WO2008135516A2 - Gasversorgungssystem und verfahren zur bereitstellung eines gasförmigen abscheidungsmediums - Google Patents

Gasversorgungssystem und verfahren zur bereitstellung eines gasförmigen abscheidungsmediums Download PDF

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WO2008135516A2
WO2008135516A2 PCT/EP2008/055385 EP2008055385W WO2008135516A2 WO 2008135516 A2 WO2008135516 A2 WO 2008135516A2 EP 2008055385 W EP2008055385 W EP 2008055385W WO 2008135516 A2 WO2008135516 A2 WO 2008135516A2
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gas supply
reaction chamber
medium
deposition
supply device
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Oliver Nöll
Tobias Kleyer
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Stein, Ralf
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    • 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
    • C23C16/448—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 characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4485—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 characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation without using carrier gas in contact with the source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • C23C16/455—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 characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber

Definitions

  • the invention relates to a gas supply system for a vapor deposition reaction chamber.
  • Vapor phase deposition is essentially a physical one
  • Vapor Deposition Process PVD
  • Chemical Vapor Deposition CVD
  • 0 CVD Chemical Vapor Deposition
  • CVD Physical Vapor Deposition
  • the different CVD methods are differentiated according to the type of activation.
  • the supply of energy can either thermally or by means of a plasma, such as in the PECVD process (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), take place.
  • a thin layer is deposited by chemical reaction as in the CVD process, except that in the case of the PECVD process, the coating process is additionally supported by a plasma.
  • a plasma for this purpose, a strong electric field is applied in the reaction chamber between the substrate to be coated and a counterelectrode, by means of which a plasma is ignited. The plasma causes a breakdown of the bonds of a gaseous
  • Deposition medium also called reaction gas
  • Deposition medium also called reaction gas
  • the PECVD process can achieve a higher deposition rate at a simultaneously lower deposition temperature than with the CVD method.
  • the deposition media to be used are already in the gas phase and can thus be easily introduced from the outside of the reaction chamber gas supply system in the reaction chamber and fed to the plasma.
  • reaction gases At room temperature in the gaseous state of matter present deposition media are called reaction gases below.
  • reaction gases for the preparation of a carbonaceous coating such as e.g. DLC ("diamond like carbon")
  • the carbonaceous gases acetylene (C2H2) or methane gas in question, for example, the gaseous tetramethylsilane (TMS) is suitable for the production of a silicate coating.
  • Carbon and / or silicates are constructed. Here would be e.g. To name semiconductor metals, which applied in thin layers on a carrier material to develop special properties. For these materials are usually not gaseous at room temperature
  • Deposition media i. no reaction gases containing the material in question and / or making them available.
  • the object is achieved by a gas supply system with the features of claim 1 and by a method for providing a gaseous deposition medium having the features of claim 10.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. It should be noted that any value ranges which are limited by numerical values are always to be understood as including the numerical values mentioned.
  • a gas supply system for a vapor deposition reaction chamber which has a gas supply means, wherein the gas supply means comprises at least one heating element for heating a solid or liquid deposition medium at room temperature and for transferring the deposition medium into the gas phase. Further, the gas supply system has a gas supply means for transporting the vaporized deposition medium from the gas supply means into the vapor deposition reaction chamber.
  • room-temperature solid or liquid deposition medium will be replaced by the term “deposition medium” hereinafter.
  • Gas supply device is a solid at room temperature or liquid deposition medium heated so far that it can be converted into the gas phase. It is therefore virtually vaporized (liquid - gaseous transition), sublimated (solid - gaseous transition) or first melted (solid - liquid transition) and then vaporized.
  • the gas supply device has at least one heating element, preferably a plurality of heating elements for faster heating, which may preferably be designed as infinitely variable heating spirals.
  • At least one heating element is provided both in the evaporator unit and in the supply line and the valve.
  • the gas supply device transported from the gas supply device in the gas phase deposition reaction chamber.
  • the gas supply device preferably has a tubular conduit which connects the gas supply device with the reaction chamber and preferably extends into the interior of the reaction chamber.
  • the deposition medium, until the time it is in the reaction chamber, at the evaporation temperature of the respective Separation medium is kept so that the deposition medium can not go back to the liquid state or the solid state during transport due to heat losses from the gaseous state.
  • Deposition medium is evaporated, into the reaction chamber, without causing a cooling of the deposition medium, which would cause the deposition medium again goes into the liquid or solid phase, so that a homogeneous feed is no longer possible and also the supply lines through may clog the eventually solidified deposition medium.
  • the transport of the deposition media which at
  • the gas phase deposition reaction chamber is a PECVD Chamber (plasma enhanced vapor deposition) acts.
  • a plasma is ignited in the reaction chamber, through which the gases introduced are ionized and accelerated.
  • the temperature in the reaction chamber remains moderate, and usually exceeds 250 0 C, preferably 120 0 C, not. For this reason, an accurate temperature management of the transferred into the gas phase deposition medium is required in this embodiment, since at the comparatively low temperatures in such a system - unlike eg in CVD systems with very high temperatures of ⁇ 500 0 C - otherwise the risk of Condensation of the deposition medium exists, which on the one hand would affect the coating process and on the other hand could damage the supplying devices (valves, bushings, etc.).
  • the gas supply device has a sealing element at the transition to the gas phase deposition reaction chamber.
  • the latter prevents heat transfer between the gas supply or the tubular conduit and the reaction chamber.
  • the sealing element is preferably preferably frictionally applied at the transition region between the gas supply device or tubular conduit and the reaction chamber via the outer peripheral surface of the gas supply device or the raw-shaped line.
  • the sealing element is arranged such that it effects a pneumatic and thermal seal between the outer peripheral surface of the gas supply and the tubular conduit and the wall of the reaction chamber.
  • the gas supply device and the gas supply device are designed as a continuous temperature-controlled and / or thermally insulated continuum.
  • Conduit made of an insulating material and / or can be heated along the line.
  • Coating process can be hardly heated, such as substrates made of plastics, such as PP, PC or ABS, the reaction chamber for the coating process is not or only slightly heated, so that it is possible that the gaseous deposition medium has a higher temperature when entering the reaction chamber , as the temperature of the reaction chamber itself.
  • the sealing element advantageously prevents heat transfer, so that, on the one hand, the reaction chamber in the transition region is not heated by the gas supply device and, on the other hand, the lower one Temperature of the reaction chamber is not delivered to the tubular conduit and thus to the gaseous deposition medium, which would cause a disadvantageous decrease in temperature of the heated, gaseous deposition medium.
  • the sealing element consequently achieves a thermal and airtight seal.
  • Evaporating temperature is above the room temperature, outside the reaction chamber in a gaseous state and feed via a gas supply device in the gaseous state in the reaction chamber, without that in the
  • the deposition medium is preferably from the transition to the gaseous state in the gas supply device into the
  • Reaction chamber maintained at a substantially constant temperature. This is also a homogeneous feed of deposition media whose evaporation temperature is above room temperature, possible.
  • the gas supply system according to the invention also significantly increases the performance.
  • Gas supply device has its own vacuum system for generating a negative pressure. Likewise, however, it may be provided that in the gas supply device via the gas supply means a negative pressure is applied, which corresponds to that of the reaction chamber.
  • the procedure is such that, when the valve is open, a negative pressure is generated in the gas supply device via the gas supply device before the medium is heated. After generating a defined negative pressure, the valve is closed. Since, due to the reduced pressure, the vapor pressure of the separation medium is increased and thus the evaporation or sublimation temperature decreases, the separation medium must be heated to a relatively lower temperature.
  • Gas supply device are brought by sole heating with the valve closed under normal pressure in the gas phase and then fed in gaseous form the evacuated process chamber via valves.
  • titanium, silicon, gallium, indium, molybdenum, copper, selenium cadmium or zinc should be applied to a material.
  • These materials have u.A. Semiconductor properties, and they unfold, applied in thin layers on a substrate, special properties.
  • reaction gas a deposition medium which is present in gaseous form at room temperature.
  • Suitable media include the media listed in the following table:
  • the separating media to be used are preferably metal-organic compounds. Such compounds are characterized in that one or several organic radicals or compounds are bonded directly to a metal atom.
  • the prerequisite is that the respectively selected Abscheidemedium is present at room temperature in solid or liquid state and at a temperature of at most 1500 0 C, preferably 1000 0 C (possibly when a negative pressure) placed in the vapor phase and so the subsequent PECVD method can be supplied.
  • the literature discloses many solid or liquid compounds at room temperature which contain one or more of the above-mentioned materials.
  • titanium isopropoxide Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] 4
  • the boiling point at 1.333 Pa (10 mmHg) is 218 ° C.
  • the method is also suitable for
  • As materials come for example also the elements Al, Sb, As, Ba, Be, Bi, B, Ge, Au, Hf, Ir,
  • organometallic plating media for these materials which must meet the above aggregate and sublimation conditions, are found e.g. in the catalog "Metal Organics for Material Polymer Technology” of ABCR GmbH, 76151 Düsseldorf, the content of which is to be added to the disclosure content of this application in its entirety.
  • Gas phase deposition reaction chamber a valve (34) for controlling the feed of the gaseous
  • Deposition medium (20) provided.
  • the valve is arranged along the tubular conduit, preferably in the region shortly before the feed of the deposition medium into the reaction chamber.
  • the valve is preferably designed as a needle valve and, in a further preferred embodiment, has one or more heating elements.
  • Gas supply device and the gas phase deposition reaction chamber is provided a valve for controlling the pressure conditions between the two devices.
  • Said needle valve is shown for example in FIG. 2 and has considerable advantages compared to conventionally used metering devices such as mass flow controllers (MFC). So mass flow controllers are not able to ensure constant temperatures over the entire gas path occupied by you.
