DE10051509B4 - Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems und Anwendung des Verfahrens Download PDF

Info

Publication number
DE10051509B4
DE10051509B4 DE10051509A DE10051509A DE10051509B4 DE 10051509 B4 DE10051509 B4 DE 10051509B4 DE 10051509 A DE10051509 A DE 10051509A DE 10051509 A DE10051509 A DE 10051509A DE 10051509 B4 DE10051509 B4 DE 10051509B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power
layer
extremely thin
deposition
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10051509A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10051509A1 (de
Inventor
Torsten Winkler
Klaus Goedicke
Ralf Blüthner
Michael Junghähnel
Hans Buchberger
Manfred Müller
Arno Hebgen
Hans-Hermann Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
International Business Machines Corp
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, International Business Machines Corp filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE10051509A priority Critical patent/DE10051509B4/de
Priority to US09/962,212 priority patent/US6605312B2/en
Publication of DE10051509A1 publication Critical patent/DE10051509A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10051509B4 publication Critical patent/DE10051509B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/515Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using pulsed discharges

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems, welches mindestens eine extrem dünne Schicht im Schichtdickenbereich von 1 bis 10 nm enthält, die durch plasmagestützte chemische oder physikalische Dampfphasenabscheidung unter Verwendung von Magnetronentladungen abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abscheidung dieser extrem dünnen Schicht die Leistung in das Plasma in Form der erforderlichen Anzahl von Pulsen bis zum Erreichen der jeweiligen Schichtdicke zugeführt wird und dass die mittlere Leistung während der Puls-Ein-Zeit mindestens um den Faktor 3 höher als die über die gesamte Beschichtungszeit während der Abscheidung der extrem dünnen Schicht gemittelte Leistung eingestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems durch plasmagestützte chemische oder physikalische Dampfabscheidung, welches mindestens eine extrem dünne Schicht enthält. Solche Dünnschichtsysteme kommen in vielfacher Weise in der Technik zum Einsatz, z. B. bei der Herstellung magnetischer und magnetooptischer Speichermedien, bei der Herstellung von Bildröhren und Flachbildschirmen mit einem elektromagnetischen Strahlenschirm und bei hochbelasteten optischen und laseroptischen Strahlteilern. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungsbeispiele begrenzt.
  • Zahlreiche Dünnschichtsysteme für optische, elektrische und magnetische Anwendungen enthalten extrem dünne Schichten im Dickenbereich von 1 bis 10 nm. Diese wirken als Barriere gegen Feststoff- oder Gasdiffusion, als Keimschicht zur Beeinflussung des Wachstums und der Kristallgröße der nachfolgend aufzubringenden Schicht und in vielfacher anderer Weise. Da die Eigenschaften dieser extrem dünnen Schichten meist auch wesentlich die Eigenschaften des Gesamtschichtsystems beeinflussen bzw. bestimmte Parameter erst ermöglichen, werden an solche extrem dünnen Schichten häufig hohe Anforderungen gestellt. Sie betreffen die präzise Einhaltung der geforderten Schichtdicke und deren Homogenität auf dem gesamten Substrat, eine hohe optische Transparenz im Falle optischer Funktionsschichtsysteme oder eine bestimmte Korngröße und/oder Textur bei Schichtsystemen für magnetische oder magnetooptische Speichermedien sowie eine hohe Reproduzierbarkeit der genannten Eigenschaften.
  • Es sind optische Schichtsysteme mit hoher Transparenz im sichtbaren Spektralbereich und hoher Reflexion im nahen Infrarotbereich bekannt, welche neben Zinnoxid- und Silberschichten eine extrem dünne Kupferschicht enthalten ( EP 0 104 870 A1 ).
  • Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung niederohmiger transparenter Elektroden aus Indium-Zinn-Oxid bekannt, bei dem durch eine extrem dünne Silberschicht mit verbesserten elektrischen und optischen Eigenschaften eine deutliche Verringerung des Flächenwiderstandes erreicht werden kann (A. Klöppel et al. Thin Solid Films 365 (2000) 139-146).
