DE3004546A1

DE3004546A1 - Penning-zerstaeubungsquelle

Info

Publication number: DE3004546A1
Application number: DE19803004546
Authority: DE
Inventors: Gabor Dipl Ing Kertesz; Gyoergy Dipl Phys Vago
Original assignee: HIRADASTECH IPARI KUTATO
Current assignee: Kurt J Lesker Co
Priority date: 1979-02-19
Filing date: 1980-02-07
Publication date: 1980-08-21
Also published as: CH646012A5; DE3004546C2; US4282083A; HU179482B

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Penning-Zerstäubungsquelle, die eine Anode, eine von der Anode getrennte und ein Target bildende Kathode, einen Erregungsmagneten, ein das Target kühlendes Kühlsystem und ein.eine äußere Abdeckung der Zerstäubungsquelle bildendes Schirmsystem aufweist.

Die erfindungsgemäße Penning-Zerstäubungsquelle gewährleistet eine gleichmäßige Zerstäubung des Targets bei vorteilhafter Effektivität des Zerstäubungsprozesses.

In der elektronischen Industrie werden allgemein zwei grundverschiedene Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdünnschichten im Vakuum angewendet, und zwar die Verdampfung und die Zerstäubung.

Bis zum Anfang der Siebziger Jahre war die Verdampfung - vorzüglich mit Hilfe von Elektronenstrahlen - stärker verbreitet, besonders bei der Herstellung von Halbleitern. Dieses Verfahre] stellt eine effektive, produktive und gut anwendbare Methode zur Herstellung von monolitischen Dünnschichten dar. Ein grosser Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß mit seiner Hilfe Legierungen von exakt bestimmter Zusammensetzung nicht hergestellt werden können. Als weiterer Nachteil kann bei der Verdampfung die große frei werdende Energie erwähnt werden, wegen deren die Dünnschicht auf Kunststofftragplatten nicht hergestellt werden kann. Beim Einfallen der Elektronenstrahlen tritt auch eine Röntgenstrahlung auf, die die Qualität der empfindlichen halbleitenden MOS-Strukturen schon in der Zeit ihrer Herstellung nachteilig beeinflussen kann.

Zur Herstellung von Legierungsschichten mit exakt bestimmter Zusammensetzung stellt die Zerstäubung eine vorteilhaftere

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Methode dar, und zwar unabhängig davon, ob eine warmfeste Tragplatte, ob eine Kunststofftragplatte als Träger benutzt wird. Bei der Zerstäubung ist die Qualität des Endproduktes besser und die Herstellungstechnologie ist günstiger als bei der Verdampfung.

Die traditionellen, auf der Dioden- oder Triodenschaltung beruhenden Zerstäubungsverfahren weisen mehrere Nachteile und Vorteile auf. Die wichtigsten Vorteile sind: niedrige frei werdende Wärme, Mangel der Elektronenstrahlen und der mit ihnen gekoppelten Röntgenstrahlung und die hohe Streuung _fc (infolge der Zerstäubung ist der Stoff gleichmäßig gestreut, ^ auf der Oberfläche"des Trägers können bei einer guten Qualität und mit gleichmäßiger Schichtdicke Stufendeckungen hergestellt werden). Die Produktivität dieses Zerstäubungsverfahrens ist jedoch ungenügend.

Um die Produktivität der Zerstäubung sowie der Vorrichtungen zur Durchführung des Zerstäubungsverfahrens erhöhen zu können, wurden neue, aufgrund der Feldemission arbeitende Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, deren Grundidee die Benutzung der Penningentladung von Gasen ist.

Bei der Herstellung von Plasma nach Penning sind die in einem Füllgas, allgemein einem Edelgas, vorteilhaft in Argon angek ordnete Anode und Kathode an die Pole einer Spannungsquelle angeschlossen und dem Einfluß eines praktisch konstanten Magnetfeldes ausgesetzt. Das Füllgas kann auch ein reaktives Gas sein. In diesem Falle ist auch die Kondensation von Verbindungen auf dem Träger, z.B. zwecks Herstellung von Isolatorschichten, möglich.

