DE10352606A1

DE10352606A1 - Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil und Verwendung derselben

Info

Publication number: DE10352606A1
Application number: DE10352606A
Authority: DE
Inventors: Katsushi Kishimoto; Yusuke Fukuoka; Yasushi Fujioka; Hiroyuki Fukuda; Katsuhiko Kashiwara Nomoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: US7722738B2; DE10352606B4; US20040113287A1; JP3970815B2; JP2004214604A

Abstract

Es wird eine Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil angegeben, bei der eine Kathode (2) und eine Anode (4) an einer einfachen Konstruktion platziert werden können, eine hervorragende Filmabscheidung und eine hervorragende Filmdickenverteilung erzielt werden können und keine Kühlvorrichtungen angebracht werden müssen. DOLLAR A Eine Kammer (11) ist so ausgebildet, dass ihr Inneres auf einem beliebigen Vakuum gehalten werden kann. Anodenhalter (6) zum Halten einer Anode (4) sind am Boden einer Innenkonstruktion (8) platziert. Die Anode besteht aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Wärmefestigkeit. Ihre Temperatur wird durch einen Heizer (24) auf den Bereich von der Raumtemperatur bis 600 DEG C eingestellt. Auf einem Kathodenhalter (5) ist eine Kathode (2) so platziert, dass sie der Anode zugewandt ist. Der Kathodenhalter ist an der Innenkonstruktion (8) angebracht, die aus einem innerhalb der Kammer untergebrachten quaderförmigen Rahmen besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil sowie die Anwendung derselben zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils, und insbesondere betrifft sie eine derartige Herstellungseinheit, die über einen Innenaufbau verfügt, der dazu verwendet wird, ein Halbleiter-Bautiel durch Ausführen eines Ätzvorgangs und einer Filmherstellung auf einem Substrat durch Plasmaentladung eines Reaktionsgases herzustellen, sowie die Verwendung einer solchen Herstellungseinheit.
Als herkömmliche derartige Herstellungseinheit existiert eine Einheit mit Plasmareaktion, bei der die Gleichmäßigkeit des Ätzens und der Filmherstellung bei einer Plasmachemischen Technik verbessert ist; siehe z. B. JP-A-2002-270527 .
Im eben genannten Dokument ist eine Herstellungseinheit vom Vertikaltyp beschrieben, wie sie in der beigefügten 4 dargestellt ist.
Gemäß der 4 sind eine Kathode 2, eine Anode 4 und ein Heizer 14 zum Heizen eines Substrats als Konstruktionen an Wänden einer Kammer befestigt, die bei dieser Herstellungseinheit dem Einfluss der Außenatmosphäre unterliegt. Die Kathode 2 und die Anode 4 sorgen dafür, dass eine Plasmaentladung auftritt, und sie bilden auch Wände der Kammer.
Zwischen den oben beschriebenen Konstruktionen und der Kathode 2 ist in dazwischen liegender Form eine aus einem Isolator bestehende Konstruktion vorhanden. Diese Konstruktion stützt die Kathode 2 und die Anode 4 gegenüber den Wänden der Kammer ab.
In der Richtung einer Seite um den Umfang des zwischen der Kathode 2 und der Anode 4 gebildeten Plasmaentladungsbereichs herum ist ein Abpumpauslass vorhanden. Im unteren Teil der Kathode 2 und an der Wand der Kammer ist ein Kühlungsteil 14 vorhanden. Ein Glassubstrat 1, das ein zu bearbeitendes Objekt bildet, ist an einem Halter fixiert, und der Außenumfang desselben ist an den Kammerwänden befestigt. Ferner besteht die Gesamtheit der Kammer aus einer Aluminiumlegierung, und der vakuumdicht abgedichtete Teil der Kathode 2 sowie der vakuumdicht abgedichtete Teil eines Heizers 24, die reaktiven Radikalen unterliegen, sind mit einem Kautschuk-Abdichtmaterial auf Fluorbasis, wie Kalrez, bedeckt, wenn als Reaktionsgas ein Ätzgas verwendet wird.
Diese Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil wird unten konkreter beschrieben. Es wird nämlich die Kammer als Reaktionsgefäß bereitgestellt, und in deren Innerem wird die Anode 4 platziert. Die Anode 4 tritt mit dem Heizer 24 zum Beheizen des Glassubstrats 1 auf eine konstante Temperatur von z. B. 100 bis 600°C in Kontakt.
Für die Kammer und die Anode 4 wird rostfreier Stahl, eine Aluminiumlegierung oder ein ähnliches Material verwendet, und als Wärmeisoliermaterial wird Keramik oder dergleichen verwendet. Ferner wird die Kathode 2 so platziert, dass sie dem Substrat 1 zugewandt ist, die Kathode 2 wird durch einen Kathodenhalter 5 aus einem Isolator gehalten, um elektrisch gegen die Umgebung isoliert zu sein.
