DE3620214A1 - Process and apparatus for creating a chemically active environment for plasmochemical reactions, principally for separating off thin layers - Google Patents
Process and apparatus for creating a chemically active environment for plasmochemical reactions, principally for separating off thin layersInfo
- Publication number
- DE3620214A1 DE3620214A1 DE19863620214 DE3620214A DE3620214A1 DE 3620214 A1 DE3620214 A1 DE 3620214A1 DE 19863620214 DE19863620214 DE 19863620214 DE 3620214 A DE3620214 A DE 3620214A DE 3620214 A1 DE3620214 A1 DE 3620214A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gas
- activatable
- electrode
- vacuum chamber
- plasma generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Schaffung eines Method and apparatus for creating a
chemisch aktiven Milieus für plasmochemische Reaktionen, vor allem für die Abscheidung dünner Schichten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Schaffung eines chemisch aktiven Milieus für plasmochemische Reaktionen, vor allem für die Deposition dünner Schichten. Die Erfindung kann in mehreren Sparten genutzt werden, vor allem bei der Herstellung von Textilmaschinen, im Maschinenbau, in der elektrotechnischen Industrie, im Hüttenwesen und im Schwermaschinenbau, in der Energietechnik, in der chemischen Industrie usw. chemically active environments for plasmochemical reactions, especially for the deposition of thin layers The invention relates to a method and a Device for creating a chemically active environment for plasmochemical Reactions, especially for the deposition of thin layers. The invention can be used in used in several sectors, especially in the manufacture of textile machines, in mechanical engineering, in the electrotechnical industry, in metallurgy and in heavy engineering, in power engineering, in the chemical industry, etc.
Zur Zeit gibt es eine ganze Reihe von Verfahren zur Erzeugung eines chemisch aktiven Plasmas für plasmochemische Reaktionen, die zur Bildung neuer Verbindungen, vor allem in Form dünner Schichten auf geeignet angeordneten Oberflächen, führen. Diese Methoden unterscheiden sich durch die Frequenz des das Plasma generierenden elektromagnetischen Feldes, durch das Verfahren der Zuführung der elektromagnetischen Leistung in die Entladungskammer, durch die Geometrie der Elektroden und der gesamten Anordnung oder durch die Art der benutzten gasförmigen Arbeitsgemische.There are currently a number of methods for producing a chemically active plasmas for plasmochemical reactions that lead to the formation of new compounds, especially in the form of thin layers on suitably arranged surfaces, to lead. These methods differ in the frequency of the plasma generating electromagnetic field, by the method of feeding the electromagnetic Power in the discharge chamber, due to the geometry of the electrodes and the whole Arrangement or by the type of gaseous working mixture used.
Durch die DE-PS 32 09 792 wird eine Vorrichtung mit einer speziellen Dispergierungsdüse für die Einleitung des Arbeitsgases geschützt, durch deren Einsatz eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Dicke der sich bildenden Schicht erzielt wird.DE-PS 32 09 792 a device with a special Dispersion nozzle for the introduction of the working gas protected by their use an improvement in the uniformity of the thickness of the layer being formed is achieved will.
Aus der US-PS 4 328 258 aus dem Jahr 1982 ist eine spezielle Anordnung der Elektroden und spezielle Elektrodenformen für die Abscheidung von Halbleiterschichten in einer Glimmentladung bekannt.U.S. Patent 4,328,258, issued in 1982, shows a specific arrangement of electrodes and special electrode shapes for the deposition of semiconductor layers known in a glow discharge.
Die US-PS 4 289 797 aus dem Jahr 1981 beschreibt die in zwei Zyklen verlaufende Bildung gleichmäßiger Siliziumnitrid-oder Siliziumoxidschichten in einem strömenden Hochfrequenzplasma, die die Bildung einer mit Wasserstoff gesättigten Siliziumschicht und eine nRchfolgende Substitution des Wasserstoffs durch Stickstoff oder Sauerstoff einschließt.U.S. Patent 4,289,797, issued in 1981, describes the two-cycle operation continuous formation of uniform silicon nitride or silicon oxide layers in one flowing high frequency plasma, causing the formation of a saturated with hydrogen Silicon layer and a subsequent substitution of hydrogen by nitrogen or includes oxygen.
Die DE-PS 28 03 331 aus dem Jahr 1978 beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gleichmäßigen Entladung in hohlen, leitenden, eine der Elektroden bildenden Körpern, wobei das Arbeitsgas direkt in das Innere dieser Körper eingeleitet wird. Hierdurch wird eine hohe Wirksamkeit der Entladung erzielt, z. B. in Stickstoff, bei der Bildung einer Diffusionsnitridschicht durch die sog. Ionennitridation.DE-PS 28 03 331 from 1978 describes a device to generate a uniform discharge in a hollow, conductive one of the electrodes forming bodies, the working gas being introduced directly into the interior of these bodies will. This achieves a high efficiency of the discharge, e.g. B. in nitrogen, in the formation of a diffusion nitride layer through what is known as ion nitridation.
