DE102014100179A1

DE102014100179A1 - Process for the reactive deposition of layers

Info

Publication number: DE102014100179A1
Application number: DE102014100179.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Köckert
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2034-01-10
Also published as: DE102014100179B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur reaktiven Abscheidung von Oxinitrid- oder Oxicarbonitrid-Schichten mittels Magnetronsputtern, wobei der Fluss des Prozessgases, welches ein Reaktivgas oder eine Reaktivgasmischung und ein Arbeitsgas umfasst, entlang des Racetracks 11 des Magnetrons 2 in Segment-Prozessgasflüsse mit zugehörigen Plasmazonensegmenten 10 geteilt ist, wobei ein Segment-Prozessgasfluss aus den Gasflüssen der Prozessgaskomponenten in dem jeweiligen Plasmazonensegment 10 gebildet wird, und die Prozessgaskomponenten über zumindest zwei Gaskanäle 6, von denen zumindest einer segmentiert ausgebildet ist, in einen Prozessraum eingelassen werden. Es wird ein Verfahren beschrieben, das es gestattet, sowohl eine gewünschte Stöchiometrieverteilung als auch eine gewünschte Verteilung bezüglich der Schichtdicke über die gesamte Substratbreite einzustellen.The invention relates to a process for the reactive deposition of oxynitride or oxicarbonitride layers by means of magnetron sputtering, wherein the flow of the process gas comprising a reactive gas or a reactive gas mixture and a working gas, along the racetrack 11 of the magnetron 2 in segment process gas flows with associated Plasmazonensegmenten 10th is divided, wherein a segment process gas flow from the gas flows of the process gas components in the respective Plasmazonensegment 10 is formed, and the process gas components via at least two gas channels 6, at least one of which is formed segmented, are admitted into a process space. A method is described which makes it possible to set both a desired stoichiometry distribution and a desired distribution with respect to the layer thickness over the entire substrate width.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur reaktiven Abscheidung von Oxinitrid- oder Oxicarbonitrid-Schichten von metallischen oder halbleitenden Materialien mittels Magnetronsputtern von einem längserstreckten Magnetron, wobei der Fluss des Prozessgases des Sputterprozesses, welches aus einem Reaktivgas als einer Prozessgaskomponente und aus einem Arbeitsgas als einer anderen weiteren Prozessgaskomponente besteht, entlang des Racetracks in Segment-Prozessgasflüsse mit zugehörigen Plasmazonensegmenten geteilt ist, wobei ein Segment-Prozessgasfluss aus den Gasflüssen der Prozessgaskomponenten in dem jeweiligen Plasmazonensegment gebildet wird, und die Prozessgaskomponenten über zumindest zwei Gaskanäle, von denen zumindest einer mittels Gaskanalsegmenten segmentiert ausgebildet ist, in einen Prozessraum eingelassen werden. The invention relates to a process for the reactive deposition of oxynitride or oxicarbonitride layers of metallic or semiconductive materials by magnetron sputtering from an elongate magnetron, wherein the flow of the process gas of the sputtering process, which consists of a reactive gas as a process gas component and a working gas as another Process gas component is divided along the Racetracks in segment process gas flows with associated Plasmazonensegmenten, wherein a segment process gas flow from the gas flows of the process gas components is formed in the respective Plasmazonensegment, and the process gas components via at least two gas channels, at least one of which is segmented by means of gas channel segments to be let in a process room.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des reaktiven Magnetron-Sputterns, insbesondere auf dem Gebiet der Herstellung von großflächigen Beschichtungen von Substraten mittels dieser Beschichtungstechnologie, wobei die Homogenität der Schichteigenschaften ein entscheidendes Kriterium bei der Herstellung solcher Schichten ist. The invention is in the field of reactive magnetron sputtering, in particular in the field of the production of large-area coatings of substrates by means of this coating technology, wherein the homogeneity of the coating properties is a decisive criterion in the production of such layers.

Bei der Herstellung von Schichten mittels Magnetron-Sputtern haben die Prozessbedingungen einen entscheidenden Einfluss auf die Schichteigenschaften. Beim Magnetron-Sputtern wird im Prozessgas gegenüber dem zu beschichtenden Substrat und vor einer Magnetronkathode ein Plasma gezündet, dessen positive Ladungsträger mit dem sogenannten Sputtereffekt die Atome oder Moleküle aus der Oberfläche des Targets herauslösen und in die Gasphase überführen. Treffen die Dampfteilchen auf das Substrat, beginnen sie, durch Kondensation auf der Oberfläche, eine Schicht zu bilden. In the production of layers by means of magnetron sputtering, the process conditions have a decisive influence on the layer properties. In magnetron sputtering, a plasma is ignited in the process gas relative to the substrate to be coated and in front of a magnetron cathode whose positive charge carriers dissolve the atoms or molecules out of the surface of the target with the so-called sputtering effect and transfer them into the gas phase. When the vapor particles hit the substrate, they begin to form a layer by condensation on the surface.

In dynamischen Verfahren wird in Durchlaufanlagen das Substrat in einer Transportrichtung vor dem Target vorbei bewegt und dabei beschichtet. Zur Unterstützung der Plasmaausbildung und zur Vergrößerung der Sputterrate ist auf der dem Plasma abgewandten Seite des Targets ein Magnetsystem angeordnet. Durch die Magnetanordnung bildet sich vor der Targetoberfläche ein tunnelförmiges Magnetfeld entlang einer geschlossenen ringförmigen Bahn aus. Im Bereich, wo die Komponente des Magnetfelds, die parallel zu einem differentiellen Oberflächenelement verläuft, den größten Betrag hat, tritt die maximale Erosion des Targetmaterials auf. Der sich ausbildende ringförmige Sputter- oder Erosionsgraben wird als Racetrack bezeichnet. In dynamic processes, the substrate is moved in a transport direction in front of the target in pass-through systems and thereby coated. To support the plasma formation and to increase the sputtering rate, a magnet system is arranged on the side of the target facing away from the plasma. The magnet arrangement forms a tunnel-shaped magnetic field in front of the target surface along a closed annular path. In the area where the component of the magnetic field that is parallel to a differential surface element has the largest amount, the maximum erosion of the target material occurs. The forming annular sputtering or erosion trench is called a racetrack.

Weiterhin wird beim Magnetron-Sputtern zwischen dem nichtreaktiven und dem reaktiven Sputtern unterschieden, wobei sich diese beiden Prozesse durch Unterschiede in der Stöchiometrie des Targets und der abzuscheidenden Schicht unterscheiden. Beim nichtreaktiven Sputtern entspricht die Stöchiometrie der abgeschiedenen Schicht im Wesentlichen der des Targets, beim reaktiven Sputtern wird zusätzlich zu den Elementen des Targets wenigstens ein chemisches Element aus dem Prozessgas eingebaut. Beim nichtreaktiven Magnetron-Sputtern wird ein Arbeitsgas, d.h. ein inertes Gas, beispielsweise Argon, in den Prozessraum geleitet. Zu Korrekturzwecken kann auch ein weiteres Gas wie beispielsweise Stickstoff in geringen Mengen mit eingelassen werden. Beim reaktiven Sputtern wird zusätzlich zum Arbeitsgas ein Reaktivgas oder nur ein Reaktivgas, beispielsweise Sauerstoff eingelassen. Somit wird das Prozessgas beim nichtreaktiven Sputtern im Wesentlichen aus dem Arbeitsgas gebildet, beim reaktiven Prozess sowohl aus dem Arbeitsgas als auch aus Reaktivgas oder nur aus Reaktivgas. Furthermore, a distinction is made in the magnetron sputtering between the non-reactive and the reactive sputtering, these two processes differing by differences in the stoichiometry of the target and the layer to be deposited. In the case of non-reactive sputtering, the stoichiometry of the deposited layer essentially corresponds to that of the target; in reactive sputtering, at least one chemical element from the process gas is incorporated in addition to the elements of the target. In non-reactive magnetron sputtering, a working gas, i. an inert gas, such as argon, passed into the process space. For correction purposes, another gas such as nitrogen may also be included in small quantities. In reactive sputtering, in addition to the working gas, a reactive gas or only a reactive gas, for example, oxygen is admitted. Thus, the process gas is formed in the non-reactive sputtering essentially from the working gas, in the reactive process both from the working gas and from reactive gas or only from reactive gas.