Die mit der Oberfläche der Kathode parallele Komponente des Magnetfeldes weist einen solchen Wert auf, der einen vom Stoff und von weiteren Bedingungen abhängenden Grenzwert überschreitet. Das Füllgas soll ein Vorvakuum von 0,1... 1 Pa bilden und der vorteilhafte Wert der Magnetfeldstärke ist 0,01... 0,25 tesla. In diesen Bedingungen kann die Intensität der Feldemission ansehnlich verbessert werden.

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BAD OFHGINAL

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Die Kathode und die Anode sind an die Pole einer den benutzten Potentialunterschied (vorteilhaft von 400... 800 V) gewährleistenden Gleichstromquelle angeschlossen und das Magnetfeld wird mit Hilfe eines Permanent- oder eines Elektromagneten erzeugt. In diesem Magnetfeld bewegen sich die Elektronen auf - einem spiralenförmigen Weg und demzufolge legen sie im Füll-

} gas einen Weg zurück, der viel länger ist, als der Abstand

zwischen Kathode und Anode. Auf einem längeren Weg der Elektro nen vergrößert sich die Wahrscheinlichkeit der Ionisation der Atome und Moleküle des Füllgases. Die ionisierten Atome des Gases treffen auf die Oberfläche des als Kathode benutzten Targets und zerstäuben das Material des Targets.

Die optimalen Bedingungen der Zerstäubung können erreicht werden, wenn Magnetfeld und elektrisches Feld zueinander senkrecht verlaufen. In dieser Weise kann die Gasentladung im Hochvakuum auch gezündet werden (nach diesem Prinzip arbeitet das bekannte Penning-Manometer)

Die im Bereich der Vorvakuumwerte erzeugte Penningentladung gewährleistet eine Stromstärke, die die Stromstärke der bei diesen Druckwerten möglichen Glimmentladung bedeutend, evtl. um Größenordnungen, überschreitet.

Die Geschwindigkeit der Zerstäubung hängt grundsätzlich von der Stromstärke der Zerstäubung ab; demzufolge sichert die Penningentladung eine Geschwindigkeit der Zerstäubung, die mit wenigstens einer Größenordnung die Geschwindigkeit der bekannten Verfahren überschreitet.

Die bekannten Penning-Zerstäubungsquellen weisen eine als Target dienende Kathode auf, eine von der Kathode getrennte Anode, einen Erregungsmagneten, ein Kühlsystem und einen äusseren Schirm auf. Der äußere Schirm stellt vorzugsweise eine äußere Abdeckung, der Zerstäubungsquelle dar und kann z.B. aus Kupfer hergestellt werden. Um die unvermeidbare Wärmewirkung des die Zerstäubungsquelle speisenden elektrischen Stroms vermindern zu können, muß das Target mit einem Kühlsystem versehen werden. Allgemein wird eine Wasserkühlung benutzt. Unter dem Target und/oder um das Target herum ist ein Permanent- oder

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ein Elektromagnet zur Erzeugung des konstanten Magnetfeldes angeordnet. Das Target und eventuell der das Target umfassende Magnet sind allgemein als Kreis, Rechteck mit abgerundeten Ecken, weiter als Oval (das aus zwei parallelen Geraden und zwei den Geraden angepaßten Halbkreisen zusammengesetzt ist), selten als Dreieck mit abgerundeten Ecken ausgebildet. Die Kathode stellt gleichzeitig ein Target dar, dessen zerstäubter Teil die sogenannte aktive Zone bildet, wo die zerstäubenden Ionen einschlagen. Die aktive Zone kann aus einem teuren Material ausgebildet werden; in diesem Falle dient der weitere Teil des Targets zur Abstützung und zum Auffangen der aktiven Zone.

Die Penning-Zerstäubungsquellen werden unter verschiedenen Benennungen, z.B. S-gun, Planar Plasmatron, Planar Magnetron, Orbitorr, vertrieben.