Neben der Schaffung chemisch aktiver plasmatischer Milieus, z. B. für die Abscheidung dünner Schichten auf Substratoberflächen durch direkte Einwirkung des Plasmas, ist es möglich auch die indirekte Bildung eines aktiven Milieus außerhalb des Plasmabereichs zu nutzen. Solche Methoden basieren auf der plasmatischen Aktivierung eines Gases oder mehrerer geeigneter Gase, in denen metastabile Teilchen mit einer hohen chemischen Aktivität entstehen, wonach diese dann in den Reaktionsraum außerhalb des Plasmas geleitet werden, wo sie mit den geforderten Gasen reagieren.In addition to creating chemically active plasmatic environments, e.g. B. for the deposition of thin layers on substrate surfaces by direct action of the plasma, it is also possible to indirectly form an active milieu outside of the plasma area. Such methods are based on plasma activation one or more suitable gases in which metastable particles with a high chemical activity arise, after which these then outside in the reaction space of the plasma, where they react with the required gases.
Die eigentliche Reaktion spielt sich somit in einem elektrisch neutralen Milieu außerhalb des Plasmas ab. Während bei der Nutzung der direkten plasmochemischen Methoden, die sich abspielenden Reaktionen, z. B. das Wachstum der Schichten, in der Regel schneller als bei den indirekten Methoden verlaufen, treten bei den Wechselwirkungen des Plasmas mit den Substratoberflächen spezifische Probleme mit den Kantenpotentialen, die die Bereiche der Raumladung abschirmen, auf usw. Diesen Problemen begegnet man demgegenüber nicht bei indirekten Methoden, bei denen das Substrat den Einwirkungen des Plasmas nicht ausgesetzt ist. Hier kommt es eher auf die Erreichung einer geeigneten Strömung des aktivierten Gases und des nichtaktivierten Reaktionsgases hinsichtlich des Substrats an.The actual reaction thus takes place in an electrically neutral Environment outside of the plasma. While when using the direct plasmochemical Methods that analyze the reactions taking place, e.g. B. the growth of the layers in usually run faster than the indirect methods, occur when the interactions of the plasma with the substrate surfaces specific problems with the edge potentials, which shield the areas of the space charge, etc. These problems are encountered on the other hand not with indirect methods in which the substrate is affected is not exposed to the plasma. Here it is more a question of achieving a suitable one Flow of the activated gas and the non-activated reaction gas with respect to of the substrate.
Aus der tschechoslowakischen PS 227 837 aus dem Jahr 1981 ist eine Vorrichtung mit einem spezifischen Zerstreuer des aktiven und einem Verteiler des aktivierten Gases für die Erzielung einer homogenen Dicke der abgeschiedenen Schicht auf dem Substrat bekannt.From the Czechoslovak PS 227 837 from 1981 there is one Device with a specific diffuser of the active and a distributor of the activated gas to achieve a homogeneous thickness of the deposited layer known on the substrate.
Auch wenn es mit Hilfe der aufgezählten Methoden möglich ist, gleichmäßig dicke Schichten herzustellen oder innere oder unzugängliche Flächen zu beschichten, ist hier die Geschwindigkeit der Schichtabscheidung um ein Mehrfaches kleiner als bei den Methoden mit direkter Nutzung des Plasmas.Even if it is possible, with the help of the methods listed, to produce layers of even thickness or inner layers or to coat inaccessible areas, the speed of the layer deposition is several times lower than with the methods with direct use of the plasma.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schaffung eines chemisch aktiven Milieus für plasmochemische Reaktionen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die die angeführten Nachteile und Unzulänglichkeiten der bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht aufweisen und die eine schnelle homogene Abscheidung ermöglichen.The object of the invention is to provide a method for creating a chemically active milieus for plasmochemical reactions and a device for carrying them out of the procedure to indicate the disadvantages and inadequacies of the previously known methods and devices do not have and which are fast enable homogeneous deposition.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.This problem is solved according to the claims.
Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das aktivierbare Reaktionsgas, gegebenenfalls ein Gemisch zumindest eines aktivierbaren Reaktionsgases und zumindest eines Arbeitsgases, durch wenigstens eine Düse in Richtung der gewünschten maximalen chemischen Aktivität der sich bildenden aktivierten Zone in den Bereich zur Erzeugung des Plasmas eingelassen wird, und dies bei einem Druck, der größer ist als der Druck des zirkulierenden Arbeitsgases, wobei ein wesentlicher, nichtionisierter Teil des aktivierbaren Gases durch Dissoziation und/oder Anregung in einen chemisch aktiven Zustand in der aktivierten Zone des strömenden aktivierbaren Reaktionsgases versetzt wird.The essence of the method according to the invention is that the activatable reaction gas, optionally a mixture of at least one activatable Reaction gas and at least one working gas, through at least one nozzle in the direction the desired maximum chemical activity of the activated zone that forms is let into the area for generating the plasma, and this with a pressure, which is greater than the pressure of the circulating working gas, whereby a substantial, non-ionized part of the activatable gas by dissociation and / or excitation in a chemically active state in the activated zone of the flowing activatable Reaction gas is added.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist bei einer ersten Alternative eine an ein Vakuumsystem angeschlossene und mit einer Zuleitung des Arbeitsgases versehene Vakuumkammer, und eine Stromquelle zur Erzeugung des Plasmas auf. Gemäß der Erfindung ist in eine der Wände der Vakuumkammer zumindest eine elektrisch isolierte Düse eingesetzt, die auf ihrem Ende im Inneren der Vakuumkammer mit der ersten Elektrode versehen ist, die mit der ersten Klemme der Stromquelle verbunden ist, deren zweite Klemme mit dem Halter der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, im Bereich der Generierung des Plasmas, ein Bewegungsmechanismus angeordnet ist, dessen Einspannteil für die Befestigung des Substrats zu der ersten Elektrode zugewandt ist.The device for performing the method has a first Alternative one connected to a vacuum system and with a supply line of the Working gas provided vacuum chamber, and a power source for generation of the plasma. According to the invention in one of the walls of the vacuum chamber is at least An electrically isolated nozzle is used on its end inside the vacuum chamber is provided with the first electrode, which is connected to the first terminal of the power source is connected, the second terminal of which is connected to the holder of the second electrode is, wherein between the first electrode and the second electrode, in the area of Generation of the plasma, a movement mechanism is arranged, whose clamping part facing the first electrode for attachment of the substrate.
