezisions-Widerstaenden anwendbar.

Description

Harald BiIz WP C 23 C/256 026

Wilfried Dietrich P 948

Frank Eisenschmidt IPK: C 23 C, 15/00

10.10.84

Titel der Erfindung

Einrichtung zum Reaktionsgaseinlaß beim partiell reaktiven Plasmatronsputtern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Reaktionsgaseinlaß für die Herstellung von Widerstandsschichten durch partiell reak tives Plasmatronsputtern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das partiell reaktive Plasmatronsputtern ist zur Herstellung von Widerstandsschichten in Dünnfilmausführung auf der Basis von WiCr und CrSi geeignet. Bei hochproduktiven Beschichtungseinrichtungen ist eine Bewegung der Substrate während der Beschichtung vorgesehen. Hochwertige Wiederstandsschichten zeichnen sich durch hohe Stabilität, engtole-

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rierten Widerstand und engtolerierten Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aus, Derartige Schichten werden durch partiell reaktives Sputtern mit Reaktionsgaseinlaß, z.B. von Sauerstoff hergestellt. Hierbei ist anzumerken, daß sich das partiell reaktive Sputtern nicht bloß quantitativ etwa im Sinne eines Stöchiometrie-Verhältnisses sondern auch qualitativ vom reaktiven Sputtern unterscheidet.

Für den Reaktionsgaseinlaß sind verschiedene Einrichtungen bekannt, die das Reaktionsgas entweder in den Bereich der Piasmatronquelle oder in den Bereich der Substrate leiten. Durch ein oder mehrere Gaseinlaßrohre mit unterschiedlicher Anzahl, Größe und Anordnung von Austrittsöffnungen wird auch für ausgedehnte Substrate eine relativ gleichmäßige Reaktionsgaszufuhr erreicht.

Es ist bekannt, beim Bedampfen bewegter Substrate denselben Reaktionsgas im Bereich des DampfStrahles und auch außerhalb davon zuzuführen (DD 88 234). Die in diesem Zusammenhang offenbarte Vorrichtung sieht eine Steuerung der Teilgasmengen über die Düsenbohrungen oder zusätzliche Strömungswiderstände vor. Nachteilig ist hierbei die Realisierung des Verteilungsverhältnisses durch feste konstruktive Größen, weshalb eine Beeinflussung der Teilgasströme bestenfalls stufenweise durch Austausch der gesamten Reaktionsgaszuleitungsbaugruppe^ möglich wäre. Eine feinfühlige Einstellung oder gar Programmsteuerung bzw. Regelung der Schichtkennwerte ohne Vakuumunterbrechung ist mit dieser Einrichtung nicht möglich.

Weiter ist es bekannt, die Substratoberfläche im schnellen Wechsel mit sorbiertem Reaktionsgas aufzuladen und zu beschichten (DD 128 71A-). Damit kann man zwar den Anteil an gebundenem Reaktionsgas in der Schicht in weiten Grenzen einstellen, aber das Verfahren ist insgesamt im Bereich der geringen Reaktionsgasanteile zu schwer beherrschbar und schlecht reproduzierbar.

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Die angestrebten Werte von Widerstand, Stabilität und Temperaturkoeffizient hängen sehr empfindlich vom Reaktionsgas— einlaß ab.

Aus zahlreichen Untersuchungen ist bekannt, daß sich mit den bekannten Reaktionsgaseinlässen nur ganz bestimmte Wertepaare von Widerstand, Temperaturkoeffizient und Stabilität herstellen lassen. Diese Feststellung gilt umso mehr, je höher die Anforderungen an die genannten Schichteigenschaften sind.

Durch Variation weiterer Beschichtungsparameter, wie Beschichtungsrate, Legierungszusammensetzung und Substrattemperatur sowie Ausblenden von Teilen des Teilchenstro— mes können neue Kombinationen der genannten Schichteigenschaften erreicht werden.

Trotz intensiver Optimierung in diesem Beschichtungsparameterfeld lassen sich jedoch bestimmte Eigenschaftskombinationen, die technisch interessant sind, nicht herstellen. Für das verbreitete Widerstandsmaterial NiCr ist bspw. ein Temperaturkoeffizient TK < 5 . 10~° bei hoher Stabilität um Δ R/R < 1 .10 mit einem Flächenwiderstand R,-, = 200 SZ /CT mit den bekannten Verfahren und Einrichtungen nicht herstellbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Herstellung dünner Reaktiv—Widerstandsschichten mit vielfältigen Eigenschaftskombinationen, insbesondere im o. g. Wertebereich.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schichteigenschaften (Temperaturkoeffizient, Stabilität, Flächenwiderstand) dünner Widerstandsschichten über das Reaktionsgas während der partiell reaktiven Beschichtung unter

Benutzung konstruktiv einfacher technischer Einrichtungen stufenlos und feinfühlig steuern zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zum Reaktionsgaseinlaß beim partiell reaktiven Plasmatronsputtern auf bewegte Substrate durch ein verschieb- oder verdrehbares Leitblech in einem Gasschacht unmittelbar neben dem Quellenschacht gelöst, durch das das aus einem Gaseinlaßrohr innerhalb des Gasschachtes austretende Reaktionsgas in einen Anteil, der das Substrat direkt anströmt und einen Anteil der das Substrat erst nach Durchströmen des Quellenschachtes erreicht, aufteilbar ist,

Es ist zweckmäßig, wenn das Leitblech mit vakuumdichten Betätigungsmitteln versehen ist.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert:

Das Beispiel bezieht sich auf eine Plasmatronsputteranlage mit einer 600 mm langen Plasmatronquelle 2 über die die Substrate 1 während der Beschichtung quer zu ihrer Längserstreckung bewegt werden. Zwischen den Substraten 1 und der Plasmatronquelle 2 befindet sich ein 200 mm breiter und etwa gleich langer Quellenschacht 3, der von der wassergekühlten Anode 4 und der Öffnungsblende 5 in Substratrichtung gebildet wird. Der Teilchenstrom kann nur durch die öfnnung der Öffnungsblende 5 aus dem Quellenschacht 3 austreten. Neben dem Quellenschacht 3 in Substratbewegungsrichtung befindet sich der Gasschacht 6, der etwa 600 mm lang und 50 mm breit ist. In ihm ist in einer Höhe, die etwa derjenigen der Piasmatronebene entspricht, ein Gaseinlaßrohr 7 angeordnet. Dieses Rohr hat einen Durchmesser von 12,5 mm und eine Länge von 650 mm und ist in der Mitte des Gasschachtes 6 angeordnet.

Das Reaktionsgas tritt durch äquidistante Austrittsöffnungen 8 mit einem Durchmesser von jeweils 0,5 mm in den Gasschacht 6. Gasschacht 6 und Quellenschacht 3 sind durch einen in Richtung der Substrate 1 verschlossenen Kanal 9 verbunden.

Ein Leitblech 10 ist innerhalb des Kanals 9 gelagert und läßt sich in Richtung der Substratbewegungsebene verschieben. Der Antrieb zur Verschiebung des Leitbleches 10 erfolgt über Hebel und eine Vakuumdurchführung, so daß eine Verstellung ohne Vakuumunterbrechung der Beschichtungsanlage möglich ist. Das Leitblech 10 vermag in seinen Endlagen den aus den Austrittsöffnungen 8 kommenden Reaktionsgasstrpm entweder vollständig direkt auf die Substrate 1 oder vollständig in den Quellenschacht 3 zu leiten.

Sollen Widerstandsschichten mit hoher Stabilität Δ R/R < 1 .10 und einem niedrigen Temperaturkoeffizienten TKR < 5 · 10 K unter gegebenen Beschichtungsbedingunggeri (Verhältnis Ni : Gr = 50 : 50, Beschichtungsrate 0,1 nm/s, Reaktionsgaseinlaß 10 l/s Sauerstoff, Substrattemperatur 300 ⁰C) hergestellt werden, so ist für einen FIa-. chenwide'rstand von 20 Su /D das Verhältnis auf 3/1 und zur Erzielung eines Flächenwiderstandes von 200 Sl /O auf 1/1 durch Verschieben des Leitbleches 10 einzustellen. Die Verhältnisangaben drücken dabei das Querschnittsverhältnis des direkt die Substrate 1 anströmenden Reaktionsgasteiles zum den Quellenschacht 3 durchströmenden Reaktionsgasanteil aus.

Der Einlaß des zum Sputtern als Arbeitsmedien benötigten Inertgases erfolgt außerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch

   1. Einrichtung zum Reaktionsgaseinlaß beim partiell reaktiven Plasmatronsputtern zur Herstellung von Widerstandsschichten auf bewegten Substraten, gekennzeichnet dadurch, daß ein verschieb- oder verdrehbares Leitblech (10) in einem Gasschacht (6) unmittelbar neben dem Quellenschacht (3) vorgesehen ist, durch das das aus einem Gaseinlaßrohr (7) innerhalb des Gasschachtes (6) austretende Reaktionsgas in einen Anteil, der das Substrat (1) direkt anströmt und einen Anteil, der das Substrat (1) erst nach Durchströmen des Quellenschachtes (3) erreicht, aufteilbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitblech (10) mit vakuumdichten Betätigungsmitteln versehen ist.

   — Hierzu 1 Seite Zeichnung -