  • Es sind zahlreiche Vorschläge zur Erhöhung der Aufzeichnungsdichte magnetischer Festplatten bekannt, die auf der Einführung von Mehrfachschichtsystemen mit extrem dünnen Zwischenschichten und/oder Keimbildungsschichten basieren ( US 5,846,648 , US 5,922,442 , Ju Zon et al. IEEE Transactions on magnetics Vol. 34 No. 4 (1998), 1582-1584). Solche Dünnschichtsysteme enthalten im Allgemeinen auch wesentlich dickere Funktionsschichten, die in Folge mit den extrem dünnen Schichten hergestellt werden müssen. Die Verfahren zur Abscheidung solcher Mehrfachschichtsysteme werden häufig in sogenannten Kurztakt-Vakuumbeschichtungsanlagen unter Nutzung von Plasma-CVD- oder Plasma-PVD-Prozessen durchgeführt. Für die Herstellung jeder einzelnen Schicht des Schichtsystems steht eine vorgegebene Zeit zur Verfügung, die Schichtabscheidung erfolgt mit stationärem Substrat. Die kürzestmögliche Taktzeit ergibt sich aus der Dicke der dicksten Schicht und der bei deren Abscheidung angewandten Abscheiderate. Die angewandten plasmagestützten CVD- und PVD-Verfahren nutzen dabei meist Magnetron-Entladungen.
  • Als Konsequenz der geringen Dicke der extrem dünnen Schicht ergibt sich die Notwendigkeit, eine kurze Beschichtungszeit und/oder eine sehr geringe Abscheiderate bei der plasmagestützten Abscheidung der Schicht zu wählen. Sehr kurze Beschichtungszeiten erschweren eine präzise Einstellung der Schichtdicke. Ist die Beschichtungszeit durch andere Prozessschritte bereits vorgegeben, bleibt nur die Reduzierung der Abscheiderate, um extrem dünne Schichten zu erhalten. Wird die Abscheiderate über die Variation der Leistung einer Magnetron-Entladung eingestellt, so ist es unterhalb einer bestimmten Mindestleistung, die von der Größe der Magnetrons abhängt, nicht mehr möglich, die Gleichmäßigkeit der physikalischen Eigenschaften der extrem dünnen Schicht, bezogen auf die Fläche des Substrates, zu gewährleisten. Außerdem führt die niedrige Leistungsdichte, die in diesem Fall Voraussetzung einer niedrigen Abscheiderate ist, bei der plasmagestützten Abscheidung der Schicht dazu, dass die Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften deutlich niedriger ist als die von vergleichsweise dickeren Schichten, die mit höherer Abscheiderate und Leistungsdichte des Plasmas abgeschieden wurden.
  • Die Ursachen der genannten Schwierigkeiten, die zu einer Verschlechterung verschiedener Schichteigenschaften führen, liegen offensichtlich in einer zeitlichen und räumlichen Ungleichförmigkeit des Plasmas während der Schichtabscheidung, die besonders bei niedrigen Leistungsdichten im Plasma auftritt. Das gilt insbesondere für Abscheideverfahren, die Magnetronentladungen nutzen, z. B. das Magnetron-Zerstäuben.