Beispielsweise werden für die Herstellung von Siliziumnitrid-Schichten entweder metallische mit Bor dotierte (Si:B-) oder typischerweise aluminiumdotierte (Si:Al-)Targets in einer Argon-Stickstoff-Atmosphäre gesputtert. Üblicherweise werden dafür ein oder mehrere Doppelmagnetronanordnungen verwendet und im AC- oder MF-Mode betrieben. Die am Prozess beteiligten Gase werden über Gaskanäle in den Prozessraum eingelassen, so dass die Plasmastöchiometrie, d.h. die Zusammensetzung des Plasmas bezüglich der Menge des ionisierten Arbeitsgases, der Elektronen, des Reaktivgases und der gesputterten Targetteilchen, direkt beeinflusst werden kann. Dabei sind die Gaskanäle üblicherweise parallel zur Längserstreckung der Magnetrons angeordnet und quer zur Transportrichtung der zu beschichtenden Substrate. For example, for the production of silicon nitride layers, either metallic boron-doped (Si: B) or typically aluminum-doped (Si: Al) targets are sputtered in an argon-nitrogen atmosphere. Usually one or more Doppelmagnetronanordnungen be used and operated in AC or MF mode. The gases involved in the process are admitted into the process space via gas channels, so that the plasma stoichiometry, i. the composition of the plasma with respect to the amount of the ionized working gas, the electrons, the reactive gas and the sputtered target particles, can be directly influenced. The gas channels are usually arranged parallel to the longitudinal extent of the magnetrons and transversely to the transport direction of the substrates to be coated.

Die Längserstreckung eines Magnetrons bezeichnet dabei die größte räumliche Ausdehnung des Magnetrons in einer axialen Richtung des Magnetrons, wobei beispielsweise bei einem rotierenden Magnetron dabei die Erstreckung entlang dessen Drehachse gemeint ist. In der Praxis hat sich für reaktive Sputterprozesse ein sogenannter Flow-Mode-Betrieb etabliert. Flow-Mode-Betrieb bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Generator zum Betreiben des Magnetrons in einem vorgegebenen Arbeitspunkt betrieben wird, d.h. eine festgesetzte Leistung umsetzt, wobei feste Argon- und Reaktivgasflüsse eingestellt werden. Der nitridische Prozess im Falle des Siliziumnitrid-Sputterns wird dabei bei relativ niedrigen Spannungen betrieben, wohingegen sich im rein metallischen Prozess des Siliziumsputterns allein mit Argon und ohne Stickstoff wesentlich höhere Spannungen einstellen. The longitudinal extension of a magnetron designates the largest spatial extent of the magnetron in an axial direction of the magnetron, wherein for example in a rotating magnetron while the extension along the axis of rotation is meant. In practice, a so-called flow mode operation has been established for reactive sputtering processes. Flow mode operation in this context means that the generator is operated to operate the magnetron at a predetermined operating point, i. converts a set power setting fixed argon and reactive gas flows. The nitridic process in the case of silicon nitride sputtering is operated at relatively low voltages, whereas in pure metallic process of silicon sputtering alone with argon and without nitrogen set much higher voltages.

Das Argon wird über einen einteiligen Gaskanal in den Prozessraum eingelassen. Einteiliger Gaskanal bedeutet dabei, dass der Gasfluss der eingelassenen Prozessgaskomponente über die gesamte Längserstreckung eines Magnetrons möglichst gleich groß ist, d.h. aus jeder (Düsen-)Öffnung des ungeteilten Gaskanales strömt der gleiche Gasstrom aus. The argon is introduced into the process space via a one-piece gas channel. one-piece Gas channel means that the gas flow of the admitted process gas component over the entire length of a magnetron is as equal as possible, ie from each (nozzle) opening of the undivided gas channel flows from the same gas stream.

Um beispielsweise bei der Herstellung von stöchiometrischen Siliziumnitrid-Schichten Inhomogenitäten in der Schichtdicke auszugleichen, wird der Stickstofffluss entlang der Längserstreckung des Magnetrons individuell eingestellt, wobei dafür segmentierte Gaskanäle zum Einsatz kommen. Das individuelle Einstellen von Gasflüssen nennt man auch Trimmen. Stickstoff wird, wie jedes Reaktivgas, vom Prozess sehr lokal verbraucht und wirkt beim Trimmen daher effektiver zur Einstellung der Beschichtungsrate als das Arbeitsgas. Dabei wird im so genannten Flow-Mode durch mehr Stickstoff die Beschichtungsrate reduziert und durch weniger Stickstoff erhöht. Das Reaktivgas Sauerstoff verhält sich analog. Die Wirkung des inerten Arbeitsgases ist dazu umgekehrt: eine Erhöhung seiner eingelassenen Gasmenge erhöht die Beschichtungsrate und eine Verringerung reduziert diese, da entweder mehr bzw. eben weniger ionisierte Gasteilchen zur Verfügung stehen. In order, for example, to compensate for inhomogeneities in the layer thickness in the production of stoichiometric silicon nitride layers, the nitrogen flow along the longitudinal extent of the magnetron is adjusted individually, using segmented gas channels for this purpose. The individual adjustment of gas flows is also called trimming. Nitrogen, like any reactive gas, is consumed very locally by the process and, therefore, acts more effectively when trimming to set the coating rate than the working gas. In the so-called flow mode, the coating rate is reduced by more nitrogen and increased by less nitrogen. The reactive gas oxygen behaves analogously. The effect of the inert working gas is conversely reversed: an increase in its amount of gas introduced increases the coating rate and a reduction reduces this, since either more or just less ionized gas particles are available.

Unter einem segmentierten Gaskanal ist dabei ein Gaskanal zu verstehen, welcher in Längserstreckung des Magnetrons in einzelne Gaskanalsegmente aufgeteilt ist, in welchen die Gasflüsse des eingelassenen Gases, beispielsweise Stickstoff, unabhängig voneinander geregelt werden können. Damit kann auch die Stöchiometrie des Plasmas entlang der Längserstreckung des Magnetrons und damit auch die Stöchiometrie und die Schichtdicke der abzuscheidenden Schicht beeinflusst werden. A segmented gas channel is to be understood as meaning a gas channel which is subdivided into individual gas channel segments in the longitudinal extent of the magnetron, in which the gas flows of the introduced gas, for example nitrogen, can be regulated independently of one another. Thus, the stoichiometry of the plasma along the longitudinal extent of the magnetron and thus also the stoichiometry and the layer thickness of the layer to be deposited can be influenced.

Um das eingelassene Gas über eine große Strecke möglichst gleichmäßig zu verteilen und einen gleichmäßigen Gasfluss zu realisieren, haben sich in der Praxis Gasführungsanordnungen etabliert, die nach dem Prinzip des sogenannten binären Baumes aufgebaut sind. In der DE 10 2004 008 425 A1 sowie in der DE 10 2005 035 247 A1 ist beispielsweise im Inneren eines Gaskanals eine binäre Struktur so gestaltet, dass ein erster Kanal, an den eine Gasquelle angeschlossen ist, zu einer ersten Verzweigung führt. Von dieser Verzweigung führen ein zweiter und ein dritter Kanal zu einer zweiten und einer dritten Verzweigung. Die beiden Kanäle weisen die gleiche Länge und den gleichen Querschnitt auf. An die zweite und dritte T-förmige Verzweigung sind erneut je zwei gleichdimensionierte Kanäle angeschlossen, die entweder zu Gasaustrittsöffnungen oder zu weiteren Verzweigungen führen. In order to distribute the admitted gas as evenly as possible over a large distance and to realize a uniform gas flow, gas guide arrangements have been established in practice, which are constructed according to the principle of the so-called binary tree. In the DE 10 2004 008 425 A1 as well as in the DE 10 2005 035 247 A1 For example, inside a gas channel, a binary structure is designed so that a first channel to which a gas source is connected leads to a first branch. From this branch, a second and a third channel lead to a second and a third branch. The two channels have the same length and the same cross-section. At the second and third T-shaped branch again two equal-sized channels are connected, leading either to gas outlet openings or other branches.