Bei der zweiten Alternative weist die Vorrichtung eine an ein Vakuumsystem angeschlossene und mit einer Zuleitung des Arbeitsgases versehene Vakuumkammer, sowie eine Stromquelle zur Erzeugung des Plasmas auf. Gemäß der Erfindung ist in einer der Wände der Vakuumkammer zumindest eine Düse für die Zuleitung des aktivierbaren Gases eingesetzt, gegenüber welcher im Bereich der Plasmaerzeugung ein Bewegungsmechanismus mit einem Einspannteil für die Befestigung des festen Substrats angebracht ist.In the second alternative, the device has a vacuum system connected vacuum chamber provided with a supply line for the working gas, and a power source for generating the plasma. According to the invention, in one of the walls of the vacuum chamber has at least one nozzle for the supply of the activatable Gas used, against which a movement mechanism in the area of plasma generation is attached with a chuck for securing the solid substrate.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung beseitigen die Nachteile der direkten, wie auch der indirekten Methoden der Schichtenbildung. Das Wesen der Erfindung beruht auf der Möglichkeit der Schaffung einer ausrichtbaren und lokalisierbaren Zone eines aktivierten Gases, die durch elektrisch neutrale, chemisch aktive Teilchen direkt im Bereich des Plasmas gebildet wird. Hierdurch ist es möglich, den Vorteil der Geschwindigkeit der direkten plasmochemischen Methoden mit dem Vorteil der Bildung lokaler Bereiche im nichtplasmatischen, chemisch hochaktiven Zustand zu vereinigen. The method and the device according to the invention eliminate the disadvantages of the direct as well as the indirect methods of layer formation. The essence of the invention is based on the possibility of creating an orientable and localizable zone of an activated gas which is formed by electrically neutral, chemically active particles directly in the region of the plasma. This makes it possible to combine the advantage of the speed of direct plasmochemical methods with the advantage of the formation of local areas in the non-plasmatic, chemically highly active state.
Die Erfindung wird im weiteren mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung, Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, Fig. 4 drei alternative Ausführungsformen A, B, C der ersten Elektrode mit dem Düsensystem.The invention is explained below with the aid of the drawing. They show: FIG. 1 the principle of the method according to the invention, FIG. 2 a first Embodiment of the device, FIG. 3 shows a second embodiment of the device, 4 shows three alternative embodiments A, B, C of the first electrode with the nozzle system.
Fig. 1 zeigt die Düse 2 für die Zuleitung des aktivierbaren Gases 1 und für dessen Zuführung in den Bereich 4 der Plasmaerzeugung; in dem Bereich 4 der Plasmaerzeugung befindet sich das Milieu mit dem Arbeitsgas 3 und im Inneren dieses Milieus ist die Zone 5 des aktivierten Gases, das eine hohe chemische Aktivität aufweist. Diese Zone ist gut ausrichtbar und lokalisierbar durch die Ausrichtung der Düse 2. Die Düse 2 ist für die Zuleitung des aktivierbaren Gases 1 bestimmt, sie kann aber mit Vorteil auch für die Zuleitung des aktivierbaren Gases 1 zusammen mit dem Arbeitsgas 3 verwendet werden, falls dies nicht durch eine separate Zuleitung des Arbeitsgases 3 realisiert ist.Fig. 1 shows the nozzle 2 for the supply of the activatable gas 1 and for its supply to the area 4 of the plasma generation; in that area 4 of the plasma generation is the environment with the working gas 3 and inside this milieu is zone 5 of the activated gas, which has a high chemical activity having. This zone can be easily aligned and localized through the alignment of nozzle 2. The nozzle 2 is intended for the supply of activatable gas 1, but they can also be used for the supply of the activatable gas 1 together with advantage can be used with the working gas 3, if this is not done through a separate feed line of the working gas 3 is realized.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung, die eine Vakuumkammer 7 aufweist, an der das Vakuumsystem 12 angeschlossen ist. In der Vakuumkammer sind zwei Elektroden angeordnet, von denen die erste Elektrode 6 von der Düse 2 z. B. in ihrer Mitte durchquert wird; die zweite Elektrode 8 ist elektrisch leitend mit der ersten Klemme der Stromquelle 13 für die Plasmaerzeugung verbunden, deren zweite Klemme mit der ersten Elektrode 6 verbunden ist. Das aktivierbare Gas 1 wird in die Vakuumkammer 7 durch die Düse 2 in der ersten Elektrode 6 eingeleitet, das Arbeitsgas 3 tritt durch einen separaten Stutzen in die Vakuumkammer 7 ein. Beide Elektroden 6, 8 befinden sich in dem Bereich 4 der Plasmaerzeugung; zwischen den Elektroden 6, 8 befindet sich das feste Substrat 9 in Reichweite der Zone 5 des aktivierten Gases, und auf seiner Oberfläche bildet sich die dünne Schicht 10 aus. Das feste Substrat 9 ist in der Einspannklemme des Bewegungsmechanismus 11 befestigt.Fig. 2 shows a first embodiment of an apparatus that has a Has vacuum chamber 7 to which the vacuum system 12 is connected. In the vacuum chamber two electrodes are arranged, of which the first electrode 6 from the nozzle 2 z. B. is traversed in their middle; the second electrode 8 is electrically conductive with the first clamp the power source 13 for plasma generation whose second terminal is connected to the first electrode 6. The activatable Gas 1 is introduced into the vacuum chamber 7 through the nozzle 2 in the first electrode 6, the working gas 3 enters the vacuum chamber 7 through a separate nozzle. Both electrodes 6, 8 are located in the area 4 of the plasma generation; between the electrodes 6, 8, the solid substrate 9 is within reach of the zone 5 of the activated gas, and the thin layer 10 is formed on its surface the end. The solid substrate 9 is in the chuck of the moving mechanism 11 attached.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, die wiederum eine Vakuumkammer 7 aufweist, wobei die Erzeugung des Plasmas elektrodenlos erfolgt, mit Hilfe des Kopplungselements 14 außerhalb der äußeren Wand der Vakuumkammer 7. Die Düse 2 ist wiederum für die Zuleitung des aktivierbaren Gases 1 bestimmt.Fig. 3 shows a second embodiment of the device, which in turn has a vacuum chamber 7, the plasma being generated without electrodes, with the aid of the coupling element 14 outside the outer wall of the vacuum chamber 7. The nozzle 2 is in turn intended for the supply of the activatable gas 1.
In der Wand der Vakuumkammer 7 befindet sich die Zuleitung des Arbeitsgases 3, ferner der Stutzen des Vakuumsystems 12 und der Bewegungsmechanismus 11 mit dem Einspannteil, in dem das feste Substrat 9 in Reichweite der Zone 5 des aktivierten Gases befestigt ist. Durch den Bewegungsmechanismus 11 kann die Lage des festen Substrats hinsichtlich der Zone 5 geändert werden. Überdies kann mit dem Bewegungsmechanismus 11 auch die Lage der Düse 2 und des festen Substrats 9 geändert werden; durch gleichzeitige Bewegungen der Düse 2 und des festen Substrats 9 kann dann auch eine Bewegung des festen Substrats 9 hinsichtlich der Zone 5 geändert werden. Die erste Klemme der Stromquelle 13 ist an das Kopplungselement 14 angeschlossen, die zweite Klemme der Stromquelle 13 ist geerdet, gegebenenfalls mit dem Aufbau der gesamten Vorrichtung verbunden. Fig. 3 zeigt auch die Schicht 10, die auf dem festen Substrat 9 gebildet wird.The supply line for the working gas is located in the wall of the vacuum chamber 7 3, furthermore the nozzle of the vacuum system 12 and the movement mechanism 11 with the Clamping part in which the solid substrate 9 is within reach of the zone 5 of the activated Gas is attached. Through the movement mechanism 11, the position of the fixed Substrate can be changed with regard to zone 5. You can also use the movement mechanism 11 the position of the nozzle 2 and the solid substrate 9 can also be changed; by simultaneous Movements of the nozzle 2 and the solid substrate 9 can then also be a movement of the solid substrate 9 with respect to zone 5 can be changed. The first terminal of the Power source 13 is connected to the coupling element 14, the second terminal of the power source 13 is grounded, possibly with the structure of the connected throughout the device. Fig. 3 also shows the layer 10, which is on the solid Substrate 9 is formed.
Fig. 4 zeigt drei Alternativen A, B, C von Ausführungen der ersten Elektrode 6, die schematisch bereits in den Fig. 2 und 3 angedeutet sind.Fig. 4 shows three alternatives A, B, C of embodiments of the first Electrode 6, which are already indicated schematically in FIGS. 2 and 3.
Bei der ersten in Fig. 4 gezeigten Alternative A wird das feste Substrat 9 durch einen rotationssymmetrischen Gegenstand, z. B. durch einen hohlen Zylinder, gebildet.In the first alternative A shown in FIG. 4, the solid substrate 9 by a rotationally symmetrical object, e.g. B. by a hollow cylinder, educated.
Das aktivierbare Gas 1 und das Arbeitsgas 3 haben eine gemeinsame Zuleitung, d. h., die Elektrode 6 ist in Form eines in die Düse 2 übergehenden Rohres ausgebildet. Die Zone 5 des aktivierten Gases befindet sich im Hohlraum, d. h. im Inneren eines zylindrischen Kreisringes. Dargestellt ist auch die Schicht 10, deren gleichmäßige Dicke durch gegenseitige Bewegungen des festen Substrats 9 und der Zone 5 des aktivierten Gases in Richtung der Pfeile sichergestellt werden kann.The activatable gas 1 and the working gas 3 have one thing in common Supply line, d. That is, the electrode 6 is in the form of a tube merging into the nozzle 2 educated. Zone 5 of the activated gas is in the cavity; H. in the Inside of a cylindrical circular ring. Also shown is the layer 10, whose uniform thickness by mutual movements of the solid substrate 9 and the Zone 5 of the activated gas can be ensured in the direction of the arrows.