  • MFC mass flow controllers
  • the said needle valve can be made extremely heat resistant, so that it
  • the said needle valve is therefore particularly advantageous when the vapor deposition reaction chamber is a PECVD chamber in which, in contrast to the above-mentioned CVD method, the temperature in the reaction chamber remains moderate (see above) Deposition medium may need to be heated to very high temperatures.
  • the needle valve prevents the mentioned temperature fluctuations and thus allows an accurate temperature management of the vapor phase transferred to the deposition medium, moreover, it is able - different e.g. as an MFC - the u.U. to survive the required high temperatures of the separation medium.
  • the passage opening for example the valve bore
  • the passage opening can be matched to the respective deposition medium to be used.
  • a larger passage opening can be chosen than for deposition media with comparatively low molecular or atomic weights.
  • the valve is at the same temperature as the flowing gaseous deposition medium, in particular on the
  • Evaporation temperature of the deposition medium adjusted so that the deposition medium can not cool when flowing through the valve.
  • the volume flow of the flowing into the reaction chamber gaseous
  • Deposition medium regulated, so that an accurate metering of the inflowing into the reaction chamber deposition medium for optimum coating is made possible.
  • Unit of measure here is usually the size "sccm.” This abbreviation stands for
  • valve has a dual role in this constellation, since it serves on the one hand, the pressure conditions between the reaction chamber and Gas supply device to regulate and on the other hand acts as a control unit for a defined gas flow.
  • both a valve can be used for both tasks, as well as a variant with two different valves for the respective tasks are used.
  • a metered valve is not always required. to use a simple tap.
  • a valve which can be dosed as precisely as possible and possibly with a control unit is required.
  • gas flow values between 10 sccm and 1000 sccm are applicable.
  • the sealing element is an element, preferably a ring, of PTFE
  • the PTFE ring is preferably non-positively and airtight to the outer peripheral surface of the tubular conduit.
  • PTFE has a high mechanical and thermal resistance and a high chemical resistance, in addition, there is a low coefficient of thermal conductivity.
  • the gas supply device further comprises a preferred embodiment, a first container and a second container disposed in the first container, wherein in the first container, the heating element and a transmission medium for transmitting the heat emitted by the heating element are provided to the second container and in the second Container the deposition medium is provided.
  • the deposition medium there is preferably only one deposition medium in each case in the second container, so that in a gas supply system it is not possible for undesired mutual influencing of different deposition media to occur between them.
  • the outer surface of the second container is arranged at a certain distance, for example between 1.8 and 2.5 cm, to the inner surface of the first container.
  • a transfer medium which is either in liquid form or as a solid, is provided.
  • the transfer medium is heated by the one or more in the first container also arranged heating elements to the evaporation temperature required for the respective deposition medium and kept constant at this temperature.
  • a transmission medium may preferably be used oil, tin or copper. The important thing is that the temperature of the heating elements and the transmission medium is adjusted so that the transmission medium can not reach its own evaporation temperature.
  • the suitable transfer medium is therefore selected depending on the evaporation temperature of the deposition medium. If, for example, deposition media whose evaporation temperature is below 200 ° C. are heated, oil is preferably used as the transfer medium. On the other hand, if deposition media whose evaporation temperature is above 200 ° C. are heated, a metal such as tin or copper is preferably used.
  • the deposition medium is arranged, which is heated by the heat emitted from the transfer medium to the second container so far that the deposition medium can go into the gaseous state.
  • the inner volume of the inner container for the substance to be evaporated is preferably between 0.1 liter and 5 liters. More preferably, the volume is between 0.5 liter and 2 liters
  • Both the first container and the second container is further preferably hermetically sealed with a lid.
  • a negative pressure prevails in the second container, so that the deposition medium transferred into the gaseous state can flow into the gas supply device via preferably a tubular conduit projecting into the interior of the second container.
  • the first container and the second container made of a stainless steel, whereby a particularly good and efficient heat transfer from the transfer medium to the deposition medium is achieved via the wall of the second container.
  • the invention further relates to a system for a
  • Gas phase deposition reaction chamber with two or more in series and / or parallel gas supply systems.
  • the gas supply systems can be trained and educated as described above. By interconnecting two or more gas supply systems, it is possible to transfer several deposition media into the gas phase simultaneously or in parallel in separate gas supply means and to feed the reaction chamber, so that on the substrate
  • Multilayer layers ie layers of multiple deposition media, can be deposited. This makes it possible, for example, to deposit Cu (In, Ga) Se 2 layers (CIGS layers) in a particularly homogeneous grid on a substrate, so that higher performance data can be achieved. These CIGS layers are particularly suitable for the production of solar cells.
  • doping of the deposition medium are easy to implement and can be applied to the substrate as desired.
  • Possible dopants include, for example, proportions of aluminum, zinc or tin as an admixture the substance to be evaporated, or in an additional evaporator unit to produce the inclusion of this additional substance in the deposition on the substrate. This may be advantageous, for example, for the generation of a conductivity in the case of an otherwise insulating glass layer.
  • two or more deposition media are provided in a gas supply device. This is particularly useful when the evaporation temperatures and / or vapor pressures of the deposition media used are similar or the same.
  • the invention relates to a method for
  • Gas supply device is transported from the gas supply device to the vapor deposition reaction chamber and the deposition medium is fed in the gaseous state in the vapor deposition reaction chamber.
  • deposition media which are in the liquid or solid state at room temperature
  • a gaseous state preferably outside a CVD reaction chamber or a PECVD reaction chamber
  • feed these into the reaction chamber in the heated, gaseous state without the gaseous deposition medium losing heat during transport to the reaction chamber, which would result in detrimental recycling to the solid or liquid state of the deposition medium.
  • Gas supply means and the reaction chamber is due to at least one, provided there sealing element no heat transfer from the reaction chamber to the gas supply device or vice versa instead.
  • the reaction chamber unlike the gas supply device, has a lower temperature, so that it is important that it is at the transition of the Gas supply to the reaction chamber due to the colder reaction chamber can not come to a loss of heat of the gaseous deposition medium.
  • the individual atoms of the deposition medium are split off and the atoms can be deposited individually on the substrate. In the reaction chamber, therefore, no further heat supply for the deposition medium longer necessary.
  • the temperatures in the evaporator are naturally adapted to the boiling or sublimation of the respective substances
  • the feed temperature is dependent on the evaporation temperature of the respective deposition medium used. It is important that the temperature of the deposition medium is adjusted so that the deposition medium in a gaseous state can be fed into the reaction chamber.
  • the temperature of the transfer medium to be set via the heating element is preferably adapted to the evaporation temperature of the deposition medium.
  • different transmission media can be used.
  • the transfer medium is selected so that the evaporation temperature of the transfer medium is higher than the evaporation temperature of the deposition medium. If the transmission medium were to be vaporized, unwanted splitting of the deposition medium would already occur due to vibrations caused by the resulting bubbles within the gas supply device.
  • oil or a metal preferably a low-melting metal
  • oil or a metal is preferably used as the transfer medium. If, for example, deposition media whose evaporation temperature is below 200 ° C. are heated, oil is preferably used as the transfer medium. If, on the other hand, deposition media whose evaporation temperature is above 200 ° C. are heated, a metal is preferably used.
  • Tin or copper are preferably used here. Particular preference is given here tin (232 0 C), lead (327 0 C), zinc (420 0 C), but also copper (1083 0 C). In particular, for environmental reasons, tin and copper are particularly preferably used.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a sectional view of an inventive
  • Fig. 2 is a schematic representation of a
  • FIG. 3A is a schematic representation of a side sectional view of a sealing element according to the invention.
  • FIG. 3B is a schematic representation of the sealing element according to the invention in a section along the section line BB (front view) in FIG. 3A
  • FIG. 3C shows a schematic representation of the sealing element according to the invention in a section along the section line CC (rear view) shown in FIG. 3A
  • FIG. 3B is a schematic representation of the sealing element according to the invention in a section along the section line BB (front view) in FIG. 3A
  • FIG. 3C shows a schematic representation of the sealing element according to the invention in a section along the section line CC (rear view) shown in FIG. 3A
  • Figs. 4 and 5 each show a schematic representation of a gas phase deposition reaction chamber, as well
  • Fig. 6 A cross-sectional view through the door of a vapor deposition reaction chamber with gas supply means according to the invention arranged thereon.
  • FIG. 1 shows a gas supply device 10 which has a first container 12 and a second container 14 arranged in the first container 12.
  • a gas supply device 10 which has a first container 12 and a second container 14 arranged in the first container 12.
  • the first container 12 are a first container 12 and a second container 14 arranged in the first container 12.
  • the first container 12 are a first container 12 and a second container 14 arranged in the first container 12.
  • Heating element 16 and a transmission medium 18 is arranged.
  • oil or a metal, such as tin or copper, may be used as the transfer medium 18.
  • the second container 14 contains a deposition medium 20 which is in liquid or solid form at room temperature.
  • a deposition medium 20 is always contained, so that it can not lead to an undesired mutual influence of different deposition media with each other.
  • Both the first container 12 and the second container 14 are hermetically sealed with a lid 22, which can be fixed in position for example by means of screws 24.
  • a tubular conduit 26 for transporting the heated, transferred in the gaseous state deposition medium 20 to the gas supply means, a temperature sensor 28 and a pressure gauge 30 are provided.
  • the transmission medium 18 is at a, to the evaporation temperature of the
  • Deposition medium 20 adapted temperature heated.
  • the transfer medium 18 should thereby reach a temperature which is above the evaporation temperature of the deposition medium 20.
