DE2251571A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbringen von beschichtungen auf substraten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aufbringen von beschichtungen auf substraten

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Description

TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas,Texas, V.St.A-.
Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen von Be.schichtungen auf Substraten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von Beschichtungen auf Substraten und insbesondere auf einen Radialstrümungsreaktor zum Beschichten von Substraten unter Verwendung einer laminaren Strömung aus reaktionsfähigen Gasen in radialer Richtung über eine Oberfläche sowie ein Verfahren zum Aufbringen der Beschichtungen mit Hilfe eines solchen Reaktors.
Die Stabilität von Halbleiterbauelementen, Insbesondere von Metall-Isolator-Halbleiterbauelementen hängt in großem Umfang von der Art und Weise ab, wie sie passiviert werden und wie die fertigen Bauelemente von der Umgebung isoliert werden. Bisher sind viele verschiedene Materialien als Passivierungsmaterialien verwendet worden, beispielsweise aufgebrachte Silanoxide (sowohl dotiert als auch undotiert), Aluminiumoxid, dotiertes Glas in unterschiedlichen Zusammensetzungen und in jüngerer Zeit Siliziumnitrid. Mit Ausnahme von Siliziumnitrid
Schw/Ea
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können alle diese Materialien bei relativ niedrigen Temperaturen unter Anwendung eines entsprechenden chemischen oder elektrochemischen Prozesses aufgebracht werden. Bei Nitriden werden Standardverfahren der chemischen Dampfabscheidung typischerweise bei Temperaturen von etwa 750 bis 8000C unter Verwendung einer Gasmischung aus Silan, Ammoniak und Wasserstoff ausgeführt.
In jüngster Zeit ist das Verfahren zur Aufbringung von Nitrid bei niedrigen Temperaturen' in einer Glimmentladung untersucht worden. Es hat sich gezeigt, daß die kontrollierte Dissoziation und Rekombination von Gasmischungen in einer Glimmentladung ein brauchbares Verfahren zum Aufbringen von polymerisierten dünnen Filmen ist. Bei der Glimmentladungspolymerisation hat sich gezeigt, daß alle Oberflächen in der Nähe der Glimmentladung mit einem dünnen Polymerfilm überzogen wurden. Filme aus Oxiden, Nitriden oder Karbiden von Metallen oder Übergangsmetallen können durch die gesteuerte Dissoziation und eine selektive Kombination von flüchtigen Metallen oder Übergangsmetallen, die Verbindungen in einer bei niedrigem Druck ablaufenden Glimmentladung enthalten, gebildet werden.
Die Glimmentladungsabscheidung wird allgemein auch als Plasmaabscheidung bezeichnet. Plasma ist als ein Zustand eines Gases definiert, bei dem im wesentlichen die gleiche Anzahl von positiv und negativ geladenen Teilchen vorhanden sind, wobei die positiven Teilchen Ionen entweder im atomaren oder im molekularen Zustand sind,- während die negativen Teilchen aus Elektronen bestehen. Zur Erzeugung des Plasmas gibt es viele Verfahren, doch wird dazu vorzugsweise ein elektrisches Feld unter Anwendung einerHochfrequenzspannung verwendet,
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Bei der Anwendung einer Piasmaabscheidung bei niedrigen Temperaturen ist es möglich, auf einem Substrat Beschichtungen aus Nitrid, aus Oxiden, Oxyaitriden, Karbiden und aus amorphem Silizium herzustellen. Die Beschichtungen können in vielen Anwendungsfällen benützt werden; beispielsweise können sie als Gate-Dielektrikum, zur Bildung von mehrschichtigen Verbindungssystemen, als kratzfeste Überzüge, als Dünn- und Dickfilme , als Lichtleiter, Ätzmasken und zur Passivierung angewendet werden.
Ein Hauptvorteil des HF-Plasmaabscheidungsverfahrens besteht darin, daß die normalerweise zur .Aktivierung des die Abscheidung eines Films bestimmenden chemischen Prozesses verwendete thermische Energie durch die elektrische Energie in der Gasentladung ersetzt wird. Dies ermöglicht die Abscheidung von äußerst stabilen Beschichtungen bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, die allgemein im Bereich von 200°C liegen.