Bei der zweiten in Fig. 4 gezeigten Alternative B wird das feste Substrat 9 durch eine Stange, z. B. durch einen zylinderförmigen Dorn, einen Bohrer usw., gebildet und das aktivierbare Gas 1 und das Arbeitsgas 3 haben wiederum eine gemeinsame Zuleitung, was bedeutet, daß die Elektrode 6 in Form eines in einen zylinderförmigen Hohlraum übergehenden Rohres ausgebildet ist, dessen innere zylindrische Wand mit mehreren Öffnungen versehen ist, die die eigentlichen Düsen 2 bilden. Die äußere zylindrische Wand ist demgegenüber ohne Öffnungen ausgeführt und in ihrem unteren Teil durch eine Stirnwand mit der inneren zylindrischen Wand mit den Düsen 2 verbunden. Das feste Substrat 9 in Form z. B. einer Stange wird in den inneren zylinderförmigen Hohlraum mit den Düsen eingelegt. Veranschaulicht ist auch die sich bildende Schicht 10, deren gleichmäßige Dicke durch gegenseitige Bewegungen des festen Substrats 9 und der Zone 5 des aktivierten Gases in Richtung der Pfeile sichergestellt werden kann.In the second alternative B shown in FIG. 4, the solid substrate 9 by a rod, e.g. B. by a cylindrical mandrel, a drill, etc., formed and the activatable gas 1 and the working gas 3 in turn have a common Lead, which means that the electrode 6 in the form of a cylindrical Cavity passing tube is formed, the inner cylindrical wall with a plurality of openings is provided which form the actual nozzles 2. The outer cylindrical wall is opposite executed without openings and in its lower part by an end wall with the inner cylindrical wall connected to the nozzles 2. The solid substrate 9 in the form of, for. B. a rod is in the inner cylindrical cavity with the nozzles inserted. Also illustrated is the forming layer 10, whose uniform thickness due to mutual movements of the solid substrate 9 and the zone 5 of the activated gas in the direction of the arrows can be ensured.
Bei der dritten Alternative C in Fig. 4 weist das feste Substrat 9 die Form einer langen Folie auf und das aktivierbare Gas 1 und das Arbeitsgas 3 haben eine gemeinsame Zuleitung, die auf dem Körper der Elektrode 6 angeordnet ist, deren größere Seite in der Richtung quer zu der langen Folie steht. In der Elektrode 6 sind in Längsrichtung eine Reihe von Düsen 2 ausgeführt, quer zur Länge und zur Bewegung des festen Substrats 9 in Form einer langen Folie.In the third alternative C in FIG. 4, the solid substrate 9 has the shape of a long film and the activatable gas 1 and the working gas 3 have a common lead, which is arranged on the body of the electrode 6, the larger side of which is in the direction transverse to the long film. In the electrode 6, a number of nozzles 2 are executed in the longitudinal direction, transversely to the length and to the Movement of the solid substrate 9 in the form of a long sheet.
Die zweite in den Fig. 2 und 3 dargestellte Elektrode 8 könnte in der Anordnung gemäß Fig. 4 eine der Geometrie der ersten Elektrode 6 und dem festen Substrat 9 angepaßte Form aufweisen, mit Vorteilt ist es aber auch möglich, die geerdete Wand der Vakuumkammer gemäß Fig. 3 oder sogar das eigentlich feste Substrat 9 zu nutzen.The second electrode 8 shown in FIGS. 2 and 3 could be in the arrangement according to FIG. 4 one of the geometry of the first electrode 6 and the fixed one Substrate 9 have adapted shape, but it is also possible with advantage that the grounded wall of the vacuum chamber according to FIG. 3 or even the actually solid substrate 9 to use.
Der Verfahrensablauf und die Vorrichtung können wie folgt beschrieben werden: Das gemäß Fig. 1 aktivierbare Gas 1 wird in den Bereich 4 der Erzeugung des Plasmas durch die Düse 2 eingelassen, wodurch eine Strömung des Gases erzielt wird, das gegenüber dem zirkulierenden Arbeitsgas 3 einen erhöhten Druck aufweist. Dieser erhöhte Druck stellt bei gewissen, für die einzelnen Gase spezifischen Werten, eine Herabsetzung der Ionisierung dar und das Gas wird lediglich in die geforderten elektrisch neutralen Zustände mit einer hohen chemischen Aktivität dissoziiert oder angeregt. Bei Stickstoff z. B. ist dies das hochaktivierte 4 Atom im Grundzustand N /4S/. Im Bereich 4 der Plasmaerzeugung bildet sich deshalb die Zone 5 des aktivierten Gases aus, das dort eine hohe chemische Aktivität aufweist und wobei die Zone überdies durch die Ausrichtung der Düse 2 gut ausrichtbar und lokalisierbar ist. Das Arbeitsgas 3 kann in den Bereich der Plasmaerzeugung unabhängig vom Einlassen des aktivierbaren Gases 1 eingespeist werden, vorteilhaft kann aber auch das Einlassen des Arbeitsgases 3 zusammen mit dem aktivierbaren Gas 1 sein.The process sequence and the device can be described as follows The gas 1, which can be activated according to FIG. 1, is in the area 4 of the generation of the plasma is admitted through the nozzle 2, whereby a flow of the gas is achieved which is opposite to the circulating working gas 3 an increased Has pressure. This increased pressure represents with certain, for the individual gases specific values represent a reduction in ionization and the gas only becomes into the required electrically neutral states with a high chemical activity dissociated or excited. For nitrogen z. B. this is the highly activated 4 atom in the basic state N / 4S /. In area 4 of the plasma generation, the Zone 5 of the activated gas, which has a high chemical activity there and wherein the zone can moreover be easily aligned by the alignment of the nozzle 2 and is localizable. The working gas 3 can be used independently in the area of plasma generation are fed in from the admission of the activatable gas 1, but can be advantageous also be the admission of the working gas 3 together with the activatable gas 1.
Gemaß Fig. 2 werden für die Erzeugung des Plasmas zwei Elektroden 6, 8 benutzt, die an die elektrische Quelle 13 für die Plasmaerzeugung angeschlossen sind. Das Plasma entsteht in dem Gemisch des Arbeitsgases 3 und des aktivierbaren Gases 1, das in den Bereich 4 der Plasmagenerierung durch die Düse 2 eingeleitet wird, die direkt in der ersten Elektrode 6 ausgebildet ist, wodurch ein Einlassen des aktivierbaren Gases 1 in den Bereich der intensivsten Plasmaerzeugung erzielt und durch die Düse 2 ein geeigneter überdruck des aktivierbaren Gases erreicht wird, so daß sich eine relativ gut abgegrenzte Zone 5 der elektrisch neutralen Teilchen des aktivierten Gases mit einer hohen chemischen Aktivität ausbildet. Die Dimensionen der Zone 5 des aktivierten Gases können durch die durchfließende Menge des aktivierbaren Gases 1, die Größe der Düse 2, die Leistung der elektrischen Quelle 13, den Gesamtdruck der Gase in der Vakuumkammer 7, das Verhältnis der Durchflußmengen des aktivierbaren Gases 1 und des nichtaktivierbaren Arbeitsgases 3 usw. geändert werden. Das feste Substrat 9 wird in den Bereich 4 der Plasmaerzeugung in Reichweite der Zone 5 des aktivierten Gases derart untergebracht, daß sich auf seiner Oberfläche durch die plasmochemische Reaktion eine dünne Schicht 10 ausbildet. Für die Gestaltung der Dicke und der Eigenschaften der Schicht 10 auf dem festen Substrat 9 wird dieses in das Einspannelement des Bewegungsmechanismus 11 befestigt, mit Hilfe dessen seine Lage hinsichtlich der Zone 5 des aktivierten Gases geändert werden kann.According to FIG. 2, two electrodes are used to generate the plasma 6, 8 used, which are connected to the electrical source 13 for plasma generation are. The plasma arises in the mixture of the working gas 3 and the activatable gas Gas 1, which is introduced into the area 4 of the plasma generation through the nozzle 2 which is formed directly in the first electrode 6, thereby causing letting of the activatable gas 1 achieved in the area of the most intensive plasma generation and a suitable overpressure of the activatable gas is achieved through the nozzle 2, so that there is a relatively well delimited zone 5 of the electrically neutral particles of the activated gas with a high chemical activity. The dimensions Zone 5 of the activated gas can be controlled by the amount of the activatable gas flowing through Gas 1, the size of the nozzle 2, the power of the electrical source 13, the total pressure the Gases in the vacuum chamber 7, the ratio of the flow rates of the activatable Gas 1 and the non-activatable working gas 3, etc. can be changed. The solid Substrate 9 is in the area 4 of the plasma generation in range of the zone 5 of the activated gas housed so that on its surface by the plasmochemical reaction forms a thin layer 10. For the design of the Thickness and the properties of the layer 10 on the solid substrate 9 will be this fixed in the clamping element of the movement mechanism 11, with the help of its Location with respect to zone 5 of the activated gas can be changed.
Gemäß Fig. 3 wird eine elektrodenlose Erzeugung des Plasmas mit Hilfe des Kopplungselements 14 an der äußeren Wand der Vakuumkammer 7 benutzt. Das aktivierbare Gas 1 wird in den Bereich der Plasmaerzeugung 4 durch die Düse 2 eingeleitet, mit deren Hilfe lokal der geforderte Überdruck erreicht und eine Aktivierung des Gases 1 in dem elektrisch neutralen Bereich 5 mit einer erhöhten chemischen Aktivität erreicht werden kann. Das feste Substrat 9 wird wiederum in die Reichweite der Zone 5 mit Möglichkeit seiner Bewegung mit Hilfe des Bewegungsmechanismus 11 situiert. Eine gegenseitige Bewegung des Substrats 9 und der Zone 5 kann auch durch Verbindung der Düse 2 und des Bewegungsmechanismus 11 oder durch gleichzeitige Bewegung der Düse 2 und des festen Substrats 9 erzielt werden.According to FIG. 3, an electrodeless generation of the plasma is made with the aid of the coupling element 14 on the outer wall of the vacuum chamber 7 is used. The activatable Gas 1 is introduced into the area of the plasma generation 4 through the nozzle 2, with the help of which reaches the required overpressure locally and activates the gas 1 in the electrically neutral region 5 with an increased chemical activity can be reached. The solid substrate 9 is in turn within reach of the zone 5 with the possibility of its movement with the aid of the movement mechanism 11. A mutual movement of the substrate 9 and the zone 5 can also be achieved by connection the nozzle 2 and the moving mechanism 11 or by moving the Nozzle 2 and the solid substrate 9 can be achieved.