  • the heat of the heated transfer medium 18 is transferred via the container wall of the second container 14 to the deposition medium 20, this is heated to at least its evaporation temperature and is thereby converted into the gaseous state.
  • the heated, gaseous deposition medium 20 leaves the second container 14 via a tubular conduit 26 and enters the gas supply device.
  • both the heating element 16 and the temperature sensor 28 is connected to a control unit 32.
  • valve 34 is preferably designed as a needle valve. So that the gaseous deposition medium 20 does not cool within the valve 34, a heating element 36 and a temperature sensor 38 for optimum temperature adjustment of the heating element 36 are provided within the valve 34. With the help of the valve 34, the supply of the desired volume flow of the gaseous deposition medium 20 is optimally controlled in the reaction chamber.
  • the heated gaseous deposition medium 20 is transported via preferably a tubular conduit to the reaction chamber 48 shown in FIG. So that the deposition medium 20 can not cool down at the transition from the gas supply device into the reaction chamber 48, a sealing element 40 for thermal and airtight sealing is preferably arranged on the outer peripheral surface of the tubular conduit.
  • the sealing element 40 is, as shown in FIGS. 3A, 3B and 3C, preferably a PTFE ring, which can be easily sealed with its inner surface 42 on the tubular conduit.
  • the front outer surface 44 of the PTFE ring 40 is preferably formed trapezoidal.
  • the rear outer surface 46 of the PTFE ring 40 which can be at least partially introduced into the opening of the reaction chamber, is also preferably cylindrical.
  • the PTFE ring 40 can be so frictionally in the inlet opening of Reaction chamber between the tubular conduit and the wall of the reaction chamber are attached.
  • FIG. 4 further shows a gas phase deposition reaction chamber 48, preferably a PECVD chamber, in which a PTFE ring 40 is arranged in the inlet opening in the reaction chamber 48.
  • a gas phase deposition reaction chamber 48 preferably a PECVD chamber, in which a PTFE ring 40 is arranged in the inlet opening in the reaction chamber 48.
  • Fig. 5 also shows a vapor deposition reaction chamber 50, preferably a PECVD chamber, in a frontal view; this has in the embodiment shown 9 sealable inlet openings, to which a variety of feed devices can be connected.
  • a vapor deposition reaction chamber 50 preferably a PECVD chamber
  • the three feed devices 51 arranged centrally in the vertical direction are used.
  • Fig. 6 shows the plan view of a section along the line A - A 'in Fig. 5. Shown is the door 52 of a vapor deposition reaction chamber 53 with the centrally located feed means 51 and three gas supply means 54 - 56 arranged thereon according to the invention
  • gas supply devices each have an unillustrated needle valve and a tube extending into the vapor deposition reaction chamber.
  • Said needle valve is heat resistant, so that it withstands temperatures up to 600 0 C, unlike an MFC, which does not survive these temperatures.
  • the various gas supply devices connected in parallel are required, in particular, when a coating with several deposition medium solid or liquid at room temperature. should take place, for example, sequentially or simultaneously. This may be necessary in particular in the production of solar cells.
  • a gas supply system as described above having an inner volume of 2000 ml, 650 g of titanium isopropoxide (Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] 4) are added.
  • the gas supply system is connected via a gas supply device according to the invention to a PECVD chamber (model name), in which a flat workpiece (60 x 60 cm, thickness 5 mm) made of tempered glass.
  • the PECVD chamber is evacuated to a residual pressure of 0.1 Pa measured. Since the valve arranged in the region of the gas supply device is closed, pressure conditions are created in the gas supply system independently of the plasma chamber.
  • the inner container of the gas supply system is heated by means of an oil bath. At the given
  • Pressure ratio is the separation medium from a temperature of 140 0 C in the gas phase.
  • the transition can be read on the pressure clock, since with the evaporation, ie an increased gas content in the closed container, the pressure increases, relative to the outlet pressure after filling the evaporator. Later, at least this temperature is maintained in the evaporator. In addition, a negative pressure is generated during later opening of the valve and the atmosphere compensation to the chamber. This additionally lowers the boiling point of the layer material and thus ensures the permanent supply of this in the gaseous state.
  • an inert shielding gas is introduced into the plasma chamber.
  • Argon Ar
  • a gas is supplied, which is required for the desired type of deposition of titanium.
  • hydrogen gas H2
  • RF field bias voltage: 250 V, frequency: 13.7 MHz
  • Gas supply device is opened so far that a gas flow of 100 sccm can be maintained.
  • the gas now flows through the heat continuum of the gas supply device and the gas supply device into the plasma chamber.
  • the effects of the plasma ionize the constituents of the gaseous layer material and split the chemical compound of the titanium isopropoxide. While other components of the compound react with hydrogen ions and are sucked off in a neutral form, the titanium ions are positively charged and are accelerated to the substrate, which is connected as a cathode, that is to say negatively. In this case, titanium ions strike the surface of the workpiece to be coated at high speed and are neutralized by the electrons there and deposit firmly on the substrate surface.

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Abstract

Ein Gasversorgungssystem für eine Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer (48), insbesondere für eine CVD-Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer oder für eine PECVD-Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer, weist eine Gasversorgungseinrichtung (10) auf, wobei die Gasversorgungseinrichtung mindestens ein Heizelement (16) zum Erwärmen eines Abscheidungsmediums (20) und zur Überführung des Abscheidungsmediums in die Gasphase aufweist. Ferner weist das Gasversorgungssystem eine Gaszufuhreinrichtung zum Transport des gasförmigen Abscheidungsmediums von der Gasversorgungseinrichtung in die Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer auf, wobei die Gaszufuhreinrichtung am Übergang zur Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer ein Abdichtungselement (40) aufweist. Dadurch ist es möglich, ein Gasversorgungssystem für eine Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer zur Verfügung zu stellen, welches auch bei Abscheidungsmedien, die bei Raumtemperatur nicht im gasförmigen Zustand vorliegen, eine homogene Einspeisung in die Reaktionskammer ermöglicht.

Description

Gasversorgungssystem und Verfahren zur Bereitstellung eines gasförmigen Abscheidungsmediums !0
Die Erfindung betrifft ein Gasversorgungssystem für eine Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer .
15 Gasphasenabscheidungsverfahren unterscheidet man im Wesentlichen in physikalische
Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD-Verfahren) und chemische Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) . 0 CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition) sind Beschichtungsprozesse, bei denen in einer Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer aus der Gasphase durch chemische Reaktion eine feste, sehr dünne Schicht auf einer Substratoberfläche abgeschieden wird. 5
Im Gegensatz zu PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) , bei denen festes Material durch Verdampfen oder Zerstäuben in die Gasphase überführt wird, werden bei den CVD-Verfahren leicht flüchtige, im gasförmigen
30 Zustand vorliegende, Edukte benötigt, die durch Zuführung von Energie in einer Reaktionskammer zur Reaktion gebracht werden. Die verschiedenen CVD-Verfahren werden nach Art der Aktivierung unterschieden. Die Zuführung der Energie kann entweder thermisch oder mittels eines Plasmas, wie beispielsweise beim PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition), erfolgen.
Beim PECVD-Verfahren erfolgt eine Abscheidung von dünnen Schichten durch chemische Reaktion wie beim CVD- Verfahren, nur dass beim PECVD-Verfahren der Beschichtungsprozess zusätzlich durch ein Plasma unterstützt wird. Dazu wird in der Reaktionskammer zwischen dem zu beschichtenden Substrat und einer Gegenelektrode ein starkes elektrisches Feld angelegt, durch das ein Plasma gezündet wird. Das Plasma bewirkt ein Aufbrechen der Bindungen eines gasförmigen
Abscheidungsmediums, auch Reaktionsgas genannt, und zersetzt dieses in einzelne Radikale, die sich auf dem Substrat niederschlagen und dort die chemische Abscheidereaktion bewirken. Auf Grund des Plasmas kann beim PECVD-Verfahren eine höhere Abscheiderate bei einer gleichzeitig geringeren Abscheidetemperatur als mit dem CVD-Verfahren erreicht werden.
Grundsätzlich ist es Voraussetzung für die Abscheidung eines bestimmten Materials, dass dieses in einem gasförmigen Aggregatzustand verfügbar gemacht werden kann. Auf diese Weise befinden sich die zu verwendenden Abscheidungsmedien bereits in der Gasphase und können so leicht aus dem außerhalb der Reaktionskammer liegenden Gasversorgungssystem in die Reaktionskammer eingeleitet und dem Plasma zugeführt werden. Bei Raumtemperatur in gasförmigem Aggregatzustand vorliegende Abscheidungsmedien werden im Folgenden Reaktionsgase genannt.
Die Auswahl von Substanzen, die bei Raumtemperatur im gasförmigen Zustand vorliegen, ist jedoch recht begrenzt. So kommen als Reaktionsgase für die Herstellung einer kohlenstoffhaltigen Beschichtung, wie z.B. DLC („Diamond like carbon"), die kohlenstoffhaltigen Gase Acetylen (C2H2) oder Methangas in Frage. Für die Herstellung einer Silkikatbeschichtung kommt z.B. das gasförmige Tetramethylsilan (TMS) in Frage.
Es besteht jedoch ein erheblicher Bedarf an Beschichtungen, die nicht oder nicht ausschließlich aus
Kohlenstoff und/oder Silikaten aufgebaut sind. Hier wären z.B. Halbleitermetalle zu nennen, die in dünnen Schichten auf ein Trägermaterial aufgebracht besondere Eigenschaften entfalten. Für diese Materialien stehen in der Regel keine bei Raumtemperatur gasförmigen
Abscheidungsmedien, d.h. keine das betreffende Material aufweisenden und/oder verfügbar machenden Reaktionsgase zur Verfügung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Gasversorgungssystem für eine Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches dazu geeignet ist, auch solche Materialien, für die keine bei Raumtemperatur gasförmigen Reaktionsgase zur Verfügung stehen, für die Gasphasenabscheidung verfügbar zu machen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Gasversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Bereitstellung eines gasförmigen Abscheidungsmediums mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei ist zu beachten, dass etwaige Wertebereiche, die durch Zahlenwerte begrenzt sind, immer einschließlich der genannten Zahlenwerte zu verstehen sind.
