DE102013020899A1

DE102013020899A1 - Method for introducing a process gas into a process space for a plasma-assisted chemical vapor deposition and apparatus for a plasma-assisted chemical vapor deposition

Info

Publication number: DE102013020899A1
Application number: DE102013020899.8A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Völk Peter; Ulrich Walk
Original assignee: Centrotherm Photovoltaics AG
Current assignee: Centrotherm Photovoltaics AG
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Es ist Verfahren zum Einbringen eines Prozessgases in einen unter Unterdruck stehenden Prozessraum für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung einer Aluminiumoxidschicht und eine entsprechende Vorrichtung beschrieben. Bei dem Verfahren wird ein flüssiger Precursor aus Trimethylaluminium (TMA) mittels einer Dosierpumpe über ein Überströmventil zu einem Verdampfer, der in direkter Strömungsverbindung mit dem Prozessraum steht gefördert, der flüssige Precursor im Verdampfer verdampft und anschließend in den Prozessraum eingeleitet. Die Vorrichtung weist einen Prozessraum zur Aufnahme wenigstens eines Substrats, wenigstens eine mit dem Prozessraum in Verbindung stehende Einheit zum Erzeugen eines Unterdrucks im Prozessraum und wenigstens eine Einheit zum Erzeugen eines Plasmas benachbart zu oder an einer Oberfläche des wenigstens einen Substrats auf. Ferner ist ein gasdichter Vorratsbehälter zur Aufnahme und Lagerung eines flüssigen Precursors aus Trimethylaluminium (TMA) unter Ausschluss von Sauerstoff, wenigstens eine Dosierpumpe, die mit dem Vorratsbehälter in Verbindung steht, um darin aufgenommenen flüssigen Precursor zu fördern, wenigstens ein Überströmventil mit einem Eingang, der mit einem Ausgang der Dosierpumpe in direkter Strömungsverbindung steht, wobei das Überströmventil bei einem Druck von 1 Bar oder einem höheren Druck öffnet, und wenigsten ein Verdampfer vorgesehen. Der Verdampfer besitzt einen Eingang, der in direkter Strömungsverbindung mit einem Ausgang des Überströmventils steht, einen Ausgang, der in direkter Strömungsverbindung mit einem Eingang der Prozesskammer steht, und wenigstens eine Heizeinheit zum Erwärmen eines Verdampfungsraums, der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verdampfers liegt.The invention relates to a method for introducing a process gas into a vacuum-controlled process space for a plasma-assisted chemical vapor deposition of an aluminum oxide layer and a corresponding device. In the method, a liquid precursor of trimethylaluminum (TMA) is conveyed by means of a metering pump via an overflow valve to an evaporator, which is in direct flow communication with the process space, the liquid precursor evaporates in the evaporator and then introduced into the process space. The device has a process space for accommodating at least one substrate, at least one unit connected to the process space for generating a negative pressure in the process space, and at least one unit for generating a plasma adjacent to or on a surface of the at least one substrate. Further, a gas-tight storage container for receiving and storing a liquid precursor of trimethylaluminum (TMA) with the exclusion of oxygen, at least one metering pump which communicates with the reservoir in order to promote liquid precursor contained therein, at least one overflow valve with an input, the is in direct flow communication with an outlet of the metering pump, wherein the spill valve opens at a pressure of 1 bar or a higher pressure, and at least one evaporator provided. The evaporator has an inlet in direct flow communication with an outlet of the spill valve, an outlet in direct flow communication with an inlet of the process chamber, and at least one heating unit for heating an evaporation space intermediate the inlet and outlet of the evaporator ,

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Prozessgases in einen unter Unterdruck stehenden Prozessraum für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung und eine Vorrichtung für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung.The present invention relates to a method for introducing a process gas into a vacuum-controlled process space for a plasma-assisted chemical vapor deposition and a device for plasma-assisted chemical vapor deposition.

In der Halbleitertechnik, aber beispielsweise auch der Photovoltaik und anderen technischen Gebieten ist es bekannt, Substrate bei erhöhten Temperaturen unter Zuführung von Prozessgasen zu behandeln. Ein insbesondere in der Halbleitertechnik und der Photovoltaik bekanntes Verfahren ist die Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD = plasma enhanced chemical vapor deposition), die beispielsweise für die Herstellung von dünnen Schichten eingesetzt wird.In semiconductor technology, but also, for example, photovoltaics and other technical fields, it is known to treat substrates at elevated temperatures while supplying process gases. A method known in particular in semiconductor technology and photovoltaics is plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), which is used, for example, for the production of thin layers.

Bei einem solchen Verfahren wird eine Aluminiumoxidschicht durch eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD = plasma enhanced vapor deposition) auf Substraten für die Photovoltaikindustrie ausgebildet. Bei diesem Verfahren wird ein flüssiger Precursor aus Trimethylaluminium (TMA) verdampft und dann in Gasform einer Plasma-Prozesskammer, die die zu behandelnde Substrate enthält und in der ein Unterdruck herrscht, zugeführt. Ferner wird ein weiteres Prozessgas zugeführt. Die Handhabung von TMA ist aufgrund seiner hohen Reaktivität mit Sauerstoff aufwendig und stellt hohe Anforderung an die hiermit in Kontakt tretenden Komponenten, die möglichst reduziert und einfach aufgebaut sein sollten.In such a method, an aluminum oxide layer is formed by plasma assisted chemical vapor deposition (PECVD) on substrates for the photovoltaic industry. In this method, a liquid precursor of trimethylaluminum (TMA) is evaporated and then supplied in gaseous form to a plasma processing chamber containing the substrates to be treated and in which a negative pressure prevails. Furthermore, a further process gas is supplied. The handling of TMA is complicated due to its high reactivity with oxygen and places high demands on the components that come into contact with it, which should be as reduced as possible and simple in construction.

Für die Zuführung zur Verfügung stehende Verdampfungseinheiten umfassen insbesondere Bubbler-Systeme, thermische Verdampfer oder Entspannungsverdampfer. Bei den Bubbler-Systemen wird der flüssige Precursor üblicherweise in einem thermisch abgeschirmten und auf konstanter Temperatur gehaltenen Gehäuse gehalten. Ein Trägergas, üblicherweise N₂ wird durch den flüssigen Precursor hindurchgeleitet, wobei er darinnen Blasen bildet und hierbei geringe Mengen der Flüssigkeit aufnimmt. Das Trägergas mit den so aufgenommenen Precursor in Gasform wird anschließend in die Prozesskammer eingeleitet. Die Menge an flüssigem Precursor, die durch das Trägergas mitgeführt wird, ist dabei von vielen Faktoren abhängig, wie beispielsweise der Absorptionsrate der Flüssigkeit durch das Trägergas, der relativen Blasengröße, der Verweildauer der Blasen in der Flüssigkeit, der Temperatur der Flüssigkeit oder der Genauigkeit wie gut der Trägergasfluss kontrolliert werden kann. Daher ist es bei diesen Systemen aufwändig eine kontrollierte Menge des flüssigen Precursors in Gasform in einem Prozessraum einzubringen. Dies gilt insbesondere dann, wenn in dem Prozessraum ein Unterdruck herrscht, wie es bei dem oben beschriebenen PECVD-Prozess der Fall ist. Die DE 10 2009 051 284 A1 sowie die DE 10 2009 051 285 A1 beschreiben jeweils Vorrichtungen zum Steuern der Konzentration eines Materialgases in solchen Bubbler-Systemen.For the supply available evaporation units include in particular bubbler systems, thermal evaporator or flash evaporator. In the bubbler systems, the liquid precursor is usually kept in a thermally shielded and kept at a constant temperature housing. A carrier gas, usually N ₂ , is passed through the liquid precursor, forming bubbles therein and thereby receiving small quantities of the liquid. The carrier gas with the thus recorded precursor in gaseous form is then introduced into the process chamber. The amount of liquid precursor entrained by the carrier gas is dependent on many factors, such as the rate of absorption of the liquid by the carrier gas, the relative bubble size, the residence time of the bubbles in the liquid, the temperature of the liquid, or accuracy good, the carrier gas flow can be controlled. Therefore, it is complex in these systems to introduce a controlled amount of liquid precursor in gaseous form in a process space. This is especially true if there is a negative pressure in the process space, as is the case with the PECVD process described above. The DE 10 2009 051 284 A1 as well as the DE 10 2009 051 285 A1 each describe devices for controlling the concentration of a material gas in such bubbler systems.

Thermische Verdampfer weisen üblicherweise einen beheizten, im Wesentlichen geschlossenen Tank auf, in den ein flüssiger Precursor eingefüllt ist. In dem Tank wird die Flüssigkeit kontrolliert verdampft und mit Hilfe eines Mass-Flow-Controller (MFC) für Gase wird der verdampfte Precursor kontrolliert einem Prozessraum zugeführt. Der thermische Verdampfer ist dabei limitiert durch den Dampfdruck des Precursors und dem benötigten Druckgefälle zwischen Verdampfungs- und Prozesskammer. Darüber hinaus benötigt dieses System einen aufwändigen und teuren MFC für Gase, der speziell bei TMA größeren Verschleiß gezeigt hat. Insbesondere kann es zu einem Verschleiß der Dichtflächen) durch Ablösungen auf der Oberfläche kommen. Ferner ist eine aufwändige Heizeinheit zum kontrollierten Verdampfen des flüssigen Precursors notwendig, die so auszuführen ist, dass sie immer eine größere Menge an flüssigem Precursor verdampft, als gerade gebraucht wird, um eine Entsprechend Zuführung des Gases über den MFC zu ermöglichen.Thermal evaporators usually have a heated, substantially closed tank, in which a liquid precursor is filled. In the tank, the liquid is controlled evaporated and using a mass flow controller (MFC) for gases, the vaporized precursor is controlled a process room supplied. The thermal evaporator is limited by the vapor pressure of the precursor and the required pressure gradient between evaporation and process chamber. In addition, this system requires a complex and expensive MFC for gases, which has shown especially in TMA greater wear. In particular, it can lead to wear of the sealing surfaces) by delamination on the surface. Furthermore, a complex heating unit is required for controlled evaporation of the liquid precursor, which is to be carried out so that it always vaporizes a larger amount of liquid precursor than is currently needed in order to allow a corresponding supply of the gas via the MFC.

Entspannungsverdampfersysteme bestehen üblicherweise aus einem Mass-Flow-Controller (MFC) für Flüssigkeiten, der auch als ein Liquid-Flow-Controller (LFC) bezeichnet werden kann, in Kombination mit einer Pumpe und einem Verdampfer. Der Verdampfer kann unterschiedliche Formen einnehmen, wie zum Beispiel eine kleine beheizte Kammer bis hin zu Düsen, die mit heißem Trägergas betrieben werden, um eine sofortige Verdampfung von eingeleitetem flüssigem Precursor, vorzugsweise in der Form von Mikrotropfen zu gewährleisten. Ein Beispiel eines solches Systems ist in der DE 10 2011 014 311 der Anmelderin gezeigt. Mithin wird hier ein aufwändiger und teurer LFC eingesetzt, der auch speziell bei TMA einen größeren Verschleiß gezeigt hat. Insbesondere kann es zu einem Verschleiß der Dichtfläche(n) durch Ablösungen auf der Oberfläche kommen.Flash evaporator systems typically consist of a liquid mass flow controller (MFC), which may also be referred to as a liquid flow controller (LFC), in combination with a pump and an evaporator. The vaporizer may take various forms, such as a small heated chamber, to nozzles operated with hot carrier gas to ensure instant evaporation of introduced liquid precursor, preferably in the form of microdrops. An example of such a system is in DE 10 2011 014 311 shown by the applicant. Therefore, a complex and expensive LFC is used here, which has also shown a greater wear, especially for TMA. In particular, it can lead to wear of the sealing surface (s) by delamination on the surface.

Ausgehend von den oben beschriebenen externen Verdampfereinheiten liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Einbringen eines Prozessgases in einen unter Unterdruck stehenden Prozessraum für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung und eine Vorrichtung für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung vorzusehen, das bzw. die wenigstens einen Nachteil der oben genannten Einheiten überwindet.Starting from the external evaporator units described above, the present invention is therefore based on the object of providing a simple method for introducing a process gas into a vacuum-controlled process space for a plasma-assisted chemical vapor deposition and a device for a plasma-assisted chemical vapor deposition overcomes at least one disadvantage of the above units.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 7. Further Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Insbesondere weist ein Verfahren zum Einbringen eines Prozessgases in einen unter Unterdruck stehenden Prozessraum für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung einer Aluminiumoxidschicht, die folgenden Schritte auf: Fördern eines flüssigen Precursors aus Trimethylaluminium (TMA) mittels einer Dosierpumpe über ein Überströmventil zu einem Verdampfer, der in direkter Strömungsverbindung mit dem Prozessraum steht; Verdampfen des flüssigen Precursors in dem Verdampfer; und Einleiten des verdampften Precursors in den Prozessraum. Ein solches Verfahren ist speziell auf die Handhabung von TMA zugeschnitten und ermöglicht eine zuverlässige Dosierung desselben. Insbesondere Verhindert das Überstromventil, dass durch den Unterdruck im Prozessraum die Leitung zur Dosierpumpe leer gesaugt und gegebenenfalls durch die Dosierpumpe hindurch TMA angesaugt wird.In particular, a method for introducing a process gas into a vacuum-controlled process space for a plasma assisted chemical vapor deposition of an aluminum oxide layer, comprising the steps of: conveying a liquid precursor of trimethylaluminum (TMA) by means of a metering pump via an overflow valve to an evaporator, in direct Flow connection with the process space is; Vaporizing the liquid precursor in the evaporator; and introducing the vaporized precursor into the process space. Such a method is specially tailored to the handling of TMA and allows reliable metering thereof. In particular, the overflow valve prevents the line to the metering pump from being sucked empty by the negative pressure in the process space and, if necessary, from being sucked through the metering pump TMA.

Für ein einfaches Verfahren wird die Menge des in den Verdampfer eingeleiteten flüssigen Precursors bevorzugt nur über eine entsprechende Steuerung der Dosierpumpe eingestellt wird.For a simple method, the amount of liquid precursor introduced into the evaporator is preferably set only via a corresponding control of the metering pump.

Um sicher zu vermeiden, dass zu durch die Dosierpumpe hindurch TMA angesaugt wird, ist das Überstromventil bevorzugt auf wenigstens 1 Bar eingestellt.In order to reliably avoid that TMA is sucked in through the metering pump, the overflow valve is preferably set to at least 1 bar.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Verdampfer wenigstens während des Einleitens des flüssigen Precursors mit wenigstens einem weiteren Gas durchströmt, wobei das weitere Gas bevorzugt ein für einen Prozess im Prozessraum inertes Gas ist. Insbesondere kann das weitere Gas in eine Verbindungsleitung zwischen Überströmventil und Verdampfer oder direkt in den Verdampfer eingeleitet werden. Hierdurch wird eine vollständige Förderung des im Verdampfer verdampften TMA in den Prozessraum unterstützt.In one embodiment of the invention, the at least one further gas flows through the evaporator at least during the introduction of the liquid precursor, wherein the further gas is preferably a gas which is inert for a process in the process space. In particular, the further gas can be introduced into a connecting line between overflow valve and evaporator or directly into the evaporator. As a result, a complete promotion of vaporized in the evaporator TMA is supported in the process room.

Die Vorrichtung für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung einer Aluminiumoxidschicht auf einem Substrat, weist folgendes auf: einen Prozessraum zur Aufnahme wenigstens eines Substrats; wenigstens eine mit dem Prozessraum in Verbindung stehende Einheit zum Erzeugen eines Unterdrucks im Prozessraum; wenigstens eine Einheit zum Erzeugen eines Plasmas benachbart zu oder an einer Oberfläche des wenigstens einen Substrats; einen gasdichten Vorratsbehälter zur Aufnahme und Lagerung eines flüssigen Precursors aus Trimethylaluminium (TMA) unter Ausschluss von Sauerstoff; wenigstens eine Dosierpumpe, die mit dem Vorratsbehälter in Verbindung steht, um darin aufgenommenen flüssigen Precursor zu fördern; wenigstens ein Überströmventil mit einem Eingang, der mit einem Ausgang der Dosierpumpe in direkter Strömungsverbindung steht, wobei das Überströmventil bei einem Druck von 1 Bar oder einem höheren Druck öffnet; und wenigsten einen Verdampfer mit einem Eingang, der in direkter Strömungsverbindung mit einem Ausgang des Überströmventils steht, mit einem Ausgang, der in direkter Strömungsverbindung mit einem Eingang der Prozesskammer steht und wenigstens einer Heizeinheit zum Erwärmen eines Verdampfungsraums, der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verdampfers liegt. Eine solche Vorrichtung bietet die schon oben genannten Vorteile.The apparatus for plasma assisted chemical vapor deposition of an alumina layer on a substrate comprises: a process space for receiving at least one substrate; at least one unit in communication with the process space for generating a negative pressure in the process space; at least one unit for generating a plasma adjacent to or on a surface of the at least one substrate; a gas-tight storage container for receiving and storing a liquid precursor of trimethylaluminum (TMA) with the exclusion of oxygen; at least one metering pump communicating with the reservoir to deliver liquid precursor received therein; at least one spill valve having an inlet in direct flow communication with an outlet of the dosing pump, the spill valve opening at a pressure of 1 bar or higher pressure; and at least one evaporator having an inlet in direct flow communication with an outlet of the spill valve having an outlet in direct flow communication with an inlet of the process chamber and at least one heating unit for heating an evaporation space intermediate the inlet and outlet of the Evaporator is. Such a device offers the advantages already mentioned above.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung wenigsten eine Gaszuleitung auf, die in Strömungsverbindung mit einer Verbindungsleitung zwischen Überströmventil und Verdampfer oder in Strömungsverbindung mit dem Verdampfungsraum des Verdampfers steht, um ein Durchspülen des Verdampfers zu ermöglichen.Preferably, the device has at least one gas supply line which is in flow communication with a connection line between the overflow valve and the evaporator or in flow communication with the evaporation space of the evaporator in order to allow purging of the evaporator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ferner wenigstens eine Umgehungsleitung parallel zur Dosierpumpe und/oder parallel zum Überströmventil aufweist, die über wenigstens ein Ventil geöffnet und geschlossen werden kann. Eine solche Umgehungsleitung ermöglicht es über einen Unterdruck in der Prozesskammer das Leitungssystem zwischen Vorratsbehälter und Verdampfer oder Teile davon mit TMA zu befüllen, sodass direkt beim Start der Vorrichtung eine gute TMA-Dosierung ermöglicht wird.According to one embodiment of the invention, the device further comprises at least one bypass line parallel to the metering pump and / or parallel to the overflow valve, which can be opened and closed via at least one valve. Such a bypass line makes it possible to fill the line system between the reservoir and the evaporator or parts thereof with TMA via a negative pressure in the process chamber, so that a good TMA dosage is made possible directly at the start of the device.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung wenigstens einen zweiten Vorratsbehälter für wenigstens eine zweite Flüssigkeit auf, die über eine Zumesseinheit mit dem Prozessraum in Strömungsverbindung steht.The device preferably has at least one second storage container for at least one second liquid, which is in flow communication with the process space via a metering unit.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the drawing; in the drawing shows:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für eine Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung. 1 a schematic representation of an apparatus for a plasma assisted chemical vapor deposition.

In der nachfolgenden Beschreibung verwendete Orts- bzw. Richtungsangaben, wie oben, unten, links oder rechts beziehen sich auf die Darstellungen in den Zeichnungen, und sollten daher nicht einschränkend gesehen werden. Sie können sich aber auch auf eine bevorzugte Endanordnung beziehen.Location or direction indications used in the following description, such as top, bottom, left or right, refer to the representations in the drawings and therefore should not be taken as limiting. You can also refer to a preferred final arrangement.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 für eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung. Die Vorrichtung 1 besteht aus einer PECVD-Prozesseinheit 3 sowie einer speziellen Gaszuführung 5 für die Prozesseinheit 3. 1 shows a schematic representation of a device 1 for a plasma enhanced chemical vapor deposition. The device 1 consists of a PECVD process unit 3 as well as a special gas supply 5 for the process unit 3 ,

Die PECVD-Prozesseinheit 3 kann irgendeines geeigneten Typs sein, der einen Prozessraum zur Aufnahme wenigstens eines Substrats, eine mit dem Prozessraum in Verbindung stehende Einheit zum Erzeugen eines Unterdrucks im Prozessraum sowie wenigstens einer Einheit zum Erzeugen eines Plasmas benachbart zu oder an einer Oberfläche eines im Prozessraum aufgenommenen Substrats aufweist. Die Einheit zum Erzeugen eines Plasmas kann beispielsweise ein Waferboot umfassen, welches eine Vielzahl von parallelen Plattenelementen aufweist, an denen die zu beschichtenden Substrate aufgenommen sind und zwischen denen eine Spannung zum Erzeugen eines Plasmas angelegt werden kann, wie es beispielsweise bei der PECVD-Anlage der Centrotherm Photovoltaik AG. Die PECVD-Prozesseinheit 3 kann aber auch eines anderen Typs sein. The PECVD process unit 3 may be of any suitable type having a process space for receiving at least one substrate, a process space related unit for creating a negative pressure in the process space, and at least one plasma generating unit adjacent or at a surface of a substrate received in the process space. For example, the plasma generating unit may comprise a wafer boat having a plurality of parallel plate members to which the substrates to be coated are housed and between which a voltage for generating a plasma may be applied, such as the PECVD system of FIG Centrotherm Photovoltaic AG. The PECVD process unit 3 but it can also be of a different type.

Für die Erfindung ist insbesondere die spezielle Gaszuführung 5 für die PECVD-Prozesseinheit 3 von Bedeutung. Diese Gaszuführung 5 ist speziell für die Zuführung von Trimethylaluminium (TMA) in der Gas- bzw. Dampfphase in den Prozessraum der PECVD-Prozesseinheit ausgebildet. Die Gaszuführung 5 besteht aus den Hauptelementen eines Vorratsbehälters 7, einer Dosierpumpe 9, einem Überströmventil 11, einem Verdampfer 13 sowie Verbindungsleitungen zwischen diesen Elementen sowie zwischen dem Verdampfer 13 und dem Prozessraum der PECVD-Prozesseinheit 3. Darüber hinaus sind eine Absperreinheit 15 sowie eine Umgehungseinheit 17 vorgesehen.For the invention, in particular, the special gas supply 5 for the PECVD process unit 3 significant. This gas supply 5 is specifically designed for the delivery of trimethylaluminum (TMA) in the gas or vapor phase into the process space of the PECVD process unit. The gas supply 5 consists of the main elements of a reservoir 7 , a dosing pump 9 , an overflow valve 11 , an evaporator 13 and connecting lines between these elements and between the evaporator 13 and the process space of the PECVD process unit 3 , In addition, they are a shut-off unit 15 and a bypass unit 17 intended.

Der Vorratsbehälter 7 ist eines geeigneten Typs, der TMA in hermetisch abgedichteter Weise unter Ausschluss von Sauerstoff aufnehmen kann. In der Darstellung gemäß 1 ist schematisch dargestellt, wie sich flüssiges TMA in dem Prozessbehälter 7 unterhalb einer Flüssigkeitslinie 20 befindet. Der Vorratsbehälter 7 kann mit einer Schutzgasquelle, wie beispielsweise einer Stickstoffquelle in Verbindung stehen, die in einem oberen Bereich des Vorratsbehälters 7 ein Schutzgas einleitet, um bei einer Flüssigkeitsabnahme zu verhindern, dass ein Unterdruck innerhalb des Vorratsbehälters 7 entsteht und gegebenenfalls sauerstoffhaltige Umgebungsluft angesaugt würde.The storage tank 7 is a suitable type that can accommodate TMA in a hermetically sealed manner with the exclusion of oxygen. In the illustration according to 1 schematically shows how liquid TMA in the process container 7 below a liquid line 20 located. The storage tank 7 may be associated with an inert gas source, such as a nitrogen source, in an upper region of the reservoir 7 introduces a protective gas to prevent a negative pressure within the reservoir at a liquid decrease 7 arises and, if appropriate, oxygen-containing ambient air would be sucked.

Innerhalb des Vorratsbehälters 7 erstreckt sich eine Entnahmeleitung 22 für das TMA, die in abgedichteter Weise aus dem Vorratsbehälter 7 herausgeführt ist, und die eingangsseitig mit der Dosierpumpe 9 verbunden ist. In dem Bereich der Entnahmeleitung 22 zwischen Vorratsbehälter 7 und Dosierpumpe 9 ist das Absperrventil 15 vorgesehen, das als ein elektrisch oder per Hand betätigtes Absperrventil üblicher Bauart ausgebildet ist.Inside the storage container 7 extends a sampling line 22 for the TMA, in a sealed manner from the reservoir 7 led out, and the input side with the metering pump 9 connected is. In the area of the sampling line 22 between reservoir 7 and dosing pump 9 is the shut-off valve 15 provided, which is designed as an electrically or manually operated shut-off valve of conventional design.

Die Dosierpumpe 9 ist eines geeigneten Typs, der einerseits in der Lage ist TMA unter Ausschluss von Sauerstoff zu fördern und andererseits eine genaue Dosierung des TMA ermöglicht. Als Beispiel einer solchen Pumpe wird eine Zahnradpumpe, insbesondere eine Mikrozahnringpumpe in Betracht gezogen. Es könnten allerdings auch andere Arten von Dosierpumpen, insbesondere Schlauchpumpen, Piezopumpen oder Membranpumpen eingesetzt werden. Der Eingang der Dosierpumpe 9 steht mit der Entnahmeleitung 22 und hierüber mit dem Vorratsbehälter 7 in Strömungsverbindung.The dosing pump 9 is of a suitable type which on the one hand is able to promote TMA in the absence of oxygen and on the other hand enables accurate metering of the TMA. As an example of such a pump, a gear pump, in particular a micro ring gear pump is considered. However, other types of dosing pump, in particular peristaltic pumps, piezo pumps or diaphragm pumps could be used. The input of the dosing pump 9 is with the sampling line 22 and over here with the reservoir 7 in fluid communication.

Ein Ausgang der Dosierpumpe 9 steht mit einer Verbindungsleitung 24 in Verbindung. Das andere Ende der Verbindungsleitung steht mit einem Eingang des Überströmventils 11 in Verbindung.An output of the dosing pump 9 stands with a connection line 24 in connection. The other end of the connecting line is connected to an inlet of the overflow valve 11 in connection.

Das Überströmventil 11 ist wiederum eines geeigneten Typs zum Hindurchleiten von TMA unter Ausschluss von Sauerstoff. Das Überströmventil ist ferner so eingestellt, dass es sich erst bei einer Druckdifferenz von wenigstens einem Bar zwischen Eingangs- und Ausgangsseite öffnet. Die Ausgangsseite des Überströmventils 11 steht über eine Verbindungsleitung 26 mit dem Verdampfer 13 in Verbindung. Der Verdampfer 13 besteht aus einem Verdampfungsraum 28, einer Heizeinheit 30 sowie einer Isoliereinheit 32. Der Verdampfungsraum 28 besitzt wenigstens einen Eingang und einen Ausgang. Der Eingang steht mit der Verbindungsleitung 26 in Strömungsverbindung. Der Ausgang des Verdampfungsraums 28 steht über eine Verbindungsleitung 34 in direkter Strömungsverbindung mit dem Prozessraum der PECVD-Prozesseinheit 3. Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann der Prozessraum 28 optional auch noch über einen zweiten Gaseinlass verfügen, um ein Durchströmen des Verdampfungsraums 28 mit einem Trägergas zu ermöglichen. Eine solche optionale Trägergaszuleitung kann aber wahlweise auch im Bereich der Zuleitung 26 vorgesehen sein. Auf eine externe Trägergaszufuhr kann gegebenenfalls verzichtet werden, da die PECVD-Prozesseinheit im Unterdruck betrieben wird, so dass ausreichend sicher gestellt sein sollte, dass im Verdampfer 13 entstehendes TMA-Gas in den Prozessraum gezogen wird.The overflow valve 11 is again of a suitable type for passing TMA in the absence of oxygen. The overflow valve is further set so that it opens only at a pressure difference of at least one bar between the input and output side. The outlet side of the overflow valve 11 is over a connecting line 26 with the evaporator 13 in connection. The evaporator 13 consists of an evaporation chamber 28 , a heating unit 30 and an insulation unit 32 , The evaporation room 28 has at least one input and one output. The entrance stands with the connecting line 26 in fluid communication. The exit of the evaporation room 28 is over a connecting line 34 in direct flow communication with the process space of the PECVD process unit 3 , Although not shown, the process space may be 28 Optionally also have a second gas inlet to a flow through the evaporation space 28 to allow with a carrier gas. However, such an optional carrier gas supply can optionally also be in the area of the supply line 26 be provided. On an external carrier gas supply may optionally be dispensed with, since the PECVD process unit is operated in negative pressure, so that should be made sufficiently sure that in the evaporator 13 emerging TMA gas is drawn into the process room.

Die Heizeinheit 30 kann irgendeines geeigneten Typs sein, die geeignet ist, den Prozessraum 28 auf eine vorbestimmte Verdampfungstemperatur für TMA aufzuheizen. Die Heizeinheit 30 sollte dabei in gutem thermisch leitenden Kontakt zu dem Verdampfungsraum 28 stehen. Beispielsweise kann die Heizeinheit als ein Widerstandsheizelement ausgebildet sein, das manschettenartig um den Verdampfungsraum 28 herum vorgesehen ist. Jedoch sind auch andere Heizeinheiten, insbesondere eingeschraubte Heizpatronen denkbar.The heating unit 30 may be of any suitable type that is suitable, the process space 28 to heat to a predetermined evaporation temperature for TMA. The heating unit 30 should be in good thermally conductive contact with the evaporation chamber 28 stand. For example, the heating unit may be formed as a resistance heating element, which is like a sleeve around the evaporation space 28 is provided around. However, other heating units, in particular screwed Heizpatronen are conceivable.

Die Heizeinheit 30 und der Verdampfungsraum 28 sind von der Isoliereinheit 32 umgeben, um einen Wärmetransfer in die Umgebung zu minimieren. Die Verbindungsleitungen 24, 26 und 34 stehen jeweils in direkter Strömungsverbindung mit den sie verbindenden Einheiten, das heißt sie ermöglichen eine freie Strömung und sie sind nicht mit Messeinheiten zum Messen einer Strömung in den jeweiligen Verbindungsleitungen verbunden. Dies gilt auch im Wesentlichen für die Entnahmeleitung 22, die jedoch über das Absperrventil 15 geschlossen werden kann. The heating unit 30 and the evaporation room 28 are from the insulation unit 32 surrounded to minimize heat transfer into the environment. The connection lines 24 . 26 and 34 are each in direct flow communication with the units connecting them, that is, they allow free flow and they are not connected to measuring units for measuring a flow in the respective connecting lines. This essentially also applies to the sampling line 22 , however, via the shut-off valve 15 can be closed.

Die Umgehungseinheit 17 besteht im Wesentlichen aus einer ersten Umgehungsleitung 40, welche die Entnahmeleitung 22 unter Umgehung der Dosierpumpe 9 mit der Verbindungsleitung 24 verbindet. Innerhalb dieser Verbindungsleitung 40 ist ein Ventil 42 zum Öffnen oder Schließen der Umgehungsleitung 40 vorgesehen. Hierbei kann es sich um ein handbetätigtes Ventil oder auch um ein elektrisch ansteuerbares Ventil handeln.The bypass unit 17 consists essentially of a first bypass line 40 which the sampling line 22 bypassing the dosing pump 9 with the connection line 24 combines. Within this connection line 40 is a valve 42 to open or close the bypass line 40 intended. This may be a hand-operated valve or an electrically controllable valve.

Die Umgehungseinheit 17 besteht ferner aus einer zweiten Umgehungsleitung 44, welche die Verbindungsleitung 24 mit der Verbindungsleitung 26 unter Umgehung des Überströmventils 11 verbindet. In der Umgehungsleitung 44 ist ein Ventil 46 zum Öffnen und Schließen der Umgehungsleitung 44 angeordnet. Dieses kann des gleichen Typs sein, wie das Ventil 42.The bypass unit 17 further consists of a second bypass line 44 which the connecting line 24 with the connection line 26 bypassing the overflow valve 11 combines. In the bypass 44 is a valve 46 to open and close the bypass line 44 arranged. This can be of the same type as the valve 42 ,

Nachfolgend wird nunmehr der Betrieb der Vorrichtung 1 gemäß 1 näher erläutert. Dabei wird zunächst davon ausgegangen, dass die Verbindungsleitung 22, die Dosierpumpe 9 sowie die Verbindungsleitung 24 sowie wenigstens teilweise die Umgehungsleitungen 40 und 44 mit TMA gefüllt sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass innerhalb der Prozesskammer der PECVD-Prozesseinheit 3 ein Unterdruck erzeugt wird und die Ventile 42 und 46 (bei geöffneten Absperrventil 15) geöffnet werden. Durch den Unterdruck in der Prozesskammer kann nunmehr das Leitungssystem entsprechend mit TMA befüllt werden. Nach einer ausreichenden Befüllung des Leitungssystems können die entsprechenden Ventile 42 und 46 wieder geschlossen werden. Bei einer in Betriebnahme der Dosierpumpe 9 zu diesem Zeitpunkt kann diese von Anfang an genau zugemessene Mengen an TMA fördern. Alternativ ist es allerdings auch möglich, auf die Umgehungseinheit 17 zu verzichten und das Leitungssystem auf andere Weise zu befüllen, beispielsweise über den Betrieb der Dosierpumpe 9. Wenn das Leitungssystem entsprechend gefüllt ist, werden zu behandelnde Substrate in den Prozessraum der PECVD-Prozesseinheit geladen und dieser auf einen gewünschten Unterdruck gepumpt. Anschließend wird über die Dosierpumpe 9 eine gewünschte Flüssigkeitsmenge des flüssigen TMA in die Verbindungsleitung 24 gefördert. Die so geförderte Flüssigkeitsmenge bewirkt einen direkten Druckanstieg in der Leitung 24, so dass sich das Überstromventil 11 öffnet, das beispielsweise bei einer Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass von einem Bar öffnet. Dieser Wert ist so gewählt, dass bei drucklos in der Leitung 24 anstehendem TMA ein Vakuum im Prozessraum kein Öffnen des Überströmventils 11 bewirken kann. Als solches besitzt das Überströmventil 11 die Funktion, dass durch den Unterdruck im Prozessraum keine Leckage im Bereich der Dosierpumpe 9 entsteht. Diese könnte ansonsten entstehen, da ständig während des Prozesses ein Unterdruck an dem Ausgangsende der Dosierpumpe 9 anstehen würde. Das Überströmventil 11 sieht somit einen konstanten Gegendruck für die Dosierpumpe 9 vor, welche eine gute Dosierung mit einer hohen Wiederholgenauigkeit ermöglicht.The operation of the device will now be described below 1 according to 1 explained in more detail. It is initially assumed that the connection line 22 , the dosing pump 9 as well as the connecting line 24 and at least partially the bypass lines 40 and 44 filled with TMA. This can be achieved, for example, in that within the process chamber of the PECVD process unit 3 a vacuum is generated and the valves 42 and 46 (with open shut-off valve 15 ). Due to the negative pressure in the process chamber now the line system can be filled accordingly with TMA. After a sufficient filling of the pipe system, the corresponding valves 42 and 46 be closed again. When commissioning the dosing pump 9 At this point in time, it can promote precisely metered amounts of TMA right from the start. Alternatively, it is also possible to use the bypass unit 17 to dispense and to fill the piping system in other ways, for example via the operation of the metering pump 9 , When the line system is filled accordingly, substrates to be treated are loaded into the process space of the PECVD process unit and pumped to a desired negative pressure. Subsequently, via the metering pump 9 a desired amount of liquid liquid TMA in the connecting line 24 promoted. The amount of liquid thus delivered causes a direct increase in pressure in the line 24 so that the overflow valve 11 opens, which opens at a pressure difference between the inlet and outlet of a bar, for example. This value is chosen so that when there is no pressure in the line 24 pending TMA a vacuum in the process chamber no opening of the spill valve 11 can cause. As such, has the spill valve 11 the function that due to the negative pressure in the process space no leakage in the range of the metering pump 9 arises. This could otherwise arise because constantly during the process, a negative pressure at the output end of the metering pump 9 would be pending. The overflow valve 11 thus sees a constant back pressure for the metering pump 9 before, which allows a good dosage with a high repeatability.

Wenn das so zugemessene flüssige TMA über das Überströmventil 11 in die Verbindungsleitung 26 gelangt, wird es durch den Unterdruck in dem Prozessraum der PECVD-Prozesseinheit 3 in Richtung des Verdampfers 13 und in den Verdampfungsraum 28 hineingesaugt. Der Verdampfungsraum ist entsprechend temperiert, so dass das flüssige TMA in diesem vollständig verdampft und dann in Gasform über die Verbindungsleitung 34 in den Prozessraum der PECVD-Prozesseinheit 3 gelangt. Dort wird ein Plasma aus dem gasförmigen TMA sowie einem weiteren Prozessgas, insbesondere Lachgas, gebildet, um eine Aluminiumoxidabscheidung auf den Substratoberflächen zu bewirken. Eine solche Aluminiumoxidschicht kann beispielsweise als Spiegelschicht auf der Rückseite von Solarzellen eingesetzt werden.When the so metered liquid TMA via the overflow valve 11 in the connection line 26 It passes through the negative pressure in the process space of the PECVD process unit 3 in the direction of the evaporator 13 and in the evaporation room 28 sucked. The evaporation space is appropriately tempered, so that the liquid TMA in this fully evaporated and then in gaseous form via the connecting line 34 into the process space of the PECVD process unit 3 arrives. There, a plasma from the gaseous TMA and a further process gas, in particular nitrous oxide, formed in order to effect an aluminum oxide deposition on the substrate surfaces. Such an aluminum oxide layer can be used for example as a mirror layer on the back of solar cells.

Die Erfindung wurde zuvor anhand einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung näher erläutert, ohne auf die konkrete Ausführungsform begrenzt zu sein. Wie schon erwähnt, kann beispielsweise auf die Umgehungseinheit 17 verzichtet werden. Die jeweiligen medienführenden Teile der unterschiedlichen Elemente sind bevorzugt aus Metall und speziell für die Verwendung mit TMA ausgelegt.The invention has been explained in detail above with reference to a preferred embodiment of the invention, without being limited to the specific embodiment. As already mentioned, for example, on the bypass unit 17 be waived. The respective media-carrying parts of the different elements are preferably made of metal and specially designed for use with TMA.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009051284 A1 [0004]
DE 102009051285 A1 [0004]
DE 102011014311 [0006]

Claims

Method for introducing a process gas into a vacuum-controlled process space for plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of an aluminum oxide layer, comprising the steps of: conveying a liquid precursor of trimethylaluminum (TMA) by means of a metering pump ( 9 ) via an overflow valve ( 11 ) to an evaporator ( 13 ) which is in direct flow communication with the process space; Vaporizing the liquid precursor in the evaporator ( 13 ); and introducing the vaporized precursor into the process space.

Process according to Claim 1, in which the amount of the substance introduced into the evaporator ( 13 ) introduced liquid precursor only via a corresponding control of the metering pump ( 9 ) is set.

Method according to claim 1 or 2, wherein the overflow valve ( 11 ) is set to at least 1 bar.

Method according to one of the preceding claims, wherein the evaporator ( 13 ) is flowed through at least during the introduction of the liquid precursor with at least one further gas.

The method of claim 4, wherein the further gas is an inert gas for a process in the process space.

The method of claim 4 or 5, wherein the further gas in a connecting line between spill valve ( 11 ) and evaporators ( 13 ) or directly into the evaporator ( 13 ) is initiated.

An apparatus for plasma enhanced vapor deposition (PECVD) of an aluminum oxide layer on a substrate, comprising: a process space for receiving at least one substrate; at least one unit in communication with the process space for generating a negative pressure in the process space; at least one unit for generating a plasma adjacent to or on a surface of the at least one substrate; a gastight storage container ( 7 ) for receiving and storing a liquid precursor of trimethylaluminum (TMA) in the absence of oxygen; at least one metering pump ( 9 ) connected to the reservoir ( 7 ) to promote liquid precursor incorporated therein; at least one overflow valve ( 11 ) with an input connected to an output of the metering pump ( 9 ) is in direct flow communication, wherein the overflow valve ( 11 ) opens at a pressure of 1 bar or a higher pressure; and at least one evaporator ( 13 ) with an inlet which is in direct flow communication with an outlet of the spill valve ( 11 ) having an outlet in direct flow communication with an inlet of the process chamber and at least one heating unit ( 30 ) for heating an evaporation space ( 28 ) located between the inlet and outlet of the evaporator ( 13 ) lies.

Device according to claim 7, comprising at least one gas supply line which is in fluid communication with a connection line ( 26 ) between overflow valve ( 11 ) and evaporators ( 13 ) or in flow communication with the evaporation space ( 28 ) of the evaporator ( 13 ) stands.

Apparatus according to claim 7 or 8, further comprising at least one bypass (16). 40 . 44 ) parallel to the dosing pump ( 9 ) and / or parallel to the overflow valve ( 11 ), which via at least one valve ( 42 . 46 ) can be opened and closed.

Apparatus according to any of claims 7 to 9, further comprising: at least one second storage container for at least one second liquid which is in flow communication with the process space via a metering unit.