DE1122801B

DE1122801B - Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten mittels Kathodenzerstaeubung

Info

Publication number: DE1122801B
Application number: DES68670A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Gawehn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-05-25
Filing date: 1960-05-25
Publication date: 1962-01-25

Description

Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten mittels Kathodenzerstäubung hohe Stromdichten und damit hohe Zerstäubungsraten bei der Metallzerstäubung mit hoher Elektronenaustrittsarbeit erreicht werden. Die Erfindung benutzt ebenfalls eine sogenannte unselbständige Entladung zur Bildung eines Plasmas, vermeidet jedoch den genannten Nachteil der Glühkathode.
Die Erfindung besteht darin, daß in dem Kathodenzerstäubungsgefäß ein hochionisiertes Plasma durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugt wird, wobei sich eine Ringentladung ausbildet, deren Ionen zur Zerstäubung benutzt werden. Die Plasmaerzeugung soll in weiterer Ausbildung der Erfindung möglichst konzentriert und in dem Kathodenzerstäubungsgefäß möglichst begrenzt vorgenommen werden. Zu diesem Zweck wird die Plasmaerzeugung in einem im wesentlichen abgeteilten Raum des Zerstäubungsgefäßes durchgeführt. Das Zerstäubungsgefäß besteht also aus zwei durch eine Öffnung miteinander verbundenen Räumen, dem Plasmaerzeugungsraum und dem Zerstäubungsraum. Die Aufteilung der Zerstäubungseinrichtung in zwei Kammern ist an sich bereits bekannt. Die bekannte Einrichtung zeigt jedoch eine andersartige Aufteilung in einen Zerstäubungs- und einen Behandlungsraum.
Um diesen Plasmaraum wird eine Spule derart angeordnet, daß sich bei Anlegen einer Hochfrequenzspannung eine Ringentladung im Plasmaraum ausbilden kann. Es sei erwähnt, daß die Anordnung von Hochfrequenzspulen in Kathodenzerstäubungsgefäßen zur induktiven Erhitzung eines zu metallisierenden Körpers bereits bekannt ist. In diesem Raum ist die Anode für die Kathodenzerstäubung zweckmäßig in Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten mittels Kathodenzerstäubung. Die Kathodenzerstäubung ist bereits bekannt. Bei einer Kathodenzerstäubung wird eine Kathode durch lonenaufschlag zerstäubt. Die Kathode besteht dabei zumindest in ihren äußeren zu zerstäubenden Schichten aus einem Metall oder einer Metallegierung. Die ausgeschlagenen, d. h. zerstäubten Atome oder Atomgruppen werden auf einem als Unterlage für die herzustellende Schicht des Kathodenmaterials dienenden Auffänger aufgefangen. Dieser Vorgang geschieht in einer solchen Weise, daß die zerstäubten Panikelchen mit großer Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Auffängers auftreffen und sich dort fest in diese einlagern. Auf diese Weise kann man festhaftende Schichten erzeugen. Die Kathodenzerstäubung wird vorzugsweise in Edelgasen, z. B. Argon, oder in Wasserstoff durchgeführt. Auf diese Weise wird eine Oxydation der metallischen Schichten verhindert, und es ist z. B. bei der Verwendung von Edelgasen möglich, eine besondere Reinheit der Schichten zu erzielen.
Die Kathodenzerstäubung verlangt zwischen der Anode und der Kathode eine Spannung, die abhängig ist von der Art und dem Druck der Zerstäubungsatmosphäre. Bei den bekannten Zerstäubungsverfahren wird mit Hilfe dieser Spannung eine sogenannte anomale Glimmentladung erzeugt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß Spannungen von mehreren 1000 Volt erforderlich sind, wenn Metalle mit hoher Elektronenaustrittsarbeit zerstäubt werden sollen. Die Spannung wird dabei für eine gegebene Anordnung durch die Stromdichte bzw. die Zerstäubungsrate des betreffenden Füllgases festgelegt. Die erforderliche Spannung ist ferner um so höher, je niedriger der Gasdruck gewählt wird. Für die gleichmäßige Bestäubung größerer Flächen ist aber ein möglichst niedriger Gasdruck erforderlich, weil für die Verwirklichung dieses Zieles der Abstand Auffänger/Kathode nur wenige freie Weglängen betragen darf.
Weiterhin ist es bekannt, Kathodenzerstäubung mit unselbständiger Entladung vorzunehmen. Dabei kommt man mit geringeren Spannungen aus. Bei dieser Art wird neben der Kathode eine Hilfsglühkathode in das Zerstäubungsgefäß eingesetzt. Diese Hilfskathode dient zur Erzeugung von Plasma. Als nachteilig wirkt sich dabei jedoch die gleichzeitige Zerstäubung der Glühkathode aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der Kathodenzerstäubung in der Weise zu verbessern, daß man auch bei extrem niedrigen Gasdrucken mit Spannungen unter 1000 V auskommt. Trotzdem sollen Form eines axialen Stiftes, um die Ausbildung der Ringentladung nicht zu beeinträchtigen, eingeführt, Die Zerstäubungskathode befindet sich erfindungsgemäß außerhalb des eigentlichen