DE102012107624A1 - Coating device for coating large-area substrates for producing thin atomic layers, comprises high frequency coil in communication with vaporization unit, and channel arrangement for discharging molecules from vaporization unit to substrate - Google Patents
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-
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung zur Herstellung dünner vorzugsweise nur eine oder wenige Atomlagen umfassender Beschichtungen und ein Verfahren zur Erzeugung solcher Schichten.The invention relates to a coating device for producing thin, preferably only one or a few atom layers comprehensive coatings and a method for producing such layers.
Zum Beispiel aus der
Es ist Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem sich dünne Schichten sehr kontrolliert erzeugen lassen.It is an object of the invention to provide an apparatus and a method with which thin layers can be generated very controlled.
Diese Aufgabe wird mit der Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 1 wie auch mit dem Beschichtungsverfahren nach Anspruch 15 gelöst:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Kammer, die mit geeigneten Pumpvorrichtungen verbunden ist, um in der Kammer ein Vakuum zu erzeugen. Vorzugsweise sind die entsprechenden Pumpeinrichtungen so ausgelegt, dass sich ein Hochvakuum, vorzugsweise ein Ultrahochvakuum, mit einem Druck von 10–10 mbar und darunter (10–11 mbar) erzeugen lässt.This object is achieved with the coating device according to claim 1 as well as with the coating method according to claim 15:
The device of the invention comprises a chamber connected to suitable pumping devices to create a vacuum in the chamber. Preferably, the corresponding pumping means are designed so that a high vacuum, preferably an ultra-high vacuum, with a pressure of 10 -10 mbar and below (10 -11 mbar) can be generated.
In der Kammer ist eine Verdampfungseinrichtung für eine Substanz angeordnet, aus der die zu erzeugende Schicht hervorgeht. Beispielsweise kann es sich bei der verdampfenden Substanz um eine Silizium-Verbindung, bspw. ein Silan, handeln, wenn eine Siliziumschicht abgeschieden werden soll. Die zu verdampfende Substanz kann Kohlenstoff, bspw. in Form eines Kohlenwasserstoffs, enthalten, wenn eine Kohlenstoffschicht abgeschieden werden soll. Die zu verdampfende Substanz kann eine anderweitige Verbindung oder ein Gemisch von Verbindungen sein. Sie kann flüssig sein oder auch in festem Zustand vorliegen.In the chamber, a vaporization device for a substance is arranged, from which the layer to be produced emerges. For example, the vaporizing substance may be a silicon compound, for example a silane, if a silicon layer is to be deposited. The substance to be evaporated may contain carbon, for example in the form of a hydrocarbon, if a carbon layer is to be deposited. The substance to be evaporated may be another compound or a mixture of compounds. It can be liquid or in solid state.
Die Verdampfungseinrichtung ist vorzugsweise mit einer Kühl- oder einer Heizeinrichtung versehen, um eine gewünschte Temperatur der zu verdampfenden Substanz einzustellen. Die Kühlung oder Heizung kann bspw. durch eine Rohrschlange erfolgen, die zum Beispiel mit Öl temperiert wird. Alternativ kann eine elektrische Heiz- und/oder Kühleinrichtung vorgesehen werden, bspw. eine Widerstandsheizung, Peltier-Elemente oder dergleichen. In der Verdampfungseinrichtung kann so eine Temperatur über oder unter 0° eingestellt werden, bei der die zu verdampfende Substanz den gewünschten (geringen) Dampfdruck entwickelt.The evaporation device is preferably provided with a cooling or a heating device in order to set a desired temperature of the substance to be evaporated. The cooling or heating can for example be done by a coil, which is tempered, for example, with oil. Alternatively, an electrical heating and / or cooling device may be provided, for example a resistance heater, Peltier elements or the like. In the evaporation device can thus be set above or below 0 °, at which the substance to be vaporized develops the desired (low) vapor pressure.
Der entstehende dünne Dampf wird in der HF-Ionisierungseinrichtung in ein Plasma vorzugsweise mit einem geringen Ionisationsgrad überführt. Es enthält freie Elektronen, neutrale Atome, angeregte Atome und Ionen. Wird als Ausgangsstoff Cyklopentasilan genutzt, kann dieses in Silizium und Wasserstoff dissoziiert werden.The resulting thin vapor is transferred in the RF ionizer into a plasma, preferably with a low degree of ionization. It contains free electrons, neutral atoms, excited atoms and ions. If cyclopentasilane is used as starting material, it can be dissociated into silicon and hydrogen.
Zur Ausleitung der neutralen Atome, der angeregten Atome und der Ionen aus dem Dampfraum in Richtung des Substrats ist eine Kanalanordnung vorgesehen. Diese umfasst mehrere Kanäle, die nur Teilchen mit Geschwindigkeitskomponenten in Richtung des Substrathalters leiten. Es kann somit ein Teilchenstrom erzeugt werden, der sich gleichmäßig auf breiter Front in Richtung des Substrats bewegt und dort niederschlägt. Die in der Kanalanordnung vorhandenen Kanäle sind vorzugsweise zueinander parallel orientiert und vorzugsweise untereinander gleich lang. Die Kanäle können gleiche oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Insbesondere ist es möglich, durch eine geeignete Verteilung der Röhrchen und der Querschnitte derselben über den Gesamtquerschnitt der Kanalanordnung eine gleichmäßige Teilchenstromdichte über den gesamten Querschnitt des Teilchenstroms zu erreichen. Insbesondere ist es möglich, die Radiusabhängigkeit des magnetischen Drucks der HF-Spule auf diese Weise zu kompensieren.For discharging the neutral atoms, the excited atoms and the ions from the vapor space in the direction of the substrate, a channel arrangement is provided. This includes several channels that only conduct particles with velocity components towards the substrate holder. It is thus possible to generate a particle stream which moves uniformly on a broad front in the direction of the substrate and deposits there. The channels present in the channel arrangement are preferably oriented parallel to one another and are preferably of equal length to one another. The channels may have the same or different cross sections. In particular, it is possible to achieve a uniform particle current density over the entire cross-section of the particle flow through a suitable distribution of the tubes and the cross sections thereof over the entire cross section of the channel arrangement. In particular, it is possible to compensate for the radius dependence of the magnetic pressure of the RF coil in this way.
Der entstehende Teilchenfluss, z. B. Silizium kann entsprechend der Fläche des zu beschichtenden Substrats bereitgestellt werden. Die Fläche kann mehrere Quadratzentimeter bis Quadratdezimeter oder mehr betragen.The resulting particle flow, z. B. Silicon may be provided according to the area of the substrate to be coated. The area can be several square centimeters to square decimeters or more.
Die Kanäle der Kanalanordnung sind vorzugsweise aus einer Keramik ausgebildet, die sowohl elektrische als auch magnetische Felder durchlässt und vorzugsweise wenig oder nicht beeinflusst. Damit kann die Anzahl der neutralen, der angeregten und der ionisierten Teilchen in der Kanalanordnung aufrechterhalten werden. Die Kanalanordnung kann in der HF-Spule angeordnet sein oder in diese hineinragen.The channels of the channel arrangement are preferably formed of a ceramic which transmits both electrical and magnetic fields, and preferably little or no influence. Thus, the number of neutral, excited and ionized particles in the channel array can be maintained. The channel arrangement can be arranged in the RF coil or protrude into it.
Zwischen dem zu beschichtenden Substrat und der Kanalanordnung ist vorzugsweise eine Gitteranordnung vorgesehen, die mindestens ein auf definierten elektrischem Potential liegendes Gitter aufweist. Vorzugsweise können mehrere Gitter vorgesehen sein. Die Spannungen bzw. Potentiale dieser Gitter können so festgelegt sein, dass den Ionen eine definierte Geschwindigkeit in Richtung auf das Substrat erteilt wird. Dadurch kann die Geschwindigkeit des Teilchenstroms beeinflusst werden, bei dem sich alle Teilchen innerhalb enger Toleranzgrenzen mit im Wesentlichen gleicher Geschwindigkeit bewegen und auf das Substrat auftreffen. So kann die Auftreffenergie der Teilchen auf das Substrat gesteuert werden. Damit lassen sich die Aufwachsbedingungen der Schicht steuern.Between the substrate to be coated and the channel arrangement, a grid arrangement is preferably provided which has at least one grating lying at a defined electrical potential. Preferably, a plurality of grids may be provided. The voltages or potentials of these gratings can be set such that the ions are given a defined speed in the direction of the substrate. Thereby, the velocity of the particle flow can be influenced, in which all particles move within close tolerance limits at substantially the same speed and impact the substrate. Thus, the impact energy of the particles on the substrate can be controlled. This allows the growth conditions of the layer to be controlled.
Zwischen der Kanalanordnung und dem Halter für das Substrat kann außerdem ein Shutter angeordnet sein, um den Teilchenstrom freizugeben oder abzuschalten. Auf diese Weise kann der Beschichtungsvorgang gezielt ein- und ausgeschaltet werden.In addition, a shutter may be disposed between the channel assembly and the substrate holder to release or shut off the particle flow. In this way, the coating process can be selectively switched on and off.
Vorzugsweise ist in der Kammer ein Kryoschild angeordnet. Dieser ist bspw. hohlzylindrisch ausgebildet und umgibt die HF-Spule. Der Kryoschild kann zu Getterung der Restgase in der Vakuumkammer genutzt werden. Damit lässt sich während des Beschichtungsprozesses ein Hochvakuum oder Ultrahochvakuum aufrechterhalten.Preferably, a cryoshield is arranged in the chamber. This is, for example, a hollow cylinder and surrounds the RF coil. The cryoshield can be used for gettering the residual gases in the vacuum chamber. This allows a high vacuum or ultrahigh vacuum to be maintained during the coating process.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung der Zeichnung oder von Ansprüchen. Es zeigen:Further details of advantageous embodiments of the invention are the subject of the description of the drawing or claims. Show it:
In
Der Substrathalter
Zur Herstellung des Vakuums in dem Kammerinnenraum
In der Kammer
In dem Gefäß
Das Gefäß
Der Verdampfungseinrichtung
In dem von der Becherwand
Oberhalb der Kanalanordnung
Zwischen der Gitteranordnung
Zur Beeinflussung der chemischen Zusammensetzung des entstehenden Dampfes, insbesondere zur Sicherstellung einer vollständigen Dissoziation aller chemischen Verbindungen, kann eine UV-Lampe (oder mehrere) oder eine sonstige UV-Lichtquelle
In der Kammer
Die insoweit beschriebene Beschichtungseinrichtung
Es wird davon ausgegangen, dass an dem Halter
It is assumed that on the holder
Das in der Ionisierungseinrichtung
Sobald die Beschichtungsbedingungen stationär sind, öffnet der Shutter
Die auf das Substrat
Durch die Aufnahme von Energie der Siliziumionen beim Durchfliegen der Gitteranordnung
Auf ähnliche Weise können Graphenschichten erzeugt werden. Es werden als Vorläufersubstanz dann keine Silane, sondern Kohlenwasserstoffverbindungen, bspw. Benzol oder Benzolverbindungen, genutzt.Similarly, graphene layers can be created. There are then used as a precursor substance no silanes, but hydrocarbon compounds, for example. Benzene or benzene compounds.
Zur epitaktischen Herstellung großflächiger Schichten ist eine Ionenquelle vorgesehen, die ein Epitaxiesystem mit einer Vielzahl von Knudsenzellen, die durch eine Kanalanordnung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Beschichtungseinrichtungcoater
- 1111
- Substratsubstratum
- 1212
- Substrathaltersubstrate holder
- 1313
- Heizungheater
- 1414
- Innenrauminner space
- 1515
- Kammerchamber
- 1616
- Eingangentrance
- 1717
- Ausgangoutput
- 1818
- Gettereinrichtunggetter
- 1919
- Kryoschildcryoshield
- 2020
- Eingang des KryoschildsEntrance of the cryoshield
- 2121
- Ausgang des KryoschildsExit of the cryoshield
- 2222
- VerdampfungseinrichtungEvaporation device
- 2323
- Gefäßvessel
- 2424
- Leitungmanagement
- 2525
- Temperiereinrichtungtempering
- 2626
- Eingang der Rohrschlange der TemperiereinrichtungInput of the coil of the tempering device
- 2727
- Ausgang der Rohrschlange der TemperiereinrichtungOutput of the coil of the tempering device
- 2828
- Becherwandcup wall
- 2929
- Ionisierungseinrichtungionization
- 3030
- HF-SpuleRF coil
- 31, 3231, 32
- Anschlüsseconnections
- 3333
- Kanalanordnungchannel arrangement
- 3434
- Kanälechannels
- 3535
- Gitteranordnunggrid array
- 3636
- Gittergrid
- 3737
- Shuttershutter
- 3838
- UV-LichtquelleUV-light source
- 3939
- Elektronenquelleelectron source
- 4040
- Schirmumbrella
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007043943 B4 [0002] DE 102007043943 B4 [0002]
Claims (15)
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DE102012107624A1 true DE102012107624A1 (en) | 2014-02-20 |
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Family Applications (1)
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DE201210107624 Ceased DE102012107624A1 (en) | 2012-08-20 | 2012-08-20 | Coating device for coating large-area substrates for producing thin atomic layers, comprises high frequency coil in communication with vaporization unit, and channel arrangement for discharging molecules from vaporization unit to substrate |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007043943B4 (en) | 2007-09-14 | 2010-04-29 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Method and device for coating substrates with doped layers |
-
2012
- 2012-08-20 DE DE201210107624 patent/DE102012107624A1/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102007043943B4 (en) | 2007-09-14 | 2010-04-29 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Method and device for coating substrates with doped layers |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |