DE102008007588A1 - Barrier layer creating process for microstructured component involves preparing component in plasma reactor, plasma treatment, and supplying precursor and carrier gas - Google Patents

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Abstract

The barrier layer creating process consists of preparing the component in a plasma reactor with steam doser and gas supply; plasma treating the component in the region to be coated with a plasma from inert carrier gas to activate it, then supplying a steam or gas precursor to the carrier gas by steam dosing, gas exchanging back to inert carrier gas, and repeating the process several times.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Barriereschicht auf einem mikrostrukturierten Bauelement. Weiterhin betrifft die Erfindung nach dem Verfahren erhaltene Bauelemente mit einer Barriereschicht.The The invention relates to a method for producing a barrier layer on a microstructured component. Furthermore, the concerns Invention obtained by the method devices with a barrier layer.

Stand der Technik und technologischer HintergrundState of the art and technological background

Die Abscheidung anorganischer und organischer Barriereschichten zum Schutz von Bauelementen für die Mikroelektronik, insbesondere elektronischen und optoelektronischen Bauelementen auf der Grundlage von Polymeren, war bisher vor allem für planare Flächen durchaus erfolgreich. Insbesondere sollen Bauelemente, die gegenüber dem Sauerstoff- und Wasserdampfgehalt der Luft empfindlich sind oder die zur Abgaskontrolle in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, durch entsprechende Barriereschichten geschützt werden.The Deposition of inorganic and organic barrier layers for Protection of components for microelectronics, in particular based on electronic and optoelectronic devices of polymers, was previously mainly for planar surfaces quite successful. In particular, components that are opposite the oxygen and water vapor content of the air are sensitive or which are used for exhaust control in internal combustion engines, protected by appropriate barrier layers.

Beim Schutz solcher Bauelemente spielt die plasmagestützte Abscheidung (PECVD) eine wichtige Rolle. So führte die Schichtabscheidung auf der Basis der Ausgangsgase Silan und Ammoniak (für SixNy) bzw. Silan und O2 oder N2O (für SiOx) aus einem induktiv gekoppelten Hochdichteplasma auch bei niedrigen Prozesstemperaturen zu qualitativ hochwertigen Schichten ( R. Wolf et al., Surface and Coatings Technology 2001, 142–144, 786 ).In the protection of such devices, plasma assisted deposition (PECVD) plays an important role. Thus, the layer deposition on the basis of the starting gases silane and ammonia (for Si x N y ) or silane and O 2 or N 2 O (for SiO x ) from an inductively coupled high-density plasma led to high-quality layers even at low process temperatures ( R. Wolf et al., Surface and Coatings Technology 2001, 142-144, 786 ).

Einzelschichten enthalten jedoch immer Defekte, die sich bei weiterem Wachstum in der Schicht fortpflanzen. Die Permeations- oder Barriereeigenschaften solcher Schichten können in begrenztem Maße durch eine größere Schichtdicke verbessert werden. Darüber hinaus gehende Verbesserungen sind durch die Abscheidung von Mehrfachschichten möglich (siehe zum Beispiel WO 2006 007313 A und US 2007 0049155 A1 ), bei denen das Defektwachstum durch eine in der Regel organisch polymere Zwischenschicht unterbrochen wird und in der nächsten Barrierenschicht nicht an gleicher Stelle erfolgt. Es ist jedoch schwierig, in einer Reaktorkammer nacheinander hochwertige Barriereschichten (z. B. SixNy) alternierend mit typischen polymeren Entkoppelschichten auf der Basis von in ihrer Elementzusammensetzung stark von den Barriereschichten abweichenden Polymeren (z. B. CFx-Polymere) abzuscheiden. Die Reaktorbedingungen und die Plasmazusammen setzungen ändern sich während der Polymerabscheidung so, dass die Eigenschaften der Barriereschichten schlechter werden. Demzufolge müsste für die Abscheidung solcher Entkoppelschichten ein zweiter Plasmareaktor Verwendung finden. Das stellt eine erhebliche Steigerung des Aufwandes dar, der noch zunimmt, wenn der Wechsel zwischen den Reaktoren unter Luftausschluss erfolgen muss, weil z. B. die zu schützenden Bauelemente sauerstoffempfindlich sind.Single layers, however, always contain defects which propagate as the layer grows further. The permeation or barrier properties of such layers can be improved to a limited extent by a greater layer thickness. Further improvements are possible through the deposition of multiple layers (see for example WO 2006 007313 A and US 2007 0049155 A1 ), in which the defect growth is interrupted by a generally organic polymeric intermediate layer and does not occur in the same place in the next barrier layer. However, it is difficult in a reactor chamber successively to deposit high-quality barrier layers (eg Si x N y ) alternating with typical polymeric decoupling layers based on polymers which differ greatly from the barrier layers in their elemental composition (eg CF x polymers) , The reactor conditions and the plasma compositions change during polymer deposition such that the properties of the barrier layers deteriorate. Consequently, a second plasma reactor would have to be used for the deposition of such decoupling layers. This represents a significant increase in the cost, which still increases when the change between the reactors must be made in the absence of air, because z. B. the components to be protected are sensitive to oxygen.

Ein besonderes Problem ist die Erzeugung von Barriereschichten an Strukturkanten (zum Beispiel beschrieben in US 6.664.137 ). Es reicht nicht aus, die Barriereschichten nur auf den Stirnseiten der empfindlichen Bauelemente (mikrostrukturierten Bauelemente) aufzubringen, weil dann die Erosion durch Diffusion von den Seiten aus erfolgt. Üblicherweise verwendete Plasmabeschichtungsverfahren erzeugen jedoch Schichten, deren Dicke und deren Eigenschaften auf horizontal und vertikal orientierten Flächen voneinander abweichen. Im Extremfall wird auf den vertikalen Flächen überhaupt keine Schicht abgeschieden, besonders wenn sich zwei vertikale Flächen in geringem Abstand gegenüberstehen. Hier spielt die Spaltgängigkeit des Verfahrens eine entscheidende Rolle.A particular problem is the generation of barrier layers at structural edges (described, for example, in US Pat US 6,664,137 ). It is not enough to apply the barrier layers only on the front sides of the sensitive components (microstructured components), because then the erosion takes place by diffusion from the sides. However, commonly used plasma coating processes produce layers whose thickness and properties differ on horizontally and vertically oriented surfaces. In extreme cases, no layer is deposited on the vertical surfaces at all, especially when two vertical surfaces are located at a small distance. Here, the splitting of the process plays a crucial role.

Die Atomic Layer Deposition (ALD) ist ein Verfahren, das solche Ansprüche erfüllt (als ALE beschrieben in DE 195 81 483 T5 ; M. Leskela, M. Ritala: Thin Solid Films 409 (2002) 138 ; K. E. Elers, et al., Chemical Vapor Deposition 12 (2006) 13 ; M. Kunz et al., US 2005 0147919 ). Die ALD ermöglicht – in gewissen Grenzen – eine Abscheidung in Strukturen von Bauelementen mit hohem Aspektverhältnis; es können weitgehend konstante Schichtdicken und weitgehend konstante Eigenschaften der Schichten (zum Beispiel elektrische Eigenschaften) realisiert werden. Das wird durch die Selbstlimitierung zweier alternierend erfolgender Prozessschritte erreicht. in einem ersten Prozessschritt werden metallorganische Precursoren eingesetzt, gefolgt von einem zweiten Prozessschritt unter Verwendung sauerstoff- oder stickstoffhaltiger Verbindungen. So können zum Beispiel Al2O3-Barriereschichten hergestellt werden ( E. Langereis, et al. Applied Physics Letters 89 (2006) ). Die Prozessschritte können auch plasmagestützt (plasmagestützte ALD: PALD oder PEALD) durchgeführt werden ( P. F. Carcia et al.; Applied Physics Letters 89 (2006) ). Bei den bisher bekannten ALD- oder PALD-Verfahren entstehen anorganisch vernetzte Barriereschichten.Atomic Layer Deposition (ALD) is a process that satisfies such claims (described as ALE in) DE 195 81 483 T5 ; M. Leskela, M. Ritala: Thin Solid Films 409 (2002) 138 ; KE Elers, et al., Chemical Vapor Deposition 12 (2006) 13 ; Kunz et al., US 2005 0147919 ). The ALD allows, within certain limits, deposition in structures of high aspect ratio devices; it is possible to realize largely constant layer thicknesses and largely constant properties of the layers (for example electrical properties). This is achieved by the self-limitation of two alternating process steps. In a first process step, organometallic precursors are used, followed by a second process step using oxygen- or nitrogen-containing compounds. For example, Al 2 O 3 barrier layers can be prepared ( E. Langereis, et al. Applied Physics Letters 89 (2006) ). The process steps can also be performed plasma-assisted (plasma-assisted ALD: PALD or PEALD) ( PF Carcia et al .; Applied Physics Letters 89 (2006) ). In the previously known ALD or PALD processes arise inorganic crosslinked barrier layers.

ALD- oder PALD-Verfahren bieten sich somit für den Schutz von mikrostrukturierten Bauelementen mit hoher Spaltgängigkeit für Barrierenschichten an. Die Eigenschaften und Dicke der Barriereschicht können durch eine geeignete Wahl der zwei Precursoren und durch die Prozesstemperatur beeinflusst werden. Das ALD- oder PALD-Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass damit keine organisch vernetzten Schichten und somit auch keine Schichtfolgen aus organisch und anorganisch vernetzten Schichten in der für eine ausreichende Barrierenwirkung erforderlichen Qualität in einem Reaktor erzeugt werden können. Ferner haben die bekannten ALD- oder PALD-Verfahren den Nachteil, dass die Schichteigenschaften weitgehend durch die chemische Reaktion der beiden Precursoren bestimmt sind und nur in geringem Umfang durch die Verfahrensparameter geändert werden können. Sie können daher auch nicht als effektives Verfahren für die Erzeugung von Barriereschichten eingesetzt werden.ALD or PALD processes are therefore suitable for the protection of microstructured components with high cracking properties for barrier layers. The properties and thickness of the barrier layer can be influenced by a suitable choice of the two precursors and by the process temperature. However, the ALD or PALD method has the disadvantage that it can not produce organically crosslinked layers and thus also no layer sequences of organic and inorganic crosslinked layers in the quality required for a sufficient barrier effect in a reactor. Furthermore, the known ALD or PALD method have the disadvantage that the layer properties largely by the chemical reac tion of the two precursors are determined and can be changed only to a limited extent by the process parameters. Therefore, they can not be used as an effective method for the production of barrier layers.

Erfindungsgemäße Lösunginvention solution

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können ein oder mehrere der genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer Barriereschicht auf einem mikrostrukturierten Bauelement zeichnet sich dadurch aus, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  • (i) Bereitstellen des Bauelements in einem Plasmareaktor, der zusätzlich eine Dampfdosiervorrichtung und eine für schnelle Gaswechsel ausgestattete Gaszufuhr besitzt;
  • (ii) Plasmabehandlung des Bauelements im zu beschichtenden Bereich mit einem aus einem inerten Trägergas erzeugten Plasma und dabei Aktivierung des zu beschichtenden Bereichs;
  • (iii) Nach Beendigung der Plasmabehandlung gemäß Schritt (ii), Zusatz eines dampf- oder gasförmigen organischen Precursors zum Trägergas mittels der Dampfdosiervorrichtung, wobei sich der Precursor im aktivierten Bereich unter Ausbildung einer organischen Schicht abscheidet;
  • (iv) Nach Beendigung der Zuführung des Precursors gemäß Schritt (iii), Gaswechsel hin zum inerten Trägergas ohne Zusatz des Precursors; und
  • (v) n-faches Wiederholen der Schritte (ii) bis (iv) zur Erzeugung der Barriereschicht, wobei n = 2 bis 1.000 ist.
With the aid of the method according to the invention, one or more of the stated disadvantages of the prior art can be overcome. The method according to the invention for producing a barrier layer on a microstructured component is characterized in that the method comprises the following steps:
  • (i) providing the device in a plasma reactor additionally having a vapor metering device and a fast gas exchange gas delivery;
  • (ii) plasma treatment of the device in the region to be coated with a plasma generated from an inert carrier gas and thereby activating the region to be coated;
  • (iii) After completion of the plasma treatment according to step (ii), adding a vapor or gaseous organic precursor to the carrier gas by means of the Dampfdosiervorrichtung, wherein the precursor deposited in the activated region to form an organic layer;
  • (iv) after completion of the supply of the precursor according to step (iii), gas exchange to the inert carrier gas without addition of the precursor; and
  • (v) repeating steps (ii) to (iv) n times to form the barrier layer, where n = 2 to 1,000.

Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zu Grunde, dass auch in engen Strukturen von mikrostrukturierten Bauelementen eine Barriereschicht mit weitgehend konstanter Dicke und konstanten Eigenschaften abgeschieden werden kann, wenn eine alternierende Abfolge aus Plasmaaktivierung und Abscheidung eines organischen Precursors aus der Gasphase ohne gleichzeitige Plasmabehandlung erfolgt. Voraus setzung für die Beschichtung in engen Strukturen ist, das die Schritte (ii) und (iii) selbstlimitierend sind. Dadurch kann die Dauer dieser Schritte so gewählt werden, dass alle Fläche der zu schützenden Struktur bis zur Sättigung aktiviert bzw. eine monomolekulare Schicht bis zur Sättigung abgeschieden ist. Mit anderen Worten, eine Dauer der Schritte (ii) und (iii) wird vorzugsweise so gewählt, dass für alle zu schützenden Flächen des Bauelements Sättigung erreicht wird. Die Abfolge umfasst wenigstens zwei Zyklen, d. h. die entstehende Barriereschicht setzt sich aus wenigstens zwei nacheinander abgeschiedenen Teilschichten zusammen.Of the Among other things, the invention is based on the finding that, too in tight structures of microstructured devices a barrier layer deposited with largely constant thickness and constant properties can be if an alternating sequence of plasma activation and deposition of an organic precursor from the gas phase without simultaneous plasma treatment takes place. Requirement for the coating in tight structures is the steps (ii) and (iii) are self-limiting. This can reduce the duration of this Steps are chosen so that all face the activated structure to saturation or a monomolecular layer deposited to saturation is. In other words, a duration of steps (ii) and (iii) is preferably chosen so that for all protective surfaces of the device saturation is reached. The sequence comprises at least two cycles, i. H. The resulting barrier layer consists of at least two consecutive deposited partial layers together.