Gemäß Fig. 4 werden in allen drei Alternativen das aktivierbare Gas 1 und das Arbeitsgas 3 gleichzeitig und gemeinsam, zwecks Verbesserung der Lokalisierung der Reaktionen, eingeleitet. Die Möglichkeiten der gegenseitigen Bewegung des festen Substrats 9 und der Zone 5 des aktivierten Gases sind durch Pfeile gekennzeichnet.According to FIG. 4, the activatable gas in all three alternatives 1 and the working gas 3 at the same time and together, for the purpose of improving the localization of the reactions. The possibilities of mutual movement of solid substrate 9 and the zone 5 of the activated gas are indicated by arrows.
Ein Beispiel der Nutzung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist die Abscheidung von Siliziumnitridschichten in einer Hochfrequenzentladung, wobei das aktivierbare Gas Stickstoff, das Arbeitsgas ein Argon beigemischtes Silan, gegebenenfalls ein Gemisch aus Silan, Argon und Stickstoff ist. Bei dem Einlassen aller Gase durch eine gemeinsame Düse entsteht ein eng ausgerichteter Bereich eines elektrisch neutralen und chemisch aktiven strömenden Gases in dem zirkulierenden Plasma. Bei den Wechselwirkungen mit der Oberfläche des festen Substrats fällt eine Schicht von Siliziumnitrid mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit größenordnungsmäßig in Einheiten von Mikrometern pro Minute an; diese Geschwindigkeit überschreitet um das Mehrfache die Geschwindigkeit der analogen klassischen Plasmaabscheideverfahren und die Geschwindigkeit der indirekten plasmochemischen Abscheidung um Größenordnungen.An example of the use of the method and the device according to FIG the invention is the deposition of silicon nitride layers in a high-frequency discharge, where the activatable gas is nitrogen, the working gas is a silane mixed with argon, optionally a mixture of silane, argon and nitrogen. When letting in of all gases through a common nozzle creates a tightly aligned area of one electrically neutral and chemically active flowing gas in the circulating Plasma. In the interactions with the surface of the solid substrate, one falls Layer of silicon nitride with a deposition rate of the order of magnitude in units of micrometers per minute; exceeds this speed several times the speed of the analog classical plasma deposition processes and the rate of indirect plasmochemical deposition by orders of magnitude.
Neben Schichten vom Typ des Siliziumnitrids S13 N4 können mit den Verfahren gemäß der Erfindung auch andere Typen von Schichten hergestellt werden, wie z. B. Schichten aus Titannitrid TiN oder Bornitrid BN.In addition to layers of the silicon nitride S13 N4 type, the Method according to the invention also other types of layers are produced, such as B. layers of titanium nitride TiN or boron nitride BN.
Durch geeignete Wahl der Arbeitsgase kann nicht nur ein Abscheiden der Schichten im Bereich der aktivierten Zone erreicht werden, sondern es können auch Ätzeinwirkungen mit einer hohen Ätzgeschwindigkeit erzeugt werden.By a suitable choice of the working gases not only a separation can be achieved of the layers in the area of the activated zone can be reached, but it can etching effects with a high etching speed can also be generated.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS440785A CS246982B1 (en) | 1985-06-17 | 1985-06-17 | Method and apparatus for producing chemically active environment for plasma chemical reactions namely for deposition of thin layers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3620214A1 true DE3620214A1 (en) | 1986-12-18 |
Family
ID=5386747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19863620214 Withdrawn DE3620214A1 (en) | 1985-06-17 | 1986-06-16 | Process and apparatus for creating a chemically active environment for plasmochemical reactions, principally for separating off thin layers |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS246982B1 (en) |
| DE (1) | DE3620214A1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3729347A1 (en) * | 1986-09-05 | 1988-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | PLASMA PROCESSOR |
| DE3810197A1 (en) * | 1987-03-27 | 1988-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | PLASMA MACHINING DEVICE |
| DE3741672A1 (en) * | 1987-12-09 | 1989-06-22 | Asea Brown Boveri | METHOD AND ARRANGEMENT FOR THE SURFACE TREATMENT OF SUBSTRATES |
| DE3936518A1 (en) * | 1989-11-02 | 1991-05-08 | Rieter Ag Maschf | Roving frame conveyor - has at height of flyer rail away from servicing side for bobbins and sleeves |
| EP0727508A1 (en) * | 1995-02-16 | 1996-08-21 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. | Method and apparatus for treatment of substrate surfaces |
| DE19722624A1 (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-03 | Je Plasmaconsult Gmbh | Device for producing a large number of low-temperature plasma jets |
| EP1050395A2 (en) * | 1999-05-05 | 2000-11-08 | Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. | Open uv/vuv excimer radiator and method for surface modification of polymers |