Eine weitere Möglichkeit ein Gas oder Gasgemisch aus einem Gaskanal ohne eine binäre Struktur über die gesamte Strecke des Gaskanals möglichst gleichmäßig zu verteilen, besteht in der Verwendung von Düsenschrauben oder -ventilen, mit denen der in den Prozessraum gewünschte einzulassende Gasfluss eingestellt werden kann. Another possibility for distributing a gas or gas mixture from a gas channel as evenly as possible over the entire length of the gas channel is to use nozzle screws or valves with which the gas flow to be introduced into the process space can be set.

Nachteilig ist allerdings, dass bei mehrkomponentigen Gasgemischen die Vermischung oft erst im Prozessraum stattfindet und somit Inhomogenitäten in der Zusammensetzung des Gasgemisches nicht vollständig verhindert werden können. The disadvantage, however, is that in multi-component gas mixtures mixing often takes place only in the process room and thus inhomogeneities in the composition of the gas mixture can not be completely prevented.

Für die Herstellung von Oxinitrid-Schichten wird neben Stickstoff ein zusätzlicher Anteil an Sauerstoff im Prozessgas benötigt, wodurch ein weiterer Parameter mit Einfluss auf die Schichtdicken- und die Stöchiometrie-Gleichmäßigkeit entsteht. In addition to nitrogen, an additional amount of oxygen in the process gas is required for the production of oxynitride layers, which creates another parameter that influences the layer thickness and the stoichiometric uniformity.

Im Falle von Oxinitrid-Schichten hängt die Stöchiometrie ganz entscheidend und empfindlich vom Verhältnis der beiden Reaktivgase Sauerstoff und Stickstoff ab. Dieses Verhältnis bestimmt damit die optischen Eigenschaften, z.B. den Brechungsindex der Oxinitrid-Schichten. Zusätzlich ist aber auch die Sputterrate der Oxinitrid-Schichten von seiner Stöchiometrie abhängig. Je höher der Sauerstoffanteil, desto geringer der Brechungsindex und desto geringer die Rate. In the case of oxynitride layers, the stoichiometry depends very decisively and sensitively on the ratio of the two reactive gases oxygen and nitrogen. This ratio thus determines the optical properties, e.g. the refractive index of the oxynitride layers. In addition, however, the sputtering rate of the oxynitride layers also depends on its stoichiometry. The higher the oxygen content, the lower the refractive index and the lower the rate.

Aufgrund der obigen Wirkung des Reaktivgases wird im Stand der Technik stets ein Reaktivgas als Trimmgas verwendet, was für Oxinitridschichten dazu führt, dass entweder eine homogene Schichtdicke oder eine Homogenität im Farbwert erzielbar ist, aber nicht beides gleichzeitig. Letzteres ist aber vor allem bei der Verwendung von Oxinitrid-Schichtsystemen in der Architekturglasbeschichtung gewünscht. Due to the above effect of the reactive gas, a reactive gas is always used as trim gas in the prior art, which leads to Oxinitridschichten that either a homogeneous layer thickness or a homogeneity in the color value can be achieved, but not both at the same time. The latter is desirable above all when using oxinitride layer systems in the architectural glass coating.

Die Farbverteilung wird anhand der CIELab-Farbkoordinaten L* oder Y, a* und b* beurteilt, die auf einer nichtlinearen Transformation des X, Y, Z-Farbraumes beruhen. Neutrale Farben sind im CIE L*a*b*-Farbsystem durch a*(Rg)- und b*(Rg)-Farbwerte von ca. Null gekennzeichnet, während grüne Farben durch negative a*-Farbwerte, blaue Farben durch negative b*-Farbwerte, rote Farben durch positive a*-Farbwerte und gelbe Farben durch positive b*-Farbwerte charakterisiert sind. The color distribution is judged by the CIELab color coordinates L * or Y, a * and b * based on a nonlinear transformation of the X, Y, Z color space. Neutral colors in the CIE L * a * b * color system are characterized by a * (Rg) and b * (Rg) color values of approximately zero, while green colors are characterized by negative a * color values, blue colors by negative b * Color values, red colors are characterized by positive a * color values and yellow colors by positive b * color values.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem die Prozessgasverteilung und die Prozessgaszusammensetzung für einen Beschichtungsprozess mit mehrkomponentigen Gasgemischen derart verbessert werden kann, dass sowohl eine gewünschte Farb- und somit Stöchiometrieverteilung als auch eine gewünschte Verteilung bezüglich der Schichtdicke über die gesamte Substratbreite eingestellt werden kann. It is therefore an object of the invention to provide a method with which the process gas distribution and the process gas composition for a coating process with multi-component gas mixtures can be improved so that both a desired color and thus stoichiometry distribution as well as a desired distribution with respect to the layer thickness the entire substrate width can be adjusted.

Die gewünschte Farbverteilung schließt beispielsweise eine gleichmäßige oder eine gradiente Verteilung ein. The desired color distribution includes, for example, a uniform or a gradual distribution.

Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass bei dem Prozessgas, welches aus mindestens einer weiteren Prozessgaskomponente besteht, mindestens zwei Prozessgaskomponenten miteinander vermischt und mittels eines einteiligen oder alternativ eines segmentierten Gaskanals entlang des längserstreckten Magnetrons zugeführt werden, so dass das Gasmengenverhältnis dieser mindestens zwei Prozessgaskomponenten in dem verwendeten Gaskanal entlang des längserstreckten Magnetrons gleich ist. Weiterhin werden die Segment-Prozessgasflüsse mittels Gasflüsse der über die Gaskanalsegmente eines anderen Gaskanals zugeführten anderen weiteren Prozessgaskomponente segmentweise so eingestellt, dass eine Plasmazonensegmentstöchiometrie jedes, dem Segment-Prozessgasflusses entsprechenden, Racetrackteils gleich ist. To achieve the object, it is proposed that in the process gas, which consists of at least one further process gas component, at least two process gas components are mixed together and supplied by means of a one-piece or alternatively a segmented gas channel along the elongated magnetron, so that the gas quantity ratio of at least two process gas components in the gas channel used along the elongated magnetron is the same. Furthermore, the segment process gas flows are adjusted in segments by gas flows of the other further process gas component supplied via the gas channel segments of another gas channel such that a plasma zone segment stoichiometry of each racetrack part corresponding to the segment process gas flow is equal.

Was als „gleich“ anzusehen ist, hängt unter Berücksichtigung der obigen Aufgabenstellung wesentlich von der optischen Wirkung einer Schicht und von der absoluten Schichtdicke ab. Von dem Begriff sind erfindungsgemäß solche Abweichungen der Gasmengenverhältnisse eingeschlossen, die über der Länge des Magnetrons keine optisch wahrnehmbaren Farb- oder Transmissions- bzw. Reflexionsunterschiede in der abgeschiedenen Schicht verursachen. Bei Gasflüssen in Standardkubikzentimeter (sccm) haben sich Grenzen der Abweichungen der Gasflüsse der jeweiligen Prozessgaskomponenten von bis 3% des Sollwertes des Gasflusses jeder Prozessgaskomponente als günstig erwiesen, bevorzugt sollten die Abweichungen kleiner 1% sein. Considering the above problem, what is considered to be "the same" depends essentially on the optical effect of a layer and on the absolute layer thickness. The term includes, according to the invention, such deviations of the gas quantity ratios which cause no optically perceptible color or transmission or reflection differences in the deposited layer over the length of the magnetron. For gas flows in standard cubic centimeters (sccm) limits of the deviations of the gas flows of the respective process gas components of up to 3% of the setpoint of the gas flow of each process gas component have proved favorable, preferably, the deviations should be less than 1%.