  • Es ist bekannt, den Raum, in dem die schichtbildenden Teilchen erzeugt werden, zu umschließen und gegenüber dem Substrat nur Dampfaustrittsöffnungen mit reduziertem Querschnitt vorzusehen, das heißt, es wird eine Drosselung des schichtbildenden Teilchenstromes vorgenommen ( DE 198 55 454 A1 ). Damit kann erreicht werden, dass wenigstens in der Umgebung, in der die schichtbildenden Teilchen erzeugt werden, eine höhere Plasma dichte und eine gleichmäßigere Verteilung des Plasmas erreicht werden. Trotz gewisser Verbesserungen in der Reproduzierbarkeit der Schichtdicke, der erreichten Eigenschaften und der Gleichmäßigkeit der Schicht ist dieses Verfahren weiterhin mit Nachteilen behaftet. Neben dem erhöhten Aufwand führen die Elemente zur Ausblendung des Teilchenstromes zu einer Erhöhung der Prozessunsicherheit. Die Effizienz des Abscheideverfahrens ist äußerst gering, und bestimmte Eigenschaften werden nach wie vor nicht im gewünschten Maße erreicht. Insbesondere kann dieses Verfahren für die stationäre Abscheidung nicht angewandt werden, wenn hohe Anforderungen an Qualität und Gleichmäßigkeit der extrem dünnen Schichten gestellt werden.
  • Es sind weiterhin Verfahren des Magnetron-Zerstäubens bekannt, bei denen die Energie in Form von Pulsen in eine Magnetron-Entladung eingespeist wird. In DE 198 51 062 C1 und US 6 019 876 wird das Verhältnis von Puls zu Pulspause verwendet, um magnetische Eigenschaften einer abzuscheidenden Schicht einzustellen. Aus WO 99/27151 A1 sind Magnetron-Verfahren bekannt, bei denen der Betrieb mit Rechteckpulsen erfolgt. Dabei wird bei der Leistungseinspeisung zwischen zwei unterschiedlichen Leistungsstufen hin und her geschaltet, um die Beschichtungsrate in geeigneter Weise zu reduzieren. Angaben bezüglich einer gleichmäßigen Struktur einer Schicht über den gesamten Beschichtungsbereich sind aus den vorgenannten Schriften nicht ableitbar.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von Dünnschichtsystemen ermöglicht, die extrem dünne Einzelschichten einer Schichtdicke von vorzugsweise 1 nm bis 10 nm enthalten, deren strukturbedingte Eigenschaften gegenüber dem Stand der Technik verbessert sind, eine höhere Gleichmäßigkeit über den gesamten Beschichtungsbereich aufweisen und sich durch eine verbesserte Reproduzierbarkeit auszeichnen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 12 stellen zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
  • Wird die für den plasmagestützten Beschichtungsvorgang erforderliche Energie in Form diskreter Leistungspulse zugeführt, wobei die Leistung während der einzelnen Pulse den zeitlichen Mittelwert des Plasmas über die gesamte Beschichtungszeit wesentlich übertrifft, werden offensichtlich die Kondensationsbedingungen bei der Entstehung dünner Schichten wesentlich verändert, was besonders bei der Abscheidung extrem dünner Schichten von Bedeutung ist. Überraschenderweise wird die Schichtdicke, bei der sich eine geschlossene Schicht bildet, stark reduziert, was vermutlich auf eine verbesserte Ausbildung von Kondensationskeimen zurückzuführen ist.
  • Die pulsförmige Energieeinspeisung bietet außerdem gute Voraussetzungen für eine Kontrolle des Schichtbildungsprozesses. Die Dauer einer Beschichtung, d. h. die zum Erreichen des Sollwertes für die Schichtdicke erforderliche Zeit, wird in einfacher Weise beherrschbar, wenn die erforderliche Anzahl von Pulsen bis zum Erreichen der jeweiligen Schichtdicke bekannt ist. Durch Wahl entsprechender Pulspausen kann die Zeit bis zum Erreichen des Sollwertes der Schichtdicke der technologisch bedingten Länge des Prozessschrittes angepasst werden.
  • Der Zusammenhang zwischen der Schichtdicke und der Anzahl der zugeführten Pulse kann bei Vorhandensein einer Zähleinrichtung für die Pulse durch einmalige Dickenmessung ermittelt werden oder durch Kombination von Pulszählung und einer in-situ Messmethode für die Schichtdicke zyklisch ermittelt und für eine Vorausberechnung der Anzahl der zum Erreichen des Sollwertes der Schichtdicke noch erforderlichen Pulse genutzt werden, was eine besonders präzise Einstellung der Schichtdicke erlaubt.
