DE102004013626B4

DE102004013626B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung dünner Schichten

Info

Publication number: DE102004013626B4
Application number: DE102004013626A
Authority: DE
Inventors: Katsushi Kishimoto; Yusuke Hukuoka; Akira Shimizu; Katsuhiko Nomoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2024-03-20
Also published as: US20040187785A1; JP2004288984A; DE102004013626A1

Abstract

Abscheidungsvorrichtung mit mehreren Dünnschicht-Herstellräumen (20) zum Herstellen derselben Dünnschichten, dadurch gekennzeichnet, dass:
– in jedem der mehreren Dünnschicht-Herstellräume Quellengas-Zuführöffnungen (10) vorhanden sind, die mindestens ein Quellengas zuführen können;
– die Abscheidungsvorrichtung derartig ausgebildet ist, dass ein Verdünnungsgas nur einem oder mehreren ersten Dünnschicht-Herstellräumen (20b), die als Teil der mehreren Dünnschicht-Herstellräume vorhanden sind zugeführt werden kann; und
– ein Auslassgas aus dem jeweiligen ersten Dünnschicht-Herstellraum in mindestens einen von zweiten Dünnschicht-Herstellräumen (20b) eingeleitet werden kann, die Teil der mehreren Dünnschicht-Herstellräume sind und nicht den jeweiligen ersten Dünnschicht-Herstellraum bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung dünner Schichten aus z. B. Halbleitern. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung das Zuführen und Entladen von Gas bei einem derartigen Verfahren und einer derartigen Vorrichtung.
Herkömmlicherweise existieren als Abscheidungsvorrichtungen, die dazu verwendet werden, Dünnschichten bei z. B. Halbleiterbauteilen herzustellen, Plasmareaktoren vom Typ, bei dem ein Reaktionsgas unter Ausnutzung einer Plasmachemietechnik parallel in mehrere Entladungsräume eingespeist wird.
Ein Beispiel hierzu ist in US-A-4,264,393 offenbart. Der dort offenbarte Plasmareaktor ist so konzipiert, dass dasselbe Reaktionsgas gleichzeitig in die mehreren Entladungsräume eingespeist wird. Daher ist der Volumenstrom des Gases proportional zur Anzahl N der Entladungsräume. Wenn z. B. das für einen der Entladungsräume erforderliche Reaktionsgas SiH₄/H₂ = 5/500 (cm³/min bei thermodynamischen Standardbedingungen, also Temperatur T – 293 K und Druck P = 1 bar) ist, beträgt der Gesamtvolumenstrom, des jeweiligen Gases SiH₄: 5 × N cm³/min (bei thermodynamischen Standardbedingungen, also Temperatur T = 293 K und Druck P = 1 bar), H₂: 500 × N cm³/min (bei thermodynamischen Standardbedingungen, also Temperatur T = 293 K und Druck P = 1 bar).
Außerdem gehören zu Abscheidungsverfahren, wie sie zum Her stellen von Dünnschichten wie bei Halbleiterbauteilen verwendet werden, solche vom Typ, bei dem ein Reaktionsgas und ein Nicht-Reaktionsgas durch verschiedene Systeme geleitet werden.
Ein beispielhaftes Verfahren dieses Typs ist in JP-A- 04-164895 offenbart. Dieses Verfahren bildet eine Epitaxiezüchtungstechnik für eine Halbleiterschicht bei der das Reaktionsgas parallel oder schräg auf ein Substrat eingeblasen wird und ein Dispersionsgas unter Druck auf das Substrat geblasen wird. Für dieses Abscheidungsverfahren wurde eine Technik vorgeschlagen, bei der das Reaktionsgas und das Dispersionsgas über verschiedene Systeme zugeführt werden. Außerdem wird, gemäß diesem Abscheidungsverfahren, epitaktisches Wachstum deutlich dadurch gefördert, dass das Reaktionsgas unmittelbar über dem Substrat parallel zu diesem zugeführt wird, ein Dispersionsgas über verschiedene Systeme auf das Substrat geblasen wird, der Wärmewiderstand, wie er in Zusammenhang mit dem Erwärmen des Substrats auftritt, beschränkt wird und das Gas nahe dem Substrat gleichmäßig zugeführt wird. Jedoch zeigen die oben beschriebene Abscheidungsvorrichtung und das zugehörige Abscheidungsverfahren die nachfolgend beschriebenen Probleme.