Demnach ist ein Gasversorgungssystem für eine Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer vorgesehen, die eine Gasversorgungseinrichtung aufweist, wobei die Gasversorgungseinrichtung mindestens ein Heizelement zum Erwärmen eines bei Raumtemperatur festen oder flüssigen Abscheidungsmediums und zur Überführung des Abscheidungsmediums in die Gasphase aufweist. Ferner weist das Gasversorgungssystem eine Gaszufuhreinrichtung zum Transport des in die Gasphase überführten Abscheidungsmediums von der Gasversorgungseinrichtung in die Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer .
Der Einfachheit halber wird im folgenden der Begriff „bei Raumtemperatur festes oder flüssiges Abscheidungsmedium" durch den Begriff „Abscheidungsmedium" ersetzt. In
Abgrenzung hierzu wird, wie oben bereits erwähnt, der Begriff „bei Raumtemperatur gasförmiges Abscheidungsmedium" durch den Begriff „Reaktionsgas" ersetzt .
In der erfindungsgemäßen außerhalb der Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer, im Folgenden Reaktionskammer genannt, angeordneten
Gasversorgungseinrichtung wird ein bei Raumtemperatur festes oder flüssiges Abscheidungsmedium soweit erhitzt, dass es in die Gasphase überführt werden kann. Es wird also gleichsam verdampft (Übergang flüssig - gasförmig) , sublimiert (Übergang fest - gasförmig) oder zunächst geschmolzen (Übergang fest - flüssig) und dann verdampft.
Zur Erzeugung der dafür benötigten Wärme weist die Gasversorgungseinrichtung mindestens ein Heizelement, vorzugsweise mehrere Heizelemente zur schnelleren Aufheizung auf, welche bevorzugt als stufenlos regelbare Heizspiralen ausgebildet sein können.
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, das sowohl in der Verdampfereinheit als auch in der Zuleitung sowie dem Ventil jeweils mindestens ein Heizelement vorgesehen ist.
Nach der Überführung in den gasförmigen Zustand wird das Abscheidungsmedium über die erfindungsgemäße
Gaszufuhreinrichtung von der Gasversorgungseinrichtung in die Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer transportiert. Die Gaszufuhreinrichtung weist dafür vorzugsweise eine rohrförmige Leitung auf, welche die Gasversorgungseinrichtung mit der Reaktionskammer verbindet und vorzugsweise bis in den Innenraum der Reaktionskammer hineinreicht. Wichtig bei dem Transport des gasförmigen Abscheidungsmediums von der Gasversorgungseinrichtung bis hinein in die Reaktionskammer ist, dass das Abscheidungsmedium, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem es sich in der Reaktionskammer befindet, auf der Verdampfungstemperatur des jeweiligen Abscheidungsmediums gehalten wird, so dass das Abscheidungsmedium nicht während des Transportes auf Grund von Wärmeverlusten von dem gasförmigen Zustand wieder in den flüssigen Zustand oder den festen Zustand übergehen kann.
Mit der erfindungsgemäßen Merkmalskombination wird also ermöglicht, dass Abscheidungsmedien, die bei Raumtemperatur in fester oder flüssiger Form vorliegen, bevor sie in die Reaktionskammer geleitet werden, zunächst verdampft oder sublimiert werden. Problematisch bei der Verwendung von Abscheidungsmedien, die vor Eintritt in die Reaktionskammer in den gasförmigen Zustand überführt werden müssen, ist der Transport von dem Bereich außerhalb der Reaktionskammer, wo das
Abscheidungsmedium verdampft wird, bis hinein in die Reaktionskammer, ohne dass es zu einer Abkühlung des Abscheidungsmediums kommt, was bewirken würde, dass das Abscheidungsmedium wieder in die flüssige oder feste Phase übergeht, so dass eine homogene Einspeisung nicht mehr möglich ist und zudem die Zuführungsleitungen durch das eventuell festgewordene Abscheidungsmedium verstopfen können. Insbesondere bei Beschichtungsprozessen, bei denen die Reaktionskammer nicht aufgeheizt ist, ist der Transport der Abscheidungsmedien, welche bei
Raumtemperatur nicht im gasförmigen Zustand vorliegen, insbesondere im Übergang zu der Reaktionskammer, problematisch. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch das vorgesehene Heizelement gelöst.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass es sich bei der Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer um eine PECVD- Kammer (Plasma Enhanced Vapor Deposition) handelt. Hier wird in der Reaktionskammer ein Plasma gezündet, durch das die eingeleiteten Gase ionisiert und beschleunigt werden .
Im Gegensatz zu den oben bereits erwähnten CVD-Verfahren bleibt bei PECVD-Verfahren die Temperatur in der Reaktionskammer moderat, und überschreitet in der Regel 250 0C, bevorzugt 1200C, nicht. Aus diesem Grunde ist bei dieser Ausgestaltung ein genaues Temperaturmanagement des in die Gasphase überführten Abscheidungsmediums erforderlich, da bei den vergleichsweise geringen Temperaturen in einem solchen System - anders als z.B. bei CVD-Systemen mit sehr hohen Temperaturen von < 5000C - ansonsten die Gefahr des Auskondensierens des Abscheidungsmediums besteht, was einerseits den Beschichtungsprozess beeinträchtigen würde und andererseits die zuführenden Einrichtungen (Ventile, Durchführungen etc.) beschädigen könnte.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Gaszufuhreinrichtung am Übergang zur Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer ein Abdichtungselement aufweist. Letzteres verhindert einen Wärmeübergang zwischen der Gaszufuhreinrichtung bzw. der rohrförmigen Leitung und der Reaktionskammer. Das Abdichtungselement ist dabei vorzugsweise am Übergangsbereich zwischen der Gaszufuhreinrichtung bzw. rohrförmigen Leitung und der Reaktionskammer über der Außenumfangsflache der Gaszufuhreinrichtung bzw. der rohförmigen Leitung vorzugsweise kraftschlüssig aufgebracht. Im Öffnungsbereich der Reaktionskammer, durch welche die rohrförmige Leitung in den Innenraum der Reaktionskammer führt, ist das Abdichtungselement derart angeordnet, dass es eine pneumatische und thermische Abdichtung zwischen der Außenumfangsflache der Gaszufuhreinrichtung bzw. der rohrförmigen Leitung und der Wand der Reaktionskammer bewirkt.
Besonders bevorzugt ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Gasversorgungseinrichtung und die Gaszuführeinrichtung als ein durchgehend temperiertes und/oder thermisch isoliertes Kontinuum ausgelegt sind.
Auf diese Weise wird verhindert, dass während des
Transportes möglichst keine Abkühlung des verdampften bzw. sublimierten Abscheidungsmediums stattfinden kann. Beispielsweise ist hier vorgesehen, dass die rohrförmige
Leitung aus einem isolierenden Material und/oder entlang der Leitung beheizbar ist.
Insbesondere bei der Beschichtung von Substraten, welche auf Grund ihrer Struktur während des
Beschichtungsprozesses kaum erwärmt werden können, wie beispielsweise Substrate aus Kunststoffen, wie PP, PC oder ABS, wird die Reaktionskammer für den Beschichtungsvorgang nicht oder nur kaum erwärmt, so dass es möglich ist, dass das gasförmige Abscheidungsmedium beim Eintritt in die Reaktionskammer eine höhere Temperatur aufweist, als die Temperatur der Reaktionskammer selber. Durch das Abdichtungselement wird dabei vorteilhafterweise eine Wärmeübertragung verhindert, so dass zum einen die Reaktionskammer im Übergangsbereich durch die Gaszufuhreinrichtung nicht aufgeheizt wird und, dass zum anderen die niedrigere Temperatur der Reaktionskammer nicht an die rohrförmige Leitung und damit an das gasförmige Abscheidungsmedium abgegeben wird, was eine nachteilige Temperaturabsenkung des erwärmten, gasförmigen Abscheidungsmediums bewirken würde. Durch das Abdichtungselement wird demzufolge eine thermische und luftdichte Abdichtung erreicht.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es somit möglich, ein bei Raumtemperatur in flüssigem oder festen Zustand vorliegendes Abscheidungsmedium, dessen
Verdampfungstemperatur über der Raumtemperatur liegt, außerhalb der Reaktionskammer in einen gasförmigen Zustand zu überführen und über eine Gasversorgungseinrichtung im gasförmigen Zustand in die Reaktionskammer einzuspeisen, ohne dass es bei dem
Transport des gasförmigen Abscheidungsmediums zu einem Wärmeverlust des Abscheidungsmediums kommen kann. Das Abscheidungsmedium wird vorzugsweise ab der Überführung in den gasförmigen Zustand in der Gasversorgungseinrichtung bis hinein in die
Reaktionskammer auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten. Damit ist auch eine homogene Einspeisung von Abscheidungsmedien, deren Verdampfungstemperatur über Raumtemperatur liegt, möglich. Durch das erfindungsgemäße Gasversorgungssystem wird zudem die Leistungsfähigkeit erheblich gesteigert.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die
Gasversorgungseinrichtung ein eigenes Unterdrucksystem zur Erzeugung eines Unterdrucks aufweist. Ebenso kann jedoch vorgesehen sein, dass in der Gasversorgungseinrichtung über die Gaszufuhreinrichtung ein Unterdruck angelegt wird, der dem der Reaktionskammer entspricht .
Für einige Abscheidemedien wird dabei so vorgegangen, dass bei offenem Ventil über die Gaszufuhreinrichtung ein Unterdruck in der Gasversorgungseinrichtung erzeugt wird, bevor das Medium erhitzt wird. Nach Erzeugen eines definierten Unterdrucks wird das Ventil geschlossen. Da aufgrund des erniedrigten Drucks der Dampfdruck des Abscheidemediums erhöht wird und damit die Verdampfungsoder Sublimationstemperatur sinkt, muß das Abscheidemedium auf eine relativ niedrigere Temperatur erhitzt werden.
Substanzen mit niedrigem Siede- oder Sublimationspunkt können ohne vorherige Evakuierung der
Gasversorgungseinrichtung durch alleinige Erwärmung bei geschlossenem Ventil unter Normaldruck in die Gasphase gebracht werden und dann gasförmig der evakuierten Prozesskammer definiert über Ventile zugeführt werden.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass Titan, Silizium, Gallium, Indium, Molybdän, Kupfer, Selen Cadmium oder Zink auf ein Material aufgebracht werden sollen. Dies Materialien weisen u.A. Halbleiter-Eigenschaften auf, und sie entfalten, in dünnen Schichten auf ein Trägermaterial aufgebracht, besondere Eigenschaften.
Diese Materialien können in den meisten Fällen nicht in Form eines bei Raumtemperatur gasförmig vorliegenden Abscheidemediums („Reaktionsgas") verfügbar gemacht werden . Als Abscheidemedien kommen u.a. die in der folgenden Tabelle aufgelisteten Medien in Frage:
Figure imgf000013_0001
Tabelle 1
Grundsätzlich kommen jedoch alle weiteren bei Raumtemperatur festen oder flüssigen Verbindungen in Frage, die eines oder mehrere der oben genannten
Materialien enthalten und die sich unter den genannten Bedingungen in die Gasphase überführen lassen.
Bevorzugt handelt es sich bei den zu verwendenden Abscheidemedien um Metall-Organische Verbindungen. Solche Verbindungen sind dadurch charakterisiert, dass ein oder mehrere organische Reste bzw. Verbindungen direkt an ein Metallatom gebunden sind.
Voraussetzung dabei ist, dass das jeweils gewählte Abscheidemedium bei Raumtemperatur in festem oder flüssigem Aggregatzustand vorliegt und bei einer Temperatur von maximal 1500 0C, bevorzugt 1000 0C (ggf. bei Anlage eines Unterdrucks) in die Dampfphase gebracht und so dem nachfolgenden PECVD-Verfahren zugeführt werden kann.
Aus der Literatur sind viele bei Raumtemperatur feste oder flüssige Verbindungen bekannt, die eines oder mehrere der oben genannten Materialien enthalten. Für Titanisopropoxid (Ti [OCH (CH3) 2] 4) weiß man z.B., dass der Siedepunkt bei 1,333 Pa (10 mmHg) 218°C beträgt.
Für viele der anderen Materialien sind die Siede- und/oder Sublimationspunkte, insbesondere bei Unterdruckbedingungen, nicht bekannt. Die Erfinder haben daher in aufwendigen Voruntersuchungen geeignet erscheinende Verbindungen aus der Literatur ermittelt und dann auf ihre Verwendbarkeit getestet.
Zudem sind verschiedene Mischungen dieser
Abscheidungsmedien möglich, die dann gemeinsam in einem Verdampfer oder in mehreren parallel oder in Reihe geschalteten Verdampfern in die Gasphase gebracht werden.
Grundsätzlich eignet sich das Verfahren auch zur
Abscheidung weiterer Materialien als die in der obigen Liste aufgeführt sind. Als Materialien kommen z.B. auch die Elemente Al, Sb, As, Ba, Be, Bi, B, Ge, Au, Hf, Ir,
Fe, Pb, Li, Mg, Mn, Hg, Ni, Nb, Pd, Pt, K, Ce, Dy, Er,
Eu, Gd, Ho, La, Lu, Nd, Pr, Sm, Sc, Tb, Tm, Yb, Y, Re,
Rh, Rb, Ru, Ag, Sn, Na, Zr, Te und Tl in Frage.
Bevorzugte organometallische Abscheidemedien für diese Materialien, die die obigen Bedingungen in Bezug auf Aggregatzustand und Sublimations- bzw. Siedepunkte erfüllen müssen, finden sich z.B. in dem Katalog "Metal Organics for Material Polymer Technology" der ABCR GmbH, 76151 Karlsruhe, dessen Inhalt dem Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung vollumfänglich hinzugefügt werden soll.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der Gasversorgungseinrichtung und der
Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer ein Ventil (34) zur Regelung der Einspeisung des gasförmigen
Abscheidungsmediums (20) vorgesehen. Das Ventil ist dabei entlang der rohrförmigen Leitung, vorzugsweise in dem Bereich kurz vor der Einspeisung des Abscheidungsmediums in die Reaktionskammer angeordnet. Das Ventil ist vorzugsweise als Nadelventil ausgebildet und weist in einer weiteren Bevorzugten Ausführungsform ein oder mehrere Heizelemente auf.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass zwischen der
Gasversorgungseinrichtung und der Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer ein Ventil zur Regelung der Druckverhältnisse zwischen beiden Einrichtungen vorgesehen ist. Das besagte Nadelventil ist z.B. in Fig. 2 gezeigt und weist im Vergleich zu herkömmlicherweise verwendeten Zudosierungseinrichtungen, wie z.B. Mass-Flow-Controllern (MFC) oder erhebliche Vorteile auf. So sind Mass Flow Controller nicht in der Lage, über den gesamten von Ihnen belegten Gasweg konstante Temperaturen zu gewährleisten.
Untersuchungen der Anmelder haben ergeben, dass ein durch einen Mass Flow Controller geleitetes und reguliertes Gas Temperaturschwankungen von bis zu ±20C und höher erfährt. Dies kann insbesondere bei vergleichsweise geringen Reaktionstemperaturen, wie sie z.B. in einer PECVD-Kammer herrschen, zum Auskondensieren von Abscheidungsmedium führen, was zu den oben bereits erwähnten Nachteilen führt. Insbesondere besteht die Gefahr, dass ein solcher Mass-Flow-Controller dann verstopft und funtkionsuntüchtig wird.
Hinzu kommt, dass das besagte Nadelventil äußerst hitzebeständig ausgeführt sein kann, so dass es
Temperaturen bis 600 0C übersteht, anders als ein MFC, der diese Temperaturen nicht übersteht.
Dies kann vorteilhaft sein bei Abscheidungsmedien, die im erfindungsgemäßen Gasversorgungssystem auf sehr hohe
Temperaturen erhitzt werden müssen, um in die Gasphase überzugehen .
Aufgrund der Hitzebeständigkeit des Nadelventils können solche Medien das Ventil bei besagter Temperatur passieren und kühlen erst stromabwärts des Ventils, d.h. in der Reaktionskammer, wo vorzugsweise ein Hochvakuum herrscht und ein Auskondensieren nicht mehr zu befürchten ist, ab.
Das besagte Nadelventil ist daher insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei der Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer um eine PECVD-Kammer handelt, bei welcher im Gegensatz zu den oben bereits erwähnten CVD-Verfahren die Temperatur in der Reaktionskammer moderat bleibt (siehe oben), und das Abscheidungsmedium ggf. auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden muß. Das Nadelventil verhindert die erwähnten Temperaturschwankungen und ermöglicht so ein genaues Temperaturmanagement des in die Gasphase überführten Abscheidungsmediums, darüber hinaus ist es in der Lage - anders z.B. als ein MFC - die u.U. erforderlichen hohen Temperaturen des Abscheidemediums zu überstehen .
Hinzu kommt, dass bei besagtem Nadelventil die Durchgangsöffnung, beispielsweise die Ventilbohrung, auf das jeweils zu verwendende Abscheidungsmedium abgestimmt werden kann. So kann für Abscheidungsmedien mit vergleichsweise hohen Molekular- bzw. Atomgewichten eine größere Durchgangsöfffnung gewählt sein als für Abscheidungsmedien mit vergleichsweise geringen Molekular- bzw. Atomgewichten.
Aus folgender Tabelle gehen beispielhafte Gewichts- und Größenbeziehungen hervor:
Figure imgf000018_0001
Vorzugsweise ist dabei das Ventil auf die gleiche Temperatur wie das durchströmende gasförmige Abscheidungsmedium, insbesondere auf die
Verdampfungstemperatur des Abscheidungsmediums, eingestellt, so dass das Abscheidungsmedium beim Durchströmen des Ventils nicht abkühlen kann. Mit Hilfe des Ventils wird der Volumenstrom des in die Reaktionskammer einströmenden gasförmigen
Abscheidungsmediums, geregelt, so dass eine genaue Dosierung des in die Reaktionskammer einströmenden Abscheidungsmediums für eine optimale Beschichtung ermöglicht wird. Maßeinheit ist hier in der Regel die Größe „sccm". Dieses Kürzel steht für
„Standardkubikzentimeter pro Minute" und stellt einen normierten Volumenstrom dar. Unabhängig von Druck und Temperatur wird mit dieser Norm eine definierte strömende Gasmenge (Teilchenzahl) pro Zeiteinheit erfasst. Ein sccm ist ein Gasvolumen von V = I cm3 = 1 ml unter
Normbedingungen (T = 20 0C und p = 1013,25 hPa) .