  • Die Abscheidung der extrem dünnen Schicht selbst erfolgt entsprechend der Erfindung während der Puls-Ein-Zeit bei einem wesentlich erhöhten Wert der Plasmadichte und damit bei erhöhter Beaufschlagung der kondensierenden Schicht mit Ladungsträgern und angeregten Neutralteilchen. Dadurch wird eine hohe Oberflächenbeweglichkeit der kondensierenden Teilchen bewirkt, so dass sich durch laterale Bewegung der kondensierenden Teilchen ein verändertes Aufwachsverhalten und damit eine Erhöhung der Dichte der Schicht und eine Verbesserung zahlreicher Schichteigenschaften ergibt. Sollen extrem dünne Schichten mit ausgeprägter Textur hergestellt werden, so ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oft der einzige Lösungsweg.
  • Die Vorteile des Verfahrens äußern sich in einer Verbesserung optischer, elektrischer oder mechanischer Eigenschaften der Schicht. Sie ähneln trotz der geringen Dicke denen von Bulkmaterial oder vergleichsweise dicken Schichten. Eine gleichmäßige dichte Struktur der aufgebrachten extrem dünnen Schicht geht einher mit einer gleichmäßigeren Bedeckung und höheren Gleichmäßigkeit der Schichteigenschaften in lateraler Ausdehnung sowie mit einer erhöhten Reproduzierbarkeit aller Schichteigenschaften. Die von der Struktur abgeleiteten Eigenschaften wie Barrierewirkung, elektrische Leitfähigkeit metallischer Schichten oder die dielektrischen Parameter bei nichtleitenden Schichten werden wesentlich verbessert.
  • Es kann zweckmäßig sein, die diskreten Leistungspulse zeitlich periodisch zuzuführen. Auf diese Weise ist die Erzeugung der Leistungspulse technisch besonders einfach. Es kann auch zweckmäßig sein, die Leistungspulse zeitlich aperiodisch zuzuführen. Wenn das Schichtwachstum durch eine in-situ Messmethode kontrolliert wird, ist es besonders vorteilhaft, den zeitlichen Abstand der Leistungspulse gegen Ende der Beschichtung anwachsen zu lassen. Auf diese Weise kann die Präzision der mit Hilfe der in-situ Messmethode gewonnenen Messwerte erhöht und damit eine genauere Einhaltung der Sollschichtdicke erreicht werden.
  • Als zweckmäßig hat sich erwiesen, die extrem dünne Schicht durch Einspeisen von größenordnungsmäßig 100 bis 10000 Pulsen abzuscheiden, wobei die höhere Zahl der Pulse die Präzision bei der Kontrolle der Schichtdicke erhöht, da je Einzelpuls ein geringerer Dickenzuwachs erfolgt. Andererseits wird der technische Aufwand zur Erzeugung der Leistungspulse geringer, wenn die Zahl der Pulse, die zur Abscheidung der gesamten extrem dünnen Schicht erforderlich ist, bei niedrigen Werten liegt. Für Schichten mit einer Dicke im Bereich von 1 bis 10 nm hat sich eine Länge der Pulse im Bereich von etwa 10 μs bis etwa 100 ms als vorteilhaft erwiesen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders einfach, wenn die Pulse mit einer festen, entsprechend der Beschichtungsaufgabe jedoch frei wählbaren Leistungsdichte und mit einer festen Pulsdauer eingespeist werden und die für die Abscheidung der extrem dünnen Schicht erforderliche Zahl der Pulse vorgegeben wird.
  • Es kann zweckmäßig sein, dass die Leistung in jedem Puls im Wesentlichen zeitlich konstant ist, also Rechteckpulse verwendet werden. Im Hinblick auf den Aufwand bei der technischen Umsetzung des Verfahrens aber auch zur Erreichung spezifischer Vorteile kann es jedoch auch zweckmäßig sein, dass die Leistung in jedem Puls zeitlich ansteigend ist, dass also die Leistungsdichte am Ende eines jeden der diskreten Leistungspulse ihren Maximalwert erreicht. Auf diese Weise lassen sich besonders hohe Momentanwerte der Plasmadichte und damit des Ladungsträgerstromes zum Substrat bei einem gegebenen Mittelwert der Leistungsdichte erreichen. In anderen Anwendungsfällen kann es auch vorteilhaft sein, zu Pulsbeginn eine hohe Leistung einzuspeisen, die im Verlauf des Pulses zeitlich abfallend ist.
  • An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die beigefügte Zeichnung zeigt ein Magnetschichtsystem, das unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
  • Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um die Abscheidung eines Dünnschichtsystems auf einem Glassubstrat 1, wie es zur Herstellung von Magnetplatten erforderlich ist. Dieses besteht aus einer Grundschicht aus einer Nickel-Aluminium-Legierung 2, auf der sich eine Chromschicht 3 befindet. Auf der Chromschicht 3 befindet sich eine Magnetschicht 4'; 4'' aus CoCrPtTa, die von einer extrem dünnen Schicht 5 aus CoCr in zwei Teilschichten untergliedert wird. Den Abschluss des Dünnschichtsystems bildet eine Carbondeckschicht 6.
  • Die Beschichtung der Magnetplatten erfolgt in einer Beschichtungsanlage, einem sogenannten single disk coater. Eine derartige Beschichtungsanlage besteht aus zwölf Prozessstationen, in denen verschiedene Einzelschichten aufgebracht werden können. Es wird jeweils an einer Prozessstation nur eine Magnetplatte bearbeitet. Alle Prozesse sind stationär, alle notwendigen Prozesse werden zeitgleich eingeschaltet. Die Prozesse müssen innerhalb einer maximalen Prozesszeit beendet werden. Nach Ablauf der maximalen Prozesszeit erfolgt der Transport aller in der Anlage befindlichen Magnetplatten zeitgleich zur jeweils nächsten Prozessstation. Die Taktzeit beträgt sechs Sekunden. Für die Beschichtung stehen maximal vier Sekunden zur Verfügung. In der sechsten Prozessstation wird die extrem dünne Schicht 5 aus der Kobalt-Chrom-Legierung durch Magnetronzerstäubung abgeschieden, auf welcher in Folge in der nächsten Prozessstation die obere Teilschicht 4'' der eigentlichen Magnetschicht aufgebracht wird. Die Schichtdicke der extrem dünnen Schicht 5 soll exakt 1,05 nm betragen. Die stationäre Beschichtungsrate beträgt für die Anordnung 3 nm/s·kW. Die geforderte Schichtdicke von 1,05 nm würde bei 97 W innerhalb von 4 s abgeschieden. Erfindungsgemäß wird die Magnetronentladung jedoch nicht mit 97 W betrieben, was zu unzureichender Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der CoCr-Schicht 5 führen würde. Die für die angestrebten Schichteigenschaften optimale Leistung der Magnetronentladung beträgt für die eingesetzten Magnetrons 2,5 kW. Dies wurde anhand der Struktur und der Eigenschaften von CoCr-Schichten im Dickenbereich von 30 bis 50 nm nachgewiesen. Durch die Einspeisung von 10.000 Leistungspulsen mit einer Puls-Ein-Zeit von 15 μs und einer Puls-Aus-Zeit von 385 μs und einer Leistung von 2,5 kW während der Puls-Ein-Zeit wird einerseits die Magnetronentladung im optimalen Bereich betrieben, was zu der angestrebten Verbesserung der Schichteigenschaften führt, und andererseits wird die mittlere Beschichtungsrate gegenüber dem Dauerbetrieb mit 2,5 kW um den Faktor 26 gedrosselt, was die Beschichtungszeit der Taktzeit der Beschichtungsanlage anpasst und eine genaue Einhaltung der Sollschichtdicke ermöglicht. Die Einstellung der Schichtdicke von exakt 1,05 nm wird durch Vorgabe der Anzahl der Leistungspulse vorgenommen. Der Zusammenhang zwischen Schichtdicke und Pulszahl wurde zuvor durch Röntgenfluoreszenzmessungen ermittelt. Puls-Ein-Zeit, Puls-Aus-Zeit und Pulsleistung werden im vorliegenden Beispiel konstant gehalten.
  • Ein Vergleich der gemessenen Eigenschaften von fertig beschichteten Magnetplatten zeigt den Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Referenzversuch wurden zwei ansonsten identische Schichtsysteme hergestellt, die sich nur bezüglich der Abscheidebedingungen der ultradünnen Schicht 5 unterscheiden. Die mit DC gekennzeichnete Probe enthält eine ultradünne Schicht 5, die kontinuierlich innerhalb von vier Sekunden bei einer Plasmaleistung von 100 W abgeschieden wurde. Die zweite Probe wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
  • Figure 00080001
  • Der Sprung in der Koerzitivfeldstärke von 3000 auf 3150 Oe für einen ansonsten gleichen Aufbau des Schichtsystems auf der Magnetplatte zeigt die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Offensichtlich sind die Abscheidebedingungen derart positiv verändert, dass sich die obere Teilschicht 4'' der Magnetschicht in der Struktur feinkristalliner aufbauen kann. Dadurch kann eine höhere Speicherdichte erzielt werden.
  • Die sogenannte Hc-Rampe ist ein Maß der Gleichmäßigkeit der Schichteigenschaften über die gesamte aktive Fläche der Magnetplatte. Bislang war für DC-Abscheideverfahren von innen nach außen in radialer Richtung ein Abfall der Koezitivfeldstärke zu verzeichnen. Dieser als negative Rampe bezeichnete Abfall ist besonders störend, da die Umfangsgeschwindigkeit an außen liegenden Punkten beim Betrieb der Magnetplatte höher ist als für innen liegende Punkte. Es kann keine gleichmäßige Speicherdichte in radialer Richtung erreicht werden. Unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde nachgewiesen, dass diese Rampe um mindestens 50 % verringert und sogar eine positive Rampe, also ein Anstieg der Koerzitivfeldstärke von innen nach außen, erzeugt werden kann. Durch weitere Optimierung besteht die Möglichkeit, die Verteilung der Speicherdichte auf der Magnetplatte zu verbessern.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems, welches mindestens eine extrem dünne Schicht im Schichtdickenbereich von 1 bis 10 nm enthält, die durch plasmagestützte chemische oder physikalische Dampfphasenabscheidung unter Verwendung von Magnetronentladungen abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abscheidung dieser extrem dünnen Schicht die Leistung in das Plasma in Form der erforderlichen Anzahl von Pulsen bis zum Erreichen der jeweiligen Schichtdicke zugeführt wird und dass die mittlere Leistung während der Puls-Ein-Zeit mindestens um den Faktor 3 höher als die über die gesamte Beschichtungszeit während der Abscheidung der extrem dünnen Schicht gemittelte Leistung eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Leistung während der Puls-Ein-Zeit mindestens um den Faktor 10 höher als die über die gesamte Beschichtungszeit während der Abscheidung der extrem dünnen Schicht gemittelte Leistung eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung in das Plasma in Form von Leistungspulsen zeitlich periodisch zugeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung in das Plasma in Form von Leistungspulsen zeitlich aperiodisch zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte extrem dünne Schicht durch Einspeisen von 100 bis 10.000 Leistungspulsen abgeschieden wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsdichte und/oder Pulsdauer der Leistungspulse frei wählbar sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsdichte und Pulsdauer der Leistungspulse während der Abscheidung der extrem dünnen Schicht konstant gehalten werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abscheidung der extrem dünnen Schicht die Leistungspulse gezählt werden, mindestens einmal nach Einspeisung einer bestimmten Anzahl von Leistungspulsen die Schichtdicke gemessen wird und daraus die zum Erreichen der Sollschichtdicke noch erforderliche Anzahl von Leistungspulsen berechnet und eingestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung in jedem Puls zeitlich konstant ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung in jedem Puls zeitlich ansteigend ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung in jedem Puls zeitlich abfallend ist.
  12. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Magnetschichtsystems.
DE10051509A 2000-10-18 2000-10-18 Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems und Anwendung des Verfahrens Expired - Fee Related DE10051509B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10051509A DE10051509B4 (de) 2000-10-18 2000-10-18 Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems und Anwendung des Verfahrens
US09/962,212 US6605312B2 (en) 2000-10-18 2001-09-26 Method of producing a thin-film system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10051509A DE10051509B4 (de) 2000-10-18 2000-10-18 Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems und Anwendung des Verfahrens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10051509A1 DE10051509A1 (de) 2002-05-02
DE10051509B4 true DE10051509B4 (de) 2007-08-30

Family

ID=7660132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10051509A Expired - Fee Related DE10051509B4 (de) 2000-10-18 2000-10-18 Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems und Anwendung des Verfahrens

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6605312B2 (de)
DE (1) DE10051509B4 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7147759B2 (en) * 2002-09-30 2006-12-12 Zond, Inc. High-power pulsed magnetron sputtering
US6896773B2 (en) * 2002-11-14 2005-05-24 Zond, Inc. High deposition rate sputtering
US9771648B2 (en) * 2004-08-13 2017-09-26 Zond, Inc. Method of ionized physical vapor deposition sputter coating high aspect-ratio structures
US20050103620A1 (en) * 2003-11-19 2005-05-19 Zond, Inc. Plasma source with segmented magnetron cathode
US9123508B2 (en) * 2004-02-22 2015-09-01 Zond, Llc Apparatus and method for sputtering hard coatings
US7095179B2 (en) * 2004-02-22 2006-08-22 Zond, Inc. Methods and apparatus for generating strongly-ionized plasmas with ionizational instabilities
NL1032463C2 (nl) * 2006-09-08 2008-03-11 Draka Comteq Bv Werkwijze voor het vervaardigen van een optische voorvorm.

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0104870A2 (de) * 1982-09-21 1984-04-04 Pilkington Plc Beschichtungen mit niedriger Ausstrahlung auf transparenten Substraten
US5846648A (en) * 1994-01-28 1998-12-08 Komag, Inc. Magnetic alloy having a structured nucleation layer and method for manufacturing same
WO1999027151A1 (en) * 1997-11-24 1999-06-03 Cvc, Inc. Pulsed mode deposition for low rate film deposition
DE19855454A1 (de) * 1997-12-04 1999-06-10 Komag Inc Ultradünne Keimbildungsschicht für magnetische Dünnfilmmedien und das Verfahren zu deren Herstellung
US5922442A (en) * 1996-04-26 1999-07-13 Hmt Technology Corporation Magnetic recording medium having a CoCr alloy interlayer of a low saturation magnetization
US6019876A (en) * 1997-05-15 2000-02-01 International Business Machines Corporation Pulsed DC sputtering method of thin film magnetic disks
DE19851062C1 (de) * 1998-11-05 2000-06-15 Ibm Verfahren zum Beschichten von Magnetspeicherplatten und danach hergestellte Magnetspeicherplatte

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6413382B1 (en) * 2000-11-03 2002-07-02 Applied Materials, Inc. Pulsed sputtering with a small rotating magnetron

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0104870A2 (de) * 1982-09-21 1984-04-04 Pilkington Plc Beschichtungen mit niedriger Ausstrahlung auf transparenten Substraten
US5846648A (en) * 1994-01-28 1998-12-08 Komag, Inc. Magnetic alloy having a structured nucleation layer and method for manufacturing same
US5922442A (en) * 1996-04-26 1999-07-13 Hmt Technology Corporation Magnetic recording medium having a CoCr alloy interlayer of a low saturation magnetization
US6019876A (en) * 1997-05-15 2000-02-01 International Business Machines Corporation Pulsed DC sputtering method of thin film magnetic disks
WO1999027151A1 (en) * 1997-11-24 1999-06-03 Cvc, Inc. Pulsed mode deposition for low rate film deposition
DE19855454A1 (de) * 1997-12-04 1999-06-10 Komag Inc Ultradünne Keimbildungsschicht für magnetische Dünnfilmmedien und das Verfahren zu deren Herstellung
DE19851062C1 (de) * 1998-11-05 2000-06-15 Ibm Verfahren zum Beschichten von Magnetspeicherplatten und danach hergestellte Magnetspeicherplatte

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE Transactions on Magnetics 34 (4) 1998, 1582- 84
IEEE Transactions on Magnetics 34 (4) 1998, 158284 *
Thin Solid Films 365 (2000) 139-146 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20020063053A1 (en) 2002-05-30
US6605312B2 (en) 2003-08-12
DE10051509A1 (de) 2002-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19651615C1 (de) Verfahren zum Aufbringen von Kohlenstoffschichten durch reaktives Magnetron-Sputtern
DE3854276T2 (de) Kathodenzerstäubungsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung desselben.
DE19702187C2 (de) Verfahren und Einrichtung zum Betreiben von Magnetronentladungen
DE4117518C2 (de) Vorrichtung zum Sputtern mit bewegtem, insbesondere rotierendem Target
EP0228394B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum beschichten von substraten mittels einer plasmaentladung
DE102004036170B4 (de) Vakuumbeschichtungsanlage und Verfahren zur Vakuumbeschichtung und deren Verwendung
DE19506515C1 (de) Verfahren zur reaktiven Beschichtung
EP2165003A1 (de) Pdv-verfahren und pvd-vorrichtung zur erzeugung von reibungsarmen, verschleissbeständigen funktionsschichten und damit hergestellte beschichtungen
EP2036113B1 (de) Verfahren zur regelung eines reaktiven hochleistungs-puls-magnetronsputterprozesses und vorrichtung hierzu
DE10100746A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Bilden von Filmen
WO2007054048A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum beschichten und/oder zur behandlung von oberflächen
EP2549521A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung partikelarmer Schichten auf Substraten
EP1784524A2 (de) Schichtverbund mit kubischen bornitrid
DE10051509B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems und Anwendung des Verfahrens
AT403382B (de) Verfahren zum beschichten von werkstücken aus einem kunststoffmaterial
EP1759036A1 (de) Beschichtungsvorrichtung zum beschichten eines substrats, sowie ein verfahren zum beschichten
DE19506513C2 (de) Einrichtung zur reaktiven Beschichtung
EP1156131A1 (de) Verfahren zur Herstellung beschichteter Kunststoffkörper sowie Verwendung desselben
DE19720251A1 (de) Verfahren zum Beschichten von Dünnfilmmagnetplatten
DE102008022145B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Hochleistungs-Puls-Gasfluß-Sputtern
EP2686371B1 (de) Verfahren zur modifizierung einer oberfläche eines substrats durch ionenbeschuss
DE112010005558B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Gasflusssputtern
EP3017079A1 (de) Tixsi1-xn schichten und ihre herstellung
DE102008050196A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Abscheiden einer Gradientenschicht
DE4396720C1 (de) Verfahren und Anlage zur Schichtabscheidung und Verwendung der Anlage

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120501