Es wurde nun gefunden, dass ein selbstlimitierender Prozess auch für organisch vernetzte Barriereschichten möglich ist. Für die angestrebte Spaltgängigkeit ist eine Voraussetzung, dass der Prozess selbstlimitierend verläuft. Selbstlimitierung bedeutet, dass das Schichtwachstum in einzelnen Teilschritten des Prozesses begrenzt ist, d. h. das Aufwachsen einer im Schritt (iii) erzeugten Teilschicht nur bis zu einer bestimmten maximalen Schichtdicke erfolgt, unabhängig davon, ob der Precursor weiterhin bereitgestellt wird. Selbstlimitierung im Sinn der Erfindung bedeutet darüber hinaus, dass in Schritt (ii) die Aktivierung über eine minimale Zeitdauer hinaus nicht zu einer weiteren Erhöhung der Schichtdicke führt. Mit anderen Worten, die hier gefundene Methode verwendet also eine Aktivierungsphase mit einem inerten, an sich nicht schichtbildenden Trägergasplasma und alternierend dazu die Anlagerung von Bestandteilen eines schichtbildenden Precursors in einer zweiten, plasmalosen Phase der Abscheidung.It It has now been found that a self-limiting process also applies to organically crosslinked barrier layers is possible. For the desired splitting is a prerequisite that the process is self-limiting. self-limitation means that the layer growth in individual steps of the Process is limited, d. H. growing one in step (iii) produced partial layer only up to a certain maximum layer thickness regardless of whether the precursor is still provided becomes. Self-limitation in the sense of the invention means about it In addition, in step (ii) activation via a minimum period of time not to a further increase the layer thickness leads. In other words, those found here So method uses an activation phase with an inert, per se non-film-forming carrier gas plasma and alternating to the addition of constituents of a layer-forming precursor in a second, plasma-free phase of deposition.

Im Unterschied zum herkömmlichen ALD-Verfahren erfolgt die Anlagerung des Precursors auf einer plasmaaktivierten Unterlage. Ein weiterer, besonders vorteilhafter Unterschied ist, dass vom 2. Zyklus an (n ≥ 2) im Schritt (ii) der Plasmabehandlung gleichzeitig mit der Aktivierung eine Vernetzung der zuvor angelagerten Precursormoleküle erfolgt. In Abhängigkeit von den Plasmaparametern werden die Precursormoleküle bei weitgehendem Strukturerhalt modifiziert und die zuvor abgeschiedenen Schichten untereinander vernetzt. Das bietet eine zusätzliche Möglichkeit zur Steuerung der Schichteigenschaften.in the In contrast to the conventional ALD method, the Accumulation of the precursor on a plasma-activated substrate. Another, particularly advantageous difference is that of 2nd cycle on (n ≥ 2) in step (ii) of the plasma treatment simultaneously with the activation of a network of the previously attached Precursor molecules takes place. In dependence of the plasma parameters are the precursor molecules at a large structural preservation modified and the previously deposited layers with each other networked. That offers an additional possibility for controlling the layer properties.

Vom bereits bekannten Plasmapfropfen (siehe zum Beispiel Siow, K. S. et al.; Plasma Proc. Polym. (2006) p. 392 , oder US 20030129322 ) unterscheidet sich die gefundene Methode dadurch, dass der Plasmaprozess nicht nur einmalig auf das Substrat wirkt, sondern jede neu aufgebrachte Schicht dem Plasmaprozess ausgesetzt wird, wobei dieser nicht nur die Anbindung der nächsten Schicht, sondern wie sich zeigte auch einen plasmachemischen Umbau der aufgebrachten Schichten, vorzugsweise der zuletzt aufgebrachten, bewirkt.From the already known plasma plug (see for example Siow, KS et al .; Plasma Proc. Polym. (2006) p. 392 , or US 20030129322 ), the method found differs in that the plasma process not only acts once on the substrate, but each newly applied layer is exposed to the plasma process, this not only the connection of the next layer, but also showed a plasmachemic remodeling of the applied layers , preferably the last applied, causes.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem an sich bekannten Plasmareaktor durchgeführt, der zusätzlich mit einer Dampfdosiervorrichtung und einer für schnellen Gaswechsel ausgestatteten Gaszufuhr ausgestattet ist. Die Regelungen von Druck und Plasmaleistung sollten dem schnellen Gaswechsel entsprechen. Die Steuersoftware sollte Funktionen für die einfache Programmierung (Rezeptgenerierung) periodischer Abläufe beinhalten. Vorzugsweise weist der Plasmareaktor eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle zur Erzeugung eines Hochdichteplasmas auf. Die induktiv gekoppelte Plasmaquelle (ICP) zur Erzeugung eines Hochdichteplasmas kann auf einem UHV-Plasmareaktor aus Edelstahl angebracht sein. Die Plasmaquelle kann eine planare Dreifachspiralantenne benutzen, um die HF-Leistung durch eine dielektrische Aluminiumoxidscheibe in das Plasma einzukoppeln (siehe zum Beispiel DE 195 48 657 ). Für die Plasmaanregung kann ein HF-Generator bei einer Frequenz von 13.56 MHz und einer maximalen Leistung von 1000 W verwendet werden. Mit einer derartigen ICP-Quelle wird ein ebenes Plasma erzeugt, das sich durch gute räumliche Homogenität auszeichnet. In der Reaktorkammer befindet sich ein Probentisch, dessen Abstand zum Plasma variiert werden kann. Die zu beschichtenden Bauelemente sind deshalb sowohl im abklingenden als auch im aktiven Plasma behandelbar. Somit ist die Wirkung des Plasmas über die ortsabhängige Plasmazusammensetzung steuerbar. Eine HF-Leistung aus einem zweiten Generator kann an den Probentisch geliefert werden, um die Energie der aus dem Plasma auf die Probe treffenden Ionen zu steuern.The inventive method is carried out in a known plasma reactor, which is additionally equipped with a Dampfdosiervorrichtung and equipped for fast gas exchange gas supply. The regulations of pressure and plasma power should correspond to the fast gas change. The control software should contain functions for the simple programming (recipe generation) of periodical processes. Preferably, the plasma reactor has an inductively coupled plasma source for generating a high density plasma. The inductively coupled plasma source (ICP) for generating a high density plasma can be mounted on a stainless steel UHV plasma reactor be done. The plasma source may use a planar triple spiral antenna to couple the RF power into the plasma through an alumina dielectric disk (see for example DE 195 48 657 ). For plasma excitation, an RF generator at a frequency of 13.56 MHz and a maximum power of 1000 W can be used. With such an ICP source, a planar plasma is generated, which is characterized by good spatial homogeneity. In the reactor chamber there is a sample table whose distance to the plasma can be varied. The components to be coated are therefore treatable both in the decaying and in the active plasma. Thus, the effect of the plasma on the location-dependent plasma composition is controllable. An RF power from a second generator may be supplied to the sample stage to control the energy of the ions striking the sample from the plasma.

Im Schritt (ii) des Verfahrens erfolgt eine Plasmabehandlung des Bauelements im zu beschichtenden Bereich mit einem aus einem inerten Trägergas erzeugten Plasma. Hierdurch erfolgt eine Aktivierung des zu beschichtenden Bereichs für die nachfolgende Umsetzung mit dem Precursor. Die Plasmabehandlung im Schritt (ii) erfolgt vorzugsweise über eine Dauer im Bereich von 10 bis 40 s. Das Trägergas wird im Schritt (ii) vorzugsweise mit einem Fluss im Bereich von 20 bis 100 sccm zugeführt. Eine eingespeiste Plasmaleistung liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 W. Ein Gasdruck des Trägergases liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 Pa.in the Step (ii) of the process, a plasma treatment of the device takes place in the area to be coated with one of an inert carrier gas generated plasma. This results in an activation of the to be coated Area for the subsequent reaction with the precursor. The plasma treatment in step (ii) is preferably carried out via a duration in the range of 10 to 40 s. The carrier gas is in step (ii), preferably with a flow in the range of 20 to Fed to 100 sccm. An injected plasma power lies preferably in the range of 50 to 200 W. A gas pressure of the carrier gas is preferably in the range of 2 to 10 Pa.

Für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignete Bauelemente bestehen z. B. aus polymeren elektronischen Halbleitern.For the inventive method particularly suitable Components exist for. B. of polymeric electronic semiconductors.

Das Trägergas ist vorzugsweise Argon oder ein Gemisch auf Basis von Argon mit Stickstoff und/oder Wasserstoff.The Carrier gas is preferably argon or a mixture based of argon with nitrogen and / or hydrogen.

Im Schritt (iii) des Verfahrens, also nach Beendigung der Plasmabehandlung aus Schritt (ii), wird ein dampf- oder gasförmiger organischer Precursor zum Trägergas mittels der Dampfdosiervorrichtung zugesetzt. Der Precursor scheidet sich im aktivierten Bereich unter Ausbildung einer organischen (Teil) Schicht ab.in the Step (iii) of the process, ie after completion of the plasma treatment from step (ii) becomes a vapor or gaseous organic Precursor added to the carrier gas by means of the Dampfdosiervorrichtung. The precursor separates in the activated area under training an organic (part) layer.

Eine Dosierung der Precursoren kann über ein ringförmiges Gaseinlasssystem erfolgen, bei dem von einem zentralen Einspeisepunkt Strecken annähernd gleichem Strömungswiderstand zu allen Gasaustrittsöffnungen führen. So wird gewährleistet, dass große Austrittsöffnungen einen schnellen Gaswechsel ermöglichen, wobei aber die Gasflüsse aus den einzelnen Öffnungen nicht wie bei Verwendung ungleicher Strömungswiderstände voneinander abweichen und zu einer nicht uniformen Abscheidung führen. Für die genaue Dosierung flüssiger Precursoren kann ein an sich bekannter Flüssigkeitsregler (Mass Flow Controler (MFC)) verwendet werden.A Dosage of the precursors can be via an annular Gas inlet system, taking place from a central feed point Stretch approximately the same flow resistance lead to all gas outlet openings. So will Ensures that large outlets allow a quick gas exchange, but the Gas flows from the individual openings do not like when using uneven flow resistances differ and lead to a non-uniform deposition. For the precise dosage of liquid precursors a known liquid regulator (mass flow Controler (MFC)) are used.

Der Precursor ist vorzugsweise eine stickstoffhaltige oder sauerstoffhaltige siliziumorganische Verbindung oder eine Kohlenwasserstoffverbindung. Die stickstoffhaltige siliziumorganische Verbindung ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bis(dimethylamino)dimethylsilan (BDMADMS), Hexamethyldisilazan (HMDSN), Tetramethyldisilazan (TMDSN), Dimethylaminotrimethylsilan (DMATMS) Tris(dimethylamino)methylsilan (TDMAMS) und Dimethylbis(2,2-dimethylhydrazyl)silan (DMBDMHS). Die sauerstoffhaltige siliziumorganische Verbindung ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexamethyldisiloxan(HMDSO), Tetraethoxysilane (TEOS) und Tetramethyldisiloxan (TMDSO). Die Kohlenwasserstoffverbindung ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methan, Ethan und Ethin.Of the Precursor is preferably a nitrogen-containing or oxygen-containing organosilicon compound or a hydrocarbon compound. The nitrogen-containing organosilicon compound is preferred selected from the group consisting of bis (dimethylamino) dimethylsilane (BDMADMS), hexamethyldisilazane (HMDSN), tetramethyldisilazane (TMDSN), Dimethylaminotrimethylsilane (DMATMS) Tris (dimethylamino) methylsilane (TDMAMS) and dimethylbis (2,2-dimethylhydrazyl) silane (DMBDMHS). The oxygen-containing organosilicon compound is preferred selected from the group consisting of hexamethyldisiloxane (HMDSO), Tetraethoxysilanes (TEOS) and tetramethyldisiloxane (TMDSO). The hydrocarbon compound is preferably selected from the group consisting of Methane, ethane and ethyne.

Die Zuführung des Precursors im Schritt (iii) erfolgt vorzugsweise über eine Dauer im Bereich von 1 bis 40 s. Das mit dem Precursor versetzte Trägergas wird im Schritt (iii) vorzugsweise mit einem Trägergasfluss im Bereich von 20 bis 100 sccm und einem Precursorgasfluss im Bereich von 0,3 bis 1,0 sccm zugeführt. Ein Gasdruck des mit dem Precursor versetzten Trägergases liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 Pa.The Feeding of the precursor in step (iii) is preferably carried out via a duration in the range of 1 to 40 s. The offset with the precursor Carrier gas is preferably in step (iii) with a Carrier gas flow in the range of 20 to 100 sccm and a Precursorgasfluss supplied in the range of 0.3 to 1.0 sccm. A gas pressure of the carrier gas mixed with the precursor is preferably in the range of 2 to 10 Pa.

Im Schritt (iv) des Verfahrens, also nach Beendigung der Zuführung des Precursors im Schritt (iii), erfolgt ein Gaswechsel zurück zum inerten Trägergas ohne Zusatz des Precursors. Der Schritt (iv) kann sich in zwei Teilschritte gliedern, nämlich einem ersten Teilschritt der Evakuierung der Reaktorkammer unter Anlegen eines Vakuums und einem zweiten Teilschritt, in dem die Reaktorkammer mit einem Spülgas (üblicherweise dem Trägergas) gespült wird.in the Step (iv) of the method, ie after completion of the feed of the precursor in step (iii), a gas exchange takes place back to the inert carrier gas without addition of the precursor. The step (iv) can be divided into two sub-steps, namely a first Sub-step of the evacuation of the reactor chamber under application of a Vacuum and a second sub-step in which the reactor chamber with a purge gas (usually the carrier gas) is rinsed.

Die Schritte (ii) bis (iv) werden n-fach zur Erzeugung der Barriereschicht wiederholt (Schritt (v)). Eine Anzahl n der Zyklen wird auf n = 2 bis 1.000, insbesondere n = 20 bis 200 begrenzt.The Steps (ii) to (iv) become n times to form the barrier layer repeated (step (v)). A number n of cycles becomes n = 2 to 1,000, in particular n = 20 to 200 limited.

Nach einer weiteren, bevorzugten Verfahrensvariante beinhaltet das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte:

  • (vi) Nach Beendigung des Schritts (v), Zusatz des Precursors zum Trägergas mittels der Dampfdosiervorrichtung und Plasmabehandlung des Bauelements im zu beschichtenden Bereich, wobei sich der Precursor im zu beschichtenden Bereich unter Ausbildung einer organisch/anorganischen Mischschicht abscheidet;
  • (vii) m-faches Wiederholen der Schritte (ii) bis (vi) zur Erzeugung der Barriereschicht, wobei m = 2 bis 10 ist.
According to a further preferred variant of the method, the method includes the following additional steps:
  • (vi) After completion of step (v), adding the precursor to the carrier gas by means of the vapor metering device and plasma treatment of the device in the region to be coated, wherein the precursor deposits in the region to be coated to form an organic / inorganic mixed layer;
  • (vii) repeating steps (ii) to (vi) m times to create the barrier layer, where m = 2 to 10 is.

Nach dieser Verfahrensvariante folgt demnach dem Abscheiden einer ersten Mehrfachschicht gemäß den Schritten (ii) bis (v) ein Schritt (vi), bei dem derselbe Precursor jedoch bei eingeschaltetem Plasma abgeschieden wird. Die Bedingungen im Schritt (vi) entsprechen demnach den Bedingungen in einem herkömmlichen PECVD-Verfahren. Es entsteht eine dichte, teilweise anorganische Schicht. Auf diese Schicht wird eine zweite Mehrfachschicht gemäß den Schritten (ii) bis (v) aufgetragen. Schließlich wird eine weitere Schicht unter den Bedingungen des Schrittes (vi), also bei eingeschaltetem Plasma, aufgetragen. Eine Anzahl m der Zyklen aus Abscheiden der Mehrfachschichten gemäß den Schritten (ii) bis (v) und Plasmaabscheiden gemäß dem Schritt (vi) wird auf m = 2 bis 10, insbesondere m = 2 bis 5 begrenzt. Es entsteht die gewünschte Barriereschicht.To this method variant thus follows the deposition of a first Multiple layer according to steps (ii) to (v) a step (vi), wherein the same precursor but with the plasma switched on is deposited. The conditions in step (vi) therefore correspond the conditions in a conventional PECVD method. The result is a dense, partially inorganic layer. To this Layer is a second multiple layer according to the Plotted steps (ii) to (v). Finally, a further layer under the conditions of step (vi), ie at switched on plasma, applied. A number m of cycles off Depositing the multilayers according to the steps (ii) to (v) and plasma deposition according to the step (vi) is limited to m = 2 to 10, in particular m = 2 to 5. It the desired barrier layer is created.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Bauelemente, die eine nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Barriereschicht aufweisen. Derartige Barriereschichten sind bisher nicht im Stand der Technik beschrieben wurden.One Another aspect of the invention relates to components that after a the method of the invention described above have generated barrier layer. Such barrier layers have not been described in the prior art.

Das Verfahren wird nachstehend in Ausführungsbeispielen und an Hand der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Method will be described below in embodiments and explained in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 Eine Illustration eines zeitlichen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 An illustration of a time sequence of the method according to the invention.

2 Eine Wachstumsrate der Barriereschicht als Funktion der Precursorkonzentration. 2 A growth rate of the barrier layer as a function of the precursor concentration.

3 Eine Wachstumsrate der Barriereschicht als Funktion der Plasmaaktivierungszeit. 3 A growth rate of the barrier layer as a function of plasma activation time.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description the invention

In den nachfolgenden Untersuchungen wurde eine induktiv gekoppelte Plasma-(ICP)-Quelle zur Erzeugung eines Hochdichteplasmas verwendet, die auf einem UHV-Plasmareaktor aus Edelstahl angebracht war. Über eine planare Dreifachspiralantenne wurde die HF-Leistung durch eine dielektrische Aluminiumoxidscheibe in das Plasma eingekoppelt. Für die Plasmaanregung wurde ein HF-Generator bei einer Frequenz von 13.56 MHz und einer maximalen Leistung von 1000 W betrieben. Mit dieser ICP-Quelle wurde ein ebenes Plasma erzeugt, das sich durch gute räumliche Homogenität auszeichnete.In The following investigations were inductively coupled Plasma (ICP) source used to generate a high density plasma, which was mounted on a stainless steel UHV plasma reactor. about a planar triple spiral antenna was the RF power through a Dielectric alumina disk coupled into the plasma. For the Plasma excitation became an RF generator at a frequency of 13.56 MHz and a maximum power of 1000W. With this ICP source was generated a plane plasma, which is characterized by good spatial homogeneity distinguished.

Die Dosierung der flüssigen Precursoren mit für Gasphasenprozesse ausreichendem Dampfdruck erfolgte über ein ringförmiges Gaseinlasssystem, bei dem von einem zentralen Einspeisepunkt Strecken annähernd gleichem Strömungswiderstand zu allen Gasaustrittsöffnungen führten. So wurde gewährleistet, dass große Austrittsöffnungen einen schnellen Gaswechsel ermöglichen, wobei aber die Gasflüsse aus den einzelnen Öffnungen nicht, wie bei Verwendung ungleicher Strömungswiderstände, voneinander abweichen und zu nicht uniformer Abscheidung führen. Für die genaue Dosierung des Precursordampfes wurde ein Flüssigkeits-Mass Flow Controler (MFC) verwendet.The Dosing of liquid precursors with for gas phase processes sufficient vapor pressure was via an annular Gas inlet system, which approximates distances from a central feed point same flow resistance to all gas outlet openings led. This ensured that big Outlets allow quick gas exchange, but the gas flows from the individual openings not, as with the use of unequal flow resistance, differ from each other and lead to non-uniform deposition. For the exact dosage of the precursor vapor was a Liquid Mass Flow Controler (MFC) is used.

in den Ausführungsbeispielen wurden Wafer aus Polyetheretherketon (PEEK) durch plasmaaktivierte Abscheidung unter Verwendung von Bis(dimethylamino)dimethylsilan (BDMADMS) sukzessive mit Monolagen beschichtet. Unter dem Einfluss der vernetzenden Plasmawirkung entstehen organische Polymerschichten.in The embodiments were polyetheretherketone wafers (PEEK) by plasma-activated deposition using bis (dimethylamino) dimethylsilane (BDMADMS) successively coated with monolayers. Under the influence The cross-linking plasma effect results in organic polymer layers.

Für den Prozess wurde der oben beschriebene Niederdruck-Plasmareaktor verwendet. Der PEEK-Wafer wurde in 18 cm Abstand zum Koppelfenster der induktiven Plasmaquelle und damit außerhalb des aktiven Plasmas im Vakuumgefäß angeordnet. In den Reaktor wurde Argon mit einem Fluss von 100 sccm eingelassen (sccm = Standardkubikzentimeter pro Minute). Der Gasdruck wurde auf 5 Pa und die eingespeiste Plasmaleistung auf 50 W eingestellt und geregelt. In nachfolgenden Teilschritt des Verfahrens (Schritt (ii)) wurde der Wafer mit einem Argonplasma für 15 s behandelt. Nach der Plasmaabschaltung wurden 0,3 sccm BDMADMS zu der Gasphase für 10 s hinzudosiert. Daran anschließend wurde der gesamte Gasfluss abgeschaltet und das Restgas für eine Dauer von 30 s abgepumpt. Nach einem Spülprozess mit Argon (30 s, 100 sccm, 5 Pa) wurde der Zyklus mit dem Einschalten des Plasmas neu begonnen. Das Plasma vernetzte und aktivierte nun die angelagerte Precursorschicht. Durch die Anzahl der durchlaufenen Zyklen wurde die Dicke der Gesamtschicht eingestellt. Mit 60 Zyklen wurden 24 nm Dicke erreicht.For the process became the low-pressure plasma reactor described above used. The PEEK wafer was at a distance of 18 cm from the coupling window the inductive plasma source and thus outside the active Plasmas arranged in a vacuum vessel. In the reactor Argon was admitted at a flow of 100 sccm (sccm = standard cubic centimeter per minute). The gas pressure became 5 Pa and the injected plasma power set to 50 W and regulated. In the following sub-step of the process (step (ii)) became the wafer with argon plasma treated for 15 s. After the plasma shutdown, 0.3 sccm BDMADMS added to the gas phase for 10 s. it then the entire gas flow was turned off and the residual gas is pumped off for a period of 30 s. After one Purge with argon (30 s, 100 sccm, 5 Pa) was the Cycle restarted with the power on of the plasma. The plasma crosslinked and activated the attached precursor layer. By the number of cycles passed became the thickness of the total layer set. With 60 cycles, 24 nm thickness was achieved.

Die zeitliche Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden an 1 näher erläutert. Der Prozess beginnt mit der Erzeugung eines Inertgasplasmas. Während dieser ersten Phase fließt kein schichtbildender Dampf (kein Precursor) durch den Reaktor. In dieser Phase wird die Oberfläche aktiviert. Im Beispiel dauert diese erste Phase 15 s (➀ in 1). Nach dem Abschalten des Plasmas wird in einer zweiten Phase für 15 s ein schichtbildender Precursordampf dem Trägergas zugesetzt (➁ in 1). Dieser reagiert mit der zuvor aktivierten Oberfläche. Im Schema der 1 sind in der zweiten Phase die Zustände Plasma: <aus>, Precursorfluss: <ein>, Auslassventil: <auf> und Ar (Argon): <ein> realisiert. In einer dritten Phase läuft ein Ausräumprozess (Vakuum) mit den Zuständen Plasma: <aus>, Precursorfluss: <aus>, Auslassventil: <zu> und Ar: <aus>. Der Zyklus schließt mit einer vierten Phase, einem Spülprozess, bei dem die Zustände Plasma: <aus>, Precursorfluss: <aus>, Auslassventil: <zu> und Ar: <aus> realisiert sind. Anschließend beginnt der Zyklus von neuem mit der ersten Phase.The chronological sequence of the method according to the invention will be described below 1 explained in more detail. The process begins with the generation of an inert gas plasma. During this first phase, no layer-forming vapor (no precursor) flows through the reactor. In this phase, the surface is activated. In the example, this first phase lasts 15 s (➀ in 1 ). After switching off the plasma, a layer-forming precursor vapor is added to the carrier gas in a second phase for 15 seconds (➁ in 1 ). This reacts with the previously activated surface. In the scheme of 1 In the second phase, the states plasma: <off>, precursor flow: <on>, outlet valve: <up> and Ar (argon): <on> are realized. In a third phase, a purging process (vacuum) runs with the states plasma: <off>, precursor flow: <off>, outlet valve: <to> and Ar: <off>. The cycle concludes with a fourth phase, a purge process in which the states plasma: <off>, precursor flow: <off>, exhaust valve: <to> and Ar: <off> are realized. Then the cycle begins again with the first phase.

Die Selbstlimitierung der beteiligten Prozesse von Aktivierung und Anlagerung wurde in ergänzenden Versuchen nachgewiesen.The Self-limitation of the involved processes of activation and attachment was proven in complementary experiments.

Dazu wurden zunächst die obig beschriebenen Bedingungen für die Zeiten des Einlasses von BDMADMS zwischen 1 s und 40 s variiert. Auf jeweils neuen PEEK-Wafern wurden jeweils 60 Zyklen mit unterschiedlich langen Precursorfluss-Phasen (0 s, 1 s, 5 s, 10 s, 20 s bzw. 40 s) durchlaufen. Aus den erreichten Schichtdicken wurden die Wachstumsraten pro Zyklus bestimmt. 2 zeigt eine Wachstumsrate (nm/Zyklus) als Funktion der BDMADMS-Dosis. Wie aus 2 hervorgeht, wird schon nach 1 s Precursorfluss eine Wachstumsrate von ca. 0.4 nm/Zyklus erzielt. Diese Rate ändert sich mit längerer Precursorflusszeit nicht mehr – was die Selbstlimitierung der Anlagerung von BDMADMS nachweist. Eine vollständige Abdeckung der aktivierten Oberflächen mit einer gleichartigen Bedeckung ist anzunehmen.For this purpose, initially the conditions described above for the times of admission of BDMADMS were varied between 1 s and 40 s. Each new PEEK wafer was subjected to 60 cycles of precursor flow phases of different lengths (0 s, 1 s, 5 s, 10 s, 20 s and 40 s, respectively). The growth rates per cycle were determined from the layer thicknesses achieved. 2 shows a growth rate (nm / cycle) as a function of BDMADMS dose. How out 2 As can be seen, a growth rate of approximately 0.4 nm / cycle is achieved after 1 s of precursor flow. This rate does not change with a longer precursor flow time - which demonstrates the self-limitation of the addition of BDMADMS. Full coverage of activated surfaces with similar coverage is to be expected.

In analoger Weise wurde in einer zweiten Versuchsserie die Dauer der Plasmaeinwirkung zwischen 0 s und 40 s bei konstanter Precursor-Flusszeit von 10 s variiert.In analogously, in a second series of experiments, the duration of the Plasma action between 0 s and 40 s with constant precursor flow time varies from 10 s.

Das Ergebnis ist in 3 dargestellt (Wachstumsrate (nm/Zyklus) in Abhängigkeit von der Plasmaaktivierungszeit) und zeigt, dass auch der Plasmaaktivierungsprozess selbstlimitiert ist.The result is in 3 (rate of growth (nm / cycle) versus plasma activation time) and shows that the plasma activation process is self-limiting as well.

Der Mechanismus der Selbstlimitierung selbst ist noch wenig aufgeklärt. Denkbar ist die Aktivierung durch metastabile Ar-Atome. Es kann angenommen werden, dass die Anlagerung beendet wird, wenn die Energie der aktivierten Oberfläche nicht mehr ausreicht, um Bindungen im Precusormolekül aufzubrechen. Die in kurzer Zeit beobachtete Selbstlimitierung des Aktivierungsprozesses ist noch überraschender und noch nicht verstanden, denn das aktivierende Plasma bewirkt zugleich eine chemische Veränderung der Schichten, vermutlich ohne dass dabei die Schichten wieder ganz oder teilweise entfernt werden können. Die Schichten werden moleküllagenweise aufgebracht. Deshalb kann das Verfahren im Unterschied zur PALD auch als plasmaaktivierte Abscheidung monomolekularer Monolagen (PAMM) bezeichnet werden.Of the Mechanism of self-limitation itself is still poorly understood. The activation by metastable Ar atoms is conceivable. It can assume that the annealing ends when the energy the activated surface is no longer sufficient to bonds break up in the precursor molecule. The observed in a short time Self-limitation of the activation process is even more surprising and not yet understood, because the activating plasma causes at the same time a chemical change of the layers, presumably without the layers completely or partially removed can be. The layers become molecularly compartmentalized applied. Therefore, the process may differ from the PALD also as plasma-activated deposition of monomolecular monolayers (PAMM) be designated.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde die periodische plasmaaktivierte Abscheidung molekularer Monolagen mit einem gepulsten PECVD-Verfahren kombiniert. Zuerst wurde entsprechend der oben beschriebenen Verfahrensführung in 60 Zyklen eine organische Polymerschicht abgeschieden. Daran anschließend wurde auf diese polymere Mehrfachschicht ohne Unterbrechung des Vakuums in demselben Plasmareaktor eine Schicht mittels PECVD-Verfahren aus BDMADMS abgeschieden. Dazu wurde ein Gasgemisch aus Argon (22 sccm), NH3 (3 sccm) und BDMADMS (1 sccm) eingelassen. Der Gasdruck wurde auf 3,5 Pa und die eingespeiste Plasmaleistung auf 550 W eingestellt und geregelt. Das Plasma wurde gepulst betrieben: 1 Sekunde eingeschaltet und 4 Sekunden ausgeschaltet. Die effektive Behandlungsdauer, bei der das Plasma eingeschaltet war, betrug insgesamt 3 min. Durch diesen Plasmaprozess entstand eine dichte, teilweise anorganische Schicht von 185 nm Dicke. Der beschriebene Gesamtvorgang wird einmal wiederholt. Auf die Weise entsteht ein Schichtstapel aus vier Schichten: alternierend zwei weiche polymere Mehrfachschichten und zwei harte, mittels PECVD abgeschiedene Schichten. Diese Barriereschicht besitzt eine im Vergleich zu einzelnen PECVD-Schicht von 2 × 185 nm Dicke verringerte Gaspermeation.In another embodiment, the periodic plasma-activated deposition of molecular monolayers was combined with a pulsed PECVD method. First, an organic polymer layer was deposited in 60 cycles according to the procedure described above. Subsequently, a layer was deposited on this polymeric multilayer without interruption of the vacuum in the same plasma reactor by means of PECVD method of BDMADMS. To this was added a gas mixture of argon (22 sccm), NH 3 (3 sccm) and BDMADMS (1 sccm). The gas pressure was adjusted to 3.5 Pa and the injected plasma power to 550 W and controlled. The plasma was pulsed: turned on for 1 second and turned off for 4 seconds. The effective treatment time, in which the plasma was switched on, was a total of 3 min. This plasma process resulted in a dense, partially inorganic layer of 185 nm thickness. The overall process described is repeated once. The result is a layer stack of four layers: alternating two soft polymeric multilayers and two hard layers deposited by PECVD. This barrier layer has a reduced gas permeation compared to a single PECVD layer of 2 × 185 nm thickness.

Für die Herstellung von Barriereschichten kann die PAMM-Methode demnach mit einer herkömmlichen Niedertemperatur-Plasmaabscheidung (PECVD) kombiniert werden. Zum Beispiel kann aus einem siliziumorganischen Precursor eine erste Schicht durch herkömmliche plasmainduzierte Abscheidung gebildet werden. Eine zweite Schicht wird gebildet, indem der derselbe Precursor wiederholt nur für eine gewisse Zeit (typischerweise für 1–100 s) in ein gleichartig oder anders zusammengesetztes Trägergasplasma gegeben wird (gepulstes Plasma). Eine dritte Schicht wird dann mit der beschriebenen PAMM-Methode gebildet. Dabei bilden sich Schichten mit verschiedenen Eigenschaften: Die erste Schicht hat im Wesentlichen gute Barriereneigenschaften. Die zweite und dritte Schicht enthalten größere Konzentrationen vernetzter CH-Bindungen und können daher zur Blockierung der Defekte der ersten Schicht dienen. Die dritte Schicht unterscheidet sich von der zweiten Schicht durch eine andersartige Vernetzung und größere Spaltgängigkeit und kann daher gut in geringeren Schichtdicken und zur Beschichtung komplexer, nicht ebener, mikrostrukturierter Substrate Verwendung finden.For the production of barrier layers can therefore be the PAMM method with a conventional low-temperature plasma deposition (PECVD) be combined. For example, from an organosilicon Precursor a first layer by conventional plasma-induced Deposition are formed. A second layer is formed, by repeating the same precursor only for a certain amount Time (typically for 1-100 s) in a similar manner or otherwise composed carrier gas plasma (pulsed plasma). A third layer is then using the described PAMM method educated. This forms layers with different properties: The first layer has essentially good barrier properties. The second and third layers contain larger ones Concentrations of cross-linked CH bonds and therefore can serve to block the defects of the first layer. The third Layer differs from the second layer by a different one Networking and greater splitting and can therefore be good in lower layer thicknesses and for coating complex, nonplanar, microstructured substrates use Find.

Das Verfahren hat den Vorteil, dass der Precursor nicht gewechselt werden muss. Daher ist die Änderung der Reaktorbedingungen zwischen den Abscheidephasen gering und es können nacheinander Schichten der erforderlichen Qualität abgeschieden werden.The Method has the advantage that the precursor can not be changed got to. Therefore, the change in reactor conditions is between the deposition phases low and it can successively layers the required quality are deposited.

Für die alternierende Prozessführung sollte ein schneller Gaswechsel gewährleistet werden. Das wird durch minimales Volumen der Reaktorkammer und durch die Verwendung von Precursordampf-Puffervolumina unmittelbar vor dem Reaktor-Einlassventil erreicht, wobei aber die Uniformität der Schichten durch das System für die Einspeisung der Precursoren gesichert werden muss.For the alternating process management, a fast gas exchange should be guaranteed. This is achieved by minimizing the volume of the reactor chamber and by using precursor vapor buffer volumes just prior to the reactor inlet valve, but with the uniformity of the Schich must be secured by the system for the supply of precursors.

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Claims (14)

Verfahren zur Erzeugung einer Barriereschicht auf einem mikrostrukturierten Bauelement, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (i) Bereitstellen des Bauelements in einem Plasmareaktor, der zusätzlich eine Dampfdosienrorrichtung und eine für schnelle Gaswechsel ausgestattete Gaszufuhr besitzt; (ii) Plasmabehandlung des Bauelements im zu beschichtenden Bereich mit einem aus einem inerten Trägergas erzeugten Plasma und dabei Aktivierung des zu beschichtenden Bereichs; (iii) Nach Beendigung der Plasmabehandlung gemäß Schritt (ii), Zusatz eines dampf- oder gasförmigen organischen Precursors zum Trägergas mittels der Dampfdosiervorrichtung, wobei sich der Precursor im aktivierten Bereich unter Ausbildung einer organischen Schicht abscheidet; (iv) Nach Beendigung der Zuführung des Precursors gemäß Schritt (iii), Gaswechsel hin zum inerten Trägergas ohne Zusatz des Precursors; und (v) n-faches Wiederholen der Schritte (ii) bis (iv) zur Erzeugung der Barriereschicht, wobei n = 2 bis 1.000 ist.A method of forming a barrier layer on a microstructured device, characterized in that the method comprises the steps of: (i) providing the device in a plasma reactor which additionally has a vapor deposition device and a fast gas exchange gas supply; (ii) plasma treatment of the device in the region to be coated with a plasma generated from an inert carrier gas and thereby activating the region to be coated; (iii) After completion of the plasma treatment according to step (ii), adding a vapor or gaseous organic precursor to the carrier gas by means of the Dampfdosiervorrichtung, wherein the precursor deposited in the activated region to form an organic layer; (iv) after completion of the supply of the precursor according to step (iii), gas exchange to the inert carrier gas without addition of the precursor; and (v) repeating steps (ii) through (iv) n times to form the barrier layer, where n = 2 to 1,000. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Trägergas Argon oder ein Gemisch auf Basis von Argon mit Stickstoff und/oder Wasserstoff ist.The method of claim 1, wherein the carrier gas Argon or a mixture based on argon with nitrogen and / or Is hydrogen. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei dem der Precursor eine stickstoffhaltige siliziumorganische Verbindung ist.The method of claim 1 or 2, wherein in the the precursor is a nitrogen-containing organosilicon compound is. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die stickstoffhaltige siliziumorganische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bis(dimethylamino)dimethylsilan (BDMADMS), Hexamethyldisilazan (HMDSN), Tetramethyldisilazan (TMDSN), Dimethylaminotrimethylsilan (DMATMS) Tris(dimethylamino)-methylsilan (TDMAMS) und Dimethylbis(2,2-dimethylhydrazyl)silan (DMBDMHS).The method of claim 4, wherein the nitrogen-containing organosilicon compound is selected from the group consisting of bis (dimethylamino) dimethylsilane (BDMADMS), hexamethyldisilazane (HMDSN), tetramethyldisilazane (TMDSN), dimethylaminotrimethylsilane (DMATMS) tris (dimethylamino) -methylsilane (TDMAMS) and dimethylbis (2,2-dimethylhydrazyl) silane (DMBDMHS). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei dem der Precursor eine sauerstoffhaltige siliziumorganische Verbindung ist. The method of claim 1 or 2, wherein in the the precursor is an oxygen-containing organosilicon compound is. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die sauerstoffhaltige siliziumorganische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hexamethyldisiloxan (HMDSO), Tetraethoxysilane (TEOS) und Tetramethyldisiloxan (TMDSO).The method of claim 5, wherein the oxygen-containing organosilicon compound is selected from the group consisting of hexamethyldisiloxane (HMDSO), tetraethoxysilanes (TEOS) and tetramethyldisiloxane (TMDSO). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei dem der Precursor eine Kohlenwasserstoffverbindung ist.The method of claim 1 or 2, wherein in the the precursor is a hydrocarbon compound. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Kohlenwasserstoffverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methan, Ethan und Ethin.Process according to claim 7, wherein the hydrocarbon compound is selected from the group consisting of methane, ethane and ethyne. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei dem die Plasmabehandlung im Schritt (ii) über eine Dauer im Bereich von ... bis ... s erfolgt.Method according to one of the preceding claims, in which the plasma treatment in step (ii) via a duration in the range of ... to ... s takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei dem die Zuführung des Precursors im Schritt (iii) über eine Dauer im Bereich von ... bis ... s erfolgt.Method according to one of the preceding claims, in which the supply of the precursor in the step (iii) over a duration in the range of ... to ... s. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Plasmareaktor eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle zur Erzeugung eines Hochdichteplasmas aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the plasma reactor is an inductively coupled plasma source for generating a high density plasma. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei dem das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte beinhaltet: (vi) Nach Beendigung des Schritts (v), Zusatz des Precursors zum Trägergas mittels der Dampfdosiervorrichtung und Plasmabehandlung des Bauelements im zu beschichtenden Bereich, wobei sich der Precursor im zu beschichtenden Bereich unter Ausbildung einer organisch/anorganischen Mischschicht abscheidet; (vii) m-faches Wiederholen der Schritte (ii) bis (vi) zur Erzeugung der Barriereschicht, wobei m = 2 bis 10 ist. Method according to one of the preceding claims, in which the method the following additional Steps includes: (vi) after completion of step (v), Addition of the precursor to the carrier gas by means of the steam metering device and plasma treatment of the device in the area to be coated, wherein the precursor in the area to be coated under training an organic / inorganic mixed layer separates; (Vii) repeating steps (ii) to (vi) to produce the m Barrier layer, where m = 2 to 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Dauer der Schritte (ii) und (iii) so gewählt wird, dass für alle zu schützenden Flächen des Bauelements Sättigung erreicht wird.Method according to one of the preceding claims, in which a duration of steps (ii) and (iii) is chosen will that for all surfaces to be protected of the device saturation is achieved. Mikrostrukturiertes Bauelement mit einer Barriereschicht, die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt wurde oder herstellbar ist.Microstructured component with a barrier layer, by the method according to one of claims 1 to 13 was produced or can be produced.
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