DE102011113751B4

DE102011113751B4 - Verfahren zum stetigen oder sequentiellen abscheiden einer dielektrischen schicht aus der gasphase auf einem substrat

Info

Publication number: DE102011113751B4
Application number: DE102011113751.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gschwandtner Alexander
Original assignee: HQ Dielectrics GmbH
Current assignee: HQ Dielectrics GmbH
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: WO2013041214A3; WO2013041214A2; DE102011113751A1

Abstract

Verfahren zum stetigen oder sequentiellen Abscheiden einer dielektrischen Schicht aus der Gasphase auf einem Substrat, das die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen eines Mikrowellenplasmas mit wenigstens einer Mikrowellenelektrode; Platzieren des Substrats in einem Bereich außerhalb des Mikrowellenplasmas, in dem eine durch das Mikrowellenplasma erzeugte Elektronenkonzentration zwischen 2 und 9 × 1010/cm3 liegt; und Leiten eines die dielektrische Schicht bildenden Prekursorgases auf die zum Mikrowellenplasma weisende Oberfläche des Substrats.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum stetigen oder sequentiellen Abscheiden einer dielektrischen Schicht aus der Gasphase auf einem Substrat.
Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen, wie beispielsweise Speicherchips, Mikroprozessoren, aber auch in der Photovoltaik oder im Bereich von Flachbildschirmen sind unterschiedliche Produktionsschritte zur Herstellung eines Endprodukts notwendig. Dabei werden während der Herstellung der Produkte unterschiedliche Schichten zum Aufbau der elektronischen Bauelemente aufgebracht. Eine wichtige Klasse dieser Schichten sind dielektrische Schichten. Wie auch bei allen anderen Schichtaufbauten ist es notwendig, die dielektrischen Schichten fehlerfrei und zuverlässig aufzubauen, um die Funktionalität des Bauelements sicherzustellen.
Zur Ausbildung solcher Schichten ist unter anderem eine Abscheidung von Schichten aus der Gasphase allgemein auch als „Chemical Vapour Deposition (CVD)” Verfahren bezeichnet, bekannt. Diese wird in der Halbleitertechnologie hauptsächlich als thermisch aktiviertes Verfahren zur Zersetzung der chemischen Verbindungen verwendet. Hierzu werden jedoch in der Regel hohe Temperaturen benötigt um qualitativ hochwertige Schichten zu erzeugen.
Wenn kleinere Abscheidetemperaturen erforderlich sind, wie etwa im so genannten „Backend of Line” Bereich der Halbleiterfabrikation, kann die Gasphasenabscheidung durch ein Niederfrequenzplasma unterstützt werden, was allgemein als „Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD)”, bezeichnet wird. Hierbei erzeugt ein Ionenbeschuss der Substratoberfläche durch das elektrische Feld der elektromagnetischen Welle die gewünschte Wirkung. Die dabei verwendeten Frequenzen liegen im Bereich von zig-Kiloherz bis zig-Megaherz und erlauben dadurch eine Beschleunigung der Ionen auf die Substratoberfläche.
Die chemische Reaktion, die zur Zersetzung der chemischen Verbindungen und Abscheidung der Schichten führt, findet beim thermisch aktivierten CVD- als auch beim Plasma aktivierten PECVD Verfahren ausschließlich auf der Oberfläche des Substrates statt.
Die DE 694 31 115 T2 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Mikrowellenbeschichtung dünner Filme, welches speziell ein ECR/ICR-Verfahren zum Erreichen einer hohen Elektronendichte innerhalb eines Mikrowellenplasmas einsetzt. Insbesondere ist beispielsweise bei einem Argondruck von 133,3 mPa eine Plasmadichte von 5 × 10¹² cm^–3 genannt, um einen hohen Ionisierungsgrad von 20–25% zu erhalten.
Ferner ist aus der JP 6 299 357 A ein CVD Verfahren über ein ECR-Plasma bekannt. Bei dem Verfahren wird eine Precursorgasströmung durch ein entfernt vom Substrat liegendes ECR Plasma hindurch auf die Oberfläche des Substrats gerichtet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum stetigen oder sequentiellen Abscheiden einer dielektrischen Schicht aus der Gasphase auf einem Substrat vorzusehen, das eine homogene Schichtbildung erlaubt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere wird bei dem Verfahren zum stetigen oder sequentiellen Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf einem Substrat ein Mikrowellenplasma mit wenigstens einer Mikrowellenelektrode erzeugt. Dabei wird das Substrat in einem Bereich außerhalb des Mikrowellenplasmas platziert, in dem eine durch das Mikrowellenplasma erzeugte Elektronenkonzentration zwischen 2 und 9 × 10¹⁰/cm³ liegt, und ein die dielektrischen Schicht bildendes Prekursorgases auf die zum Mikrowellenplasma weisende Oberfläche des Substrats geleitet. Als Prekursorgas bezeichnet man eine chemische Verbindung, aus deren Bestandteilen die Schicht erzeugt wird. Das Verfahren ist für die Halbleiter-Technologie besonders interessant und wichtig, da es die Abscheidung von dielektrischen CVD- und ALD-Schichten bei tiefen Temperaturen erlaubt, wobei das Interface zum Silizium sehr gute Eigenschaften aufweist. Als Prekursorgas bezeichnet man eine chemische Verbindung aus den Bestandteilen davon die Schicht erzeugt wird.