In den einfachsten Ausführungen der Penning-Zerstäubungsquellen ist unter dem allgemein scheibenförmigen Target ein als einzige Einheit ausgebildeter Magnet angeordnet, der zur Erzeugung eines konstanten Magnetfeldes dient. Der einfache Aufbau dieser Vorrichtung kann jedoch die Bedingungen der Plasmaausbildung nur auf einer kleinen Oberfläche sichern, demzufolge kann die aktive Zone nur von begrenzter Größe sein. Infolgedessen hat das Magnetfeld längs der aktiven Zone eine inhomogene Ver- _f teilung, die große Unterschiede aufweisen kann und zu einer starken Begrenzung der Effektivität der Zerstäubung führt.

Um diese Nachteile zu beseitigen, wurde bei der Firma Varian (U.S.) eine andere Penning-Zerstäubungsquelle entwickelt, die

TM
den Namen S-gun trägt. Diese Zerstäubungsquelle ist von Vance und Hoffmann detailliert beschrieben unter dem Titel

TM
"S-gun —- a new sputtering system" (Varian Seminar, PaIo Alto, 1978). Das Wesen dieser Vorrichtung liegt in der Anwendung eines von einem scheibenförmigen Erregungsmagneten umfassten konischen Targets, das eine gegenüber dem scheibenförmigen Target größere Oberfläche aufweist, weil die Targetfläche mit den magnetischen Feldlinien auf einem längeren Bereich parallel ist.

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Bei der vorbeschriebenen Vorrichtung ist eine sinnvolle Lösung des Kühlsystems verwirklicht, und zwar: das Target ist in einer solchen Größe hergestellt, daß es bei der un- vermeidlichen Erhöhung ihrer Temperatur während der Zerstäubung in das es umgebende Kühlsystem eingespannt wird. Der Erregungsmagnet ist außerhalb des Kühlsystems relativ weit vom Target angeordnet. Eine weitere Besonderheit dieser Vorrichtung liegt in der zentrischen Anordnung der Anode im Verhältnis zu der aktiven Zone.

Die wichtigen Vorteile dieser vorbeschriebenen Vorrichtung sind: eine relativ große Oberfläche der aktiven Zone und gute Bedingungen der Plasmaausbildung auf dieser Oberfläche. Die Nachteile können folgendermaßen zusammengefaßt werden: Die Anordnung des Erregungsmagneten relativ weit von der aktiven Zone bewirkt eine überflüssige Vergrößerung der geometrischen Maße der Vorrichtung, um die benötigte Feldstärke erreichen zu können. Infolgedessen ist die Ausnützung des Magnetfeldes schlecht. Der konische Aufbau des Targets führt zu einigen Herstellungsschwierigkeiten, insbesondere im Falle von Herstellung des Targets und der aktiven Zone aus verschiedenen Stoffen.

Die bekannten Penning-Zerstäubungsquellen können durch ungleichmäßige Verteilung der Plasmaausbildungsbedingungen längs des Targets charakterisiert werden. Diese Tatsache ist eine Folge der Inhomogenität des Magnetfeldes und ihre Konsequenzen sind: ungleichmäßige Abnahme und nachteilige Ausnützung der oft aus sehr teuerem Material hergestellten aktiven Zone.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Penning-Zerstäubungsquelle zu schaffen, die unter Beibehaltung der Vorteile der bekannten Vorrichtungen eine bedeutende Vergrößerung der aktiven Zone, der Zerstäubungsgeschwindigkeit und eine gleichmäßige Ausnützung des zu zerstäubenden Targets (oder seiner aktiven Zone) gewährleistet.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der senkrechte Verlauf des Magnetfeldes zum elektrischen Feld auf der ganzen

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Oberfläche des Targets gesichert werden kann, wenn unter dem oberen Niveau und vorzugsweise um das Target herum ein magnetischer Leiter und auf dem magnetischen Leiter zweckmäßig angeordnete Hilfsmagnete angewendet werden. Mit Hilfe der Hilfsmagnete kann die magnetische Erregung so verteilt werden, daß eine relativ konstante und kaum abnehmende Feldstärke auf dem Target erreicht und die Größe des Targets erhöht werden kann.

Die gestellte Aufgabe wrird durch Ausbildung einer Penning-Zerstäubungsquelle gelöst, die eine Anode, eine von der Anode getrennte und ein Target bildende Kathode, einen Erregungsmagneten, ein das Target kühlendes Kühlsystem, ein Schirmsystem und eine vorzugsweise mit dem Schirmsystem identische äußere Abdeckung aufweist, und bei der erfindungsgemäß ein magnetischer Leiter dem Erregungsmagneten, von ihm getrennt angepaßt ist und auf dem magnetischen Leiter mindestens ein Hilfsmagnet von geringerer Stärke als der des Erregungsmagneten zugeordnet ist, dessen oberes Niveau sich unter dem oberen Niveau des Targets befindet.

In der erfindungsgemäßen Penning-Zerstäubungsquelle kann eine relativ konstante und kaum abnehmende magnetische Feldstärke erreicht werden, weil die zweckmäßig angeordneten Hilfsmagneten die Abnahme der Feldstärke über der aktiven Zone ausgleichen können.

Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Penning-Zerstäubungsquelle ist der Erregungsmagnet als Anode geschaltet und in einer Öffnung des Targets angeordnet, weiter umfaßt sie der magnetische Leiter unter ihrem höchsten Niveau. Bei einer anderen vorteilhaften Lösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Target im kalten Zustand dem Kühlsystem so angepaßt, daß es bei Erhöhung der Temperatur des Targets in das Kühlsystem eingespannt wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Target und der magnetische Leiter in Form konzentrischer Kreislinien oder in Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken oder in Form eines aus zwei parallelen

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Geraden und aus zwei den Geraden angepaßten Halbkreisen bestehenden Ovalen ausgebildet. Die Proportion der längeren und kürzeren· Seiten des Rechtecks bzw. der Länge und des Abstands der Geraden des Ovals hat mindestens einen Wert von 1,2. Es is vorteilhaft, die Hilfsmagneten mit einer parallelen mit dem Target äußeren Linie auszubilden.

Es ist auch vorteilhaft, das Target in Form eines Kreises auszuführen und die Hilfsmagneten in entsprechenden Ringen anzuordnen .

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäße: Penning-Zerstäubungsquelle ist ein äußerer magnetischer Leiter auf der vom Target weiter entfernten Seite des magnetischen Leiters mit dem Erregungsmagneten gekoppelt und der äußere mag netische Leiter ist durch einen Zwischenraum vom magnetischen Leiter getrennt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Target die Form eines Kreises auf, der magnetische Leiter ist mit einem das Target umfassenden kreisförmigen Teil ausgebildet, im Zentrum des Targets sowie des magnetischen Leiters ist ein vorzugsweise zylindrischer Erregungsmagnet und in Kreisringen sind mindestens zwei Hilfsmagneten angeordnet, daß zwischen dem äußeren Durchmesser (D) des magnetischen Leiters, den mittleren Durchmessern d und d^ der η-ten und (n-1)-ten Ringe und den magnetischen Spannungen θ und θ ^ derselben die Beziehung

1,2

D - d.

n-1

Θ.

n-1

D - d.

θ.

>0,5

D -

^dn-1

D— d.

(D

gilt. Im Falle der Anwendung eines Hilfsmagneten kann diese Relation vorzugsweise die Form.

1,2

D
D - d

> —

^Θ1

D - d

(2)

annehmen, wo d der mittlere Durchmesser des Hilfsmagneten und Qq die magnetische Spannung des Erregungsmagneten, weiter θ>, die des Hilfsmagneten bedeutet.

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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Penning-Zerstäubungsquelle bildet das Target ein Rechteck mit abgerundeten Ecken oder ein Oval, weiter v/eist der magnetische Leiter einen das Target parallel umfassenden Teil auf, der Erregungsmagnet ist in der mit den längeren Seiten des Rechtecks oder mit den Geraden des Ovals parallelen Achse des Targets angeordnet und auf dem magnetischen Leiter sind Hilfsmagnete in dem Target entsprechender Form angeordnet. Im Falle dieser Lösung sind die wenigstens zwei Hilfsmagneten vorzugsweise so anzuordnen, daß die Relation (1) erfüllt ist, wobei D den Abstand der längeren Seiten des Rechtecks bzw. der Geraden des Ovals, d und d ^ die ähnlichen Größen der

η-ten und (n-1)-ten Hilfsmagneten, θ^ und θ _Λ die magnetische

η η~* ι

Spannung derselben bedeutet.

Vorzugsweise wird bei dieser Form des Targets die Penning-Zerstäubungsquelle mit einem Hilfsmagneten aufgebaut und vorzugsweise die Gleichung (2) eingehalten, wobei d den Abstand der längeren Seite des Rechtecks bzw. der Geraden des Ovals des Hilfsmagneten, Qq die magnetische Spannung des Erregungsmagneten und G^ die des Hilfsmagneten bedeutet.

Die erfindungsgemäße Penning-Zerstäubungsquelle wird anhand der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1. einen schematischen Schnitt der bekannten Penning-Zerstäubungsquelle der Firma Varian,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt einer erfindungsgemäßen Penning-Zerstäubungsquelle mit kreisförmigem Target,

Fig. 3 die Verteilung des in der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung entstehenden Magnetfeldes,

Fig. 4 die Aufsicht einer rechteckigen Penning-Zerstäubungsquelle und

Fig. 5 die Aufsicht einer ovalen Penning-Zerstäubungsquelle.

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In den Fig. 3, 4· und 5 sind die Vorrichtungen ohne das Schirmsystem dargestellt.

TM Die bekannte Varian-Penning-Zerstäubungsquelle vomS-gun Typ (Fig. 1) enthält einen aus magnetischem Stoff hergestellten Ring 10, der einen im inneren Teil eines Schirmsystems 7 angeordneten Erregungsmagneten 8 umfaßt, weiter eine im Zentru der Vorrichtung angeordnete Anode 6 und eine die Anode 6 umfassende und von der Anode 6 getrennte Kathode 5- Dem magnetischen Ring 10 ist ein Kühlsystem 4 in kaltem Zustand der Vorrichtung so angepaßt, daß in warmem Zustand ein die Kathode 5 bildendes Target in dieses System eingespannt wird. Im Kühlsystem 4 ist eine Röhre 12 vorgesehen. Die aktive Zone 9 wird beim Einfallen der zwischen der Kathode 5 und der Anode 6 durcl das Magnetfeld des Erregungsmagneten 8 und das elektrische FeIc der Elektroden orientierten und in vorbeschriebener Weise in einem Füllgas erzeugten Ionen zerstäubt. Die Anode 6 ist durch einen Zwischenraum 15 von der Kathode 5 getrennt und zentrisch in der Kathode 5 angeordnet. Das Magnetfeld kann durch Feldlinien 2 charakterisiert werden, die auf einem relativ großen Bereich mit der aktiven Zone 9 des Targets parallel sind. Das Target wird bei unvermeidlicher Erhöhung ihrer Temperatur zur Zeit der Arbeit der Quelle in das Kühlsystem 4 gleichmäßig eingespannt, was eine wirksame Kühlung sichert.

In der erfindungsgeraäßen Penning-Zerstäubungsquelle (Fig. 2) weist das Target 3 mit der zusammengebauten aktiven Zone 9 eine relativ ebene Oberfläche auf. Die aktive Zone 9 und das Target können aus demselben Stoff hergestellt werden, jedoch kann die dünne aktive Zone 9 aus einem teuren Material ausgebildet sein. In diesem Falle dient der weitere Teil des Targets 3 nur zur Stützung und zum Auffangen der aktiven Zone 9.

