DE102011104132B3

DE102011104132B3 - Plasmaunterstütztes ALD-Verfahren sowie Vorrichtung zur Bildung einer dünnen Schicht auf einem Substrat

Info

Publication number: DE102011104132B3
Application number: DE201110104132
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Feddersen-Clausen Oliver De
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-06-15

Abstract

Bekannte ALD (Atomic Layer Deposition) Verfahren mit wechselndem Massenfluss werden durch Regelung der Pumpleistung eines Vakuumsystems bevorzugt bei konstantem Prozessdruck durchgeführt. Das neue ALD Verfahren soll bei erweiterter Funktionalität die Vorzüge unterschiedlicher Prozessdrücke für schnelle Beschichtungszyklen bei einfacher Prozesstechnologie und geringem Prozessgasverbrauch nutzen. Durch unterschiedliche Verhältnisse zwischen Strömung und Diffusion in zwei, miteinander in Strömungsverbindung stehenden Prozessbereichen unterschiedlichen Drucks, werden zwei unterschiedliche Prozessschritte bei gemeinsamer Prozessgaszufuhr gleichzeitig durchgeführt. Dabei kann ein Prozessbereich gespült werden, während ein im gleichen Strömungsweg angeordneter zweiter Prozessbereich weiterhin einem schichtbildenden Prozessgas ausgesetzt bleibt. Hierfür wird ein Prozessdruck im Bereich der Knudsen Strömung gewählt. Plasmaunterstütztes ALD Verfahren zur Beschichtung von Substraten bei wechselndem Massenfluss

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer dünnen Schicht mittels Atomic Layer Deposition (ALD) unter Verwendung von Plasma und hierfür geeignete Vorrichtungen. Derartige Verfahren werden auch als Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD) bezeichnet.
PEALD Verfahren finden insbesondere in der Halbleiter Technologie Verwendung und sind für unterschiedlichste Beschichtungsanwendungen geeignet. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein PEALD Verfahren mit variierendem Massenfluss innerhalb eines Beschichtungszyklus und mit zwei Prozessbereichen, wobei in einem Prozessbereich Plasma erzeugt wird, während im anderen Prozessbereich keine Plasmaerzeugung erfolgt.
Ein Verfahren mit variierenden Massenflüssen der Prozessgase innerhalb eines Beschichtungszyklus ist aus US 2005/0016956 A1 bekannt. Die Beschichtung erfolgt im Wesentlichen im viskosen Strömungsbereich. Es ist vorgesehen, schichtbildende Prozessgase mit geringem Gasdurchfluss zuzuführen und den Reaktionsbereich mit hohem Gasdurchfluss zu spülen. Um eine hohe Verweildauer im Reaktionsbereich und eine damit einhergehende Verbrauchsreduzierung des schichtbildenden Prozessgases zu erhalten, wird der Druck im Reaktionsbereich bevorzugt durch Veränderung der Pumpleistung konstant gehalten. Eine Veränderung der Pumpleistung ist aufwendig und kostenintensiv während Druckschwankungen im genannten Druckbereich zwischen 0,133 und 1,33 mbar zu Staubverunreinigung der Schichten führen können.
Ein weiteres Verfahren mit variierenden Massenflüssen der Prozessgase ist in US 2011/0070141 A1 beschrieben. Auch hier wird die Pumpleistung verändert, wobei eine besondere Gaede Pumpstufe den mechanischen Aufwand etwas reduziert. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Prozessdruck bei Zufuhr eines schichtbildenden Prozessgases mit niedrigem Massenfluss zum Erreichen einer hohen Verweilzeit höher dem Prozessdruck bei Zufuhr eines spülenden Prozessgases mit hohem Massenfluss geregelt wird.
Weiterhin sind PEALD Verfahren mit zwei Prozessbereichen bekannt.
US 2003/0075273 A1 betrifft ein Verfahren mit einem Prozessbereich in dem Plasma erzeugt wird und einem weiteren Prozessbereich ohne Plasmaerzeugung, in dem ein Substrat angeordnet wird. Dabei verläuft die Strömungsrichtung der Prozessgase zumindest teilweise über den Prozessbereich mit Plasmaerzeugung in den Prozessbereich ohne Plasmaerzeugung. Ein weiteres Verfahren ist aus US 2011/0003087 A1 bekannt. Auch hier strömt ein Teil des Prozessgases über den Prozessbereich mit Plasmaerzeugung in den Prozessbereich ohne Plasmaerzeugung jedoch bei verbesserter Strömungslenkung.
Klassische ALD Verfahren benötigen vier Prozessschritte (Zuführen eines schichtbildenden Prozessgases, Spülen, Zuführen eines reaktiven Prozessgases, Spülen) während für PEALD Verfahren sogar nur drei Prozessschritte ( EP 1092233 B1 ) erforderlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist ein insbesondere plasmaunterstütztes ALD Verfahren mit gegenüber bekannten ALD Verfahren erweiterter Funktionalität. Dabei soll beispielsweise überschüssiges schichtbildendes Prozessgas vor Eindringen in das Pumpsystem durch eine zusätzliche Plasmareaktion zersetzt werden oder in einem Batchsystem die Beschichtung mehrerer Substrate bei wechselndem Prozessdruck ermöglicht werden, ohne gegenüber klassischen ALD Verfahren eine Verlängerung der Zykluszeit zu bewirken. Bei bevorzugt konstanter Pumpleistung sollen die Vorzüge unterschiedlicher Prozessdrücke für ein ALD Verfahren mit schnellen Beschichtungszyklen, einfacher Prozesstechnologie und äußerst geringem Prozessgasverbrauch genutzt werden, wobei eine Verwendung schichtbildender Prozessgase mit geringem Dampfdruck bevorzugt ohne Trägergas vorgesehen ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren entsprechend Anspruch 1 wobei ein oder mehrere Substrate je nach Ausführung der Erfindung in einem ersten oder einem zweiten Prozessbereich angeordnet werden, der Strömungsquerschnitt (Strömungsleitwert) des ersten Prozessbereiches kleiner dem Strömungsquerschnitt (Strömungsleitwert) des zweiten Prozessbereiches (Plasmabereich) gewählt wird und ein Prozessgas mit spülenden Eigenschaften über den ersten Prozessbereich dem zweiten Prozessbereich zugeführt und aus diesem abgepumpt wird, wobei Prozesskammer und Prozessparameter derart ausgelegt werden, dass während der Verweildauer eines schichtbildenden oder eines reaktiven Prozessgases im zweiten Prozessbereich, der erste Prozessbereich gespült und hierdurch für einen nachfolgenden Zyklusschritt vorbereitet wird, so dass zwei Prozessschritte gleichzeitig in einem Zyklusschritt durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße ALD Verfahren ermöglicht hierdurch eine Funktionserweiterung von ALD Prozessen ohne zusätzliche Verlängerung der Zykluszeit. Dabei ist es erfindungsgemäß, dass die Diffusion eines Prozessgases entgegen der durch Druckgefälle und Massenfluss definierten Strömungsrichtung in zumindest einem Prozessschritt in zumindest einem der Prozessbereiche genutzt wird. Massenfluss bezeichnet dabei die Massenstromstärke bzw. den Massendurchfluss im Verhältnis zur Zeit (z. B. Gramm pro Sekunde). Die Wahl des Prozessdrucks im Bereich der Knudsen-Strömung ist besonders vorteilhaft für Verfahren mit wechselndem Prozessdruck, da aufgrund relativ geringer Kontinuumsströmung die üblichen Nachteile von Druckschwankungen (Staubaufwirbelung und dergleichen) im Wesentlichen vermieden werden, während die Verweilzeit von Prozessgasen auch ohne Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit durch Prozessdruckveränderung mit entsprechender Veränderung des Diffusionskoeffizienten über den Massenfluss der Prozessgase geregelt werden kann. Knudsen-Strömung herrscht im Feinvakuumgebiet zwischen 0,001 und 1 mbar vor. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Prozessdruckbereich zwischen 0,005 und 0,5 mbar bevorzugt, wobei zur Plasmaerzeugung bevorzugt ein Druck zwischen 0,008 und 0,03 mbar gewählt wird.
Entsprechend Anspruch 1 werden zwei unterschiedliche Prozessschritte in zwei, miteinander in Strömungsverbindung stehenden Prozessbereichen bei gemeinsamer Prozessgaszufuhr gleichzeitig durchgeführt. Dabei kann ein Prozessbereich gespült werden, während ein im gleichen Strömungsweg angeordneter zweiter Prozessbereich weiterhin einem schichtbildenden Prozessgas ausgesetzt bleibt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um einen nachfolgenden Spülschritt mit höherem Prozessdruck während fortgesetzter Adsorption im zweiten Prozessbereich vorzubereiten, oder um überschüssiges Prozessgas im zweiten Prozessbereich ohne wesentlichen Einfluss auf den ersten Prozessbereich zur Reaktion zu bringen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für PEALD Prozesse mit unterschiedlicher Anzahl an Zyklusschritten und beliebiger Anzahl an Prozessgasen sowie in begrenztem Umfang auch für ALD Prozesse ohne Plasmaerzeugung anwendbar.