Beim in US-A-4,264,393 offenbarten Plasmareaktor sollte das Reaktionsgas, wenn es in die mehreren Entladungsräume eingeleitet wird, mit ausreichenden Einheitsmengen zugeführt werden. In diesem Fall ist der Gesamtvolumenstrom das N-fache des Volumenstroms der Reaktionsgase pro Entladungsraum. Dies führt zu einem deutlichen Anstieg des Volumenstroms des Gases, das insgesamt zu verarbeiten ist. Dies hat eine Vergrößerung der Abmessungen der Konstruktion eines Entladungssystems zur Folge (hinsichtlich z. B. eines Auslass-Leitungssystems, Ventildurchmessern oder der Pumpenausstoßkapazität), was entsprechend zu einer Erhöhung der Vorrichtungskosten führt. Wenn dem Reaktionsgassystem z. B. eine Glasreinigungsvorrichtung zugeordnet ist, ist eine Vergrößerung der Verarbeitungsanlage unvermeidlich, was einen weiteren Kostenanstieg zur Folge hat.
Beim in JP-A-04-164895 offenbarten Abscheidungsverfahren geht es um eine Technik, bei der Gase in ein Reaktionsgas und ein Dispersionsgas aufgeteilt werden und diese Gase über verschiedene Systeme gesondert zugeführt werden. Genauer gesagt, wird bei dieser Technik dafür gesorgt, dass GaN (Galliumnitrid) auf Saphir mit einem Durchmesser von 2 Zoll (ungefähr 50,8 mm) aufwächst. Jedoch ist bei einer Abscheidungsprozedur für z. B. für eine Flüssigkristallzelle großer Fläche oder einer Solarzelle mit einer Substratfläche von ungefähr 1 m² der zentrale Bereich des Substrats um einige zehn Zentimeter von einem Endbereich desselben entfernt. Dies erschwert es, mit der herkömmlichen Abscheidungstechnik das Reaktionsgas gleichmäßig über das gesamte Substrat zuzuführen.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine effektive Ausnutzung eines Reaktionsgases und eine Verringerung des Gasgesamtverbrauchs bei Bearbeitungsschritten für Abscheidung auf Substraten mit großer Fläche, wie z. B. Flüssigkristall- oder Solarzellen, zu erzielen. Genauer gesagt, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abscheidungsvorrichtung und ein Abscheidungsverfahren zu schaffen, die eine deutliche Verringerung des Gasgesamtverbrauchs, eine Vereinfachung des Gesamtaufbaus der Vorrichtung und eine Kostensenkung derselben selbst dann ermöglichen, wenn Gas in mehrere Dünnschicht-Herstellräume eingeleitet wird.
Diese Aufgabe ist durch die Abscheidungsvorrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 und das Abscheidungsverfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausges taltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand jeweiliger abhängiger Ansprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Abscheidungsvorrichtung, insbesondere in der Ausgestaltung gemäß den Ansprüchen 2 und/oder 3, kann Verdünnungsgas durch einen von Dünnschicht-Herstellräumen und einen anderen derselben gemeinsam genutzt werden, was zu einer Verringerung des Gasgesamtverbrauchs beiträgt.
Bei der Abscheidungsvorrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 4 wird nur Auslassgas mit dem für den einen Dünnschicht-Herstellraum und einen anderen der Dünnschicht-Herstellräume gemeinsam verwendeten Verdünnungsgas zur Außenseite des Systems ausgelassen, was es ermöglicht, den Gasverbrauch sicher zu senken.
Bei einer Abscheidungsvorrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 5 oder 6 lässt sich durch die angegebene Anordnung von Auslassöffnungen nach außen, auch dann, wenn mehrere Dünnschicht-Herstellräume vorhanden sind, der Gasverbrauch senken.
Bei den Abscheidungsvorrichtungen gemäß den Ansprüchen 7 bis 9 kann die zuführmenge des in einer Ebene zugeführten Quellengases (einschließlich des Verdünnungsgases), wodurch die Schichtdicke und die Schichtqualität deutlich beeinflusst werden, vergleichmäßigt werden. Ferner kann eine Dünnschichtherstellung unter Verwendung von Plasmareaktionen realisiert werden, wenn jeder der mehreren Dünnschicht-Herstellräume zwischen einer Kathode und einer Anode, die einander gegenüber stehen, ausgebildet ist.
Bei erfindungsgemäßen Abscheidungsvorrichtungen können, gemäß dem Anspruch 10 oder 11, die mehreren Dünnschicht-Herstellräume in einer einzigen Reaktionskammer oder jeweils in einer einzelnen Reaktionskammer vorhanden sein.
Durch ein erfindungsgemäßes Abscheidungsverfahren werden dieselben Vorteile erzielt, wie sie oben für eine erfindungsgemäße Abscheidungsvorrichtung beschrieben sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch die beigefügten 1 bis 3 veranschaulichten Ausführungsformen näher veranschaulicht. Dabei zeigen diese drei Figuren jeweils einen schematischen Vertikalschnitt einer ersten, zweiten bzw. dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abscheidungsvorrichtung.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Bei der in der 1 dargestellten ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abscheidungsvorrichtung 30 sind zwei Dünnschicht-Herstellräume 20 vorhanden, die jeweils aus mehreren Entladungsräumen, die jeweils durch eine Kathode 2 und eine Anode 4 eingebettet sind, in einer einzelnen Kammer 11 (Reaktionskammer) bestehen. In jedem der Dünnschicht-Herstellräume 20 sind Quellengas-Zuführöffnungen 10 vorhanden, und im Dünnschicht-Herstellraum 20 auf einer Seite, nämlich einem ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a, ist ein Verdünnungsgas-Zuführstutzen 7 zum Einleiten eines Verdünnungsgases vorhanden. Dabei kann ein Auslassgas im ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a durch einen Auslassgas-Strömungspfad 14 in den Dünnschicht-Herstellraum auf der anderen Seite, d. h. einen zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b, eingespeist werden. Außerdem wird bei dieser Konfiguration das Auslassgas aus dem zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b durch einen in ihm vorhandenen nach außen führenden Auslassstutzen 9 durch eine Auslassleitung 16 über eine Drucksteuereinheit 22, eine Vakuumpum pe 21 und eine Gasreinigungsvorrichtung 23 nach außen ausgelassen. Die Konfiguration wird unten detaillierter beschrieben.
Die Reaktionskammer 11 besteht aus rostfreiem Stahl oder einer Aluminiumlegierung. Zusammengesetzte Teile der Kammer 11 sind durch O-Ringe oder ähnliche Komponenten vollständig abgedichtet. Die Auslassleitung 16, die Drucksteuereinheit 22 und die Vakuumpumpe 21 sind mit der Kammer 11 verbunden. Dadurch kann der Unterdruck in der Kammer 11 auf einen wahlfreien Wert eingestellt werden. Die Gasreinigungsvorrichtung 23 ist mit der Auslassseite der Vakuumpumpe 21 verbunden, um schädliche Substanzen zu entfernen, wie sie nach einer Reaktion mit dem in die Kammer 11 eingeleiteten Reaktionsgas (Quellengas) im Auslassgas enthalten sind.
In einem unteren Teil der Kammer 11 ist ein Anodenhalter 6 zum Halten der Anode 4 vorhanden. Als Material des Anodenhalters 6 kann leitender rostfreier Stahl oder eine Aluminiumlegierung verwendet werden, jedoch kann zum Einstellen des Potenzials des Substrats auch eine isolierende Komponente (wie ein Keramikmaterial) verwendet werden.
Die Anode 4 besteht aus einem Material mit Leitfähigkeit und Wärmebeständigkeit, wie rostfreiem Stahl, einer Aluminiumlegierung oder Kohlenstoff. Die Abmessungen der Anode 4 werden so festgelegt, dass sie für die Abmessungen eines Glassubstrats geeignet sind, das dazu verwendet wird, eine Dünnschicht herzustellen. Bei der vorliegenden ersten Ausführungsform ist die Anode 4 so bemessen, dass für ein Substrat von 900–1200 mm auf 400–900 mm die lange und die kurze Seite 1000–1500 mm bzw. 600–1000 mm lang sind.
In die Anode 4 ist an der Rückseite in Bezug auf den Dünn schicht-Herstellraum 20 ein Heizer 24 eingebaut. Unter Verwendung dieses Heizers 24 wird die Anode 4 so erwärmt, dass ihre Temperatur im Bereich von der Raumtemperatur bis 300°C liegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist für die Anode 4 eine Vorrichtung verwendet, die aus einem eingeschlossenen Heizer, z. B. einem Mantelheizer, und einem eingeschlossenen Temperatursensor, wie einem Thermoelement, besteht, die in die Aluminiumlegierung eingebaut sind. Mit dieser Vorrichtung wird die Anode 4 auf den genannten Temperaturbereich erwärmt.
Die Kathode 2 hat die Funktion einer Schauerplatte, in der mehrere Schaueröffnungen (Quellengas-Zuführöffnungen 10) auf der der Anode 4 zugewandten Fläche verteilt sind. Bei dieser Konfiguration wird das Quellengas der Kathode 2 von einem Quellengaseinlass 15 zugeführt, der dazu dient, das Quellengas von außen in die Kathode 2 (Schauerplatte) zu leiten. Mittels der Quellengas-Zuführöffnungen 10 kann das eingeleitete Quellengas gleichmäßig verteilt und in den Dünnschicht-Herstellraum 20 eingespeist werden. Die Kathode 2 ist mit einer hochfrequenten Plasmaanregungs-Spannungsquelle 12 und einer Impedanzanpasseinheit 13 verbunden.
Nachfolgend wird der Fall des Herstellens eines Kristallfilms aus nicht-einkristallinem Si gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abscheidungsverfahrens unter Verwendung der Abscheidungsvorrichtung 30 beschrieben.
Quellengas wird durch die mehreren Schaueröffnungen (Quellengas-Zuführöffnungen 10) in jeder einzelnen Kathode 2 in die einzelnen Dünnschicht-Herstellräume 20 eingeleitet. Dabei wird von der Schauerplatte 2 das Quellengas (SiH₄-Gas) in den ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a eingeleitet, wohingegen durch ein anderes System das Verdünnungsgas (H₂) über den Verdünnungsgas-Zuführstutzen 7 zugeführt wird. Das in den zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b eingespeiste Gas ist auf das Quellengas (SiH₄-Gas) beschränkt.
Eine optimale Bedienung zum Herstellen der genannten Kristallschicht aus nicht-einkristallinem Si ist z. B. ein Gasverhältnis SiH₄/H₂ = 1–10/300 (cm³/min bei thermodynamischen Standardbedingungen, also Temperatur T = 293 K und Druck P = 1 bar). In diesem Fall ist das Quellengas SiH₄, von dem im Wesentlichen 100% verbraucht werden, so dass davon ausgegangen werden kann, dass das Auslassgas des ersten Dünnschicht-Herstellraums 20a nur H₂ (Verdünnungsgas) ist. Infolgedessen ist bei der Konfiguration der ersten Ausführungsform eine Trennwand 1 vorhanden, um den Auslassgas-Strömungspfad 14 einzugrenzen, und auch im Dünnschicht-Herstellraum 20b ist ein Quellengaseinlass 15 vorhanden, der Quellengas von außen in die Kathode 2 (Schauerplatte) einleitet. Unter dieser Konfiguration wird das Quellengas (SiH₄-Gas) zusätzlich in die Schauerplatte 2 geleitet, um den verbrauchten Teil an Quellengas zu kompensieren. Auch ist bei dieser Konfiguration der Verdünnungsgas-Zuführstutzen 7 nur seitens des ersten Dünnschicht-Herstellraums 20a vorhanden, und der nach außen führende Auslassstutzen 9 zum Auslassen des Auslassgases zur Außenseite des Systems ist nur seitens des zweiten Dünnschicht-Herstellraums 20b vorhanden. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass das Verdünnungsgas im ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a gemeinsam im zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b genutzt wird, so dass die Verbrauchsmenge an Verdünnungsgas deutlich gesenkt werden kann.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Die in der 2 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abscheidungsvorrichtung 40 verfügt über denselben Grundaufbau wie die Abscheidungsvorrichtung 30 der ersten Ausführungsform. D. h., dass wiederum zwei Dünnschicht-Herstellräume 20 dadurch ausgebildet sind, dass mehrere Entladungsräume, die jeweils durch eine Kathode 2 und eine Anode 4 eingebettet sind, in einer einzelnen Reaktionskammer 11 vorhanden sind. In jedem der Dünnschicht-Herstellräume sind Quellengas-Zuführöffnungen 10 ausgebildet, und ein Auslassgas aus dem einen Dünnschicht-Herstellraum 20, nämlich einem ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a, auf einer Seite ist in den Dünnschicht-Herstellraum 20, nämlich einen zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b, über einen Auslassgas-Strömungspfad 14 einleitbar. Außerdem wird bei diesem Aufbau das Auslassgas aus dem zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b von einem nach außen führenden Auslassstutzen 9, der im zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b vorhanden ist, durch eine Auslassleitung 16 über ein Druckeinstellventil 22, eine Vakuumpumpe 21 und eine Gasreinigungsvorrichtung 23 nach außen ausgegeben. Der Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht darin, dass im ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a kein gesonderter Verdünnungsgas-Zuführstutzen vorhanden ist. Für diese zweite Ausführungsform erfolgt nun eine Beschreibung zur Herstellung einer amorphen Si-Schicht.