Für die alternative Anwendung dieses Verfahrens für eine Abscheidung von Schichten auf einem Substrat mit einem Gradienten über die Substratbreite kann die über die Gaskanalsegmente eingelassene andere weitere Prozessgaskomponente segmentweise entsprechend eingestellt werden, dass die Plasmazonensegmentstöchiometrie jedes, dem Segment-Prozessgasflusses entsprechenden, Racetrackteils entsprechend unterschiedlich ist. For the alternative application of this method for deposition of layers on a substrate with a gradient across the substrate width, the other further process gas component introduced via the gas channel segments can be adjusted in segments such that the plasma zone segment stoichiometry of each racetrack part corresponding to the segment process gas flow is correspondingly different.

Die Vermischung der Prozessgaskomponenten kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise in einer dem Gaskanal, in Flussrichtung, vorgelagerten Mischkammer oder mehrerer davon vor jedem Gaskanalsegment, im Gaskanal oder Gaskanalsegment, in besonderen Kammern innerhalb des Gaskanals oder unter Verwendung von geeigneten Hilfsmitteln, wie unten in einer Ausgestaltung der Erfindung beschrieben. The mixing of the process gas components can take place in various ways, for example in a gas channel, in flow direction, upstream mixing chamber or more of them before each gas channel segment, in the gas channel or gas channel segment, in special chambers within the gas channel or by using appropriate tools, as in below an embodiment of the invention described.

Das vorgeschlagene Verfahren bietet den Vorteil, dass damit diejenige Prozessgaskomponente gezielt geregelt wird, die auf die Schichtstöchiometrie und damit auch auf die Schichteigenschaften den geringsten Einfluss nimmt, wobei gerade die Prozessgaskomponenten, welche entscheidend für die abzuscheidenden Schichtstöchiometrie sind, bereits in einem gewünschten festen Verhältnis in den Prozessraum eingebracht werden können. The proposed method offers the advantage that it selectively controls the process gas component which has the least influence on the layer stoichiometry and thus also on the layer properties, in which case the process gas components, which are decisive for the layer stoichiometry to be deposited, are already in a desired fixed ratio the process space can be introduced.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, auch für mehr als ein Reaktivgas, auf die Stöchiometrie der schichtbildenden Teilchen im Plasma und damit auch die Schichtstöchiometrie sowie auf die Schichtdickenverteilung aktiv Einfluss zu nehmen, so dass die gewünschte Verteilung oder Gleichmäßigkeit gezielt einstellbar ist. Dabei wird die unterschiedliche Wirkung der Gase auf die Stöchiometrie und die Abscheiderate variabel mittels der unterschiedlich kombinierten einteiligen und segmentierten Gaskanäle genutzt. The method according to the invention makes it possible, even for more than one reactive gas, to actively influence the stoichiometry of the layer-forming particles in the plasma and thus also the layer stoichiometry and the layer thickness distribution, so that the desired distribution or uniformity can be set in a targeted manner. In this case, the different effect of the gases on the stoichiometry and the deposition rate is used variably by means of the differently combined one-part and segmented gas channels.

Im Ergebnis ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, neben der Schichtdicke alle Farbwerte und folglich auch die Stöchiometrie über der Substratbreite gleichförmig zu erzeugen. Im Gegensatz dazu erfolgt im Stand der Technik eine Einstellung nur eines Farbwertes, häufig der b*(Rf)-Farbwert, von der aus auf eine Schichtdickengleichmäßigkeit geschlossen wird. Für Letzteres kennt der Fachmann den rechnerische Weg mittels Simulations-Software oder den aufwändigeren experimentellen Weg. In der Beschichtung umgesetzt wird dies durch das Trimmen mittels einer Komponente des Prozessgases. Die erhaltene Beschichtung weist dann zwar über die Substratbreite einen gleichmäßig verteilten b* (Rf)-Farbwert und eine gleichmäßige Schichtdicke auf. Die anderen Farbwerte und folglich die Stöchiometrie ändert sich jedoch über die Substratbreite. As a result, in addition to the layer thickness, the method according to the invention makes it possible to uniformly produce all color values and consequently also the stoichiometry over the substrate width. In contrast, in the prior art, adjustment of only one color value, often the b * (Rf) color value, from which a layer thickness uniformity is concluded. For the latter, the skilled person knows the computational way by means of simulation software or the more complex experimental way. This is implemented in the coating by trimming by means of a component of the process gas. Although the coating obtained has a uniformly distributed b * (Rf) color value and a uniform layer thickness over the width of the substrate. However, the other color values, and hence stoichiometry, vary across the substrate width.

Entsprechend verschiedener Ausgestaltungen des Verfahrens kann mittels des segmentiert zugeführten Arbeitsgases die Stöchiometrieverteilung im Plasma beeinflusst werden. Werden die Reaktivgase mit dem erfindungsgemäßen gleichen Gasmengenverhältnis über einen einteiligen Gaskanal zugeführt, kann die Abscheidungsrate und damit die Schichtdickenverteilung über der Magnetronlänge und damit Substratbreite ausgeglichen werden. In Abhängigkeit von der Anlagenkonfiguration, dem gewünschten Beschichtungsergebnis, den Targetmaterialien und den Gasen können beide Effekte in den Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gezielt genutzt werden. According to various embodiments of the method, the stoichiometry distribution in the plasma can be influenced by means of the segmented added working gas. If the reactive gases with the same gas quantity ratio according to the invention are supplied via a one-part gas channel, the deposition rate and thus the layer thickness distribution over the magnetron length and thus substrate width can be compensated. Depending on the system configuration, the desired coating result, the target materials and the gases, both effects can be specifically utilized in the embodiments of the method according to the invention.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens sind die in den einteiligen Gaskanal eingelassenen Prozessgaskomponenten Reaktivgase und in einer weiteren Ausgestaltung die in die Gaskanalsegmente eingelassene Prozessgaskomponente ist das Arbeitsgas. Der Vorteil ist, dass damit die Reaktivgase, welche einen entscheidenden Einfluss auf die Stöchiometrie der Schichten haben, bereits miteinander in einem über die zu beschichtende Substratbreite nahezu gleichen Verhältnis zur Verfügung stehen und mit dem Arbeitsgas, welches auf die Schichteigenschaften einen untergeordneten Einfluss hat, die Schichtdickenhomogenität positiv beeinflusst werden kann. In one embodiment of the method, the process gas components introduced into the one-part gas channel are reactive gases and in a further embodiment, the process gas component introduced into the gas channel segments is the working gas. The advantage is that with it the reactive gases, which have a decisive influence on the Stoichiometry of the layers, already with each other in an over the substrate width to be coated almost equal ratio available and with the working gas, which has a minor influence on the layer properties, the layer thickness homogeneity can be positively influenced.

Abhängig vom Beschichtungsprozess ist es bei reaktiven Prozessen auch möglich, Reaktivgas auch über die Gaskanalsegmente einzulassen. Weiterhin ist es abhängig vom Beschichtungsprozess bei reaktiven Prozessen auch möglich, gar kein Arbeitsgas zu verwenden. Das Reaktivgas kann dabei dann entweder über die Gaskanalsegmente oder den einteiligen Gaskanal eingelassenen werden. Depending on the coating process, in reactive processes it is also possible to introduce reactive gas via the gas channel segments. Furthermore, depending on the coating process in reactive processes, it is also possible to use no working gas at all. The reactive gas can then be admitted either via the gas channel segments or the one-piece gas channel.

Die Reaktivgase umfassen zumindest Sauerstoff und Stickstoff. Weitere Zusätze sind möglich, wenn es die Schichtzusammensetzung erfordert. Beispielsweise werden mitunter kohlenstoffhaltige Gase zugesetzt. So kann z.B. statt Sauerstoff auch Kohlendioxid Verwendung finden. Als Arbeitsgas wird zum Sputtern regelmäßig Argon verwendet, wobei auch andere Arbeitsgase, beispielsweise Krypton oder Xenon für das Verfahren nutzbar sind. Oder es werden dem Arbeitsgas aus technologischen Gründen weitere Gase beigemischt, wenn es für das Abscheideverfahren an sich von Vorteil ist, beispielsweise um die Prozessstabilität oder die Abscheiderate zu erhöhen. The reactive gases comprise at least oxygen and nitrogen. Further additives are possible if required by the coating composition. For example, carbonaceous gases are sometimes added. Thus, e.g. Instead of oxygen, carbon dioxide can also be used. As the working gas is used for sputtering regularly argon, with other working gases, such as krypton or xenon are available for the process. Or, for technological reasons, further gases are added to the working gas if it is advantageous for the separation process per se, for example in order to increase the process stability or the deposition rate.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich in Abhängigkeit von dem eingesetzten Targetmaterial des Magnetrons vorzugsweise Oxinitrid- oder Oxicarbonitridschichten von Metallen, Halbleitern oder Halbleiterlegierungen, wie z. B. Siliziumoxinitrid-, Siliziumoxicarbonitridschichten, Titan-, Aluminium-, Chrom- oder Nickeloxinitrid- bzw. -oxicarbonitridschichten herstellen, die eine besonders gleichmäßige Stöchiometrieverteilung als auch eine gleichmäßige Verteilung bezüglich der Schichtdicken über die gesamte Substratbreite aufweisen. Depending on the target material of the magnetron, the proposed method preferably allows oxinitride or oxicarbonitride layers of metals, semiconductors or semiconductor alloys, such as eg. B. Siliziumoxinitrid-, Siliziumoxicarbonitridschichten, titanium, aluminum, chromium or Nickeloxinitrid- or -oxicarbonitridschichten produce, which have a particularly uniform stoichiometry and a uniform distribution with respect to the layer thicknesses over the entire substrate width.

Werden beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff als Gemisch mit gleichem Gasmengenverhältnis, z.B. bei Einleitung der Gase unter Verwendung eines geeigneten Stellglieds (Massendurchflussreglers, MFC) je Gas, über die Magnetronlänge mittels eines einteiligen Kanals dem Sputterprozess zugeführt, strömt aus jeder Düse des Gaskanals das gewünschte gleiche Gasgemisch aus. Mittels eines zweiten, segmentierten Gaskanals wird das Arbeitsgas zugeführt, so dass über die Gasmenge je Segment gezielt auf die Plasmazonensegmente Einfluss genommen werden und ein Trimmen hinsichtlich Stöchiometrie und Abscheiderate über die Magnetronlänge erfolgen kann, um die gewünschte Farb- und Schichtdickenverteilung zu erzielen. For example, when oxygen and nitrogen are used as a mixture having the same gas amount ratio, e.g. upon introduction of the gases using a suitable actuator (mass flow controller, MFC) per gas, supplied to the sputtering process via the magnetron length by means of a one-piece channel, the desired gas mixture flows out of each nozzle of the gas channel. By means of a second, segmented gas channel, the working gas is supplied, so that the amount of gas per segment targeted influence on the Plasmazonensegmente and trimming with respect to stoichiometry and deposition rate on the magnetron can be done to achieve the desired color and layer thickness distribution.

Alternativ kann auch die Reaktivgaszufuhr mittels eines segmentierten Gaskanals erfolgen, wobei auch für diesen Fall das Gasmengenverhältnis entlang der Magnetronlänge gleich sein soll. Die Segmentierung gestattet in diesem Fall, dass auch die Menge der (einheitlichen) Reaktivgasmischung über die Substratbreite variiert werden kann. Damit kann zusammen mit der Stöchiometrie auch die Rate entlang der Magnetronlänge beeinflusst werden. Alternatively, the reactive gas can also be supplied by means of a segmented gas channel, whereby the gas quantity ratio along the magnetron length should also be the same for this case. The segmentation in this case also allows the amount of (uniform) reactive gas mixture to be varied across the substrate width. Thus, along with the stoichiometry, the rate along the magnetron length can also be influenced.

Diese Ausgestaltung hat sich neben der Oxinitrid-Abscheidung auch für die Verwendung von Kohlendioxid als Reaktivgas in Verbindung mit Stickstoff zur Herstellung von Oxicarbonitridschichten als günstig erwiesen. This embodiment has proven to be favorable in addition to the oxynitride deposition for the use of carbon dioxide as a reactive gas in conjunction with nitrogen for the production of Oxicarbonitridschichten.

Es hat sich ein Verhältnis der Segmentlängen eines drei Segmente aufweisenden Gaskanals für die Zufuhr der Reaktivgasmischung von 1:2:1 als vorteilhaft erwiesen, insbesondere für planare Single-Magnetrons, was auch für die Herstellung von Oxicarbonitridschichten verwendbar ist. A ratio of the segment lengths of a gas channel having three segments for the supply of the reactive gas mixture of 1: 2: 1 has proved advantageous, in particular for planar single magnetrons, which can also be used for the production of oxicarbonitride layers.

Die Gasflüsse der Prozessgaskomponenten werden entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens getrennt voneinander mit je einem Stellglied geregelt. Das bedeutet, dass sowohl die mindestens zwei Prozessgaskomponenten, die in den einteiligen Gaskanal eingelassen werden, getrennt voneinander geregelt werden, als auch die jeweiligen Gasflüsse der über die Gaskanalsegmente eingelassenen anderen weiteren Prozessgaskomponente somit segmentweise eingestellt werden. Damit kann die Plasmastöchiometrie segmentweise durch den Betrag der Gasflüsse der Prozessgaskomponente in den einzelnen Gaskanalsegmenten beeinflusst werden. The gas flows of the process gas components are regulated separately from each other, each with an actuator according to an embodiment of the method. This means that both the at least two process gas components, which are introduced into the one-part gas channel, are regulated separately from one another, and the respective gas flows of the other further process gas components introduced via the gas channel segments are thus set in segments. Thus, the plasma stoichiometry can be influenced in segments by the amount of the gas flows of the process gas component in the individual gas channel segments.

Um die Gas- oder Gasgemischflüsse aus den Gaskanalsegmenten in den Prozessraum regeln zu können, sind auch dafür geeignete, für die Segmente getrennte Stellglieder verwendbar. In order to be able to regulate the gas or gas mixture flows from the gas channel segments into the process space, suitable actuators separate for the segments can also be used.

Um eine lokale Beeinflussung der Plasmastöchiometrie zu erzielen, wird eine Prozessgaskomponente entlang des längserstreckten Magnetrons über mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei Gaskanalsegmente eingelassen. Generell ist festzustellen, dass mit höherer Segmentierung eines Gaskanals die lokale Beeinflussung der Plasmastöchiometrie verfeinert werden kann, wobei jedoch ab einer bestimmten Segmentanzahl kein weiterer Effekt mehr erkennbar ist. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird für eine lokal feinere Einstellbarkeit und eine Ausgleichbarkeit von Randeffekten deshalb die Prozessgaskomponente entlang des längserstreckten Magnetrons über fünf Gaskanalsegmente eingelassen, wobei die Längen der Gaskanalsegmente im Verhältnis 1:1:4:1:1 ausgebildet sind. Für eine weiter optimierte Ausgleichbarkeit von Mitteneffekten wird die Prozessgaskomponente entlang des längserstreckten Magnetrons über sechs Gaskanalsegmente, bevorzugt mit einem Längenverhältnis 1:1:2:2:1:1 eingelassen. In order to achieve a local influencing of the plasma stoichiometry, a process gas component is admitted along the longitudinally extended magnetron over at least two, preferably at least three gas channel segments. In general, it can be stated that with a higher segmentation of a gas channel, the local influence on the plasma stoichiometry can be refined, whereby, however, no further effect is recognizable from a certain number of segments. In a particularly advantageous embodiment of the proposed method, therefore, for a locally finer adjustability and compensation of edge effects, the process gas component is admitted along the longitudinally extended magnetron over five gas channel segments, wherein the lengths of the gas channel segments in the ratio 1: 1: 4: 1: 1 are formed. For a further Optimized compensation of center effects, the process gas component along the elongated magnetron over six gas channel segments, preferably with an aspect ratio of 1: 1: 2: 2: 1: 1 admitted.

In einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens werden die Prozessgaskomponenten aus dem einteiligen Gaskanal und die Prozessgaskomponente aus den Gaskanalsegmenten an ihren Austrittstellen, beispielsweise in Mischkammern, nochmals miteinander vermischt bevor sie dann in den Prozessraum geleitet werden. In one embodiment of the proposed method, the process gas components from the one-piece gas channel and the process gas component from the gas channel segments at their exit points, for example in mixing chambers, mixed again before they are then passed into the process space.

Für die Vermischung der Prozessgaskomponenten kann beispielsweise ein Mixer mit helikaler Struktur verwendet werden. Unter einem Mixer mit helikaler Struktur ist hierbei ein Strömungskanal mit hintereinander angeordneten Elementen mit Helikalstruktur (z.B. verdrehte Plättchen) zu verstehen. Diese sind vorteilhaft so anzuordnen, dass aufeinanderfolgende Elemente einen alternierenden Drehsinn besitzen. Die spiralförmige Gestalt der Mixerelemente versetzt das Gas in Rotation, wobei sich der Drehsinn von einem zum nächsten Element schlagartig ändert. Durch die Übertragung des Drehmomentes auf das Gasgemisch wird dieses an die Kanalbegrenzung, d.h. auf die Begrenzung des Mischraums hin beschleunigt, wo sich die Bestandteile unabhängig von der Art des Strömungsregimes miteinander gut durchmischen. Die Güte der Durchmischung ist abhängig von den Abmessungen (Kanaldurchmesser, Länge der Helikalstrukturen), der Anzahl hintereinandergeschalteter Mixerelemente und der Strömungsgeschwindigkeit. Die Durchmischung der Prozessgaskomponenten kann in einem Kanal, welcher die helikale Struktur enthält, erfolgen, wobei die Vermischung bevorzugt vor dem Einlass des Prozessgases in den Prozessraum oder vor einem zur weiteren Verteilung vorgesehen Gaskanal erfolgen kann. For example, a mixer with a helical structure can be used for mixing the process gas components. A mixer with a helical structure is to be understood here as meaning a flow channel with elements arranged helically one after the other (for example, twisted plates). These are advantageous to arrange so that successive elements have an alternating direction of rotation. The spiral shape of the mixer elements causes the gas to rotate, with the direction of rotation suddenly changing from one element to the next. By transferring the torque to the gas mixture, it is directed to the channel boundary, i. Accelerated to the boundary of the mixing chamber, where the components mix well, regardless of the type of flow regime. The quality of the mixing depends on the dimensions (channel diameter, length of the helical structures), the number of mixer elements connected in series and the flow velocity. The mixing of the process gas components can take place in a channel which contains the helical structure, wherein the mixing can preferably take place before the inlet of the process gas into the process space or before a gas channel provided for further distribution.

Das heißt, dass diese Technik auch für die Vermischung der mindestens zwei Prozessgaskomponenten vor dem Einlass in den einteiligen Gaskanal verwendet werden kann, um eine homogene Durchmischung der Prozessgaskomponenten in dem eingestellten Verhältnis zu erzielen und damit eine nahezu gleichmäßige Verteilung im Inneren des einteiligen Gaskanals. That is, this technique can also be used for mixing the at least two process gas components prior to entry into the one-piece gas passage to achieve homogeneous mixing of the process gas components in the adjusted ratio and thus a nearly uniform distribution inside the one-piece gas passage.

Der Einlass des Prozessgases in Längserstreckung des Magnetrons erfolgt bevorzugt über eine Länge, die größer als eine Breite eines zu beschichtendes Substrats ist. Damit kann der Einfluss von Inhomogenitäten in der Plasmazonenstöchiometrie, die sich aufgrund von Randeffekten an den Enden der Gaseinlasskanäle bilden, auf die abzuscheidende Schicht deutlich reduziert werden. The inlet of the process gas in the longitudinal direction of the magnetron preferably takes place over a length that is greater than a width of a substrate to be coated. Thus, the influence of inhomogeneities in the plasma zone stoichiometry, which form due to edge effects at the ends of the gas inlet channels, can be significantly reduced to the layer to be deposited.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen In the accompanying drawings show

1 die Verteilung der schichtseitigen Farbwerte einer auf einem Glassubstrat abgeschiedenen Siliziumoxinitrid-Schicht durch Magnetron-Sputtern nach dem Stand der Technik, 1 the distribution of the layer-side color values of a silicon oxynitride layer deposited on a glass substrate by magnetron sputtering according to the prior art,

2 die Verteilung der schichtseitigen Farbwerte einer auf einem Glassubstrat abgeschiedenen Siliziumoxinitrid-Schicht durch Magnetron-Sputtern nach dem vorgeschlagenen Verfahren, 2 the distribution of the layer-side color values of a silicon oxynitride layer deposited on a glass substrate by magnetron sputtering according to the proposed method,

3 Anordnung der Gaskanäle für den Einlass des Prozessgases in den Prozessraum:
a) Zwischen zwei Magnetrons einer Doppelmagnetronanordnung;
b) In einer Transportrichtung eines Substrates gesehen vor und hinter einer Doppelmagnetronanordnung;
c) Eine Kombination der Anordnungen der Gaskanäle aus 3a) und 3b), 3 Arrangement of the gas channels for the inlet of the process gas into the process space:
a) Between two magnetrons of a double magnetron arrangement;
b) seen in front of and behind a Doppelmagnetronanordnung in a transport direction of a substrate;
c) A combination of the arrangements of the gas channels 3a) and 3b) .

4 Schematische Darstellung der Einlässe der Prozessgaskomponenten in den einteiligen Gaskanal und die Gaskanalsegmente nach dem vorgeschlagenen Verfahren. 4 Schematic representation of the inlets of the process gas components in the one-piece gas channel and the gas channel segments according to the proposed method.

1 zeigt die Verteilung der Farbwerte einer abgeschiedenen Siliziumoxinitrid-Schicht durch Magnetron-Sputtern nach dem Stand der Technik über eine Substratbreite. Dabei wurde über den einteiligen Gaskanal Argon als Arbeitsgas und Sauerstoff als Reaktivgas mit je einem eingestellten Gasfluss in den Prozessraum eingelassen. Der einteilige Gaskanal arbeitet als Düsenkanal-Gasverteiler, d.h. dass Gasgemisch aus Argon und Sauerstoff wird über Düsenschrauben in den Prozessraum eingelassen. 1 Figure 12 shows the distribution of color values of a deposited silicon oxynitride layer by prior art magnetron sputtering over a substrate width. In this case, argon was added as working gas and oxygen as reactive gas, each with a set gas flow in the process chamber via the one-piece gas channel. The one-piece gas channel works as a nozzle channel gas distributor, ie the gas mixture of argon and oxygen is introduced into the process chamber via nozzle screws.

