DE10317208A1 - Plasma deposition process - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf einem Wafer durch plasmainduzierte Gasphasenreaktionen vorgeschlagen, bei dem die Schicht durch Hochfrequenzanregung des Plasmas mittels einer Hochfrequenzleistung abgeschieden wird. Dabei wird die Hochfrequenzleistung niederfrequent moduliert, insbesondere getaktet. Das vorgeschlagene Verfahren eröffnet eine kontinuierliche Veränderung der Anregung zwischen hochfrequentem Charakter und niederfrequentem Charakter, wodurch eine Schichtstressminimierung durchgeführt werden kann, ohne die Trägerfrequenz zu verändern und ohne ein zwischen einen Hochfrequenzgenerator (7) und eine obere Showerhead-Elektrode (2) geschaltetes Anpassnetzwerk (6) verändern zu müssen, und gestattet höhere Prozessdrücke ohne Zusatzaufwand.A method for depositing a layer on a wafer by means of plasma-induced gas-phase reactions is proposed, in which the layer is deposited by high-frequency excitation of the plasma by means of high-frequency power. The high-frequency power is modulated at low frequency, in particular clocked. The proposed method opens up a continuous change in the excitation between high-frequency character and low-frequency character, as a result of which layer stress minimization can be carried out without changing the carrier frequency and without a matching network (6) connected between a high-frequency generator (7) and an upper showerhead electrode (2) ) have to change, and allows higher process pressures without additional effort.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf einem Wafer durch plasmainduzierte Gasphasenreaktionen, insbesondere ein solches, bei dem die Schicht durch Hochfrequenzanregung des Plasmas mittels einer Hochfrequenzleistung abgeschieden wird.The The invention relates to a method for depositing a layer a wafer by plasma-induced gas phase reactions, in particular one in which the layer is excited by high frequency excitation of the Plasmas is deposited by means of a high-frequency power.
Stand der TechnikState of technology
Plasmadepositionsverfahren setzen üblicherweise reaktive Plasmen aus Silanen, German oder anderen Gasen entweder für sich alleine oder um Gemisch untereinander (z.B. SiH4 und GeH4 für SiGe-Abscheidung) oder in Verbindung mit Reaktionspartnern wie N2O, NH3, CH4, C2H5, ... usw. oder in Verbindung mit Dotiergasen wie Diboran oder Phosphin ... usw. ein, um durch plasmainduzierte Gasphasenreaktionen Schichten auf Wafern abzuscheiden (α-Si, α-Ge, α-SiGe, poly-Ge, poly-SiGe, SiC, SiN, SiO, ...). Die Wafer liegen üblicherweise auf einer geerdeten und auf eine bestimmte Temperatur, z.B. T = 300 ... 600°C geheizten Substratelektrode. Die Prozessgase werden üblicherweise über eine obere Showerhead-Elektrode in die Plasmakammer eingeführt, welche parallel zur meist geerdeten Substratelektrode angeordnet ist und welche mit einer Hochfrequenz- und/oder Niederfrequenzleistung gespeist wird. Es gibt auch den Fall einer Speisung der Substratelektrode oder den Fall der parallelen Speisung beider Elektroden, d.h. Showerhead- und Substrateleektrode in einer sogenannten Triodenanordnung.Plasma deposition processes usually use reactive plasmas made of silanes, German or other gases either alone or in a mixture with one another (e.g. SiH 4 and GeH 4 for SiGe deposition) or in conjunction with reactants such as N 2 O, NH 3 , CH 4 , C 2 H 5 , ... etc. or in conjunction with doping gases such as diborane or phosphine ... etc. in order to deposit layers on wafers by means of plasma-induced gas phase reactions (α-Si, α-Ge, α-SiGe, poly-Ge, poly -SiGe, SiC, SiN, SiO, ...). The wafers are usually placed on a grounded and heated to a certain temperature, eg T = 300 ... 600 ° C substrate electrode. The process gases are usually introduced into the plasma chamber via an upper showerhead electrode, which is arranged parallel to the mostly grounded substrate electrode and which is fed with a high-frequency and / or low-frequency power. There is also the case of feeding the substrate electrode or the case of feeding both electrodes in parallel, ie showerhead and substrate electrodes in a so-called triode arrangement.
Für die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten, insbesondere deren intrinsische Stresseigenschaften, spielt die Frequenz der Plasmaanregung eine entscheidende Rolle. So ist es z.B. möglich, mittels Hochfrequenzanregung von z.B. 13,56 MHz SiO-Schichten mit kompressiven intrinsischen Stress abzuscheiden. Mittels Niederfrequenzanregung von z.B. 380 kHz oder z.B. 100 kHz ist es möglich, diese SiO-Schichten mit tensilem Stress abzuscheiden. Häufig wird Niederfrequenz- und Hochfrequenzplasmaanregung kombiniert, um stressfreie oder zumindest stressarme Schichten abzuscheiden. Dabei wird durch Wahl und Optimierung der Stärken der hochfrequenten und niederfrequenten Anteile der Plasmaanregung eine Stressminimierung erreicht. Dies kann z.B. dadurch geschehen, dass über aufwendige Anpassnetzwerke gleichzeitig sowohl die Hochfrequenz als auch die Niederfrequenz an die gepowerte(n) Elektrode(n) angelegt und angepasst werden kann. In diesem Fall werden die Stärken der niederfrequenten und hochfrequenten Plasmaanregungsanteile einfach durch die eingestellte Leistung der einzelnen Komponenten bestimmt. Eine andere Alternative sieht vor, das Plasma zeitlich alternierend abwechselnd mit Hochfrequenz oder mit Niederfrequenz zu betreiben. Für eine bestimmte Zeitspanne wird eine Hochfrequenzanregung gewählt, für eine Folgezeitspanne eine Niederfrequenzanregung usw. Die Gewichte der beiden alternierenden Anteile können sowohl über deren Zeitspannen als auch über die gewählte Leistung der jeweiligen Komponente gesteuert werden. Sowohl für den Hochfrequenzgenerator als auch für den Niederfrequenzgenerator wird ein eigenes Anpassnetzwerk an die gepowerte Elektrode benötigt, das jeweils die Impedanzanpassung sicherstellt. Beim alternierenden HF- bzw. LF-Betrieb brauchen die beiden Netzwerke jedoch nicht die beiden Generatoren voneinander entkoppeln, da sie nicht gleichzeitig betrieben werden und sich daher nicht gegenseitig schädlich beeinflussen. Insofern sind die Anpassnetzwerke dann weniger aufwendig als in dem Fall, dass beide Generatoren gleichzeitig betrieben werden sollen.For the properties the deposited layers, especially their intrinsic stress properties, the frequency of the plasma excitation plays a crucial role. So it is e.g. possible, by means of high frequency excitation e.g. 13.56 MHz SiO layers with to remove compressive intrinsic stress. Using low frequency excitation from e.g. 380 kHz or e.g. 100 kHz it is possible to use these SiO layers with tensile Eliminate stress. Frequently low frequency and high frequency plasma excitation is combined, to separate stress-free or at least stress-free layers. Here, by choosing and optimizing the strengths of the high-frequency and low-frequency portions of the plasma excitation minimizes stress reached. This can e.g. done that over elaborate Matching networks both the high frequency as well as the Low frequency applied to the powered electrode (s) and adjusted can be. In this case, the strengths of the low frequency and high-frequency plasma excitation components simply by the set Performance of the individual components determined. Another alternative looks before, the plasma alternating with high frequency alternating or to operate with low frequency. For a certain period of time high-frequency excitation is selected, low-frequency excitation for a subsequent period etc. The weights of the two alternating parts can be both over their Time spans as well the chosen one Performance of each component can be controlled. Both for the high frequency generator for as well the low frequency generator is a separate matching network to the power Electrode needed which ensures the impedance matching in each case. With alternating However, the two networks do not need HF or LF operation decouple both generators from each other since they are not simultaneously are operated and therefore do not interfere with each other. In this respect, the adaptation networks are then less complex than in in the event that both generators are to be operated simultaneously.