Plasmaraumes, aber möglichst in deren Nähe. Durch die Anordnung der Zerstäubungskathode zwischen Plasmaraum und Auffangkörper kann eine günstige Zerstäubung und Niederschlagung des Zerstäubungsmaterials auf dem Auffangkörper erzielt werden. Als Füllgas für eine solche Kathodenzerstäubungsanordnung wird, wie bereits bekannt, weitgehend Edelgas verwendet. Je nach der angelegten Hochfrequenzspannung, dem Druck und der Art des Füllgases sowie den Abmessungen des Plasmaraumes des Zerstäubungsgefäßes wird mehr oder weniger Plasma in diesem Raum erzeugt. Die auf diese Weise erzeugten Ionen werden nun durch das zwischen Anode und Kathode angelegte elektrische Feld je nach dem Druck und der Spannung mehr oder weniger stark auf die Zerstäubungskathode aufschlagen und dadurch eine Zerstäubung des Kathodenmaterials vornehmen.
Als Zerstäubungsgefäß eignet sich besonders vorteilhaft ein Glaskolben, der an einer Stelle stark eingeschnürt ist. In einem Teil dieses Zerstäubungskolbens kann das durch eine Spule über diesen Kolbenteil erzeugte hochfrequente elektrische Feld die Plasmaerzeugung vornehmen und die Ringentladung herbeiführen. Das Plasma ist dann vorwiegend auf diesen Raum begrenzt, d. h., es kann sich in diesem Raum konzentriert ausbilden. Durch Variation der an die Hochfrequenzspule angelegten Spannung kann die Plasmakonzentration verändert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Bedingungen für die Kathodenzerstäubung zu verändern und damit eine gute Steuerung für die Zerstäubung in der Hand zu haben. In der Nähe dieser Einschnürung des Glaskolbens befindet sich die Zerstäubungskathode und etwas weiter entfernt der Auffänger.
Als Beispiel wird in der Zeichnung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben.
Ein Glaskolben 1 ist auf eine Unterlagplatte 3 derart gesetzt, daß zwischen beiden Dichtungsmöglichkeiten in Form von Dichtringen 2 angebracht sind. Dieser Glaskolben ist an der Stelle 12 eingeschnürt. In dem in der Figur dargestellten unteren Teil des Kolbens befindet sich die Zerstäubungskathode 4, die mit der elektrischen Stromzuführungsleitung 5 verbunden ist. Der Auffangkörper 6 liegt auf einer verschiebbaren Trägeranordnung 7. Sowohl die Stromzuführungsleitung 5 als auch die Trägeranordnung 7 sind ebenfalls mit Dichtungsmitteln 2 an den Durchtrittsstellen durch die Grundplatte versehen. In den oberen Teil (10) des Glaskolbens ist die Anode 8 eingeschmolzen. Um diesen oberen Teil ist eine Spule 9, bestehend aus mehreren Windungen elektrisch leitenden Drahtes, angeordnet. Zu Beginn des Verfahrens wird der auf der Unterlage aufgesetzte Glaskolben durch eine Bohrung 11 leer gepumpt und danach mit dem Füllgas gefüllt. Nach Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die Spule 9 wird in dem oberen Teil 10 des Glaskolbens Plasma erzeugt. Nach Anlegen von Spannung an die Anode 8 und Kathode 4 bewegen sich Ionen mit großer Geschwindigkeit aus dem Plasmaraum 10 in Richtung zur Kathode 4, von der sie beim Auftreffen Atome oder Atomgruppen des Kathodenmaterials ausschlagen. Diese werden dann auf dem Auffangkörper 6 aufgestäubt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten mittels Kathodenzerstäubung in einem vorzugsweise mit Edelgas, z. B. Xenon, Argon oder Wasserstoff gefüllten Zerstäubungsgefäß. da- durch gekennzeichnet, daß in dem Zerstäubungsgefäß ein hochironisiertes Plasma durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugt wird, wobei sich eine Ringentladung ausbildet, deren Ionen zur Zerstäubung benutzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konzentrierung und Begrenzung des Plasmas die Ringentladung (Plasmaerzeugung) in einem im wesentlichen abgeteilten Raum des Zerstäubungsgefäßes herbeigeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des hochfrequenten Feldes eine hochfrequente Spannung an eine Spule gelegt wird, die um den für die Ringentladung vorgesehenen Gefäßraum gewikkelt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode für die Kathodenzerstäubung in den plasmakonzentrierten Raum oder in die unmittelbare Nähe desselben verlegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungskathode im Zerstäubungsgefäß außerhalb, insbesondere in die Nähe des plasmakonzentrierten Raumes zwischen Plasmaraum und Auffangkörper eingebracht wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Kathodenzerstäubung die Spannung der Hochfrequenzspule variiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu der den Plasmaraum vom Zerstäubungsraum trennenden Verengung des Gefäßes koaxial angeordnete ringförmige oder zylinderförmige Kathode, deren Öffnung größer ist als die der Verengung, verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 675 731; USA.-Patentschrift Nr. 2 148 045.