DE19710903A1 - Sputtertarget zur Herstellung von Phase-Change Schichten (optischen Speicherschichten) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget zur Ab­ scheidung von Schichten für optische Speichermedi­ en nach dem Phase-Change Prinzip (für optische Speicherplatten, deren Schichtstruktur infolge von Lichtimpulsen amorph oder kristallin ist).

In der Technik werden für diese Schichten Legie­ rungen auf der Basis von GeSbTe bzw. AgInSbTe ver­ wendet, die ggf. noch mit geringen weiteren Zusät­ zen versehen sind. Üblicherweise werden solche Targets auf pulvermetallurgischem Wege herge­ stellt. Hierzu sind zunächst die Ausgangskomponen­ ten zu legieren, anschließend zu pulverisieren und durch Sintern oder Pressen zu einem dichten Körper zu formen. Gelegentlich werden auch Mischungen aus Elementpulvern alleine oder in Mischungen mit Le­ gierungspulvern eingesetzt. Entsprechende Verfah­ ren sind zum Beispiel in JP-OS 4-36 463 und EP 0 735 158 A2 beschrieben.

Diese Verfahren haben den Nachteil, daß immer zu­ erst eine aufwendige Pulverherstellung erforder­ lich ist und anschließend diese Pulver zu mög­ lichst dichten Platten gepreßt werden müssen. Bei der Pulverherstellung ergibt sich neben den be­ kannten Problemen, wie Reinheit und Sauerstoffge­ halt hier zusätzlich noch das Problem der Tellur- Kontamination, die wegen der Toxizität unbedingt zu vermeiden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches kostengünstiges Herstellverfahren zu schaffen, das auf einfache Weise das Recycling ab­ gesputterter Targets ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das GeSbTe- oder AgInSbTe-Gefüge des Targets ein Gußgefüge ist und die bei der Erstarrung ge­ bildeten Kristallite oder Dendriten mit ihrer län­ geren Achse einheitlich ausgerichtet sind.

Vorzugsweise wird der Winkel zwischen der Längs­ achse der Kristallite oder Dendriten und der Nor­ malen auf die Targetebene gebildet und schwankt innerhalb des Targets um nicht mehr als ± 15° um den mittleren Neigungswinkel. In einer alternati­ ven Ausführungsform bilden die während der Erstar­ rung gebildeten Kristallite oder Dendriten mit ih­ rer Längsachse einen mittleren Neigungswinkel zur Normalen auf der Targetoberfläche, der mindestens 10° und höchstens 80° beträgt.

Mit Vorteil bilden die während der Erstarrung ge­ bildeten Kristallite oder Dendriten mit ihrer Längsachse einen mittleren Neigungswinkel zur Nor­ malen auf der Targetoberfläche, der bei 0° liegt.

Zweckmäßigerweise ist das Target als Rundtarget ausgeformt, wobei die Kristallite oder Dendriten zum Mittelpunkt gekippt sind.

Erfindungsgemäß wird die Legierung zur Herstellung von Sputtertargets (auf der Basis von GeSbTe oder AgInSbTe) zur Abscheidung von optischen Speicher­ schichten, die nach dem Phase-Change Verfahren arbeiten, erschmolzen, wobei sie anschließend in einer Gießform gerichtet erstarrt. Mit Vorteil wird die Gießform vor Beginn der gerichteten Er­ starrung auf eine Temperatur knapp oberhalb der Liquidustemperatur der zu vergießenden Legierung erwärmt, wobei die Erstarrungsfront im wesentli­ chen parallel zur Targetoberfläche oder aber im wesentlichen senkrecht zur Targetoberfläche fort­ schreitet. Alternativ ist das Target ein Rechteck­ target, bei dem ein wesentlicher Teil der Kristal­ lisationswärme über eine der Seitenflächen des Targets abgeführt wird. Vorzugsweise ist das Tar­ get ein Rundtarget, bei dem ein wesentlicher Teil der Kristallisationswärme über den äußeren Umfang des Targets abgeführt wird. Die mit der Schmelze in Berührung kommende Teile sind mit Vorteil aus Graphit gebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Wärmeabfuhr zu einem wesentlichen Teil über einen kalten oder gekühlten Körper, der erst nach Füllen der Gießform mit dieser in Kontakt gebracht wird. Erfindungsgemäß wird der Herstellprozeß unter Schutzgas durchgeführt.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh­ rungsmöglichkeiten zu; zwei davon sind anhand der beigefügten Zeichnungen näher dargestellt.

Es wurde versucht, ein Schmelz- und Gießverfahren zu entwickeln. Dies ist zunächst nicht einfach, da die in der Technik verwendeten Targetzusammenset­ zungen in der Regel einen hohen Volumenanteil an intermetallischen Verbindungen enthalten. Gießver­ suche führten zu rissigen Platten. Dies konnte auch nicht durch die üblichen Veränderungen der Gießparameter wie Gießtemperatur, Kokillenvorwär­ mung oder Kokillenmaterial behoben werden. Wenn das Material in eine Gießform gefüllt wird, deren Temperatur knapp oberhalb der Liquidustemperatur der entsprechenden Legierung lag, zeigte sich der gewünschte Erfolg. Diese Form wird anschließend in gerichteter Weise erstarrt. Die so erhaltenen Guß­ platten sind frei von makroskopischen Rissen. Bei geeigneter Auslegung der Gießform und des Speisers werden porenfreie und hochdichte Platten erhalten. Das Verfahren läßt sich sowohl für Rechtecktargets als auch insbesondere für Rundtargets einsetzen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich eine sehr einheitliche Ausrichtung der Kristallite des Targetgefüges.

Um eine gerichtete Erstarrung zu erreichen gibt es zwei Möglichkeiten, die Erstarrungswärme aus dem Target abzuführen:

• 1. Wärmeabfuhr über eine Seitenfläche des Tar­ gets.
• 1a. Bei Rechtecktargets wird die Wärme von einer der Seitenflächen des Targets aus abgeführt. Die Erstarrungsfront läuft also von einer Targetseite zu der dieser Seite gegenüberlie­ genden Seite und somit parallel zur Targeto­ berfläche (= größte Fläche).
• 1b. Bei Rundtargets erfolgt die Erstarrung vom Außenradius zum Zentrum, auch hier schreitet die Erstarrungsfront also parallel zur Tar­ getoberfläche fort.
• 2. Wärmeabfuhr über die Grundfläche des flach liegenden Rund- oder Rechtecktargets. In diesem Fall schreitet die Erstarrung von unten nach oben durch das Target fort, d. h. senkrecht zur Targetoberfläche. Wegen der ge­ ringen Targetdicke von einigen Millimetern im Vergleich zu den Längen- und Breitenmaßen von typisch mindestens 100 mm ergeben sich damit kürzere Erstarrungszeiten als im Fall 1.

Mittels beider oben beschriebener Verfahren wurden beispielhaft folgende Legierungen zu Targets ver­ gossen:
Legierung 1: Ge(22,2)Sb(22,2)Te(55,5) at%,
Legierung 2: Ge(14,3)Sb(28,6)Te(57,1) at%,
Legierung 3: Ge(20,1)Sb(23,8)Te(56,1) at%,
Legierung 4: Ag(11,7)In(,74)Sb(55)Te(25,9) at%,
Legierung 5: Ag(4)In(11)Sb(58)Te(27) at%.

Die Gießform wurde dabei jeweils auf Temperaturen von 600-800°C vorgewärmt, d. h. auf Temperaturen knapp oberhalb der jeweiligen Liquidustemperatur. Die Legierung wurde entweder direkt in der Gieß­ form erschmolzen oder von einem Schmelztiegel in die vorgewärmte Gießform gegossen. Anschließend wurde die gerichtete Erstarrung eingeleitet; im Fall 1 von einer Seite bzw. dem Außenradius aus und für den Fall 2 von der Grundfläche aus. Je nach Targetgeometrie wurden bis zum vollständigen Erstarren im Fall 1 Zeiten von rund 1 Minute bis ca. 10 Minuten benötigt, während im Fall 2 wenige Sekunden bis 1 Minute vergingen.

Die erhaltenen Targets wiesen ein gleichmäßiges Gefüge auf und waren makroskopisch rißfrei. Die Legierung 1 erwies sich als die kritischste hin­ sichtlich der Rißbildung. Hier ist eine besonders sorgfältige Abstimmung der Parameter erforderlich. Im Querschliff zeigten alle Legierungen jeweils eine charakteristische Orientierung der üblicher­ weise länglich geformten Kristallite bzw. Dendri­ ten:
Fall 1) Die Kristallite weisen alle einen recht einheitlichen Winkel zu einer Linie auf, die senkrecht auf der Targetoberfläche steht. Je nach Legierung und Erstarrungs­ bedingungen beträgt dieser Winkel minde­ stens 10° und höchstens 80°. Innerhalb ei­ ner Platte schwankt dieser Winkel typi­ scherweise nicht mehr als ± 15° (Fig. 1).

Fall 2) Die Kristallite stehen, abgesehen von ei­ nem schmalen Randbereich, überwiegend senkrecht auf der Targetoberfläche. Je nach Legierung und Erstarrungsbedingungen beträgt der Winkel zur Normalen auf die Targetoberfläche weniger als ± 15° (Fig. 2).

Die in beiden Fällen sehr einheitliche Kornorien­ tierung führt erfahrungsgemäß zu Vorteilen bei der Schichtabscheidung, da das Target so wesentlich gleichmäßiger abgesputtert wird und die von der Kornorientierung abhängige lokale Sputterrate so gleichmäßiger ist als z. B. bei einem regellosen pulvermetallurgischen Gefüge.

Claims (14)

1. Sputtertarget (auf der Basis von GeSbTe oder AgInSbTe) zur Abscheidung von optischen Spei­ cherschichten, die nach dem Phase-Change Prinzip arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Target ein Gußgefüge aufweist und die bei der Erstarrung gebildeten Kristallite oder Dendriten mit ihrer längeren Achse einheit­ lich ausgerichtet sind.

2. Sputtertarget gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Winkel, der zwischen der Längsachse der Kristallite oder Dendriten und der Normalen auf die Targetebene gebildet wird, innerhalb eines Targets um nicht mehr als ± 15° um den mittleren Neigungswinkel schwankt.

3. Sputtertarget gemäß Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die während der Er­ starrung gebildeten Kristallite oder Dendri­ ten mit ihrer Längsachse einen mittleren Nei­ gungswinkel zur Normalen auf der Targetober­ fläche bilden, der mindestens 10° und höch­ stens 80° beträgt.

4. Sputtertarget gemäß Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die während der Er­ starrung gebildeten Kristallite oder Dendri­ ten mit ihrer Längsachse einen mittleren Nei­ gungswinkel zur Normalen auf der Targetober­ fläche bilden, der bei 0° liegt.

5. Sputtertarget gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Rundtarget handelt und die Kristallite oder Dendriten zum Mittelpunkt der Targetscheibe gekippt sind.

6. Verfahren zur Herstellung von Sputtertargets (auf der Basis von GeSbTe oder AgInSbTe) zur Abscheidung von optischen Speicherschichten, die nach dem Phase-Change Prinzip arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung er­ schmolzen wird und anschließend in einer Gießform gerichtet erstarrt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gießform vor Beginn der ge­ richteten Erstarrung auf eine Temperatur knapp oberhalb der Liquidustemperatur der zu vergießenden Legierung erwärmt wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrungs­ front im wesentlichen parallel zur Targeto­ berfläche fortschreitet.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrungs­ front im wesentlichen senkrecht zur Targeto­ berfläche fortschreitet.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Target ein Rechtecktarget ist und ein wesentlicher Teil der Kristalli­ sationswärme über eine der Seitenflächen des Targets abgeführt wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Target ein Rundtarget ist und ein wesentlicher Teil der Kristallisati­ onswärme über den äußeren Umfang des Targets abgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Schmelze in Berührung kommenden Teile aus Graphit sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabfuhr zu einem wesentlichen Teil über einen kalten oder gekühlten Körper erfolgt, der erst nach Füllen der Gießform mit dieser in Kontakt ge­ bracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Herstellpro­ zeß unter Schutzgas durchgeführt wird.