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Hohlkathodenverfahren

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik

Hohlkathoden Rundquelle in Betrieb

DLC-Hochrateprozess mit MHC-Plasmaquelle

Aufgrund ihrer hohen Plasmadichte eignen sich Hohlkathoden-Glimmentladungen sehr gut zur Anregung plasmagestützer CVD-Prozesse (chemical vapour deposition), sowie auch für Ätz- und Aktivierungsprozesse an Oberflächen. Als entsprechende Plasmaquellen eignen sich Gasfluss-Sputterquellen, die dann unter modifizierten Betriebsparametern eingesetzt werden.

Speziell für die flächige Beschichtung wurde die Netzhohlkathodenquelle (mesh hollow cathode, MHC) entwickelt, die vor allem für die Hochrateabscheidung von DLC-Schichten geeignet ist. Bei dieser Quelle brennt eine intensive, großflächige Hohlkathodenentladung im Raum zwischen einer plattenförmigen, wassergekühlten Elektrode und einem dazu parallelen Metallnetz. Das Plasma greift durch die Netzmaschen hindurch und breitet sich von dort zum Substrat aus. Das Reaktivgas für die Schichtabscheidung wird in den freien Raum zwischen Netz und Substrat eingeleitet. Die Quelle wird vorzugsweise mit gepulster Gleichspannung betrieben. Aufgrund der hohen Plasmadichte und des geringen Abstandes zwischen Quelle und Substrat (wenige Zentimeter) können sehr hohe Depositionsraten erreicht werden. Die große Plasmadichte ermöglicht bei mäßiger Substratvorspannung eine hohe Ionenstromdichte zum Substrat. Durch die hohe Temperatur des Netzes erfolgt eine kontinuierliche Selbstreinigung durch Desorption und Zerstäubung. Verbleibende Beläge lassen sich in Beschichtungspausen durch geeignete Reaktivgase (Sauerstoff, CF4) schnell entfernen.

Die MHC-Quellen besitzen eine sehr einfache Bauart und lassen sich leicht zweidimensional auf große, auch gekrümmte Flächen aufskalieren, insbesondere bei modularer Bauweise. Außer zur Beschichtung eignen sie sich für die Plasma-Reinigung und Plasma-Aktivierung von Oberflächen. Aufgrund der hohen Rate und des hohen Arbeitsdruckes können sie auch gut für Kurztaktprozesse eingesetzt werden.

Mit einer MHC-Quelle wurden Beschichtungsraten von DLC-Schichten (diamond-like carbon) von 2.3 µm/min (140 µm/h) realisiert. Die Härte dieser Schichten lag bei 13 GPa, ihr Elastizitätsmodul bei 110 GPa. Als Substrate wurden Silizium-Wafer verwendet, als Reaktivgas Ethin (Acetylen). Der Wasserstoffgehalt dieser partikel- und defektarmen Schichten lag bei 13 Atomprozent.

Bilder

Zuletzt aktualisiert am: 2013-09-22 21:57:42 CEST
Quelle: http://hohlkathoden.fraunhofer.de/de/hk-cvd-prozesse/dlc-hochrateprozess-mit-mhc-plasmaquelle
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