In den Ansprüchen 2 bis 9 werden besonders bevorzugte Ausgestaltungen eines plasmaunterstützten ALD Verfahrens und eine hierfür geeignete Vorrichtung genannt.
Zuvor werden strömungstechnische Grundlagen der Erfindung erläutert:
Viskose Strömung oder Kontinuumsströmung bezeichnet die Strömung einer Vielzahl von Gasteilchen, die durch thermische Bewegung (Brownsche Bewegung) überwiegend gegeneinander und nur gelegentlich an Prozesskammerwände stoßen und gemeinsam als Kontinuum strömen. Molekulare Strömung bezeichnet die Strömung von Gasteilchen, die aufgrund geringerer Teilchendichte relativ zu einem Strömungsquerschnitt überwiegend an Prozesskammerwände und nur gelegentlich gegeneinander stoßen. Bei sogenannter Knudsen-Strömung handelt es sich um eine Übergangsströmung zwischen molekularer und viskoser Strömung. Strömung ist eine gerichtete Bewegung von Teilchen oder einem Kontinuum insbesondere in Richtung niedrigeren Prozessdrucks (bzw. in Richtung des Massenflusses), während Diffusion eine richtungsunabhängige Teilchenbewegung beschreibt, die bei überlagerter Strömung auch Teilchenbewegungen entgegen der Strömungsrichtung umfasst.
Dabei ist die sogenannte Eigendiffusion eines Prozessgases oder Prozessgasgemisches grundsätzlich mit molekularer Strömung vergleichbar, da es sich um Teilchenbewegungen handelt, die nur bedingt von der Strömungsbewegung eines Gaskontinuums abhängig sind. Bei molekularer Strömung wird jedoch nur die Gasbewegung in Abpumprichtung (Massenfluss) bzw. in Richtung von einem höheren zu einem niedrigeren Druck betrachtet, während Diffusion grundsätzlich die Bewegung eines Gasteilchens von seinem Ursprungsort in beliebige Richtungen bezeichnet. Diffusion ist als mittlere Strecke definierbar, die sich ein Teilchen (Prozessgasmolekül) in einem ruhenden Medium in einer vorgegebenen Zeit von seinem Ursprungsort entfernt. Bei zusätzlich bewegtem Medium wird die Strömungsbewegung überlagert (Gasteilchen erhalten durch andere Gasteilchen Bewegungspulse in Strömungsrichtung), so dass eine Diffusion entgegen der Strömungsrichtung sich mit zunehmender Geschwindigkeit der Strömung verringert und etwa bei Schallgeschwindigkeit entfällt. Um unterhalb von Schallgeschwindigkeit alle diffundierenden Teilchen aus einem Prozessbereich zu spülen, wird eine geeignete Spülzeit benötigt, wie in nachfolgendem Beispiel in Näherung erläutert wird. Mit „Diffusion” wird in der vorliegenden Anmeldung sowohl Eigendiffusion einzelner Prozessgase oder gleichmäßiger Prozessgasgemische untereinander als auch Diffusion unterschiedlicher Prozessgase mit unterschiedlicher lokaler Konzentration bezeichnet, da das gleiche Ausbreitungsprinzip vorliegt und zur Darstellung der Erfindung nur der grundlegende Vergleich zwischen Diffusions- und Strömungsbewegungen erforderlich ist. In der Beispielrechnung wird mit dem Begriff „Diffusion” die innerhalb einer gewählten Zeit zurückgelegte mittlere Strecke (bzw. der mittlere Abstand) eines Teilchens vom Ursprungsort bei ruhendem Medium angegeben.
Diffusion kann allgemein durch den Diffusionskoeffizienten D [m²/s] beschrieben werden. Durch die Einstein-Smoluchowsky-Gleichung d² = 2Ds (mit d = mittlerer Abstand eines Teilchens vom Ursprungsort, D = Diffusionskoeffizient, s = Sekunden) kann die von den Gasteilchen in einer Raumrichtung bei ruhendem Gaskontinuum zurückgelegte Strecke d dann zeitabhängig berechnet werden. Aus der Einstein-Smoluchowsky-Gleichung ist ersichtlich, dass die Diffusion (Strecke pro Zeit) nicht linear verläuft. So wird beispielsweise zur Durchdringung einer doppelten Strecke die vierfache Zeit benötigt. Der Diffusionskoeffizient steigt bei Druckreduzierung.
Die vorliegende Erfindung macht sich diese Gesetzmäßigkeit für ein sehr vorteilhaftes ALD Verfahren zu nutze. Durch die Wahl des Prozessdruckbereiches (Knudsen-Strömung/Übergangsströmung) können unterschiedliche Diffusionsparameter eingestellt werden, ohne die Pumpleistung eines Vakuumsystems zu verändern. Bei Verwendung eines relativ linearen Vakuumsystems (z. B. Turbomolekularpumpe mit Vorpumpe) werden sowohl bei Prozessgaszufuhr mit geringen Durchfluss (z. B. 10 cm³/min bei Standardbedingungen) als auch bei Prozessgaszufuhr mit größerem Durchfluss (z. B. 100 cm³/min bei Standardbedingungen) etwa gleiche mittlere Strömungsgeschwindigkeiten erzielt. Dies bedeutet, dass der Prozessdruck bei geringerem Massenfluss niedriger ist als bei größerem Gasdurchfluss. Die Gasdiffusion nimmt jedoch mit Druckabnahme deutlich zu, so dass sich die Verweilzeit bereits zugeführter Prozessgasteilchen bei gleicher mittlerer Strömungsgeschwindigkeit durch Diffusionsbewegung entgegen der Strömungsrichtung erhöht. Gleichzeitig nimmt durch Diffusion radial zur Strömungsrichtung die Anzahl der Oberflächenkontakte zu, so dass ein höherer Anteil der zugeführten Gasteilchen adsorbiert werden kann. Dabei ist natürlich zu berücksichtigen, dass innerhalb einer vorgesehenen Zufuhrdauer eine für den Prozess ausreichende Menge an Gasteilchen zugeführt wird und der Prozessdruck bei gleichbleibender Zufuhrzeit nicht beliebig reduzierbar ist.
Die Prozessbedingungen sollen im Beispiel derart gewählt sein, dass ein kubischer Prozessbereich mit 220 mm Kantenlänge über den gesamten Strömungsquerschnitt mit 4,6 m/s Prozessgasgeschwindigkeit durchströmt wird. Bei Zufuhr von 10 cm³/min bei Standardbedingungen eines schichtbildenden Prozessgases beträgt dabei der Prozessdruck im Prozessbereich etwa 0,001 mbar und bei Zufuhr von 100 cm³/min bei Standardbedingungen eines spülenden Prozessgases beträgt der Prozessdruck etwa 0,01 mbar. Die Beispielberechnungen wurden näherungsweise mit Argon als Prozessgas bei 70°C und Selbstdiffusion durchgeführt und dienen ausschließlich zur Verdeutlichung der Erfindung. Grundsätzlich können natürlich detailliertere Berechnungen durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch bereits bei entsprechender Wahl des Prozessdruckbereichs und Wahl hoher und niedriger Massenflüsse vom Fachmann realisierbar, so dass überschlägige Berechnungen und Abschätzungen (ohne Berücksichtigung sämtlicher Prozessgasanteile etc.) vollständig ausreichend sind.
Bei Zufuhr des schichtbildenden Prozessgases mit 10 cm³/min bei Standardbedingungen Gasdurchfluss und 0,001 mbar Prozessdruck im Prozessbereich beträgt der Diffusionskoeffizient etwa 19 m²/s. Hieraus ergibt sich bei 0,3 Sekunden Zufuhrdauer etwa eine Diffusion von 3,4 m während die mittlere Strömungsgeschwindigkeit 4,6 m/s beträgt und sich das Gas (als Kontinuum betrachtet) in der gleichen Zeit nur 1,4 m (0,3 s × 4,6 m/s) in Richtung Vakuumsystem bewegt. Es wird vereinfacht angenommen, dass sich der Ausgangsort der Diffusion ebenfalls mit Strömungsgeschwindigkeit von 4,6 m/s in Richtung des Vakuumsystems bewegt und somit eine Diffusion von 2,0 m entgegen der Strömungsrichtung des Gaskontinuums verbleibt. Aufgrund dieser Überlegungen müsste die Zufuhrdauer des Prozessgases mehr als 2 Sekunden betragen, um alle bei Zufuhrbeginn im Prozessbereich befindlichen Gasteilchen auszutauschen. Bei Zufuhr eines schichtbildenden Prozessgases sind jedoch schnelle Verteilung und Adsorption der Gasteilchen und kein Gasaustausch gewünscht, so dass ein geringer Gasdurchfluss von 10 cm³/min bei Standardbedingungen (entspricht bei Argon entsprechend Beispiel einem Massenfluss von etwa 0,0003 g pro Sekunde) vorteilhaft ist.