Hierbei ist es erforderlich, den Abstand zwischen der Kathode 2 und der Anode 4 mit hoher Genauigkeit einzustellen, um einen Film mit gleichmäßiger Filmdicke und Filmqualität herzustellen. Daher wird die Kathode 2 durch Schraubeinrichtungen fixiert, die an ihrem Umfang mit regelmäßigem Intervall vorhanden sind.
Als Material der Kathode 2 wird rostfreier Stahl, eine Aluminiumlegierung oder ein ähnliches Material verwendet. Außerdem ist in der dem Substrat 1 zugewandten Oberfläche der Kathode 2 durch eine Durchstoßungsbearbeitung eine große Anzahl von Mikro-Durchgangslöchern erzeugt. Das von einer Reaktionsgas-Einlassleitung 10 zugeführte Reaktionsgas kann mittels dieser Durchgangslöcher gleichmäßig zur Oberfläche des Substrats 1 geliefert werden.
Das Substrat 1 wird durch einen Substrathalter 15 auf stabile Weise gehalten, und im Fall einer derartigen Herstellungseinheit vom Vertikaltyp wird es auf der Oberfläche der Anode 4 platziert. Der Kühlungsteil 14 wird außerhalb des Heizers 24 platziert, um einen Temperaturanstieg in der Kam mer oder der vakuumdicht abdichtenden Teile einzuschränken. Dies, da ein Kautschuk-Abdichtmaterial wie Viton oder Kalrez für die vakuumdicht abdichtenden Teile verwendet wird und es besonders erforderlich ist, diese Teile ausreichend zu kühlen.
Eine für den Entladungsraum verwendete Abpumpleitung 9, ein Druckregler 22 und eine Vakuumpumpe 21 sind vorhanden, um den Druck des Reaktionsgases in der Kammer frei einzustellen. Mit der Vakuumpumpe 21 ist eine Schadstoff-Bekämpfungsvorrichtung 23 zum Entfernen schädlicher Substanzen aus dem Abgas verbunden. Außerdem sind eine Plasmaanregungs-Spannungsversorgung 12, die eine hochfrequente Spannungsversorgung ist, und eine Impedanzanpassungseinrichtung 13 vorhanden, um der Kathode 2 hochfrequente Energie zuzuführen.
Eine derartige Konfiguration sorgt dafür, dass zwischen der Kathode 2 und der Anode 4 unter Bedingungen, bei denen der Druck des Reaktionsgases gesteuert wird, eine Glimmentladung auftritt, so dass auf dem Substrat 1 ein amorpher oder kristalliner Film erzeugt wird.
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Herstellungseinheit treten verschiedene Probleme auf, die nachfolgend beschrieben werden.
Die Kathode 2, die Anode 4 und der Heizer 24 zum Beheizen eines Substrats sind an den Wänden der Kammer befestigt, was zu einer Erhöhung der Wärmeleitung nach außen führt und weswegen eine Erdung erforderlich ist und eine Kühlvorrichtung (Kühlungsteil 14) für die Abdichtungsabschnitte erforderlich wird. Außerdem wird die Kathode 2 als Wand der Kammer verwendet, die durch die Außenatmosphäre beeinflusst, obwohl die Kathode selbst stark isolierend sein muss, weswegen die Kathode 2 eine große Konstruktion bildet und Teile derselben teuer sind, wobei es außerdem erforderlich ist, die Kathode durch den Kühlungsteil 14 von der Rückseite her zu kühlen. Der Heizer 24 ist ebenfalls mit einer Wand der Kammer verbunden, weswegen es erforderlich ist, diesen Verbindungsabschnitt zu kühlen.
Obwohl die Kathode 2 mittels einer Konstruktion aus einem Isolator an der Wand der Kammer gehalten ist, ist es schwierig, den Abstand zum Erden dieser Wand gegenüber der Spannungszuführung zu gewährleisten, weswegen auch die Plasmaentladung leicht durch diese Wand beeinflusst wird. Obwohl es erforderlich ist, die Kammerwand so weit wie möglich entfernt von der Kathode 2 zu platzieren, um einen derartigen Einfluss auf das Minimum zu beschränken, führt eine derartige Realisierung direkt zu einer Vergrößerung der Kammer, weswegen dies zu einem Kostenanstiegsfaktor wird.
Außerdem muss die Kathode 2, die eine große Konstruktion ist, ein Auslecken des Reaktionsgases verhindern, zusätzlich dazu, dass sie eine elektrische Isolierung gegenüber der Kammerwand gewährleisten muss, und daher werden vakuumdicht abdichtende Teile großer Abmessung erforderlich, was zu einem starken Kostenanstieg führt.
Ferner wird für die vakuumdicht abdichtenden Teile zwar ein Kautschukabdichtmaterial wie Viton oder Karlez verwendet, wenn ein Ätzgas auf Fluorbasis als Reaktionsgas verwendet wird, jedoch sind Wirkungen von Fluorradikalen an den Abdichtungsteilen der Kathode 2 und der Anode 4 in der Nähe des Plasmaentladungsbereichs unvermeidlich, und daher muss teures Karlez verwendet werden.