Wenn eine amorphe Si-Schicht hergestellt wird, wird Quellengas durch die mehreren Schaueröffnungen (Quellengas-Zuführöffnungen 10) in jeder einzelnen Kathode 2 in die einzelnen Dünnschicht-Herstellräume 20 eingeleitet. In diesem Fall wird das Quellengas (SiH₄-Gas) dem ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a von der Schauerplatte 2 zugeführt. Eine optimale Bedingung zum Herstellen einer amorphen Si-Schicht ist z.
B. ein Gasverhältnis SiH₄/H₂ = 30–300/300 (cm³/min bei thermodynamischen Standardbedingungen, also Temperatur T = 293 K und Druck P = 1 bar). Unter diesen Bedingungen werden, wenn wie bei der ersten Ausführungsform das Verdünnungsgas vom Rand des Dünnschicht-Herstellraums 20 im ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a zugeführt wird, nur 10–20% des Quellengases (SiH₄) verbraucht. Dadurch bildet sich zur Seite des Auslassstutzens (Auslassgas-Strömungspfad 14) ausgehend von der Seite des Verdünnungsgas-Zuführstutzens 7 ein stationärer Gaskonzentrationsgradient auf. Dies bewirkt, dass auf der Seite des Auslassstutzens Quellengas mit hoher Konzentration vorhanden ist, wodurch keine gleichmäßige Abscheidung in der Ebene erfolgen kann. Aus diesem Grund wird, wie es in der, 2 dargestellt ist, beim Herstellen einer amorphen Si-Schicht ein Gasgemisch (SiH₄ + H₂) aus dem Quellengas und dem Verdünnungsgas als Gas verwendet, das dem ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a zuzuführen ist, und dieses Gasgemisch wird von der Schauerplatte 2 in der Ebene gleichmäßig zugeführt.
Nun sei angenommen, dass das Auslassgas aus dem ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a als Speisegas verwendet wird, das in den zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b einzuspeisen ist. In diesem Fall kann als Speisegas für den zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b das Quellengas (SiH₄-Gas) zum Auslassgas aus dem ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a zugesetzt werden, um den Teil zu kompensieren, der im ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a verbraucht wurde. Infolgedessen ist bei diesem Aufbau eine Trennwand 1 vorhanden, um den Auslassgas-Strömungspfad 14 zu begrenzen, und ein Quellengaseinlass 15 ist auch im Dünnschicht-Herstellraum 20b vorhanden, um Quellengas von außen in die Kathode 2 (Schauerplatte) zu leiten. Unter Verwendung dieses Aufbaus wird Quellengas (SiH₄-Gas) zusätzlich in die Schauerplatte 2 geliefert, um den verbrauchten Teil an Quellengas zu kompensieren.
Auch ist bei der zweiten Ausführungsform der nach außen führende Auslassstutzen zum Auslassen des Auslassgases zur Außensei te des Systems nur seitens des Dünnschicht-Herstellraums 20b vorhanden. Dieser Aufbau ermöglicht es, das Verdünnungsgas im ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a auch im zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b zu verwenden. Demgemäß kann die Verbrauchsmenge an Verdünnungsgas deutlich gesenkt werden.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Bei der in der 3 schematisch dargestellten Struktur der dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abscheidungsvorrichtung 50 sind Dünnschicht-Herstellräume 20 dadurch ausgebildet, dass Entladungsräume, die jeweils durch eine Kathode 2 und eine Anode 4 eingebettet sind, gesondert in mehreren Reaktionskammern 11 vorhanden sind. In jedem der Dünnschicht-Herstellräume 20 sind Quellengas-Zuführöffnungen 10 vorhanden. Ein Auslassgas im Dünnschicht-Herstellraum 20 auf einer Seite der Kammer 11, d. h. in einem ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a einer ersten Kammer 11a, ist in den Dünnschicht-Herstellraum 20 in der Kammer 11 auf der anderen Seite, d. h. einen zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b in einer zweiten Kammer 11b, durch einen Auslassgas-Strömungspfad 14, genauer gesagt eine Gaszuführleitung 3 zum Verbinden der einzelnen Kammern 11, einleitbar. Außerdem wird bei diesem Aufbau das Auslassgas aus dem zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b durch einen nach außen führenden Auslassstutzen 9, der im zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b vorhanden ist, durch eine Auslassleitung 16 über eine Druckeinstelleinheit 22, eine Vakuumpumpe 21 und eine Gasreinigungsvorrichtung 23 zu Außenseite des Systems ausgelassen. Der Unterschied gegenüber der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass die einzelnen Dünnschicht-Herstellräume 20 unabhängig voneinander in einzelnen Reaktionskammern 11 vorhanden sind, wobei der Grundaufbau derselbe wie bei der Abscheidungsvorrichtung 40 der zweiten Ausführungsform ist, weswegen entsprechende Teile auch mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Jede der Kammern 11 besteht aus rostfreiem Stahl oder einer Aluminiumlegierung. Zusammengesetzte Teile der Kammern 11 sind durch O-Ringe oder ähnliche Komponenten vollständig abgedichtet. Die Gaszuführleitung 3 oder die Auslassleitung 16 ist mit der Kammer 11 verbunden, um die einzelnen Auslassgase aus ihr auszulassen, und die Druckeinstelleinheit 22 ist in jede Leitungseinheit eingesetzt, damit der Unterdruck in jeder Einzelkammer 11 auf einen wahlfreien Wert eingestellt werden kann. Jedoch ist die Vakuumpumpe 21 in der Auslassleitung 16 der zweiten Kammer 11b vorhanden. Der Kathode 2 der zweiten Kammer 11b muss eine große Menge an Auslassgas zugeführt werden, so dass die Gaszuführleitung 3 der ersten Kammer 11a einen ausreichenden Durchmesser aufweisen sollte, wobei sie auch mit der kürzesten Leitungslänge angebracht sein sollte. Die Gasreinigungsvorrichtung 23 ist mit der Auslassseite der Vakuumpumpe 21 verbunden, um schädliche Substanzen zu entfernen, wie sie im Auslassgas nach einer Reaktion mit dem in jede Einzelkammer 11 eingeleiteten Reaktionsgas (Quellengas) enthalten sind.
Die Kammern 11 sind jeweils wie folgt konfiguriert. Die Anode 4 besteht aus einem Material mit Leitfähigkeit und Wärmebeständigkeit, wie rostfreiem Stahl, einer Aluminiumlegierung oder Kohlenstoff. Die Abmessungen der Anode 4 werden abhängig von den Abmessungen eines zum Herstellen des Dünnschicht verwendeten Glassubstrats festgelegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform verfügt die Anode 4 für ein Substrat von 900–1200 mm auf 400–900 mm über eine Länge von 1000–1500 mm und eine Breite von 600–1000 mm.
In die Anode 4 ist auf der Rückseite in Bezug auf den Dünnschicht-Herstellraum 20 ein Heizer 24 eingebaut, durch den die Anode 4 auf eine Temperatur im Bereich von der Raumtemperatur bis 300°C erwärmt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist für die Anode 4 eine Vorrichtung verwendet, die z. B. aus einem eingeschlossenen Heizer wie einem Mantelheizer oder einem eingeschlossenen Temperatursensor wie einem Thermoelement besteht, die in die Aluminiumlegierung eingebaut sind.
Die Kathode 2 hat die Funktion einer Schauerplatte, bei der mehrere Schaueröffnungen (Quellengas-Zuführöffnungen) in der Fläche auf der der Anode 4 zugewandten Seite verteilt sind. Bei dieser Konfiguration wird das Quellengas von einem Quellengaseinlass 15 in die Kathode 2 (Schauerplatte) von außen her eingeleitet. Dadurch kann eingeleitetes Gas aus den Quellengas-Zuführöffnungen 10 gleichmäßig in den Dünnschicht-Herstellraum 20 eingeleitet und in ihm verteilt werden. Außerdem ist die Kathode 2 mit einer hochfrequenten Plasmaanregungs-Spannungsquelle 12 und einer Impedanzanpasseinheit 13 verbunden.
Vom Quellengaseinlass 15 wird ein Gasgemisch (SiH₄ + H₂) aus dem Quellengas und dem Verdünnungsgas der Schauerplatte 2 in der ersten Kammer 11a zugeführt. Das Auslassgas aus der ersten Kammer 11a wird der Schauerplatte 2 in der zweiten Kammer 11b durch die Gaszuführleitung 3 (Auslassgas-Strömungspfad 14) zugeführt.
Ähnlich wie bei der in der 2 dargestellten zweiten Ausführungsform wird das Quellengas (SiH₄-Gas) zur Kompensation ergänzend an den zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b geleitet. Infolgedessen ist an der zweiten Kammer 11b der Quellengaseinlass 15 dazu vorhanden, Quellengas von außen in die Kathode 2 (Schauerplatte) einzuleiten. Dadurch kann im zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b der zweiten Kammer 11b ein Dünnschicht hergestellt werden, der identisch mit dem ist, der im ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a hergestellt wird. Außerdem kann das Verdünnungsgas im ersten Dünnschicht-Herstellraum 20a auch im zweiten Dünnschicht-Herstellraum 20b verwendet werden, so dass die Nutzungsmenge an Verdünnungsgas deutlich gesenkt werden kann.
Zum Vereinfachen der Beschreibung wurde für die bisherigen Ausführungsformen jeweils ein Aufbau mit zwei Dünnschicht-Herstellräumen 20 beschrieben, jedoch ist zu beachten, dass für die Anzahl der Dünnschicht-Herstellräume 20 keine Beschränkung hierauf besteht. Auch besteht für die angegebenen Abmessungen, Materialien und dergleichen keine Beschränkung auf die bei den oben beschriebenen Ausführungsformen angegebenen Werte.
Für jede der oben beschriebenen einzelnen Ausführungsformen sei nun angenommen, dass drei oder mehr Dünnschicht-Herstellräume 20 vorhanden seien. Dann ist der Aufbau vorzugsweise dergestalt, dass, wie bei jeder vorstehend beschriebenen einzelnen Ausführungsform, die einzelnen Dünnschicht-Herstellräume 20 über einen Auslassgas-Strömungspfad 14 in Reihe miteinander verbunden sind und dass der Raum, in den Verdünnungsgas eingeleitet wird, auf einen einzigen der Dünnschicht-Herstellräume 20 beschränkt ist. Ferner ist auch der Raum zum Auslassen des Auslassgases zur Außenseite des Systems durch den nach außen führenden Auslassstutzen, die Auslassleitung 16 und dergleichen vorzugsweise auf einen einzelnen der Dünnschicht-Herstellräume 20 beschränkt. Bei einer solchen Konfiguration wird das Auslassgas aus einem Dünnschicht-Herstellraum 20 durch den Auslassgas-Strömungspfad 14 in einen anderen der Dünnschicht-Herstellräume 20 eingespeist. Dadurch kann, ähnlich wie bei jeder oben beschriebenen einzelnen Ausführungsform, das Verdünnungsgas auch in den folgenden Dünnschicht-Herstellräumen 20 gemeinsam genutzt werden. Demgemäß muss selbst bei einer Konfiguration mit ei ner größeren Anzahl von Dünnschicht-Herstellräumen 20 die Verwendungsmenge an Verdünnungsgas nicht erhöht werden, was es ermöglicht, diese Menge deutlich zu senken.
Wie oben beschrieben, können durch eine erfindungsgemäße Abscheidungsvorrichtung und ein erfindungsgemäßes Abscheidungsverfahren die Verbrauchsmengen an Gasen (insbesondere eines Verdünnungsgases) deutlich gesenkt werden. Dies ermöglicht eine entsprechende Senkung der Vorrichtungskosten für das Auslasssystem, das Gasreinigungssystem und dergleichen, und es ist möglich, auf billige Weise Halbleiterbauteile herzustellen, wie z. B. Solarzellen unter Verwendung von entweder Halbleiter-Dünnschichten oder optischen Dünnschichten, TFTs (Dünnschichttransistoren) oder lichtempfindlichen Bauteilen.

Claims

Abscheidungsvorrichtung mit mehreren Dünnschicht-Herstellräumen (20) zum Herstellen derselben Dünnschichten, dadurch gekennzeichnet, dass: – in jedem der mehreren Dünnschicht-Herstellräume Quellengas-Zuführöffnungen (10) vorhanden sind, die mindestens ein Quellengas zuführen können; – die Abscheidungsvorrichtung derartig ausgebildet ist, dass ein Verdünnungsgas nur einem oder mehreren ersten Dünnschicht-Herstellräumen (20b), die als Teil der mehreren Dünnschicht-Herstellräume vorhanden sind zugeführt werden kann; und – ein Auslassgas aus dem jeweiligen ersten Dünnschicht-Herstellraum in mindestens einen von zweiten Dünnschicht-Herstellräumen (20b) eingeleitet werden kann, die Teil der mehreren Dünnschicht-Herstellräume sind und nicht den jeweiligen ersten Dünnschicht-Herstellraum bilden.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – zusätzlich zu den Quellengas-Zuführöffnungen (10) ein Verdünnungsgas-Zuführstutzen (7) nur in dem einen oder den mehreren ersten Dünnschicht-Herstellräumen (20a) vorliegt.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Verdünnungsgas nur den Quellengas-Zuführöffnungen (10) des einen oder der mehreren ersten Dünnschicht-Herstellräume (20b) zugeführt werden kann.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der zweiten Dünnschicht-Herstellräume (20b) ein nach außen führender Auslassstutzen (9) vorhanden ist, um das Auslassgas in einen äußeren Abschnitt auszulassen, der nicht einer der mehreren Dünnschicht-Herstellräume ist.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – ein einzelner erster Dünnschicht-Herstellraum (20b) vorhanden ist; und – ein einzelner zweiter Dünnschicht-Herstellraum (20b) vorhanden ist, an dem der nach außen führende Auslassstutzen (9) vorhanden ist.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der mehreren Dünnschicht-Herstellräume drei oder mehr ist und das Auslassgas aus dem zweiten Dünnschicht-Herstellraum (20b), an dem kein nach außen führender Auslassstutzen vorhanden ist, einem anderen der zweiten Dünnschicht-Herstellräume zuführbar ist.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellengas-Zuführöffnungen (10) in Form mehrerer Verteiler einer Abscheidungsebene gegenüber stehend vorhanden sind.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der mehreren Dünnschicht-Herstellräume (20) zwischen einer Kathode (2) und einer Anode (4), die einander gegenüber stehen, ausgebildet ist.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellengas-Zuführöffnungen (10) an der Kathode (2) vorhanden sind.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Dünnschicht-Herstellräume (20) in einer einzelnen Reaktionskammer (11) ausgebildet sind.
Abscheidungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren Dünnschicht-Herstellräume (20a, 20b) gesondert in jeweils einer Reaktionskammer (11a, 11b) ausgebildet ist.
Abscheidungsverfahren zum gleichzeitigen Herstellen derselben Dünnschichten in mehreren Dünnschicht-Herstellräumen, dadurch gekennzeichnet, dass: – mindestens ein Quellengas in jeden der mehreren Dünnschicht-Herstellräume eingeleitet wird – zusätzlich zum Quellengas ein Verdünnungsgas in nur einen oder mehrere erste Dünnschicht-Herstellräume eingeleitet wird, die als Teil der mehreren Dünnschicht-Herstellräume vorhanden sind; und – ein Auslassgas aus dem jeweiligen ersten Dünnschicht-Herstellraum in mindestens einen von zweiten Dünnschicht-Herstellräumen eingeleitet wird, der Teil der mehreren Dünnschicht-Herstellräume ist und nicht der jeweilige erste Dünnschicht-Herstellraum ist.
Abscheidungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellengas und das Verdünnungsgas getrennt in nur den einen oder die mehreren ersten Dünnschicht-Herstellräume eingeleitet werden.
Abscheidungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasgemisch aus dem Quellengas und dem Verdünnungsgas nur in den einen oder die mehreren ersten Dünnschicht-Herstellräume eingeleitet wird.
Abscheidungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom eines das Quellengas enthaltenden Gases, das in den ersten Dünnschicht-Herstellraum einzuleiten ist, und die Konzentration des Quellengases darin verschieden von dem Volumenstrom eines zumindest das Quellengas enthaltenden Gases, das in einen zweiten Dünnschicht-Herstellraum einzuleiten ist, in den das Auslassgas aus dem ersten Dünnschicht-Herstellraum eingeleitet wird,. und der Konzentration des Quellengases in diesem sind.
Abscheidungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Auslassgas aus mindestens einem der zweiten Dünnschicht-Herstellräume an einen externen Bereich ausgegeben wird, zu dem nicht die mehreren Dünnschicht-Herstellräume gehören.