Die Erfordernisse eines Hochfrequenz- und eines Niederfrequenzgenerators sowie der zugehörigen Anpassnetzwerke für Hoch- und Niederfrequenz stellt in jedem Fall einen erheblichen Aufwand dar. Hinzu kommt, dass Niederfrequenzplasmen generell instabil sind, schlecht zünden und auch schlecht angepasst werden können. Diese Aussage gilt damit auch für Prozesse, die stärker von Niederfrequenz- als von Hochfrequenzanregung bestimmt sind, d.h., in denen die Eigenschaften der Hochfrequenzanregung gegenüber denen der Niederfrequenzanregung aufgrund der gewählten Gewichte in den Hintergrund treten. Die Probleme rühren bekannter Maßen daher, dass mit Niederfrequenzanregung relativ geringe Ionendichten und -ströme erzeugt werden und daher hohe Spannungen an der gepowerten Elektrode aufgebaut werden müssen, was wiederum große Anforderungen an die Güte der eingesetzten Anpassnetzwerke stellt. Treten elektrische Verlustpfade auf, so werden die für das Zünden und den Betrieb des Plasmas erforderlichen Spannungen nicht mehr erreicht, wodurch Instabilitäten bis hin zum Erlöschen des Plasmas auftreten. Die Anpasseinstellungen hängen u.a. kritisch von der Frequenz der Niederfrequenzanregung ab; sie verändern sich z.B. auch durch das zwangsläufig auftretende Aufwachsen von dielektrischen, d.h. elektrisch mehr oder weniger isolierenden, Schichten auf der gepowerten Elektrode während des Depositionsprozesses mitunter sehr stark, wodurch in dem Prozess eine weitere Unsicherheit in Form von möglichen zeitlichen Drifterscheinungen auftritt.The High frequency and low frequency generator requirements and the associated matching networks for high and low frequency in any case represents a considerable effort In addition, low-frequency plasmas are generally unstable, ignite badly and can also be poorly adapted. This statement therefore applies also for Processes that are stronger are determined by low frequency as well as high frequency excitation, i.e. in which the properties of high frequency excitation versus those the low frequency excitation due to the selected weights in the background to step. The problems stir known dimensions hence that with low frequency excitation relatively low ion densities and currents generated and therefore high voltages are built up on the powered electrode Need to become, which in turn is great Quality requirements of the adaptation networks used. Electric loss paths occur on, so those for the ignition and the operation of the plasma no longer requires voltages reached, causing instability to the point of extinction of the plasma occur. The adjustment settings depend on critical of the Frequency of low frequency excitation; e.g. they change also through that inevitably occurring growth of dielectric, i.e. electrically more or less insulating, layers on the powered electrode while of the deposition process sometimes very strong, which in the process another uncertainty in the form of possible temporal drift phenomena occurs.
Häufig werden Niederfrequenzplasmen mit Zündhilfen kombiniert, etwa einem Einschaltimpuls großer Leistung, um das Plasma zu zünden, und um danach erst auf den eigentlichen gewünschten Leistungswert zurückzufahren. Auch dies führt zu einem hohen Aufwand.Low-frequency plasmas are often combined with ignition aids, such as a high-power switch-on pulse, to ignite the plasma and only afterwards to the actual desired power value cut back. This also leads to great effort.
Ein weiterer physikalisch bedingter Nachteil von Niederfrequenzplasmen ist die Tatsache, dass die Energie der erzeugten Ionen nicht scharf definiert ist, sondern vielmehr ein breites Energiespektrum von 0 bis zu einem Spitzenwert, der von der gewählten Leistung abhängt, überdeckt. Diese breite Energieverteilung der Ionen erschwert eine Prozessoptimierung, insbesondere eine modellgestützte Optimierung. Wünschenswert wäre eine möglichst scharf definierte Energieverteilung der im Plasma erzeugten Ionen, wie dies bei der Hochfrequenzanregung z.B. mit 13,56 MHz oder noch besser mit 27,12 MHz oder noch höheren Vielfachen von 13,56 MHz, z.B. 40,68 MHz, der Fall ist.On Another physical disadvantage of low-frequency plasmas is the fact that the energy of the ions generated is not sharp is defined, but rather a wide range of energy from 0 to a peak value, which depends on the selected power. This broad energy distribution of the ions makes process optimization difficult, especially a model-based one Optimization. One would be desirable preferably sharply defined energy distribution of the ions generated in the plasma, as is the case with high-frequency excitation e.g. at 13.56 MHz or even better at 27.12 MHz or even higher Multiples of 13.56 MHz, e.g. 40.68 MHz, the case is.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf einem Wafer durch plasmainduzierte Gasphasenreaktionen, bei dem die Schicht durch Hochfrequenzanregung des Plasmas mittels einer Hochfrequenzleistung abgeschieden wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzleistung niederfrequent moduliert wird.The inventive method for depositing a layer on a wafer by plasma-induced Gas phase reactions in which the layer by high frequency excitation the plasma is deposited by means of a high-frequency power, is characterized in that the high frequency power is low frequency is modulated.
Das erfindungsgemäße Verfahren überwindet die vorstehend beschriebenen Nachteile nach dem Stand der Technik. Anstelle einer kombinierten Niederfrequenz- und Hochfrequenzanregung des Plasmas wird ein einziger Hochfrequenzgenerator von z.B. 13,56 MHz und ein einziges Anpassnetzwerk für z.B. 13,56 MHz an der gepowerten Elektrode eingesetzt. Über die niederfrequente Modulation kann der Charakter der Anregung kontinuierlich zwischen hochfrequenter und niederfrequenter Situation verändert werden, wodurch jeder gewünschte Zwischenzustand des Anregungscharakters eingestellt und damit z.B. eine Schichtstressminimierung durchgeführt werden kann, ohne die Trägerfrequenz zu verändern und ohne das Anpassnetzwerk verändern zu müssen. Da die Plasmaleistung dabei im Zeitmittel auf einem gewünschten Leistungswert konstant gehalten werden kann, ändert sich durch die Variation zwischen hochfrequenter und niederfrequenter Situation nichts an der Chemie des Plasmas, da für die Dekomposition der Prozessgase vor allem der durchschnittliche Leistungswert im Plasma entscheidend ist. Die erfindungsgemäße Variation zwischen hochfrequenter und niederfrequenter Situation beeinflusst also lediglich die mit Ioneneinwirkung kontrollierten physikalischen Effekte auf der Waferoberfläche, diese aber deutlich.The overcomes the inventive method the disadvantages of the prior art described above. Instead of a combined low frequency and high frequency excitation of the plasma, a single high frequency generator of e.g. 13.56 MHz and a single matching network for e.g. 13.56 MHz on the powered Electrode inserted. about the low frequency modulation can make the character of the excitation continuous be changed between high-frequency and low-frequency situations, making everyone desired Intermediate state of the excitation character set and thus e.g. shift stress minimization can be performed without the carrier frequency to change and change without the fitting network to have to. Since the plasma power is on a desired average over time Power value can be kept constant changes through the variation nothing between high-frequency and low-frequency situations the chemistry of the plasma as for the decomposition of the process gases above all the average performance value is crucial in plasma. The variation according to the invention between high-frequency and low-frequency situation only affects those with Ion exposure controlled physical effects on the wafer surface, this but clearly.
Als besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hervorzuheben, dass die Ionenenergieverteilung auch beim niederfrequenten Charakter der Anregung aufgrund der hohen Trägerfrequenz scharf definiert bleibt, sofern die Hochfrequenzleistung ausreichend schnelle Taktflanken aufweist. Damit wird z.B. eine Prozessoptimierung in Richtung minimalen Schichtstresses erleichtert.As particular advantage of the method according to the invention is to be emphasized, that the ion energy distribution even with the low frequency character the excitation due to the high carrier frequency remains, provided the high-frequency power has sufficiently fast clock edges having. This is e.g. process optimization towards minimal Shift stress relieved.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Hochfrequenzleistung vorzugsweise mit einer Frequenz größer 1 kHz, insbesondere größer 10 kHz, weiter insbesondere größer 10 kHz und kleiner 1 MHz, noch weiter insbesondere größer 10 kHz und kleiner 500 kHz, noch weiter insbesondere größer 50 kHz und kleiner 200 kHz, noch weiter insbesondere von 100 kHz niederfrequent moduliert.at the inventive method the high-frequency power is preferably at a frequency greater than 1 kHz, in particular greater than 10 kHz, furthermore in particular greater than 10 kHz and less than 1 MHz, even more particularly greater than 10 kHz and less than 500 kHz, even more especially 50 kHz and less than 200 kHz, even more particularly of 100 kHz low frequency modulated.
Auch ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise ein Puls zu Periode Verhältnis, d.h. der Duty Cycle d, der Modulation der Hochfrequenzleistung frei wählbar, insbesondere aus einem Bereich zwischen 1 % und 100 %, weiter insbesondere aus einem Bereich zwischen 5 % und 100 %, noch weiter insbesondere aus einem Bereich zwischen 10 % und 90 %.Also is in the inventive method preferably a pulse to period ratio, i.e. the duty cycle d, the modulation of the high-frequency power freely selectable, in particular from a range between 1% and 100%, further particularly from a range between 5% and 100%, still further in particular a range between 10% and 90%.
Für d = 1 liegt dann ein hochfrequenter Charakter vor, bei dem die Ionenenergien relativ niedrig sind und die Ionenströme und -dichten im Plasma relativ hoch sind. Für kleine Werte von d, z.B. d = 0,2 oder d = 0,1 oder d = 0,05 liegt ein niederfrequenter Charakter vor, bei dem die Ionenenergien relativ hoch sind und die mittleren Ionenströme und -dichten relativ niedrig sind. Die Einstellung eines gewünschten Zwischenzustandes zur Durchführung einer Schichtstressminimierung erfolgt z.B. bei mittleren d-Werten. Der Duty Cycle-Parameter d beeinflusst die zuvor angegebenen mit Ioneneinwirkung korrelierten physikalischen Effekte auf der Waferoberfläche deutlich, ohne die Chemie des Plasmas zu verändern, da die Plasmaleistung dabei im Zeitmittel auf einem gewünschten Leistungswert konstant gehalten wird. Selbst wenn durch den Duty Cycle-Parameter d ein niederfrequenter Charakter eingestellt wird, wird dadurch nichts an der scharfen Definition der Anregung der Ionenenergieverteilung geändert.For d = 1 then there is a high-frequency character in which the ion energies are relatively low and the ion currents and densities in the plasma are relative are high. For small values of d, e.g. d = 0.2 or d = 0.1 or d = 0.05 a low frequency character in which the ion energies are relative are high and the average ion currents and densities are relatively low are. The setting of a desired one Intermediate state for implementation shift stress minimization takes place e.g. with medium d values. The duty cycle parameter d also influences the previously specified Ion exposure correlated physical effects clearly on the wafer surface, without changing the chemistry of the plasma because the plasma power constant over time at a desired performance value is held. Even if through the duty cycle parameter d low-frequency character is set, nothing on the sharp definition of the excitation of the ion energy distribution changed.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die Hochfrequenzleistung vorzugsweise eine Frequenz von 1 bis 50 MHz, insbesondere 13,56 MHz oder 27,12 MHz auf. Die Hochfrequenzleistung weist erfindungsgemäß vorzugsweise eine Impulsspitzenleistung bis 1000 Watt, weiter vorzugsweise bis 2000 Watt auf.To the inventive method the high-frequency power preferably has a frequency of 1 up to 50 MHz, in particular 13.56 MHz or 27.12 MHz. The high frequency power preferably according to the invention a peak pulse power of up to 1000 watts, more preferably up to 2000 watts.
Vorzugsweise wird die Hochfrequenzleistung erfindungsgemäß mittels eines Pulssignals niederfrequent moduliert, welches weiter vorzugsweise annähernd rechteckige Taktflanken aufweist, die eine Anstiegszeit unter 1 μs, weiter vorzugsweise zwischen 0,1 μs und 0,3 μs aufweisen. Die niederfrequente Modulation bewirkt erfindungsgemäß vorzugsweise ein periodisches Abschalten und Einschalten der Hochfrequenzleistung.Preferably the high-frequency power according to the invention by means of a pulse signal modulated low-frequency, which further preferably approximately rectangular Has clock edges that have a rise time below 1 μs preferably between 0.1 μs and 0.3 μs exhibit. According to the invention, the low-frequency modulation preferably brings about periodic switching off and switching on the high-frequency power.
Erfindungsgemäß liegt der Wafer vorzugsweise auf einer geerdeten Substratelektrode einer Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Wafer und Prozessgase werden über eine parallel zu der Substratelektrode angeordneten oberen Showerhead-Elektrode in eine Plasmakammer der Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Wafer eingeführt. Die Hochfrequenzleistung wird erfindungsgemäß vorzugsweise von einem Hochfrequenzgenerator erzeugt und über ein Anpassnetzwerk an eine gepowerte Elektrode, vorzugsweise die obere Showerhead-Elektrode, einer Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Wafer eingekoppelt.According to the invention the wafer is preferably on a grounded substrate electrode Device for depositing a layer on a wafer and process gases are about an upper showerhead electrode arranged parallel to the substrate electrode into a plasma chamber of the device for depositing a layer introduced on a wafer. According to the invention, the high-frequency power is preferably provided by a high-frequency generator generated and over a matching network to a powered electrode, preferably the upper showerhead electrode, a device for separating a Layer coupled onto a wafer.
Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Anregungsmechanismus beschrieben. Sei P die mittlere eingekoppelte Plasmaleistung, die für einen bestimmten Prozess konstant gehalten werden soll, d das frei gewählte Puls zu Periode Verhältnis, d.h. der Duty Cycle-Parameter, p die aus P und d resultierende Impulsspitzenleistung, u die Spannung an der Showerhead-Elektrode entsprechend der Energie der im Plasma generierten Ionen, i der gepulste Ionenstrom und I der zeitliche Mittelwert des Ionenstroms. Die Pulsfrequenz muss ausreichend hoch sein, um die zeitliche Mittelung des Ionenstroms zuzulassen, d.h., die physikalischen Effekte der Strompulse auf eine Oberfläche, z.B. auf die Waferoberfläche, müssen dem Effekt eines zeitlich konstanten mittleren Stromflusses entsprechen. Dies ist für eine Trägerfrequenz von 13,56 MHz bei Frequenzen oberhalb von 1 kHz der Fall, mit Sicherheit bei Frequenzen oberhalb von 10 kHz. Bevorzugt werden beim erfindungsgemäßen Verfahren Pulswiederholraten von 100 kHz eingesetzt.following becomes the excitation mechanism according to the invention described. Let P be the mean coupled plasma power, the for one certain process should be kept constant, d the freely selected pulse to period ratio, i.e. the duty cycle parameter, p the peak pulse power resulting from P and d, u the voltage at the showerhead electrode corresponding to the energy the ions generated in the plasma, i the pulsed ion current and I the time average of the ion current. The pulse rate must be sufficient be high to allow the ion current to be averaged over time, i.e. the physical effects of the current pulses on a surface, e.g. on the wafer surface, have to correspond to the effect of a constant current flow over time. This is for a carrier frequency of 13.56 MHz at frequencies above 1 kHz, with certainty at frequencies above 10 kHz. Are preferred in the method according to the invention Pulse repetition rates of 100 kHz are used.
Unter der Annahme, dass sich die Plasmaimpedanz X mit der Plasmaleistung nur wenig ändert, also das Ohmsche Gesetz näherungsweise zutrifft, gilt: Assuming that the plasma impedance X changes only slightly with the plasma power, i.e. that Ohm's law approximately applies, the following applies:
Wird
bei konstanter mittlerer Leistung P das Puls zu Periode Verhältnis d
verkleinert und die Impulsspitzenleistung p entsprechend hoch skaliert,
so erhöht
sich die Energie u der im Plasma generierten Ionen und
es erniedrigt sich der mittlere Strom I ∝ √
Damit kann der Charakter der Plasmaanregung über den Duty Cycle-Parameter d zwischen "hochfrequent" und "niederfrequent" frei gewählt werden, ohne dass andere Kenngrößen wie z.B. die Anpassung durch das Anpassnetzwerk dabei verändert werden. Insbesondere treten auch bei niederfrequentem Charakter der Plasmaanregung keine Zünd- oder Stabilitätsprobleme im Plasma auf, auf der gepowerten Elektrode abgeschiedene Isolationsschichten sind Dank der hohen Trägerfrequenz nicht oder nur wenig störend und die generierte Ionenenergie ist auch für den niederfrequenten Fall scharf definiert. Über kleine Werte des Duty Cycle-Parameters d wird erfindungsgemäß also der Fall einer Niederfrequenzanregung emuliert, wobei die Vorteile der Niederfrequenzanregung erhalten werden, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.In order to the character of the plasma excitation can be determined via the duty cycle parameter d freely choose between "high frequency" and "low frequency", without other parameters like e.g. the adaptation by the adaptation network can be changed. In particular, plasma excitation occurs even when the frequency is low no ignition or stability problems insulation layers deposited in the plasma, on the powered electrode are thanks to the high carrier frequency not or only slightly disturbing and the generated ion energy is also for the low frequency case sharply defined. about small values of the duty cycle parameter According to the invention, d becomes the Case of low frequency excitation, taking advantage of Low frequency excitation can be obtained without the disadvantages in To have to buy.
Ein weiterer Vorteil eines Pulsbetriebes mit insbesondere niedrigem Duty Cycle-Parameter d und hoher Spitzenleistung p in den Pulsspitzen ist die Tatsache einer verbesserten Plasmastabilität, insbesondere bei hohen Prozessdrücken, und zwar vor allem hinsichtlich eines unerwünschten Auftretens von Stromkanälen oder Funken zwischen den Elektroden, sogenanntem "Arcing". Für viele Prozesse, z.B. Abscheiden von poly-SiGe (Silizium-Germanium poly Kristallin) mittels eines Prozessgasgemisches von Silan SiH4 und German GeH9 ggf. in Verbindung mit Dotiergasen wie B2H6 oder PH3, z.B. bei einer Wafertemperatur von 500°C bis 600°C, insbesondere 550°C, ist für eine hohe Abscheiderate ein hoher Druck von z.B. 10 bis 500 mbar, insbesondere etwa 100 mbar vorteilhaft, als ein "atmosphären-nahes" Plasma. Leider neigen solche Hochdruckplasmen bei den engen erforderlichen Elektrodenabständen aufgrund der "Paschenkurve" zur Funkenbildung, was die Plasmaunterstützung einer SiGe-Deposition wesentlich erschwert oder sogar unmöglich macht. Obwohl die Abscheidung bei 550°C unter atmosphärischen Bedingungen auch rein thermisch induziert möglich ist und nicht notwendigerweise einer Plasmaunterstützung bedarf, hat die Plasmaunterstützung große Vorteile zur Kontrolle und Verbesserung der Abscheiderate und der Schichtqualität der abgeschiedenen poly-SiGe-Schichten. Durch die Pulsung des Plasmas, insbesondere mit niedrigen Duty Cycle d und hohen Impulsspitzenleistungen p, wird einem "Arcing" wirksam vorgebeugt und dadurch der zulässige Arbeitsdruck eines Plasmas deutlich erhöht, was wiederum Vorteile hinsichtlich erzielbarer Abscheideraten mit sich bringt. Diese Erweiterung des Arbeitsdruckbereiches nach oben in die Nähe atmosphärischer Bedingungen wird ohne zusätzliche, über die bereits beschriebene Pulsung hinausgehende Maßnahmen erreicht, stellt also keinen Zusatzaufwand dar. Ohne Aufwand kann somit aus der erfindungsgemäßen Technik ein weiterer Vorteil in Form höherer möglicher Prozessdrücke erzielt werden.Another advantage of pulse operation with a particularly low duty cycle parameter d and ho The peak power p in the pulse peaks is the fact of improved plasma stability, especially at high process pressures, especially with regard to an undesired occurrence of current channels or sparks between the electrodes, so-called "arcing". For many processes, e.g. deposition of poly-SiGe (silicon germanium poly crystalline) using a process gas mixture of silane SiH 4 and German GeH 9, possibly in conjunction with doping gases such as B 2 H 6 or PH 3 , e.g. at a wafer temperature of 500 ° C to 600 ° C., in particular 550 ° C., a high pressure of, for example, 10 to 500 mbar, in particular approximately 100 mbar, is advantageous for a high deposition rate, as a "near-atmospheric" plasma. Unfortunately, due to the "Paschen curve", such high-pressure plasmas tend to spark at the narrow electrode spacings required, which makes plasma support for SiGe deposition considerably more difficult or even impossible. Although the deposition at 550 ° C under atmospheric conditions is also purely thermally induced and does not necessarily require plasma support, plasma support has great advantages in controlling and improving the deposition rate and the layer quality of the deposited poly-SiGe layers. The pulsation of the plasma, in particular with a low duty cycle d and high peak pulse powers p, effectively prevents arcing and thereby significantly increases the permissible working pressure of a plasma, which in turn has advantages in terms of achievable deposition rates. This expansion of the working pressure range upwards into the vicinity of atmospheric conditions is achieved without additional measures that go beyond the pulsing already described, and therefore does not constitute any additional effort. Without effort, another advantage in the form of higher possible process pressures can thus be achieved from the technology according to the invention.
Zeichnungdrawing
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination oder als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezeichnet. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßiger Weise auch einzeln betrachten und/oder zur sinnvollen weiteren Kombination zusammenfassen.Further Advantages of the invention result from the following description of the drawings. In the drawing is an embodiment the invention is exemplified. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination or as a preferred embodiment referred to the invention. Those skilled in the art will find the features convenient also consider individually and / or for a meaningful further combination sum up.
Es zeigt:It shows:
Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment
Die
erfindungsgemäß erzeugte
Hochfrequenzleistung wird über
ein übliches
Anpassnetzwerk
Die
Anstiegszeit der Taktflanken sollte deutlich unter 1 μs liegen.
Mit handelsüblichen
Generatoren können
Werte von 0,1 bis 0,3 μs
für eine
Trägerfrequenz
von 13,56 MHz erreicht werden. Erfindungsgemäß soll die Pulswiederholrate
zwischen 1 kHz und 500 kHz liegen, insbesondere zwischen 50 kHz
und 200 kHz, vorzugsweise bei 100 kHz. Mit dem erfindungsgemäßen niederfrequenten
Pulsgeber
Der
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