DE3736917C2 - Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung von Halbleiterschichten aus der Gasphase - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung einer abgeschiedenen Dünnschicht aus der Gasphase, wie z. B. einer amorphen Siliziumdünnschicht auf einem Substrat, die insbesondere als photoleitendes Element für Halbleiter- Bauteile, photoleitende Teile zur Verwendung in der Elektrophotographie, Bildeingabe-Zeilensensoren, Bildaufnahmeelemente, Elemente für photoelektromotorische Kraft oder dgl. verwendbar ist.

Bisher sind als Element in einem Halbleiter-Bauteil, einem photoleitenden Bauteil zur Verwendung in der Elektrophotographie, einem Bildeingabe-Zeilensensor, einem Bildaufnahmeelement oder anderen optischen Bauteilen eine Anzahl amorpher Halbleiter-Dünnfilmschichten vorgeschlagen worden, z. B. eine abgeschiedene amorphe Dünnschicht, die sich aus Silizium mit amorphem Material zusammensetzt, das ein Wasserstoffatom oder/und Halogenatom, wie z. B. ein Fluoratom oder Chloratom enthält (nachfolgend auch als "A- Si(HX)" bezeichnet). Einige solche Dünnschichten sind zu praktischer Anwendung gelangt.

Neben diesen amorphen Halbleiter-Dünnschichten sind verschiedene Verfahren zu deren Herstellung vorgeschlagen worden, die eine plasmaunterstützte Abscheidung aus der Gasphase anwenden, bei der ein Ausgangsstoff dadurch zerlegt wird, daß er der Einwirkung von Energie eines Gleichstroms, einer Hochfrequenz oder einer Mikrowellen-Glimmentladung zum Bilden einer abgeschiedenen Dünnschicht auf einem Substrat aus Glas, Quarz, wärmebeständigem Harz, korrosionsbeständigem Stahl oder Aluminium unterzogen wird. Es sind auch verschiedene Vorrichtungen zum Durchführen solcher Verfahren vorgeschlagen worden.

In den letzten Jahren war auch auf industrieller Ebene die öffentliche Aufmerksamkeit auf ein Verfahren zur plasmaunterstützten Abscheidung aus der Gasphase mittels Mikrowellen-Glimmentladung (nachfolgend auch mit "MW-PCVD- Verfahren" abgekürzt) gerichtet.

Ein Beispiel für solch eine Vorrichtung zum Durchführen des MW-PCVD-Verfahrens gibt der in Fig. 2 gezeigte perspektivische Aufbau wieder.

In Fig. 2 sind eine ganze Vakuumkammer 1, ein Mikrowellen- Eintrittsfenster 2 aus dielektrischem Material, wie z. B. Aluminiumkeramik oder Quarz, ein Hohlleiter 3, in dem sich die von einer (nicht gezeigten) Mikrowellen-Leistungsquelle erzeugte Mikrowelle 4 fortpflanzt, ein über ein (nicht gezeigtes) Ausströmventil mit einer (nicht gezeigten) Ausströmvorrichtung verbundenes Ausströmungsrohr 5, ein Substrat 5, auf dem eine abgeschiedene Dünnschicht aufzubringen ist, und ein im wesentlichen umschlossener Aufdampfungsraum 7 (Plasmaerzeugungsraum) gezeigt.

Der Vorgang der Dünnschichtausbildung in der vorgenannten Vorrichtung wird auf folgende Weise durchgeführt.

Die Luft in der Vakuumkammer 1 wird durch Öffnen des Hauptventils in dem Ausströmungsrohr 5 evakuiert, um den Abscheidungsraum der Vakuumkammer auf ein vorbestimmtes Vakuum zu bringen. Eine (nicht gezeigte) Heizung, die in einem (nicht gezeigten) Substrathalter eingebaut ist, wird zum gleichmäßigen Aufheizen des Substrats 6 auf eine vorbestimmte Temperatur in Betrieb gesetzt und auf dieser Temperatur gehalten.

Daraufhin werden die Ausgangsstoffgase, beispielsweise Silangas, wie z. B. SiF₄-Gas und Wasserstoffgas (H₂-Gas) usw. im Falle des Aufbringens einer abgeschiedenen amorphen Dünnschicht mit Silizium durch eine (nicht gezeigte) Gaszuführvorrichtung in den Abscheidungsraum 7 der Vakuumkammer 1 geleitet, während der Abscheidungsraum bei einem Vakuum von weniger als 1,333 Pa gehalten wird.

Anschließend wird eine Mikrowelle 4 mit einer Frequenz von beispielsweise 2,45 GHz von der (nicht gezeigten) Mikrowellen-Leistungsquelle durch einen Isolator, eine Leistungsüberwachungseinheit, eine Abstimm-Stichleitung (letztere sind nicht gezeigt), den Hohlleiter 3 und das Mikrowellen-Eintrittsfenster 2 in den Abscheidungsraum 7 geführt. Die derart in den Abscheidungsraum 7 geführten Ausgangsstoffgase werden durch eine Energie der Mikrowelle angeregt und dissoziiert, so daß sie ein Plasma erzeugen und chemische Reaktionen in demselben hervorrufen, die zur Ausbildung einer niedergeschlagenen Dünnschicht auf dem Substrat 6 führen.

Im übrigen wirkt das so erzeugte Plasma als eine Art Absorptions- oder Reflexionsmittel für eine Mikrowelle, die sich naturgemäß in dem dielektrischen Medium räumlich ausbreitet. Die Dichte des Plasmas verringert sich infolge der Verlängerung der mittleren freien Weglänge geladener Partikel, wenn sich das Ausmaß des Vakuums erhöht. Wenn das Ausmaß des Vakuums zur Zeit der Ausbildung des Plasmas erhöht wird, wird es daher möglich, die Ausbreitungslänge der Mikrowelle zu vergrößern.

Falls jedoch beabsichtigt ist, einen abgeschiedenen Dünnfilm hauptsächlich unter Verwendung von neutralen Radikalpartikeln auszubilden, liegt die untere Grenze des Vakuumwertes in der Größenordnung von 0,133 Pa. Wenn beabsichtigt ist, eine abgeschiedene Dünnschicht auf einem großflächigen Substrat, wie z. B. einem zylindrischen Substrat (Trommel) zur Anwendung in der Elektrophotographie zu erzeugen, ist es daher schwierig, ein Plasma gleichmäßig über der ganzen Oberfläche einer solchen Trommel zu erzeugen. Im Hinblick darauf wird eine Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung aus der Gasphase gemäß Fig. 2 in der Art verwendet, daß Mikrowellenenergien desselben Resonanzmodus von der oberen und unteren Seite der Trommel zum Erzeugen des Plasmas zugeführt werden.

Bei einer solchen bekannten Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung aus der Gasphase stehen sich die mit dem oberen und unteren Mikrowellen- Eintrittsfenster verbundenen Hohlleiter 3, die mit einem TE₁₁-Modus in Resonanz sind, unter einem Winkel von 0° gegenüber. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, daß die eingeführten Mikrowellen oft schädlich in den entsprechenden Hohlleitern ineinander eindringen, so daß die entsprechenden Isolatoren beschädigt werden. Ein anderes Problem besteht darin, daß Mikrowellen, die durch das Magnetfeld des Isolators nicht ausreichend polarisiert bleiben, in die entsprechenden Magnetrons der Mikrowellen-Leistungsquellen eindringen und mit deren Mikrowellen interferieren, wodurch die Mikrowellenschwingungen untauglich werden.

Aus der Offenlegungsschrift EP-A-154 160 ist ein CVD-Gerät mit Mikrowellenplasma bekannt, das mit gegenüberliegenden Antennenstiften ausgestattet ist, die jeweils dazu dienen, von einem Magnetron erzeugte Mikrowellenenergie in einen zylindrischen Hohlleiter abzustrahlen, der mit einer Abscheidekammer durch ein mikrowellendurchlässiges Fenster verbunden ist, wobei der relative Einstellwinkel zwischen den gegenüberliegenden Antennenstiften auf ungefähr 60° eingestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Probleme bei einer herkömmlichen Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung von Halbleiterschichten aus der Gasphase, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, zu umgehen und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung der mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung von Halbleiterschichten aus der Gasphase bereitzustellen, mit dem die zuverlässige Ausbildung einer erwünschten abgeschiedenen Dünnschicht gewährleistet ist, die als Element eines Halbleiter-Bauteils, eines photoleitenden Teils in der Elektrophotographie, von Bauteilen für die photoelektromotorische Kraft oder anderer elektronischer und optischer Bauteile bei hoher Abscheidungsrate bzw. -geschwindigkeit verwendbar ist.

Weiterhin soll die Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung einer A-Si(H,X)- Halbleiterdünnschicht aus der Gasphase bereitstellen, bei der Plasmen dauerhaft und zuverlässig erzeugt werden, wobei die Mikrowellenenergie wirkungsvoll zur gleichmäßigen Abscheidung einer A-Si(H,X)-Dünnschicht verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung von Halbleiterschichten aus der Gasphase an den Enden der Vakuumkammer ein Paar von gegenüberstehenden, rechteckigen Mikrowellenhohlleitern so angeordnet sind, daß die beiden Hohlleiter einen relativen Einstellwinkel von 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn aufweisen.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht, die repräsentativ ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung von Dünnschichten aus der Gasphase gemäß der Erfindung wiedergibt, bei der ein Meßinstrument vorgesehen ist,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht, die eine bekannte Vorrichtung zur Ausbildung einer abgeschiedenen Dünnschicht unter Anwendung der mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung aus der Gasphase wiedergibt,

Fig. 3(a) und Fig. 4(a) erläuternde schematische Ansichten der Beziehung eines relativen Einstellwinkels zwischen den Hohlleitern,

Fig. 3(b) und Fig. 4(b) erläuternde schematische Ansichten des Richtungs- und Verteilungszustandes von elektrischen Feldstärkelinien im Falle der Fig. 3(a) und 4(a),

Fig. 5 Kurven, die die Beziehung zwischen einem relativen Einstellwinkel zwischen den Hohlleitern und der Mikrowellenleistung wiedergeben,

Fig. 6 Kurven, die die Beziehung zwischen einem relativen Einstellwinkel zwischen den Hohlleitern und einer Dünnschicht-Abscheidungsgeschwindigkeit wiedergeben, und

Fig. 7 eine Kurve, die eine Dickenverteilung einer Dünnschicht in Axialrichtung des Substrates im Falle einer relativen Winkeleinstellung von 240° gegen des Uhrzeigersinn wiedergibt.

Der Erfinder hat aufwendige Untersuchungen zur Überwindung der vorgenannten Probleme bei der bekannten Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung von Halbleiterschichten aus der Gasphase und zum Erfüllen der erfindungsgemäßen Aufgabe durchgeführt. Der Erfinder ist zu dem Ergebnis gelangt, daß zum Verhindern des Eindringens der Mikrowellen in die gegenseitigen Hohlleiter und des gegenseitigen Interferierens die wirkungsvollste Maßnahme in der passenden Wahl des relativen Einstellungswinkels der Mikrowellenhohlleiter besteht.

Aufgrund dieser Befunde hat der Erfinder ausgiebige Untersuchungen durchgeführt, mit dem Ergebnis, daß, wenn der relative Einstellwinkel zwischen den beiden Hohlleitern auf 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn eingestellt wird, das Auftreten eines solchen gegenseitigen Eindringens der Mikrowellen, wie es bei den bekannten Vorrichtungen zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung aus der Gasphase auftritt, ausreichend verhindert wird.

Darüber hinaus wurde festgestellt, daß diese Bedingung nicht nur wirkungsvoll in dem Falle ist, daß der Aufbau eines Abscheidungsraumes unterschiedlich ist, sondern auch im Falle, daß der Resonanzmodus des Abscheidungsraumes bzw. einer Abscheidungskammer unterschiedlich ist, solange das verwendete Mikrowellen-Eintrittsfenster den selben Resonanzmodus besitzt.

Die Erfindung wurde auf der Grundlage der vorstehenden Befunde gemacht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausbildung einer Dünnschicht unter Anwendung des MW-PCVD- Verfahrens weist eine im wesentlichen umschlossene Vakuumkammer mit einem Abscheidungsraum auf, der mit einem rechteckigen Hohlleiter für eine Mikrowelle einer Mikrowellen-Leistungsquelle an den beiden sich gegenüberliegenden Stellen ausgestattet ist und zwei den jeweiligen rechteckigen Hohlleitern entsprechende Mikrowellen-Eintrittsfenster, einen Substrathalter mit eingebauter elektrischer Heizung, eine Zuführvorrichtung für ein Ausgangsstoffgas in den Abscheidungsraum und eine Vorrichtung zum Aussaugen des Abscheidungsraumes vorsieht; das Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden rechteckigen Hohlleiter derart angeordnet sind, daß sie einen relativen Einstellwinkel von 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn zueinander über den Abscheidungsraum einschließen.

Eine abgeschiedene Dünnschicht umfaßt eine Halbleiterdünnschicht wie beispielsweise eine abgeschiedene amorphe Siliziumdünnschicht, die zum Beispiel als ein photoleitendes Element für Halbleitervorrichtungen, lichtempfindliche Vorrichtungen zur Verwendung in der Elektrophotographie, Bildeingabe-Zeilensensoren, Bildaufnahmeelemente, Elemente für elektromotorische Kraft oder dergleichen verwendet wird.

In der Vorrichtung, die den vorgenannten erfindungsgemäßen Aufbau aufweist, ist die Vakuumkammer mit einer umgebenden Wand aus leitendem Material derart gebildet, daß sich ein zylindrisch geformter Abscheidungsraum ergibt, in dem ein leitendes, koaxiales zylindrisches Substrat angeordnet ist, so daß ein koaxialer Mikrowellen-Resonanzaufbau vorgesehen ist. Daher wird die zugeführte Mikrowellenenergie wirkungsvoll in Plasma umgewandelt und in dem System absorbiert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es im Hinblick auf die Steuerung des Ausmaßes des Vakuums des Abscheidungsraumes auf einen Wert von 1,33 Pa oder weniger und auch im Hinblick auf die Reflexion und Absorption einer Mikrowelle durch Plasmen wünschenswert, die Vakuumkammer baulich mit den Hohlleitern dadurch zu verbinden, daß die Mikrowellen- Eintrittsfenster aus dielektrischem Material gefertigt werden, die auch als Vakuumverschluß dienen.

Da ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung im einzelnen derart konstruiert ist, daß die Vakuumkammer mit einem Ausströmungs- bzw. Aussaugrohr versehen ist, das an einer geeigneten Stelle mit einer Aussaugvorrichtung verbunden ist, ist um zu verhindern, daß die Resonanzfrequenz sich infolge eines Eindringens der Mikrowelle in das Ausströmungsrohr ändert, außerdem das Anbringen eines geeigneten Mikrowellenabschirmteils erwünscht, das derart ausgebildet ist, daß der Ausströmwiderstand an der Öffnung des Aussaugrohres zum Abscheidungsraum nicht vergrößert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bildung einer Dünnschicht unter Anwendung des MW-PCVD-Verfahrens ist der relative Einstellwinkel zwischen den sich gegenüberstehenden rechteckigen Hohlleitern (im folgenden nur als "Hohlleiter" bezeichnet) auf 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn eingestellt, wodurch sichergestellt ist, daß eine Mikrowellenenergie sicher in die Vakuumkammer gleichzeitig von mehreren Mikrowellen-Leistungsquellen ohne Interferenz zwischen den Mikrowellen geführt wird.

Die Erfindung wird aufgrund der experimentellen Ergebnisse, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden, im einzelnen betrachtet.

Ein typisches Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt, in der eine Vakuumkammer 1 mit einem Abscheidungsraum 7, ein oberes und unteres Mikrowellen- Eintrittsfenster 2a und 2b aus dielektrischem Material, wie z. B. Aluminiumkeramik oder Quarz, ein oberer und unterer Hohlleiter 3a und 3b, die Mikrowellenleistung von (nicht gezeigten) Mikrowellen-Leistungsquellen weiterleiten, ein über ein Aussaugventil mit einer (nicht gezeigten) Aussaugvorrichtung verbundenes Aussaugrohr 5, ein leitendes zylindrisches Substrat 6, das an einem Substrathalter mit einer (nicht gezeigten) elektrischen Heizung angeordnet ist, und ein Mikrowellenabschirmteil 8 wiedergegeben sind, das an der Öffnung des Aussaugrohres 5 zum Abscheidungsraum 7 angeordnet ist.

Weiterhin sind eine eindringende Mikrowellenleistung 4a und eine reflektierte Mikrowellenleistung 4b im oberen Hohlleiter sowie eine einlaufende Mikrowellenleistung 4c und eine reflektierte Mikrowellenleistung 4d im unteren Hohlleiter 3b gezeigt.

Weiterhin ist ein Meßinstrument mit einer Leistungsüberwachungsvorrichtung 9a und einem Isolator 10a an dem Gerät vorgesehen.

Der Betrieb zur Dünnschichtausbildung bei dem in Fig. 1 gezeigten Gerät wird auf dieselbe Weise ausgeführt, wie im Falle des bekannten Geräts nach Fig. 2.

Im folgenden wird die Fortpflanzung der Mikrowellenleistung zwischen dem oberen und unteren Hohlleiter 3a und 3b durch die Vakuumkammer 1 unter Verwendung des mit dem Gerät verbundenen Meßinstruments erläutert.

Die Leistung der einlaufenden Mikrowelle 4c von einer (nicht gezeigten) Mikrowellen-Leistungsquelle wird in den unteren Hohlleiter 3b durch einen Isolator und eine Leistungsüberwachungsvorrichtung geführt (letztere sind nicht gezeigt). Die Mikrowelle wird in einem TE₁₀-Resonanzmodus durch den Hohlleiter, das untere Mikrowellen-Eintrittsfenster 2b mit einem TE₁₁-Modus und die Vakuumkammer 1 mit einem koaxialen Resonanzmodus geführt. In diesem Falle erreicht ein Teil der Mikrowelle das obere Mikrowellen-Eintrittsfenster 2a, von der ein Teil zum unteren Hohlleiter 3b als Leistung einer reflektierten Mikrowelle 4d zurückkehrt.

Die in das obere Mikrowellen-Eintrittsfenster 2a weitergeleitete Mikrowelle dringt in Abhängigkeit von dem relativen Einstellwinkel zwischen dem oberen Hohlleiter 3a und dem unteren Hohlleiter 3b in den Hohlleiter 3a ein.

Um diesen Umstand festzustellen, wurde die Leistung einer einzubringenden Mikrowelle, d. h. die Leistung der eindringenden Mikrowelle 4a mittels der Leistungsüberwachungsvorrichtung 9a gemessen. Als Ergebnis wurde gefunden, daß der größte Teil der Leistung der eindringenden Mikrowelle 4a in dem Isolator 10a absorbiert wird, ein kleiner Leistungsanteil der Mikrowelle jedoch von einer Leiterwand usw. reflektiert wird; d. h. die Leistung der reflektierten Mikrowelle 4b kehrt durch den Hohlleiter 3a in die Vakuumkammer 1 zurück.

Nun wurden das obere Mikrowellen-Eintrittsfenster 2a und der obere Hohlleiter 3a baulich so ausgelegt, daß sie um die mit dem unteren Hohlleiter 3b gemeinsame scheinbare Achse drehbar waren. Der Winkel parallel zur Richtung des elektrischen Feldes des unteren Hohlleiters 3b mit einem TE₁₀- Resonanzmodus wird als 0° definiert, während der relative Winkel zwischen diesem und der Richtung des elektrischen Feldes des oberen Hohlleiters 3a, der denselben Resonanzmodus TE₁₀ hat, als θ° im Gegenuhrzeigersinn definiert wird.

In Fig. 3 (a) ist als typisches Beispiel ein relativer Einstellwinkel zwischen dem oberen und dem unteren Hohlleiter 3a und 3b bei dem erfindungsgemäßen Gerät veranschaulicht, wobei eine Mikrowellen-Fortschreitrichtung 4′ in dem oberen Hohlleiter 3a und eine Mikrowellen-Fortschreitrichtung 4c′ in dem unteren Hohlleiter 3b gezeigt sind. Im Falle der Fig. 3 (a) ist der obere Hohlleiter 3a derart eingestellt, daß sich ein Winkel im Gegenuhrzeigersinn von 60° zum unteren Hohlleiter 3b entlang der Mikrowellen-Fortpflanzungsrichtung ergibt.

Richtung und Verteilung jeder elektrischen Kraftlinie im vorstehenden Fall nehmen die in Fig. 3(b) gezeigte Form an, in der elektrische Kraftlinien der Mikrowelle in dem oberen Hohlleiter 3a als ausgezogene Linien 11a und elektrische Kraftlinien der Mikrowelle in dem unteren Hohlleiter 3b als unterbrochene Linien 11b gezeigt sind.

Ein weiteres typisches Beispiel des vorstehenden relativen Einstellwinkels zwischen den beiden Hohlleitern des erfindungsgemäßen Gerätes ist in Fig. 4(a) gezeigt. In Fig. 4(a) ist der obere Hohlleiter 3a derart eingestellt, daß er in Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle mit dem unteren Hohlleiter 3b einen Winkel von 240° im Gegenuhrzeigersinn bildet. Richtung und Verteilung der elektrischen Feldlinien nehmen im letzteren Fall die in Fig. 4 (b) gezeigte Form an.

In Fig. 5 ist die Fortpflanzung der Mikrowellenleistung für die verschiedenen relativen Einstellwinkel zwischen dem oberen und dem unteren Hohlleiter 3a und 3b gezeigt, die experimentell unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten, das Meßinstrument aufweisenden Geräts ermittelt wurde, und zwar unter der Bedingung, daß die innere Atmosphäre des Abscheidungsraumes 7 der Vakuumkammer 1 auf atmosphärischen Druck mit einer relativen Dieletrizitätskonstanten 1 eingestellt wurde, was eine wirkungsvolle Übertragung der Mikrowelle im Hinblick auf eine Verringerung einer augenscheinlichen Änderung der eindringenden Mikrowellenleistung 4a infolge einer Dämpfung der Mikrowellenleistung durch Plasmen gestattet.

In Fig. 5 ist auf der Abszisse ein relativer Einstellwinkel (θ°) eines Hohlleiters im Gegenuhrzeigersinn und auf der Ordinate eine Mikrowellenleistung (W) dargestellt; die Kurve 4a gibt die Leistung einer eindringenden Mikrowelle im oberen Hohlleiter wieder, die Kurve 4b gibt die Leistung einer reflektierten Mikrowelle in dem oberen Hohlleiter wieder, die Kurve 4c zeigt die Leistung einer einlaufenden Mikrowelle in dem unteren Hohlleiter, und die Kurve 4d stellt die Leistung einer reflektierten Mikrowelle in dem unteren Hohlleiter dar.

Wie in Fig. 5 veranschaulicht, ändert sich die Größe der Leistung der eindringenden Mikrowelle 4a periodisch in Abhängigkeit von der Größe des relativen Einstellwinkels zwischen den beiden Hohlleitern. Die Periode beträgt 180°. Die Leistung der eindringenden Mikrowelle wird im wesentlichen zu Null W bei 60° und 240° des relativen Einstellwinkels zwischen den beiden Hohlleitern. Die Größe der Leistung der reflektierten Mikrowelle 4b im oberen Hohlleiter ändert sich ebenfalls mit derselben Periode, weil sie proportional zu der Größe der Leistung der eindringenden Mikrowelle 4a ist.

Die Größe der Leistung der reflektierten Mikrowelle 4d in dem unteren Hohlleiter ändert sich mit derselben Periode wie im vorstehenden Fall, ist jedoch umgekehrt proportional zu der Größe der Leistung der einbringenden Mikrowelle 4a, weil die Reflexion der Mikrowelle am Eingang des oberen Hohlleiters 3a dann maximal wird, wenn die Leistung der eindringenden Mikrowelle 4a zur Null W wird.

Darüber hinaus wird die Leistung der eindringenden bzw. durchdringenden Mikrowelle unerwünscht groß, wenn der relative Einstellwinkel zwischen den beiden Hohlleitern wie im Falle des in Fig. 2 gezeigten bekannten Gerätes auf 0° eingestellt wird. Ferner wird die Leistung der eindringenden Mikrowelle ebenfalls unerwünscht groß, wenn der relative Einstellwinkel auf 60° im Uhrzeigersinn oder auf 300° entgegen dem Uhrzeigersinn eingestellt wird.

Wie vorstehend bestätigt, ist es erforderlich, den relativen Einstellwinkel zwischen dem oberen und dem unteren Hohlleiter auf 60° oder auf 240° im Gegenuhrzeigersinn festzulegen, so daß das in Fig. 1 gezeigte Gerät eine feste Einstellung erhält, und zur Ausbildung einer abgeschiedenen Dünnschicht unter Anwendung des MW-PCVD-Verfahrens geeignet ist.

Sofern der relative Winkel zwischen dem oberen und dem unteren Hohlleiter auf 60° oder 240° im Uhrzeigersinn bei dem in Fig. 1 gezeigten Gerät eingestellt wird, werden in der Tag Plasmen gleichmäßig entlang des Raumes erzeugt, der das Substrat umgibt, wodurch die Ausbildung einer abgeschiedenen Dünnschicht mit gleichmäßiger Dicke und gleichmäßigen Eigenschaften ohne Auftreten der vorgenannten Probleme infolge unerwünschter Bewegung der Leistung einer Mikrowelle, wie sie bei den bekannten Geräten auftritt, gewährleistet werden.

Es wurde versucht, eine aus A-Si:H Material zusammengesetzte abgeschiedene Dünnschicht auf einem Aluminiumzylinder von 80 mm Durchmesser und 360 mm Länge unter Verwendung des Geräts nach Fig. 1 und durch Ändern des Winkels zwischen dem oberen und dem unteren Hohlleiter 3a und 3b im Gegenuhrzeigersinn unter folgenden Bedingungen auszubilden:

benutztes Gas und dessen Durchflußgeschwindigkeit:
SiH₄-Gas 500 Norm cm³/min
	H₂-Gas 200 Norm cm³/min
Substrattemperatur:	260° im Anfangsstadium
	320° im Endstadium
Innerer Druck:	0,266 Pa
Aufzubringende Mikrowellenleistung:	0,9 kW für die Hohlleiter

Als Ergebnis wurden die in Fig. 6 gezeigten Resultate erhalten, wobei die Abszisse den relativen Einstellwinkel θ° zwischen den Hohlleitern im Gegenuhrzeigersinn und die Ordinate die Dünnschicht-Abscheidungsgeschwindigkeit in 10^-8 cm/s wiedergeben.

Wie in Fig. 6 veranschaulicht, wird eine gewünschte Dünnschicht-Abscheidungsgeschwindigkeit dann erhalten, wenn der relative Winkel zwischen den beiden Hohlleitern 3a und 3b auf 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn eingestellt wird. In jedem der vorstehend genannten Fälle wurde eine erwünschte abgeschiedene Dünnschicht mit einer Dickenverteilung gemäß Fig. 7 erhalten. In Fig. 7 stellen die Abszisse die Dicke des Dünnfilms und die Ordinate den Ort in Richtung der Substratachse dar.

Aus den in Fig. 6 gezeigten Resultaten ist weiterhin erkennbar, daß dann, wenn der relative Winkel zwischen den Hohlleitern 3a und 3b sich von 60° oder von 240° entfernt, keine erwünschte Dünnschicht-Abscheidungsgeschwindigkeit erhalten wird; als Ergebnis erhält der abgeschiedene Film eine unerwünschte ungleichmäßige Dicke und unerwünschte ungleichmäßige Eigenschaften.

Des weiteren wurde gefunden, daß dann, wenn der relative Winkel zwischen den Hohlleitern 3a und 3b sich von 60° oder 240° entfernt, sich die Leistung der durchdringenden Mikrowelle vergrößert und in das Magnetron fortpflanzt, so daß die Schwingung instabil wird und schließlich die Entladung abbricht (dieser Zustand ist in Fig. 6 als freier Bereich dargestellt). Ein solches Gerät, das das MW-PCVD- Verfahren zur Erzeugung einer abgeschiedenen Dünnschicht anwendet und Mikrowellen-Eintrittsfenster desselben Resonanzmodus besitzt, die sich auf dem Mikrowellen- Ausbreitungsweg einander gegenüberliegen, ist somit nicht beschränkt durch den Aufbau und den Resonanzmodus des Abscheidungsraumes der Vakuumkammer, in der Plasmen erzeugt werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch bei anderen Aufbauarten des Abscheidungsraumes als dem Aufbau des Abscheidungsraumes mit koaxialer Resonanz, z. B. einem Abscheidungsraum-Aufbau mit kreisförmiger Hohlraum-Resonanz wirkungsvoll ist.

Weiterhin kann die Erfindung auch im Falle eines Geräts zur Wärmebehandlung eines Stoffes verwendet werden, wobei eine andere Mikrowellenenergie als im Falle eines Geräts zur Durchführung einer Plasmabehandlung mittels Mikrowellenenergie verwendet wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur mikrowellenplasmaunterstützten Abscheidung von Halbleiterschichten aus der Gasphase mit einer evakuierbaren Vakuumkammer (1), in der ein Substrathalter, eine Zuführungseinrichtung für gasförmiges Ausgangsmaterial sowie eine Einrichtung zum Einkoppeln von Mikrowellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Vakuumkammer (1) ein Paar von gegenüberstehenden, rechteckigen Mikrowellenhohlleitern (3a, 3b) so angeordnet sind, daß die beiden Hohlleiter (3a, 3b) einen relativen Einstellwinkel von 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (1) einen Mikrowellen-Resonanzaufbau aufweist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlleiter (3a, 3b) baulich mit der Vakuumkammer (1) verbunden ist, wobei ein Mikrowellen-Eintrittsfenster (2a, 2b) eine Vakuum-Verschlußeinrichtung aufweist.