Die Plasmasegmentstöchiometrie wurde mit Hilfe von Stickstoff, welches über die Gaskanalsegmente in den Prozessraum eingelassen wird, beeinflusst, wobei der Stickstoffgasfluss so geregelt wird, dass die Plasmazonensegmentstöchiometrie entlang der Längserstreckung des Magnetrons möglichst gleich ist. Die Gaskanalsegmente sind als Binär-Gasverteiler ausgebildet, wobei im Inneren der Gaskanalsegmente Strukturen nach dem Prinzip des binären Baumes ausgebildet sind. Allerdings zeigen die Anstiege von aus den Messwerten resultierenden Geraden in 1, das durch die extrem empfindliche Abhängigkeit der Beschichtungsrate und der Stöchiometrie vom genauen Verhältnis von Sauerstoff und Stickstoff, sich keine homogene Farbverteilung in allen Farbwerten einstellen lässt. The plasma segment stoichiometry was influenced with the aid of nitrogen, which is introduced into the process space via the gas channel segments, the nitrogen gas flow being controlled so that the plasma gas segment stoichiometry is as constant as possible along the length of the magnetron. The gas channel segments are formed as a binary gas distributor, wherein structures are formed according to the principle of the binary tree in the interior of the gas channel segments. However, the increases of lines resulting from the measured values show in 1 Due to the extremely sensitive dependence of the coating rate and the stoichiometry on the exact ratio of oxygen and nitrogen, it is not possible to set a homogeneous color distribution in all color values.

2 zeigt die Verteilung der Farbwerte einer abgeschiedenen Siliziumoxinitrid-Schicht durch Magnetron-Sputtern nach dem vorgeschlagenen Verfahren über eine Substratbreite. Dabei wird über den einteiligen Gaskanal ein Reaktivgasgemisch aus Sauerstoff und Stickstoff, welches über die gesamte Substratbreite ein nahezu gleiches Verhältnis von Sauerstoff und Stickstoff aufweist, eingelassen. Die gleichmäßige Verteilung der beiden Reaktivgase kann beispielsweise über einen Mixer vor dem Einlass des Reaktivgasgemisches in den einteiligen Gaskanal erfolgen. Der einteilige Gaskanal arbeitet als Düsenkanal-Gasverteiler, d.h. das Reaktivgasgemisch aus Stickstoff und Sauerstoff wird über Düsenschrauben verteilt. 2 shows the distribution of color values of a deposited silicon oxynitride layer Magnetron sputtering according to the proposed method over a substrate width. In this case, a reactive gas mixture of oxygen and nitrogen, which has a virtually the same ratio of oxygen and nitrogen over the entire width of the substrate, is introduced via the one-part gas channel. The uniform distribution of the two reactive gases can be carried out, for example, via a mixer before the inlet of the reactive gas mixture in the one-piece gas channel. The one-piece gas channel works as a nozzle channel gas distributor, ie the reactive gas mixture of nitrogen and oxygen is distributed via nozzle screws.

Das Reaktivgasgemisch trifft durch die Düsenschrauben auf weitere Mixer, von denen zumindest einer jedem Gaskanalsegmente zugeordnet ist, um das Reaktivgasgemisch und die segmentweise ebenfalls in den Mixer eingelassenen und einstellbaren Arbeitsgasflüsse aus den Gaskanalsegmenten miteinander zu vermischen. Damit wird das gesamte Prozessgas, aus zwei Reaktivgasen (Sauerstoff und Stickstoff) und einem Arbeitsgas (Argon), optimal vermischt und über ein Gasverteilungssystem in den Prozessraum eingelassen. In alternativen Ausführungsformen können statt der Mischer, wie oben beschrieben, auch Mischkammern verwendet werden, welche die korrespondierenden Ausgänge beider Gaskanäle örtlich miteinander verbinden. The reactive gas mixture passes through the nozzle screws to further mixers, at least one of which is assigned to each gas channel segments in order to mix the reactive gas mixture and the segments also incorporated into the mixer and adjustable working gas flows from the gas channel segments with each other. Thus, the entire process gas, consisting of two reactive gases (oxygen and nitrogen) and a working gas (argon), optimally mixed and introduced via a gas distribution system in the process room. In alternative embodiments, instead of the mixers as described above, mixing chambers may also be used which locally connect the corresponding outputs of both gas channels.

Die Gaskanalsegmente sind als Binär-Gasverteiler ausgebildet, wobei im Inneren der Gaskanalsegmente Strukturen nach dem Prinzip des binären Baumes ausgebildet sind. Die Binär-Gasverteiler können beispielsweise aus rechteckigen Verteilerplatten aufgebaut sein, wobei in jeder Verteilerplatte Aussparungen so angeordnet sind, dass vom Gaseinlass zu den Gasauslässen eine binäre Struktur entsteht, in der ein eingelassener Gasstrom so verzweigt wird, dass das Gasfluss an allen Gasauslässen gleich groß ist. Die Verbindung zwischen dem einteiligen Gaskanal, der als Düsenkanal-Gasverteiler ausgebildet ist, und den Gaskanalsegmenten des Binär-Gasverteilers kann beispielsweise aus einzelnen, strukturierten Aluminiumplatten zusammengesetzt werden, wobei ein Raum zum Mischen der Prozessgaskomponenten so ausgebildet ist, dass ein optimal vermischtes Prozessgas in den Prozessraum eingelassen werden kann. Dieses Prozessgas ist somit segmentweise optimal an die Plasmazonensegmentstöchiometrie anpassbar. The gas channel segments are formed as a binary gas distributor, wherein structures are formed according to the principle of the binary tree in the interior of the gas channel segments. The binary gas distributors may for example be constructed of rectangular distribution plates, wherein in each distribution plate recesses are arranged so that from the gas inlet to the gas outlets creates a binary structure in which a recessed gas flow is branched so that the gas flow is the same size at all gas outlets , The connection between the one-piece gas channel, which is designed as a nozzle channel gas distributor, and the gas channel segments of the binary gas distributor can for example be composed of individual, structured aluminum plates, wherein a space for mixing the process gas components is formed so that an optimally mixed process gas in the Process room can be admitted. This process gas is thus segmentally optimally adaptable to the Plasmazonensegmentstöchiometrie.

Die 3a) bis c) zeigen mögliche Anordnungen des Gaskanalverteilungssystems 1, welches für das vorgeschlagene Verfahren genutzt wird. Das Gasverteilungssystem kann beispielsweise zwischen zwei Magnetrons 2 einer Doppelmagnetronanordnung angeordnet sein (3a), oder in Transportrichtung 6 eines zu beschichtenden Substrates gesehen vor und hinter einer Doppelmagnetronanordnung (3b). Auch eine Kombination aus beiden Positionierungen ist möglich (3c). Der Vorteil dieser Anordnungen ist, dass damit die Homogenisierung der Plasmastöchiometrie entlang der Längserstreckung des Magnetrons 2 und ebenso senkrecht dazu, d.h. in Transportrichtung des Substrats, gut beeinflusst und eingestellt werden kann. The 3a) to c) show possible arrangements of the gas channel distribution system 1 which is used for the proposed procedure. The gas distribution system, for example, between two magnetrons 2 a double magnetron arrangement be arranged ( 3a ), or in the transport direction 6 a substrate to be coated seen in front of and behind a Doppelmagnetronanordnung ( 3b ). A combination of both positioning is possible ( 3c ). The advantage of these arrangements is that it allows the homogenization of the plasma stoichiometry along the length of the magnetron 2 and also perpendicular thereto, ie in the transport direction of the substrate, can be well influenced and adjusted.