Das Kühlsystem 4 ist dem Target in ähnlicher Weise wie im

ΓΠΤ,Τ

S-gun ' angepaßt. In der Mitte des Targets 3 bzw. der aktiven Zone 9 ist der von ihr mit einem Zwischenraum 15 getrennte Erregungsmagnet 8 angeordnet, die einen zu der Seite des Targets I orientierten nördlichen Pol N und einen gegenüberliegend orien-

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tierten südlichen Pol S aufweist. Der Erregungsmagnet 8 ist unter dem Target 3 von einem magnetischen Leiter 11 umfaßt und mit ihm durch den Zwischenraum 15 magnetisch gekoppelt. Mit dem Südpol S des Erregungsmagneten 8 ist vorzugsweise ein äußerer magnetischer Leiter 14 verbunden, der durch einen dünnen parallelen Zwischenraum vom magnetischen Leiter 11 getrennt ist. Die Aufgabe des äußeren magnetischen Leiters 14 ist es, die elektrische Isolation und gleichzeitig die effektive magnetische Kopplung zu gewährleisten.

Die erfindungsgemäße Penning-Zerstäubungsquelle kann z.B. ein w kreisförmiges (Fig.--3), ein rechteckförmiges mit abgerundeten Ecken (Fig. 4) oder ein ovales (Fig. 5) Target 3 und einen entsprechend ausgebildeten magnetischen Leiter 11 aufweisen. Auf dem magnetischen Leiter 11 ist mindestens ein Hilfsmagnet 13 angeordnet, der den Erregungsmagnet 8 umfaßt und zur Kompensation der Abnahme des Magnetfeldes des Erregungsmagneten 8 dient.

Bei der kreisförmigen Ausführung des Targets 3 hat der Erregungsmagnet 8 vorzugsweise die Form eines zentrisch angeordneten Stabes, bei den weiteren Ausführungen die Form eines rechteckigen Elements, das in der Längsachse des Targets 3 liegt.

Bei der kreisförmigen Ausführung der erfindungsgemäßen Penning-Zerstäubungsquelle wurde gefunden, daß es besonders zweckmäßig ist, den Hilfsmagneten in einem Ring 10 anzuordnen und den Platz des Rings 10 so auszuwählen, daß die Gleichung

D - d _Λ . Q„ _Λ D - d _Λ 1,2 — SzI > JÜ >o,5 SzI

D - d_n - G„ D - d.

erfüllt ist, worin D der äußere Durchmesser des magnetischen Leiters 11, d_n und d ^ der mittlere Durchmesser des η-ten und (n-1)-ten Ringes 10, θ^ und Q_n-1 die magnetische Spannung derselben bedeutet. Wenn η = 1, soll der Wert d_Q = 0 gesetzt werden; Qq bedeutet die magnetische Spannung des Erregungsmagneten 8.

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Es ist aus Fig. 3 erkennbar, daß das von der Mitte des Targets 3 nach außen abnehmende Magnetfeld des Erregungsmagneten 8 durch die in den in Fig. 3 mit Punktlinien dargestellten Ringe 10 angeordneten und in dieser Figur nicht dargestellten Hilfsmagneten verstärkt werden kann- Durch die zweckmäßige Anordnung der Hilfsmagneten 13-wird also die gleichmäßige Verteilung der Feldstärke bis zur Endlinie der aktiven Zone 9 erzeugt.

Im Falle des rechteckigen oder ovalen Targets 3 und magnetischen Leiters 11 wurde gefunden, daß die Proportion der längeren und kürzeren Seiten des Rechtecks bzw. der Länge und des Abstands der Geraden des Ovals mindestens einen Wert von 1,2 haben soll, weil sonst der kreisförmige Aufbau vorzuziehen ist. In diesem Falle kann eine der obigen Beziehung gleiche Beziehur geschrieben werden, jedoch in nachfolgend verändertem Sinne der Buchstaben: D bedeutet den Abstand der längeren Seiten des rechteckigen hzv. den Abstand der Geraden des ovalen magnetischen Leiters 11, d_n und d-_n_-j die ähnlichen Größen bei den η-ten und (n-1)-ten Hilfsmagneten 13, und θ_ und Q^ _Λ die magnetische Spannung derselben Hilfsmagneten 13- Wenn η = 1, soll der Wert d_Q = O eingesetzt werden und 9_Q bedeutet die magnetische Spannung des Erregungsmagneten 8.

Die erfindungsgemäße Penning-Zerstäubungsquelle arbeitet in folgender Weise:

Die mit dem die aktive Zone 9 enthaltenden Target 3 identische Kathode und die in Form des Erregungsmagneten 8 ausgebildete Anode sind an die Pole einer Gleichstromquelle angeschlossen und mit einer Gleichspannung von 400 bis 800 V Wert gespeist. In solcher Weise wird ein zu der Oberfläche des Targets 3 senkrechtes elektrisches Feld erzeugt. Die magnetischen Elemente, d.h. der Erregungsmagnet 8, der magnetische Leiter 11, die Hilfsmagneten 13 und der äußere magnetische Leiter 14 verursachen ein Magnetfeld, das eine Stärke von 0,01... 0,025 T hat und mit der Oberfläche der aktiven Zone 9 parallel und durch eine annähernd homogene Verteilung gekennzeichnet ist.

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In solcher Weise können die Entstehungsbedingungen des Penning-Plasmas über der ganzen aktiven Zone 9 gewährleistet werden. Zum Hervorrufen der Penning-Gasentladung wird die Zerstäubungsquelle in einem Gasraum mit einem Druck von 0,1... 1,2 Pa eingesetzt. Die zwischen der Kathode und Anode strömenden Elektronen ionisieren die den Gasraum ausfüllenden Atome. Die im Gasplasma entstehenden Ione wurden im Potentialfeld des Kathodenfalls beschleunigt und nach Verlauf eines spiralen Tors mit großer Geschwindigkeit in die aktive Zone des Targets eingeführt. Diese Ionen schlagen die Atome des Stoffes der aktiven Zone 9 aus und zerstäuben das Target 3-Der zerstäubte Stoff kann auf zweckmäßig angeordneten Platten · aufgefangen werden, wo eine gleichmäßige Schicht entstehen wird.

Durch Abänderung des Targetstoffes sowie durch gleichzeitige Anwendung mehrerer Zerstäubungsquellen können Schichten mit geforderter Dicke und in benötigter Zusammensetzung hergestellt werden.

Die Kondensation der Schicht ist nur von einer geringen 'wärmeerzeugung begleitet, so daß die erfindungsgemäße Penning-Zerstäubungsquelle zur Herstellung von Dünnschichten auf praktisch allen festen Oberflächentypen günstig ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die aktive Zone des Targets, die angewendete Stromstärke bedeutend erhöht, was zur größeren Effektivität der Zerstäubung, zur Erhöhung der Produktivität der Herstellungsverfahren von Dünnschichten in der Halbleiterindustrie führt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Perming-Zerstäubungsquelle mit einer Anode, einer von der Anode getrennten und ein Target bildenden Kathode, einem Erregungsmagneten und einem das Target kühlenden Kühlsystem, einem Schirmsystem- und einer vorzugsweise mit dem Schirmsystem identischen äußeren Abdeckung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Erregungsmagneten (8) von ihm getrennt ein magnetischer Leiter (11) angepaßt ist, daß auf dem magnetischen Leiter (11) mindestens ein Hilfsmagnet (13) angeordnet ist, dessen Feldstärke kleiner als die des Erregungsmagneten (8) ist und daß das obere Niveau des Hilfsmagneten (13) sich unter dem oberen Niveau des Targets (3) befindet.

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2. Penning-Zerstäubungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Erregungsmagnet (1) die Anode bildet, in einer Öffnung im Target (3) angeordnet ist und der magnetische Leiter (11) das Target (3) unter seinem oberen Niveau umfaßt.