Außerdem ist ein Abpumpauslass nur in der Richtung einer Seite in der Umgebung des Plasmaentladungsbereichs vorhanden, weswegen das Leitvermögen des Reaktionsgases verringert ist, was es erschwert, eine große Gasmenge auszutauschen.
Darüber hinaus ist der Plasmaentladungsbereich auf die Vorderseite beschränkt, da Energie von der Rückseite her zugeführt wird. Außerdem tritt im Fall eines vertikalen Substrataufbaus, wenn die Umgebung des Substrats 1 fixiert ist, ein Problem hinsichtlich unzureichender Erdung auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil, bei der eine Kathode und eine Anode in einer einfachen Konstruktion platziert werden können, mit der hervorragende Filmabscheidung und eine hervorragende Filmdickenverteilung erzielt werden können und bei der keine Kühlvorrichtung erforderlich ist, so dass die Gesamtkonstruktion der Einheit vereinfacht ist und die Herstellkosten gesenkt werden können, zu schaffen und diese Herstellungseinheit zur Herstellung eines Halbleiter-Bauteils zu verwenden.
Diese Aufgabe ist hinsichtlich der Herstellungseinheit durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendung durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 16 gelöst.
Bei der Erfindung werden die Kathode und die Anode mittels der Innenkonstruktion so gehalten, dass sie von den Kammerwänden getrennt sind, und daher müssen sie nicht der Atmosphäre Stand halten, so dass die Konfiguration vereinfacht werden kann. Außerdem ist der Heizer von den Kammerwänden getrennt, um die Wärmeleitung nach außen zu verringern, so dass eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Wände weggelassen werden kann. Ferner ist die Innenkonstruktion, die die Kathode, die Anode und den Heizer zum Beheizen des Substrats hält, so vorhanden, dass sie den Entladungsraum innerhalb der Kammer umgibt, wobei nichts den Strömungspfad des Reak tionsgases behindert, weswegen das Leitvermögen für das Gas verbessert ist und es möglich wird, eine große Gasmenge auszutauschen.
Der Abstand zwischen dem Erdungsabschnitt, wie den Außenwänden und der Kathode, kann ausreichend groß sein, und daher wird das Plasma nicht leicht durch ein anderes Potenzial als das der Anode beeinflusst, so dass die Stabilität des Entladungsplasmas erhöht ist.
Außerdem können die Kammerwände und der Entladungsraum getrennt sein, weswegen es nicht mehr erforderlich ist, auf Korrosionsbeständigkeit von Vakuumteilen wie einem zur Vakuumabdichtung verwendeten O-Ring zu achten, und zwar selbst dann nicht, wenn ein korrodierendes Gas wie Fluor verwendet wird, und es können in weitem Umfang verwendete Erzeugnisse wie Viton verwendet werden.
Daher können eine Kathode und eine Anode in der erfindungsgemäßen Herstellungseinheit mit einfachem Aufbau platziert werden, und es können eine hervorragende Filmabscheidung und eine hervorragende Filmdickenverteilung erzielt werden, und ferner muss keine Kühlvorrichtung angebracht werden, so dass eine Vereinfachung der Gesamtkonstruktion der Einheit erzielt werden kann, was zu einer Kostensenkung führt.
Es ist bevorzugt, dass die Innenkonstruktion einer erfindungsgemäßen Herstellungseinheit als quaderförmiger Rahmen ausgebildet ist. Bei einer solchen Konfiguration können die flachen Seiten des Rahmens in Quaderform dazu verwendet werden, den Zusammenbau der Kathode und der Anode in Plattenform mit der Innenkonstruktion zu vereinfachen.
Es ist bevorzugt, dass die Innenkonstruktion mittels Beinen an der Kammer angebracht wird. In diesem Fall kann die Wär meleitung zwischen der Innenkonstruktion und den Kammerwänden verringert werden. Außerdem ist die Innenkonstruktion so platziert, dass sie von den Kammerwänden getrennt ist, und daher kann das Leitvermögen für das Reaktionsgas erhöht werden, und es wird möglich, eine große Gasmenge auszutauschen.
Es ist bevorzugt, dass die Innenkonstruktion die Kathode über einem Isolator hält. In diesem Fall ist es möglich, den Effekt der Kammerwände auf die Kathode beim Zuführen von Energie zu unterdrücken, wodurch es einfach möglich ist, den Entladungsraum zu kontrollieren.
Es ist bevorzugt, dass die Innenkonstruktion den Heizer mittels eines Isolators hält. In diesem Fall ist es möglich, den Effekt der Kammerwände auf den Heizer beim Zuführen von Energie zu unterdrücken, und außerdem kann eine Potenzialeinstellung der Anode ausgeführt werden, weswegen es einfach ist, den Entladungsraum zu kontrollieren.