4 zeigt eine schematische Darstellung der Doppelmagnetronanordnung mit dem Prozessgaseinlass zwischen den beiden Magnetrons 2 der Doppelmagnetronanordnung, wobei in den einteiligen Gaskanal 6 über Stellglieder 8 die Reaktivgase Sauerstoff und Stickstoff eingelassen werden und über die Gaskanalsegmente 7 eines zweiten, segmentierten Gaskanal 6 das Arbeitsgas Argon in den Prozessraum eingelassen wird. Die Mixer 9 zum Vermischen der Prozessgaskomponenten, bevor diese in den Prozessraum bzw. in den einteiligen Gaskanal 6 eingelassen werden, sind schematisch dargestellt. 4 shows a schematic representation of the Doppelmagnetronanordnung with the process gas inlet between the two magnetrons 2 the Doppelmagnetronanordnung, wherein in the one-piece gas channel 6 via actuators 8th the reactive gases oxygen and nitrogen are admitted and via the gas channel segments 7 a second, segmented gas channel 6 the working gas argon is admitted into the process space. The mixer 9 for mixing the process gas components, before these into the process space or in the one-piece gas channel 6 are let in, are shown schematically.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Gasverteilungssystem Gas distribution system
2 2: Magnetron magnetron
3 3: Substrat substratum
4 4: Transportrichtung eines Substrates Transport direction of a substrate
5 5: Prozessgaskomponente Process gas component
6 6: einteiliger Gaskanal one-piece gas channel
7 7: Gaskanalsegmente Gas duct segments
8 8th: Stellglied (Massendurchflussregler) Actuator (mass flow controller)
9 9: Mixer mixer
10 10: Plasmazonensegment Plasma zone segment
11 11: Racetrack Racetrack
12 12: Binärverteiler Binärverteiler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004008425 A1 [0011] DE 102004008425 A1 [0011]
DE 102005035247 A1 [0011] DE 102005035247 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur reaktiven Abscheidung von Oxinitrid- oder Oxicarbonitrid-Schichten von metallischen oder halbleitenden Materialien mittels Magnetronsputtern von einem längserstreckten Magnetron, wobei der Fluss des Prozessgases des Sputterprozesses, welches ein Reaktivgas oder eine Reaktivgasmischung als eine Prozessgaskomponente und ein Arbeitsgas als eine andere weitere Prozessgaskomponente umfasst, entlang des Racetracks (11) des Magnetrons (2) in Segment-Prozessgasflüsse mit zugehörigen Plasmazonensegmenten (10) geteilt ist, wobei ein Segment-Prozessgasfluss aus den Gasflüssen der Prozessgaskomponenten in dem jeweiligen Plasmazonensegment (10) gebildet wird, und die Prozessgaskomponenten über zumindest zwei Gaskanäle (6), von denen zumindest einer mittels Gaskanalsegmenten (7) segmentiert ausgebildet ist, in einen Prozessraum eingelassen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas mindestens eine weitere Prozessgaskomponente umfasst, wobei mindestens zwei Prozessgaskomponenten miteinander vermischt mittels eines einteiligen oder segmentierten Gaskanals (6) entlang des längserstreckten Magnetrons (2) zugeführt werden, so dass das Gasmengenverhältnis dieser mindestens zwei Prozessgaskomponenten in dem Gaskanal (6) entlang des längserstreckten Magnetrons (2) gleich ist und dass die Segment-Prozessgasflüsse mittels Gasflüsse der über die Gaskanalsegmente (7) eines anderen Gaskanals (6) zugeführten anderen weiteren Prozessgaskomponente segmentweise so eingestellt werden, dass die Plasmazonensegmentstöchiometrie jedes, dem Segment-Prozessgasflusses entsprechenden, Racetrackteils gleich ist oder sich die Plasmazonensegmentstöchiometrien der, den Segment-Prozessgasflüssen entsprechenden, Racetrackteile auf eine vordefinierte Weise unterscheiden. A process for the reactive deposition of oxynitride or oxicarbonitride layers of metallic or semiconducting materials by magnetron sputtering from an elongate magnetron, wherein the flow of the process gas of the sputtering process comprising a reactive gas or a reactive gas mixture as a process gas component and a working gas as another further process gas component, along the racetrack ( 11 ) of the magnetron ( 2 ) in segment process gas flows with associated plasma zone segments ( 10 ), wherein a segment process gas flow from the gas flows of the process gas components in the respective Plasmazonensegment ( 10 ), and the process gas components via at least two gas channels ( 6 ), at least one of which by means of gas channel segments ( 7 ) is segmented formed, are admitted into a process space, characterized in that the process gas comprises at least one further process gas component, wherein at least two process gas components mixed together by means of a one-piece or segmented gas channel ( 6 ) along the elongate magnetron ( 2 ), so that the gas quantity ratio of these at least two process gas components in the gas channel ( 6 ) along the elongate magnetron ( 2 ) and that the segment process gas flows by gas flows over the gas channel segments ( 7 ) of another gas channel ( 6 ) are adjusted segment by segment such that the plasma gas segment stoichiometry of each racetrack portion corresponding to the segment process gas flow is equal or the plasma gas segment stoichiometries of the racemate portions corresponding to the segment process gas flows differ in a predefined manner.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgaskomponente des Arbeitsgases mittels Gaskanalsegmente (7) eines Gaskanals (6) zugeführt wird. A method according to claim 1, characterized in that the process gas component of the working gas by means of gas channel segments ( 7 ) of a gas channel ( 6 ) is supplied.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgaskomponenten der Reaktivgase mittels eines einteiligen Gaskanals (6) zugeführt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the process gas components of the reactive gases by means of a one-piece gas channel ( 6 ).

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgaskomponente der Reaktivgase mittels Gaskanalsegmente (7) eines anderen Gaskanals (6) zugeführt wird. A method according to claim 2, characterized in that the process gas component of the reactive gases by means of gas channel segments ( 7 ) of another gas channel ( 6 ) is supplied.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgaskomponente der Reaktivgase über drei Gaskanalsegmente (7) eines Gaskanals (6) zugeführt werden, deren Längen im Verhältnis 1:2:1 ausgebildet sind. A method according to claim 4, characterized in that the process gas component of the reactive gases via three gas channel segments ( 7 ) of a gas channel ( 6 ), whose lengths are formed in the ratio 1: 2: 1.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasflüsse von Prozessgaskomponenten und/oder von Prozessgasgemischen getrennt voneinander mit je einem Stellglied (8) geregelt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gas flows of process gas components and / or process gas mixtures separated from each other with one actuator ( 8th ) be managed.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des längserstreckten Magnetrons (2) über mindestens drei Gaskanalsegmente (7) eine Prozessgaskomponente zugeführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that along the longitudinally extended magnetron ( 2 ) over at least three gas channel segments ( 7 ) a process gas component is supplied.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des längserstreckten Magnetrons über fünf Gaskanalsegmente (7) eine Prozessgaskomponente zugeführt wird, wobei die Längen der Gaskanalsegmente (7) im Verhältnis 1:1:4:1:1, bevorzugt über sechs Gaskanalsegmente im Segmentlängenverhältnis 1:1:2:2:1:1, ausgebildet sind. Method according to claim 3, characterized in that along the longitudinally extended magnetron over five gas channel segments ( 7 ) is supplied to a process gas component, wherein the lengths of the gas channel segments ( 7 ) in the ratio 1: 1: 4: 1: 1, preferably over six gas channel segments in the segment length ratio 1: 1: 2: 2: 1: 1, are formed.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgaskomponenten aus dem einteiligen Gaskanal (6) und die Prozessgaskomponente aus den Gaskanalsegmenten (7) segmentweise miteinander vermischt werden und über ein Gaseinlasssystem in den Prozessraum geleitet werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the process gas components from the one-piece gas channel ( 6 ) and the process gas component from the gas channel segments ( 7 ) are mixed together in segments and passed through a gas inlet system in the process space.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgaskomponenten mit einem Mixer (9) mit helikaler Struktur vermischt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the process gas components with a mixer ( 9 ) are mixed with a helical structure.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass damit Oxinitrid-Schichten oder Oxicarbonitrid-Schichten von Silizium, Aluminium, Titan, Zinn oder Zink hergestellt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is used to produce oxynitride layers or oxicarbonitride layers of silicon, aluminum, titanium, tin or zinc.