Das bereits erwähnte Ventil weist in dieser Konstellation eine Doppelrolle auf, da es einerseits dazu dient, die Druckverhältnisse zwischen Reaktionskammer und Gasversorgungseinrichtung zu regeln und andererseits als Regeleinheit für einen definierten Gasfluss fungiert. In der praktischen Umsetzung kann sowohl ein Ventil für beide Aufgaben genutzt werden, als auch eine Variante mit zwei verschiedenen Ventilen für die jeweiligen Aufgaben angewandt werden.
So ist z.B. für die Regelung der Druckverhältnisse zwischen Reaktionskammer und Gasversorgungseinrichtung nicht in jedem Falle ein dosierbares Ventil erforderlich, Hier könnte z.B. ein einfacher Hahn Verwendung finden. Für die Regeleinheit für einen definierten Gasfluss ist hingegen ein möglichst genau dosierbares Ventil mit ggf. einer Kontrolleinheit erforderlich.
Für alle Gase sind grundsätzlich Bereiche Gasflusswerte zwischen 10 sccm und 1000 sccm anwendbar.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Abdichtungselement um ein Element, vorzugsweise einen Ring, aus PTFE
(Polytetrafluorethylen) . Der PTFE-Ring liegt vorzugsweise kraftschlüssig und luftdicht an der Außenumfangsflache der rohrförmigen Leitung an.
PTFE weist eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit sowie eine hohe chemische Resistenz, Hinzu kommt ein geringer Wärmeleitungskoeffizient.
Grundsätzlich eignen sich jedoch auch andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften in Bezug auf mechanische und thermische Belastbarkeit sowie ggf. chemische Resistenz und Wärmeleitungskoeffizient. Hier kommen z.B. plastische Kunststoffe in Frage, aber auch hochschmelzende Thermoplasten. Ebenso kommen Keramik- und Glasmaterialien in Frage. Diese lassen sich durch Aufbringen entsprechender Schliffe dicht gestalten.
Die Gasversorgungseinrichtung weist ferner nach einer bevorzugten Ausgestaltung einen ersten Behälter und einen in dem ersten Behälter angeordneten zweiten Behälter auf, wobei in dem ersten Behälter das Heizelement und ein Übertragungsmedium zur Übertragung der von dem Heizelement abgegebenen Wärme an den zweiten Behälter vorgesehen sind und in dem zweiten Behälter das Abscheidungsmedium vorgesehen ist. Dabei befindet sich vorzugsweise lediglich jeweils ein Abscheidungsmedium in dem zweiten Behälter, damit es in einem Gasversorgungssystem nicht zu einer unerwünschten gegenseitigen Beeinflussung unterschiedlicher Abscheidungsmedien untereinander kommen kann. Erfindungsgemäß ist die Außenfläche des zweiten Behälters in einem bestimmten Abstand, beispielsweise zwischen 1,8 und 2,5 cm, zu der Innenfläche des ersten Behälters angeordnet. In dem ersten Behälter zwischen der Innenfläche des ersten Behälters und der Außenfläche des zweiten Behälters ist ein Übertragungsmedium, welches entweder in flüssiger Form oder als Feststoff vorliegt, vorgesehen. Das Übertragungsmedium wird von dem oder den in dem ersten Behälter ebenfalls angeordneten Heizelementen auf die für das jeweilige Abscheidungsmedium benötigte Verdampfungstemperatur erwärmt und konstant auf dieser Temperatur gehalten. Als Übertragungsmedium kann vorzugsweise Öl, Zinn oder Kupfer eingesetzt werden. Wichtig dabei ist, dass die Temperatur des oder der Heizelemente und des Übertragungsmediums so eingestellt wird, dass das Übertragungsmedium nicht seine eigene Verdampfungstemperatur erreichen kann. Das geeignete Übertragungsmedium wird daher in Abhängigkeit der Verdampfungstemperatur des Abscheidungsmediums ausgesucht. Werden beispielsweise Abscheidungsmedien, deren Verdampfungstemperatur unterhalb von 2000C liegt, erwärmt, wird vorzugsweise Öl als Übertragungsmedium eingesetzt. Werden hingegen Abscheidungsmedien, deren Verdampfungstemperatur oberhalb von 2000C liegt, erwärmt, wird vorzugsweise ein Metall, wie beispielsweise Zinn oder Kupfer, verwendet.
In dem zweiten Behälter ist das Abscheidungsmedium angeordnet, welches durch die von dem Übertragungsmedium an den zweiten Behälter abgegebenen Wärme so weit erwärmt wird, dass das Abscheidungsmedium in den gasförmigen Zustand übergehen kann. Das Innenvolumen des inneren Behälters für die zu verdampfende Substanz beträgt bevorzugt zwischen 0,1 Liter und 5 Liter. Besonders bevorzugt beträgt das Volumen zwischen 0,5 Liter und 2 Liter
Sowohl der erste Behälter als auch der zweite Behälter ist ferner vorzugsweise mit einem Deckel luftdicht verschlossen. In dem zweiten Behälter herrscht ein Unterdruck, so dass das in den gasförmigen Zustand überführte Abscheidungsmedium über vorzugsweise eine in den Innenraum des zweiten Behälters ragende rohrförmige Leitung in die Gaszufuhreinrichtung strömen kann.
Dadurch, dass in dem zweiten Behältern ein Unterdruck herrscht, wird zudem eine schnellere Erwärmung des Abscheidungsmediums erreicht.
Vorzugsweise bestehen der erste Behälter und der zweite Behälter aus einem Edelstahl, wodurch eine besonders gute und effiziente Wärmeübertragung von dem Übertragungsmedium an das Abscheidungsmedium über die Wand des zweiten Behälters erreicht wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage für eine
Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer mit zwei oder mehr hintereinander und/oder parallel zueinander geschalteten Gasversorgungssystemen. Die Gasversorgungssysteme können dabei wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein. Durch das Zusammenschalten von zwei oder mehr Gasversorgungssystemen ist es möglich, mehrere Abscheidungsmedien gleichzeitig oder parallel in voneinander getrennten Gasversorgungseinrichtungen in die Gasphase zu überführen und die Reaktionskammer einzuspeisen, so dass auf dem Substrat
Multilayerschichten, d.h. Schichten aus mehreren Abscheidungsmedien, abgeschieden werden können. Dadurch ist es zum Beispiel möglich Cu (In, Ga) Se2-Schichten (CIGS- Schichten) in einem besonders homogenen Gitter auf einem Substrat abzuscheiden, so dass höhere Leistungsdaten erreicht werden können. Diese CIGS-Schichten sind insbesondere zur Herstellung von Solarzellen geeignet.
Auch Dotierungen des Abscheidungsmediums sind leicht realisierbar und können nach Belieben auf das Substrat aufgebracht werden. Mögliche Dotierungen sind z.B. Anteile von Aluminium, Zink oder Zinn als Beimengung bei der zu verdampfenden Substanz, oder in einer zusätzlichen Verdampfereinheit, um bei der Abscheidung auf dem Substrat die Einschlüsse dieser zusätzlichen Substanz zu erzeugen. Dies kann z.B. für die Erzeugung einer Leitfähigkeit bei einer sonst isolierenden Glasschicht von Vorteil sein.
Alternativ kann natürlich vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Abscheidungsmedien in einer Gasversorgungseinrichtung vorgesehen sind. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn die Verdampfungstemperaturen und/oder Dampfdrücke der verwendeten Abscheidungsmedien ähnlich oder gleich sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Bereitstellung eines gasförmigen Abscheidungsmediums für eine Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer, bei dem insbesondere unter Verwendung eines wie vorstehend aus- und weitergebildeten Gasversorgungssystems oder unter Verwendung einer wie vorstehend aus- und weitergebildeten Anlage, ein bei Raumtemperatur in flüssigem oder festen Zustand vorliegendes Abscheidungsmedium in der Gasversorgungseineinrichtung durch Zufuhr von Wärme in die Gasphase überführt wird und das gasförmige Abscheidungsmedium unter Verwendung der
Gaszufuhreinrichtung von der Gasversorgungseinrichtung zu der Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer transportiert wird und das Abscheidungsmedium im gasförmigen Zustand in die Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer eingespeist wird. In Bezug auf die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vollumfänglich auf das erfindungsgemäße Gasversorgungssystem und die erfindungsgemäße Anlage verwiesen .
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhafterweise möglich, Abscheidungsmedien, die bei Raumtemperatur im flüssigen oder festen Zustand vorliegen, außerhalb vorzugsweise einer CVD- Reaktionskammer oder einer PECVD-Reaktionskammer in einen gasförmigen Zustand zu überführen und diese im erwärmten, gasförmigen Zustand in die Reaktionskammer einzuspeisen, ohne dass das gasförmige Abscheidungsmedium beim Transport zu der Reaktionskammer Wärme verlieren kann, was zu einer nachteiligen Rückführung in den festen oder flüssigen Zustand des Abscheidungsmediums führen würde. Insbesondere am Übergang zwischen der
Gaszufuhreinrichtung und der Reaktionskammer findet auf Grund mindestens eines, dort vorgesehenen Abdichtungselementes kein Wärmeübergang von der Reaktionskammer an die Gaszufuhreinrichtung oder umgekehrt statt. Sollen beispielsweise in der Reaktionskammer Substrate beschichtet werden, welche recht wärmeempfindlich sind und daher während des Beschichtungsprozesses nicht oder nur kaum erwärmt werden können, weist die Reaktionskammer im Gegensatz zu der Gaszufuhreinrichtung eine geringere Temperatur auf, so dass es wichtig ist, dass es am Übergang der Gaszufuhreinrichtung zu der Reaktionskammer auf Grund der kälteren Reaktionskammer nicht zu einem Wärmeverlust des gasförmigen Abscheidungsmediums kommen kann. Nach Einbringen des gasförmigen Abscheidungsmediums in die Reaktionskammer werden die einzelnen Atome des Abscheidungsmediums abgespalten und die Atome können einzeln auf dem Substrat abgeschieden werden. In der Reaktionskammer ist daher keine weitere Wärmezufuhr für das Abscheidungsmedium mehr nötig.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können vorteilhafterweise nunmehr eine Vielzahl von Materialien beim CVD- oder PECVD-Verfahren als Abscheidungsmedium beziehungsweise als Beschichtungsmedium, welche nicht bei Raumtemperatur in der Gasphase vorliegen, eingesetzt werden .
Die Temperaturen im Verdampfer sind dabei naturgemäß den Siede- bzw. Sublimationspunkten der jeweiligen Substanzen angepasst
Die Einspeisungstemperatur ist dabei von der Verdampfungstemperatur des jeweilig verwendeten Abscheidungsmediums abhängig. Wichtig dabei ist, dass die Temperatur des Abscheidungsmediums derart eingestellt wird, dass des Abscheidungsmediums in einem gasförmigen Zustand in die Reaktionskammer eingespeist werden kann.
In der Regel werden diese Werte empirisch ermittelt, da die Siede- und/oder Sublimationspunkte der jeweiligen Materialien aus der Literatur in der Regel nicht bekannt sind. Insbesondere gilt das für Bedingungen unterhalb des Normaldrucks .
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung wird das in dem ersten Behälter der Gasversorgungseinrichtung angeordnete Übertragungsmedium über das in dem ersten Behälter angeordnete Heizelement erwärmt und die Wärme des Übertragungsmediums wird an das in dem zweiten Behälter der Gasversorgungseinrichtung angeordnete Abscheidungsmedium abgegeben.
Dabei wird vorzugsweise die über das Heizelement einzustellende Temperatur des Übertragungsmediums an die Verdampfungstemperatur des Abscheidungsmediums angepasst. Abhängig von der Verdampfungstemperatur des Abscheidungsmediums können unterschiedliche Übertragungsmedien eingesetzt werden. Wichtig dabei ist, dass das Übertragungsmediums so ausgewählt wird, dass die Verdampfungstemperatur des Übertragungsmediums höher ist als die Verdampfungstemperatur des Abscheidungsmediums. Würde das Übertragungsmedium zum Verdampfen gebracht werden, würde es auf Grund von Vibrationen durch die dabei entstehenden Blasen innerhalb der Gasversorgungseinrichtung bereits zu einer unerwünschten Aufspaltung des Abscheidungsmediums kommen.
Als Übertragungsmedium wird dabei vorzugsweise Öl oder ein Metall, vorzugsweise ein niedrigschmelzendes Metall verwendet. Werden beispielsweise Abscheidungsmedien, deren Verdampfungstemperatur unterhalb von 2000C liegt, erwärmt, wird vorzugsweise Öl als Übertragungsmedium eingesetzt. Werden hingegen Abscheidungsmedien, deren Verdampfungstemperatur oberhalb von 2000C liegt, erwärmt, wird vorzugsweise ein Metall verwendet. Bevorzugt werden dabei Zinn oder Kupfer verwendet. Bevorzugt werden hier insbesondere Zinn (232 0C) , Blei (327 0C ), Zink (420 0C ), aber auch Kupfer (1083 0C). Insbesondere aus Umweltgründen werden besonders bevorzugt Zinn und Kupfer verwendet.
Abbildungen und Beispiele
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Gasversorgungseinrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ventils,
Fig. 3A eine schematische Darstellung einer seitlichen Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Abdichtungselements,
Fig. 3B eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abdichtungselements in einem Schnitt entlang der in Fig. 3A eingetragenen Schnittlinie B-B (Vorderansicht) , Fig. 3C eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abdichtungselements in einem Schnitt entlang der in Fig. 3A eingetragenen Schnittlinie C-C (Rückansicht) ,
Figs . 4 und 5 jeweils eine schematische Darstellung einer Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer, sowie
Fig. 6 Eine Querschnittsansicht durch die Tür einer Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer mit daran angeordneten erfindungsgemäßen Gasversorgungseinrichtungen.
In Fig. 1 ist eine Gasversorgungseinrichtung 10 dargestellt, welche einen ersten Behälter 12 und einen zweiten, in dem ersten Behälter 12 angeordneten, Behälter 14 aufweist. In dem ersten Behälter 12 sind ein
Heizelement 16 und ein Übertragungsmedium 18 angeordnet. Als Übertragungsmedium 18 kann dabei beispielsweise Öl oder ein Metall, wie beispielsweise Zinn oder Kupfer, verwendet werden. Der zweite Behälter 14 enthält ein Abscheidungsmedium 20, welches bei Raumtemperatur in flüssiger oder fester Form vorliegt. In dem Behälter 14 ist jeweils vorzugsweise immer nur ein Abscheidungsmedium 20 enthalten, damit es nicht zu einer unerwünschten gegenseitigen Beeinflussung unterschiedlicher Abscheidungsmedien untereinander kommen kann. Sowohl der erste Behälter 12 als auch der zweite Behälter 14 sind luftdicht mit einem Deckel 22 verschlossen, welcher beispielsweise mit Hilfe von Schrauben 24 in seiner Position fixiert werden kann. Ferner sind in dem zweiten Behälter 14 eine rohrförmige Leitung 26 zum Transport des erwärmten, in den gasförmigen Zustand überführten Abscheidungsmediums 20 zu der Gaszufuhreinrichtung, ein Temperaturmessfühler 28 sowie ein Druckmessgerät 30 vorgesehen .
Mit Hilfe des Heizelements 16 wird das Übertragungsmedium 18 auf eine, an die Verdampfungstemperatur des
Abscheidungsmediums 20 angepasste Temperatur erwärmt. Das Übertragungsmedium 18 sollte dabei eine Temperatur erreichen, die über der Verdampfungstemperatur des Abscheidungsmediums 20 liegt. Die Wärme des erhitzten Übertragungsmediums 18 wird über die Behälterwand des zweiten Behälters 14 an das Abscheidungsmedium 20 übertragen, dieses wird mindestens auf seine Verdampfungstemperatur erwärmt und wird dadurch in den gasförmigen Zustand überführt. Das erwärmte, gasförmige Abscheidungsmedium 20 verlässt über eine rohrförmige Leitung 26 den zweiten Behälter 14 und gelangt in die Gaszufuhreinrichtung.
Um eine optimale Temperatureinstellung in dem ersten Behälter 12 und dem zweiten Behälter 14 zu ermöglichen, ist sowohl das Heizelement 16 als auch der Temperaturfühler 28 mit einer Steuereinheit 32 verbunden.
Nachdem das erwärmte, gasförmige Abscheidungsmedium 20 den zweiten Behälter 14 über die rohrförmige Leitung 26 verlassen hat, strömt es vorzugsweise in ein, wie in Fig. 2 dargestelltes, Ventil 34, welches innerhalb der Gaszufuhreinrichtung angeordnet ist. Das Ventil 34 ist vorzugsweise als Nadelventil ausgestaltet. Damit das gasförmige Abscheidungsmedium 20 innerhalb des Ventils 34 nicht abkühlt, sind innerhalb des Ventils 34 ein Heizelement 36 sowie ein Temperaturfühler 38 zur optimalen Temperatureinstellung des Heizelementes 36 vorgesehen. Mit Hilfe des Ventils 34 wird die Einspeisung des gewünschten Volumenstroms des gasförmigen Abscheidungsmediums 20 in die Reaktionskammer optimal geregelt.
Ausgehend von dem Ventil 34 wird das erwärmte, gasförmige Abscheidungsmedium 20 über vorzugsweise eine rohrförmige Leitung zu der, in Fig. 4 dargestellten, Reaktionskammer 48 transportiert. Damit das Abscheidungsmedium 20 am Übergang von der Gaszufuhreinrichtung in die Reaktionskammer 48 nicht abkühlen kann, ist vorzugsweise auf der Außenumfangsflache der rohrförmigen Leitung ein Abdichtungselement 40 zur thermischen und luftdichten Abdichtung angeordnet.
Das Abdichtungselement 40 ist, wie in Fig. 3A, 3B und 3C gezeigt, bevorzugt ein PTFE-Ring, welcher mit seiner Innenfläche 42 einfach auf die rohrförmige Leitung dichtend aufgezogen werden kann. Die vordere Außenfläche 44 des PTFE-Ringes 40 ist vorzugsweise trapezförmig ausgebildet. Die hintere Außenfläche 46 des PTFE-Ringes 40, welches zumindest teilweise in die Öffnung der Reaktionskammer eingebracht werden kann, ist ferner vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Der PTFE-Ring 40 kann so kraftschlüssig in der Eintrittsöffnung der Reaktionskammer zwischen der rohrförmigen Leitung und der Wand der Reaktionskammer befestigt werden.
In Fig. 4 ist des Weiteren eine Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer 48, bevorzugt eine PECVD-Kammer, dargestellt, bei welcher in der Eintrittsöffnung in der Reaktionskammer 48 ein PTFE-Ring 40 angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt ebenfalls eine Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer 50, bevorzugt eine PECVD-Kammer, in Frontalansicht; diese weist in der gezeigten Ausführungsform 9 abdichtbare Eintrittsöffnungen auf, an welche die verschiedensten Einspeisungseinrichtungen angeschlossen werden können.
Für den Anschluß eines oder mehrere erfindungsgemäßer Gasversorgungssysteme werden bevorzugt die drei in vertikaler Richtung mittig angeordneten Einspeisungseinrichtungen 51 verwendet.
Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Linie A - A' in Fig. 5. Dargestellt ist die Tür 52 einer Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer 53 mit den mittig angeordneten Einspeisungseinrichtungen 51 sowie drei daran angeordneten erfindungsgemäßen Gasversorgungseinrichtungen 54 - 56. Die
Gasversorgungseinrichtungen weisen insbesondere jeweils ein nicht dargestelltes Nadelventil auf, sowie ein in die Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer hineinreichendes Rohr. Besagte Nadelventil ist hitzebeständig ausgeführt, so dass es Temperaturen bis 600 0C übersteht, anders als ein MFC, der diese Temperaturen nicht übersteht.
Dies kann vorteilhaft sein bei Abscheidungsmedien, die im erfindungsgemäßen Gasversorgungssystem auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden müssen, um in die Gasphase überzugehen .
Aufgrund der Hitzebeständigkeit des Nadelventils können solche Medien das Ventil bei besagter Temperatur passieren und kühlen erst stromabwärts des Ventils, d.h. in der Reaktionskammer, wo vorzugsweise ein Hochvakuum herrscht und ein Auskondensieren nicht mehr zu befürchten ist, ab.
Die verschiedenen, parallel geschalteten Gasversorgungseinrichtungen sind insbesondere dann erforderlich, wenn eine Beschichtung mit mehreren bei Raumtemperatur festen oder flüssigen Abscheidungsmediums . erfolgen soll, beispielsweise nacheinander oder aber gleichzeitig. Dies kann insbesondere bei der Herstellung von Solarzellen erforderlich sein.
Beispiel
In einem Gasversorgungssystem gemäß der obigen Beschreibung, aufweisend ein inneres Volumen von 2000 ml, werden 650 g Titanisopropoxid (Ti [OCH (CH3) 2] 4) gegeben. Das Gasversorgungssystem wird über eine erfindungsgemäße Gaszuführungseinrichtung an eine PECVD- Kammer (Modellname) angeschlossen, in welcher sich ein flächiges Werkstück (60 x 60 cm, Dicke 5 mm) aus gehärtetem Glas befindet. Die PECVD-Kammer wird auf einen Restdruck von gemessenen 0,1 Pa evakuiert. Da das im Bereich der Gaszuführungseinrichtung angeordnete Ventil geschlossen ist, werden in dem Gasversorgungssystem unabhängig von der Plasmakammer Druckverhältnisse geschaffen .
Der innere Behälter des Gasversorgungssystem wird mit Hilfe eines Ölbades erhitzt. Bei den gegebenen
Druckverhältnisssen geht das Abscheidemedium ab einer Temperatur von 140 0C in die Gasphase über.
Der Übergang ist an der Druckuhr ablesbar, da sich mit dem Verdampfen, also einem erhöhtem Gasanteil in dem geschlossenen Behältnis, der Druck erhöht, bezogen zum Ausgangsdruck nach dem Befüllen des Verdampfers. Im späteren Verlauf wird mindestens diese Temperatur im Verdampfer aufrecht erhalten. Zudem wird beim späteren Öffnen des Ventils und dem Atmosphärenausgleich zur Kammer ein Unterdruck erzeugt. Dieser erniedrigt den Siedepunkt des Schichtmaterials zusätzlich und stellt damit auch die dauerhafte Versorgung mit diesem in gasförmigem Zustand sicher.
In die Plasmakammer wird derweil ein inertes Schutzgas eingeleitet. Verwendet wird Argon (Ar) bei einem Gasfluss von 70 sccm. Zusätzlich wird ein Gas zugeführt, welches für die gewünschte Abscheidungsart von Titan benötigt wird. Möchte man eine metallische Schicht erzeugen, so wird Wasserstoffgas (H2) eingeführt. Dessen Gasfluss soll dabei dem Fluss des Schichtmaterials entsprechen, in diesem Beispiel 100 sccm. Sodann wird durch Anlegen eines HF-Feldes (Biasspannung: 250 V, Frquenz: 13.7 MHz) in der Kammer ein Plasma gezündet.
Anschließend wird das Ventil der
Gasversorgungseinrichtung so weit geöffnet, dass ein Gasstrom von 100 sccm eingehalten werden kann. Das Gas strömt nunmehr durch das Wärmekontinuum von Gasversorgungseinrichtung und Gaszuführungseinrichtung in die Plasmakammer.
Durch die Auswirkungen des Plasmas werden die Bestandteile des gasförmigen Schichtmaterials ionisiert und die chemische Verbindung des Titanisopropoxid gespalten. Während andere Bestandteile der Verbindung mit Wasserstoffionen reagieren und in neutraler Form abgesaugt werden, sind die Titanionen positiv geladen und werden auf das als Kathode, also negativ, geschaltete Substrat beschleunigt. Dabei treffen Titanionen mit hoher Geschwindigkeit auf der Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks auf und werden durch die Elektronen dort neutralisiert und scheiden sich fest auf der Substratoberfläche ab.
Auf diese Weise erhält man eine metallische Titanschicht, welche nach einer Beschichtungszeit von 30 min eine Schichtdicke von 2 μm aufweist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Gasversorgungssystem für eine Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer (48), mit
einer Gasversorgungseinrichtung (10), wobei die Gasversorgungseinrichtung mindestens ein Heizelement (16) zum Erwärmen eines bei Raumtemperatur festen oder flüssigen Abscheidungsmediums (20) und zur Überführung des Abscheidungsmediums (20) in die Gasphase aufweist, sowie
mit einer Gaszufuhreinrichtung zum Transport des in die Gasphase überführten Abscheidungsmediums (20) von der Gasversorgungseinrichtung (10) in die Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer (48).
2. Gasversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass es sich bei der Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer um eine PECVD-Kammer handelt.
3. Gasversorgungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhreinrichtung am Übergang zur Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer (48) ein Abdichtungselement (40) aufweist.
4. Gasversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennnzeichnet, dass das Abdichtungselement
am Übergangsbereich zwischen der Gaszufuhreinrichtung und der Reaktionskammer über der Außenumfangsflache der Gaszufuhreinrichtung kraftschlüssig verbunden ist, und/oder
im Öffnungsbereich der Reaktionskammer, durch welche die Gaszufuhreinrichtung in den Innenraum der Reaktionskammer führt, derart angeordnet ist, dass es eine pneumatische und thermische Abdichtung zwischen der Außenumfangsflache der Gaszufuhreinrichtung und der Wand der Reaktionskammer bewirkt .
5. Gasversorgungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die
Gasversorgungseinrichtung und die Gaszuführeinrichtung als ein durchgehend temperiertes und/oder thermisch isoliertes Kontinuum ausgelegt sind.
6. Gasversorgungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gasversorgungseinrichtung und Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer ein Ventil (34) zur Regelung der
Einspeisung des gasförmigen Abscheidungsmediums (20) vorgesehen ist.
7. Gasversorgungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei besagtem Ventil um ein Nadelventil handelt.
8. Gasversorgungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gasversorgungseinrichtung und Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer ein Ventil zur Regelung der Druckverhältnissen zwischen beiden Einrichtungen vorgesehen ist.
9. Gasversorgungssystem einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtungselement (40) ein PTFE-Element, bevorzugt ein PTFE-Ring, ist.
10. Gasversorgungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gasversorgungseinrichtung (10) einen ersten Behälter (12) und einen in dem ersten Behälter (12) angeordneten zweiten Behälter (14) aufweist, wobei in dem ersten Behälter (12) das Heizelement (16) und ein Übertragungsmedium (18) zur Übertragung der von dem
Heizelement (16) abgegeben Wärme an den zweiten Behälter (14) vorgesehen sind und in dem zweiten Behälter (14) das Abscheidungsmedium (20) vorgesehen ist.
11. Gasversorgungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter (12) und der zweite Behälter (14) aus Edelstahl bestehen.
12. Anlage für eine Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer (48) mit zwei oder mehr hintereinander und/oder parallel zueinander geschalteten Gasversorgungssystemen nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer um eine PECVD-Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer handelt.
14. Verfahren zur Bereitstellung eines gasförmigen
Abscheidungsmediums für eine Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer, insbesondere eine PECVD- Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer, bei dem unter Verwendung eines Gasversorgungssystems, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, oder unter Verwendung einer Anlage, insbesondere nach Anspruch 12 - 13, ein bei Raumtemperatur in flüssigem oder festem Zustand vorliegendes Abscheidungsmedium in der Gasversorgungseinrichtung durch Zufuhr von Wärme in die Gasphase überführt wird und das gasförmige Abscheidungsmedium unter Verwendung der
Gaszufuhreinrichtung von der Gasversorgungseinrichtung zu der Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer transportiert wird und das Abscheidungsmedium im gasförmigen Zustand in die Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer eingespeist wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidungsmedium im gasförmigen Zustand mit einer Temperatur größer 1000C, vorzugsweise größer 1500C, besonders bevorzugt größer 2000C, in die Gasphasenabscheidungs-Reaktionskammer eingespeist wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidungsmedium in der Gasversorgungseinrichtung bei einem Unterdruck in die Gasphase überführt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einspeisung des gasförmigen Abscheidungsmediums in die Gasphasenabscheidungs- Reaktionskammer ein Ventil verwendet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem ersten Behälter der
Gasversorgungseinrichtung angeordnete Übertragungsmedium über das in dem ersten Behälter angeordnete Heizelement erwärmt wird und die Wärme des Übertragungsmediums an das in dem zweiten Behälter angeordnete Abscheidungsmedium abgegeben wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die über das Heizelement einzustellende Temperatur des Übertragungsmediums an die Verdampfungstemperatur des Abscheidungsmediums angepasst wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungsmedium Öl oder ein Metall, vorzugsweise Zinn oder Kupfer, verwendet wird.
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