DE3335107A1

DE3335107A1 - Verfahren zum herstellen eines gegenstandes mit einem mehrkomponentenmaterial

Info

Publication number: DE3335107A1
Application number: DE19833335107
Authority: DE
Inventors: Robert Pang Heng 07060 Warren N.J. Chang
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1983-09-28
Publication date: 1984-04-05
Also published as: JPS5984420A; CA1209949A; GB8325881D0; FR2533944B1; NL8303340A; GB2129020A; DE3335107C2; US4483725A; FR2533944A1; GB2129020B

Description

Beschreibung

Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes mit einem Mehrkomponentenmaterial

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Gegenständen, wie beispielsweise integrierten elektronischen oder elektrischen Bauelementen, durch Aufbringen eines Mehrkomponentenmaterials auf ein Substrat.

Dünne Mehrkomponentenschichten sind in einer großen Vielfalt technologischer Produkte anzutreffen, z.B. in optischen Linsen und in integrierten Schaltungen. Es gibt eine Fülle von Verfahren zum Herstellen derartiger Schichten. Da sich die vorliegende Anmeldung mit einem Niederschlagungsverfahren befaßt, welches unter Vakuum durchgeführt wird, soll die folgende Diskussion auf derartige Vakuum-Verfahren begrenzt werden.

Unter den Vakuum-Niederschlagungsverfahren kommt insbesondere, jedoch nicht ausschließlich in der Halbleiterindustrie denjenigen Verfahren besondere Bedeutung zu, die bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden. In der Silicium-VLSI-Technologie (Technologie der integrierten Größtschaltkreise) ist es wünschenswert, die Prozeßtemperaturen unter 600 C zu halten, um ein Verziehen des Substrats, Dotierstoffdiffusion sowie weitere die Ausbeute oder Bauelementeigenschaften abträglich beeinflussende

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Auswirkungen zu vermeiden. Ähnlich werden auf dem Gebiet der Verbindungshalbleiter-Bauelemente (z.B. bei GaAs-Bauelementen) niedrige Prozeßtemperaturen gefordert wegen der niedrigen oberflächen-uneinheitlichen Verdampfungstemperaturen und der hohen chemischen Reaktionsfähigkeit dieser Materialien. Generell kann gesagt werden, daß der Betrieb bei niedrigen Temperaturen eine sehr bedeutsame Eigenschaft eines Materialniederschlagungsverfahrens in der Halbleiterindustrie oder in mit dieser verwandten Industrien ist.

Allerdings machen viele der herkömmlichen Verfahren zur Bildung dünner Schichten aus Mehrkomponentenmaterialien auf einem Substrat relativ hohe Prozeßtemperaturen erforderlich. Dieser Kategorie angehörige Verfahren sind die thermische Oxidation oder Nitridation von Silicium, durch die SiO₂ bzw. Si₃N₄ erzeugt wird, indem bei Vorhandensein von Sauerstoff bzw. Stickstoff Substratmaterial verbraucht wird, und das chemische Dampfniederschlagungsverfahren (CVD-Verfahren),bei dem Mehrkomponentenmaterial durch thermisch induzierte Reaktionen unter geeigneten gasförmigen, mit einer Kontaktoberfläche in Berührung stehender Reaktionsstoffe erzeugt wird.

Unter den herkömmlichen Niederschlagungsverfahren, die sich bei relativ niedrigen Substrattemperaturen durchführen lassen, finden sich das Zerstäuben (einschließlich des reaktiven Zerstäubens), das Aufdampfen (einschließlich des aktivierten reaktiven Aufdampfens), die Plasmaniederschlagung, das plasmaunterstützte CVD-Verfahren, die Molekularstrahl-Niederschlagung und

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die Ionenstrahl-Niederschlagung. Einige dieser Methoden sollen im folgenden kurz diskutiert werden.

Bei dem "aktivierten reaktiven Aufdampfverfahren", bei dem es sich um ein plasmaverstärktes Aufbringverfahren handelt, werden von einer Verdampfungsquelle kommende Metall- oder Legierungsdämpfe zusammen mit einem Gas, welches mit dem Dampf chemisch zu reagieren vermag und in eine in einer Vakuumkammer befindliche Reaktionszone injiziert wird, verwendet. Die Reaktion zwischen dem Dampf und den Gasatomen läßt sich in ihrem vollständigen Ablauf dadurch fördern, daß sowohl die Metallals auch die Gasatome in eier Dampfphase aktiviert und/oder ionisiert werden. Dies erreicht man typischerweise durch Beschleunigen von in einem dünnen Plasmaschild oberhalb der Metalldampfquelle gebildeten Sekundärelektronen, wobei die Beschleunigung üblicherweise mittels einer Elektrode erfolgt, die zwischen dem zu behandelnden Substrat und dem Verdampfer angeordnet ist. Die so beschleunigten Elektronen erzeugen zwischen der Elektrode und dem Verdampfer eine plasmagefüllte Zone, in der die Metall- und Gasatome ionisiert oder aktiviert werden, was zu einer erhöhten Reaktionswahrscheinlichkeit zwischen den beiden Stoffen führt (siehe z.B. R.F. Bunshah, Thin Solid Films, Vol. 80, Seiten 255-261, (1981)). Aufgrund der Nähe der Plasmazone bezüglich des Substrats und aufgrund des Vorhandenseins relativ energiereicher Elektronen bewirkt das Verfahren, daß das Substrat einem Ionen- und/oder Elektronen-Bombardement ausgesetzt wird.

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Ein weiteres bekanntes Verfahren ist das Plasmaniederschlagen, wie es z.B. in der GB-PS 2.076587 dargestellt ist. Diese Druckschrift zeigt eine Vorrichtung mit einer separaten Plasmabildungskammer und einer Stoffekammer, wobei ein durch die Plasmaabziehöffnung der Plasmabildungskammer in die Stoffekammer gelangender Plasmastrom durch die Wirkung eines divergierenden Magnetfelds beschleunigt wird. In der Plasmakammer werden in die Kammer eingegebene Gase durch Mikrowellen aktiviert und/oder ionisiert. Die auf diese Weise aktivierten, beschleunigten Teilchen treffen auf das Substrat auf und reagieren dort unter Bildung einer niedergeschlagenen Schicht. Sämtliche chemischen Bestandteile der Schicht sind in der Plasmakammer vorhanden und werden aus dieser abgezogen. Um beispielsweise eine Siliciumnitrid-Schicht zu bilden, werden sowohl Silangas (SiH.) und Ammoniakgas (NH.,) in die Plasmakammer eingegeben.

Man sieht, daß die oben diskutierten Niedrigtemperatur-Niederschlagungsverfahren durch Plasmaerzeugung ionisierte oder angeregte Stoffe zum In-Gang-Setzen der gewünschten Reaktion verwenden. Den Niedrigtemperatur-Verfahren ist gemeinsam, daß in die Reaktionszone durch nicht-thermisch arbeitende Mechanismen Energie eingespeist wird, insbesondere dadurch, daß in der Reaktionszone ein in Teilchenform vorliegender angeregter oder ionisierter Stoff vorhanden ist.

Zusätzlich zu der Durchführbarkeit bei niedrigen Temperaturen gibt es noch verschiedene andere wünschenswerte Eigenschaften eines Mehrkomponentenmaterial-Aufbringverfahrens, die bei der

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Herstellung von Halbleiterbauelementen und ähnlichen Anwendungsfällen nützlich sind. So ist es beispielsweise wünschenswert und höchstwahrscheinlich bei der Herstellung von VLSI-Bauelementen mehr und mehr von Bedeutung, daß das Verfahren keine nennenswerte Beschädigung des Substrats bewirkt, d.h., unerwünschte Modifizierungen der Substratoberfläche und/oder des benachbarten Substratmaterials vermeidet, weil derartige Beschädigungen die Bauelementeigenschaften bzw. -kennlinien abträglich beeinflussen. Eine solche Beschädigung kann z.B. durch das Bombardement mit relativ hochenergetischen geladenen Teilchen verursacht werden. Verschiedene bekannte Verfahren setzen das Substrat solchen Teilchen aus. Solche Verfahren sind z.B. das Niederschlagen in einem neutralen oder ionisierten Gasmedium, die Plasmaniederschlagung und das aktivierte reaktive Aufdampfen.

Ein weiteres relevantes Verfahrensmerkmal ist die Verunreinigungsanfälligkeit. Ein Verfahren, bei dem durch die Wechselwirkung des reaktiven Mediums wie z.B. Plasma mit einer Fremdsubstanz, z.B. einer Reaktorwand, erzeugte Teilchen freien Zugang zu der Niederschlagungszone haben, erzeugt mit höherer Wahrscheinlichkeit verunreinigte Substratüberzüge als ein Verfahren, bei dem ein solcher Zugang beschränkt oder gar nicht vorhanden ist.

Das letzte Verfahrensmerkmal, welches hier erwähnt werden soll, ist die Steuerung der durch einen Mehrkomponentenmaterial-Niederschlagungsverfahren erreichten Material-Stöchiometrie. Einige bekannte Verfahren gestatten entweder nur eine begrenzte Steuerung der Materialzusammensetzung (z.B.. das CVD-Verfahren), sind

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aufgrund der Verfahrensempfindlichkeit bezüglich einiger Prozeßparameter (z.B. die für Molekularstrahl-Niederschlagung typische Empfindlichkeit bezüglich der Quellentemperatur) schwierig zu steuern oder haben die Neigung, nicht stöchiometrische niedergeschlagene Materialien zu erzeugend

Bekannte Verfahren zum Aufbringen von Mehrkomponentenmaterial auf einem Substrat, die sich bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und für ähnliche Zwecke einsetzen lassen, besitzen typischerweise nicht sämtliche der oben erläuterten wünschenswerten Eigenschaften. Wenngleich zumindest einige dieser Verfahren dem derzeitigen Stand der Silicium-IC-Technologie entsprechend adäquat funktionieren, so steht zu erwarten, daß eine weitere Bauelementminiaturisxerung sowie Verbesserungen der Bauelementeigenschaften Verbesserungen dieser Eigenschaften der Niederschlagungsverfahren erforderlich machen. Ein Verfahren, welches qualitativ hochstehendes Mehrkomponentenmaterial bei sehr niedrigen Substrattemperaturen zu bilden vermag, das durchführbar ist, ohne eine nennenswerte Substratbeschädigung hervorzurufen, das praktisch verunreinigungsfrei arbeitet, und das eine feine und relativ einfache Steuerung der Material-Stöchiometrie gestattet, ist also von grundlegendem technologischem Interesse.

Im folgenden sollen einige hier interessierende Definitionen gegeben werden:

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Ein "Mehrkomponentenmaterial" ist im vorliegenden Zusammenhang ein Material der allgemeinen chemischen Formel ABC ..., wobei zumindest χ und y von null verschieden sind und die Indizes nicht notwendigerweise ganze Zahlen sind.

Ein "Teilchenstrom" ist hier ein Fluß von Teilchen (Partikeln) mit einer mittleren Bewegungsrichtung und begrenzten seitlichen Abmessungen. Dies bedeutet, daß die Teilchenbahnen im wesentlichen ballistisch, d.h. nicht diffus sind.

Unter "ballistischer" Teilchenbewegung wird eine Bewegung verstanden, bei der die (durchschnittliche) mittlere freie Weglänge der Teilchen makroskopische Länge hat, typischerweise wenigstens einen Zentimeter beträgt.

Ein "Elementarteilchenstrom" (oder auch Element-Teilchenstrom) ist hier ein Teilchenstrom, der im wesentlichen aus Teilchen eines chemischen Elements besteht. Die Teilchen können Atome (angeregt oder nicht-angeregt) Ionen, Moleküle (angeregt oder nicht-angeregt) und kleine Atomanhäufungen sein.

Unter "angeregten neutralen Teilchen" werden hier Atome oder Moleküle verstanden, die sich in einem angeregten elektronischen Zustand befinden, dessen Lebensdauer typischerweise mindestens in der Größenordnung der Teilchen-Flugzeit zwischen Teilchenquelle und Substrat liegt.

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Eine Menge liegt "in der Größenordnung" einer anderen Menge, wenn sich die Beträge der Mengen um nicht mehr als einen Faktor von etwa drei unterscheiden.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines Gegenstands, der - zumindest während einiger Zeit des Herstellungsvorgangs - ein Mehrkomponentenmaterial enthält, welches über einem Substratmaterial liegt und sich typischerweise in seiner chemischen Zusammensetzung von dem Substratmaterial unterscheidet. Das Verfahren sieht vor, das Substrat in einer Aufbringkammer mindestens zwei Teilchenströmen auszusetzen, wobei sich die Teilchenströme in einem als "Reaktionszone" bezeichneten Raumvolumen nahe dem Substrat schneiden. Vorzugsweise ist der Hintergrunddruck innerhalb der Aufbringkammer derart gewählt, daß die mittlere freie Weglänge der Teilchen zumindest in der Größenordnung der Entfernung zwischen Teilchenquelle und Substratzone liegt. Einer der Teilchenströme (die Teilchen dieses Stromes werden als "Gas"-Teilchen bezeichnet) enthält angeregte neutrale Gasteilchen, deren Fluß ein wesentlicher Bruchteil des gesamten Gasteilchenflusses innerhalb des Stroms ist, vorzugsweise etwa 10% ausmacht. Der andere Teilchenstrom (die Teilchen dieses Stroms werden als "Metallteilchen" bezeichnet) besteht im wesentlichen aus solchen Teilchen, die in der Lage sind, mit den angeregten neutralen Gasteilchen eine chemische Reaktion einzugehen. In der Reaktionszone, die typischerweise die Substratoberfläche beinhaltet, treten zumindest die angeregten neutralen Gasteilchen mit den Metallteilchen in Wechselwirkung, was zur Bildung des Mehrkomponentenmaterials führt, welches

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- 14 sich auf dem Substrat absetzt.

Die Ausdrücke "Gasteilchen" und "Metallteilchen" werden hier der Vereinfachungheit halber verwendet, die Verwendung dieser Ausdrücke bedeutet nicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf eben solche speziellen Teilchen beschränkt wäre. In einem typischen Anwendungsfall· des Verfahrens wird SiO₂ niedergeschlagen (aufgebracht). In diesem Fall ist das "Metall" Silicium, also ein Halbieiter.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der angeregte neutrale Gasteilchen enthaltene Strom aus einer Plasmakammer hergeleitet, die mindestens eine in die Aufbringkammer führende Öffnung besitzt, und der Strom der Metallteilchen geht von einer Verdampfungsquelle aus. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der erstgenannte Teilchenstrom einem Magnetfeld ausgesetzt, dessen Stärke und Richtung so gewählt sind, daß geladene Teilchen aus dem Strom entfernt werden.

Bevorzugte Anwendungsgebiete des Verfahrens sind das Aufbringen von Mehrkomponentenmaterialien, .z.B. Oxiden, Nitriden, Hydriden, Fluoriden oder Chloriden auf Silicium-oder Germaniumsubstraten, auf III-V- oder Il-VI-Verbindungshalbleiter-Substraten oder auf Metall- oder Isolator-Substraten oder -Substratschichten. Beispiele für Bauelemente, die sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft herstellen lassen, sind integrierte Schaltungen aus Silicium, insbesondere VLSI-Schaltungen, bei denen SiO₂ Si₃N₄ zur Bauelementtrennung oder SiO₂, Si₃N₄ oder Al O₃ als

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"aktives" Dielektrikum z.B. in der MOS-Technologie aufgebracht wird , integrierte Verbindungs-Halbleiter-Bauelemente einschließlich integrierter optischer Bauelemente und Halbleiterlaser (wobei z.B. SiOp oder andere dielektrische Schichten auf binärem, ternärem oder quaternärem Halbleitermaterial aufgebracht werden), Josephson-Ubergänge und andere supraleitende Bauelemente (bei denen z.B. supraleitende NbN-Schichten oder Al-O^-Dielektrikummaterial aufgebracht wird. Andere beispielhafte Bauelement-Anwendungen sind das-Aufbringen von Verbindungs-Halbleiter-Schichten (z.B. TiO₂), von piezoelektrischen Schichten (z.B.ZnO₂),oder von Diffusions- oder chemischen Reaktionsbarrieren (z.B. TiN).

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet das Niederschlagen bei niedrigen Substrattemperaturen, die typischerweise unter etwa 25O°C liegen. Darüber hinaus gestattet das Verfahren ein bequemes Entfernen geladener Teilchen aus dem Gasteilchenstrom oder den Strömen, was zu praktisch beschädigungsfreier Materialaufbringung führt, da die angeregten neutralen Teilchen typischerweise thermische Energien, d.h. kinetische Energien in der Größenordnung von etwa 1/40 eV aufweisen und daher praktisch keine Beschädigung des Substrats bewirken.

Die oben angegebenen beiden Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens gestatten unter anderem die direkte Bildung einer mit einem Muster versehenen, niedergeschlagenen Mehrkomponentenschicht durch Aufbringen des Mehrkomponentenmaterials auf ein zuvor maskiertes Substrat (dieses ist z.B. mittels einer Resistmaterialschicht maskiert) . Das Mas.kierungsmaterial (und auch

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das darauf niedergeschlagene Mehrkomponentenmaterial) wird später z.B. durch ein Abhebeverfahren entfernt.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung praktisch verunreinigungsfreier Materialüberzüge, was unter anderem auf die praktisch ballistischen Bahnen der Teilchen zurückzuführen ist, wobei die Teilchen, die an der Reaktion teilnehmen, nur minimal mit den Wänden der Vorrichtung und anderen Fremdkörpern in Wechselwirkung treten. Da außerdem zumindest ein wesentlicher Teil des niedergeschlagenen Materials aus einer Reaktion mit den angeregten neutralen Teilchen hervorgeht, läßt sich das Niederschlagen in herkömmlicher Weise überwachen, indem man die während der Reaktion emittierte Strahlung beobachtet. Eine derartige Überwachung gestattet die feine Steuerung der Stöchiometrie des niedergeschlagenen Materials.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung Mittel aufweist zum Entfernen geladener Teilchen aus dem Teilchenstrom sowie Mittel zum überwachen des Niederschla-

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- 17 gungsvorgangs,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der beobachteten

Lichtintensität bei einer Lichtwellenlänge von 777,194 nm in der Reaktionszone als Funktion der Zeit während eines SiO₂~Aufbringdurchlaufs,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Amplitude und

des Cosinus der Phase d des komplexen Reflexionsgrad- Verhältnisses von thermisch gebildetem SiO bzw. von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf gewachsenem

Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen der normierten Kapazität

von Si/SiO₂/Al-Schichtstrukturen, in denen die Oxidschichten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht wurden,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der während des Zer-

stäubungsentfernens einer auf InP befindlichen SiO₂-Schicht beobachteten AES-Signalen (AES = Auger-Elektronenspektroskopie),

Fig. 8 eine perspektivische Teildarstellung eines teilweise maskierten Substrats, auf dem eine beispiel weise dielektrische Materialschicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht wurde,

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Fig. 9 eine schematische perspektivische Ansicht der

Substrat/Dielektrikum-Anordnung nach dem Entfernen der Maskenschicht mit dem darauf befindlichen dielektrischen Material,

Fig. 10 eine schematische perspektivische Ansicht einer

weiteren Materialschicht, z.B. eine Halbleiterschicht, die auf die oben erwähnte Substrat/Dielektrikum-Struktür aufgebracht wurde, und

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht des oben erwähnten

Substrats mit dem darauf befindlichen Halbleitermaterial, in welchem ein Muster ausgebildet ist.

Ein wichtiger Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist seine Fähigkeit, qualitativ hochstehendes Mehrkomponentenmaterial auf ein Substrat aufzubringen, welches typischerweise unterhalb etwa 250 C,in bestimmten Fällen sogar auf etwa Raumtemperatur gehalten wird. Diese Fähigkeit macht u.a. das Vorhandensein einer ausreichend großen Anzahl angeregter neutraler Teilchen in der Reaktionszone der Aufbringkammer, d.h. an oder in der Nähe der Substratoberfläche, auf der das Material aufzubringen ist, erforderlich. Die Erzeugung angeregter neutraler Teilchen und deren Transport in die Reaktionszone ist somit ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung. Noch ein weiterer bedeutsamer Punkt ist das Vorhandensein von solchen Teilchen in der Reaktionszone, die mit den angeregten neutralen Partikeln eine

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chemische Reaktion einzugehen vermögen, wobei zumindest eines der Reaktionsprodukte das niederzuschlagende Mehrkomponentenmaterial ist.

Das grundsätzliche Verfahren ist schematisch in Fig. 1 veranschaulicht. Der Prozeß wird in einer Aufbringkammer 10 durchgeführt, die Teil eines Vakuumsystems ist, dessen Einzelheiten dem Stand der Technik entsprechen und hier nicht dargestellt sind. Ein erster (Gas-) Teilchenstrom 11, der zumindest einen wesentlichen Anteil angeregter neutraler Teilchen enthält, tritt aus einer Öffnung 12 einer Gasstromquelle 13 aus und wird in Richtung auf ein Substrat 15 gerichtet, das auf einem mittels einer Manipuliervorrichtung 16 steuerbaren Substrathalter 14 montiert ist. In die Quelle 13 wird in bekannter und nicht näher dargestellter Weise Stoff eingegeben, typischerweise in Form eines Gasstroms 17. Die Quelle 13 enthält einen Generator für angeregte Teilchen, 18, der außer den angeregten neutralen Teilchen auch andere Stoffteilchen, z.B. Ionen erzeugt. Ein zweiter (Metall-) Teilchenstrom 19 kommt aus einer Öffnung 20 einer Metallstromquelle 21. Der Strom 19 wird ebenfalls auf das Substrat 1 5 gerichtet und schneidet den Strom 11, wodurch eine Reaktionszone 23 gebildet wird^ in welcher sowohl die angeregten neutralen Gasteilchen als auch die Metallteilchen vorhanden sind. Bei der Metallstromquelle 21 kann es sich um irgendeine geeignete Teilchenquelle handeln, die mit dem Prozeß kompatibel ist. In Fig. 1 ist als Beispiel eine Vordampfungsquclle dargestellt, in welcher ein Metallvolumcn 22 durch nicht dargestellte Mittel

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verflüssigt wird.

Obschon sich Fig. 1 ebenso wie die nachstehende Diskussion auf zwei Strom- oder Strahlquellen und zwei Teilchenströme bezieht, ist das Verfahren nicht in diesem Sinne beschränkt. Insbesondere läßt sich das Verfahren mit mehr als zwei Stromquellen realisieren, wobei mehr als ein Strom angeregte neutrale Teilchen und/oder mehr als ein Materialstrom in der Lage ist, mit den angeregten neutralen Teilchen zu reagieren. Außerdem sind Ströme möglich, die anders angeordnet sind bzw. anders verlaufen als in einem rechten Winkel zueinander. Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren kombinieren mit einer Vielfalt von vor der Niederschlagung erfolgenden Verfahrensschritten (z.B. kann zum Zwecke der Oberflächenvorbereitung ein Verbindungs-Halbleiter-Substrat einem Teilchenfluß aus atomarem Wasserstoff, Fluor,· Chlor, HF, HCl, Fluorkohlenstoff oder Chlorkohlenstoff ausgesetzt werden) oder von nach dem Niederschlagen erfolgenden Verfahrensschritten (z.B. einer Warmbehandlung).

Obschon die vorliegende Diskussion sich in erster Linie auf Elementarteilchenstrahlen bezieht, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der Gasstrahl läßt sich beispielsweise aus einem molekularen Gas, z.B. NH₃ gewinnen. Dieses Gas ist beispielsweise bei der Niederschlagung von Si.,N. vorteilhaft, da die aus Ammoniak gewonnenen angeregten neutralen Teilchen ein größeres Reaktionsvermögen aufweisen als die aus N₂ gewonnenen Teilchen. Es lassen sich auch nicht-elementare Strahlen vorteilhaft einsetzen, wenn eine dotierte Materialschicht zu bilden ist. Dies

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kann z.B. dadurch erfolgen, daß eine geeignete Menge eines dotierstoff-abgebenden Gases in den für die angeregten Teilchen vorgesehenen Generator, z.B. einen Plasmagenerator, eingegeben wird, aus welchem die Dotierstoffteilchen innerhalb des Gasteilchenstroms zu der Reaktionszone laufen.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung ist die praktisch ballistische Bewegung der zwei Teilchenströme. Dies bedeutet: die Teilchen unterliegen allenfalls .einer kleinen Anzahl von Stoßen (typischerweise mit restlichen Gasmolekülen) auf ihrem Weg von der jeweiligen Quelle zu der Wechselwirkungszone. Aus diesem Grund lassen sich die Ströme in seitlicher Richtung im wesentlichen begrenzen, so daß die Möglichkeit des Niederschiagens von Verunreinigungen durch Material der Wände der Vorrichtung beseitigt oder stark eingeschränkt wird. Um die ballistische Teilchenbewegung zu erzielen, muß der Prozeß unter Vakuumbedingungen ablaufen, wobei typischerweise in der Aufbringkamixier ein

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Hintergrunddruck von weniger als etwa 10 Torr (etwa 1,3 χ 10 Pa), herrscht, vorzugsweise findet der Prozeß unter UHV-Bedingungen (Ultrahochvakuum-Bedingungen) statt, d.h. bei einem Druck von weniger als etwa 10 Torr (etwa 1,3 χ 10 Pa).

Fig. 2 zeigt schematisch ein besonders verallgemeinertes Ausführungsbeispiel· der Vorrichtung zum Ausführen der Erfindung. In den Fig. 1 und 2 bezeichnen gieiche Bezugszeichen entsprechende Teile. Die GasteilchenstroiWgue^e 13 enthält einen Plasmagenerator, der schematisch durch zwei Eiektroden 24 angedeutet ist, von denen die eine geerdet ist, während die andere einen An-

Schluß 25 zur Verbindung mit einer Quelle für ein sich zeitlich änderndes elektrisches Potential, z.B. für eine HF-Quelle (nicht dargestellt), aufweist. Ein etwa parallel zur axialen Richtung des Gasteilchenstroms orientiertes Magnetfeld 26 veranlaßt unter anderem, daß geladene Teilchen mit einer auf der Feldrichtung senkrecht stehenden Geschwindigkeitskomponente in schraubenförmigen Bahnen laufen. Das Einfügen eines leitenden Schildes 27 in die Magnetfeldzone zwischen dem Plasma und der Reaktionszone führt dazu, daß aus dem Teilchenstrom ein wesentlicher Anteil der in dem Strom enthaltenen geladenen Teilchen entfernt „ wird, da aufgrund der schraubenförmigen Teilchenbahnen mehr geladene Teilchen als ungeladene Teilchen von dem Schild abgefangen werden. Der Schild 27 kann elektrisch vorgespannt werden oder unvorgespannt bleiben. In ähnlicher Weise läßt sich auch der Substrathalter 14 (und somit die Probe 15) vorspannen. In beiden Fällen kann die Vorspannung das Bombardement des Substrats mit geladenen Teilchen abschwächen. Die Schildposition wird vorteilhaft nach Maßgabe der Lebensdauer der angeregten Stoffteilchen ausgewählt, typischerweise derart, daß die Flugzeit zwischen Schild und Substrat nicht mehr als etwa einer Lebensdauer des angeregten Zustands entspricht.

Andere Magnetfeldkonfigurationen zum Verringern der Anzahl von geladenen Teilchen in dem Gasstrom sind möglich und für den Fachmann ersichtlich. Da die auf ein geladenes Teilchen der Geschwindigkeit ν in einem Magnetfeld B einwirkende Kraft proportional zum vektoriellen Produkt ν χ B ist, vermag ein zu

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der axialen Richtung des aus dem aus der öffnung 12 in Fig. 1 austretenden Gasstrom 11 im wesentlichen senkrechtes Magnetfeld geladene Teilchen wirksam aus dem Strom zu entfernen.

Andere Vorgehensweisen zum Bilden des Strahls mit neutralen angeregten Gasteilchen sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung. So beispielsweise lassen sich Gasteilchen durch Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung anregen, beispielsweise durch Wechselwirkung mit Laserstrahlung, und Einrichtungen, mit denen eine derartige Anregung bewirkbar ist, sind an sich bekannt (vgl. z.B. Photochemistry of Small Molecules, H. Okabe, Wiley-Interscience (1978)).

Fig. 2 zeigt außerdem schematisch eine Vorrichtung zum Überwacher des Niederschlagungsvorgangs. Die Reaktion zwischen den angeregten Gasteilchen und Metallteilchen führt typischerweise zu Änderungen der Emission elektromagnetischer Strahlung aus der Wechselwirkungszone. Eine solche Strahlung 28, die durch einen Spiegel 29 durch ein Fenster 30 auf eine optische Überwachungseinrichtung 31 gelenkt wird, 'kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Intensität der Strahlenflüsse so einzustellen, daß sich die Bildung des Niederschlags in einer geeigneten Zusammensetzung ergibt, wie aus der unten stehenden Beschreibung noch hervorgeht. Die optische Überwachungseinrichtung ist dem Fachmann an sich bekannt und bedarf keiner weiteren Erläuterung. Sie enthält z.B. eine Wellenlängen-Auswählvorrichtung, z.B. ein Spektrometer, und einen Strahlungsdetektor, beispielsweise eine

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Photovervielfacherröhre.

Der Metallteilchenstrahl kann mit einer geeigneten Vorrichtung erzeugt werden, die mit den Verfahrenserfordernissen in Einklang steht, speziell mit den Erfordernissen bezüglich des Vakuums. Bevorzugt wird ein Teil einer Metallprobe mittels Elektronenstrahl geschmolzen oder in einem eine Öffnung aufweisenden Ofen verdampft (Knudsen-Zelle). Derartige Einrichtungen sind dem Fachmann bekannt (vgl. z.B. Methods of Experimental Physics, Vol. 14, Vacuum Physics and Technology, G.L. Weissler und R.W. Carlson, (Herausgeber), Academic Press (1979)).

Da der Gasdruck in zumindest der Gasteilchenstromquelle den Druck in der Aufbringkammer bei weitem übersteigt, wird vorteilhafterweise eine Differentialpumpenanordnung eingesetzt. Derartige Anordnungen sind ebenso wie die allgemeinen Methoden und Einrichtungen zum Erzeugen von Vakuum und Ultrahochvakuum bekannt.

Fig. 3 zeigt eine anschauliche Kurve der Lichtintensität (Wellenlänge 777,2 nm), die über der Zeit aufgetragen ist, während der SiO- nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einem Si-Substrat aufgebracht wird. Der Metallteilchenstrom wurde durch Elektronenstrahlschmelzen von Silicium erzeugt, der Gasteilchenstrom wurde dadurch erzeugt, daß Teilchen aus einem Sauerstoffplasma entweichen konnten, wobei eine Anordnung eingesetzt wurde, die der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ähnelte. Kurve 32 ist der instrumentenspezif ische Hintergrundpegel. Die Kii'rve 33 zeigt wäh-

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rend solcher Zeiträume, in denen die Si-Probe geschmolzen wurde, d.h., wenn Si-Teilchen in der Reaktionszone zur Reaktion mit angeregten Sauerstoffpartikeln zur Verfügung standen, eine verringerte festgestellte Lichtintensität. Dieses Phänomen läßt sich dazu verwenden, die Teilchenflüsse so einzustellen, daß ein niedergeschlagenes Material mit einer gewünschten Zusammensetzung hergestellt wird. So z.B. bedeutet eine geringe, jedoch von null verschiedene Intensität bei 777,2 nm während des Aufbringens von SiO-, daß praktisch das gesamte Si bei der Reaktion verbraucht wird und nur ein geringer Anteil unreagierten Sauerstoffs verbleibt. Unter solchen Bedingungen handelt es sich bei dem aufgebrachten Material um stöchiometrisches SiO_.

Der Niederschlagungsvorgang kann auch an Ort und Stelle durch optisches Beobachten des niedergeschlagenen Materials überwacht werden. Ein geeignetes Verfahren hierzu ist die spektroskopische Ellipsometrie. In Fig. 4 ist das ellipsometrisch bestimmte (komplexe) Reflexionsgrad-Verhältnis einer 90 nm dicken SiO,,-Schicht, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf Si aufgebracht wurde, dargestellt, und zum Vergleich ist das Reflexionsgrad-Verhältnis -von thermisch bei" 1.100°C auf Si aufgewachsenem SiO₂ dargestellt (gestrichelte Linie). Die Kurve 40 ist die Ampli tude und die Kurve 41 der Cosinus der Phased des Reflexionsgrad-Verhältnisses. Die Kurven des niedergeschlagenen Oxids sind im wesentlichen denen des thermisch gebildeten Oxids ähnlich, was bedeutet, daß das niedergeschlagene Material etwa ideale. Stöchiometric aufweist. Da die Abweichung der gemessenen dielekt: ! copy

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sehen Funktion von einem vorbestimmten Normwert eine Abweichung des niedergeschlagenen Materials von der erwarteten Zusammensetzung oder Struktur kennzeichnet, können derartige Messungen zum Überwachen und, falls notwendig, zum Einstellen der Niederschlagungsbedingungen verwendet werden. Eine für eine derartige Überwachung geeignete Vorrichtung ist z.B. von D.E.Aspnes im Kapitel 15 von Optical Properties of Solids: New Developments, B.O. Seraphin, Herausgeber,· Nord-Holland, Amsterdam 1976 beschrieben.

" · Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu verwendet werden, Mehrkomponentenmaterial auf einer Vielfalt von Substraten niederzuschlagen, einschließlich Substraten aus Elemente-Halbleitern (z.B. Si und Ge), Verbindungs-Halbleitern (z.B. Ill-IV-Verbindungen wie GaAs, InP und Ga_1- Al P und II-VI-Verbindüngen wie ZnSe und Cd_1- Hg Te), Metallen und Isolatoren wie z.B. Nb bzw. LiNbO.,. Das Verfahren gestattet außerdem die Bildung einer großen Vielfalt von Mehrkomponentenmaterialien, darunter Oxiden, Nitriden, Fluoriden und Chloriden. Beispielhafte Materialien sind SiO₂, Si₃N₄, Al₃O₃, ZnO₃, NbN, TiO₂ und TiN. Unter geeigneten Bedingungen ermöglicht das Verfahren auch die epitaktische Bildung wenigstens einiger Materialien.

Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung ist die Fähigkeit, das Material aufzubringen, ohne daß die Substratoberflache nennenswert beschädigt wird, und zwar weder durch Materialverlust des Substrats noch durch physische Beschädigung. Eine solche Beschä-

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digung könnte die Bauelementleistung beeinträchtigen, beispielsweise die Leistung von MOSFETs, so daß diesem Vorteil der Erfindung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen besondere Bedeutung zukommt. Eine Messung der Schicht- und Trennschichtqualität ist die Norm-Kapazitäts/Spannungs-Kurve einer MOS-Schichtstruktur. Die Ergebnisse einer solchen Messung sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt, die experimentell bestimmte Beispielwerte angeben. In beiden Fällen handelte es sich bei den Substraten um Si-Substrate (n-leitend mit N-, = 10 cm ) mit darauf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten SiO₂ einer Dicke von 90 nm bzw. 42,5 nm, ohne Nach-Wärmebehandlung, und mit einer darauf aufgebrachten Al-Metallisierungsschicht. Das Oxid gemäß Fig. 5 wurde unter mäßigen Vakuumbedingungen (etwa 1,3 χ 10 Pa ( etwa 10 Torr)) in einem Apparat aufgebracht, der dem in Fig. 2 gezeigten Apparat ähnelt, d.h., mit einem Magnetfeld, das etwa parallel zur axialen Richtung des Sauerstoffstroms orientiert war. Das Oxid gem. Fig. 6 hingegen wurde unter ähnlichen Bedingungen niedergeschlagen, wobei das' Magnetfeld jedoch im wesentlichen senkrecht zur Stromrichtung orientiert war. Die erstgenannte Anordnung ergab ein teilweises Entfernen der geladenen Sauerstoffteilchen aus dem Strom, im letzteren Beispiel erfolgte das Entfernen der Teilchen praktisch vollständig. Beide C/V-Kurven wurden bei 1 MHz gemessen bei einer 100 mV/sec-Vorspannungswobbelung. Die Kurven zeigen praktisch keine Hysterese, was bedeutet, daß eine sehr geringe Dichte mobiler Ladungen in dem Oxid herrschte. Die Kurve 50 erreicht, jedoch nicht den theoretischen Minimalwert (Kurve 51) bei der Um-

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kehrspannung, im Gegensatz zu der Kurve 60, und die Kurve 50 besitzt einen wesentlich breiteren Ubergangsbereich als die Kurve 60 zwischen der Anreicherungszone (52) und der Verarmungszone (53). Dies zeigt an, daß eine beträchtliche Menge fester Ladungen und eine beträchtliche Anzahl von Oberflächenzuständen in der erstgenannten Schicht vorhanden sind. Das fast vollständige Fehlen geladener Teilchen während der Schichtaufbringung im letztgenannten Fall führte somit zu einer in hohem Maße verbesserten Schichtgualität.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die relative Schärfe der sich ergebenden Substrat/Überzug-Trennfläche. Dies ist in Fig. für eine auf InP unter mäßigen Vakuumbedingungen in einer Vor- ~richtung, die der Vorrichtung gemäß Fig. 2 ähnelt, aufgebrachten SiOp-Schicht dargestellt. Fig. 7 zeigt das AES-Signal als eine Funktion der Probentiefe, wie man sie durch herkömmliche Tiefenprofilmethoden erzielt. Die folgenden chemischen Stoffe sind aufgezeichnet:

01 - Sauerstoff SiO₂; SI2 - Silicium in SiO₂; PIN1 - InP Untergrund, IN1 - In in InP; Pl.- P in InP. Die Profile zeigen unter anderem, daß die Materialschicht-Stöchiometrie praktisch unabhängig vom Abstand von der Trennfläche war.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich dazu verwenden, auf direktem Wege eine mit einem Muster versehene aufgebrachte Schicht zu'bilden, d.h., eine Schicht zu bilden, ohne daß die aufgebrachte Schicht maskiert und das nicht-maskierte Material entfernt

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werden muß. Auf der Substratschicht kann man z.B. durch herkömmliche Lithographieverfahren vor dem Niederschlagen des hier in Rede stehenden Materials eine mit einem Muster versehene Maske, z.B. eine organische Resistmaterial-Maske erzeugen. Die Situation des anschließend erfolgenden Aufbringens des Mehrkomponentenmaterials ist schematisch in Fig. 8 dargestellt, die ein Substrat 80 zeigt, welches von einer gemusterten Maskierschicht 81 maskiert ist, wobei aufgebrachtes Material 82 die "Fenster" der Maske ausfüllt und aufgebrachtes Material 83 über der Maske liegt. Nach dem Entfernen der Maskierschicht durch z.B. herkömmliche Abhebeverfahren ergibt sich die in Fig. 9 skizzierte Situation, gemäß der auf dem Substrat 80 mit einem Muster versehenes niedergeschlagenes Mehrkomponentenmaterial 82 vorhanden ist.

Die oben beschriebene Methode ist nicht die einzige erfindungsgemäße Methode, sondern es sind noch Modifizierungen möglich. Es ist beispielsweise möglich, einen mit einem Muster versehenen erfindungsgemäßen Überzug mittels einer Schattenmaskierung des Substrats zu bilden, d.h. durch Zwischenlegen einer Maske, die aus solchen Zonen besteht, die ein Durchlassen der Teilchen in den Strömen (oder deren Reaktionsprodukte) verhindert, sowie -aus Zonen, die ein solches Durchlassen ermöglichen. Die Maske wird zwischen die Stromquellen und das Substrat eingefügt, grundsätzlich in großer Nähe des Substrats.

Nach der Schaffung einer Musterschicht aus Mehrkomponentenmaterial, beispielsweise einer SiO^-Schicht auf einem Substrat kann die

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Musterschicht beispielsweise als Maske zur Bildung einer Musterschicht eines anderen Materials, z.B. epitaktischen kristallinen Materials dienen. Es ist möglich, integrierte elektronische Schaltungen und/oder integrierte optische Bauelemente in III-V-Materialien wie GaAs oder InP zu bilden, indem eine in geeigneter Weise gemusterte Schicht aus SiO₂ oder Si₃N₄ auf einem Einkristall-III-V-Substrat gebildet und in den Fenstern nach herkömmlichen Methoden epitaktisches III-V-Material aufgewachsen wird. Dies kann z.B. durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) erfolgen. Diese Situation ist in Fig. 10 schematisch dargestellt. Fig. 10 zeigt das Substrat 10 mit einer darüberliegenden gemusterten Mehrkomponentenschicht 81, auf welcher eine weitere Materialschicht aufgebracht ist, die in den Fensterzonen epitaktisches kristallines Material 100 bilden kann, oben auf der Maske jedoch im wesentlichen amorphes Material 101 ist. Bei Bedarf läßt sich unerwünschtes Material z.B. durch Abhebeverfahren entfernen. Das Ergebnis ist in Fig. 11 dargestellt, gemäß der das Substrat 80 mit einem auf ihm befindlichen gemusterten kristallinen Material 100 versehen ist.

• Obschon sich die Diskussion hier auf eine einzelne Schicht des niedergeschlagenen Materials bezog, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Erfindung sieht z.B. ebenfalls vor, geschichtetes Material mittels gepulster Teilchenstrahlen aufzubringen. Das Pulsen läßt sich z.B. erreichen durch Verschlüsse oder durch gepulste Gasinjektion in den Plasmagenerator. Die · Erzielung optimal scharfer Trennflächen in dem geschichteten

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Material kann es erforderlich machen, die Lebensdauer der angeregten Teilchen genau zu beachten. Die Wahl des angeregten Zustands und/oder die Auslegung der Apparatur sollten derart erfolgen, daß die Teilchen-Flugzeit zum Substrat im wesentlichen gleich ist der Teilchen-Lebensdauer. So beispielsweise hat der Sauerstoff-Dreifachzustand eine relativ lange Lebensdauer und könnte daher nicht sehr vorteilhaft für die gepulste Aufbringung von Material durch Ströme eingesetzt werden.

Beispiel 1:

In einer Apparatur, die der in Fig. 2 gezeigten Apparatur ähnelte, wurde auf ein auf niedriger Temperatur (etwa 1OO°C) gehaltenem Si-Substrat eine 90 nm dicke SiO₂-Schicht niedergeschlagen. Das Einkristall-Si-Wafersubstrat wurde auf dem Probenhalter in dem Aufbringsystem montiert, in welchem der Hintergrunddruck auf etwa

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3,9 χ 10 Pa (3 χ 10 Torr) gehalten wurde. In dem Plasmagenerator wurde durch ein Paar von HF-Elektroden ein Sauerstoffplasma erzeugt, wobei der Plasmagenerator eine HF-Leistung von 300 Watt bei 30 MHz aufwies und ein Sauerstöffdruck von etwa 1,3 χ 10" Pa (1 χ 1O~ Torr) herrschte. Das Plasma wurde durch

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ein axiales Magnetfeld (2 χ 10 T (etwa 200 Gauss)) eingegrenzt. Zum bevorzugten Auffangen geladener Teilchen wurde ein Schild (Maschenweite < 0,3 mm) verwendet. Atomares Si wurde durch Elektronenstrahlverdampfung (3keV) von Silicium in einer Verdampfungsquelle erzeugt. Die Quelle war etwa eine mittlere freie Weglänge, von -dem Substrat entfernt. Der Elektronenstrahl wurde gewobbelt, indem das angrenzende Magnetfeld des Plasmas bei einer

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Frequenz von 0,5 Hz moduliert wurde. Der Sauerstofffluß wurde etwa konstant gehalten, und der Si-Fluß wurde gesteuert, indem der e-Strahl-Strom derart eingestellt wurde, daß die Emissionslinie für das atomare Sauerstoff bei A = 777,2 nm eine geringe Intensität aufwies, jedoch von null verschieden war. Die Linie wurde mittels eines optischen Spektrometers vom Typ Yarrell-Ash und einer RCA 4840-Photoröhre unter Verwendung eines Zer- , hackers und eines Lock-In-Verstärkers (PAR-121) überwacht. Die Aufbringrate sowie die optische Qualität des niedergeschlagenen Materials wurden an Ort und Stelle durch ein Abtast-Ellipsorneter überwacht. Die Aufbringrate betrug etwa 1,5 nm/min. Die sich ergebende Schicht hatte etwa die gleichen optischen Eigenschaften im sichtbaren Bereich des Lichts und im Infrarotbereich wie thermisch gewachsenes SiO₂, hatte eine extrem scharfe Grenzfläche bezüglich des Substrats (was das Fehlen einer Oxidation _oder anderer chemischer Reaktionen des Substrats während des Aufbringens anzeigt), war frei vom Element Si oder Verunreinigungen innerhalb der Meßgrenzen des verwendeten AES-Systems, hatte eine dielektrische Festigkeit von etwa 5 χ 10 V/cm und C/V-Kennlinien ähnlich denen, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind.

Beispiel 2:

In einem Verfahren ähnlich dem Beispiel 1 wurde auf einem Si-Substrat Si-.N₄ niedergeschlagen, wobei hier jedoch anstelle von jetzt NH-s-Gas in die Plasmakammer eingespeist wurde.

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- 33 Beispiel 3:

Unter ähnlichen Bedingungen, wie sie für Beispiel 1 angegeben wurden, wurde in der oben angegebenen Apparatur auf einem Einkristall-InP-Substrat eine 100 nm dicke Schicht aus Al-O-, niedergeschlagen. Das Substrat hatte eine Temperatur von etwa 100 C, der Al-Strahl wurde in dem e-Strahl-Verdampfer gebildet, und die Niederschlagungsgeschwindigkeit betrug etwa 6 nm/min. Die Reaktion wurde überwacht durch Beobachten der 777,2-nm-Strahlung.

Beispiel 4:

Unter Bedingungen ähnlich den Bedingungen der Beispiele 1 und wurde auf Si eine SiO₂-Schicht und auf InP eine Al_?0₃~Schicht niedergeschlagen. Der Plasmagenerator war eine Quarzröhre, die direkt auf das Substrat gerichtet war und die von einer HF-Spule umgeben war. Der Druck innerhalb der Röhre betrug 13 Pa (10 Torr), der Sauerstoffstrom wurde von einem einzigen Nadelloch (Durchmesser etwa 3 mm) in der Röhre abgegeben. Diese Anordnung

-2 gestattete die Beibehaltung eines Drucks von etwa 1,3 χ 10

-4 -2

Pa (10 Torr) in der Aufbringkammer. Ein etwa 2 χ 10 T (200 Gauss) starkes Magnetfeld wurde senkrecht bezüglich der Plasmaröhre ausgerichtet und diente zum Erzeugen eines im wesentlichen von geladenen Teilchen freien SauerstoffStroms. Die C/V-Kennlinien der SiO₂-Schicht waren ähnlich wie in Fig. 6 gezeigt.

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Beispiel 5:

Nach einem Verfahren, welches dem Verfahren gemäß Beispiel 4 im wesentlichen entspricht, wurde auf einem Si-Substrat Cl-dotiertes SiO- aufgebracht, wobei eine zweite Plasmaröhre zum Erzeugen atomaren Chlors zusätzlich in der Apparatur verwendet wurde, und der aus der Röhrenöffnung austretende Teilchenstrom ebenfalls auf das Substrat gerichtet war.

Beispiel 6:

In einer Vorrichtung, die der Vorrichtung des Beispiels 5 ähnelte, wurde eine SiO~-Schicht auf einem. GaAs-Substrat aufgebracht, indem, bevor das Substrat dem Silicium-und dem Sauerstofffluß ausgesetzt wurde, das Substrat kurz einem atomaren Fluorfluß ausgesetzt wurde, woran sich unmittelbar anschließend das Niederschlagen von SiO₂ auf die so vorbehandelte GaAs-Oberflache anschloß. Das Verfahren hierbei-entsprach dem Beispiel 1.

Beispiel 7:

Durch ein dem Beispiel 4 ähnliches Verfahren wurde auf einem Einkristall-Saphir- (0TT2)-Substrat epitaktisches ZnO-(1120) aufgewachsen, wobei die Substrattemperatur oberhalb von etwa 200 C

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lag und der Zn-Strom durch e-Strahl-Verdampfung eines hochreinen Zinkpellets erzeugt wurde, der Sauerstoffstrom aus der Öffnung der Plasmaröhre austrat und die Reaktion durch Beobachtung der Strahlung der 777,2-nm-Linie überwacht wurde.

Beispiel 8:

Durch ein herkömmliches Verfahren wurde auf einem Si-Substrat eine Schicht eines organischen Resistmaterials aufgesponnen und eine Maskierschicht mit kleinsten Fensterabmessungen von etwa 1 JHja. durch herkömmliche Belichtungs-, Entwicklungs- und Ätzverfahren geschaffen. Auf dem so maskierten Substrat wurde dann eine 100 nm dicke Schicht aus SiO„ mittels eines Verfahrens aufgebracht, das im wesentlichen dem Verfahren des Beispiels 4 entsprach, wobei die Substrattemperatur etwa 30 C betrug. Dann wur-

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de das Resistmaterial mit dem darauf niedergeschlagenen Si^ durch ein Abhebeverfahren entfernt, wie es an sich aus der SiIicium-LSI-Herstellung bekannt ist, so daß mit einem Muster versehenes SiO- mit scharf ausgeprägten Konturen und praktisch ohne Unterschneidungen erhalten wurde, wobei die Abmessungen ziemlich genau den Maskenfensterabmessungen entsprachen.

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Claims

Patentansprüche

M.j Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes mit einem über einem Substrat liegenden Mehrkomponentenmaterial, welcher sich insbesondere zum Herstellen integrierter elektrischer oder elektronischer Bauelemente eignet, bei dem das Mehrkomponentenmaterial dadurch gebildet wird, daß in einer Vakuum-Aufbringkammer gleichzeitig mindestens ein erster Teilchenstrom und ein zweiter Teilchenstrom auf das Substrat gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Teilchenstrom angeregte neutrale Teilchen enthält, wobei ein Teilchenf-luß mit angeregten neutralen Teilchen ein wesentlicher Bruchteil des gesamten Teilchenflusses des ersten Teilchenstroms ist, daß der zweite Teilchenstrom im wesentlichen aus Teilchen besteht, die mit den angeregten •neutralen Teilchen chemisch zu reagieren vermögen, daß die

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Raducfcestreße 43 80G0 München 60 Tolclon p^a.9) 813603/68360* Tplox 5212313 Telegramme Patentconsull

beiden Teilchenströme veranlaßt werden, sich in einem als Reaktionszone bezeichneten Raumvolumen nahe dem Substrat zu schneiden, wodurch erstes Material gebildet und auf das Substrat aufgebracht wird, und daß das Substrat auf einer Temperatur von weniger als 25O°C gehalten wird.
2. Verfahren nach Ansprch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Teilchenströme einen Dotierstoffteilchenfluß aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Teilchenströme ein im wesentlichen aus Elementarteilchen bestehender Teilchenstrom ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilchenfluß mit den angeregten neutralen Teilchen mindestens 10% des Gesamtteilchenflusses des ersten Teilchenstroms darstellt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Teilchenstrom nach dem Eintreten in die Reaktionszone praktisch keine geladenen Teilchen vorhanden sind.
6» Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest der erste Teil-

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chenstrom einem Magnetfeld ausgesetzt wird, wodurch zumindest ein wesentlicher Teil der geladenen Teilchen.in dem Strahl aus diesem entfernt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichne daß die Richtung des Magnetfelds im wesentlichen parallel zur Richtung des ersten Teilchenstroms ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Richtung" des Magnetfelds bezüglich der Richtung des ersten Teilchenstroms etwa senkrecht verläuft.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilchenstrom durch eine Vorrichtung erzeugt wird, die einen Plasmagenerator enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmagenerator eine Einrichtung aufweist, mit der elektromagnetische Strahlung in eine Plasmaerzeugungszone gerichtet werden kann.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung eine Laserstrahlung ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmagenerator eine Einrichtung aufweist, mit der einer Plasmaerzeugungszone ein sich zeitlich ändern-

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; - · 33351Q 7

des elektrisches Potential aufprägbar ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilschenstrom durch eine Vorrichtung erzeugt wird, die eine Verdampfungsvorrichtung aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elementarteilchenstrom im wesentlichen aus Gasteilchen besteht.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gas ein chemisches Element ist,welches aus den Elementen Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Fluor, Chlor und Brom ausgewählt ist.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration mindestens einer Gattung von Partikeln in dem Raumvolumen nahe dem Substrat wenigstens einmal während des Aufbringens des Mehrkomponentenmaterials geändert wird, um dadurch einen Niederschlag zu bringen, der mindestens zwei Materialschichten enthält, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung voneinander unterscheiden.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat, bevor das Mehrkomponentenmaterial auf ihm aufgebracht wird, einem Teilchenfluß ausgesetzt wird, der mindestens einen der Stoffe Sauerstoff, Fluor, Chlor, HF, HCl, Fluorkohlenstoffe oder Chlorkohlenstoffe enthält.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Aufbringkammer auf unter etwa

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1/33 χ 10 Pa (1 χ 10 Torr), vorzugsweise auf unter etwa

1,33 χ 10~⁵ Pa (1 χ 10~⁷ Torr) gehalten wird.
19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet, daß das Substrat ein Material ist, das aus der aus Silicium, Germanium, III-V-Halbleitern, II-VI-Halbleitern, Metallen und Isolatoren bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Einkristall ist und mindestens eine vorgewählte Substratzone vor dem Aufbringen des ersten Materials auf dem Substrat mittels einer mit einem Muster versehenen Schicht aus Maskierungsmaterial, welche über dem Substrat liegt, maskiert ist.
21. Gegenstand, dadurch gekennzeichnet , daß er nach dem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1-20 hergestellt ist.