Es ist bekannt, dass eine elektromagnetische Mikrowellenstrahlung bei einem in der chemischen Gasphasenabscheidung gebräuchlichen Druck von ungefähr 133,3 Pa ein Mikrowellenplasma ausbildet. Wegen der hohen Frequenz der Mikrowellenstrahlung wird eine derart große Elektronendichte im Mikrowellenplasma erzeugt, dass eine Ausbreitung der Welle über einen kleinen Grenzbereich hinaus unterbunden wird, der jedoch mit der Dichte des Gases variiert. Als Grenze des Mikrowellenplasmas wird hier eine Elektronendichte von 10 × 10¹⁰/cm³, gemessen durch eine Langmuirsonde, definiert. Bereiche, die eine höhere Elektronendichte aufweisen, werden somit im Plasma liegend angesehen und Bereiche, die eine niedrigere Elektronendichte aufweisen als außerhalb des Plasmas liegend. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das zu behandelnde Substrat außerhalb der Plasmazone des Mikrowellenplasmas platziert, um mögliche Schädigungen durch die elektromagnetische Strahlung zu verhindern, aber noch im Diffusionsbereich der Elektronen, die durch die hohe Frequenz der Mikrowellenstrahlung in großer Dichte im Mikrowellenplasma erzeugt werden. Die Energie der Elektronen im Bereich des Substrats liegt im Bereich von 1 eV und darunter und kann das Dielektrikum nicht schädigen. Die durch die Mikrowellenstrahlung angeregten kleinen und leichten Elektronen diffundieren bevorzugt an die Substratoberfläche und belegen diese mit einer erheblichen negativen Ladungsdichte, um eine geeignete elektrische Feldstärke zu erzeugen, die zu einer Drift von Ionen in den Oberflächenschichten des Substrats ausreichend ist. Diese Drift bewirkt nunmehr aber eine Tiefenwirkung bei der Schichtbildung, die zu einer Homogenisierung (stöchiometrische Zusammensetzung) der abgeschiedenen Schicht und insbesondere eine besonders homogen abgesättigte Grenzfläche zwischen den Schichten führt. Dieses Reaktionsmerkmal unterscheidet das erfindungsgemäße Verfahren von den bekannten Plasma- bzw. Radikale Verfahren, die ihre Wirkung ausschließlich auf der Oberfläche der Substrate entwickeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich also dadurch aus, dass sich das zu beschichtende Substrat außerhalb des Bereiches des Mikrowellenplasmas befindet, jedoch der Abstand zur Plasmazone nicht so groß ist, dass die im Plasma erzeugten Elektronen und Ionen bereits rekombiniert sind und nur mehr als Radikale vorliegen. Das Substrat befindet sich während der Abscheidung in einem solchem Abstand zum MW-Plasma, dass eine gewünschte Ladungsdichte von Elektronen auf der Oberfläche des Substrats erzeugt wird, die dann eine entsprechende elektrische Feldstärke im darunterliegenden Dielektrikum erzeugt, dass neben der Einwirkung von Radikalen im Bereich der Oberfläche insbesondere auch eine elektrisch-feldinduzierte Wirkung erzielt wird, die gewünschte Eigenschaften der abzuscheidenden Schichten fördert. Insbesondere findet primär eine anodische Reaktion zwischen Prozessgas und dem Substrat, insbesondere der neu abgeschiedenen Schicht auf dem Substrat, statt. Eine anodische Reaktion (E-Feld getriebene) liegt dann vor, wenn die Reaktion primär durch die Elektronenkonzentration an der Substratoberfläche unterstützt wird und eine E-Feld bestimmte Driftbewegung von reaktiven Spezies zum Reaktionspartner bedingt wird. Wo sich die Schicht bedingt durch die Orientierung des darunterliegenden Substrats lokal dünner abscheidet, bildet sich ein größeres lokales elektrisches Feld aus, was wiederum zu einem stärkeren Schichtwachstum führt. Somit ergibt sich eine Selbstjustierung hinsichtlich der Schichtdicke, die unabhängig von der Orientierung des darunterliegenden Substrats ist. Ferner wird das Interface zwischen der Schicht und dem darunterliegenden Substrat atomar abgesättigt.
Vorzugsweise wird das Substrat in einem Bereich platziert wird, in dem eine durch das Mikrowellenplasma erzeugte Elektronenkonzentration zwischen 5 und 7 × 10¹⁰/cm³ und insbesondere bei ungefähr 6 × 10¹⁰/cm³ liegt.
Bei einer alternativen Lösung der obigen Aufgabe ist ein Verfahren zum stetigen oder sequentiellen Abscheiden einer mikro- bzw. nanokristallinen Diamantschicht aus der Gasphase auf einem Substrat, angegeben. Bei diesem Verfahren wird ein Mikrowellenplasma mit wenigstens einer Mikrowellenelektrode erzeugt, das Substrat in einem Bereich innerhalb des Plasmas, platziert, sodass die Elektronenkonzentration an der Oberfläche des Substrats zwischen 10 und 30 × 10¹⁰/cm³, insbesondere zwischen 10 und 20 × 10¹⁰/cm³ liegt, und ein kohlenstoffhaltiges Prekursorgas auf die zum Mikrowellenplasma weisende Oberfläche des Substrats geleitet. Im Plasmabereich ist die Elektronenkonzentration so hoch, dass sich auf dem Substrat abscheidende Schichten eine Diamantstruktur ausbildet. vorzugsweise enthält das Prekursorgas eine ungefähr 1% kohlenstoffhaltige Verbindung in Wasserstoff.
Bei einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Mikrowellenelektrode eine solche mit Innen- und Außenleiter, die eine Auskoppelungsstruktur im Außenleiter aufweist. Eine solche Mikrowellenelektrode ist besonders geeignet, ein lokal begrenztes Mikrowellenplasma zu erzeugen, dass eine entsprechende Platzierung des Substrats erlaubt. Ein besonders homogenes Mikrowellenplasma lässt sich durch eine einseitig mit Mikrowellen beaufschlagte Mikrowellenelektrode mit Innen- und Außenleiter erreichen, bei der der Außenleiter eine sich zu einem freien Ende der Elektrode erweiternde Auskopplungsöffnung bildet. Zum Schutz der Mikrowellenelektrode ist diese vorzugsweise von einem für Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen durchlässigen Hüllrohr umgeben ist.
Bei einer Ausführungsform besteht das Substrat aus einem dielektrischen Material oder weist wenigstens eine dielektrische Schicht auf, auf der die neue dielektrische Schicht abgeschieden wird, was den oben genannten Effekt fördert. Besonders vorteilhaft kann die dielektrische Schicht vor dem Abscheiden der neuen dielektrischen Schicht unterstützt durch ein durch dieselbe Mikrowellenquelle erzeugtes Mikrowellenplasma zum Beispiel in einem Halbleiter ausgebildet und/oder behandelt werden. Das Mikrowellenplasma kann eine Absättigung der dielektrischen Schicht bewirken. Es werden Fehlstellen in den Grenzflächen vermieden. Insbesondere kann das Mikrowellenplasma bei der Bildung/Behandlung der dielektrischen Schicht aus einem Sauerstoff und/oder Stickstoff enthaltenden Gas erzeugt werden. Die dielektrische Schicht kann aber auch auf einer elektrisch leitenden Schicht, einer Halbleiterschicht oder einem sonstigen Dielektrikum abgeschieden werden.
Bei einer Ausführungsform wird das Prekursorgas derart durch das Mikrowellenplasma hindurch auf die Oberfläche des Substrats geleitet wird, dass es mit dem Mikrowellenplasma reagiert um die für die Schichtbildung erforderlichen reaktiven Spezies zu bilden. Alternativ kann das Prekursorgas jedoch auch derart an dem Mikrowellenplasma vorbei auf die Oberfläche des Substrats geleitet werden, dass es nicht mit dem Mikrowellenplasma reagiert. Dies kann eine unerwünschte Beeinflussung des Plasmas und die Erzeugung unerwünschter Spezies unterdrücken. Dies kann beispielsweise über wenigstens eine sich durch das Mikrowellenplasma hindurch erstreckende Leitung erreicht werden, die einen Leitungspfad für das Prekursorgas vom brennenden Plasmagas trennt.
Bei einer Ausführungsform wird das Mikrowellenplasma gepulst betrieben, um eine sequentielle Abscheidung zu bewirken. Dabei kann das Prekursorgas insbesondere zwischen Perioden, in denen das Plasma brennt, auf die Oberfläche des Substrats geleitet werden.
Um die thermische Belastung des Substrats zu verringern wird die Temperatur des Substrats vorzugsweise während der Abscheidung aus der Gasphase unter 400°C insbesondere unter 200°C gehalten.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine schematische Schnittansicht durch eine alternative Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 bis 5 schematische Darstellungen, welche unterschiedliche Wechselwirkung zwischen einem Mikrowellenplasma und einem Substrat darstellen;
6 eine Kurve, die eine Elektronendichte im Bereich eines Mikrowellenplasmas in Abhängigkeit vom Abstand zu Plasmastäben zeigt.
Die in der nachfolgenden Beschreibung verwendeten relativen Begriffe, wie zum Beispiel links, rechts, über und unter beziehen sich auf die Zeichnungen und sollen die Anmeldung in keiner Weise einschränken, auch wenn sie bevorzugte Anordnungen bezeichnen können.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung 1 zum Ausbilden von Schichten auf einem Substrat 2. Die Vorrichtung als solche ist sowohl geeignet Schichten durch eine Reaktion mit dem Substrat zu erzeugen, wie beispielsweise bei einer Oxidierung oder Nitridierung einer Oberflächenschicht des Substrats als auch durch eine Abscheidung aus der Gasphase. Da sich der Schwerpunkt dieser Anmeldung auf ein Verfahren zum stetigen oder sequentiellen Abscheiden dielektrischen Schicht aus der Gasphase auf einem Substrat bezieht, wird die Vorrichtung auch dahingehend beschrieben.
Die Vorrichtung 1 besitzt ein nur im Umriss angedeutetes Vakuumgehäuse 3, das eine langgestreckte Prozesskammer des Durchlauftyps 4 definiert. Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Transportmechanismus 6, eine Plasmaeinheit 8, sowie eine Heizeinheit 10 auf. Zusätzlich kann auch eine Kühleinheit vorgesehen sein, die gemeinsam mit der Heizeinheit eine Temperiereinheit bildet.
Das Vakuumgehäuse 3 besitzt geeignete, nicht gezeigte Schleusen zum Ein- und Ausbringen der Substrate 2 in die Prozesskammer 4. Als Substrate 2 können in der Vorrichtung 1 unterschiedliche Substrate 2 mit einer dielektrischen Schicht versehen werden. Während einer Abscheidung aus der Gasphase kann das Substrat 2 von einem nicht dargestellten Schutzelement wenigstens teilweise umgeben sein, das in derselben Ebene wie das Substrat liegt, um Randeffekte bei der Beschichtung zu vermeiden und die physikalische Oberfläche des Substrats 2 virtuell zu vergrößern. Das Schutzelement sollte bevorzugt die gleichen oder zumindest ähnliche physikalische Eigenschaft wie das Substrat 2 aufweisen.
Die Prozesskammer 4 wird unter anderem durch eine obere Wand 12 sowie eine untere Wand 14 begrenzt. Die obere Wand 12, ist beispielsweise aus Aluminium aufgebaut und derart behandelt, dass Metallverunreinigungen oder Partikel in der Prozesskammer vermieden werden. Die obere Wand 12 und die untere Wand 14 erstrecken sich im Wesentlichen Parallel zueinander, können aber auch zueinander abgewinkelte Bereiche aufweisen, wie es beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2011 100 024 A1 bekannt ist, die insofern durch Bezugnahme aufgenommen ist. Ein schräger Wandabschnitt könnte so angeordnet sein, dass sich die Prozesskammer von einem Eingangsende zu einem Ausgangsende verjüngt und sich dann ein gerader Bereich anschließt.
Im Bereich der unteren Wand 14 ist eine Vakuumpumpe 16 vorgesehen, über die die Prozesskammer 4 abgepumpt werden kann. Die Pumpe kann aber auch an einem anderen Ort vorgesehen sein und es können auch mehrere vorgesehen sein. Ferner ist im Bereich der unteren Wand 14, ein Pyrometer 18 für eine Temperaturmessung des Substrats 2 vorgesehen. Statt eines Pyrometers kann aber auch eine andere Temperaturmessvorrichtung an einem anderen Ort der Prozesskammer oder auch direkt am Substrat 2 vorgesehen sein, die zum Beispiel auch von oben her die Temperatur des Substrats 2 messen kann. Es können auch mehrere Temperaturmessvorrichtungen vorgesehen sein. Die Prozesskammer 4 verfügt darüber hinaus über wenigstens eine nicht gezeigte Gaszuleitung, über die ein Prozessgas in die Prozesskammer 4 eingeleitet werden kann.
Die Transporteinheit 6 besteht im Wesentlichen aus einem Endlostransportband 20, das über eine Vielzahl von Umlenk- und/oder Transportrollen 22 umlaufend geführt ist. Die normale Umlaufrichtung für eine Behandlung des Substrats 2 ist dabei im Uhrzeigersinn, aber es ist auch möglich das Transportband entgegen dem Uhrzeigersinn umlaufend zu bewegen. Dabei ist ein oben liegendes Transporttrum des Transportbandes 20 derart angeordnet, dass es sich geradlinig durch die Prozesskammer 4 hindurch erstreckt. Somit wird ein Substrat 2 von links nach rechts durch die Prozesskammer 4 hindurch bewegt. Die Rückführung des Transportbandes 20 erfolgt außerhalb der Prozesskammer 4, um dort beispielsweise Kühl- und/oder Reinigungsprozesse an dem Transportband 20 vornehmen zu können. Das Transportband 20 sollte möglichst vollständig innerhalb des Vakuumbereichs angeordnet sein, kann aber bei einer geeigneten Anordnung auch wenigstens teilweise außerhalb des Vakuumbereichs liegen. Statt eines Transportbandes 20 kann die Transporteinheit 6 beispielsweise auch einen anderen Transportmechanismus, wie beispielsweise Transportrollen oder auch eine Magnetführung aufweisen.
Die Transporteinheit 6 kann optional als Ganzes auf und ab bewegt werden, wie durch den Doppelpfeil A angezeigt ist. Hierdurch ist es möglich die Transporteinheit 6 und insbesondere dessen Transporttrum näher an der oberen Wand 12 oder der unteren Wand 14 zu platzieren, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Innerhalb der Prozesskammer 4 ist ferner die Plasmaeinheit 8 angeordnet. Die Plasmaeinheit 8 besteht aus einer Vielzahl von Plasmaelektroden 24. Die Plasmaelektroden sind als Mikrowellenstäbe ausgebildet. Die Mikrowellenstäbe sind des einseitig mit Mikrowellen beaufschlagten Typs, wie er beispielsweise aus der WO 2010/015 385 A1 bekannt ist, die hinsichtlich des Aufbaus eines bevorzugten Mikrowellenstabes durch Bezugnahme aufgenommen wird. Insbesondere besitzt der Mikrowellenstab einen Innenleiter der in einem ersten Teilbereich vollständig von einem Außenleiter umgeben ist. Benachbart zu diesem Teilbereich schließt sich ein Teilbereich an, in dem der Außenleiter eine sich zu einem freien Ende erweiternde Öffnung vorsieht. Im Bereich der sich erweiternden Öffnung wird Mikrowellenleistung zur Erzeugung eines Plasmas ausgekoppelt. Bei der Darstellung sind insgesamt zehn Mikrowellenstäbe vorgesehen, die über nicht dargestellte Magnetrons mit Mikrowellen beaufschlagt werden. Dabei können jeweils zwei Mikrowellenstäbe über ein gemeinsames Magnetron beaufschlagt werden.
Die Mikrowellenstäbe können eine oder mehrere Plasmazündvorrichtung(en) aufweisen. Die Plasmastäbe können aber auch einen anderen Aufbau von Innen und Außenleiter besitzen.
Der Aufbau der Plasmastäbe kann so gewählt werden, dass ein hierdurch erzeugtes Plasma in seiner Ausdehnung (insbesondere in Längsrichtung der Plasmastäbe) begrenzt wird und nicht mit Wänden der Prozesskammer in Berührung kommt. Hierdurch könnten ansonsten unerwünschte reaktive Spezies entstehen, die zu Metallverunreinigungen auf dem Substrat führen könnten.
Die Plasmastäbe 24 erstrecken sich jeweils senkrecht zur Zeichnungsebene quer durch die Prozesskammer 4. Von links nach rechts, d. h. von einem Eingangsende zu einem Ausgangsende der Prozesskammer 4 sind die Plasmastäbe jeweils gleichmäßig beabstandet angeordnet. Die oben beschrieben Vorrichtung ist als Durchlaufvorrichtung konzipiert.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer alternativen Vorrichtung 1 zum Aufbringen von Schichten auf einem Substrat 2 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Bei der Beschreibung dieser Ausführungsform werden dieselben Bezugszeichen wie zuvor verwendet, sofern gleiche oder ähnliche Elemente beschrieben werden.
Die Vorrichtung 1 besitzt wieder ein Gehäuse, das nur schematisch bei 3 dargestellt ist. Das Gehäuse 3 ist wiederum als ein Vakuumgehäuse ausgeführt, und kann über eine nicht dargestellte Vakuumeinheit auf Vakuumdruck abgepumpt werden.
Innerhalb des Gehäuses 3 ist eine Prozesskammer 4 definiert. Die Vorrichtung 1 besitzt ferner eine Substrattrageinheit 6, eine Plasmaeinheit 8 sowie eine optionale Heizeinheit 10. Die Trageinheit 6 besitzt eine Substratauflage 40, die über eine Welle 42 drehbar innerhalb der Prozesskammer 4 getragen wird, wie durch den Pfeil B dargestellt ist. Die Welle 42 ist hierfür mit einer nicht näher dargestellten Dreheinheit verbunden. Darüber hinaus ist die Welle 42 und somit die Auflage 40 auf und ab bewegbar, wie durch den Doppelpfeil C dargestellt ist. Hierdurch lässt sich die Auflageebene der Auflage 40 innerhalb der Prozesskammer 4 nach oben bzw. nach unten verstellen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Die Plasmaeinheit 8 besteht wiederum aus zehn Plasmastäben 24, die desselben Typs sein können, wie zuvor beschrieben. Die Plasmastäbe können wiederum paarweise über nicht dargestellte Magnetrons mit Leistung beaufschlagt werden. Die Plasmastäbe 24 können optional über jeweilige, nicht gezeigte Führungen individuell auf und ab verschiebbar innerhalb der Prozesskammer 4 getragen sein, wie durch den Doppelpfeil D angezeigt ist. In einem solchen Fall könnte die Auf- und Ab-Bewegbarkeit der Trageinheit 6 entfallen, sie kann aber auch zusätzlich vorgesehen werden. Hierdurch sind lokale Änderungen des Abstands zwischen Plasmaelektrode 24 und dem Substrat 2 möglich. Insbesondere ist es hierdurch möglich, in Kombination mit der Rotation eines Substrats 2 durch die Trageinheit 6 zum Beispiel in einem Randbereich der Substrate 2 größer oder kleinere Abstände im Vergleich zu einem Mittelbereich davon vorzusehen. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Plasmaelektroden 24 und/oder die Lampen 31 über die Abmessungen des Substrats 2 hinweg gehen. Wiederum kann eine Schutzvorrichtung vorgesehen sein, welche das Substrat 2 wenigstens teilweise in seiner Ebene umgibt, um Randeffekte zu vermeiden. Die Schutzvorrichtung kann hinsichtlich der Rotation statisch oder auch rotierbar angeordnet sein.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann zwischen den Plasmastäben 24 und dem Substrat 2 ein Gitter vorzusehen sein, das über eine nicht dargestellte Kühleinheit gekühlt werden kann, um einen durch ein Plasma bedingten Aufheizeffekt des Substrats abzumildern. Das Gitter kann optional aus elektrisch leitendem Material bestehen, um eine elektrische Vorspannung am Gitter erzeugen zu können. Dies kann dann beispielsweise über eine entsprechend Steuereinheit mit unterschiedlichen elektrischen Vorspannungen beaufschlagt werden. Sowohl eine Abstandeinstellung zwischen Plasmaelektrode 24 und Substrat 2 als auch eine Beaufschlagung eines oben beschriebenen Gitters mit unterschiedlichen elektrischen Vorspannungen kann die Wechselbeziehung zwischen Plasma und Substrat beeinflussen, wie in der oben genannten DE 10 2011 100 024 A1 beschrieben ist.
Die optionale Heizeinheit 10, die für das erfindungsgemäße Verfahren in der Regel nicht eingesetzt wird, wohl aber für andere Prozesse, die in der Vorrichtung 1 erfolgen können, besteht aus einer Vielzahl von Strahlungsquellen 30, die parallel oder auch senkrecht zu den Plasmaelektroden 24 angeordnet sein können. Die Strahlungsquellen weisen jeweils eine Lampe, wie beispielsweise eine Bogen- oder Halogenlampe auf, die von einer Quarzröhre 32 umgeben ist.
Die Vorrichtung 1 weist vorzugsweise wenigstens eine Temperaturmesseinheit auf, um die Temperatur des Substrats 2 zu ermitteln. Die ermittelte Temperatur kann an eine nicht dargestellte Steuereinheit weitergeleitet werden, die dann anhand einer Temperaturvorgabe unterschiedliche Prozessparameter regeln kann, um die Substrattemperatur auf einen vorbestimmten Wert zu bringen und insbesondere unter einem vorbestimmten Maximalwert zu halten.
Insbesondere kann im Bereich der Transporteinheit eine nicht dargestellte Temperiereinheit vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise eine Vielzahl von Strahlungsquellen aufweisen, um eine Heizen des Substrats 2 auf eine Prozesstemperatur, die bevorzugt kleiner 400°C, insbesondere kleiner 200°C ist zu erlauben. Sie kann aber auch zusätzlich oder alternativ eine Kühleinheit aufweisen, um eine zum Beispiel durch ein Plasma bedingte Aufheizung des Substrats 2 zu begrenzen.
Die Vorrichtung weist ferner wenigstens eine nicht dargestellte Gaszuleitung zum Einleiten eines Plasmagases und/oder eines Prekursorgases auf. So kann beispielsweise ein Plasmagas beispielsweise seitlich über Seitenwände des Vakuumgehäuses 3 gezielt in den Bereich zwischen Mikrowellenelektroden und Substrat eingeleitet werden. Ein Prekursorgas könnte hingegen beispielsweise über entsprechende nicht dargestellt Öffnungen in der oberen Wand 12 und/oder einen separaten Gasverteiler von oben zwischen den Mikrowellenelektroden hindurch auf das Substrat 2 geleitet werden. Dabei kann das Prekursorgas so eingeleitet werden, dass es nach dem Austritt aus einer entsprechenden Leitung durch einen Plasmabereich der Mikrowellenelektroden hindurch strömt und somit mit dem Plasmagas reagieren kann, was zum Beispiel bei Öffnungen in der oberen Wand 12 der Fall wäre. Alternativ ist es aber auch möglich das Prekursorgas mit langgestreckten Leitungselementen, die sich durch den Plasmabereich der Mikrowellenelektroden hindurch erstrecken auf das Substrat 2 zu leiten, um dadurch das Prekursorgas vom Plasmagas zu trennen.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer alternativen Vorrichtung 1 zum Aufbringen von Schichten auf einem Substrat 2 gemäß einer alternativen Ausführungsform, in der wiederum eine Abscheidung aus der Gasphase durchgeführt werden kann. Bei der Beschreibung dieser Ausführungsform werden dieselben Bezugszeichen wie zuvor verwendet, sofern gleiche oder ähnliche Elemente beschrieben werden.
Die Vorrichtung 1 besitzt wieder ein Gehäuse, das nur schematisch bei 3 dargestellt ist. Das Gehäuse 3 ist wiederum als ein Vakuumgehäuse ausgeführt, und kann über eine nicht dargestellte Vakuumeinheit auf Vakuumdruck abgepumpt werden.
Innerhalb des Gehäuses 3 ist eine Prozesskammer 4 definiert. Die Vorrichtung 1 besitzt ferner eine Substrattrageinheit 6, eine Plasmaeinheit 8, eine Temperiereinheit 10, sowie eine Gaszuleitungseinheit 50. Die Trageinheit 6 besitzt eine Substratauflage 40, die über eine Welle 42 drehbar innerhalb der Prozesskammer 4 getragen wird, wie durch den Pfeil B dargestellt ist. Die Welle 42 ist hierfür mit einer nicht näher dargestellten Dreheinheit verbunden. Darüber hinaus ist die Welle 42 und somit die Auflage 40 auf und ab bewegbar, wie durch den Doppelpfeil C dargestellt ist. Hierdurch lässt sich die Auflageebene der Auflage 40 innerhalb der Prozesskammer 4 nach oben bzw. nach unten verstellen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Die Plasmaeinheit 8 besteht wiederum aus zehn Plasmastäben 24 als Mikrowellenelektroden, die desselben Typs sein können, wie zuvor beschrieben. Die Plasmastäbe 24 können wiederum paarweise über nicht dargestellte Magnetrons mit Leistung beaufschlagt werden. Die Plasmastäbe 24 können optional über jeweilige Führungen 46 individuell auf und ab verschiebbar innerhalb der Prozesskammer 4 getragen sein, wie durch den Doppelpfeil D angezeigt ist. In einem solchen Fall könnte die Auf- und Ab-Bewegbarkeit der Trageinheit 6 entfallen, sie kann aber auch zusätzlich vorgesehen werden. Hierdurch sind lokale Änderungen des Abstands zwischen Plasmastäben 24 und dem Substrat 2 möglich. Insbesondere ist es hierdurch möglich, in Kombination mit der Rotation eines Substrats 2 durch die Trageinheit 6 zum Beispiel in einem Randbereich der Substrate 2 größer oder kleinere Abstände im Vergleich zu einem Mittelbereich davon vorzusehen. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Plasmastäbe 24 und/oder die Lampen 31 über die Abmessungen des Substrats 2 hinweg gehen. Wiederum kann eine Schutzvorrichtung vorgesehen sein, welche das Substrat 2 wenigstens teilweise in seiner Ebene umgibt, um Randeffekte zu vermeiden. Die Schutzvorrichtung kann hinsichtlich der Rotation statisch oder auch rotierbar angeordnet sein.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann als Teil der Temperiereinheit 10 zwischen den Plasmastäben 24 und dem Substrat 2 wie zuvor ein Gitter vorgesehen sein.
Die Temperiereinheit 10 weist eine Vielzahl von Strahlungsquellen 30 auf, die parallel oder auch senkrecht zu den Plasmaelektroden 24 angeordnet sein können. Die Strahlungsquellen weisen jeweils eine Lampe, wie beispielsweise eine Bogen- oder Halogenlampe auf, die von einer Quarzröhre 32 umgeben ist.
Die Vorrichtung 1 weist vorzugsweise wenigstens eine Temperaturmesseinheit auf, um die Temperatur des Substrats 2 zu ermitteln. Die ermittelte Temperatur kann an eine nicht dargestellte Steuereinheit weitergeleitet werden, die dann anhand einer Temperaturvorgabe unterschiedliche Prozessparameter insbesondere die Temperiereinheit 10 regeln kann, um die Substrattemperatur auf einen vorbestimmten Wert zu bringen und insbesondere unter einem vorbestimmten Maximalwert zu halten.
Die Gaszuleitungseinheit 50 kann eine erste, nicht dargestellte Gaszuleitung im Bereich der Seitenwände besitzen, über die beispielsweise ein Plasmagas, ein Spülgas etc. in die Prozesskammer 4 eingeleitet werden kann. Diese kann zum Beispiel den in der DE (partikelfreier Gaseinlass) beschriebenen Aufbau besitzen. Sie kann alternativ und/oder zusätzlich aber auch einen üblicherweise als „showerhead” bezeichneten Gasverteiler 52 aufweisen, der eine Zuleitung 53, einen Verteilerraum 54 und eine Vielzahl von Auslassleitungen 55 aufweist.
Die Zuleitung 53 erstreckt sich durch das Vakuumgehäuse 3 hindurch und steht einerseits mit einer Gasversorgung – insbesondere für wenigstens ein Prekursorgas und gegebenenfalls andere Gase wie Spülgase – und andererseits mit dem Verteilerraum 54 in Verbindung. Der Verteilerraum 54 liegt oberhalb der Plasmastäbe 24 und ist von einem Gehäuse 57, beispielsweise aus Quarzglas umschlossen. Das Gehäuse 57 kann so weit über den Plasmastäbe 24, dass es normalerweise außerhalb eines Plasmabereichs derselben liegt. Hierbei ist zu beachten, dass der Plasmabereich nicht festgelegt ist, sondern unter anderem von der eingespeisten Leistung, dem Plasmagas und insbesondere auch dem Gasdruck in der Prozesskammer abhängt, welche die Ausdehnung des Plasmas um die Plasmastäbe 24 herum beeinflussen.
Die Auslassleitungen 55 stehen mit dem Verteilerraum 54 in Verbindung und erstrecken sich vertikal nach unten in Richtung des Substrats 2. Vorzugsweise sind die Auslassleitungen 55 mit Zwischenräumen zwischen den Plasmastäbe 24 ausgerichtet. Bei der dargestellten Ausführungsform enden die Auslassleitungen 55 jeweils oberhalb der Plasmastäbe 24, sodass hieraus austretendes Gas in Richtung zum Substrat 2 durch den Plasmabereich der Plasmastäbe 24 hindurch strömt. Hierbei kann das Gas mit dem Plasmagas reagieren, beispielsweise in reaktive Bestandteile zerlegt werden, wenn das Plasma brennt. Alternativ können die Auslassleitungen 55 aber auch verlängert werden, sodass sie sich durch die Plasmabereiche der Plasmastäbe 24 hindurch erstrecken und somit das hindurchströmende Gas vom Plasmagas trennen.
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß der 1 und 2 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In der nachfolgenden Beschreibung ist das Substrat 2 ein Silizium-Halbleiterwafer mit einer dielektrischen Oberflächenschicht, auf der eine weiter dielektrische Schicht aus der Gasphase abgeschieden wird. Die dielektrische Schicht kann auch direkt auf dem Siliziumsubstrat oder auch einem anderen Substrat abgeschieden werden.
Hierzu wird in die Prozesskammer 4, in der ein Unterdruck von beispielsweise 33,3 Pa herrscht ein geeignetes Plasmagas, beispielsweise TEOS und Sauerstoff eingeleitet. Anschließend wird im Bereich der Plasmastäbe 24 jeweils ein Plasma des Plasmagases erzeugt.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 wird das Substrat 2 über das Transportband 20 von links nach rechts durch die Prozesskammer hindurch geleitet, während unterhalb der jeweiligen Plasmastäbe 24 ein entsprechendes Plasma brennt (das Plasma kann stetig brennen oder aber auch gepulst betrieben werden, um Beispielsweise eine sequentielle Abscheidung zu ermöglichen). Bei dem Transport ist der Abstand zwischen Substrat 2 und den Plasmastäben 24 so eingestellt, dass die Substratoberfläche, auf der die dielektrische Schicht abgeschieden werden soll, außerhalb aber benachbart zum jeweiligen Plasmabereich der Plasmastäbe 24 liegt. Dabei wird als Grenze des Plasmabereichs eine Elektronendichte von 10 × 10¹⁰/cm³, gemessen durch eine Langmuirsonde, definiert. Bereiche, die eine höhere Elektronendichte aufweisen, werden somit im Plasmabereich liegend angesehen und Bereiche, die eine niedrigere Elektronendichte aufweisen als außerhalb des Plasmabereichs liegend. Das Substrat ist dabei so positioniert, dass seine Oberfläche in einem Bereich außerhalb des Mikrowellenplasmas liegt, in dem eine durch das Mikrowellenplasma erzeugte Elektronenkonzentration, gemessen durch eine Langmuirsonde, zwischen 2 und 9 × 10¹⁰/cm³ liegt.
Die 6 zeigt eine Kurve, die eine Elektronendichte im Bereich eines Mikrowellenplasmas in Abhängigkeit vom Abstand zu einem Plasmastab zeigt, wobei hier der Abstand zum Hüllrohr (ein Hüllrohr begrenzt den innerer Radius des Plasmas) angegeben ist. Die Kurve wurde anhand eines Mikrowellenplasmas aus reinem Sauerstoff bei einem Prozessdruck von 33,3 Pa, einem Sauerstofffluss von 100 cm³/min bei Standardbedingungen und einer eingespeisten Energiedicht von 6 W/cm² in einer Vorrichtung gemäß 2 ermittelt. Die Elektronenkonzentration wurde mit einer Langmuirsonde gemessen.
Wie zu erkennen ist, nimmt die Elektronenkonzentration mit zunehmenden Abstand zunächst rasch und dann immer weniger ab. Durch eine Reduktion des Prozessdrucks kann die Kurve flacher ausgestaltet werden, da sich die Elektronen dann weiter ausbreiten können. Anhand einer solchen Kurve für das eingesetzte Gas, den Prozessdruck und die eingespeiste Leistung lässt sich der Abstand ermitteln, mit dem das Substrat von den Plasmastäben 24 beabstandet sein muss, bzw. kann auch der Prozessgasdruck und/oder die eingespeiste Leistung eingestellt werden, um zu erreichen, dass die Oberfläche des Substrats in einem Bereich liegt, in dem eine durch das Mikrowellenplasma erzeugte Elektronenkonzentration, gemessen durch eine Langmuirsonde, zwischen 2 und 9 × 10¹⁰/cm³ liegt. Vorzugsweise sollte die Elektronenkonzentration zwischen zwischen 5 und 7 × 10¹⁰/cm³ und insbesondere bei ungefähr 6 × 10¹⁰/cm³ liegen.
Nun wird ein die dielektrische Schicht wenigstens teilweise bildendes Prekursorgas auf die zum Mikrowellenplasma weisende Oberfläche des Substrats geleitet, hier zum Beispiel TEOS, das durch den Plasmabereich hindurchgeht und in seine atomaren Bestandteile zerlegt wird, die sich dann auf dem Substrat abscheiden.
Diese Abscheidung wird entweder stetig oder sequentiell betrieben, bis eine gewünschte Schichtdicke erreicht ist, die aus einer oder nur wenigen Atomlagen bis hin zu größeren Dicken reichen kann. Wobei auch hier wieder die Elektronenkonzentration eine entsprechende Tiefenwirkung zeigt und bei der Abscheidung aus dem Prekursorgas mit den Reaktionspartnern eine stöchiometrisch korrekt zusammengesetzte Schicht erzeugt wird. Somit können auch bei niederen Temperaturen qualitativ hochwertige CVD Schichten mit guten Grenzflächeneigenschaften erzeugt werden.
Dies soll anhand der 3 bis 5 näher erläutert werden. Dabei zeigen die Figuren jeweils einen Plasmastab 24 im Schnitt, einen Abschnitt eines Substrats 2 im Schnitt, bestehend aus einem Grundsubstrat 60 beispielsweise aus Silizium und einer hierauf ausgebildeten dielektrischen Schicht 62, beispielsweise Siliziumoxid, Elektronen 64 (kleine Kreise) und Ionen 66. Die gepunktete Linie 65 stellt jeweils die Grenze des Plasmas dar, wobei die Elektronenkonzentration außerhalb des Plasmas mit steigendem Abstand wesentlich abfällt.
Im ausgewählten Abstand des Substrats zu den Plasmastäben 24 wird eine gewünschte Konzentration von Elektronen 64 auf der Substratoberfläche erzeugt (3), die zu einer Polarisierung des darunter liegenden Dielektrikums (4) und zum Aufbau eines elektrischen Feldes im Dielektrikum führt. Die Stärke der Polarisierung und die Tiefenwirkung der Polarisierung (die Anzahl der polarisierten Atomlagen) hängen dabei von der Elektronenkonzentration auf der Oberfläche ab. Das heißt, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung die oberen Schichten des Dielektrikums derart durch den entsprechenden Abstand zur Mikrowellenplasmavorrichtung polarisiert werden, dass entsprechend negativ geladene Ionen 68 in das Dielektrikum driften und dort Reaktionspartner 70 suchen, an die sie Ihre Ladung abgeben können. Dieser Vorgang kann so lange fortgesetzt werden, bis alle möglichen Reaktionspartner 70 erreicht sind, wie in 4 angedeutet ist. Hierdurch erlangt das Dielektrikum eine hohe Homogenität (gute stöchiometrische Zusammensetzung) und Qualität. Insbesondere hat das Dielektrikum eine sehr homogene Oberflächenbeschaffenheit für die Abscheidung der dielektrischen Schicht, die durch Aufbringen eines Prekursorgases abgeschieden wird. Bei der Abscheidung wird der gebildete Schichtaufbau wiederum durch die Elektronen auf der jeweils neu gebildeten Oberfläche polarisiert, wodurch auch die abgeschiedene Schicht in der obigen Weise vollständig durchreagiert und besonders homogen ausgebildet wird. In 5 sind entsprechende Prekursoren 72 (Fünfecke) dargestellt.
Wie erkennbar ist, ist das Verfahren für alle CVD- und sequentiellen CVD Prekursoren und deren Reaktionspartner anwendbar, die in der Lage sind dielektrische Schichten aus der Dampfphase abzuscheiden. Darüber hinaus können dielektrische Schichten auch ohne eine Abscheidung aus der Dampfphase homogenisiert werden. Dies kann für eine nachfolgende Abscheidung von großem Vorteil sein. Nachfolgend werden nur einige die Anmeldung nicht einschränkende Prekursorgase, die für eine Oxidbildung insbesondere auf Halbleitern geeignet sind, als Beispiele genannt: Silan, TEOS (Tetraethylorthosilizium), TMA (Trimethylaluminium), PEOTa (Pentaethylorthotantalat), wobei auch andere in der Halbleiterindustrie gebräuchliche Prekursoren eingesetzt werden können. Diese können zum Beispiel gemeinsam mit Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigen Gasen als Plasmagase zur Erzeugung von binären und ternären Oxiden eingesetzt werden. Ferner werden hier einige die Anmeldung nicht einschränkende Prekursorgase, die für eine Nitridbildung insbesondere auf Halbleitern geeignet sind, als Beispiele genannt: Silan, TMA (Trimethylaluminium), wobei auch andere in der Halbleiterindustrie gebräuchliche Prekursoren eingesetzt werden können. Diese können zum Beispiel gemeinsam mit Ammoniak oder anderen Stickstoff enthaltenden Gasen als Plasmagase zur Erzeugung von Nitriden als dielektrische Schichten eingesetzt werden.
In einer Abwandlung zu dem obigen Verfahren ist es auch möglich das Substrat zur Abscheidung einer mikro- bzw. nanokristallinen Diamantschicht innerhalb des Plasmas anzuordnen, sodass die Elektronenkonzentration zwischen 10 und 30 × 10¹⁰/cm³, insbesondere zwischen 10 und 20 × 10¹⁰/cm³ liegt. Als Plasmagas könnte hierbei beispielsweise Wasserstoff dienen während als Prekursorgas ein kohlenstoffhaltiges Gas wie beispielsweise Methan eingesetzt werden könnte. Im Plasmabereich ist die Elektronenkonzentration so hoch, dass sich auf dem Substrat (gegebenenfalls auch auf dem Hüllrohr) abscheidende Schichten eine Diamantstruktur mit einer Einfachbindung zwischen den Kohlenstoffatomen einnehmen. Diese Schichten sind isolierend und würden die Mikrowellenabstrahlung nicht beeinträchtigen selbst wenn sie sich auf dem Hüllroher abscheiden. Liegt das Substrat im großen Abstand zur Plasmavorrichtung, würde bevorzugt eine Graphenschicht mit einer Doppelbindung zwischen den Kohlenstoffatomen abgeschieden. Eine solche Abscheidung kann beispielsweise auf Silizium, Silizumkarbid, Aluminiumoxid, Quarz, Glass, Metall aber auch allen anderen Substraten erfolgen, die durch das Plasma und eine gegebenenfalls hierdurch auftretende Erwärmung nicht beeinträchtigt werden.
Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, ohne auf die konkreten Ausführungsformen begrenzt zu sein. Insbesondere können auch andere dielektrische Schichten mit hoher Qualität auch bei niedrigen Temperaturen aus der Dampfphase abgeschieden werden, wobei entsprechende Gase für das Plasma und entsprechende Prekusoren zu wählen sind. Die Schichte können insbesondere auch auf unterschiedlichen Materialien abgeschieden werden, wie zum Beispiel Metall oder auch Polymeren. Bei der Abscheidung auf Polymeren sollten die Temperaturen vorzugsweise unter dem Glaspunkt der Polymere liegen. Dies kann gegebenenfalls durch eine Kühleinheit erreicht werden, um eine durch das Plasma bedingte Aufheizung unter dem Glaspunkt zu halten. Die obigen Abläufe lassen sich auch bei niederen Temperaturen unter 250°C oder auch unter 200°C durchführen, da eine Diffusion der Reaktionspartner in der gebildeten Schicht primär durch das durch die Elektronenkonzentration entstehende elektrische Feld bewirkt wird. Alternativ kann sie natürlich auch durch erhöhte Temperaturen gefördert werden, sofern das Substrat höhere Temperaturen erlaubt.

Claims

Verfahren zum stetigen oder sequentiellen Abscheiden einer dielektrischen Schicht aus der Gasphase auf einem Substrat, das die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen eines Mikrowellenplasmas mit wenigstens einer Mikrowellenelektrode; Platzieren des Substrats in einem Bereich außerhalb des Mikrowellenplasmas, in dem eine durch das Mikrowellenplasma erzeugte Elektronenkonzentration zwischen 2 und 9 × 10¹⁰/cm³ liegt; und Leiten eines die dielektrische Schicht bildenden Prekursorgases auf die zum Mikrowellenplasma weisende Oberfläche des Substrats.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat in einem Bereich platziert wird, in dem eine durch das Mikrowellenplasma erzeugte Elektronenkonzentration zwischen 5 und 7 × 10¹⁰/cm³ und insbesondere bei ungefähr 6 × 10¹⁰/cm³ liegt.
Verfahren zum stetigen oder sequentiellen Abscheiden einer mikro- und/oder nanokristallinen Diamantschicht aus der Gasphase auf einem Substrat, das die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen eines Mikrowellenplasmas mit wenigstens einer Mikrowellenelektrode; Platzieren des Substrats in einem Bereich innerhalb des Plasmas, sodass die Elektronenkonzentration an der Oberfläche des Substrats zwischen 10 und 30 × 10¹⁰/cm³ liegt, und Leiten eines kohlenstoffhaltigen Prekursorgases auf die zum Mikrowellenplasma weisende Oberfläche des Substrats.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Mikrowellenelektrode eine solche mit Innen- und Außenleiter ist, die eine Auskoppelungsstruktur im Außenleiter aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrowellenelektrode eine einseitig mit Mikrowellen beaufschlagte Mikrowellenelektrode mit Innen- und Außenleiter ist, wobei der Außenleiter eine sich zu einem freien Ende der Elektrode erweiternde Auskopplungsöffnung bildet.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Mikrowellenelektrode von einem für Mikrowellenstrahlung durchlässigen Hüllrohr umgeben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat aus einem dielektrischen Material besteht oder wenigstens eine dielektrische Schicht aufweist, auf der die neue dielektrische Schicht abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die dielektrische Schicht vor dem Abscheiden der neuen dielektrischen Schicht unterstützt durch ein durch dieselbe Mikrowellenquelle erzeugtes Mikrowellenplasma gebildet und/oder behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Mikrowellenplasma bei der Bildung/Behandlung der dielektrischen Schicht aus einem Sauerstoff und/oder Stickstoff enthaltenden Gas erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine dielektrische Oxidschicht als Prekursorgas wenigstens ein Gas aus der folgenden Gruppe eingesetzt wird: Silan, TEOS (Tetraethylorthosilizium), TMA (Trimethylaluminium), PEOTa (Pentaethylorthotantalat), und wobei als Plasma- und/oder Reaktionsgas Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Abscheidung einer dielektrischen Nitridschicht als Prekursorgas wenigstens ein Gas aus der folgenden Gruppe eingesetzt wird: Silan, TMA (Trimethylaluminium), und wobei als Plasma- und/oder Reaktionsgas Ammoniak oder andere Stickstoff enthaltende Gase eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Prekursorgas derart durch das Mikrowellenplasma hindurch auf die Oberfläche des Substrats geleitet wird, dass es mit dem Mikrowellenplasma reagiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 wobei das Prekursorgas derart an dem Mikrowellenplasma vorbei auf die Oberfläche des Substrats geleitet wird, dass es nicht mit dem Mikrowellenplasma reagiert.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Prekursorgas durch wenigstens eine sich durch das Mikrowellenplasma erstreckende Leitung auf die Oberfläche des Substrats geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mikrowellenplasma gepulst betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Prekursorgas zwischen Perioden in denen das Plasma brennt auf die Oberfläche des Substrats geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des Substrats während der Abscheidung aus der Gasphase unter 400°C insbesondere unter 200°C gehalten wird.