Auf eine detaillierte Darstellung der Berechnungswege wurde verzichtet, da diese dem Fachmann einfach zugänglich sind. Dabei erfolgt die Ermittlung des Diffusionskoeffizienten über die mittlere freie Weglänge und die mittlere thermische Geschwindigkeit der entsprechenden Gasteilchen. Die zusätzlich zur Einstein-Smolucholsky-Gleichung benötigten Berechnungsgrundlagen können beispielsweise aus Wutz, Handbuch der Vakuumtechnik (Seiten 37–40 u. 53–54) entnommen werden.
Zum Spülen des Prozessbereiches sind entsprechend Beispiel 100 cm³/min bei Standardbedingungen Gasdurchfluss bei 0,01 mbar Prozessdruck vorgesehen, wobei der Diffusionskoeffizient 1,9 m²/s beträgt.
Hieraus ergibt sich bei 0,3 Sekunden Zufuhrdauer etwa eine Diffusion von 1,1 m, während sich das Gaskontinuum in der gleichen Zeit wiederum 1,4 m in Richtung Vakuumsystem bewegt. Entsprechend obiger Annahme wird nun eine verbleibende Diffusion von – 0,3 m erhalten, so dass bei gegebenem Massenfluss von etwa 0,003 g/s (100 cm³/min bei Standardbedingungen) prinzipiell ein vollständiger Gasaustausch innerhalb von 0,3 Sekunden Zufuhrdauer möglich ist. Dabei ist zu beachten, dass eine mittlere Diffusion unter vereinfachten Annahmen berechnet wird und ggf. eine größere Reserve (höhere Strömungsgeschwindigkeit oder längere Strömungszeit) einzuplanen ist.
Es wird jedoch gezeigt, dass durch geeignete Wahl des Prozessdruckbereichs mit entsprechenden Gasdurchflüssen (Massenfluss) und geeigneter Strömungslenkung die Pumpleistung eines Vakuumsystems beibehalten werden kann und die resultierende Prozessdruckschwankung schnelle Beschichtungszyklen bei guter Verweilzeit des schichtbildenden Prozessgases und effektivem Spülverhalten des spülenden Prozessgases ermöglicht. Durch Wahl einer Vakuumpumpe mit weniger linearer Pumpenkennlinie, wie z. B. einer Rootspumpe, kann die Pumpleistung bei höherem Druck wesentlich größer sein wie bei niedrigerem Druck. Hierdurch wird eine relativ größere Spülleistung (höhere Strömungsgeschwindigkeit) gegenüber verringerter Strömungsgeschwindigkeit bei niedrigem Druck erzielt. Dies kann für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft sein, sofern der Massenfluss bei niedrigem Prozessdruck ausreichend ist. Gegenüber Turbomolekularpumpen werden hierfür meist wesentlich größere Pumpstände benötigt.
Als schichtbildendes Prozessgas sind beliebige Prozessgase erfindungsgemäß, die bei gegebenen Prozessbedingungen dampfförmig sind und durch Reaktion mit einem reaktiven oder einem aktivierten Prozessgas in eine Schicht umwandelbar bzw. zersetzbar sind. Dabei können beispielsweise bei oxidativer Schichtbildung Elemente des reaktiven oder des aktivierten Prozessgases in die Schicht eingebunden werden, während bei reduktiver Schichtbildung das reaktive bzw. aktivierbare Prozessgas in der Regel nicht in die Schicht eingebunden wird. Als aktivierbare Prozessgase werden Prozessgase bezeichnet, die bei gegebenen Prozessbedingungen ohne Erzeugung von Plasma im Wesentlichen unreaktiv sind und ähnlich wie Inertgase spülende Eigenschaften aufweisen, jedoch bei Erzeugung von Plasma im Einflussbereich des Plasmas reaktiv werden. Repräsentative Beispiele für solche Gase sind Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Repräsentative Beispiele für reaktive Gase sind Wasserdampf und Ammoniak, wobei auch diese nicht zwangsläufig gegenüber jedem schichtbildenden Prozessgas ohne Plasmaerzeugung reaktiv sein müssen, jedoch mit vielen schichtbildenden Prozessgasen unmittelbar reagieren.
Als Prozessschritte werden sowohl die klassischen Prozessschritte wie z. B. „Zufuhr eines schichtbildenden Prozessgases” oder „Spülen des Reaktionsbereichs” als auch zusätzliche Schritte wie z. B. „Zersetzung bzw. Umwandlung überschüssigen schichtbildenden Prozessgases” durch plasmaunterstützte Oberflächenreaktion oder Gasphasenabscheidung außerhalb des Reaktionsbereichs oder ”Spülen des ersten Prozessbereiches (Zufuhrbereich)” zur Vorbereitung eines Druckanstieges im Zufuhrbereich bezeichnet. Der zeitliche Ablauf der Prozessschritte erfolgt in Zyklusschritten. Dabei ist es erfindungsgemäß, dass aufgrund der Nutzung unterschiedlicher Verhältnisse von Strömung und Diffusion im Bereich der sogenannten Knudsen-Strömung, unterschiedliche Prozessschritte zu einem gemeinsamen Zyklusschritt zusammengefasst oder zumindest teilweise gleichzeitig durchgeführt werden. Hierdurch werden ALD Prozesse mit erweitertem Funktionsumfang ohne Verlängerung von Zykluszeiten ermöglicht, wobei Zykluszeiten zwischen 0,5 und 1,5 Sekunden (je Beschichtungszyklus) bevorzugt sind.
Anspruch 2 betrifft eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Pumpleistung eines Vakuumsystems konstant gehalten wird und die Erzeugung von Plasma im zweiten Prozessbereich erfolgt. Dabei wird die Plasmaerzeugung insbesondere während der Zufuhr eines aktivierbaren oder reaktiven Prozessgases durchgeführt. Die Formulierung „in Gegenwart” umfasst zusätzlich die Erzeugung von Plasma nach Zufuhr eines aktivierbaren oder reaktiven Prozessgases während dessen Verweilzeit im zweiten Prozessbereich.
Die Ansprüche 3 bis 5 betreffen bevorzugte Ausgestaltungsformen insbesondere für ein „Remote Plasma Verfahren” mit kapazitiver Plasmakopplung, wobei die Zersetzung bzw. Umwandlung überschüssiger schichtbildender Prozessgase eine wesentliche Erweiterung des Funktionsumfanges bildet. Aufgrund des relativ zum ersten Prozessbereich (Reaktionsbereich) größeren und bevorzugt wesentlich größeren zweiten Prozessbereichs und der Wahl des Prozessdrucks im Übergangsbereich zwischen viskoser Strömung (Strömung mehrerer Prozessgasteilchen als Kontinuum (Kontinuumsströmung)) und molekularer Strömung (Strömung durch thermische Bewegung der einzelnen Prozessgasteilchen) kann bei guter Prozessführung eine Kontamination des Vakuumsystems durch schichtbildende Prozessgase vermieden werden. Dabei wird die Dauer eines Beschichtungszyklus gegenüber herkömmlichen Beschichtungsprozessen im Wesentlichen nicht verlängert, da die Zersetzung überschüssiger Prozessgases zumindest teilweise währen des Spülens des ersten Prozessbereichs (Reaktionsbereich) erfolgt.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann auch derart formuliert werden, dass Prozessgasströmung von einem ersten Prozessbereich ohne Plasmaerzeugung über einen zweiten Prozessbereich mit Plasmaerzeugung in ein Vakuumsystem mit in Strömungsrichtung verlaufendem Druckabfall vorgesehen wird, wobei zumindest ein Substrat im ersten Prozessbereich angeordnet wird und Prozessdruck und Strömungsgeschwindigkeit derart gewählt werden, dass bei Plasmaerzeugung im zweiten Prozessbereich eine Radikalzufuhr durch Diffusion der Radikale entgegen der Strömungsrichtung oder seitlich zur Strömungsrichtung erfolgt.
Die Ansprüche 6 und 7 betreffen eine bevorzugte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere für ein direktes Plasmaverfahren mit induktiver Plasmakopplung bevorzugt für Batchbeschichtung mehrerer Substrate. Dabei entspricht der erste Prozessbereich nicht wie in vorangegangenen Ausführungsformen dem Reaktionsbereich, sondern einem Vorbereitungsbereich für Druckerhöhungen (Zufuhrbereich).
Bei der Zufuhr von Spülgas mit relativ zu anderen Prozessgasen hohem Massenfluss können schichtbildende oder reaktive Prozessgase durch Druckerhöhung im ersten Prozessbereich (Zufuhrbereich) in die Zufuhrleitungen zurückgedrängt werden, gegebenenfalls auch kondensieren und zusammen mit dem Spülgas langsam abgegeben werden, so dass keine optimale Spülwirkung erzielt wird. Erfindungsgemäß wird eine optimale Spülwirkung derart erreicht, dass der erste Prozessbereich (mit niedrigem Strömungsquerschnitt) zuerst mit geringem Massenfluss ohne wesentliche Druckerhöhung gespült wird, während das zu spülende (schichtbildende oder reaktive) Prozessgas im zweiten Prozessbereich durch Diffusion weiterhin zur Verfügung steht, und dass anschließend ein spülendes Prozessgas mit entsprechend höherem Massenfluss über den ersten Prozessbereich zum Spülen des zweiten Prozessbereiches zugeführt wird. Somit wird der erste Prozessbereich, der dem Zufuhrbereich der Prozessgase entspricht, bereits vor einer Druckerhöhung gespült, so dass keine schichtbildenden oder reaktiven Prozessgase im Zufuhrbereich vorliegen, die in die Zufuhrleitungen zurückgedrängt werden könnten, während der Prozessdruck im zweiten Prozessbereich aufgrund des großen Strömungsquerschnitts auch bei Zufuhr des spülenden Prozessgases in der Regel den Zufuhrdruck des schichtbildenden Prozessgases nicht übersteigt. Es wird ein zweifacher Massenfluss des spülenden Prozessgases relativ zum Massenfluss des aktivierbaren Prozessgases genannt, um einen wahrnehmbaren Spüleffekt durch das spülende Prozessgas zu erzielen. Bevorzugt wird das spülende Prozessgas jedoch mit mehr als fünffachem und besonders bevorzugt mit mehr als zehnfachem Massenfluss zugeführt.
Bei PEALD Prozessen mit schichtbildenden sowie reaktiven Prozessgasen, die bereits ohne Plasmaerzeugung bei gegebenen Prozessbedingungen miteinander reaktiv sind, ist es besonders volteilhaft, dass die Zufuhr der Prozessgase in den ersten Prozessbereich (Zufuhrbereich) über zumindest zwei Zufuhrleitungen erfolgt, wobei eine der Zufuhrleitung für schichtbildende Prozessgase und die andere Zufuhrleitung für reaktive Prozessgase verwendet wird, und dass während der Zufuhr eines schichtbildenden oder eines reaktiven Prozessgases durch eine der Zufuhrleitungen, die jeweils andere Zufuhrleitung durch ein Leitungsspülgas mit niedrigem Massenfluss vor dem Eindringen des jeweiligen Prozessgases geschützt wird. Dabei ist es auch vorteilhaft, dass ein Leitungsspülgas, welches im Reaktionsbereich im Wesentlichen keine Funktion als Prozessgas erfüllt, mit niedrigem Massenfluss über die gesamte Dauer eines Beschichtungszyklus durch alle Zufuhrleitungen geleitet wird, die Prozessgase derart in die Zufuhrleitungen eingekoppelt werden, dass das Leitungsspülgas zusätzlich als Trägergas dient und vor Prozessdruckerhöhung Prozessgaszufuhrpausen vorgesehen sind, innerhalb derer der Zufuhrbereich (erster Prozessbereich) und die Zufuhrleitungen mit dem Leitungsspülgas gespült werden. Eine derartige Prozessgaszufuhr ist auch für ALD Verfahren ohne Plasmaerzeugung anwendbar und als Zufuhrverfahren für ALD Verfahren mit wechselndem Prozessdruck geeignet.
Bei Verwendung aktivierbarer Prozessgase, die bei gegebenen Prozessbedingungen nur während der Erzeugung von Plasma reaktiv werden und im ersten Prozessbereich (Zufuhrbereich) nicht unmittelbar reaktiv sind, sondern spülende Eigenschaften haben, ist die oben genannte Zufuhr eines Leitungsspülgases für einzelne Zufuhrleitungen nicht erforderlich. Es ist bevorzugt, dass der erste Prozessbereich mit einem Massenfluss gespült wird, der einen lokalem Prozessgasdruck bildet, welcher dem lokalen Prozessgasdruck bei Zufuhr eines schichtbildenden Prozessgases im Wesentlichen entspricht und bevorzugt kleiner oder gleich, bei sehr niedrigem Prozessgasdruck des schichtbildenden Prozessgases gegebenenfalls jedoch auch größer gewählt wird. Dabei ist es vorteilhaft, dass der Prozessdruck bevorzugt im ersten Prozessbereich und besonders bevorzugt in der Zufuhrleitung für schichtbildende Prozessgase zyklusschrittabhängig überwacht wird, so dass der Mangel eines schichtbildenden Prozessgases auf einfache Weise unmittelbar detektierbar ist und das entsprechende Prozessgas in einer Beschichtungspause, ohne Abbruch des Beschichtungsprozesses ausgetauscht werden kann. Ebenfalls ist es vorteilhaft, dass der Prozessdruck im zweiten Prozessbereich oder bevorzugt im Abpumpbereich zyklusschrittabhängig überwacht und eine durch Druckanstieg detektierbare übermäßige Zufuhr schichtbildenden Prozessgases vermieden wird. Entsprechende Drucküberwachungen sind nicht nur in Bezug auf diese Ausgestaltung sondern auf die Erfindung im Allgemeinen anwendbar.
Anspruch 8 betrifft eine Spezifizierung der Erfindung mittels Berechnung, wobei Mittel zur erfindungsgemäßen Auslegung von Prozessgasströmungen mit vorherrschender Diffusion oder vorherrschender Strömung genannt werden.
Entsprechend Anspruch 8 und o. g. Beispiel werden erhalten:
Für 10 cm³/min bei Standardbedingungen Gasdurchfluss und einem Prozessdruck von 0,001 mbar ist das Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit multipliziert mit der halben Zufuhrdauer ((4,6 m/s)² × 0,5 × 0,3 s = 3,173 m²/s) kleiner dem Diffusionskoeffizienten mit 19 m²/s und es ist Diffusion mit hoher Verweildauer zugeführter Prozessgase vorherrschend.
Für 100 cm³/min bei Standardbedingungen Gasdurchfluss ist bei einem Prozessdruck von 0,01 mbar das Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit multipliziert mit der halben Zufuhrdauer ((4,6 m/s)² × 0,5 × 0,3 s = 3,173 m²/s) größer dem Diffusionskoeffizienten mit 1,9 m²/s und es ist Strömung mit spülenden Eigenschaften vorherrschend.
Dieser Zusammenhang kann auch derart formuliert werden, dass Diffusion in einem Prozessbereich vorherrscht, wenn die Prozessbedingungen derart gewählt werden, dass die aus Massenfluss und Teilchendichte (Druck) eines Prozessgases ermittelbare mittlere Strömungsgeschwindigkeit multipliziert mit der Zufuhrdauer des Prozessgases eine Wegstrecke ergibt, die kleiner der mittleren Wegstrecke ist, die sich ein Prozessgasteilchen bei ruhendem Prozessgas und gleicher Teilchendichte (Druck) in einer der Zufuhrdauer entsprechenden Zeit durch thermische Bewegung (Diffusion) von seinem Ursprungsort entfernt. Und dass Strömung mit spülenden Eigenschaften vorherrscht, wenn die Prozessbedingungen derart gewählt werden, dass die aus Massenfluss und Teilchendichte (Druck) eines Prozessgases ermittelbare mittlere Strömungsgeschwindigkeit multipliziert mit der Zufuhrdauer des Prozessgases eine Wegstrecke ergibt, die größer der mittleren Wegstrecke ist, die sich ein Prozessgasteilchen bei ruhendem Prozessgas und gleicher Teilchendichte (Druck) in einer der Zufuhrdauer entsprechenden Zeit durch thermische Bewegung (Diffusion) von seinem Ursprungsort entfernt.
Aufgrund des gewählten Strömungsbereichs (Knudsen-Strömung) könnte „vorherrschende Strömung” auch als „vorherrschende viskose Strömung” bezeichnet werden, weil dem viskosen Strömungsanteil die besseren spülenden Eigenschaften zugesprochen werden und der viskose Strömungsanteil gegenüber dem molekularen Strömungsanteil mit steigendem Prozessdruck zunimmt. Da jedoch die mittlere Strömungsgeschwindigkeit aus dem Massenfluss und dem Strömungsquerschnitt bzw. der Teilchendichte ermittelt wird, gehen sowohl molekularer als auch viskoser Strömungsanteil in die Berechnung ein, so dass von „vorherrschender Strömung” gesprochen werden sollte. Vorherrschende Strömung bedeutet, dass bei gegebener Zufuhrdauer die Strömung gegenüber der Diffusion vorherrscht und die spülenden Eigenschaften überwiegen.
Anspruch 9 betrifft eine Vorrichtung insbesondere für eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 5.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Beschichtungszyklus bei Anordnung eines Substrates im ersten Prozessbereich
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für ein Verfahren nach 1
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung für ein Verfahren nach 1,
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Beschichtungszyklus bei Anordnung von Substraten im zweiten Prozessbereich,
5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens entsprechend 4 bei Zufuhr eines schichtbildenden und eines ohne Plasmaerzeugung reaktiven Prozessgases,
6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für ein Beschichtungsverfahren nach 4 oder 5,
7 ein Element mit einem ersten Prozessbereich zur Prozessgaszufuhr und nachfolgender symmetrischer Strömungsquerschnittserweiterung,
8 eine schematische Darstellung des Strömungsverlaufes innerhalb einer Vorrichtung entsprechend 6 und 7 und
9 Reflexions- und Transmissionskurven von zwei bei direkter Plasmaeinwirkung erzeugten Silberschichten
In 1 sind in einer ersten Zeile die Prozessschritte innerhalb eines ersten Prozessbereiches und in der zweiten Zeile die Prozessschritte innerhalb eines zweiten Prozessbereiches dargestellt. Weiterhin wird durch die Buchstaben „S” und „D” dargestellt ob in dem jeweiligen Prozessschritt erfindungsgemäß Strömung (S) oder Diffusion (D) vorherrscht. Die zeitgleichen Prozessschritte beider Prozessbereiche bilden gemeinsam aufeinanderfolgende Zyklusschritte entsprechend der Nummerierung 1), 2) und 3).
In den nachfolgenden Zeilen werden Prozessgasflüsse und zeitliche Platzierung der Plasmaerzeugung durch Rechtecke dargestellt. Bei den Prozessgasflüssen gibt die Rechteckhöhe niedrige und hohe Massenflüsse der Prozessgase an.
Bei Anordnung zumindest eines Substrates in einem ersten Prozessbereich wird ein Beschichtungszyklus aus folgenden Zyklusschritten gelbildet, wobei der Beschichtungszyklus bis zum Erreichen einer gewünschten Schichtdicke wiederholt wird:

1) Zuführen eines schichtbildenden Prozessgases A über den ersten Prozessbereich zur Adsorption auf einem im ersten Prozessbereich angeordnetem Substrat und Beenden der Zufuhr,
2) Zuführen eines aktivierbaren Prozessgases B über den ersten Prozessbereich bei vorherrschender Strömung im ersten Prozessbereich und Spülen des Substrates bei zumindest teilweise gleichzeitiger Erzeugung von Plasma im zweiten Prozessbereich zur Zersetzung überschüssigen schichtbildenden Prozessgases A, wobei eine Diffusion von Radikalen in den ersten Prozessbereich durch die im ersten Prozessbereich vorherrschende Strömung reduziert oder im Wesentlichen gesperrt wird, und
3) Zuführen eines aktivierbaren Prozessgases B bei derart reduziertem Massefluss durch den ersten Prozessbereich, dass Diffusion im ersten Prozessbereich vorherrscht und Erzeugen von Plasma im zweiten Prozessbereich mit vorherrschender Diffusion von Radikalen in den ersten Prozessbereich, so dass auf dem Substrat adsorbiertes schichtbildendes Prozessgas A in eine Schicht umgewandelt wird, wobei bevorzugt der reduzierte Anteil des Massenflusses von Prozessgas B umgelenkt und dem zweiten Prozessbereich direkt zugeführt wird.

Die Erzeugung von Plasma im zweiten Zyklusschritt 2) beginnt dabei bevorzugt um einen Initiierungszeitraum 7 verzögert zum Zufuhrbeginn des aktivierbaren Prozessgases B, so dass im ersten Prozessbereich bei Plasmabeginn bereits Strömung vorherrscht.
2 und 3 betreffen Ausgestaltungen der Erfindung im Wesentlichen entsprechend Anspruch 9.
2 zeigt einen als Hohlelektrode 50 ausgestalteten ersten Prozessbereich 100, welcher mit RF-Leistung 70 beaufschlagbar ist, während die Prozesskammer 300 eine geerdete Gegenelektrode darstellt und gleichzeitig den zweiten Prozessbereich 200 bildet. Die Hohlelektrode 50 ist mit gasdurchlässigen Öffnungen 55 für den Durchfluss von Prozessgasen 10, 20 ausgestattet. Ein Substrat 40 ist innerhalb der Hohlelektrode 50 angeordnet. Die Zufuhr der Prozessgase 10, 20 erfolgt insbesondere über die Hohlelektrode 50. In bevorzugter Ausgestaltung sind Mittel zur Strömungsumleitung 25 eines Anteils des aktivierbaren Prozessgases 20 direkt in den zweiten Prozessbereich (Plasmabereich) 200 vorgesehen, während die Zufuhr des schichtbildenden Prozessgases 10 ausschließlich über den ersten Prozessbereich (Reaktionsbereich) 100 vorgesehen ist. Der umzulenkende Anteil des aktivierbaren Prozessgases 20 kann vom Fachmann durch geeignete Wahl der Strömungsquerschnitte oder Verwendung von Drosselelementen eingestellt werden.
Durch Anpassung von Größe und Anzahl der Öffnungen 55 ist zusätzlich zum Einfluss der Strömungsquerschnitte der Prozessbereiche 100, 200 die Druckdifferenz zwischen den beiden Prozessbereichen 100 und 200 einstellbar. Bei gegenüber dem Strömungsleitwert (Strömungsquerschnitt) des ersten Prozessbereichs 100 reduziertem Strömungsleitwert der Summe der Öffnungen 55 kann Diffusion in Richtung des Substrates auch bei relativ kleinem Massenfluss im Wesentlichen gesperrt werden, während bei größerem Leitwert überwiegend das Verhältnis zwischen Diffusion und spülender Strömung geregelt wird, so dass Strömung oder Diffusion vorherrscht. Das Abpumpen der Prozessgase 10, 20 erfolgt über den zweiten Prozessbereich 200 mittels eines nicht dargestellten Vakuumsystems durch eine Abpumpöffnung 31. Es ist ein elektrisch isolierendes Verbindungselement 90 zwischen geerdeter Prozesskammer 300 und Hohlelektrode 50 vorgesehen, wobei die Beheizung der Hohlelektrode 50 bevorzugt über die Erzeugung von Plasma erfolgt. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Plasmaerzeugung innerhalb gleicher Beschichtungszyklen während vorherrschender Diffusion im ersten Reaktionsbereich 100 konstant gehalten und nur bei vorherrschender Strömung im ersten Prozessbereich 100 zur Temperaturregelung verändert wird, so dass Zufuhrlänge und Art der zugeführten Radikale im Beschichtungsverlauf für gleiche Beschichtungszyklen im Wesentlichen gleich bleibt.
Die Strömungsrichtung zwischen erstem Prozessbereich 100 und zweitem Prozessbereich 200 durch Öffnungen 55 ist durch Strömungspfeile dargestellt, wobei prozessabhängig in zumindest einem Zyklusschritt auch eine Diffusion entgegen der Strömungsrichtung vorgesehen ist.
3 entspricht im Wesentlichen 2, mit dem Unterschied, dass die Hohlelektrode 50 geerdet ist und eine mit Hochfrequenzleistung 70 beaufschlagbare Gegenelektrode 60 im zweiten Prozessbereich 200 angeordnet ist. Hierdurch lassen sich die Eigenschaften des Plasmas verändern und es kann auf ein elektrisch isolierendes Verbindungselement (90) entsprechend 2 verzichtet werden, so dass eine Beheizung des Substrates 40 auch direkt über ein geerdetes Heizelement 95 realisierbar ist. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der erste Prozessbereich 100 mit Ausnahme der Prozessgaszufuhr thermisch von der Prozesskammer getrennt ist, so dass nicht die gesamte Prozesskammer auf Prozesstemperatur aufgeheizt werden muss.
In 4 ist ein Beschichtungszyklus mit 4 Zyklusschritten entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schematisch dargestellt. In einer ersten Zeile werden die Prozessschritte innerhalb eines ersten Prozessbereiches (Zufuhrbereich) und in der zweiten Zeile die Prozessschritte innerhalb eines zweiten Prozessbereiches (Reaktionsbereich) dargestellt. Weiterhin wird durch die Buchstaben „S” und „D” dargestellt, ob in dem jeweiligen Prozessschritt erfindungsgemäß Strömung (S) oder Diffusion (D) vorherrscht. Die zeitgleichen Prozessschritte beider Prozessbereiche bilden gemeinsam aufeinanderfolgende Zyklusschritte entsprechend der Nummerierung 1), 2), 3) und 4).
In der nachfolgenden Zeile werden die Prozessgasflüsse dargestellt, wobei die Rechteckhöhe niedrige und hohe Massenflüsse der Prozessgase anzeigt. Die dargestellte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen Anspruch 7. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird der Reaktionsbereich (zweiter Prozessbereich) nicht durch Zufuhr des aktivierbaren Prozessgases B, sondern erst bei zusätzlicher Zufuhr des spülenden Prozessgases S gespült. Dieses wird bevorzugt als Inertgas gewählt, da hierdurch die Verwendung für beliebige Prozessgase möglich ist und somit der Spülschritt für den zweiten Prozessbereich prozessunabhängig für beliebige Prozesse fest eingestellt werden kann. Dabei ist eine gleichzeitige Zufuhr des aktivierbaren Prozessgases B mit dem spülenden Prozessgas S nicht zwingend erforderlich, verringert jedoch die Schalthäufigkeit des entsprechenden Ventils um zwei Schaltungen je Beschichtungszyklus und die Strömung des aktivierbaren Prozessgases B ist bei Plasmaerzeugung bereits initiiert und gleichmäßig. Als spülendes Prozessgas wird bevorzugt Argon verwendet.
Bei Anordnung zumindest eines Substrates in einem zweiten Prozessbereich wird ein Beschichtungszyklus aus folgenden Zyklusschritten gelbildet, wobei der Beschichtungszyklus bis zum Erreichen einer gewünschten Schichtdicke wiederholt wird:

1) Zuführen eines schichtbildenden Prozessgases A mit relativ zu einem spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss bevorzugt über den ersten Prozessbereich in den zweiten Prozessbereich zur Adsorption auf einem oder mehreren Substraten im zweiten Prozessbereich und Beenden der Zufuhr des schichtbildenden Prozessgases A,
2) Zuführen eines aktivierbaren Prozessgases B mit relativ zum spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss über den ersten Prozessbereich zum Spülen des ersten Prozessbereiches bei zumindest teilweise fortgesetzter Verweildauer des zugeführten schichtbildenden Prozessgas A im zweiten Prozessbereich durch vorherrschende Diffusion,
3) Zuführen eines spülenden Prozessgases S mit relativ zu den anderen Prozessgasen A, B hohem Massenfluss über den ersten Prozessbereich zum Spülen der Substrate im zweiten Prozessbereich, wobei bevorzugt die Zufuhr des aktivierbaren Prozessgases B mit relativ zum spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss beibehalten wird, und Beenden der Zufuhr des spülenden Prozessgases S, und
4) Zuführen eines aktivierbaren Prozessgases B mit relativ zum spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss über den ersten Prozessbereich und Erzeugung von Plasma im zweiten Prozessbereich, so dass auf dem Substrat adsorbiertes schichtbildendes Prozessgas in eine Schicht umgewandelt wird und Beenden von Plasmaerzeugung und Zufuhr des aktivierbaren Prozessgases B,

In 5 ist ein Beschichtungszyklus entsprechend 4 jedoch mit insgesamt 6 Zyklusschritten dargestellt. Dieser Beschichtungszyklus ist insbesondere zur Verwendung eines reaktiven Prozessgases anstelle eines aktivierbaren Prozessgases geeignet und ermöglicht grundsätzlich auch ALD Beschichtungsprozesse ohne Plasmaerzeugung bei variablem Prozessdruck. Die Darstellung entspricht 4. wobei jedoch auf Angabe der jeweiligen Prozessgasströmung verzichtet wurde, da diese sich analog zu 4 ergeben.
Bei Anordnung zumindest eines Substrates in einem zweiten Prozessbereich wird ein Beschichtungszyklus aus folgenden Zyklusschritten gelbildet:

1) Zuführen eines schichtbildenden Prozessgases A mit relativ zu einem spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss bevorzugt über den ersten Prozessbereich in den zweiten Prozessbereich zur Adsorption auf einem oder mehreren Substraten im zweiten Prozessbereich sowie Zuführen eines Leitungsspülgases S* zumindest über die Zufuhrleitung eines reaktiven Prozessgases C mit relativ zu einem spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss und Beenden der Zufuhr des schichtbildenden Prozessgases,
2) Zuführen des Leitungsspülgases S* mit relativ zum spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss über beide Zufuhrleitungen in den ersten Prozessbereich zum Spülen des ersten Prozessbereiches bei zumindest teilweise fortgesetzter Verweildauer des zugeführten schichtbildenden Prozessgas A im zweiten Prozessbereich durch vorherrschende Diffusion,
3) Zuführen eines spülenden Prozessgases S mit relativ zu den anderen Prozessgasen A, C und dem Leitungsspülgas S* hohem Massenfluss zum Spülen der Substrate im zweiten Prozessbereich, wobei bevorzugt die Zufuhr des Leitungsspülgases S* mit relativ zum spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss über zumindest eine Zufuhrleitung beibehalten wird, und Beenden der Zufuhr des spülenden Prozessgases S
4) Zuführen eines reaktiven Prozessgases C mit relativ zum spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss über den ersten Prozessbereich und Erzeugung von Plasma im zweiten Prozessbereich, so dass auf dem Substrat adsorbiertes schichtbildendes Prozessgas A in eine Schicht umgewandelt wird, sowie Zuführen eines Leitungsspülgases S* zumindest über die Zufuhrleitung des schichtbildenden Prozessgases A mit relativ zu dem spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss und Beenden von Plasmaerzeugung und der Zufuhr des reaktiven Prozessgases C,
5) Zuführen des Leitungsspülgases S* mit relativ zum spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss über beide Zufuhrleitungen in den ersten Prozessbereich zum Spülen des ersten Prozessbereiches bei zumindest teilweise fortgesetzter Verweildauer des zugeführten reaktiven Prozessgas C im zweiten Prozessbereich durch Diffusion,
6) Zuführen eines spülenden Prozessgases S mit relativ zu den anderen Prozessgasen A, C und dem Leitungsspülgas S* hohem Massenfluss zum Spülen der Substrate im zweiten Prozessbereich, wobei bevorzugt die Zufuhr des Leitungsspülgases S* mit relativ zum spülenden Prozessgas S niedrigem Massenfluss über zumindest eine Zufuhrleitung beibehalten wird, und Beenden der Zufuhr des spülenden Prozessgases S,

Inertgase sind für beliebige Prozesse verwendbar, da sie unabhängig von der Wahl eines reaktiven oder eines schichtbildenden Prozessgases mit diesem unreaktiv sind.
Dabei ist Helium als Trägergas sehr gut geeignet und hat bei Plasmaerzeugung einen sehr geringen Einfluss auf die Schichtbildung, während Argon aufgrund seines hohen Molgewichts sehr gute Spüleigenschaften aufweist.
Als reaktives Prozessgas C sind alle Prozessgase erfindungsgemäß, die mit einem jeweiligen schichtbildenden Prozessgas A mit oder ohne Plasmaerzeugung eine Schicht bilden. Insbesondere bevorzugt sind reaktive Prozessgase C, die durch Verdampfen von Wasser, Ameisensäure, Oxalsäure oder Ammoniumformiat gebildet werden.
6 zeigt eine Prozesskammer zur Beschichtung mehrerer Substrate entsprechend eines Verfahrens insbesondere nach Anspruch 6. Durch Austrittsöffnungen 43 eines Elements zur Strömungsquerschnittserweiterung sind Prozessgase einem zweiten Prozessbereich 201 (Reaktionsbereich) zuführbar, der durch ein rohrförmiges Antennenelement 501 zur Einkopplung von Hochfrequenzleistung begrenzt ist und sich in einer Reaktionskammer 301 befindet. Dabei ist der zweite Prozessbereich 201 aufgrund der Anordnung der Austrittsöffnungen 43 und der Begrenzung durch das Antennenelement 501 von Prozessgasen gleichmäßig durchströmbar und insbesondere zur gleichzeitigen Aufnahme und Beschichtung mehrerer Substrate geeignet. Substrate und Substrathalterungen (vorzugsweise aus dielektrischem Material) sind nicht dargestellt und bevorzugt so anzuordnen, dass weiterhin ein gleichmäßiges Durchströmen des zweiten Prozessbereiches 201 gewährleistet ist. Zur Verbesserung der Strömungsführung sind Isolationselemente 91 und 92 vorgesehen. Das Antennenelement 501 entspricht einer Spule mit einer Windung und wird in einen Hochfrequenz-Schwingkreis über die beiden Spulenenden durch zwei Durchführungen 51 und 52 eingebunden. Optional ist ein Erdungspunkt 53 in der Mitte der Spule vorgesehen. Dabei ist die Temperatur des Antennenelements 501 bevorzugt entweder über die beiden Durchführungen 51,52 oder den Erdungspunkt 53 regelbar.
Die Reaktionskammer 301 ist über eine möglichst symmetrisch zum Reaktionsbereich 501 angeordnete Abpumpöffnung 31 evakuierbar, wobei auch mehrere Abpumpöffnungen vorgesehen sein können. Es ist eine Kammertür vorgesehen, die den Blick in die Reaktionskammer 301 versperren würde und daher nicht dargestellt wurde. Zur Erhöhung der Plasmadichte ist ein stationäres Magnetfeld 71 vorgesehen, welches bevorzugt senkrecht zur Strömungsrichtung symmetrisch durch den zweiten Prozessbereich (Reaktionsbereich) 201 verläuft und bevorzugt durch geeignete Anordnung von Helmholzspulen zur Erzeugung von Elektron-Zyklotron-Resonanz (oder auch Ionen-Zyklotron-Resonanz) in seiner Feldstärke regelbar ausgeführt ist. Der erste Prozessbereich 101 ist in 6 nicht dargestellt und aus der zugehörigen 7 ersichtlich. 7 zeigt ein Element zur Strömungsquerschnittserweiterung 401 mit Austrittsöffnungen 43, Prozessgaszufuhröffnungen (Zufuhrleitungen) 41 und 42 und einen ersten Prozessbereich (Zufuhrbereich) 101. Der Strömungsweg der Prozessgase wird durch Strömungspfeile schematisch dargestellt, wobei Punkte den Pfeilspitzen einer Strömung senkrecht zur Darstellungsebene entsprechen. Prozessgasströmung durch die mittig angeordnete Zufuhrleitung 41 verläuft durch den ersten Prozessbereich 101 (Zufuhrbereich) und wird symmetrisch auf die Austrittsöffnungen 43 aufgeteilt, und strömt aus diesen in einen in 6 dargestellten zweiten Prozessbereich 201. Prozessgasströmung durch die andere Zufuhrleitung 42 wird ebenfalls über den ersten Prozessbereich symmetrisch auf die Austrittsöffnungen 43 aufgeteilt, wobei im Zufuhrbereich 101 jedoch eine Strömungslenkung mittels eines Strömungslenkelements 81 in Richtung der Austrittsöffnungen 43 vorgesehen ist und Strömung in Richtung der mittig angeordneten Zufuhrleitung 41 reduziert wird.
Bevorzugt wird entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 5 ein schichtbildendes Prozessgas A durch die mittig angeordnete Zufuhrleitung 41 zugeführt, während die andere Zufuhrleitung 42 mit einem Leitungsspülgas S* gespült wird. Die Zufuhr eines reaktiven Prozessgases C wird über die andere Zufuhrleitung 42 vorgenommen, während die mittig angeordnete Zufuhrleitung 41 mit einem Leitungsspülgas S* gespült wird. Zumindest während der Zyklusschritte zum Spülen des ersten Prozessbereiches 101, bevorzugt jedoch während des gesamten Beschichtungszyklus wird Leitungsspülgas S* durch beide Zufuhrleitungen 41, 42 zugeführt. Der zweite Prozessbereich 201 wird bevorzugt über die Zufuhrleitung 42 mit Strömungsweg über das Strömungslenkelement 81 mit einem spülenden Prozessgas S gespült. Bei einem Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel entsprechend 4 ist die mittig angeordnete Zufuhrleitung 41 ausreichend und es kann auf die andere Zufuhrleitung 42 und den Strömungsweg mit Strömungslenkelement 81 verzichtet werden, da das schichtbildende Prozessgas A und das aktivierbare Prozessgas B bei geeigneten Prozessbedingungen nur im zweiten Prozessbereich 201 bei Plasmaerzeugung miteinander reagieren und die Zufuhr in den ersten Prozessbereich 101 ohne Trennung der Strömungswege erfolgen kann. Dabei ist vorgesehen, dass die Einkopplung der schichtbildenden Prozessgase A in die Zufuhrleitung 41 derart zwischen erstem Prozessbereich 101 und Einkoppelbereich der Prozessgase mit spülenden Eigenschaften B, S erfolgt, dass zumindest bei Zufuhr des aktivierbaren Prozessgases B die gesamte Zufuhrleitung 41 gespült wird.
Die Temperatur der Substrate wird bevorzugt durch die zugeführte Plasmaleistung geregelt. Dies erfolgt bevorzugt dadurch, dass zwischen einer Schichtbildungsreaktion durch Plasmaerzeugung und erneuter Zufuhr eines schichtbildenden Prozessgases ein temperaturregelndes Prozessgas zugeführt und während der Zufuhr im Reaktionsbereich Plasma erzeugt wird wobei der Plasmaenergieeintrag des nicht schichtbildenden Plasmas im Beschichtungsverlauf zur Regelung der Substratoberflächentemperatur verändert wird, und wobei entweder der Plasmaenergieeintrag mit fortschreitendem Beschichtungsverlauf verringert und die Substratoberflächentemperatur im Wesentlichen konstant gehalten wird oder mittels Temperaturmessung eines Substrates oder eines repräsentativen Bereiches im Reaktionsbereich die Substrattemperatur durch einen geschlossenem Regelkreis gesteuert wird, während Plasmaleistung und Plasmadauer des schichtbildenden Plasmas nicht in Abhängigkeit vom Beschichtungsverlauf verändert werden. Dabei wird als temperaturregelndes Prozessgas bevorzugt Helium gewählt, da dieses einen sehr geringen Einfluss auf die Schichtbildung hat. Das temperaturregelnde Prozessgas kann aber auch als aktivierbares oder reaktives Prozessgas gewählt werden, wobei die Plasmalänge nach erfolgter Schichtbildungsreaktion verändert und eine Mindestzeit zur Schichtbildung beibehalten wird.
8 zeigt anhand der Strömungssimulation einer Vorrichtung entsprechend 6 und 7, dass der gesamte zweite Prozessbereich 201, welcher dem Reaktionsbereich entspricht und zur Aufnahme von Substraten vorgesehen ist, über den ganzen Strömungsquerschnitt im Wesentlichen gleichmäßig durchströmt wird, so dass im gesamten Reaktionsbereich 201 insbesondere bei homogener Plasmaerzeugung und vorherrschender Diffusion der Prozessgasse eine gleichmäßige Beschichtung von Substraten erzielt werden kann.
In 9 sind zwei Silberschichten anhand der Reflexionskurven 16, 18 und der Transmissionskurven 17, 19 dargestellt. Es besteht die weitverbreitete Meinung, dass bei direkter Plasmaeinwirkung nur dünne Schichten mäßiger Qualität herstellbar sind.
Anhand des Beispiels aus 9 für ein PEALD Verfahren entsprechend 4 bzw. 5 wird gezeigt, dass direkte Plasmaerzeugung bei geeigneter Prozessgaswahl die Bildung dünner Schichten mit hervorragenden Eigenschaften ermöglicht.
Es wird einerseits eine Silberschicht durch Reflexionskurve 18 und Transmissionskurve 19 dargestellt, die auch herkömmlichen PEALD Schichten entspricht und sowohl verringerte Reflexion in der Reflexionskurve 18 als auch Absorption im kurzwelligen Bereich (380–480 nm) der Transmissionskurve 19 zeigt. Diese Schicht wurde bei direkter Plasmaerzeugung in Gegenwart von Argon mit Silberpivalat als schichtbildendem Prozessgas und Sauerstoff sowie Wasserstoff als aktivierbare Prozessgase gebildet. Dabei wurden in Beschichtungszyklen zuerst ein Sauerstoffplasma (Bildung von Silberoxid) und anschließend ein Wasserstoffplasma (Reduktion der Silberoxidschicht in eine Silberschicht) erzeugt. Bei gleichem Beschichtungszyklus mit reduzierter Argonzufuhr konnte das Reflexionsverhalten deutlich verbessert, eine Absorption im kurzwelligen Bereich aber nicht vollständig vermieden werden.
Andererseits wird eine Silberschicht durch Reflexionskurve 16 und Transmissionskurve 17 dargestellt, die eine hohe Reflektion und keine wahrnehmbare Absorption zeigt und näherungsweise mit aufgedampften oder gesputterten Silberschichten sehr guter Qualität vergleichbar ist. Diese Silberschicht (16, 17) wurde ohne nennenswerte Gegenwart von Argon mit Silberpivalat als schichtbildendem Prozessgas und Wasserdampf als reaktivem Prozessgas mit einem mit 5 vergleichbarem Verfahren gebildet.
Für ein erfindungsgemäßes Verfahren insbesondere mit direkter Plasmaerzeugung im Reaktionsbereich ist es erforderlich, dass während der Plasmaerzeugung im Wesentlichen kein Trägergas mit unerwünschtem Einfluss auf die Schichtbildung zugeführt wird oder bei Plasmaerzeugung anwesend ist. Dabei wird bevorzugt, dass bei Verwendung eines Trägergases ein inertes Trägergas mit einem Molgewicht gewählt wird, welches geringer als das Molgewicht des reaktiven oder aktivierbaren Gases ist.
Weiterhin ist bevorzugt, dass das reaktive oder aktivierbare Prozessgas derart gewählt wird, dass das erzeugte Plasma sowohl oxidierende als auch reduzierende Radikale aufweist, die derart in einem neutralen Gleichgewicht stehen, dass bei der Schichtbildungsreaktion entstehende Reaktionsprodukte auch bei fortdauernder Plasmaerzeugung im Wesentlichen nicht weiter mit der gebildeten Schicht reagieren, wobei bevorzugt als reaktives Prozessgas Wasserdampf verwendet wird. Anstelle von Wasser wäre grundsätzlich auch ein entsprechend aus Sauerstoff und Wasserstoff zusammengesetztes Gasgemisch möglich, wobei sich dies aus Sicherheitsaspekten verbietet. Es ist jedoch vorteilhaft, dass (insbesondere mit einem aus Wasser gebildeten Prozessgas) das neutrale Gleichgewicht des Plasmas durch Zugabe von Sauerstoff oder von Wasserstoff verbessert wird.
Ebenfalls kann das reaktive oder aktivierbare Prozessgas aus Ameisensäure, Oxalsäure oder Ammoniumformiat ggf. mit zusätzlichem Sauerstoff- oder Wasserstoffanteil gebildet werden. Die Verwendung von Wasser zur Bildung eines reaktiven Prozessgases bei gleichzeitiger Erzeugung von Plasma ermöglicht entsprechend der vorliegenden Erfindung insbesondere die Bildung metallischer Schichten hoher Qualität. Dabei enthält das schichtbildende Prozessgas besonders bevorzugt Silber oder wird ebenfalls bevorzugt mit Kupfer, Nickel, Gold, Platin, Palladium, Iridium oder Ruthenium gebildet. Dabei werden bevorzugt schichtbildende Prozessgase gewählt, die sich aus dem schichtbildenden Anteil und einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, und/oder Stickstoff zusammensetzen und somit bevorzugt frei von Phosphor, Fluor und Schwefel sind.

Claims

Plasmaunterstütztes ALD Verfahren zur Bildung einer dünnen Schicht auf einem Substrat in einem Reaktionsbereich bei durch ein Vakuumsystem reduziertem Prozessdruck mit Beschichtungszyklen innerhalb derer in Zyklusschritten ein schichtbildendes Prozessgas zugeführt, der Reaktionsbereich gespült und nachfolgend der adsorbierte Anteil des schichtbildenden Prozessgases durch Zufuhr oder Erzeugung eines reaktiven Prozessgases in eine dünne Schicht umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessgas mit spülenden Eigenschaften über einen ersten Prozessbereich mit begrenztem Strömungsquerschnitt einem zweiten Prozessbereich mit relativ zum ersten Prozessbereich größerem Strömungsquerschnitt zugeführt und aus diesem abgepumpt wird, wobei Verhältnis und Größe der Strömungsquerschnitte, die Pumpleistung des Vakuumsystems, sowie die Zufuhrdauer und der Massenfluss des Prozessgases zumindest während eines Zyklusschrittes derart aufeinander abgestimmt werden, dass eine Übergangsströmung zwischen molekularer und viskoser Strömung mit in den beiden Prozessbereichen unterschiedlichem lokalen Prozessdruck und derart verschiedenem Verhältnis zwischen Strömung und Diffusion gebildet wird, dass der erste Prozessbereich aufgrund vorherrschender Strömung gespült wird, während der zweite Prozessbereich aufgrund vorherrschender Diffusion den zugeführten Prozessgasen ausgesetzt bleibt, so dass zwei unterschiedliche Prozessschritte zumindest teilweise gleichzeitig während eines Zyklusschrittes durchgeführt werden.
Plasmaunterstütztes ALD Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung unterschiedlicher Prozessdrücke und Strömungsverhältnisse zwischen Diffusion und Strömung innerhalb eines Beschichtungszyklus durch Zufuhrdauer und Massenfluss der Prozessgase ohne Veränderung der Pumpleistung des Vakuumsystems oder der Strömungsquerschnitte geregelt wird und dass bei Zufuhr oder in Gegenwart eines aktivierbaren oder reaktiven Prozessgases im zweiten Prozessbereich Plasma erzeugt wird.
Plasmaunterstütztes ALD Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat im ersten Prozessbereich angeordnet und im zweiten Prozessbereich während der Zufuhr eines aktivierbaren Prozessgases Hochfrequenzplasma erzeugt wird, wobei das aktivierbare Prozessgas innerhalb eines Zyklusschrittes derart zugeführt wird, dass im ersten Prozessbereich Strömung mit spülenden Eigenschaften vorherrscht und bei Aktivierung des Prozessgases durch Plasmaerzeugung im zweiten Strömungsbereich eine Ausbreitung von Radikalen entgegen der Strömungsrichtung in den ersten Prozessbereich verringert oder gesperrt wird und wobei in einem nachfolgenden Zyklusschritt der Massenfluss des Prozessgases durch den ersten Prozessbereich derart reduziert wird, dass im ersten Prozessbereich Diffusion vorherrscht und eine hohe Ausbreitung von Radikalen entgegen der Strömungsrichtung erfolgt, so dass auf dem Substrat adsorbiertes schichtbildendes Prozessgas in eine dünne Schicht umgewandelt wird.
Plasmaunterstütztes ALD Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des Massenflusses durch den ersten Prozessbereich durch Umlenkung des reduzierten Prozessgasanteils und direkte Zufuhr in den zweiten Prozessbereich bewirkt wird, so dass der Prozessdruck im zweiten Prozessbereich während der Plasmaerzeugung konstant gehalten wird.
Plasmaunterstütztes ALD Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschichtungszyklus durch folgende Zyklusschritte gebildet wird: Zuführen eines schichtbildenden Prozessgases über den ersten Prozessbereich zur Adsorption auf einem im ersten Prozessbereich angeordnetem Substrat, Zuführen eines aktivierbaren Prozessgases über den ersten Prozessbereich bei vorherrschender Strömung im ersten Prozessbereich und Spülen des Substrates bei zumindest teilweise gleichzeitiger Erzeugung von Plasma im zweiten Prozessbereich zur Zersetzung überschüssigen schichtbildenden Prozessgases, wobei eine Diffusion von Radikalen in den ersten Prozessbereich durch die im ersten Prozessbereich vorherrschende Strömung reduziert oder gesperrt wird, und Zuführen eines aktivierbaren Prozessgases bei derart reduziertem Massefluss durch den ersten Prozessbereich, dass Diffusion im ersten Prozessbereich vorherrscht und Erzeugen von Plasma im zweiten Prozessbereich mit vorherrschender Diffusion von Radikalen in den ersten Prozessbereich so dass auf dem Substrat adsorbiertes schichtbildendes Prozessgas in eine Schicht umgewandelt wird, wobei bevorzugt der reduzierte Anteil des Massenflusses umgelenkt und dem zweiten Prozessbereich direkt zugeführt wird.
Plasmaunterstütztes ALD Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt des ersten Prozessbereiches durch gleichmäßige Strömungverteilung auf den Strömungsquerschnitt des zweiten Prozessbereiches gebracht wird und ein oder mehrere Substrate im zweiten Prozessbereich angeordnet werden, wobei nach Spülen des ersten Prozessbereiches bei vorherrschender Diffusion im zweiten Prozessbereich, ein spülendes Prozessgas derart mit hohem Massenfluss und geeigneter Zufuhrdauer zugeführt wird, dass auch im zweiten Prozessbereich Strömung mit spülenden Eigenschaften vorherrscht und die Substrate gespült werden, bevor durch geeignete Mittel im zweiten Prozessbereich, welcher dem Reaktionsbereich entspricht, bevorzugt ein induktiv gekoppeltes Hochfrequenzplasma erzeugt wird.
Plasmaunterstütztes ALD Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Bildung einer dünnen Schicht auf einem Substrat in einem Reaktionsbereich, wobei die Zufuhr von Prozessgasen über einen Zufuhrbereich mit gegenüber dem Reaktionsbereich kleinerem Strömungsquerschnitt erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschichtungszyklus durch folgende Zyklusschritte gebildet wird: Zuführen eines schichtbildenden Prozessgases zur Adsorption auf dem Substrat, Zuführen eines aktivierbaren Prozessgases, wobei Massenfluss und Zyklusschrittdauer derart gewählt werden, dass der Zufuhrbereich durch vorherrschende Strömung gespült wird, während im Reaktionsbereich durch vorherrschende Diffusion keine Spülwirkung erzielt wird, Zuführen eines spülenden Prozessgases mit relativ zu den anderen Prozessgasen hohem Massenfluss zum Spülen des Reaktionsbereichs bei fortgesetzter Zufuhr des aktivierbaren Prozessgases und Erzeugen von Plasma bei fortgesetzter Zufuhr des aktivierbaren Prozessgases zur Prozessgasaktivierung und Bildung einer dünnen Schicht, wobei als spülendes Prozessgas ein Inertgas gewählt und mit mehr als zweifachem Massenfluss relativ zum Massenfluss des aktivierbaren Prozessgases zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Prozessgasströmung mit vorherrschender Diffusion der Massenfluss im Verhältnis zur Pumpleistung des Vakuumsystems und zum jeweiligen Strömungsquerschnitt derart gewählt wird, dass das Quadrat der mittleren Strömungsgeschwindigkeit multipliziert mit der halben Zufuhrdauer bei gleicher Einheitenwahl kleiner dem Diffusionskoeffizienten ist, welcher aus lokalem Prozessdruck, Art des Prozessgases und Prozesstemperatur ermittelbar ist, während für Prozessgasströmung mit vorherrschender Strömung der Massenfluss im Verhältnis zur Pumpleistung und zum Strömungsquerschnitt derart gewählt wird, dass bei resultierendem Prozessdruck das Quadrat der mittleren Strömungsgeschwindigkeit multipliziert mit der halben Zufuhrdauer größer dem Diffusionskoeffizienten ist.
Vorrichtung mit einer Prozesskammer mit Mitteln zur Zufuhr von Prozessgasen, Mitteln zur Erzeugung eines kapazitiv gekoppelten Plasmas und einem Vakuumsystem zum Abpumpen der Prozessgase insbesondere für ein plasmaunterstütztes ALD Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Reaktionskammer zumindest eine Elektrode angeordnet und derart hohl ausgestaltet ist, dass sie den ersten Strömungsbereich bildet und ein Substrat in die Elektrode einbringbar ist, dass Prozessgase durch die Elektrode zuführbar sind und dass Öffnungen in der Elektrode zwischen Substrat und einer Gegenelektrode vorgesehen sind, die in Strömungskontakt mit dem zweiten Prozessbereich, welcher der Prozesskammer entspricht, und dem Vakuumsystem stehen, so dass Plasma in der Prozesskammer erzeugbar ist, welches durch geeignete Anordnung und Ausgestaltung der Elektrodenöffnungen eine gleichmäßige Schichtbildungsreaktion auf einem in der Elektrode befindlichen Substrat durch Diffusion von Prozessgasradikalen in den ersten Strömungsbereich ermöglicht.