[发明专利]对用于PVD方法的衬底进行预处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对衬底进行预处理的方法，如该预处理通常可以在借助PVD对衬底进行涂层之前执行的一样。

背景技术

阴极火花蒸镀（Funkenverdampfung）是近年来建立起来的方法，该方法用于对工具和部件涂层并且利用该方法既离析出广泛多种的金属层又离析出金属氮化物、金属碳化物以及金属碳氮化物。在该方法中，靶是火花放电的阴极，该火花放电在低电压和高电流时运行并且利用该火花放电对靶（阴极）材料蒸镀。作为用于运行火花放电的最简单和最便宜的电源，大多使用直流电压电源。

公知通过阴极火花放电蒸镀的材料包含大量的离子。为此Johnson的“P.C. in Physics of Thin Films”，vol.14 Academic Press, 1989, 129-199页公开了根据阴极材料和火花电流（Funkenstrom）的大小而介于30%和100%之间的值。该高含量的离子化蒸汽在层合成中是值得期望的。

如果高的离子化程度在层合成中与衬底上的负偏压结合并且由此可以提高和改变离子去往衬底的加速度和能量，则该高的离子化程度会特别有利地发挥作用。通过这种方式合成的层具有更高的密度并且可以通过改变偏置电压而影响若干层特性，例如层的张力和层形态。

但是，火花蒸镀也在以下方面公知：即所蒸镀的材料依据其熔点而或多或少具有很多溅射物，这些溅射物原则上是不期望的。溅射物含量在说明所蒸镀材料的离子化程度的情况下大多是不被一起考虑的，但是会显著影响层质量。因此人们力求通过专用的源磁场或附加的过滤器（机械和电磁的，如在Aksenov, I.I.等人的Sov. J. Plasma Phys. 4(4) (1978)425中所解释的）或者通过诸如增大的反应气体压力的其它过程参数来减小所蒸镀材料中的溅射物含量。还建议使用较高熔点的材料来减小溅射物数量和溅射物大小。

在火花蒸镀时观察到的所蒸镀的材料的离子化含量也可以被用于对衬底进行预处理。利用衬底偏置电压的连续提高，可以通过所蒸镀的材料和工作气体的蒸汽离子如此程度地来驱动衬底偏置电压的轰击，使得衬底可以被溅射或/和被加热到高温。

通常该方法步骤被称为金属离子蚀刻（metal ion etching），这是一种不太精确的称呼，因为它在概念上没有包括通过工作气体或反应气体的常见或必要使用而出现的离子。但是一般来说，人们力求减少工作气体离子（通常使用诸如氩的惰性气体）的含量或者完全避免该工作气体。其原因在于，惰性气体不能稳定地合成到层中，因为惰性气体没有进入化合，而且附加地会导致过张力。但是一般来说无法轻易地在没有气体添加（工作气体或反应气体）的情况下连续运行火花源。如果必须在没有工作气体的情况下运行火花源（Funkenquelle），例如用于离子植入的离子源，则脉冲式地运行火花源，也就是必须总是又重新点燃源，因为如果没有附加给予气体的话火花只能短暂“生存”。这样的运行的示例描述在JP 01042574中。

借助离子轰击而对衬底的预处理和与此关联的借助离子对衬底的蚀刻以及对衬底的加热都已经描述在US 4734178中。

在此重要地要补充一点，借助金属离子的蚀刻可能导致对衬底表面的、不同于在简单加热该衬底情况下的或者也在借助如例如在Sablev的US 05503725中所描述的电子轰击来加热该衬底情况下的处理结果。仅仅是使用金属离子与惰性气体离子相比就产生新的反应可能性，例如在形成碳化物或混合晶体的情况下。

在文献中描述了植入过程和扩散过程的组合，所述组合导致金属离子被合成到衬底表面中并由此导致稍后所蒸镀的层的良好耦合（Muenz, W.-D.等人,Surf. Coat. Technol. 49(1991)161, Sch?njahn, C.等人，J.Vac. Sci. Technol. A19(4) (2001) 1415）。

但是在该过程步骤中的问题首先是金属溅射物的存在，该金属溅射物的质量是原子质量的多倍并且通常不能通过蚀刻步骤又被除去，如果金属溅射物出现在衬底表面上并在该衬底表面上凝结的话。

这种状况的出路在于为火花源配备将溅射物与离子分开的过滤器。