3· Penning-Zerstäubungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Target (3) und der magnetische Leiter (11) kreisförmig sind.

4. Penning-Zerstäubungsquelle nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Target (3) und der magnetische Leiter (11) rechteckförmig mit abgerundeten Ecken oder oval ausgebildet ist, wobei die Proportion der Längen der längeren und kürzeren Seiten des Rechtecks bzw. der Länge und des Abstands der Geraden des Ovals mindestens gleich 1,2 ist. .

5- Penning-Zerstäubungsquelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der (die) Hilfsmagnet (e) (13) parallel zur äußeren Linie des Targets (3) ausgebildet ist (sind).

6. Penning-Zerstäubungsquelle nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß der (die) Hilfsmagnet (e) in einem (mehreren) Ring(en) (10) angeordnet ist (sind).

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7. Penning-Zerstäubungsquelle nach den Ansprüchen 3 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein Hilfsmagnet (13) auf dem magnetischen Leiter (11) angeordnet ist und zwischen dem äußeren Durchmesser D des magnetischen Leiters (11), dem mittleren Durchmesser d des Hilfsmagneten (13), der magnetischen Spannung 9_Q des Erregungsmagneten (8) und der magnetischen Spannung θ^ des Hilfsmagneten (13) die Gleichung

D _v Q_n D 1,2 ^- > -2 > 0,5

D-d Q₁ D-d erfüllt ist.

8. Penning-Zerstäbungsquelle nach den Ansprüchen 3 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei Hilfsmagneten (13) auf dem magnetischen Leiter (11) angeordnet sind und zwischen dem äußeren Durchmesser D des magnetischen Leiters (11), dem mittleren Durchmesser d_n und &_n_^ der Hilfsmagneten (13) und der magnetischen Spannungen θ und θ -j der selben Hilfsmagneten (13) die Beziehung

D -

1,2 -SzI > -Szl_>o,5

^D - ^dn ^{= θ}η

erfüllt ist, wobei im Falle η = 1, 9_Q die magnetische Spannung des Erregungsmagneten (8) bedeutet und d_Q = O.

9- Penning-Zerstäubungsquelle nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein Hilfsmagnet (13) auf dem magnetischen Leiter (11) angeordnet ist, und

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zwischen dem Abstand D bzw. d der längeren geraden Seiten des Rechtecks oder des Ovals des magnetischen Leiters (11) bzw. des Hilfsmagneten (13), der magnetischen Spannung 9_Q des Erregungsmagneten (8) und der magnetischen Spannung Q^ des Hilfsmagneten (13) die Beziehung

1,2 > -°- >0,5

D-d Q₁ D-d erfüllt ist.

10. Penning-Zerstäubungsquelle nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei Hilfsmagnete (13) auf dem magnetischen Leiter (11) angeordnet sind und zwischen dem Abstand D bzw. d und d * der längeren geraden Seiten des Rechtecks oder des Ovals bzw. des n-ten und des (n-1)-ten Hilfsmagneten (13) und der magnetischen Spannungen θ und θ ^ derselben Hilfsmagneten (13) die Beziehung

D - d , _s θ_η . D-1,2 S-I. >-Sll_ >o,5

^D - ^dn ^θη ^D - ^dn

erfüllt ist, wobei im Falle η = 1 9_Q die magnetische Spannung des Erregungsmagneten (8) bedeutet und d_Q = 0.

11. Penning-Zerstäubungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß ein das Target (3) umfassendes Kühlsystem (4) unter dem Target (3) und dem magnetischen Leiter (11) angeordnet ist.

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12. Penning-Zerstäubungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß ein äußerer magnetischer Leiter (14) mit dem Erregungsmagneten (8) auf der weiteren vom Target (3), vorzugsweise mit ihr parallelen Seite des magnetischen Leiters (11) verbunden ist und der äußere magnetische Leiter (14) mit einem Zwischenraum vom magnetischen Leiter (11) abgesondert ist.

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