Es ist bevorzugt, dass ein derartiger Isolator aus Glas, Aluminium- oder Zirkoniumoxid besteht. In einem solchen Fall kann die gewünschte Isolierung mit einem leicht verfügbaren und vergleichsweise billigen Material gewährleistet werden.
Es ist bevorzugt, dass die Kathode in Plattenform vorliegt und sie so konfiguriert ist, dass die Energiezufuhr über eine andere Fläche als die Vorder- und die Rückseite erfolgt, d. h. von einem Ende her oder von einer Seite in der Dickenrichtung her. Wenn die Kathode auf solche Weise konfiguriert ist, kann die Entladung von der Vorder- und der Rückseite her effektiv dadurch genutzt werden, dass die Energie über eine andere Fläche als die Vorder- und die Rückseite zugeführt wird.
Es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Herstellungsein heit so aufgebaut ist, dass eine Anode so platziert ist, dass sie der Vorder- und der Rückseite einer Kathode zugewandt ist, wobei Plasmaentladung an beiden Seiten der Kathode ausgeführt wird. Im Fall einer derartigen Konfiguration wird eine Plasmaentladung an zwei Orten für eine Kathode möglich, und daher kann ein Halbleiter-Bauteil mit höherer Bearbeitungseffizienz hergestellt werden, und es kann eine Miniaturisierung der gesamten Einheit erzielt werden.
Es kann eine Anzahl von Konstruktionen wie dieser in einer Kammer vorhanden sein, um den Prozesswirkungsgrad zu erhöhen.
Es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Herstellungseinheit ferner mit einer Einrichtung zum Verringern des Drucks im Anodenraum relativ zum Raum zwischen den Elektroden innerhalb der Innenkonstruktion versehen ist. In diesem Fall ermöglicht es die Einrichtung zur Druckabsenkung, dass der Druck im Anodenraum niedriger als derjenige im Raum zwischen den Elektroden innerhalb der Innenkonstruktion ist, weswegen es auf einfache Art möglich ist, ein Substrat dadurch auf der Oberfläche der Anode zu platzieren, dass diese Druckdifferenz genutzt wird, so dass der Haltemechanismus zum Halten eines Substrats vereinfacht werden kann.
Genauer gesagt, ist es bevorzugt, dass eine derartige Einrichtung zur Druckabsenkung den Druck im Innenraum der Innenkonstruktion auf ca. 1 bis 133 hPa (1 bis 100 Torr) hält. Dies, das Versuche gezeigt haben, dass es zweckdienlich ist, den Druck im Innenraum der Innenkonstruktion auf einen Wert innerhalb dieses Bereichs einzustellen, um ein Substrat dadurch auf der Oberfläche der Anode zu platzieren, dass diese Druckdifferenz genutzt wird.
Wenn das Substrat unter Nutzung der oben beschriebenen Druckdifferenz auf der Oberfläche der Anode platziert ist, ist es bevorzugt, dass die Anode als Kastenkonstruktion mit einer großen Anzahl von Durchgangslöchern ausgebildet ist, wobei der oben beschriebene Heizer innerhalb dieser Kastenkonstruktion platziert wird, und dass ein mit den oben angegenen Durchgangslöchern verbundener Raum vorhanden ist. Wenn eine Anode mit derartiger Konfiguration verwendet wird, kann das Substrat aufgrund der großen Anzahl von Durchgangslöchern leichter auf der Oberfläche der Anode platziert werden.
Es ist bevorzugt, dass es die Konfiguration ermöglicht, das Substrat aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Innenkonstruktion und dem Raum innerhalb der Anode an dieser zu halten. Im Fall einer solchen Konfiguration kann das Substrat aufgrund der großen Anzahl von Durchgangslöchern leichter auf der Oberfläche der Anode platziert werden.
Es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Herstellungseinheit mit zwei Kathoden für eine Anode, mit einer Kathode für zwei Anoden oder mit zwei oder mehr Paaren Anoden und Kathoden versehen ist. Wenn Anoden und Kathoden gemäß einem beliebigen der eben genannten drei Aufbauten vorhanden sind, ist es möglich, vorbestimmte Prozesse an einer großen Anzahl von Substraten innerhalb kurzer Zeit im Vergleich zu einer Herstellungseinheit mit einem Paar aus einer Anode und einer Kathode auszuführen, so dass die Herstelleffizienz verbessert werden kann.
Die erfindungsgemäße Herstellungseinheit kann ein Plasma eines Ätzgases auf Fluorbasis erzeugen. Die Betriebsrate der Einheit kann dadurch erhöht werden, dass Plasma mittels eines in weitem Umfang verwendeten Ätzgases auf Fluorbasis wie SF₆ oder NF₃ erzeugt wird, weswegen es möglich ist, auf ein fache Weise ein gewünschtes Halbleiter-Bauteil billig herzustellen.
Wenn die erfindungsgemäße Herstellungseinheit zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils verwendet wird, kann z. B. eine Solarenergiebatterie, bei der ein Halbleiter- oder ein optischer Dünnfilm verwendet wird, ein TFT oder ein lichtempfindlicher Körper leicht auf billige Weise hergestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben.
1 bis 3 ist jeweils ein schematischer Längsschnitt einer Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil gemäß einer Ausführungsform 1, 2 bzw. 3 der Erfindung;
4 ist ein schematischer Längsschnitt einer Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil gemäß dem Stand der Technik; und
5 ist ein schemtischer Längsschnitt, der eine Anode 3 (Kastenkonstruktion) bei der Ausführungsform 3 zeigt.
Ausführungsform 1
Bei der in der 1 dargestellten Ausführungsform 1 ist eine Kammer 11 aus rostfreiem Stahl, eine Aluminiumlegierung oder dergleichen vorhanden. Der Eingriffsabschnitt der Kammer 11 ist vollständig durch einen O-Ring oder dergleichen abgedichtet. Mit der Kammer 11 sind eine Abpumpleitung 9, ein Druckregler 22 und eine Vakuumpumpe 21 verbunden, so dass der Druck innerhalb der Kammer 11 auf ein beliebiges Vakuum eingestellt werden kann. Mit der Vakuumpumpe 21 ist eine Schadstoff-Bekämpfungsvorrichtung 23 zum Entfernen schädlicher Substanzen aus dem Abgas nach der Reaktion eines in die Kammer 11 eingeleiteten Reaktionsgases vorhanden.
Elektrische Haltebeine 25, die das Gewicht der zu haltenden Konstruktion ausreichend abstützen können, sind mit der Kammer 11 verbunden, und mit ihnen ist andererseits eine Innenkonstruktion 8 verbunden. Der Zweck dieser Haltebeine 25 besteht im räumlichen Isolieren der Innenkonstruktion 8, um die Wärmeleitung zur Kammer 11 zu unterdrücken, und daher ist es um so besser, je länger die Haltebeine sind und je kleiner die Fläche für ihre Installation ist. Obwohl bei dieser Ausführungsform die elektrischen Haltebeine 25 mit dem Boden der Kammer 11 verbunden sind, können sich die Verbindungsstellen an den Seiten oder der Oberseite der Kammer 11 befinden, so dass keine spezielle Beschränkung für den Anbringungsort besteht.
Die Innenkonstruktion 8 ist eine Konstruktion mit solcher Stabilität, dass sie Teile wie eine Kathode, eine Anode und einen Heizer halten kann, und es ist bevorzugt, dass sie über eine Konstruktion in Rahmenform aus quadratischen Stäben oder dergleichen verfügt, wobei der Austauschwirkungsgrad für in das Innere eingeleitete Gase berücksichtigt wird. Hierbei besteht für die Innenkonstruktion 8 keine Beschränkung auf diese Konstruktion, solange sie über eine solche Stabilität verfügt, dass sie Teile wie eine Kathode 2, eine Anode 4 und einen Heizer halten kann und einen einfachen Austausch von Gasen ermöglicht.
Die Anode 4 besteht aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Wärmefestigkeit wie rostfreiem Stahl, einer Aluminiumlegierung oder Kohlenstoff. Die Abmessungen der Anode 4 werden so bestimmt, dass sie zu den Abmessungen eines Glassubstrats 1 zur Herstellung eines Dünn films passen. Hierbei ist die Herstellungseinheit so konzipiert, dass die Abmessungen der Anode 4 1000 mm bis 1500 mm × 600 mm bis 1000 mm betragen, wenn die Abmessungen des Substrats 1 900 mm bis 1200 mm × 400 mm bis 900 mm betragen.
Der Heizer 24 ist so in die Anode 4 eingebaut, dass die Temperatur der letzteren durch ihn so eingestellt wird, dass sie sich im Bereich von der Raumtemperatur bis 300°C befindet. Die hier verwendete Anode 4 ist eine solche, bei der eine eingebaute Heizvorrichtung wie ein Mantelheizer und ein eingeschlossener Temperatursensor wie ein Thermoelement in eine Aluminiumlegierung eingebaut sind, wobei sie auf geregelte Weise auf einen Temperaturbereich von der Raumtemperatur bis 300°C erhitzt wird.
Zwischen dem Boden der Innenkonstruktion 8 und der Unterseite der Anode 4 ist ein Zwischenraum konstanter Abmessung vorhanden, um einen Temperaturanstieg der Innenkonstruktion 8 durch Strahlungswärme von der Anode 4 zu unterdrücken. Hier ist der Zwischenraum auf 10 bis 30 mm eingestellt.
Außerdem ist es wünschenswert, dass die Anodenhalter 6 aus einem Material mit kleiner Wärmeleitfähigkeit bestehen, um einen Temperaturanstieg der Innenkonstruktion 8 aufgrund der Wärmeleitung von den Anodenhaltern 6 zu unterdrücken, und bei der Ausführungsform wurde Zirkoniumoxid verwendet.
Ferner ist es wünschenswert, dass die Kontaktflächen der Anode 4 und der Anodenhalter 6 so klein wie möglich sind, um einen Wärmetransport von der Anode 4 zur Innenkonstruktion 8 aufgrund der Wärmeleitung der Anodenhalter 6 zu unterdrücken. Hierbei liegen die Anodenhalter 6 mit solcher Form vor, dass sie vier Ecken der Anode 4 abstützen, und ihre Abmessungen sind 30 mm × 50 mm, wobei die Form und die Abmessungen so bestimmt sind, dass keine Gefahr dafür besteht, dass sich die Anode 4 verwindet.
Ferner sind Nuten mit einer Tiefe im Bereich von 1 bis 5 mm zusätzlich an mehreren Stellen in den Kontaktgebieten der Anodenhalter 6 und der Anode 4 vorhanden, um den Transport von Wärme von der Anode 4 zur Innenkonstruktion 8 aufgrund der Wärmeleitfähigkeit der Anodenhalter 6 einzuschränken.
Die Anode 4 wird durch die sich an ihren vier Ecken befindenden Anodenhalter 6 gehalten. Sie ist durch eine Masseleitung mit der Kammer 11 verbunden, wenn es erforderlich ist, sie elektrisch mit Masse zu verbinden. Hierbei ist die Masseleitung an den vier Ecken der Anode 4 unter Verwendung einer Aluminiumplatte mit einer Breite von 10 bis 35 mm und einer Dicke von 0,5 bis 3 mm angebracht. Übrigens kann, wenn das Potenzial der Anode 4 eingestellt wird, eine Gleichspannungsquelle direkt mit ihr verbunden werden.
Die Kathode 2 besteht aus rostfreiem Stahl, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen. Bei der Ausführungsform ist eine Aluminiumlegierung verwendet. Die Abmessungen der Kathode 2 sind entsprechend den Abmessungen des Substrats 1, auf dem eine Filmherstellung ausgeführt wird, bemessen, und bei der Ausführungsform verfügt die Kathode 2 über Abmessungen von 1000 bis 1500 mm bis 600 bis 1000 mm. Das Innere der Kathode 2 ist hohl. In diesen Hohlraum wird durch eine Reaktionsgas-Einlassleitung 10 ein Reaktionsgas eingeleitet. Hier wird als Reaktionsgas mit H₂ verdünntes SiH₄-Gas verwendet.
In der Oberfläche der Kathode 2 ist durch eine Perforationsbearbeitung eine große Anzahl von Durchgangslöcher zum Zuführen eines Reaktionsgases zum Raum oberhalb des Substrats 1 ausgebildet. Es ist wünschenswert, diese Perforationsbearbeitung so auszuführen, dass Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,1 bis 2 mm mit einer Schrittweite von ei nigen mm bis einigen cm hergestellt werden.
Die Kathode 2 ist so auf einem Kathodenhalter 5 installiert, dass sie der Anode 4 zugewandt ist. Für den Kathodenhalter 5 ist elektrische Isolierung erforderlich sowie ausreichende Festigkeit zum Halten der Kathode 2, weswegen ein Material wie Keramik verwendet wird. Vorzugsweise wird Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid oder Glas verwendet.
Es ist bevorzugt, dass der Abstand zwischen der Kathode 2 und der Anode 4 im Bereich von einigen mm bis einigen 10 mm liegt, und hier ist der Abstand auf einen Wert im Bereich von 2 bis 30 mm eingestellt. Außerdem ist es wünschenswert, dass die Genauigkeit für diesen Abstand einige Prozent oder weniger beträgt, und bei der Ausführungsform betrug sie 1 oder weniger.
Bei der Ausführungsform sind zwar die Kathodenhalter 5 an allen vier Ecken der Kathode 2 platziert, jedoch kann z. B. ein Kathodenhalter um den gesamten Umfang der Kathode 2 platziert sein.
Bei der Ausführungsform betragen die Abmessungen der Flächen, in denen die Kathodenhalter 5 und die Kathode 2 miteinander in Kontakt stehen, 100 mm × 500 mm, jedoch werden die Abmessungen und die Anordnung dieser Flächen allgemein so bestimmt, dass es zu keiner Verwindung in der Kathode 2 kommt.
Die Kathodenhalter 5 sind an der Innenkonstruktion 8 angebracht, bei der es sich um einen quaderförmigen Rahmen innerhalb der Kammer 11 handelt.
Die Plasmaanregungs-Spannungsversorgung 12 ist über die Impedanzanpassungseinrichtung 13 elektrisch mit der Kathode 2 verbunden, und so wird ihr Energie zugeführt. Die Plasmaanregungs-Spannungsversorgung 12 liefert eine Wechselspannung von 10 W bis 100 kW mit einer Frequenz von 1,00 MHz bis 108,48 MHz. Hier wird eine Leistung von 10 W bis 10 kW mit einer Frequenz von 13,56 MHz bis 54,24 MHz verwendet.
Bei der auf die oben beschriebene Weise aufgebauten Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil wird ein Reaktionsgas in den Raum zwischen der Kathode 2 und der Anode 4 eingefüllt, um über eine vorbestimmte Strömungsmenge und einen vorbestimmten Druck zu verfügen, und der Kathode 2 und der Anode 4 wird Hochfrequenzenergie zugeführt, so dass zwischen ihnen ein Glimmentladungsbereich (Plasmaentladungsbereich) gebildet wird. Dadurch kann auf dem Substrat 1 ein amorpher oder kristalliner Film ausgebildet werden.
Genauer gesagt, wird als Reaktionsgas mit H₂ verdünntes SiH₄-Gas verwendet und eine Filmbildung für 10 Minuten wird ausgeführt, wodurch ein Silicium-Dünnfilm mit einer Filmdicke von 300 nm und einer Filmdickenverteilung von ±10 % hergestellt werden kann.
Bei der auf die oben beschriebene Weise aufgebauten Herstellungseinheit der Ausführungsform 1 können die Kathode 2 und die Anode 4 mit einer einfachen Konstruktion platziert werden, und es ist möglich, eine hervorragende Filmabscheidung und Filmdickenverteilung im Vergleich zum Stand der Technik zu erzielen. Außerdem können die Kathode 2 und die Anode 4 in der Innenkonstruktion 8 platziert werden, so dass es überflüssig ist, eine Kühlvorrichtung anzubringen, weswegen die Konstruktion der gesamten Einheit vereinfacht werden kann, was zu einer Kostensenkung führt.
Wenn diese Herstellungseinheit der Ausführungsform 1 zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils wie einer Solarzelle, eines TFT oder eines lichtempfindlichen Körpers verwendet wird, kann dieses Halbleiter-Bauteil auf billige Weise hergestellt werden.
Ausführungsform 2
Bei der in der 2 veranschaulichten Ausführungsform 2 ist dieselbe Kammer 11 wie bei der Ausführungsform 1 verwendet und Anoden 4 sind zu beiden Seiten einer Kathode 2 innerhalb dieser Kammer 11 platziert. Dabei wird Energie von einer anderen Fläche als der Vorder- und der Rückseite der Kathode 2 zugeführt, d. h. von einem Ende oder von einer Seite in der Dickenrichtung der Kathode 2 her. Diese Herstellungseinheit ist von den Kammerwänden isoliert und verfügt daher über eine Konstruktion, bei der die Potenzialeinstellung der Anode 4 einfach ist. In diesem Fall wird eine Filmbildung auf mehreren Substraten, von denen jedes dem Substrat 1 entspricht, möglich.
Mit dieser Herstellungseinheit werden dieselben Vorteile wie mit der der Ausführungsform 1 erzielt, und zusätzlich wird eine Erhöhung des Durchsatzes erreicht.
Ausführungsform 3
Bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform 3 ist eine Anode 3 eine solche mit Kastenkonstruktion mit einer großen Anzahl von Durchgangslöchern 28 sowie einem Heizer 27 und einem Raum. Demgemäß ist der Heizer 27 in die Anode 3 eingebaut. Außerdem ist im Raum innerhalb dieser Anode 3 ein Mechanismus mit einer Abpump/Inertagseinlass-Leitung 7 vorhanden, wobei Gas durch diese Leitung 7 eingeleitet und abgesaugt wird, wodurch das Substrat 1 auf geschickte Weise auf der Anode 3 platziert oder von ihr entfernt werden kann.
Dieser Mechanismus nutzt eine Druckdifferenz zum Halten des Substrats 1, und er ist daher für Filmbildung bei einer Druckdifferenz von 0,1 hPa oder mehr geeignet. Hierbei sind Abpumpauslässe in zwei Systemen der Leitung 7 innerhalb der Anode und mit einer Abpumpleitung 9 innerhalb des Entladungsraums vorhanden, so dass die dazwischen vorhandene Druckdifferenz genutzt wird. Dabei können bei der Druckeinstellung zur Filmbildung die Dichte (Verteilung) der Durchgangslöcher 28 in der Anode 3 sowie die Form und die Größe derselben wahlfrei entsprechend dem Gewicht des zu haltenden Substrats 1 eingestellt werden.
Bei dieser Herstellungseinheit wird der Druck zur Filmbildung auf 1 hPa eingestellt; die Dichte (Verteilung) der Durchgangslöcher 28 wird auf 1/cm² eingestellt; und hinsichtlich der Form und der Größe der Durchgangslöcher 28 gilt, dass diese mit Kreisform mit einem Durchmesser von 1 mm vorliegen, wobei ein Glassubstrat 1 mit einer Dicke von 0,7 mm gehalten wird.
Bei der Herstellungseinheit gemäß der Ausführungsform 3, die auf die vorstehend beschriebene Weise konfiguriert ist, wird die Glasfläche des Substrats 1 auf der Anode 3 platziert und mit gleichmäßiger Kraft gegen diese gedrückt, weswegen die Platzierungsbedingungen hervorragend sind und sie stark zu einer Verbesserung der Verteilung der Filmdicke innerhalb der Fläche beitragen. Außerdem werden die Substrathalter 15, die eine ungleichmäßige Entladung verursachen können, überflüssig, und sie können weggelassen werden, weswegen die Gleichmäßigkeit der Entladung verbessert ist.
Das Substrat 1 hebt von der Oberfläche der Kathode ab, so dass eine Platzierung und Entfernung des Substrats 1 dann leicht ausgeführt werden können, wenn der Druck in der Kammer abgesenkt wird, während das Innere der Anode auf hohen Druck im Vergleich zum Inneren der Kammer gebracht wird, wenn ein Inertgas 26 durch die obige Leitung 7 eingeleitet wird.
Andere Effekte der Herstellungseinheit gemäß der Ausführungsform 3 sind dieselben wie sie oben für die Herstellungseinheit gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben sind.
Die Herstellungseinheiten für ein Halbleiter-Bauteil gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 3 verfügen über Konfigurationen, bei denen ein Substrat 1, das ein zu bearbeitendes Objekt bildet, in vertikaler Richtung platziert wird und die Kathode 2 parallel zum Substrat 1 platziert wird. Jedoch bildet eine derartige Anordnung nicht einen wesentlichen Gesichtspunkt der Erfindung, und sie kann entsprechend den Umständen abgeändert werden. Es tritt selbst dann kein Problem auf, wenn das Substrat z. B. horizontal platziert wird oder wenn es auf der Kathode platziert wird.

Claims

Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil mit: – einer Kammer (11), die abgedichtet werden kann; – einer Innenkonstruktion (8), die in der Kammer getrennt von den Kammerwänden vorhanden ist und über einen Innenraum zum Aufnehmen eines Substrats für ein Halbleiter-Bauteil, das ein zu bearbeitendes Objekt bildet, verfügt; – einer Reaktionsgas-Zuführeinrichtung zum Zuführen eines Reaktionsgases zum Innenraum; – einer Kathode (2) und einer Anode (4) für eine Plasmaentladung des Reaktionsgases; und – einem Heizer (24) zum Beheizen des Substrats; – wobei die Kathode, die Anode und der Heizer durch die Innenkonstruktion gehalten werden.
Herstellungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkonstruktion (8) als quaderförmiger Rahmen ausgebildet ist.
Herstellungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkonstruktion (8) mit Haltebeinen an der Kammer (11) befestigt ist.
Herstellungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkonstruktion (8) die Kathode mittels eines Isolators hält.
Herstellungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkonstruktion (8) den Heizer (24) mittels eines Isolators hält.
Herstellungseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator aus Glas, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid besteht.
Herstellungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (2) plattenförmig ist und sie so konfiguriert ist, dass sie Energie von einer anderen Seite als der Vorder- und der Rückseite her erhält.
Herstellungseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anode (4) so platziert ist, dass sie sowohl der Vorder- als auch der Rückseite einer Kathode (2) zugewandt ist, so dass eine Plasmaentladung auf beiden Seiten der Kathode ausgeführt wird.
Herstellungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (3) als Kastenkonstruktion mit einer großen Anzahl von Durchgangslöchern (28) ausgebildet ist und der Heizer (27) innerhalb dieser Kastenkonstruktion platziert ist, wo ein mit den Durchgangslöchern verbundener Raum vorhanden ist.
Herstellungseinheit nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Absenken/Erhöhen des Drucks im Raum der Anode relativ zum Druck im Raum zwischen den Elektroden innerhalb der Innenkonstruktion (8).
Herstellungseinheit nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Absenken des Drucks im Raum der Anode auf einen Druck, der dem Druck im Inneren des Raums der Innenkonstruktion (8) entspricht, oder kleiner ist, wenn der Druck im Innenraum der Innenkonstruktion (8) auf einem Druck im Bereich 1 bis 133 hPa (1 bis 100 Torr) gehalten wird.
Herstellungseinheit nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einleiten eines Inertgases in den Raum der Anode (4) zum Erleichtern des Abnehmens und Anbringens des Substrats (1).
Herstellungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (4) das Substrat (1) mittels einer Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Innenkonstruktion (8) und dem Raum innerhalb der Anode hält.
Herstellungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Anode zwei Kathoden; für zwei Anoden eine Kathode oder zwei oder mehr Paare von Anoden und Kathoden vorhanden sind.
Herstellungseinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen eines Ätzgases auf Fluorbasis als Reaktionsgas.
Verwendung einer Herstellungseinheit für ein Halbleiter-Bauteil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils.