DE3118848C2

DE3118848C2 - Low pressure coating device

Info

Publication number: DE3118848C2
Application number: DE19813118848
Authority: DE
Inventors: Kazuo Takarazuka Hyogo Itoh; Norihiko Itami Hyogo Kotani; Junichi Sakai Osaka Mitsuhashi; Hirokazu Ibaraki Osaka Miyoshi; Kazuo Amagasaki Hyogo Mizuguchi; Masahiro Yoneda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-05-12
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE3118848A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Bedampfungsvorrichtung mit einer Reaktionsröhre (2), in welcher ein Trag-Schiffchen (34) zur Halterung von zu bedampfenden Halbleitersubstraten (36) herausnehmbar angeordnet ist und die über den größten Teil ihrer Länge hinweg in einem Be damp fungsabschnitt (3) von einem Heizelement (10) umschlossen ist. Die Reaktionsröhre (2) ist am einen Ende verschlossen und am anderen Ende mittels einer Lade- bzw. Beschickungsklappe (6) verschließbar. Am geschlossenen Ende (der Reaktionsröhre) ist ein Absaugrohr (4) angeordnet, während stromauf des Bedampfungsabschnitts (3) ein Gaseinlaßrohr (8) zur Einführung eines Gases in die Reaktionsröhre (2) angeordnet ist. Das Gaseinlaßrohr (8) ist über eine Verzweigung (12) und getrennt betätigbare Ventile (16, 20) mit wahlweise zuschaltbaren Gasvorräten (21, 22) verbunden, die nach Bedarf ein Reaktionsgas für die Bedampfungsreaktion oder ein Ätzgas zur Reinigung der Innenfläche des Reaktionsrohrs (2) liefern. Erfindungsgemäß ist außerdem eine Plasmaerzeugungseinrichtung (23) mit mindestens zwei Elektroden (27, 28) vorgesehen, die mit einer elektrischen Hochfrequenz-Stromquelle (32) verbunden und an einer passenden Stelle in der Gasströmungsbahn zwischen den die Gasvorräte (21, 22) steuernden Ventilen (16, 20) und dem genannten Bedampfungsabschnitt (3) in der Reaktionsröhre (2) angeordnet sind, wobei diese Elektroden (27, 28) mit elektrischer Hochfrequenzenergie beaufschlagbar sind, um das in den ..........The invention relates to a low-pressure vapor deposition device with a reaction tube (2), in which a carrier boat (34) for holding semiconductor substrates (36) to be vapor-deposited is removably arranged and which over most of its length is in a steaming section ( 3) is enclosed by a heating element (10). The reaction tube (2) is closed at one end and can be closed at the other end by means of a loading flap (6). A suction tube (4) is arranged at the closed end (of the reaction tube), while a gas inlet tube (8) for introducing a gas into the reaction tube (2) is arranged upstream of the steaming section (3). The gas inlet pipe (8) is connected via a branch (12) and separately operated valves (16, 20) with optionally switchable gas supplies (21, 22) which, if required, contain a reaction gas for the vaporization reaction or an etching gas for cleaning the inner surface of the reaction tube ( 2) deliver. According to the invention, a plasma generating device (23) is also provided with at least two electrodes (27, 28) which are connected to a high-frequency electrical power source (32) and at a suitable point in the gas flow path between the valves (21, 22) controlling the gas supplies (21, 22). 16, 20) and the aforementioned vaporization section (3) are arranged in the reaction tube (2), these electrodes (27, 28) being able to be acted upon with high-frequency electrical energy in order to

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Beschichtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a low-pressure coating device according to the preamble of patent claim 1.

Das chemische Dampfabscheidungs- bzw. sog. CVD-Verfahren dient zum Aufbringen von polykristallinen oder isolierenden Schichten und dergl. auf ein Halbleitersubstrat durch Zufuhr eines gasförmigen Stoffs über das Halbleitersubstrat o. dgl., wobei für das Beschichten der gasförmige Stoff selbst benutzt oder dazwischen diesem Stoff und dem Halbleitersubstrat auftretende chemische Reaktion, wie thermische Zersetzung, Hydrierungszersetzung, Oxidation usw., ausgenutzt wird. Die zur Durchführung dieses Verfahrens eingesetzte Niederdruck- Beschichtungsvorrichtung stellt ein für die Herstellung von Halbleiterbauelementen unverzichtbares Gerät dar.The chemical vapor deposition or so-called CVD process is used to apply polycrystalline or insulating layers and the like on a semiconductor substrate by supplying a gaseous one Substance over the semiconductor substrate o. The like., For the Coating the gaseous substance itself used or between this substance and the semiconductor substrate chemical reaction occurring, such as thermal decomposition, hydrogenation decomposition, oxidation, etc., is exploited. The ones to carry out this procedure The low-pressure coating device used is an indispensable device for the production of semiconductor components.

Die bisher verwendeten Vorrichtungen dieser Art umfassen im allgemeinen ein zylindrisches Reaktionsrohr aus einem feuerfesten Material, wie Quarz, mit einem am geschlossenen Ende angebrachten Absaugrohr und einer am anderen Ende vorgesehenen, das Rohr luftdicht verschließenden Besehiekungs- oder Ladeklappe aus einem feuerfesten Material, wie Quarz oder rostfreier Stahl, sowie ein elektrisches Heizelement, welches die Außenfläche des Reaktionsrohrs umschließt und einen Rohrofen bildet. Ein die Ladeklappe durchsetzendes Gaseinlaßrohr ist außerhalb des Ofens über ein Ventil mit einer Rohrleitung verbunden, die ihrerseits mit einem Gasvorrat, etwaThe devices of this type used heretofore generally comprise a cylindrical reaction tube made of a refractory material such as quartz a suction tube attached to the closed end and one provided at the other end, the Airtight tube made of a fire-resistant material such as quartz or stainless steel, as well as an electrical heating element covering the outer surface of the reaction tube encloses and forms a tube furnace. A gas inlet pipe penetrating the loading flap is outside the furnace via a valve with a pipeline connected, in turn with a gas supply, for example

einer Gasflasche, verbunden ist. Das Reaktionsrohr enthalt ein herausnehmbares, aus Graphit bestehendes Trag-Schiffchen, das jeweils zumindest ein Halbleiterelement, etwa ein Süiziumplättchen, zu tragen vermag.a gas cylinder. The reaction tube contains a removable one made of graphite Carrying boat that is able to carry at least one semiconductor element, such as a silicon plate, in each case.

Niederdruck-Beschichtungsvorrichtungen mit dem eingangs beschriebenen Aufbau sind bekannt und dienen z, B. zur Abscheidung von BN (vgl J. electrochenuSoc. 127 (1980), Heft 2, S, 399-405, Si₃N* (vgl DE-OS 26 52 449) oder zur Herstellung von Metalloxidwiderständen (vgL DE-AS 15 21 239) oder zur Abscheidung von Silizium (vgL US-PS 36 82 699).Low-pressure coating devices with the structure described at the outset are known and are used, for example, for the deposition of BN (cf. J. ElectochenuSoc. 127 (1980), No. 2, S, 399-405, Si ₃ N * (cf. DE-OS 26 52 449) or for the production of metal oxide resistors (see DE-AS 15 21 239) or for the deposition of silicon (see US-PS 36 82 699).

Die Niederdruckbeschichtung mittels dieser bisherigen Vorrichtung geschieht für gewöhnlich derart, daß das Innere des Reaktionsrohres mittels des Heizelements auf eine hohe Temperatur (600—900⁰C) erwärmt und über das Absaugrohr auf einen niedrigen Druck (0,1 — 1,0 mbar) evakuiert wird, worauf ein gasförmiger Stoff (z.B. Dichlorsilan, Ammoniak und ein Trägergas, wenn eine Siliziumnitridschicht auf einem Siliziumplätt- U chen gezüchtet werden soll) in das Reaktionsrohr Γ-! eingeführt und in diesem mittels des Heizelements f; erhitzt wird, um chemisch umgesetzt zu werden und p, einen Niederschlag von Siliziumnitrid in Film- bzw. i; Schichtform auf dem Plättchen zu bilden.The low pressure coating by means of this prior device usually happens in such a way that the interior of the reaction tube heated by the heater to a high temperature (600-900 ⁰ C) and the suction tube to a low pressure - evacuated (0.1 mbar 1.0) , whereupon a gaseous substance (eg dichlorosilane, ammonia and a carrier gas, is to be grown as a silicon nitride surfaces on a Siliziumplätt- U) into the reaction tube Γ-! introduced and in this by means of the heating element f; is heated to be chemically reacted and p, a deposit of silicon nitride in film or i; Form layer shape on the platelet.

Bei den bisherigen Niederdruck-Beschichtungsvorrichtungen dieser Art wird die Reaktion nur durch die vom Heizelement einem Wärmereaktionsabschnitt im Reaktionsrohr zugeführte Wärme angeregt Da sich das Heizelement als solches jedoch an der Außenfläche des Reaktionsrohrs befindet, wird die Wärmeenergie zum Teil absorbiert und abgeleitet, bevor sie den Reaktionsabschnitt erreichen kann, so daß die Zeitdauer der Reaktion oder Umsetzung sehr lang ist und eine sehr hohe Temperatur angewandt werden muß, die mit der Gefahr einer thermischen Beschädigung des Halbleiter-Substrats verbunden ist Weiterhin stellt die Gleichmäßigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit ein Problem dar, weil das Reaktiongsgas erst dann reagiert, wenn es bereits in das Reaktionsrohr eingetreten ist und sich in der Nähe des Bereichs befindet, in welchem die vorgesehene Bedampfung tatsächlich stattfindetIn the previous low-pressure coating devices of this type, the reaction is only through the heat supplied by the heating element to a heat reaction section in the reaction tube However, the heating element as such is located on the outer surface of the reaction tube, the thermal energy is used for Part absorbed and dissipated before it can reach the reaction section, so that the duration of the Reaction or reaction is very long and a very high temperature must be applied, which with the Risk of thermal damage to the semiconductor substrate is connected. Furthermore, the uniformity is ensured the reaction rate poses a problem because the reaction gas only reacts when it has already entered the reaction tube and is in the vicinity of the area in which the intended steaming actually takes place

Darüber hinaus haftet bei diesen Vorrichtungen der erzeugte Materialüberzug nicht nur am Plättchen, sondern auch an anderen Flächen innerhalb des Reaktionsrohrs an, z. B. an seinen Innenwandflächen, am Schiffchen usw.; wenn nun die Vorrichtung wiederholt benutzt wird, verdicken sich diese Ablagerungen an den anderen, unerwünschten Flächen, bis sie die Gasströmung behindern oder möglicherweise unter Staubbildung in Bruchstücken abplatzen. Aus diesen so Gründen muß in nachteiliger Weise das Reaktionsrohr regelmäßig ausgewechselt oder zusammen mit dem herausnehmbaren Schiffchen gründlich gereinigt werden, beispielsweise in einer Fluorsäurelösung o. dgl. Beide Maßnahmen sind jedoch unwirtschaftlich und zeitraubend, weil sie ein Zerlegen der Vorrichtung erforderlich machen.In addition, with these devices, the material coating produced does not only adhere to the platelet, but also on other surfaces within the reaction tube, e.g. B. on its inner wall surfaces, on the boat etc .; when the device is used repeatedly, these deposits thicken on the other, undesired surfaces until they obstruct the gas flow or possibly under it Flake off dust formation in fragments. For these reasons, the reaction tube has to be disadvantageous be replaced regularly or thoroughly cleaned together with the removable boat, for example in a fluoric acid solution or the like. However, both measures are uneconomical and time consuming because they require disassembly of the device.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Niederdruck-Beschichtungsvorrichtung, die die für die Bedampfungsreaktion aufgewandten Wärmeenergiemenge besser ausnutzt sowie eine erhöhte Gleichförmigkeit der abgeschiedenen Schicht erlaubt, wobei sich das Innere dieser Vorrichtung ohne die Notwendigkeit für ein Zerlegen reinigen lassen soll.The object of the invention is thus to provide a low-pressure coating device that is for the Better utilization of the amount of heat energy expended in the vaporization reaction and increased uniformity the deposited layer allowed, the interior of this device without the need should be cleaned for disassembly.

Diese Aufgabe wird bei einer Niederdruck-Beschichtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.This object is achieved with a low-pressure coating device according to the preamble of the patent claim 1 solved according to the invention by the features contained in its characterizing part.

Die Niederdruck-Beschichtungsvorrichtung wmfaßt also ein Reaktionsrohr, in welchem ein Trag-Schiffchen zur Aufnahme von zu beschichtenden Halbleitersubstraten herausnehmbar angeordnet ist und das Ober den größten Teil seiner Länge an einem Beschichtungsabschnitt von einem Heizelement umgeben ist Das Reaktionsrohr ist am einen Ende geschlossen und am anderen Ende mittels einer Lade- oder Beschickungsklappe verschließbar, wobei am geschlossenen Ende ein Absaugrohr angeordnet ist Weiterhin ist eic Gaseinlaßrohr zur Einführung eines Gases zu einem dem Beschichtungsabschnitt vorgeschalteten Bereich des Reaktionsrohrs vorgesehen. Das Gaseinlaßrohr ist über eine Verzweigung getrennt einstellbare Ventile mit verschiedenen Gasvorräten verbunden, die nach Bedarf ein Reaktionsgas für die Beschichtungsreaktion bzw. ein Ätzgas für die Reinigung des Inneren des Reaktionsrohrs zu liefern vermögen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält außerdem eine Plasmaerzeugungseinrichtung mit mindestens zwei an eine Hochfrequenz-Stromquelle angeschlossenen ElekUiideO, die an einer passenden Stelle in der Gaszufuhrstreck^ zwischen den Ventilen zum Umschalten der Gasvorräte und dem genannten Beschichtungsabschnitt im Reaktionsrohr angeordnet und mit Hochfrequenzstrom bzw. -spannung bsschickbar sind, um das vom jeweiligen Vorrat zum Beschichtungsabschnitt geleitete Gas aufgrund einer Entladung zwischen den Elektroden der Plasmaerzeugungseinrichtung in ein Plasma umzuwandeln und dadurch die Aktivität des Reaktionsgases zur Gewährleistung einer wirksameren Umsetzung und einer verbesserten Bedampfungsgleichförmigkeit zu erhöhen oder das Ätzgas in ein Plasma umzuwandeln, welches eine Reinigung der Reaktionsrohr-Innenflächen durch Plasmaätzung bewirktThe low-pressure coating device includes thus a reaction tube in which a support boat for receiving semiconductor substrates to be coated is removably arranged and the upper Most of its length is surrounded by a heating element at a section of the coating The reaction tube is closed at one end and by means of a loading or loading flap at the other end closable, a suction pipe being arranged at the closed end. Furthermore, there is a gas inlet pipe for introducing a gas to a region of the upstream of the coating section Reaction tube provided. The gas inlet pipe has separately adjustable valves via a branch various gas supplies connected, which as required a reaction gas for the coating reaction or a Able to deliver etching gas for cleaning the interior of the reaction tube. The inventive The device also contains a plasma generator with at least two connected to a high-frequency power source connected ElekUiideO, which is connected to a suitable place in the gas supply stretch ^ between the valves for switching the gas supplies and the called coating section arranged in the reaction tube and with high frequency current or voltage can be sent to the respective supply gas conducted to the coating section due to a discharge between the electrodes of the plasma generating device to convert into a plasma and thereby to ensure the activity of the reaction gas more efficient conversion and improved evaporation uniformity or to convert the etching gas into a plasma, which cleans the inner surfaces of the reaction tube Plasma etching causes

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 9.Advantageous further developments of the invention emerge from patent claims 2 to 9.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigtIn the following preferred embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing shows

F i g. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine Beschichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,F i g. 1 shows a vertical section through a coating device according to one embodiment of the invention,

Fig.2 eine perspektivische Darstellung der Ladebzw. Beschickungsklappe mit den daran angebrachten Elektroden bei der Vorrichtung nach F i g. 1,Fig. 2 is a perspective view of the Ladebzw. Loading flap with the attached Electrodes in the device according to FIG. 1,

F i g. 3 eine F i g. 1 ähnelnde Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,F i g. 3 a fig. 1 similar representation of another embodiment of the invention,

Fig.4 eine Fig.2 ähnelnde Darstellung der Ladebzw. Beschickungsklappe bei der Vorrichtung nach Fig. 3,4 shows a representation similar to that of FIG. Loading flap in the device according to FIG. 3,

F i g. 5 eine F i g. 1 und 3 ähnelnde Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,F i g. 5 a fig. 1 and 3 similar representation of yet another embodiment of the invention,

F i ^. ö eine den F i g. 1,3 und 5 ähnelnde Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung undF i ^. ö one the F i g. 1,3 and 5 similar representation a further embodiment of the invention and

Fig.7 bis 10 graphische Darstellungen dos Aufbaus und der Betriebsleistungen einer Niederdruck-Beschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung.Fig. 7 to 10 graphical representations of the structure and the operating performances of a low pressure coating apparatus according to the invention.

Bei der in F i g. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Niederdruck-Bescnichtungsvorrichtung ist ein zylindrisches Reaktionsrohr 2 aus einem feuerfesten Material, wie Quarz, am einen Ende geschlossen und mit einem praktisch zentral an diesem Ende angeordneten Absaugrohr 4 versehen, während das andere Ende des Reaktionsrohrs 2 mittels einer abnehmbaren Lade- bzw. Beschickungsklappe 6 verschlossen ist Um den grüßten Teil der Länge des Reaktionsrohrs 2 herum ist ein elektrisches Heizelement 10 zur Erwärmung desIn the case of the in FIG. 1 illustrated low pressure coating device according to the invention is a cylindrical one Reaction tube 2 made of a refractory material such as quartz, closed at one end and with a provided practically centrally arranged at this end suction tube 4, while the other end of the Reaction tube 2 is closed by means of a removable loading or loading flap 6 To the greetings Part of the length of the reaction tube 2 is an electrical heating element 10 for heating the

' Innenraums des Reaktionsrohrs 2 angeordnet. Die aus einem elektrisch isolierenden, feuerfesten Material, wie Quarz, bestehende Lade· bzw. Beschickungsklappe 6 wird von einem Gaseinlaßrohr 8 durchsetzt, über welches ein Gas in die Reaktionskammer einführbar ist Das GaseinlaBrohr 8 ist über einen passenden Verzweigungsanschluß 12 mit zwei externen Rohrleitungen 14 und 18 verbunden, die Ventile 16 bzw. 20 enthalten, mittels derer die Gaszufuhr wahlweise von einem von zwei Gasvorräten 21 und 22 wählbar ist, um je nach der vorgesehenen, noch zu erläuternden Funktion ein Reaktionsgas oder ein Ätzgas Ober das Gaseinlaßrohr 8 in das Reaktionsrohr 2 einzuführen.'Inside the reaction tube 2 arranged. Those made of an electrically insulating, refractory material, such as Quartz, existing loading or loading flap 6 is penetrated by a gas inlet pipe 8, over which a gas can be introduced into the reaction chamber. The gas inlet pipe 8 is via a suitable Branch connection 12 connected to two external pipes 14 and 18, the valves 16 and 20, respectively included, by means of which the gas supply can be selected from one of two gas supplies 21 and 22 to Depending on the intended function to be explained, a reaction gas or an etching gas over the Introduce gas inlet tube 8 into reaction tube 2.

In dem unmittelbar an den Auslaß 9 des Gaseinlaßrohres 8 anschließenden Teil des Reaktionsrohrs 2 ist stromauf des beheizten Beschichtungsabschnitts 3 eine Plasmaerzeugungseinrichtung 23 angeordnet, die zwei einander im wesentlichen parallel gegenüberstehende Elektrodenplatten 27 und 28 aufweist, welche ihrerseits gemäß Fig. 2 am einen Knde durch mindestens zwei elektrisch leitende Tragelemente 24 gehalten sind, während ihre anderen Enden mechanisch an der Innenfläche der isolierenden Beschickungsklappe 6 befestigt sind. Die Tragelemente 24 itahen über Zuleitungen 30 in elektrischer Verbindung mit einem in die Beschickungsklappe 6 eingelassenen elektrischen Anschluß 26, über den die eine Elektrodenplatte 27 an Masse und die andere Elektrodenpiatte 28 an die eine Seite einer Hochfrequenz-Stromquelle 32 angeschlossen ist, deren andere Seite wiederum an Masse liegt. Im Inneren des Reaktionsrohrs 2 ist im Beschichtungsabschnitt 3 zwischen den Elektrodenplatten 27, 28 und dem geschlossenen Ende mit dem Absaugrohr 4 ein herausnehmbares, aus Graphit bestehendes Trag-Schiffchen 34 angeordnet, das mindestens ein zu bedampfendes Halbleitersubstrat 36, etwa ein Siliziumplättchen. zu tragen vermag.In the part of the reaction tube 2 immediately following the outlet 9 of the gas inlet tube 8 arranged upstream of the heated coating section 3, a plasma generating device 23, the two having substantially parallel opposite electrode plates 27 and 28, which in turn according to FIG. 2 at one end by at least two electrically conductive support elements 24 are held, while their other ends are mechanically attached to the Inner surface of the insulating loading flap 6 are attached. The support elements 24 itahen Supply lines 30 in electrical connection with an electrical one let into the loading flap 6 Terminal 26, through which one electrode plate 27 to ground and the other electrode plate 28 to one Side of a high-frequency power source 32 is connected, the other side of which is in turn grounded. in the Inside the reaction tube 2 is in the coating section 3 between the electrode plates 27, 28 and the closed end with the suction tube 4 is a removable, graphite-made support boat 34 is arranged, the at least one semiconductor substrate 36 to be vaporized, such as a silicon wafer. to able to carry.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 1 zunächst bezüglich des Beschichtungsvorgangs erläutert. Für die Beschichtung wird mindestens ein Halbleitersubstrat 36 auf dem Schiffchen 34 angeordnet, worauf letzteres in das Reaktionsrohr 2 eingegeben und die Beschickungsklappe 6 geschlossen wird. Danach wird der Beschichtungsabschnitt 3 innerhalb des Reaktionsrohres 2 bei geschlossenem Ventil 16 und 20 mittels des externen Heizelements 10 auf hohe Temperatur erwärmt, während der Innenraum des Reaktionsrohres 2 über das Absaugrohr 4 mittels einer nicht dargestellten Vakuumpumpe auf einen niedrigen Innendruck evakuiert wird. Sodann wird über den Anschluß 26 von der Stromquelle 32 her elektrischer Hochfrequenz-Strom bzw. -Spannung über die Zuleitung und die Tragelemente 24 an die Elektrodenplatten 27 und 28 angelegt Das Ventil 16 wird geöffnet, so daß ein Trägergas, wie Stickstoff und z. B. Monosilan (SiH/), vom Reaktionsgasvorrat 21 über das GaseinlaBrohr 8 in der Nähe der das Plasma erzeugenden Elektrodenplatten 27 und 28 in das Reaktionsrohr 2 einströmen kann. Das einströmende Gas wird hierauf durch die Entladung zwischen den Elektrodenplatten 27 und 28 in einen Plasmazustand versetzt, so daß es vollständig in ein Plasma umgewandelt ist, bevor es den Beschichtungsabschnitt 3, in welchem die Silizium-Halbleitersubstrate 36 angeordnet sind, erreicht Das in ein Plasma umgewandelte Gas reagiert hierauf im Bcschichtungsabschniu 3, der auf eine hohe Temperatur, typischerweise von 600 bis 900⁰C, erwärmt worden ist, thermisch unter allmählicher Bildung eines Films bzw. einer Schicht aus polykristallinem Silizium auf dem Siliziumhalbleitersubstrat 36. Da die Aktivität des Reaktionsgases durch die Plasmabildung erhöht worden ist, reagiert dieses Gas schneller als bei der bisherigen Vorrichtung, bei welcher die Gasreaktion bzw. -umsetzung ohne vorherige Plasmaerzeugung lediglich durch Erwärmung mittels des Heizelements bewirkt wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann also die gewünschte aufgetragene Schicht schneller und wirtschaftlicher erzeugt werden. Da sich das in den Beschichtungsabschnitt 3 eintretende Gas im Plasmazustand befindet, wird außerdem die Gleichförmigkeit der Schichtbildung verbessert, so daß auch dann, wenn sich im Beschichtungsabschnitt 3 mehrere Halbleitersubstrate 36 befin den, gleichmäßige bzw. gleichförmige Schichten gezüchtet werden können.The operation of the device according to FIG. 1 initially explained with regard to the coating process. For the coating, at least one semiconductor substrate 36 is arranged on the boat 34, whereupon the latter is introduced into the reaction tube 2 and the loading flap 6 is closed. Thereafter, the coating section 3 within the reaction tube 2 is heated to a high temperature by means of the external heating element 10 with the valve 16 and 20 closed, while the interior of the reaction tube 2 is evacuated to a low internal pressure via the suction tube 4 by means of a vacuum pump (not shown). Then electrical high-frequency current or voltage is applied via the connection 26 from the power source 32 via the supply line and the support elements 24 to the electrode plates 27 and 28. The valve 16 is opened so that a carrier gas such as nitrogen and z. B. monosilane (SiH /), can flow from the reaction gas supply 21 via the gas inlet tube 8 in the vicinity of the plasma-generating electrode plates 27 and 28 into the reaction tube 2. The inflowing gas is then put into a plasma state by the discharge between the electrode plates 27 and 28 so that it is completely converted into a plasma before it reaches the coating section 3 in which the silicon semiconductor substrates 36 are arranged converted gas then reacts Bcschichtungsabschniu 3, which has been heated to a high temperature, typically from 600 to 900 ⁰ C, thermally, with the gradual formation of a film or a layer of polycrystalline silicon on the silicon semiconductor substrate 36. Since the activity of the reaction gas by the plasma formation has been increased, this gas reacts faster than in the previous device, in which the gas reaction or conversion is brought about without prior plasma generation only by heating by means of the heating element. With the device according to the invention, the desired applied layer can thus be produced more quickly and more economically. In addition, since the gas entering the coating section 3 is in the plasma state, the uniformity of film formation is improved, so that even if there are a plurality of semiconductor substrates 36 in the coating section 3, uniform layers can be grown.

Das Reaktionsgas kann aus Dichlorsilan (SiH₂Cl₂) und Ammoniak (NH3) bestehen; in diesem Fall kann eine Siliziumnitridschicht gezüchtet werden.The reaction gas can consist of dichlorosilane (SiH ₂ Cl ₂ ) and ammonia (NH3); in this case a silicon nitride layer can be grown.

Wie erwähnt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem einen mittels des Ventils 20 anstenerbaren Ätzgasvorrat 22 auf, von dem über das Ventil 20 ein Plasma-Ätzgas zur Reinigung der Innenfläche des Reaktionsrohrs 2 in dieses einführbar ist. Im folgenden ist die Arbeitsweise dieser Reinigungseinrichtung erläutert.As mentioned, the device according to the invention also has an etching gas supply 22 which can be charged by means of the valve 20 and from which a supply via the valve 20 Plasma etching gas for cleaning the inner surface of the reaction tube 2 can be introduced into this. Hereinafter the mode of operation of this cleaning device is explained.

Beim beschriebenen Beschichti'igsvorgang setzt sich das erzeugte polykristalline Silizium nicht nur, wie vorgesehen, auf den Halbleitersubstraten, sondern auch auf allen Teilen der Innenfläche des Reaktionsrohrs 2 ab. Nach wiederholter Durchführung des Beschichtungsverfahren wird daher die an den Innenwandflächen usw. des Reaktionsrohrs 2 abgelagerte Schicht allmählich immer dicker, weil mit jeder Substrat-Charge eine neue Schichtlage hinzugefügt wird. Wenn diese Ablagerung nicht entfernt wird, kann sie schließlich die Gasströmung im Inneren des Reaktionsrohres 2 behindern und die Reaktion sowie die Beschichtungs-Gleichförmigkeit beeinträchtigen, oder das abgelagerte Material kann in Form von Stückchen abplatzen und dadurch verunreinigende Staubteilchen bilden. Aus diesem Grund müssen die Innenflächen des Reaktionsrohres 2 regelmäßig von den angesammelten Niederschlagen befreit werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschieht dies einfach durch Absperren des Reaktionsgasvorrats mittels des Ventils 16, Entnahme der Halbleitersubstrate 36, Wiedereinsetzen des Schiffchens 34, Evakuieren des Innenraumes des Reaktionsrohres 2 mittels der nicht dargestellten, an das Absaugrohr 4 angeschlossenen Vakuumpumpe und Einführen eines Plasma-Ätzgases, wie eines Fluorkohlenstoff-Ätzgases, z. B. Tetrafluorkohlenstoff (CF₄), vom Ätzgasvorrat 22 fiber das Ventil 20 sowie über die Rohrleitung 18 und die Verzweigung 12 in das Gaseinlaßrohr 8 und von diesem in das Innere des Reaktionsrohres 2. Innerhalb des Reaktionsrohres 2 wird das Ätzgas im Bereich der Plasmaerzeugungseinrichtung 23 durch die zwischen den Elektrodenplatten 27 und 28 stattfindende Hochfrequenz-Entladung in ein Plasma umgewandelt, das sich praktisch durch das gesamte Innere des Reaktionsrohres 2 hindurch verteilt und ausbreitet und die angesammelten Niederschläge aus z. B. polykristallinem Silizium von den Innenwandflächen des Reaktionsrohres 2 unter Reinigung ihrer innenflächen wegätzt Dieser Reinigungsvorgang, der jeweils nach 10 der mehr Beschichtungsvorgängen einmal durchgeführt werden kann, wird sodann beendet,In the coating process described, the polycrystalline silicon produced is deposited not only on the semiconductor substrates, as intended, but also on all parts of the inner surface of the reaction tube 2. Therefore, after the coating process has been carried out repeatedly, the layer deposited on the inner wall surfaces etc. of the reaction tube 2 gradually becomes thicker because a new layer is added with each batch of substrate. If this deposit is not removed, it may eventually impede gas flow inside the reaction tube 2 and affect the reaction and coating uniformity, or the deposited material may flake off in the form of bits and thereby form contaminating dust particles. For this reason, the inner surfaces of the reaction tube 2 must be freed from the accumulated precipitates at regular intervals. In the device according to the invention, this is done simply by shutting off the reaction gas supply by means of the valve 16, removing the semiconductor substrates 36, reinserting the boat 34, evacuating the interior of the reaction tube 2 by means of the vacuum pump (not shown) connected to the suction tube 4 and introducing a plasma etching gas, such as a fluorocarbon caustic gas, e.g. B. carbon tetrafluoride (CF ₄ ), from the etching gas supply 22 via the valve 20 and via the pipe 18 and the branch 12 into the gas inlet tube 8 and from there into the interior of the reaction tube 2 converted into a plasma by the high-frequency discharge taking place between the electrode plates 27 and 28, which is distributed and spreads practically through the entire interior of the reaction tube 2 and removes the accumulated precipitates from e.g. B. etched away polycrystalline silicon from the inner wall surfaces of the reaction tube 2 while cleaning their inner surfaces. This cleaning process, which can be carried out once after 10 of the more coating processes, is then ended,

indem einfach die Ätzgaszufuhr durch Schließen des Ventils 20 beendet wird und das in Plasmaform vorliegende Ätzgas zusammen mit den weggeätzten Niederschlägen mittels der nicht dargestellten Vakuumpumpe über das Absaugrohr 4 abgesaugt wird.by simply terminating the supply of etching gas by closing the valve 20 and that in plasma form present etching gas together with the etched away precipitates by means of the vacuum pump, not shown is sucked off via the suction pipe 4.

Mittels des beschriebenen Reinigungsvorgangs werden Ansammlungen bzw. Niederschläge von polykristallinem Silizium oder Siliziumnitrid beseitigt Aufgrund von Undichtigkeiten in Rohrleitungen usw. kann jedoch Feuchtigkeit oder Sauerstoff in die Vorrichtung eindringen und im Laufe des Beschichtungsverfahrens Siliziumdioxid bilden, das auch an den freien Flächen im Inneren des Reaktionsrohres anhaftet Dieses Siliziumdioxid läßt sich jedoch einfach mittels eines Reinigungsgases, wie CjFg, entfernen, das ein mit Siliziumdioxid reagierendes Plasmaradikal bildet.By means of the cleaning process described, accumulations or deposits of polycrystalline However, silicon or silicon nitride can be eliminated due to leaks in pipes etc. Moisture or oxygen can penetrate into the device and during the course of the coating process Form silicon dioxide, which also adheres to the free surfaces inside the reaction tube. This silicon dioxide however, the one containing silicon dioxide can be easily removed by means of a cleaning gas such as CjFg reactive plasma radical forms.

Die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung entspricht bezüglich Aufbau und Arbeitsweise weitgehend derjenigen gemäß F i g. 1 und 2.The in the F i g. The embodiment of the invention shown in FIGS. 3 and 4 corresponds in terms of structure and mode of operation largely that of FIG. 1 and 2.

Der Unterschied zwischen diesen beiden Ausifinrungsformen beschränkt sich im wesentlichen auf den Aufbau der Lade- bzw. Beschickungsklappe 6. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 und 4 ist die Beschikkungsklappe 6 mit einem zentralen Einsatz 60 aus einem elektrisch isolierenden, feuerfesten Material, wie Quarz, versehen, der vom Gaseinlaßrohr 8 durchsetzt wird und an den sich zwei bogenförmige, elektrisch leitende Elemente 62 und 64 anschließen, mit denen die Tragelemente 24 mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind. An den anderen Enden der Tragelemente 24 sind, ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 und 2 vorrichtungsfeste Elektrodenplatten 27 und 28 der Plasmaerzeugui.gseinrichtung 23 mechanisch und elektrisch leitend befestigt. An das Element 64 ist eine Hochfrequenz-Stromquelle 32 angeschlossen, während das andere Element 62 mit Masse verbunden ist Auf diese Weise kann Hochfrequenzenergie an die Elektrodenplatten 27 und 28 angelegt werden, um zwischen diesen eine Hochfrequenzentladung zu erzeugen und das in das Reaktionsrohr einströmende Gas in ein Plasma zu überführen.The difference between these two forms is essentially limited to the structure of the loading or loading flap 6. In the Embodiment according to FIG. 3 and 4 is the loading flap 6 with a central insert 60 from one electrically insulating, refractory material, such as quartz, provided, which is penetrated by the gas inlet pipe 8 and to which two arcuate, electrically conductive elements 62 and 64 connect with which the Support elements 24 are mechanically and electrically connected. At the other ends of the support elements 24, similar to the embodiment according to FIG. 1 and 2 fixture-fixed electrode plates 27 and 28 of the plasma generating device 23 fastened mechanically and in an electrically conductive manner. To the Element 64 is connected to a high-frequency power source 32, while the other element 62 is connected to Ground is connected. In this way, high frequency energy can reach the electrode plates 27 and 28 are applied to generate a high-frequency discharge between them and that in the reaction tube to convert inflowing gas into a plasma.

Die Ausführungsform gemäß Fig.3 und 4 ist im Vergleich zu derjenigen nach F i g. 1 und 2 insofern vereinfacht als die inneren Zuleitungen und der spezielle Anschluß für ihre Verbindung mit der externen Stromquelle und Masse entfallen. Eine weitere Vereinfachung ergibt sich daraus, daß die bogenförmigen, leitfähigen Elemente 62 und 64, die Tragelemente 24 und die Elektroden 27 und 28 zweckmäßig aus jeweils demselben Werkstoff bestehen können, so daß sie in Form von zwei einstückigen Einheiten aus einem bogenförmigen Element (62 oder 64), einem Tragelement (24) und einer Elektrode (27 oder 28) ausgebildet werden können. Diese Konstruktion ist außerdem robuster als bei der vorher beschriebenen Ausführungs- form. In jeder anderen Hinsicht entspricht diese abgewandelte Ausführungsform völlig der zuerst beschriebenen Ausführungsform der Erfindung.The embodiment according to FIGS. 3 and 4 is in comparison to that according to FIG. 1 and 2 are simplified in that the inner leads and the special connection for their connection to the external power source and ground are omitted. A further simplification results from the fact that the arc-shaped, conductive elements 62 and 64, the support elements 24 and the electrodes 27 and 28 can expediently consist of the same material, so that they are in the form of two one-piece units from an arc-shaped element (62 or 64), a support element (24) and an electrode (27 or 28) can be formed. This construction is also more robust than in the previously described embodiment. In all other respects, this modified embodiment corresponds completely to the first- described embodiment of the invention.

Bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 1 und 2 bzw. Fig.3 und 4 ist die Plasmaerzeugungseinrichtung 23 jeweils an der Innenfläche der Beschickungsklappe 6 befestigt Erfindungsgemäß braucht jedoch die Plasmaerzeugungseinrichtung lediglich stromauf des beheizten BescbJchtungsabschnitts 3, d.h. zwischen diesem und den ventilgesteuerten Gasversorgungen angeordnet zu sein. Die Elektrodenplatten und ihre Tragelemente können daher auch an anderen Stellen im Reaktionsrohr montiert sein, beispielsweise auf die in Fi g. 5 gezeigte Weise an den Innenwänden des Reaktionsrohrs. Bei dieser Abwandlung kann außerdem der Stromquellen-Anschluß 26 in einer anderen Position als an der Beschickungsklappe 6 angeordnet sein, beispielsweise in s der Wandung des Reaktionsrohres 2 (vgl. Fig.5). Bezüglich Aufbau und Arbeitsweise entspricht die Ausführungsform nach Fig.5 praktisch den vorher beschriebenen Ausführungsformen. In the embodiments according to FIG. 1 and 2 or 3 and 4 is to be 23 fixed to the inner face of the loading door 6 According to the invention, however, needs the plasma generating means only upstream of the heated BescbJchtungsabschnitts 3, that is, between this and the valve-controlled gas supply in each case arranged, the plasma generating means. The electrode plates and their support elements can therefore also be mounted at other points in the reaction tube, for example on the one shown in FIG. 5 on the inner walls of the reaction tube. In this modification, the power source connection 26 can also be arranged in a different position than on the loading flap 6, for example in the wall of the reaction tube 2 (see FIG. 5). With regard to structure and mode of operation, the embodiment according to FIG. 5 corresponds practically to the embodiments described above.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Plasmaerzeugungseinrichtung 23 im Inneren des Reaktionsrohres angeordnet Da es jedoch nur erforderlich ist daß die Plasmaerzeugungseinrichtung dem beheizten Beschichtungsabschnitt vorgeschaltet ist kann die Plasmaerzeugungseinrichtung außerhalb des is Reaktionsrohres angeordnet werden, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist. Gemäß F i g. 6 sind die Gasvorräte 21 und 22 über die Rohrleitungen 14 bzw. 18, die Ventile 16 bzw. 20 und des Verzweigungsstück 12, an welchem die Rohrleitungen 14 bzw. 18 zusammengeführt sind, mit /0 einem Gääcifiiäurüfir 70 Verbunden, welches Gas ;n eine geschlossene Plasmaerzeugungskammer 72 aus Isoliermaterial einführt, die ihrerseits einen zweckmäßig erweiterten Abschnitt des Gaseinlaßrohrs 70 bildet Außerhalb der Plasmaerzeugungskammer 72 sind auf gegenüberliegenden Seiten derselben zwei Elektroden 73 und 74 angeordnet, die an die elektrische Hochfrequenz-Stromquelle 32'" bzw. an Masse anschließbar sind, um mit elektrischer Hochfrequenzenergie zur Erzeugung einer Entladung zwischen ihnen beaufschlagt zu werden, so daß das die Plasmaerzeugungskammer 72 durchströmende Gas in ein Plasma umgewandelt wird. Die Elektroden 73 und 74 können entweder vom kapazitiven oder vom dielektrischen Typ sein. Das zu einem Plasma umgesetzte Gas strömt dann aus der Plasmaerzeugungskammer 72 über ein Gaseinlaßrohr 76 durch die Wandung des Reaktionsrohres 2 in letzteres ein, um in diesem je nach dem gewählten Gasvorrat die gewünschte Funktion der Beschichtung bzw. der Reinigung durchzuführen.In the above-described embodiments, the plasma generating device 23 is inside of the reaction tube, however, since it is only necessary that the plasma generating device the heated coating section is connected upstream of the plasma generating device outside of the is reaction tube are arranged as shown in FIG. 6th is shown. According to FIG. 6 are the gas supplies 21 and 22 via the pipes 14 and 18, the valves 16 and 20 and the branch piece 12, at which the pipes 14 and 18 are brought together, with / 0 connected to a gas acidic acid for 70, which gas; n a introduces closed plasma generation chamber 72 made of insulating material, which in turn is an expedient The expanded portion of the gas inlet tube 70 forms outside the plasma generation chamber 72 are on opposite sides of the same two electrodes 73 and 74, which are connected to the electrical High-frequency power source 32 '"or can be connected to ground to provide high-frequency electrical energy to be applied to generate a discharge between them, so that the the plasma generating chamber 72 flowing gas is converted into a plasma. The electrodes 73 and 74 can be of either the capacitive or dielectric type. The gas converted into a plasma then flows from the plasma generation chamber 72 via a gas inlet tube 76 through the wall of the reaction tube 2 in the latter one in order to achieve the desired function of the coating in this depending on the gas supply selected or cleaning.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 6, bei welcher die Plasmaerzeugungseinrichtung außerhalb des Reaktionsrohres angeordnet ist bietet im Vergleich zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen den Vorteil, daß sich diese Plasmaerzeugungseinrichtung nicht in der Hochtemperatur-Atmosphäre des Beschichtungsabschnitts befindet so daß sie nur einer geringen thermischen Beschädigung ausgesetzt istThe embodiment according to FIG. 6, in which the plasma generating device is arranged outside the reaction tube, offers compared to the previous ones Embodiments described have the advantage that this plasma generating device is not in the high-temperature atmosphere of the coating section is so that it is subjected to little thermal damage

Im folgenden sind die wirksame und gleichmäßige Schichtbildung sowie die Reinigung der Innenflächen so des Reaktionsrohres anhand der Fig.7 bis 10 quantitativ beschrieben.The following are the effective and even layer formation as well as the cleaning of the inner surfaces so of the reaction tube based on FIGS. 7 to 10 described quantitatively.

Fig.7 veranschaulicht (schematisch) eine Niederdnick-Beschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit dem Reaktionsrohr 2, das eine Länge von 2 m besitzt und das im Inneren an seinem linken Ende die Plasmaerzeugungseinrichtung in den Elektrodenplatten 27 und 28 aufweist, welche mit der elektrischen Hochfrequenz-Stromquelle 32 mit einer Frequenz von 13,56MHz und einer Ausgangsleistung von 300W verbunden sind. Die in den Fig.8 bis 10 graphisch dargestellten Daten geben das Schichtwachstum bzw. die Atzgeschwindigkeiten an Stellen auf der Längsachse des Reaktionsrohres, von der Beschickungsklappe zur linken bzw. rechten Seite gemäß F ig. 7, an. F i g. 8 veranschaulicht die Aufwachsgeschwindigkeit in der Niederdruck-Beschichtungsvorrichtnng gemäß Fig.7 bei nicht in Betrieb stehender Plasmaerzeugungseinrichtung zur Nachahmung der Beschichtung in 7 illustrates (schematically) a Niederdnick coating device according to the invention with the reaction tube 2, which has a length of 2 m and which has the plasma generating device in the electrode plates 27 and 28 inside at its left end, which with the electrical high-frequency Power source 32 with a frequency of 13.56MHz and an output power of 300W are connected. The data shown graphically in FIGS. 8 to 10 give the layer growth or the etching speeds at points on the longitudinal axis of the reaction tube, from the loading flap to the left or right side according to FIG. 7, at. F i g. 8 illustrates the growth rate in the low-pressure coating device according to FIG. 7 when the plasma generating device is not in operation to imitate the coating in FIG

einer bisherigen Vorrichtung. Das zugeführte Gas besteht aus SiH* + N* die Innentemperatur des Beschichtungsabschnitts beträgt 630° C, und der Innendruck liegt bei 0,66 mbar. Hierbei wird eine polykriställine Siliziumschicht aufgedampft Bei dieser Vorrichtung liegt der Gleichförmigkeits-Hauptbereich mit einer Aufwachsgeschwindigkeit von 10,75 nm/min zwischen einer etwa 1 r™ von dir Beschickungsklappe entfernten Stelle und einec von dieser auf der Längsachse 80 cm weiter entfernten Stelle.a previous device. The supplied gas consists of SiH * + N * the internal temperature of the Coating section is 630 ° C, and the internal pressure is 0.66 mbar. A polycrystalline silicon layer is vapor-deposited in this device the main uniformity range with a growth rate of 10.75 nm / min lies between a loading flap about 1 r ™ away from you Place and one of this on the longitudinal axis 80 cm more distant place.

Fig.9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Lage bzw. Position und der Ätzgeschwindigkeit für Silizium im Reaktionsrohr der Vorrichtung gemäß F i g. 7 für den Fall, daß als Ätzgas CF₄ + O₂ (85% CF₄ und 15% O2) in das Reaktionsrohr eingeleitet und durch die Plasmaerzeugungseinricntung in einen Plasmazustand überführt wird. Die Ätzgeschwindigkeit verringert sich bei Raumtemperatur mit zunehmender Entfernung von den Elektrodenplatten der Plasmaerzeugungseinrichtung; bei Erhöhung der Temperatur des Reaktionsrohrs auf z.B. 200⁰C (vgl. Fig.9) wird andererseits das Gefälle der Ätzgeschwindigkeit abgeschwächt. Die Plasmaerzeugung findet in diesem Fall unter einem Druck von 0,66 mbar und mit einer an die Elektrodenplatten angelegten elektrischen Hochfrequenzenergie von 300 W statt. Aus der graphischen Darstellung von Fig.9 geht hervor, daß an den Innenflächen des Reaktionsrohres niedergeschlagenes Silizium über die gesamte Innenfläche des Reaktionsrohres hinweg weggeätzt und damit letzteres wirksam gereinigt werden kann.FIG. 9 illustrates the relationship between the position and the etching rate for silicon in the reaction tube of the device according to FIG. 7 for the case that CF ₄ + O ₂ (85% CF ₄ and 15% O2) is introduced into the reaction tube as the etching gas and converted into a plasma state by the plasma generation device. The etching rate decreases at room temperature with increasing distance from the electrode plates of the plasma generating device; on raising the temperature of the reaction tube to, for example, 200 ⁰ C (see FIG. 9 shows), the slope of the etching speed on the other hand attenuated. In this case, the plasma is generated under a pressure of 0.66 mbar and with a high-frequency electrical energy of 300 W applied to the electrode plates. The graph in FIG. 9 shows that silicon deposited on the inner surfaces of the reaction tube can be etched away over the entire inner surface of the reaction tube and the latter can thus be effectively cleaned.

Fig. 10 veranschaulicht die Aufwachs- bzw. Wachstumsgeschwindigkeit in der Niederdruck-Beschichtungsvorrichtung gemäß F i g. 7 bei arbeitender Plasmaerzeugungseinrichtung. Das zugeführte GasFIG. 10 illustrates the growth rate in the low-pressure coating apparatus according to FIG. 7 with the plasma generating device operating. The supplied gas

(SiH₄ + N2) wird unter einem Druck von 0,66 mbar und einer Temperatur von 630°C mit einer Hochfrequenzenergie von 300 W an den Elektrodenplatten in einen Plasmazustand überführt. Hierbei wird eine polykristalline Siliziumschicht gezüchtet. Aus Fig. 10 geht hervor, daß die Aufwachsgeschwindigkeit mit 13 nm/min im Vergleich zu Fig.8 verbessert ist, während der Gleichförmigkeitsbereich so verbreitert ist, daß er einen Bereich von einem 0,9 m von der Beschickungsklappe entfernten Punkt bis zu einem 1,8 m von ihr entfernten Punkt umspannt(SiH ₄ + N2) is converted into a plasma state at the electrode plates under a pressure of 0.66 mbar and a temperature of 630 ° C. with a high-frequency energy of 300 W. A polycrystalline silicon layer is grown here. It can be seen from Fig. 10 that the growth rate of 13 nm / min is improved compared to Fig. 8, while the uniformity range is broadened to cover a range from a point 0.9 m from the loading flap to a point 1 , Spanned a point 8 m away from it

Mittels der Anordnung der Plasmaerzeugungseinrichtung zwisch η einer Gaszufuhreinrichtung mit zwei wahlweise zuschaltbaren Gasvorräten und dem beheizten Beschichtungsbereich oder -abschnitt innerhalb des Reaktionsrohres kann somit die Aktivität des Reaktionsgases, welches das Beschichtungsmaterial liefert, gesteigert werden, indem dieses Gas in einen Plasmazustand überführt wird, bevor es den beheizten Beschichtungsabschnitt erreicht. Hierdurch können im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem die Reaktion lediglich durch die von außen her zugeführten Wärme angeregt wird, sowohl der Wirkungsgrad als auch die Gleichförmigkeit der Beschichtung verbessert werden. Außerdem ermöglicht die Anordnung der Plasmaerzeugungseinrichtung die Einleitung eines in ein Plasma umzuwandelnden Ätzgases in die Vorrichtung, um etwaige Niederschläge von den Innenwandflächen des Reaktionsrohres wegzuätzen. Auf diese Weise kann das Innere des Reaktionsrohres einfach gereinigt werden, ohne daß die Vorrichtung zerlegt zu werden braucht oder Teile ausgewechselt werden müssen. Dadurch werden weitere bedeutsame Vorteile bezüglich der Betriebsleistung gewährleistet.By arranging the plasma generating device between η a gas supply device with two optionally switchable gas supplies and the heated coating area or section within the Reaction tube can thus the activity of the reaction gas, which supplies the coating material, can be increased by converting this gas into a plasma state before it reaches the heated coating section. This allows in comparison to the prior art, in which the reaction is only stimulated by the heat supplied from the outside will improve both the efficiency and the uniformity of the coating. aside from that the arrangement of the plasma generating device enables an etching gas to be converted into a plasma to be introduced into the device in order to avoid any Etch away precipitates from the inner wall surfaces of the reaction tube. That way it can Inside of the reaction tube can be cleaned easily without the device needing to be disassembled or parts need to be replaced. This provides further significant advantages with regard to the Operational performance guaranteed.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Claims;

1_T Niederdruck-Beschichtungsvorrichtung zur Ausbildung von Aufdampfungsschichten auf Halbleitersubstraten, mit einem Reaktionsrohr (2) aus Isoliermaterial, mit einem einen Hauptteil der Länge des Reaktionsrohres (2) als Beschichtungsabschnitt (3) umschließenden Rohrofen (10), mit einer Ladebzw. Beschickungsklappe (6) am einen Ende des Reaktionsrohres (2), mit einem Absaugrobr (4) am Ό anderen Ende des Reaktionsrohres (2), mit einem Gaseinlaßrohr (8) im Bereich des einen Endes, mit einem herausnehmbaren Trag-Schiffchen (34) zur Halterung von Halbleitersubstraten (36) im Reaktionsrohr (2) und mit einem Gasvorrat (21, 22) zur >5 Lieferung eines Gases in das Innere des Reaktionsrohres (2), gekennzeichnet durch eine Plasmaerzeugungseinrichtung (23) mit mindestens zwei an eine elektrische Hochfrequenzstromquelle (32) angeschlossenen Elektroden (27, 28), um das zum Besctichtungsabschnitt (3) strömende Gas in ein Plasma umzuwandein, wobei die Piasmaerzeugungseinrichtung (23) in der Gasströmungsstrecke zwischen dem Beschichtungsabschnitt (3) und dem Gasvorrat angeordnet ist1 _T low-pressure coating device for the formation of vapor deposition layers on semiconductor substrates, with a reaction tube (2) made of insulating material, with a main part of the length of the reaction tube (2) as a coating section (3) enclosing tube furnace (10), with a loading or Charging flap (6) at one end of the reaction tube (2), with a suction tube (4) at the other end of the reaction tube (2), with a gas inlet tube (8) in the area of one end, with a removable carrying boat (34) for holding semiconductor substrates (36) in the reaction tube (2) and with a gas supply (21, 22) for> 5 delivery of a gas into the interior of the reaction tube (2), characterized by a plasma generating device (23) with at least two to an electrical high-frequency power source (32) connected electrodes (27, 28) in order to convert the gas flowing to the coating section (3) into a plasma, the plasma generating device (23) being arranged in the gas flow path between the coating section (3) and the gas supply

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasvorrat zwei getrennte, mittels Ventilen (16, 20) umschaltbare Gasvorräte (21, 22) zur Einführung entweder eines Reaktionsgases oder eines Plasmaätzgases in das Reaktionsrohr (2) umfaßt2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the gas supply has two separate means Valves (16, 20) switchable gas supplies (21, 22) for introducing either a reaction gas or a plasma etching gas in the reaction tube (2)

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die PlV.-maerzeugungseinrichtung (23) im Innerei des Reaktionsrohres (2) zwischen dem Auslaß (S) der Gaseinlaßrohres (8) und dem Beschichtungsabschnitt (3) angeordnet ist und mindestens zwei im wesentlichen parallel angeordnete Elektrodenplatten (27,28) aufweist, die mechanisch an elektrisch leitenden Tragelementen (24) befestigt sind, weiche ihrerseits mechanisch an *o passenden Stellen der Innenfläche des Reaktionsrohres (2) befestigt und elektrisch an die externe elektrische Hochfrequenz-Stromquelle (32) und un Masse angeschlossen sind.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the PlV.-ma generating device (23) in the interior of the reaction tube (2) is arranged between the outlet (S) of the gas inlet pipe (8) and the coating section (3) and at least two substantially parallel arranged electrode plates (27,28) which are mechanically attached to electrically conductive support elements (24), which in turn are mechanically attached to * o appropriate points of the inner surface of the reaction tube (2) attached and electrically connected to the external electrical high-frequency power source (32) and un ground are connected.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragelemente (24) für die Elektrodenplatten (27, 28) mechanisch an der Seitenwand des Reaktionsrohres (2) befestigt und über Zuleitungen und einen in die Wand des Reaktionsrohres (2) eingelassenen elektrischen An-Schluß elektrisch mit der externen Hochfrequenz-Stromquelle (32) sowie Masse verbunden sind.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the support elements (24) for the Electrode plates (27, 28) mechanically attached to the side wall of the reaction tube (2) and are electrically connected to the external high-frequency power source (32) and to ground via feed lines and an electrical connection embedded in the wall of the reaction tube (2).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragelemente (24) für die Elektrodenplatten (27, 28) mechanisch an der Ladeklappe (6) befestigt sind, deren Zentrum axial vom Gaseinlaßrohr (18) durchsetzt wird, daß die Ladekhppe (6) aus feuerfestem Isoliermaterial besteht, und daß die elektrische Verbindung zwischen den Tragelementen (24) und den Elektrodenplatten (27, 28) einerseits sowie der externen Hochfrequenz-Stromquelle (32) andererseits über Zuleitungen (30) hergestellt ist, welche die Tragelemente (24) mit einem in die Ladeklappe (6) eingelassenen elektrischen Anschluß (26) und über diesen mit der Hochfrequenz-Stromquelle (32) und mit Masse verbinden.5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the support elements (24) for the Electrode plates (27, 28) are mechanically attached to the loading flap (6), the center of which is axial is penetrated by the gas inlet pipe (18) that the Ladenkhppe (6) made of fireproof insulating material exists, and that the electrical connection between the support elements (24) and the electrode plates (27, 28) on the one hand and the external The high-frequency power source (32), on the other hand, is produced via feed lines (30) which connect the support elements (24) to the loading flap (6) recessed electrical connection (26) and via this to the high-frequency power source (32) and connect to ground.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-6. Apparatus according to claim 3, characterized

zeichnet, daß die Tragelemente (24) für die Elektrodenplatten (27, 28) mechanisch an der Ladeklappe (6) befestigt sind, deren Zentrum axial vom Gaseinlaßrohr (8) durchsetzt wird, daß die Beschickungsklappe (6) aus einer zentralen Platte bzw, einem Einsatz (60) aus einem feuerfesten Isoliermaterial und zwei sich anschließenden Seitenteilen (62, 64) aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist, daß die Tragelenente (24) mechanisch an den Seitenteilen (62,64) befestigt und elektrisch mit ihnen verbunden sind und daß die Seitenteile (62, 64) ihrerseits elektrisch an eine Hochfrequenz-Stromquelle (32) bzw. an Masse angeschlossen sind.draws that the support elements (24) for the electrode plates (27, 28) mechanically on the Loading flap (6) are attached, the center of which is axially penetrated by the gas inlet pipe (8) that the Loading flap (6) made of a central plate or an insert (60) made of a fire-resistant one Insulating material and two adjoining side parts (62, 64) made of an electrically conductive Material is made that the Tragelenente (24) mechanically attached to the side parts (62,64) and are electrically connected to them and that the side parts (62, 64) in turn electrically to a High-frequency power source (32) or are connected to ground.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten (27, 28), ihre Tragelemente (24) und die elektrisch leitenden Seitenteile (62, 64) jeweils materialeinheitlich in Form mindestens zweier einstückiger Einheiten aus je einem Seitenteil, einem Tragelement und einer Elektrodenplatte ausgebildet sind.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the electrode plates (27, 28), their Support elements (24) and the electrically conductive side parts (62, 64) are each made of the same material Form of at least two one-piece units, each consisting of a side part, a support element and one Electrode plate are formed.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaerzeugungseinrichtung (23) außerhalb des Reaktionsrohres (2) in einem Teil der den Gasvorrat (21, 22) mit dem Reaktionsrohr (2) verbindenden Leitung (76) angeordnet ist8. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma generating device (23) outside of the reaction tube (2) in one Part of the line (76) connecting the gas supply (21, 22) to the reaction tube (2) is arranged

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaerzeugungseinrichtung (23) zwei im wesentlichen parallele Elektrodenplatten (73, 74) an der Außenseite eines erweiterten Abschnitts (72) der Leitung (76) aufweist, und daß der erweiterte Abschnitt (72) eine Plasmaerzeugungskammer, in welcher das dem Reaktionsrohr (2) zuzuführende Gas vor dem Eintritt in dieses in den Plasmazustand überführt wird, bildet9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the plasma generating device (23) two substantially parallel electrode plates (73, 74) on the outside of an enlarged Section (72) of the line (76), and that the widened section (72) has a plasma generation chamber in which the reaction tube (2) The gas to be supplied is converted into the plasma state before it enters it, forms