Herkömmliche HF-Glimmentladungssysteme sind typischerweise so ausgebildet, daß die die Entladung anregenden Elektroden außerhalb der Vakuumkammer liegen,' in der die Reaktion erfolgt, was wahrscheinlich den Betrieb ermöglicht, ohne daß Verunreinigungen aus den Elektroden erfolgen. Ein solcher Aufbau erfordert im allgemeinen höhere Betriebsleistungen als erwünscht, und er trägt dazu bei, daß es der abgeschiedenen Beschichtung an Gleichmässigkeit fehlt.
Ferner sind herkömmliche HF-Glimmentladungsreaktoren geradlinige Typen. Ein solcher Reaktor besteht aus einem geraden Rohrabschnitt, in dem das Material so angeordnet ist, daß die zu beschichtende Fläche zur Rohrmitte gerichtet ist. Das Rohr muß an einem Ende mit einem entsprechend verjüngten
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Abschnitt ausgestattet sein, der an ein Vakuumsystem angeschlossen werden kann, während das andere Ende des Rohrs mit einer abdichtbaren Kappe versehen ist, durch die die Werkstücke in die aktive Zone gebracht werden können. Üblicherweise sind sowohl O-Ringdichtungen als auch flache Dichtungsringe verwendet worden. Ein entsprechender Halter hält das zu beschichtende Material in der Nähe der Rohrmitte.
Das bei geradlinigen Reaktoren auftretende Hauptproblem betrifft die beschränkte Produktionsfähigkeit, die erzielt werden kann.An dieser Stelle sei bemerkt, daß es beim Beschichten beispielsweise einer Scheibe aus Halbleitermaterial von großer Bedeutung ist, daß die Beschichtung auf der gesamten Oberfläche der Scheibe gleichmäßig ist. Eins typische Scheibe kann beispielsweise einen Durchmesser von 5cm aufweisen. Bei einem geradlinigen Reaktor ändert sich die Gleichmässigkeit der Abscheidung im wesentlichen in Abhängigkeit von der Entfernung längs des Rohres. Es wird angenommen, daß die Ungleichmässigkeit als Folge einer Verarmung an verfügbarem reaktionsfähigem Gas (beispielsweise Silan) längs des Rohrs auftritt. Darüberhinaus führen VandeinflUsse zu einer Ungleichmässigkeit über den Rohrdurchmesser . Der zur Erzielung einer ausreichend gleichmassigen Absoheidung längs der Rohrachse notwendige relativ niedrige Druck hat auf die Abscheidungsgeschwindigkeit einen zusätzlichen beschränkenden Einfluß, da diese Geschwindigkeit vom Druck abhängt und etwa linear ansteigt. Die Abscheidungsgeschwindigkeiten nehmen auch mit einer Erhöhung der HF-Energie zu. Bei hohen Drücken und HF-Energiegen kann mit Ausnahme einer relativ kurzen Strecke der Reaktionszone mit einer typischen Länge von etwa 10 bis 12,5 cm nur mit Schwierigkeiten eine Gleichmässigkeit erreicht werden. Glimmentladungsreaktoren sind bisher allgemein nur experimentell verwendet worden, und sie konnten nur
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eine oder zwei Scheiben mit einem Durchmesser von 5 cm behandeln. Unter Produktionsbedingungen ist es jedoch erwünscht, daß zur gleichen Zeit eine beträchtlich größere Zahl von Scheiben bearbeitet werden kann.
Demnach soll mit Hilfe der Erfindung in erster Linie ein Reaktor geschaffen werden, mit dem auf eine Vielzahl von Substraten gleichzeitig gleichmässige Beschichtungen angebracht werden können.Ferner solLmit Hilfe der Erfindung ein HF-GLimmentladungsreaktor mit einer erhöhten Produktions-. fähigkeit geschaffen werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein zylindrischer HF-Glimmentladungsreaktor mit Radialströmung geschaffen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein HF-Glimmentladungsreaktor geschaffen, bei dem die Elektroden innerhalb der Vakuumkammer liegen.
Eine Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf einen HF-Glimmentladungsreaktor, der eine erhöhte Abscheidungsgeschwindigkeit ermöglicht.
Mit Hilfe der Erfindung soll ferner ein Verfahren .geschaffen v/erden, mit dem mehrere Substrate dadurch beschichtet v/erden können, daß über ihnen in radialer Richtung eine laminare Strömung aus reaktionsfähigen Gasen erzeugt wird.
Mit dem nach der Erfindung ausgebildeten zylindrischen HF-Reaktor mit radialer Strömung können mehrere Substrate unter Anwendung von bei niedriger Temperatur erfolgenden
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Plasmaabscheidungsverfahren beschichtet werden. Der Reaktor enthält nach der Erfindung eine evakuierbare Kammer, einen Träger mit einem Aussenberelch zum Halten mehrerer· Substrate und einen, eine Öffnung bildenden Innenbereich , Einrichtungen zur Erzeugung einer Hochfrequenzglimmentladung innerhalb der evakuierbaren Kammer dicht bei den Substraten, Einrichtungen zum Erzeugen einer radialen Strömung aus reaktionsfähigen Gasen, die zur Bildung der gewünschten Beschichtung geeignet sind, wobei die reaktionsfähigen Gase von dem Aussenbereich des Trägers in einer radialen Strömung zu dem Innenbereich strömen, und Einrichtungen zum Ablassen der Gase, die mit dem Innenbereich des Trägers in Verbindung stehen. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, mit denen die Substrate auf eine vorgewählte Temperatur in der Größenordnung von etwa 200 bis 3000C erwärmt werden können. Die Einrichtungen zur Erzeugung der Glimmentladung enthalten vorzugsweise im wesentlichen parallele Elektroden innerhalb der evakuierbaren Kammer. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es zur Verbesserung der Gleichmässigkeit der Abscheidung erwünscht sein kann, die Elektroden leicht gekrümmt auszubilden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Plasmaabcheidung einer Beschichtung besteht darin, daß die Kammer evakuiert wird, daß innerhalb der Kammer ein Träger angebracht wird, der einen mit der Umgebung der Kammer in Verbindung stehenden inneren Ablaßbereich und einen zum Halten der zu beschichtenden Substrate freiliegenden Aussenbereich aufweist, daß im Bereich der Substrate eine Hochfrequenzglimmentladung erzeugt wird, daß über den Aussenrand des Trägers zu seinem Innenbereich eine radiale Strömung aus reaktionsfähigen Gasen erzeugt wird, und
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daß die Gase durch den inneren Ablaßbereich abgeführt werden.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigen:
Fig.1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen HF-Radialströmungsreaktor,
Fig.2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine' Elektrode für die Aufnahme von 34 einzelnen Halbleiterscheiben für die Abscheidung ausgeführt ist, und
Fig.3 ein Flußdiagramm, das die Strömung der Gase zur Reaktionszone des in Fig.1 dargestellten zylindrischen Reaktors veranschaulicht.
Der hier beschriebene zylindrische Reaktor.mit Radialströmung eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, Er kann beispielsweise für die epitaktische Abscheidung mit Hilfe von thermischen Standardverfahren vorteilhaft verwendet werden. Die laminare Strömung von reaktionsfähigen Gasen über die Substrate ermöglicht die Bildung von gleichmässigen Epitaxialschichten (dotiert oder nichtdotiert)auf vielen Substraten in einem einzigen Vorgang. Ebenso eignet sich der Reaktor für Zerstäubungsverfahren, insbesondere für reaktive Zerstäubungsverfahren. Der zylindrische Reaktor eignet sich ganz besonders für die bei niedrigen Temperaturen erfolgende Plasmaabscheidung; die anschliessende Beschreibung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel,
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das insbesondere für diese Art der Abscheidung gedacht ist. Es sei bemerkt, daß zur Optimierung von Ausführungsformen für Epitaxialverfahren und für Zerstäubungsverfahren auch andere Materialien, reaktionsfähige Gase usw. verwendet werden können, die dem Fachmann bekannt sind.
In Fig.1 ist ein Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines zylindrischen, mit Hochfrequenz arbeitenden Reaktors 10 mit Radialströmung dargestellt. Der Reaktor enthält eine Bodenplatte 12 und eine Deckplatte 14, die beide beispielsweise aus 18-Zoll-Standard-Edelstahlplatten für Vakuumbehälter bestehen können. Die Seitenwand 16, die typischerweise aus einer Glasoder Quarzglocke mit offenem Ende bestehen kann, iat zur Bildung einer evakuierbaren Kammer 18 unter Bildung einer Dichtung mit der Deckplatte 14 und der Bodenplatte verbunden. Alle verwendeten Einzelteile können beispielsweise aus einer geschweissten Edelstahlkonstruktion bestehen, bei der Standarddurchmesser der Rohre und der Platten verwendet sind. Die Abmessungen sind nicht kritisch, und sie können in der beschriebenen Ausführungsform beispielsweise um mehr als 2O0A schwanken, ohne daß die Wirkungweise des Reaktors dadurch entscheidend, beeinflußt würde.
Die Deckplatte 14 bildet eine für die Erzeugung der HF-Glimmentladung notwendige Elektrode, und sie ist elektrisch mit einer Hochfrequenzquelle 20 verbunden. Die Hochfrequenzquelle kann leicht von einem kleinen Funkamateursender oder Hochfrequenzgenerator gespeist werden, wie sie häufig bei der Halbleiterverarbeitung angewendet werden. Typischerweise wird nur eine Hochfrequenzleistung von mehreren Watt benötigt, Äweckmässigerweise wird bei den Elektroden ein Anpassungsnetzwerk verv/endet, das dazu beiträgt, die Leistung
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mit einem Minimum an Reflexion in das System einzubringen. Obwohl die Reflexionen selbst das Verfahren nicht ernsthaft beeinflussen, können sie doch eine Zerstörung des Generators bewirken. Funkamateursender mit Pi-Netzwerkausgängen sind ganz zufriedenstellend und ein Sender mit einer Leistung von 100 Watt ist mehr als ausreichend.
Die zweite Elektrode des HF-Plasmaabscheidungssystems ist bei 22 dargestellt. Vorzugsweise ist diese Elektrode kreisförmig und ihre Oberfläche 24 ist zum Empfang mehrerer Halbleiterscheiben 26 oder zur Aufnahme einer Trägerplatte, auf der Halbleiterscheiben 26 befestigt sind, ausgebildet. Der Aussenrand 28 der Elektrode 22 liegt im Abstand zur Seitenwand 16. Die Elektrode 22 ist so zentriert, daß der Aussenrand 28 einen gleichmassigen Abstand von der Seitenwand 16 der Kammer 18 auf v/eist. Ferner liegt die Unterfläche 30 der Elektrode 22 im Abstand von der Bodenplatte 12 der Kammer Ein Rohr 32 steht mit dem Inneren der Kammer 18 in Verbindung, und es erstreckt sich unter Bildung einer Abdichtung durch die Bodenplatte 12 der Kammer. Vorzugsweise endet das Rohr 32 an der Innenseite der Bodenplatte. 12. Sin zweites, dünneres Rohr 34 verläuft koaxial durch das Rohr 32. Das Rohr 34 erstreckt sich bis in das Innere der Kammer,18 und es berührt die Elektrode 22. Die Elektrode 22 hat einen Mittelbereich 36, in dem eine Öffnung .gebildet ist. Das Rohr 34 erstreckt sich untErBildung einer Abdichtung in diese Öffnung, und es endet an der Oberfläche 24 der Elektrode 22. Das andere Ende des Rohrs 34 ist zur Evakuierung der Kammer an ein Vakuumsystem angeschlossen.Das Rohr 32 ist am Ende 38 abgeschlossen, damit zwischen der Aussenwand des Rohrs 34 und der Innenwand des Rohrs 32 eine Mischkammer 40 entsteht. Ein Rohr 42 steht mit der Misch-
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kammer 40 in Verbindung. In das Rohr 42 werden die reaktionsfähigen Gase eingegeben, die zum Überziehen des Substrats mit der gewünschten Beschichtung erforderlich sind.
Einrichtungen zum Erwärmen der Halbleiterscheiben 26 sind allgemein als Bandleitungsheizelemente 44 an der Unterfläche 30 der Elektrode 22 dargestellt. Zur Erwärmung der Halbleiterscheiben 26 auf die erforderliche Temperatur im Bereich von 200 bis 3000C kann irgendeine geeignete Wärmequelle, beispielsweise Lampen usw. verwendet werden.
Zur Erzielung einer gleichmässigen Abscheidung muß die Geschwindigkeit des durch die Kammer 18 strömenden Gases genügend hoch sein. Für die in Fig.1 dargestellte Reaktorkammer ist eine Pumpe mit einer Kapazität in der Grössenordnung von 3,7 χ 10·^ Liter (130 c.f.) pro Minute angemessen. Im Handel sind verschiedene Vakuumpumpen zur Erzielung einer derartigen Strömungsgeschwindigkeit erhältlich, beispielsweise die Pumpe von Leybold7Heraeus, Modell W.S. 250.
Im Betrieb wird der Reaktor zunächst mit Halbleiterscheiben 26 aus dem zu beschichtenden Material geladen. Beispielsweise können die Scheiben auf einen Träger 46 geladen werden, wie er in Fig.2 dargestellt ist. Dieser Träger wird dann an der Oberfläche 24 der Elektrode 22 befestigt. Der in Fig.2 dargestellte Träger 46 kann 34 einzelne Scheiben mit einem Durchmesser von jeweils 5 cm halten. Nach dem Auflegen der Scheiben wird mit der Evakuierung der Kammer 18 begonnen. Da die meisten Abscheidungen bei Temperaturen zwischen 200 und 3000C erfolgen, werden die Heizeinrichtungen im allgemeinen während der Evakuierung eingeschaltet. Sowohl
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vor als auch während des Auspumpens kann kontinuierlich ein inertes Gas zum Reaktor strömen, damit eine Verunreinigung durch Rückströmung verhindert wird. Wenn vor der Abscheidung ein Reinigungsvorgang beispielsweise in einer Stickstoffentladung gewünscht wird, ist es zweckmässig, diesen Reinigungsvorgang während der Aufwärmperiode durchzuführen. Die Hochfrequenzquelle 20 wird eingeschaltet, so daß sie wirken kann, bis die Halbleiterscheiben 26 die gewünschte.Temperatur erreicht haben. Wenn ein Lampenheizsystem verwendet wird, kann es beispielsweise etwa 15 Minuten dauern, bis eine Temperatur von 200 C über der Raumtemperatur erreicht wird. Bevor die eigentliche Abscheidung beginnt, wird die Hochfrequenzquelle abgeschaltet, und die Zuführung der reaktionsfähigen Gase durch das Rohr 42 (silan und Stickstoff für Nitridabseheidungen und Silan und Stickstoffoxid für Oxidabscheidungen usw.) wird eingeleitet. Wenn es erforderlich ist, werden die Strömungsgeschwindigkeiten eingestellt,und die Pumpe wird zur Erzielung des "gewünschten Betriebsdrucks herabgedrosse.lt. Nun wird die Hochfrequenzquellß 20 wieder eingeschaltet, und der Ablauf des Abscheidungsvorgangs wird für die gewünschte Zeitdauer ermöglicht. Zur Überwachung der Schichtdicke an Ort und Stelle sind mehrere Verfahren in der Technik bekannt, die angewendet werden können, wenn sehr genaue Beschichtungen gewünscht sind. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform zur Passivierung von Beschichtungen hat es sich als ausreichend herausgestellt, einfach die Abscheidungszeit zu bemessen, da sie von Durchlauf zu Durchlauf gut reproduzierbar ist.
Es hat sich gezeigt, daß bei dem in Fig.1 dargestellten Reaktor folgende Betriebsbedingungen gute Abscheidungen bei Siliziumnitrid ergeben: Die bei 0,7 atü (10 psig) gemessene Stickstoffströmungsgeschwindigkeit betrug
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270 cm/min. Bei einem Druck von 0,7 atü betrug die Strömungsgeschwindigkeit des Silans (mit einem Anteil von 5% in Argon aufgelöst) 24 cm/min. Bei einem Druck von 200 ja, einer Temperatur von 2000C und einer HF-Leistung von etwa 10 Watt bei 35 bis 40 Volt und 14 MHz wurde die Abscheidungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 30 S pro Minute gemessen. Unterschiede in der Gleichmässigkeit von Scheibe zu Scheibe waren bei Scheiben auf dem gleichen Radius nicht feststellbar, wobei die Dicke und der Brechungsindex mit Hilfe der Ellipsometrie gemessen wurden. Die Unterschiede in der Gleichmässigkeit bei Scheiben auf verschiedenen Radien lag unter 10$. Die Abscheidung dauerte typischerweise etwa 100 Minuten.
Bei Verwendung des gleiche Reaktors wurde die Abscheidung andrer Verbindungen durch Ändern der reaktionsfähigen Gase beeinflußt. DleAbscheidungsparameter zum Aufbringen einer Beschichtung eines aus Silan und Stickstoffoxid abgeschiedenen Silanoxids und einer Beschichtung aus einem nur aus Silan abge schiedenen amorphen Silizium sind in der Tabelle I zusammengefaßt.
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Tabelle Amorphes
Silizium
5 I 36 cnr /m
Reaktions
fähige Gase		 Abgeschiedene Verbindungen 0
(5% in Argon) Silan
Oxid		 200 u
N2O 37 cn? /min 2000C
Druck 270 cm5/min . 22 V
Temperatur 200 u
HP-Spannung 2000C
55 V
Abscheidungs- 85 S/min 16 S/min geschwindigkeit """ . - .
Es ist beobachtet worden, daß gute Nitridbeschichtungen bei einem ziemlich hohen Verhältnis von Stickstoff zu Silan, insbesondere in der Größenordnung von 200 zu 1 gefördert wurden.Die Abscheidung von Oxidbeschichtungen läuft andererseits bei wesentlich kleineren Verhältnissen gut ab, beispielsweise bei Verhältnissen von etwa 50:1. Die Werte der HF-Spannung hängen ein wenig von der Reaktorgeometrie , von der Gasströmung, vom Druck usv/. ab. Es sei bemerkt, daß der HF-Plasmaabscheidungsvorgang im,Bereich der normalen Glimmentladung erfolgt. Es ist für diese Art von Entladung typisch, daß der Glimmbereich bei einer Erhöhung der Leistung zunimmt,
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bis die Platten gleichmässig bedeckt sind. Dies ist ein ziemlich gutes Kriterium dafür, wann eine ausreichende HF-Leistung in das Gas eingekoppelt ist. Ein anderes Kriterium, das sich als richtig erwiesen hat, besteht d*rin, die HF-Spannung an der Platte zu bestimmen, die der Haltespannung V entspricht, d.h. der Spannung, bei der die Glimmentlaldung gerade noch nicht erlischt. Es ist dann möglich, einige Mehrfache dieses Werts zu bestimmen, damit ein stabiler Betrieb erzielt wird. Es hat sich gezeigt,daß Werte zwischen 1,2 Vffl und 2 V zufriedenstellend sind.
Eine Siliziumnitridbeschichtung, die mit Hilfe der hier beschriebenen Vorrichtung erzeugt wird, ergibt Filme, die widerstandsfähig,fest haftend und chemisch inert sind, und die besonders für schützende Isolierschichten oder Passivierungsschichten geeignet sind. Die Filme sind gleichmässig und frei von Mikrolöchern. Sie v/eisen auch eine ausgezeichnete Oberflächengleichförmigkeit und Stufenüberdeckung auf» wenn sie bei etwa 2000C hergestellt werden. Nitridfilme, die aus Stickstoff und Silan in einem Verhältnis von 200 :1 hergestellt sind, können leicht mit vielen verschiedenen Ätzmitteln geätzt werden. Beispielsweise lassen sich diese Filme in einer üblichen Oxidätzung bei 350C mit etwa 20 bis 30 S pro Sekunde ätzen.
Ein zusätzliches Merkmal der hierbeschriebenen Vorrichtung besteht darin,daß die Elektroden 14 und 22 innerhalb der Kammer 18 liegen. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Plasmaabscheidungsreaktoren, bei denen angenommen worden ist,daß die Elektroden außerhalb der Reaktionskammer liegen müßten, damit Verunreinigungen
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verhindert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß "bei den Temperaturen, bei denen die meisten Abscheidungen ausgeführt werden, d.h. bei Temperaturen unter 5000C, die von beispielsweise aus Edelstahl bestehenden Elektroden stammenden Verunreinigungen vollkommen vernachlässigbar sind. Überdies reduzieren die niedrigen Leistungsanforderungen an kapazitiv gekoppelte HF-Systeme (einige Watt bei HF-Spannungen unter 100 V) die Verunreinigungen unter jeden feststellbaren Wert,.
Fig.3 zeigt ein Flußdiagramm der reaktionsfähigen Gase, die beispielsweise zur Abscheidung einer Nitridbeschichtung verwendet werden können. Dazu sind eine Stickstoffquelle 50 und eine Silanquelle 52 vorgesehen. Der Stickstoff wird durch einen Strömungsmesser 52a, einen Vakuumdruckmesser 54, ein Ableitventil 56 und ein Umschaltventil 58 dosiert zum Mischer 60 geführt. Das Silan wird ebenfalls durch' einen Strömungsmesser 62, einen Vakuumdruckmesser 64 , ein Ableitventil 66 und ein Umschaltventil 68 dosiert zum Mischer 60 geführt. Vom Mischer 60 strömen die Gase durch Äs Nadelventil 72 und das Umschaltventil 74 zum Reaktor 70. Durch Aktivieren des Umschaltventils 56 kann zur Durchführung von Reinigmgsvorgängen vor der Abscheidung Stickstoff auii direkt in den Reaktor 70 eingeführt werden. Aus Fig.1 läßt sich die Strömung des Gases vom Mischer 60 zum Reaktor 70 deutlicher erkennen. Die reaktionsfähigen Gase aus dem Mischer 60 von Fig.3 strömen über das Rohr 42 in die Mischkammer 40. Die reaktionsfähigen Gase strömen in der von den ECeilen angegebenen Weise durch den Zwischenraum zwischen der Bodenplatte 12 und der Unterseite der Elektrode 22. Die Gase strömen um den Aussenraum 28 der Elektrode und dann radial in einer laminaren Strömung über die
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Halbleiterscheiben 26 zur Öffnung 36 im Mittelbereich der Elektrode 22.Durch diese Öffnung werden die Gase dann über das Rohr 34 und die Vakuumeinrichtungen abgesaugt.
Es sei bemerkt, daß der hier beschriebene zylindrische Reaktor , bei dem eine laminare Radialströmung der reaktionsfähigen Gase erzielt wird, einen klaren Vorteil gegenüber dem geradlinigen Reaktor aufweist, bei dem die Gleichmässigkeit der Abscheidung wegen der Verarmung an Silan in Abhängigkeit von der Entfernung beeinträchtigt v/ird. Bei dem in ELg. 1 dargestellten Reaktor ist zu erkennen, daß die Massenströmung des Gases pro Einheitsfläche der Scheibe zunimmt, wenn die reaktionsfähigen Gase zur Öffnung 36 strömen, da diese Gase über eine kleiner werdende" Fläche strömen. Dies führt zu einer beträchtlichen Verbesserung der Gleichmmässigkeit der Abscheidung. Weiterhin führt die Anwendung des hier beschriebenen Strömungslaufs dazu, daß die Länge der Strecke, in der Gleichmässigkeit erzielt werden muß, verringert wird; sie beträgt nur 5 cm bei einem einzigen Radius aus 5-10 cm-Scheiben und 10 cm bei zwei Radien aus 5-10 cm-Scheiben. Dies ermöglicht den Betrieb bei höheren Drücken, so daß die Abscheidungsgeschwindigkeit im Vergleich zu geradlinigen Reaktorsystemen beträchtlich erhöht wird.Wie zu erkennen ist, ist ein Reaktorsystem geschaffen worden, das eine laminare Radialströmung aus reaktionsfähigen Gasen erzeugt und den Vorteil erhöhter Abscheidungsgeschwindigkeiten und verbesserter Gleichmässigkeit der Abscheidung ergibt, v/obei gleichzeitig Beschichtungen auf mehreren Substraten entstehen.
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Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels erfolgte zwar im Zusammenhang mit der Bildung von Beschichtungen aus Nitrid, Siliziumoxid und amorphem Silizium auf Siliziumsubstraten, doch kann der Fachmann erkennen, daß der hier beschriebene Reaktor auch zur Abscheidung anderer Materialien, wie etwa Nitriden, Oxiden, Oxynitriden, Karbiden und amorphem Silizium verwendet werden kann. Solche Beschichtungen sind in vielen Anwendungsfällen von Nutzen, beispielsweise als Gate-Dielektrikum,, bei mehrschichtigen Verbindungssystemen, bei durchsichtigen Photomasken, bei kratzfesten Überzügen, bei Dünn- und Dickfilmen, bei Lichtleitern, bei Ätzmasken und Passivierungen.
Patentansprüche
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Claims (3)

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Beschichten von Substraten mit einer evakuierbaren Kammer, die einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen Träger mit einem Mittelbereich enthält, der eine Öffnung bildet, die mit dem Auslaß in Verbindung steht, daß der Träger einen Außenbereich zum Halten der Substrate aufweist und daß in der Kammer Einrichtungen angebracht sind, die durch den Einlaß in die Kammer eingeführte reaktionsfähige Gase in einer radialen Strömung von dem Außenbereich des Trägers gegen den Mittelbereich lenken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß ein mit dem Inneren der Kammer in Verbindung stehendes erstes Rohr ist, das abgedichtet durch den Kammerboden geführt ist, daß der Auslaß ein von dem ersten Rohr umschlossenes zweites Rohr ist, das sich im Abstand vom ersten Rohr über dessen beide Enden hinaus erstreckt, so daß im Zwischenraum zwischen den beiden Rohren eine Mischkammer entsteht, daß das innerhalb der Kammer liegende Ende des zweiten Rohres abdichtend am Rand der Öffnung im Mittelbereich des Trägers endet und daß der Außenrand des Trägers derart im Abstand von der v;and der Kammer liegt,daß die in die Kammer durch den Einlaß eingeführten reaktionsfähigen Gase in einer laminaren Strömung vom Außenbereich des Trägers zu der in ihm angebrachtenöffnung und dann durch den Auslaß strömen. ■
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Hochfrequenzglimmentladung dicht bei den auf dem Träger liegenden Substraten.
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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Hochfrequenzglimmentladung im wesentlichen parallele Elektroden enthält, die in der Kammer angebracht sind.
- s
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß der Träger eine der parallelen Elektroden bildet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine über dem Träger liegende Wand der Kammer die andere der parallelen Elektroden bildet. .
.7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung zum .Erwärmen der auf dem Träger angebrachten Substrate.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung an der Unterseite des Trägers angebracht ist.
9. Vorrichtung naah Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung die auf dem Träger befindlichen Substrate auf eine Temperatur im Bereich von 200 bis 3000C erwärmt.
10. Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf Substraten auf einem Träger innerhalb einer evakuierten Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß reaktionsfähige Gase, die in die Kammer eingeführt werden, veranlaßt werden, in einer laminaren Strömung über den Außenrand des Trägers und dann über die Substrate radial .nach innen zu einem Auslaß aus der Kammer zu strömen, wobei der Auslaß mit. einer Öffnung im Mittelbereich des Trägers in Verbindung steht.
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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Substrate eine Hochfrequenzglinmientladung erzeugt wird. ""
12. Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzglimmentladung zwischen parallelen. Elektroden erzeugt wird,die sich in der Kammer befinden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzglimmentladung zwischen dem Träger und einer Wand der Kammer über dem Träger erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate während der Aufbringung der Beschichtung erwärmt v/erden.
15. Verfahren nach Anspruch 14,dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate a
erwärmt werden.
die Substrate auf eine Temperatur von etwa 200 bis 3000C
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1D bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrate Halbleiterscheiben verwendet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterscheiben Siliziumscheiben verwendet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder iy, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheiben mit einer isolierenden Bechichtung wie dem Nitrid, dem Oxid, dem Oxynitrid, dem Karbid des Halbleitermaterial beschichtet v/erden.
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19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß-die Siliziumscheiben mit Siliziumnitrid beschichtet werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Substraten Halbleitermaterial epitaktisch abgeschieden wird.
21. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate erwärmt werden und daß auf ihnen pyrolytisch eine Abscheidung aus Halbleitermaterial erzeugt wird.
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