DE10056686A1

DE10056686A1 - Vaporizer cell used in a molecular beam epitaxial process comprises a crucible having a heater and an opening, and a covering unit formed by a plate-like screen

Info

Publication number: DE10056686A1
Application number: DE10056686A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Braun; Albrecht Fischer
Original assignee: VTS CREATEC GmbH; Paul Drude Institut fuer Festkoerperelektronik
Current assignee: Vts Createc 74391 Erligheim De GmbH; Forschungsverbund Berlin FVB eV
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: DE10056686B4

Abstract

Vaporizer cell (10) comprises a crucible (11) having a heater (12) and an opening (13); and a covering unit formed by a plate-like screen (14) having a lateral dimension which is smaller than the diameter of the crucible opening and arranged in or at a distance from the opening. An Independent claim is also included for a process for forming a vaporized layer on a substrate using the above cell. Preferred Features: The covering screen has a second heater (15) and an adjusting unit (20) by which the screen can be distanced from the crucible opening. A nozzle plate is arranged on the crucible opening or on the crucible collar for forming a vapor stream.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdampferzelle zur Herstellung von Aufdampfschichten im Vakuum, eine Abdeckeinrichtung für den Tiegel einer Verdampferzelle und ein Verfahren zur Her stellung von Aufdampfschichten, wie z. B. ein MBE-Verfahren (Molekularstrahlepitaxie-Verfahren).The invention relates to an evaporator cell for production of vapor deposition layers in vacuum, a covering device for the crucible of an evaporator cell and a process for producing it position of vapor deposition layers, such as. B. an MBE process (Molecular beam epitaxy) method.

Abscheidungstechniken zur Herstellung dünner Schichten unter Vakuumbedingungen sind allgemein bekannt. Die Anforderungen an MBE- und andere Aufdampfverfahren steigen insbesondere mit Blick auf die Substratgröße, die Gleichförmigkeit der Schicht dicke und die Minimierung von Schichtfehlern. Bspw. findet ge genwärtig in der Halbleitertechnologie der Übergang zu 300-mm- Wafern (Si-Technologie) bzw. zu 150-mm-Wafern (III-V- Halbleitertechnologie) statt. Bei der Schichtherstellung für Flachbildschirme oder zur Aufbringung von Spiegel- oder Anti reflektionsschichten sind sogar noch weit größere Substrate zu beschichten. Insbesondere bei den Mikroelektronik-Anwendungen steigen mit den Substratgrößen auch die Anforderungen an die Schichtqualität (Dickengleichförmigkeit, Reinheit).Deposition techniques for making thin layers under Vacuum conditions are well known. The requirements for MBE and other vapor deposition processes increase in particular Look at the substrate size, the uniformity of the layer thickness and minimizing layer defects. For example. finds ge currently in semiconductor technology the transition to 300 mm Wafers (Si technology) or 150 mm wafers (III-V- Semiconductor technology) instead. When making layers for Flat screens or for applying mirror or anti reflective layers are even much larger substrates too coat. Especially in microelectronic applications the substrate requirements also increase Layer quality (thickness uniformity, purity).

Eine Verdampferzelle mit einem einfachen zylindrischen Tiegel besitzt allgemein eine keulenförmige Verdampfercharakteristik, die sich durch einen intensiven Molekülstrahl entlang der Tie gelachse und geringere Moleküldichten in außeraxialen Richtun gen auszeichnet. Entsprechend werden auf einem Substrat nahe der Tiegelachse die größten Schichtdicken abgeschieden. Ein Mittel zu Erzielung einer gleichförmigen Schichtdicke besteht in der Vergrößerung des Abstandes des Substrates von der Ver dampferzelle, so dass das Substrat von einem möglichst klei nen, wenig gekrümmten Ausschnitt der Verdampfercharakteristik getroffen wird. Dies würde jedoch ausgedehnte Verdampferanlagen erfordern und einen unakzeptabel hohen Verlust an Verdamp fungsmaterialien bedeuten. Um auch bei geringen Substratab ständen gleichförmige Schichtdicken auf großen Substraten zu erzielen, wurden die folgenden Verdampferzellen entwickelt.An evaporator cell with a simple cylindrical crucible generally has a lobe-shaped evaporator characteristic, which is characterized by an intense molecular beam along the tie Gel-axis and lower molecular densities in the off-axis direction distinguished. Accordingly, be close on a substrate the greatest layer thicknesses are deposited on the crucible axis. On There is a means to achieve a uniform layer thickness in increasing the distance of the substrate from the ver steamer cell so that the substrate is as small as possible Narrow, slightly curved section of the evaporator characteristics is hit. However, this would make extensive evaporator systems require and an unacceptably high loss of vapor training materials mean. In order to would have uniform layer thicknesses on large substrates the following evaporator cells have been developed.

Aus US-A-5 171 370 ist eine MBE-Verdampferzelle bekannt, bei der der Tiegel für eine Schrägbedampfung des Substrats ausge legt ist. Bei dieser Technik wird zwar die Verdampfercharakte ristik an die Substratdimensionen angepasst und damit die Ma terialausnutzung verbessert. Es wird jedoch keine Verbesserung der Abscheidungsgleichförmigkeit erzielt.From US-A-5 171 370 an MBE evaporator cell is known from the crucible for oblique evaporation of the substrate sets is. With this technique the evaporator character is adapted to the substrate dimensions and thus the dimensions material utilization improved. However, it won't improve deposition uniformity achieved.

Aus der japanischen Patenveröffentlichung JP 60-225421 ist ei ne Verdampferzelle bekannt, deren Tiegel mit einer für die Moleküle teildurchlässigen Abdeckeinrichtung ausgestattet ist. Die Abdeckeinrichtung wird durch eine Abdeckplatte mit gegen über der Plattenebene geneigten Ablenkstreifen gebildet, die so angeordnet sind, dass jedes Molekül mindestens zweimal re flektiert werden muss, bevor es die Abdeckplatte verlässt. Da mit wird sichergestellt, dass der Abdampfwinkel unabhängig vom Füllstand im Tiegel ist, und eine verbesserte Gleichförmigkeit der Aufdampfschicht erzielt. Diese Verdampferzelle besitzt je doch den Nachteil, dass die Abdeckplatte im Tiegel angeordnet ist. Dies erschwert die Tiegelbeschickung mit Verdampfungsma terial und ist mit der Gefahr verbunden, dass sich die Abdeck platte während des Verdampfungsprozesses zusetzt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Abdeckplatte jeweils tiegel spezifisch ausgebildet sein muss. Für verschiedene Prozessan forderungen müssen verschiedene Tiegel und damit verschiedene Abdeckplatten verwendet werden.From Japanese patent publication JP 60-225421 is ei ne evaporator cell known, the crucible with one for the Molecules partially permeable covering device is equipped. The cover device is countered by a cover plate Deflection strips inclined above the plane of the plate are formed are arranged so that each molecule re at least twice must be inflected before it leaves the cover plate. because ensures that the evaporation angle is independent of the Level is in the crucible, and improved uniformity the evaporation layer achieved. This evaporator cell has but the disadvantage that the cover plate is arranged in the crucible is. This makes it difficult to load the crucible with an evaporation measure material and is associated with the risk that the cover plate is added during the evaporation process. Another The disadvantage is that the cover plate each crucible must be specifically trained. For different processes demands different crucibles and therefore different ones Cover plates are used.

Aus den US-Patenten US-A-5 820 681 und US-A-5 932 294 sind Verdampferzellen mit sog. "Unibody"-Tiegeln bekannt. Diese Tiegel umfassen eine Knudsen-Zelle, an der ein strahlformender Zusatztiegel angebracht ist. Der Zusatztiegel ist dazu ausgelegt, eine vom Füllstand in der Knudsen-Zelle unabhängige Strahlcharakteristik bereitzustellen. Diese Verdampferzellen besitzen ebenfalls den Nachteil, dass das Problem der Schicht dickeninhomogenitäten nur eingeschränkt gelöst wird.U.S. Patents 5,820,681 and 5,932,294 Evaporator cells with so-called "unibody" crucibles are known. This Crucibles include a Knudsen cell on which a beam-shaping Additional crucible is attached. The additional crucible is designed to one independent of the level in the Knudsen cell To provide beam characteristics. These evaporator cells also have the disadvantage that the problem of the layer thickness inhomogeneities is solved only to a limited extent.

Aus dem US-Patent US-A-5 976 263 ist eine Verdamferzelle mit einem heizbaren Tiegel bekannt, an dessen Tiegelöffnung eine Abdeckeinrichtung zur Strahlformung angeordnet ist. Die Ab deckeinrichtung wird durch eine Abdeckplatte gebildet, in der entsprechend der axialen Tiegelausrichtung düsenförmige Kanäle verlaufen, die auf das Substrat gerichtet sind. Die Kanalgeo metrie ist in Bezug auf die gewünschte Schichthomogenität op timiert. Diese herkömmliche Verdampferzelle besitzt aufgrund der Anforderungen an die düsenförmigen Kanäle eine Reihe von Nachteilen. Die Deckplatte ist dicker als der Durchmesser der Kanäle, damit diese ihre Funktion als Düsen zur Ausrichtung von Teil-Molekülstrahlen erfüllen können. Es besteht die Ge fahr, dass sich die einzelnen Kanäle zusetzen. Deshalb muss die herkömmliche Abdeckplatte zwangsläufig mit einer Heizein richtung ausgestattet sein. Ein weiterer Nachteil besteht dar in, dass die Abdeckplatte wiederum unmittelbar in der Tiegel öffnung angebracht sein muss. Die düsenförmigen Kanäle sind durch eine Auswölbung der Abdeckplatte oder durch Schrägstel lung auf verschiedene Substratbereiche gerichtet. Damit ist der Substratabstand durch die Kanalgeometrie festgelegt, so dass wiederum prozessabhängig verschiedene Verdampferzellen bereitgehalten werden müssen.An evaporator cell is known from US Pat. No. 5,976,263 a heatable crucible known, at the crucible opening a Cover device for beam shaping is arranged. The Ab Deck device is formed by a cover plate in which nozzle-shaped channels corresponding to the axial crucible orientation run, which are directed to the substrate. The channel geo metry is op with respect to the desired layer homogeneity timiert. This conventional evaporator cell has due to a number of requirements for the nozzle-shaped channels Disadvantages. The cover plate is thicker than the diameter of the Channels so that they function as nozzles for alignment of partial molecular beams. There is the Ge drive that the individual channels clog. Therefore must the conventional cover plate inevitably with a heater direction. Another disadvantage is in that the cover plate in turn immediately in the crucible opening must be attached. The nozzle-shaped channels are by arching the cover plate or by slanting directed to different substrate areas. So that is the substrate spacing is determined by the channel geometry, so that in turn, depending on the process, different evaporator cells must be kept ready.

Es ist auch bekannt, die Homogenität der Schichtdicke durch eine Relativbewegung zwischen der Verdampferzelle und dem Sub strat zu verbessern. Es kann bspw. eine Linearbewegung oder eine Rotation oder auch eine Planetenbewegung vorgesehen sein. Bei all diesen Techniken besteht der Nachteil, dass zwangsläu fig Antriebseinrichtungen vorgesehen sein müssen, die den Aufbau einer Verdampferanlage komplizieren und den Anforderungen des Vakuumsystems genügen müssen.It is also known to measure the homogeneity of the layer thickness a relative movement between the evaporator cell and the sub strat to improve. For example, a linear movement or a rotation or a planetary movement can be provided. With all these techniques, there is the disadvantage that inevitably fig drive devices must be provided, the structure an evaporator system and complicate the requirements of the vacuum system must suffice.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Verdampfer zelle anzugeben, mit der die Nachteile der herkömmlichen Ver dampferzellen überwunden werden. Die erfindungsgemäße Verdamp ferzelle soll insbesondere eine Vakuumdampfabscheidung mit verbesserter Schichtdickenhomogenität auch bei großen Substra ten ermöglichen. Außerdem soll die erfindungsgemäße Verdamp ferzelle einen erweiterten Einsatzbereich besitzen. Die Aufga be der Erfindung ist es auch, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Vakuumaufdampfschichten bereitzustellen, mit dem die Nachteile herkömmlicher Verdampfungstechniken überwun den werden.The object of the invention is to provide an improved evaporator specify cell with the disadvantages of conventional Ver steamer cells can be overcome. The evaporator according to the invention In particular, a vacuum vapor deposition should also be used improved layer thickness homogeneity even with large substrates enable. In addition, the evaporator according to the invention remote cell have an extended area of application. The task be the invention is also an improved method for Providing production of vacuum vapor deposition layers with which overcomes the disadvantages of conventional evaporation techniques that will.

Diese Aufgaben werden durch eine Verdampferzelle, eine Abdeck blende und ein Aufdampfverfahren mit den Merkmalen entspre chend den Patentansprüchen 1, 8 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängi gen Ansprüchen.These tasks are covered by an evaporator cell, a cover aperture and an evaporation method with the characteristics correspond chend the claims 1, 8 and 10 solved. advantageous Embodiments of the invention result from the dependent against claims.

Die Grundidee der Erfindung ist es, eine Verdampferzelle be reitzustellen, die einen heizbaren Tiegel mit mindestens einer Tiegelöffnung und eine strahlformende Abdeckeinrichtung auf weist, wobei die Abdeckeinrichtung durch eine Abdeckblende ge bildet wird, die die Tiegelöffnung in einem mittleren Teilbe reich abdeckt. Die Abdeckblende ist in der Tiegelöffnung oder mit Abstand von dieser auf einer von der Mitte der Tiegelöff nung zum Substrat führenden Bezugslinie (z. B. der Tiegelach se) angeordnet und besitzt die Form einer Platte oder Scheibe, deren charakteristische Lateraldimension kleiner als der Durchmesser der Tiegelöffnung ist. Die Abdeckblende kann in Verdampfungsrichtung oberhalb oder unterhalb der Tiegelöffnung angeordnet sein. Es ist insbesondere möglich, dass die erfin dungsgemäße Abdeckblende im Tiegel angeordnet ist. Die Bereit- Stellung der Abdeckblende besitzt den Vorteil, dass der mitt lere Teil des Molekularstrahles abgeschattet oder blockiert wird, so dass das mittlere Maximum der Strahlcharakteristik verringert wird. Diese Wirkung kann für beliebige Tiegelformen erzielt und an die jeweiligen geometrischen Bedingungen in der Verdampferanlage angepasst werden. Die erfindungsgemäße Ver dampferzelle besitzt damit gegenüber den herkömmlichen pro zessspezifischen Zellen einen erheblich erweiterten Einsatzbe reich. Die Abdeckblende kann axialsymmetrisch auf der Bezugs linie oder alternativ insbesondere für Schrägbeschichtungen asymmetrisch angeordnet sein. Die Abdeckblende ist vorzugswei se so ausgebildet, dass ein Anteil von rund 2% bis 50% des aus der Tiegelöffnung austretenden Molekülstrahls abgeschattet oder blockiert wird.The basic idea of the invention is to be an evaporator cell to put a heated crucible with at least one Crucible opening and a beam-shaping cover has, the covering device ge through a cover which forms the crucible opening in a central part richly covers. The cover is in the crucible opening or spaced from this on one from the center of the crucible reference line leading to the substrate (e.g. the Tiegelach se) arranged and has the shape of a plate or disc, whose characteristic lateral dimension is smaller than that Is the diameter of the crucible opening. The cover can be in Evaporation direction above or below the crucible opening be arranged. It is particularly possible that the inventions appropriate cover panel is arranged in the crucible. The ready Position of the cover panel has the advantage that the mitt The other part of the molecular beam is shadowed or blocked so that the mean maximum of the beam characteristic is reduced. This effect can be used for any crucible shape achieved and to the respective geometric conditions in the Evaporator system can be adjusted. The Ver compared to the conventional pro process-specific cells rich. The cover can be axially symmetrical on the reference line or alternatively in particular for slanted coatings be arranged asymmetrically. The cover panel is preferably two It is designed so that a share of around 2% to 50% of the Molecular beam emerging from the crucible opening is shadowed or blocked.

Die Abdeckblende bildet eine umlaufende Apertur, durch die die seitlichen Teile des Molekülstrahls frei hindurchtreten kön nen. Der durch die Apertur hindurchtretende Molekülstrahl wird einerseits durch den Innenrand der Tiegelöffnung (oder ggf. einen zusätzlichen Blendenring) und andererseits die äußere Umrandung der Abdeckblende beschränkt. Die durch die Abdeck blende gebildete Apertur wird im Folgenden auch als Ringaper tur bezeichnet. Die Ringapertur kann anwendungsspezifisch, insbesondere in Abhängigkeit vom Substratabstand, dem Bedamp fungswinkel, der Substratgröße und der Substratform, verschie dene Geometrien besitzen. Die Abdeckblende kann insbesondere einen gekrümmten oder aus geraden Teilstücken zusammengesetz ten Rand besitzen.The cover panel forms a circumferential aperture through which the lateral parts of the molecular beam can freely pass through NEN. The molecular beam passing through the aperture becomes on the one hand through the inner edge of the crucible opening (or possibly an additional aperture ring) and on the other hand the outer one Edging of the cover panel limited. The through the cover aperture formed aperture is also referred to below as a ring aper designated. The ring aperture can be application-specific, especially depending on the substrate distance, the Bedamp angle, the substrate size and shape have geometries. The cover can in particular a curved or composed of straight sections own the edge.

Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Abdeckblen de gegenüber der aus US-A-5 976 263 bekannten Abdeckplatte mit düsenförmigen Kanälen besteht darin, dass ein Teil des Mole külstrahls abgeschattet wird, wohingegen beim herkömmlichen Aufbau ein Tiegel mit einer Vielzahl kleiner Tiegeldüsenöffnungen vorgesehen ist, aus denen getrennte Molekülstrahlen austreten.A major difference between the cover plates according to the invention de compared with the cover plate known from US-A-5 976 263 nozzle-shaped channels is that part of the mole cooling jet is shadowed, whereas the conventional Build a crucible with a large number of small crucible nozzle openings is provided, from which separate molecular beams escape.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Abdeckblende selbst mit einer Heizeinrichtung ausgestattet. Dieses Merkmal ist insbesondere bei Anwendungen vorgesehen, bei denen eine Kondensation von Verdampfungsmaterial, die die gewünschte Strahlform stören könnte, vermieden werden muss. Es ist eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen, deren Versor gungsleitungen über mindestens einen Steg geführt werden, der vom Rand der Abdeckblende zu einer Haltungs- oder Stellein richtung führt.According to a preferred embodiment of the invention, the Cover panel even equipped with a heater. This feature is particularly intended for applications where condensation of evaporation material that the could disturb the desired beam shape, must be avoided. It an electric heating device is provided, the supplier supply lines are led over at least one web, the from the edge of the cover panel to a posture or location direction leads.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der axiale Abstand der Abdeckblende von der Tiegelöffnung veränderlich. Es ist eine Stelleinrichtung vorgesehen, mit der der Tiegel und die Abdeckblende relativ zueinander bewegt wer den können. Die Stelleinrichtung besitzt den Vorteil, dass an wendungsabhängig die Wirkung der Abdeckblende auf die jeweils verwendete Substratgröße abgestimmt werden kann. Erfindungsge mäß kann ein Regelkreis vorgesehen sein, mit dem die Position der Abdeckblende relativ zur Tiegelöffnung in Abhängigkeit vom Füllstand im Tiegel und/oder der Homogenität der bereits abge schiedenen Schicht verändert wird.According to a further preferred embodiment of the invention is the axial distance of the cover from the crucible opening mutable. An actuating device is provided with which the crucible and the cover panel moved relative to each other who that can. The actuating device has the advantage that depending on the application, the effect of the cover panel on each used substrate size can be adjusted. Erfindungsge According to a control loop can be provided with which the position the cover plate relative to the crucible opening depending on Level in the crucible and / or the homogeneity of the already abge different layer is changed.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Abdeckblende, die eine Abdeckeinrichtung für eine Verdampferzelle der oben beschrie benen Art bildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abdeckblende bildet diese eine separate Kom ponente für Verdampfungsanlagen, die bedarfsweise an einem herkömmlichen Verdampfer angebaut wird. Die Abdeckblende ist vorzugsweise mit einer Halterungs- und Stelleinrichtung verse hen, die zur Positionierung und Betätigung der Abdeckblende in der Vakuumanlage eingerichtet ist. The invention also relates to a cover panel, the one Cover device for an evaporator cell described above benen kind forms. According to a preferred embodiment of the cover plate according to the invention forms a separate com Component for evaporation plants, if necessary on one conventional evaporator is grown. The cover panel is preferably verse with a bracket and actuator hen for positioning and actuating the cover in the vacuum system is set up.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in der Bereit stellung eines Verfahrens zur Herstellung von Aufdampfschich ten, bei dem der von einem heizbaren Tiegel ausgehende Mole külstrahl mit einer in oder mit Abstand von der Tiegelöffnung angeordneten Abdeckblende teilweise abgedeckt wird. Gemäß ei ner Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Position der Abdeckplatte relativ zum Tiegel während des Auf dampfvorganges verändert, bspw. wird der Abstand von der Tie gelöffnung vergrößert.Another object of the invention is the ready provision of a method for the production of vapor deposition layer where the mole emanating from a heatable crucible Cooling jet with or at a distance from the crucible opening arranged cover is partially covered. According to ei ner embodiment of the method according to the invention Position of the cover plate relative to the crucible during opening steaming process changes, for example, the distance from the tie Gel opening enlarged.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Verdampferzelle mit der Ab deckblende besitzt die folgenden Vorteile. Die Abdeckblende kann mit beliebigen herkömmlichen Tiegelformen, z. B. gewöhn lichen konischen oder zylindrischen Tiegeln oder Knudsen- Zellen, oder mit beliebigen herkömmlichen Verdampfungstechni ken, z. B. konventionelles Verdampfen, MBE oder dergleichen, kombiniert werden. Die äußere Gestalt der Abdeckblende kann unabhängig von der Tiegelform gewählt werden, um die Abschei dungshomogenität zu optimieren. Die erfindungsgemäße Verdamp ferzelle ist auch mit Verdampfungstechniken anwendbar, bei de nen zur weiteren Verbesserung der Schichthomogenität eine Sub stratbewegung vorgesehen ist. Der Einsatz der erfindungsgemä ßen Abdeckblende besitzt den Vorteil, dass die Verdampfungsra te bzw. das Schichtwachstum erheblich geringer eingeschränkt wird, als mit den herkömmlichen Abdeckeinrichtungen z. B. mit düsenförmigen Kanälen oder Ablenkstreifen. Insbesondere bei Kombination der Abdeckblende mit einer Knudsen-Zelle wird ein vom Füllstand der Knudsen-Zelle unabhängiges Strahlprofil er zielt, was von besonderem Vorteil für industrielle Hoch leistungs-Verdampfungsanlagen ist.The structure of the evaporator cell according to the invention with the Ab Cover panel has the following advantages. The cover panel can with any conventional crucible shapes, for. B. usual conical or cylindrical crucibles or Knudsen Cells, or with any conventional evaporation technique ken, e.g. B. conventional evaporation, MBE or the like, be combined. The outer shape of the cover can regardless of the crucible shape can be chosen to the parting optimize homogeneity. The evaporator according to the invention Ferzelle is also applicable with evaporation techniques, where de a sub to further improve layer homogeneity strat movement is provided. The use of the The outer cover panel has the advantage that the evaporation space te or the layer growth limited significantly less is, as with the conventional cover devices such. B. with nozzle-shaped channels or deflection strips. Especially at Combining the cover panel with a Knudsen cell becomes a beam profile independent of the level of the Knudsen cell targets what is particularly beneficial for industrial high power evaporation plants.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden aus der Beschreibung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zei gen: Further advantages and details of the invention will become apparent from the Description of the accompanying drawings can be seen. It shows gene:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungs gemäßen Verdampferzelle, Fig. 1 is a schematic sectional view of an evaporator cell according to the Invention,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer herkömmli chen Verdampferzelle (Stand der Technik), Fig. 2 is a schematic sectional view of a herkömmli chen evaporator cell (prior art)

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Verdampferzelle (Knudsen-Zelle), und Fig. 3 is a schematic sectional view of another evaporator cell (Knudsen cell) according to the invention, and

Fig. 4 Illustrationen verschiedener Geometrien erfin dungsgemäßer Abdeckblenden. Fig. 4 illustrations of different geometries inven tion cover plates.

Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel bestimmter Tiegel typen erläutert, ist jedoch auf diese nicht beschränkt. Erfin dungsgemäß können Abdeckblenden bei allen herkömmlichen Tie gelformen vorgesehen sein. Besitzt der Tiegel anwendungsabhän gig mehrere Tiegelöffnungen, so können entsprechend mehrere Abdeckblenden vorgesehen sein. Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf bestimmte Anwendungen beschränkt. Es kann die Be dampfung von einem oder mehreren Substraten vorgesehen sein.The invention is described below using the example of certain crucibles types explained, but is not limited to these. OF INVENTION accordingly, cover plates can be used with all conventional ties Gel forms can be provided. The crucible has an application-specific gig multiple crucible openings, so several can accordingly Cover panels may be provided. Furthermore, the invention not limited to certain applications. It can be the Be vaporization of one or more substrates can be provided.

Die Fig. 1 und 2 illustrieren die unterschiedliche Wir kungsweise einer erfindungsgemäßen Verdampferzelle 10 (Fig. 1) im Vergleich mit einer herkömmlichen Verdampferzelle 10' (Fig. 2). Die erfindungsgemäße Verdampferzelle 10 umfasst ei nen Tiegel 11 mit einer ersten Heizeinrichtung 12 und einer Tiegelöffnung 13, eine Abdeckeinrichtung in Form einer Abdeck blende 14 und eine zweite Heizeinrichtung 15. Der Tiegel 11 besitzt eine konische Form mit einer Achse 16, die relativ zum Substrat 17 einen vorbestimmten Winkel bildet. Aus Übersicht lichkeitsgründen ist der Winkel zwischen der Tiegelachse und dem Substrat als rechter Winkel dargestellt. Allgemein kann jedoch eine Schrägbedampfung vorgesehen sein, so dass der Win kel von 90° verschieden ist. Im Tiegel 11 befindet sich Verdampfungsmaterial 18, das bei Einstellung einer genügend hohen Tiegeltemperatur mit der ersten Heizeinrichtung 12 verdampft und als Aufdampfschicht 19 auf dem Substrat 17 abgeschieden wird. Die herkömmliche Verdampferzelle 10' gemäß Fig. 2 ist analog mit einem Tiegel 11' und einer Heizeinrichtung 12' auf gebaut, bei deren Betätigung Verdampfungsmaterial 18' als Schicht 19' auf dem Substrat 17' abgeschieden wird. Die Ver dampferzellen und Substrate sind jeweils im Rezipienten einer Vakuumanlage (nicht dargestellt) untergebracht, wie es an sich von herkömmlichen Verdampferanlagen bekannt ist. Figs. 1 and 2 illustrate the different We of action of an evaporator cell according to the invention 10 (FIG. 1) 'in comparison with a conventional evaporator cell 10 (Fig. 2). The evaporator cell 10 according to the invention comprises egg NEN crucible 11 with a first heating device 12 and a crucible opening 13, a cover in the form of a covering aperture 14 and a second heater 15 °. The crucible 11 has a conical shape with an axis 16 which forms a predetermined angle relative to the substrate 17 . For reasons of clarity, the angle between the crucible axis and the substrate is shown as a right angle. In general, however, oblique steaming can be provided so that the angle is different from 90 °. Evaporation material 18 is located in the crucible 11 and evaporates with the first heating device 12 when a sufficiently high crucible temperature is set and is deposited on the substrate 17 as a vapor deposition layer 19 . The conventional evaporator cell 10 'according to FIG. 2 is constructed analogously with a crucible 11 ' and a heating device 12 ', upon actuation of which evaporation material 18 ' is deposited as a layer 19 'on the substrate 17 '. The Ver evaporator cells and substrates are each housed in the recipient of a vacuum system (not shown), as is known per se from conventional evaporator systems.

Bei der erfindungsgemäßen Verdampferzelle 10 gemäß Fig. 1 ist die Abdeckblende 14 mit geringem Abstand von der Tiegelöffnung 13 beweglich (siehe Doppelpfeil) angeordnet. Weitere Einzel heiten der Abdeckblende 14 werden unten unter Bezug auf Fig. 4 erläutert. Die Halterung bzw. Verstellung der Abdeckblende 14 erfolgt mit einer schematisch eingezeichneten Stelleinrich tung 20. Die Stelleinrichtung 20 ist bspw. ein an sich für Va kuumaufbauten bekannter Translationsmechanismus, der über eine Schiebedurchführung oder einen Faltenbalg von der Außenseite der Vakuumanlage her betätigbar ist. Zum Aufbau eines Regel kreises können am Tiegel 11 und/oder am Substrat 17 Sensoren (nicht gezeigt) vorgesehen sein, mit denen der Füllstand des Verdampfungsmaterials 18 oder die Schichtdicke an gegebenen falls mehreren Substratpositionen erfasst werden. Es kann vor gesehen sein, dass in Abhängigkeit von den Sensorsignalen die Stelleinrichtung 20 zur Verstellung der Abdeckblende 14 betä tigt wird.In the evaporator cell 10 according to the invention shown in FIG. 1, the cover panel 14 is movable a short distance from the crucible opening 13 (see double arrow). Further individual units of the cover panel 14 are explained below with reference to FIG. 4. The holding or adjustment of the cover panel 14 is carried out with a schematically shown device 20 . The actuating device 20 is, for example, a translation mechanism known per se for vacuum structures, which can be actuated from the outside of the vacuum system via a sliding bushing or a bellows. To set up a control circuit, sensors (not shown) can be provided on the crucible 11 and / or on the substrate 17 , with which the fill level of the evaporation material 18 or the layer thickness can be detected at a number of substrate positions, if appropriate. It can be seen that, depending on the sensor signals, the actuating device 20 for actuating the cover panel 14 is actuated.

Die Abdeckblende 14 ist nahe der Tiegelachse in, unter oder vor der Tiegelöffnung 13 angeordnet, so dass bei senkrechter Projektion der Abdeckblende in die Ebene der Tiegelöffnung die umlaufende Ringapertur frei bleibt. Die radiale Breite der Ringapertur und ggf. der axiale Abstand der Abdeckblende 14 von der Tiegelöffnung 13 werden anwendungsabhängig gewählt. The cover panel 14 is arranged near the crucible axis in, below or in front of the crucible opening 13 , so that the circumferential ring aperture remains free when the cover panel is projected vertically into the plane of the crucible opening. The radial width of the ring aperture and, if applicable, the axial distance of the cover panel 14 from the crucible opening 13 are selected depending on the application.

Bspw. ist zur Bedampfung eines ebenen, rechteckigen Substrates (Seitenlängen ca. 20 cm 30 cm) aus einem Tiegel mit einem Durchmesser der Tiegelöffnung von 4 cm eine rhombusförmige Ab deckblende (siehe Fig. 4d) vorgesehen, die mit Lateralmaßen von 3 cm 2 cm ca. 11 der Tiegelöffnung abdeckt und ohne Ab stand von dieser, d. h. genau in der Tiegelöffnung, angeordnet ist. Die lange Diagonale der rhombusförmigen Abdeckblende ist entsprechend parallel zur kurzen Seite des Substrates ausgerichtet.For example. For the vapor deposition of a flat, rectangular substrate (side lengths approx. 20 cm 30 cm) from a crucible with a diameter of the crucible opening of 4 cm, a rhombus-shaped cover plate (see FIG. 4d) is provided, which with lateral dimensions of 3 cm 2 cm approx. 11 covers the crucible opening and was without from this, that is, is arranged exactly in the crucible opening. The long diagonal of the rhombic cover panel is aligned parallel to the short side of the substrate.

Aus dem Tiegel 11 bzw. 11' tritt ein Molekülstrahl mit einer zunächst keulenförmigen Charakteristik aus, die sich durch ei ne hohe Strahldichte entlang der Tiegelachse 16 bzw. 16' aus zeichnet. Beim herkömmlichen Aufbau gemäß Fig. 2 ergibt sich ein überhöht eingezeichnetes Profil der Aufdampfschicht 19' das entsprechend ein Maximum auf der Tiegelachse 16 besitzt. Durch die erfindungsgemäße Abdeckblende 14 gemäß Fig. 1 wird dagegen die Verdampfercharakteristik so verändert, dass das axiale Strahldichtenmaximum vermindert und damit das Profil der Schicht 19 ausgeglichen wird. Es hat sich vorteilhafter weise gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Abdeckblende ein steiler Abfall der Verdampfercharakteristik an den seitlichen Rändern erzielt wird. Es ergibt sich ein geringer Materialver lust in Bereichen außerhalb des Substrates.A molecular beam emerges from the crucible 11 or 11 'with an initially club-shaped characteristic which is characterized by a high beam density along the crucible axis 16 or 16 '. In the conventional structure according to FIG. 2, there is an exaggerated profile of the vapor deposition layer 19 ′, which accordingly has a maximum on the crucible axis 16 . By contrast, the cover panel 14 according to the invention according to FIG. 1 changes the evaporator characteristic in such a way that the axial radiant density maximum is reduced and the profile of the layer 19 is thus compensated. It has been found to be advantageous that a steep drop in the evaporator characteristic is achieved at the lateral edges with the cover panel according to the invention. There is little loss of material in areas outside the substrate.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Verdampferzelle 10, wobei entsprechende Komponen ten mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind. Der Tiegel 11 ist eine Knudsen-Zelle (Heizeinrichtung nicht dargestellt) mit einer kleinen Tiegelöffnung 13, die mit einem trichterförmigen Strahlformer (Tiegelkragen 13a) analog zu den o. g. "Unibody"-Tiegeln ausgestattet ist. Mit Abstand von der Tiegelöffnung 13 ist die Abdeckblende 14 angeordnet, die wiederum für einen Ausgleich der Verdampfercharakteristik sorgt. Die Verdampfercharakteristik ist bei dem dargestellten Aufbau wie bei Fig. 1 durch eine Keulenform (gestrichelt ein gezeichnet) gekennzeichnet. FIG. 3 shows a modified embodiment of an evaporator cell 10 according to the invention, corresponding components being provided with the same reference numerals as in FIG. 1. The crucible 11 is a Knudsen cell (heating device not shown) with a small crucible opening 13 , which is equipped with a funnel-shaped jet former (crucible collar 13 a) analogous to the above-mentioned “unibody” crucibles. At a distance from the crucible opening 13 , the cover 14 is arranged, which in turn ensures compensation of the evaporator characteristics. The evaporator characteristic in the structure shown, as in FIG. 1, is characterized by a lobe shape (dashed line).

In Fig. 4 sind verschiedene Formen von Abdeckblenden 14 je weils mit einer Heizeinrichtung 15 schematisch illustriert. Die Bauformen A und B sind durch einen gekrümmten (kreisrunden bzw. ovalen) Außenrand charakterisiert. Anwendungsabhängig kann aber auch gemäß den Bauformen C und D ein stückweise ge rade begrenzter Außenrand vorgesehen sein. Allgemein kann die Abdeckblende durch eine beliebig begrenzte, in sich geschlos sene zweidimensionale Form (ohne Löcher) gebildet werden. Es sind auch Formen mit teilweise geraden und stückweise gekrümm ten Begrenzungen einsetzbar. Die Abdeckblende kann entspre chend einer ebenen oder einer gekrümmten Fläche gebildet sein.In Fig. 4 different forms of cover panels 14 are each schematically illustrated with a heating device 15 . Types A and B are characterized by a curved (circular or oval) outer edge. Depending on the application, however, a piece-wise straight outer edge can also be provided in accordance with types C and D. In general, the cover panel can be formed by an arbitrarily limited, self-contained two-dimensional shape (without holes). Shapes with partially straight and piece-wise curved borders can also be used. The cover can be formed accordingly a flat or a curved surface.

Die Heizeinrichtung 15 ist auf der vom Tiegel abgewandten Sei te der Abdeckblende 14 vorgesehen. Die Versorgungsleitungen 15a verlaufen elektrisch isoliert in oder auf seitlichen Hal terungsstegen 14a (nur bei Bauform A eingezeichnet).The heater 15 is on the side facing away from the crucible te the cover 14 is provided. The supply lines 15 a run electrically isolated in or on lateral holding webs 14 a (only shown in type A).

Die Abdeckblende besteht aus einem inerten Material z. B. Glas, Keramik (z. B. Bornitrid-Keramik) oder Metall. Sie be sitzt eine Dicke von z. B. 0.5 mm.The cover panel consists of an inert material such. B. Glass, ceramics (e.g. boron nitride ceramics) or metal. You be sits a thickness of z. B. 0.5 mm.

Gemäß Bauform E kann vorgesehen sein, dass die Abdeckblende 14 mit nur einem Steg 14a gehaltert wird, der die Versorgungslei tungen 15a der Heizeinrichtung 15 trägt.According to design E, it can be provided that the cover panel 14 is held with only one web 14 a which carries the supply lines 15 a of the heating device 15 .

Abweichend von den illustrierten Ausführungsformen kann die Gestaltung der erfindungsgemäßen Verdampferzelle wie folgt mo difiziert werden. Es kann anwendungsabhängig eine in Bezug auf die Tiegelachse asymmetrische Gestalt der Abdeckblende vorge sehen sein. Die Abdeckblende kann abweichend von den illust rierten Bauformen auch quadratisch, rechteckig oder durch ein Polygon begrenzt sein. Die Abdeckblende kann mit einem äußeren Blendenring versehen sein, so dass die Ringapertur nach außen hin nicht durch den Innenrand der Tiegelöffnung, sondern durch den äußeren Ring begrenzt wird. Des Weiteren kann der Tiegel mit einer Düsenplatte versehen sein, wie sie aus US-A-5 976 263 bekannt ist. In diesem Fall dient die erfindungsgemäße Ab deckblende dem Ausgleich der von der Düsenplatte ausgehenden Strahlprofile.Deviating from the illustrated embodiments, the Design of the evaporator cell according to the invention as follows mo be differentiated. It can be application-related in terms of the crucible axis pre-asymmetrical shape of the cover panel to be seen. The cover can deviate from the illust designs also square, rectangular or through Be polygon limited. The cover can be with an outer Aperture ring should be provided so that the ring aperture to the outside not through the inner edge of the crucible opening, but through the outer ring is limited. Furthermore, the crucible be provided with a nozzle plate, as described in US Pat. No. 5,976,263 is known. In this case, the Ab serves cover panel to compensate for the outgoing from the nozzle plate Beam profiles.

Bei einem erfindungsgemäßen Verdampfungsverfahren wird mit der erläuterten Abdeckblende ein mittlerer Teilbereich des Mole külstrahls von der Verdampferquelle abgeschattet. Es kann er findungsgemäß vorgesehen sein, dass die Wirkung der Abschat tung während des Schichtabscheidungsprozesses entsprechend ei nem vorbestimmten Prozessablauf variiert wird, in dem bspw. der Abstand der Abdeckblende von der Tiegelöffnung verringert oder vergrößert wird.In an evaporation method according to the invention explained cover panel a central portion of the jetty cooling jet from the evaporator source. He can be provided according to the invention that the effect of the discount processing during the layer deposition process nem predetermined process flow is varied, in the example. the distance of the cover from the crucible opening is reduced or is enlarged.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Substrat mit einer (in den Fig. 1 und 3 nicht dargestellten) Schwenkein richtung während des Schichtabscheidungsprozesses relativ zur Verdampferzelle bewegt wird, um die Schichthomogenität weiter zu erhöhen. Schwenkeinrichtungen zur Substratbewegung sind an sich allgemein bekannt und werden daher hier im Einzelnen nicht beschrieben. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Gestalt der Abdeckblende, d. h. ihre äußere Form, veränderlich ist. Beispielsweise kann eine im wesentlichen runde, durch ei ne Vielzahl von verstellbaren Segmenten gebildete Abdeckblende vorgesehen sein, die nach Art einer Irisblende im Durchmesser veränderlich ist. Alternativ können auch Segmente der Abdeck blende vorgesehen sein, die lateral verschiebbar sind, so dass sich eine asymmetrische Änderung der Blendenform ergibt.According to the invention, it can be provided that the substrate is moved with a pivoting device (not shown in FIGS. 1 and 3) during the layer deposition process relative to the evaporator cell in order to further increase the layer homogeneity. Swiveling devices for moving the substrate are generally known per se and are therefore not described in detail here. It can further be provided that the shape of the cover panel, ie its outer shape, is variable. For example, a substantially round cover panel formed by a large number of adjustable segments can be provided, the diameter of which can be varied in the manner of an iris panel. Alternatively, segments of the cover panel can also be provided, which are laterally displaceable, so that there is an asymmetrical change in the panel shape.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The in the above description, the drawings and the Features of the invention disclosed in claims can be both individually as well as in any combination for the realization of the invention in its various configurations from Be meaningful.

Claims

1. evaporator cell ( 10 ) comprising:
a crucible ( 11 ) with a first heating device ( 12 ) and at least one crucible opening ( 13 ), and
a covering device for shaping a steam jet emerging from the crucible opening,
characterized in that
the covering device is formed by a plate-shaped covering plate ( 14 ), the lateral dimension of which is smaller than the diameter of the crucible opening ( 13 ) and which is arranged in or at a distance from the crucible opening ( 13 ).

2. Evaporator cell according to claim 1, wherein the cover panel is equipped with a second heating device ( 15 ).

3. Evaporator cell according to claim 1 or 2, in which the cover panel is equipped with an adjusting device ( 20 ) with which the substrate- or crucible-side distance of the cover panel ( 14 ) from the crucible opening ( 13 ) is variable.

4. Evaporator cell according to one of the preceding claims che, a nozzle plate or a at the crucible opening Crucible collar for steam jet shaping.

5. evaporator cell according to one of the preceding Ansprü surface, which has a pivoting device for moving a sub strate ( 17 ) relative to the crucible ( 13 ).

6. Evaporator cell according to one of the preceding claims, in which the cover panel ( 14 ) is flat or curved and is formed by a round or oval disk or a disk which has the shape of a regular polygon or a rhombus shape.

7. Evaporator cell according to one of the preceding claims, in which the cover panel ( 14 ) is supported by at least lateral web ( 14 a) which is connected to a holding and / or adjusting device ( 20 ).

8. cover panel ( 14 ) which forms a cover device for an evaporator cell ( 10 ) according to one of the preceding claims.

9. Cover panel according to claim 8, which is equipped with a holding and adjusting device ( 20 ) with which the axial distance of the cover panel ( 14 ) from a crucible ( 13 ) of the evaporator cell ( 10 ) is variable.

10. A method for producing a vapor deposition layer ( 19 ) on a substrate ( 17 ), in which a substance ( 18 ) in an evaporator cell ( 10 ) with a heatable crucible ( 11 ) is heated so strongly that a steam jet from at least one crucible opening ( 13 ) emerges, characterized in that the steam jet is partially shaded by a plate-shaped cover panel ( 14 ), the lateral dimension of which is smaller than the diameter of the crucible opening ( 13 ) and which is in or with a substrate or crucible-side distance from the crucible opening ( 13 ) is arranged.

11. The method according to claim 10, wherein the distance of the cover ( 14 ) from the crucible opening ( 13 ) is changed during the production of the vapor deposition layer.

12. The method according to claim 10 or 11, wherein the position and / or orientation of the substrate ( 17 ) relative to the evaporator cell ( 10 ) is changed during the production of the vapor deposition layer ( 19 ).