| US6448565B1 (en) | 1999-07-13 | 2002-09-10 | Perkin Elmer Bodenseewerk Gmbh | Unit for a plasma atomizer device with plasma gas-supply means, sample atomizer means and sample injection means |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE9403988L (en) * | 1994-11-18 | 1996-04-01 | Ladislav Bardos | Apparatus for generating linear arc discharge for plasma processing |
-
1985
- 1985-06-17 CS CS440785A patent/CS246982B1/en unknown
-
1986
- 1986-06-16 DE DE19863620214 patent/DE3620214A1/en not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3729347A1 (en) * | 1986-09-05 | 1988-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | PLASMA PROCESSOR |
| DE3810197A1 (en) * | 1987-03-27 | 1988-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | PLASMA MACHINING DEVICE |
| DE3741672A1 (en) * | 1987-12-09 | 1989-06-22 | Asea Brown Boveri | METHOD AND ARRANGEMENT FOR THE SURFACE TREATMENT OF SUBSTRATES |
| DE3936518A1 (en) * | 1989-11-02 | 1991-05-08 | Rieter Ag Maschf | Roving frame conveyor - has at height of flyer rail away from servicing side for bobbins and sleeves |
| DE3936518C2 (en) * | 1989-11-02 | 2001-10-11 | Rieter Ag Maschf | Leader machine |
| EP0727508A1 (en) * | 1995-02-16 | 1996-08-21 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. | Method and apparatus for treatment of substrate surfaces |
| DE19722624A1 (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-03 | Je Plasmaconsult Gmbh | Device for producing a large number of low-temperature plasma jets |
| DE19722624C2 (en) * | 1997-05-30 | 2001-08-09 | Je Plasmaconsult Gmbh | Device for producing a large number of low-temperature plasma jets |
| EP1050395A2 (en) * | 1999-05-05 | 2000-11-08 | Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. | Open uv/vuv excimer radiator and method for surface modification of polymers |
| EP1050395A3 (en) * | 1999-05-05 | 2001-07-11 | Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. | Open uv/vuv excimer radiator and method for surface modification of polymers |
| US6448565B1 (en) | 1999-07-13 | 2002-09-10 | Perkin Elmer Bodenseewerk Gmbh | Unit for a plasma atomizer device with plasma gas-supply means, sample atomizer means and sample injection means |
| DE19932630C2 (en) * | 1999-07-13 | 2003-12-04 | Perkin Elmer Bodenseewerk Zwei | Unit for a plasma atomization device with plasma gas supply device, sample atomizing device and sample injection device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS246982B1 (en) | 1986-11-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0625218B1 (en) | Process and device for surface-modification by physico-chemical reactions of gases or vapours on surfaces, using highly-charged ions | |
| DE3234100C2 (en) | Plasma arc device for applying coatings | |
| DE1621599C2 (en) | Device for removing impurities from a metallic layer applied to a semiconductor body in the area of small openings in an insulating layer by cathode sputtering | |
| EP2206417B1 (en) | Method and device for treatment or coating of surfaces | |
| DE69216637T2 (en) | METHOD FOR TREATING THE SURFACE OF A WORKPIECE | |
| EP0432528B1 (en) | Process for the production of hard carbon layers and apparatus for carrying out the process | |
| EP0349556A1 (en) | Process and device for the surface treatment of semiconductors by particle bombardment. | |
| DE3235868A1 (en) | DEVICE FOR APPLYING THIN LAYERS FROM VAPOR REACTING PLASMA | |
| DE102009048397A1 (en) | Atmospheric pressure plasma process for producing surface modified particles and coatings | |
| DE69203127T2 (en) | Process for treating a substrate surface, for example, by spraying a plasma flow and device for carrying out the process. | |
| DE2412928A1 (en) | DEVICE FOR THE PRODUCTION OF THIN MINERAL LAYERS | |
| EP0881865B1 (en) | Device for producing a plurality of low temperature plasma jets | |
| DE3620214A1 (en) | Process and apparatus for creating a chemically active environment for plasmochemical reactions, principally for separating off thin layers | |
| EP2262929B1 (en) | Method for the electrochemical coating of a substrate by brush plating and device for carrying out said method | |
| DE102004029081A1 (en) | Device for processing a substrate by means of at least one plasma jet | |
| DE3048441A1 (en) | DRYING NET | |
| DE2835136C2 (en) | ||
| DE2138339A1 (en) | Method and device for finishing, reworking or cleaning tips by electron bombardment | |
| DD271776A1 (en) | DEVICE FOR GAS SUPPLY AND REMOVAL FOR THE GAS PHASE PROCESSING OF WORKPIECES | |
| DE2135207A1 (en) | Tool for electrolytic drilling of holes | |
| EP0425623B1 (en) | Process for applying ceramic material | |
| DE102020107514A1 (en) | Galvanic growth of nanowires | |
| CH680420A5 (en) | ||
| DE1539691C2 (en) | Method for starting up the arc of a plasma jet generator and device for carrying it out | |
| DE2143085A1 (en) | Method and device for drilling a side channel branching off from a channel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |