CS227837B1 - Zařízení pro nanášení tenkých vrstev plazmochemickou reakcí z plynné fáze - Google Patents

Description

(54) Zařízení pro nanášení tenkých vrstev plazmochemickou reakcí z plynné fáze i

Vynález ee týká zařízení pro nanášení tenkých vrstev na pevný substrát plazmochemickou reakcí z plynná fáze, probíhající mimo oblast plazmatu, přičemž aktivace reakčních plynů ae provádí plazmatem generovaným povrchovou vysokofrekvenční vlnou, velmi nízká úrovně výkonu a neaktivovaná složka reaktivních plynů se přivádí do oblasti pevného substrátu tak, aby bylo zaručeno jejich rovnomSrné natékání, vzhledem k povrchu pevného substrátu a takto umožněno vytvoření rovnoměrné plošné depozice reakčních produktů ve formš tenké vrstvy na velkých plochách.

Vytváření tenkých vrstev na povrchu pevných substrátů, lze provést různými technologie mi a to, jak ryze chemickými, tak ryze fyzikálními, to znamená naprašovacími a napařovacími systémy.

Zvláštní skupinu tvoří metody využívající plazmo-chemická reakce v plynné fázi, při nichž se pevné substráty umísťují v reakčním prostoru buá přímo v kontaktu s plazmatem vytvořeným ve směsi reagujících plynů nebo mimo plazma, přičemž jeden nebo více plynů se v plazmatu aktivují tak, že při interakci se vhodně zvoleúým reakčním plynem dochází k reak ci a vytvoření produktu ve formě tenké vrstvy deponované na vhodně umístěné pevné substráty. Tato druhá metoda má dvě zásadní přednosti: zaprvé se umístěním pevných substrátů mimo plazma, redukuje možnost jejich radiačního poškození a zadruhé je možno substráty udržovat principiálně na libovolná teplotě.

Volba jednotlivých reakčních plynů a jejich procentuální zastoupení, způsob jejich aktivace v plazmatu a způsob jejich napouštění do reakčního prostoru, rozhodují o druhu vytvářená vrstvy, jejich vlastnostech a rovnoměrnosti nanášení po ploše pevného substrátu, popřípadě sady pevných substrátů na společném stolku.

Přestože princip uvedená metody, je znám více než 10 roků, publikovaná údaje neumožňují konstrukci větších zařízení a rovnoměrnou rychlostí depozice na velká ploěe. Pro aktivaci plynů se používá plazmatu, která se generuje mikrovlnně jednoduchým vlnovodem nebo rezonátorem. Mikrovlnný výkon potřebný pro úSinnou aktivaci plynů přesahuje obvykle hodnotu 0,5 kW v režimu kontinuálního generování a je tudíž z energetického hlediska nároůný.

Nevýhody a nedostatky dosud známých metod a zařízení jeou v nějvitií míře odstraněny, nebo alespoň podstatně zmírněny vynálezem zařízení, pro nenáěení tenkých vratev plazmochemickou reakcí z plynné fáze, probíhající mimo oblast plazmatu, které je vytvořeno z reaktoru, ze zdroje elektrického nepití a z čerpadle.

Podle vynálezu je do prvního ústí reaktoru, které je upraveno v jeho střední části, zasazena trubiae přívodu aktivovaného reakčního plynu, provlečená koaxiálním vysokofrekvenčním elementem odborně označeným surfatron, spojeným napájecím vedením s mikrovlnným generátorem. Trubice přívodu neaktivovaného reakčního plynu anebo směsi neaktivovaných reakční ch plynů, je upravena ve víku horní části reaktoru. Druhé ústí reaktoru, pro připojení čerpadla, je upraveno ve spodní části u dna reaktoru. Izolační průchodka, pro připojení prvního pólu zdroje elektrického napětí je upravena v horní části reaktoru. Druhý pól zdroje elektrického napětí je připojen k trubce stolku, která je provlečena první vakuově těsnou ucpávkou ve dnu reaktoru.

Dále je podle vynálezu, při první variantě uvnitř reaktoru jeho trubice přívodu neaktivovaného reakčního plynu provlečena vakuově těsnou ucpávkou ve víku horní části reaktoru a připojena ku přetlakovému napouštěči vytvořenému nádobou, jejíž dno je z porézní přepážky, například skleněné frity. přitom kolem přetlakového napouštěče; je elektricky izolovaně od něho a od reaktoru upevněna pomocná prstencová elektroda, jež je elektricky vodivě spojena s izolační průchodkou pro připojení prvního pólu zdroje elektrického napětí.

Podle vynélezu, je při druhá variantě uvnitř reaktoru trubice přívodu neaktivovaného reakčního plynu provlečena druhou vakuově těsnou ucpávkou, ve víku horní části reaktoru a elektricky izolovaně připojena k přetlakovému napouětěči vytvořenému nádobou, jejíž dno je z porézní přepážky, například skleněná frity, přičemž elektricky vodivý pláěl přetlakového napouětěče je elektricky vodivě spojen s izolační průchodkou pro připojení prvního pólu zdroje elektrického napětí.

Podle vynálezu, je při třetí a čtvrté variantě uvnitř reaktoru v jeho střední části umístěn rozdělovač aktivovaného reakčního plynu vytvořený z. nádoby nejlépe toroidálního tvaru a opatřené otvory. Ústí nádoby je upevněno k trubici přívodu aktivovaného reakčního plynu, zasazená do prvního ústí reaktoru.

Konečně je podle vynálezu při pátá a Šesté variantě ve dnu spodní části reaktoru upravena první vakuově těsná ucpávka trubky jí provlečená, k níž je uvnitř reaktoru upevněn a s ní elektricky spojen stolek pro uložení alespoň jednoho pevného substrátu.

Zařízení podle vynálezu pro nanáěení tenkých vrstev plazmochemickou reakcí z plynná fáze, probíhající mimo oblast plazmatu, vykazuje více výhod proti dosud známým a srovnatelným konstrukcím. V tomto zařízení je využito plazmatu, která je generováno vysokofrekvenční povrchovou vlnou a aktivovaná plyny jsou přiváděny do reakčního prostoru rovnoměrně vzhledem k pevným substrátům, jež jsou umístěny na stolku. Neaktivovaná aložka reaktivních plynů se rovněž přivádí do oblasti pevných substrátů tak, aby bylo zaručeno rovnoměrná natékání plynů vzhledem k povrchu pevných substrátů. Použitím plazmatu generovaného povrchovou vlnou pomocí koaxiálního vysokofrekvenčního elementu, v odborná literatuře označovaného surfatron, je možno provádět potřebnou aktivaci plynu na velmi nízkých úrovních vysokofrekčního výkonu, to znamená řádově již desítky áž jednotky wattů. Navíc rovnoměrné rozvedení aktivovaných plynů do reakčního prostoru a rovnoměrná natékání neaktivovaná aložky reakčních plynů vzhle3 dem k povrchu pevných substrátů umožňuje dosáhnout rovnoměrnou ploěnou depozici reakčních produktů ve formě tenké vrstvy na velkých plochách.

Podstata předmětu vynálezu je v dalším objasněna pomocí výkresu, na němž je vyobrazen příklad zařízení, v němž je využito vynálezu. Zařízení je vytvořeno z reaktoru £, do jehož prvního ústí 16 je zasazena trubice £ přívodu aktivovaného reakěního plynu. Na trubici 2 j* navlečen koaxiální vysokofrekční element j5, takzvaný surfatron, připojený napájecím vedením k mikrovlnnému generátoru 2· Mezi koaxiálním vysokofrekčním elementem £ a prvním ústím 16 reaktoru je v trubici 2 znázorněno plazma £. Na trubici £ je uvnitř reaktoru £ upevněn rozdělovač 8 aktivovaného reakčního plynu.

V reaktoru 2 je u víka jeho horní části upevněn přetlakový napouětěč 11 na trubici £ přívodu neaktivovaného reakčního plynu. Trubice £ je provlečena druhou vakuově těsnou průchodkou 20 ve víku horní části reaktoru £. Přetlakový napouětěč 11 je umístěn uvnitř pomocné elektrody 14. připojené k prvnímu pólu zdroje 15 elektrického napětí pomocí izolační průchodky JSI,. Přetlakový napouětěč 11 má porézní přepážku 12. například skleněnou fritu, tvořící jeho dno. Ke drihému ústí 17. které je upraveno u víka spodní části reaktoru £, je připojeno čerpadlo £. Nad druiým ústím 17 reaktoru £ je umístěn sjtolek £, na němž jsou uloženy pevné substráty £0. Stolek £ je upevněn ke trubce 19. provlečené první vakuově těsnou ucpávkou 13 ve víku spodní části reaktoru £. Druhý pól zdroje 15 elektrického napětí je připojen ke trubce 19 stolku £.

Činnost zařízení: do reaktoru £, k němuž je připojeno čerpadlo £ pro vytvoření potřebné ho podtlaku, vstupují reakční plyny a sice trubicí £ reakční plyn určený k aktivování a trubicí £ neaktivovaný reakční plyn.

Reakční plyn přiváděný trubicí £ je aktivován průchodem oblastí plazmatu £ generovaného povrchovou vysokofrekvenční vlnou buzenou surfatronem _6, který je napájen mikrovlnným generátorem 2· Reakční plyn přiváděný trubicí £ je po plazmatické aktivaci rozveden rozdělovačem 8 rovnoměrně do blízkosti stolku £, na němž jsou uloženy pevné substráty IQ.

Reakční plyn nebo směs těchto plynů přiváděných trubicí £ je do reaktoru £ zavedena pomocí přetlakového napouštěče 11 . jehož účelem a vlivem se dosahuje v oblasti stolku £ rovnoměrné natékání plynu po celé ploše pevných substrátů £0 uložených na stolku £. V přetlakovém aapouštěči 11 se totiž vytváří přetlak neaktivovaného reakčního plynu nebo směsi těchto plynů. Vzhledem k tlaku plynů v reaktoru £, takže neaktivovaný reakční plyn se napouští porézní přepážkou 12. vytvořenou například skleněnou fritou. Pro optimalizaci polohy pevných substrá tů £0 vzhledem k oblasti homogenní reakce aktivovaného a neaktivovaného reakčního plynu jé stolek £ upevněn na trubce 19 provlečené první vakuově těsnou ucpávkou 13. Touto úpravou je umožněno se stolkem £ účelně manipulovat, to znamená měnit jeho polohu a polohu pevných substrátů £0 ve vertikálním směru a případně jím otáčet. Kromě toho lze teplotu pevných substrá tů £0 regulovat tím, že se nastavuje teplota stolku £.

Při použití několika druhů reakčních plynů přiváděných trubicí £ lze jejich aktivaci provádět několika samostatnými surfatrony _6. Zvětšění počtu používaných surfatronů _6 umožňuje také snazší rozvedení aktivovaného reakčního plynu na větší plochu a zároveň zjednodušení rozdělovače 8.

Příkladem využití zařízení, podle vynálezu, je depozice vrstev nitridu křemíku Si^N^ na libovolné pevné substráty £0, například polovodičové, jako jsou arsenid galia Gala, křemík Si, germanium Ge. Jako reakčního plynu přiváděného trubicí £ může být užito dusíku N₂, který po aktivaci reaguje uvnitř reaktoru £ s plynem přiváděným trubicí £, což je směs argonu Ar a silanu SiH^. Na pevných substrátech se během reakce vytváří vrstva nitridu křemíku, jejíž stechiometrie se řídl zejména nastavením průtoku jednotlivých plynů.

Zařízení podle vynálezu také umožňuje využití metod plazmatického čištění a leptání pevných substrátů 10 před vlastní depozicí tenké vretvy. K tomu účelu je do reaktoru £ zabudována pomocná prstencová elektroda 14 tak, že mezi ní a stolkem g lze vytvořit elektrické pole připojením pólů zdroje 15 elektrického napětí. Toto napětí může být střídavé nebo stejnosměrné. Pracovním plynem pro čisticí procesy může být například argon Ar, agresivní plyny na bázi freonu a podobné plyny.

Claims (5)

1. P fi E D M S T VYNÁLEZU

   1. Zařízení pro nanášení tenkých vrstev plazmochemickou reakcí z plynné fáze, probíhající mimo oblast plazmatu, vytvořené z reaktoru, ze zdroje elektrického napětí a z čerpadla, vyznačené tím, že do prvního ústí (16) reaktoru (1), které je upraveno v jeho střední části, je zasazena trubice (3) přívodu aktivovaného reakčního plynu, provlečená koaxiálním vysokofrekvenčním elementem, odborně označeným surfatron (6), spojeným napájecím vedením e mikrovlnným generátorem (7), zatímco trubice (4) přívodu neaktivovaného reakčního plynu a/nebo směsi neaktivovaných reakčních plynů je upravena ve vlku horní části reaktoru (1), druhé ústí (17) reaktoru (1) pro připojení čerpadla (2) je upraveno ve spodní části u dna reaktoru (1), izolační průchodka (18) pro připojení prvního pólu zdroje (15) elektrického napětí je upravena v horní části reaktoru (1) a druhý pól zdroje (15) elektrického napětí je připojen k trubce (19) stolku (9), která je provlečena první vakuově těsnou ucpávkou (13) ve dnu reaktoru (1)’.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že uvnitř reaktoru (1) je jeho trubice (3) přívodu neaktivovaného reakčního plynu provlečena vakuově těsnou ucpávkou (20) ve víku horní části reaktoru (1) a připojena k přetlakovému napouětěči (11) vytvořenému nádobou, jejíž dno je z porézní přepážky (12), například skleněné frity, přičemž kolem přetlakového napouětěče (11) je elektricky izolovaně od něho a od reaktoru (1) upevněna pomocná prstencová elektroda (14), jež je elektricky vodivě spojena e izolační průchodkou (18) pro připojeni prvního pólu zdroje (15) elektrického napětí.
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že uvnitř reaktoru (1) je trubice (4) přívodu neaktivovaného reakčního plynu provlečena druhou vakuově těsnou ucpávkou (20) ve víku horní části reaktoru (1) a elektricky izolovaně připojena k přetlakovému napouětěči (11) vytvořenému nádobou, jejíž dno je z porézní přepážky, například skleněné frity, přičemž elektricky vodivý pláěl přetlakového napouětěče (11) je elektricky vodivě spojen s izolační průchodkou (18) pro připojení prvního pólu zdroje (15) elektrického napětí.
4. 4. Zařízení podle bodů 1 a 2 nebo podle bodů 1 a 3, vyznačené tím, že uvnitř reaktoru (1) je v jeho střední části umístěn rozdělovač (8) aktivovaného reakčního plynu'vytvořený z nádoby nejlépe toroidálního tvaru a opatřené otvory, jejíž ústí je upevněno k trubici (3) přívodu aktivovaného reakčního plynu, zasazené do prvního ústí (16) reaktoru (1).
5. 5. Zařízení podle dodů 1, 2 a 4 nebo podle bodů 1 , 3 a 4, vyznačené tím, že ve dnu spodní části reaktoru (1) je upravena první vakuově těsná ucpávka (13) trubky (19) jí provlečené, k níž je uvnitř reaktoru (1) upevněn a s ní elektricky vodivě spojen stolek (9) pro uložení alespoň jednoho pevného substrátu (10).