DE3918256A1 - Vorrichtung zur abscheidung von dielektrischen schichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen sind zur Abscheidung von dielektrischen Schichten nach dem sogenannten PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) seit längerer Zeit bekannt.

Bein CVD-Prozeß (Chemical Vapor Deposition) vereinigen sich die Reaktionspartner entweder bereits im Gasraum, oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche zu dem die Schicht bildenden Stoff, der sich dann als Kondensat auf der Oberfläche abscheidet (homogene Reaktion), oder sie vereinigen sich erst unmittelbar auf der zu beschichtenden Oberfläche, wobei letztere den Prozeß katalytisch unterstützen kann (heterogene Reaktion).

Bei Anwendungen des PECVD-Verfahrens wurde mehrfach beobachtet, daß in Fällen, in denen die zu beschichtenden Flächen dem Plasma direkt ausgesetzt waren, die entstandenen Schichten mehr oder weniger stark geschädigt waren. (Siehe z.B.: Schachter et al, J. Vac. Sci. Technol. B 4 (1986), Seite 1128-1129).

Eine Verbesserung der Schichtqualitäten wurde mit besonderen Plasmareaktoren erreicht, die eine von dem die zu beschichtenden Proben enthaltenden Reaktionsraum getrennte Plasmakammer aufwiesen (Remote-Reaktoren). So ist in "Solid State Technology" April (1987), S. 107 ein Reaktor mit sehr aufwendiger Anregung mittels Elektron-Zyklotron-Resonanz im Magnetfeld beschrieben. In "J. Vac. Sci. Technology", B5 (2), March/April 1987 ist ein Reaktor offenbart, in dem ein Plasma durch HF-Anregung erzeugt wird und die zu beschichtenden Oberflächen in einem der Plasmakammer benachbarten Reaktionsraum angeordnet sind. Eine elektrische Abschirmung der zu beschichtenden Flächen gegenüber dem Plasma erfolgt dort nicht. Der in Fig. 2 dargestellte "Shutter" dient nur zum Schutz vor Ablagerung von Fremdkörpern.

Die beschriebenen Reaktoren sind sehr aufwendig und verlangen die genaue Einhaltung vieler Parameter wie Gaszusammensetzung und -durchsatz, Probentemperatur und Plasmaeigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der dielektrische Schichten mit im Vergleich zum Stand der Technik gleicher oder höherer Qualität nach dem PECVD-Verfahren unter Verwendung eines einfachen Parallelplattenreaktors hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Besonders einfache Lösungen, bei denen herkömmliche Parallelplattenreaktoren ohne größere Umbauten verwendet werden können, sind in den Patentansprüchen 2 und 3 beschrieben.

Patentanspruch 4 enthält eine Weiterbildung, die es gestattet, nach Aufbringen einer dünnen Grundschicht, den weiteren Schichtenauftrag in direktem Kontakt mit dem Plasma vorzunehmen.

Patentanspruch 5 betrifft eine Lösung, die eine gute Ausnutzung des Reaktionsgefäßes hinsichtlich des zur Aufnahme der zu beschichtenden Flächen nutzbaren Raumes ermöglicht.

Der Gegenstand des Patentanspruchs 6 ermöglicht eine kontinuierliche Veränderung der Plasmaeinwirkung auf die zu beschichtenden Oberflächen, während der Gegenstand des Patentanspruchs 7 eine Veränderung des Plasmas selbst und des vom Plasma erfüllten Raumes in weiten Grenzen gestattet.

Eine im Anspruch 8 beschriebene Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht die direkte Zufuhr von Prozeßgas in den plasmaabgeschirmten Raum.

Anhand zweier Figuren sollen nun Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben und ihre Funktion erklärt werden:

Fig. 1 zeigt schematisch die Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Parallelplattenreaktor in horizontaler Anordnung und mit tunnelförmiger Probenabschirmung.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Parallelplattenreaktor in vertikaler Anordnung und plattenförmiger Abschirmung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Reaktionsgefäß R mit einem Gaseinlaßstutzen GE und einem Gas-Absaugstutzen GA dargestellt. Im Reaktionsgefäß sind, einander horizontal gegenüber, zwei Metallplatten P angeordnet, deren elektrische Anschlüsse über isolierende Vakuumdurchführungen D nach außen geführt sind. Die aus Metall bestehende Grundplatte GP des Reaktionsgefäßes ist geerdet, um eine elektrische Aufladung durch aus einem zwischen den Platten P erzeugten Plasma austretende Ladungsträger zu verhindern.

Über dem in der Mitte der Grundplatte in diese eingelassenen Gas-Absaugstutzen GA ist ein tunnelförmig gebogenes Abschirmblech T mit seiner konkaven Seite nach unten angeordnet. Unter diesem befinden sich die zu beschichtenden Proben PR.

Zur Durchführung der Beschichtung wird zunächst über den Gaseinlaßstutzen ein Gasgemisch eingeleitet, das aus einem Trägergas, z.B. Argon und den zur Erzeugung der gewünschten Schicht erforderlichen Ausgangsstoffen, z.B. SiH₄ und N₂O, besteht. Anschließend wird zwischen den Platten P durch Anlegen einer Spannung, meist einer HF-Spannung, eine Glimmentladung gezündet. In dem durch die Glimmentladung erzeugten Plasma werden die eingeleiteten Ausgangsstoffe teilweise aktiviert, d.h. in chemisch aktive Substanzen aufgespalten, die durch Reaktion miteinander oder mit der zu beschichtenden Oberfläche das gewünschte Schichtmaterial erzeugen.

Die Proben, deren Oberflächen beschichtet werden sollen, sind dabei durch die tunnelförmige Abschirmung T vor direktem Einwirken des Plasmas geschützt. Die im Plasma erzeugten aktiven Substanzen werden durch eine zum Gas-Auslaßstutzen hin gerichtete Gasströmung, die durch Pumpen erzeugt wird, unter die Abschirmung transportiert, wo sie mit den zu beschichtenden Oberflächen in Kontakt treten. Mit der beschriebenen Vorrichtung wird es möglich auf einfache Weise dielektrische Schichten herzustellen, die keine Schädigungen aufweisen und sich hervorragend z.B. zur Passivierung von Halbleiteroberflächen oder zur Verwendung als Diffusionsmasken eignen.

Um den Schichtaufbau variabel gestalten zu können, z.B. in der Anfangsphase der Beschichtung mit Abschirmung und später zeitsparend, in direktem Kontakt mit dem Plasma arbeiten zu können, ist es vorteilhaft, die tunnelförmige Abschirmung beweglich auszuführen, um sie während des Beschichtungsvorganges entfernen zu können.

Noch besser läßt sich die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung an einen gewünschten Verlauf des Beschichtungsprozesses anpassen.

In dem in Fig. 2 dargestellten Reaktionsgefäß R ist eine Platte P des Parallelplattenreaktors im Oberteil des Gefäßes untergebracht. Als Gegenplatte fungiert die Grundplatte GP.

Die dicht oberhalb der Grundplatte angeordneten Proben werden durch eine in ihrer Höhe verstellbare, ebene Abschirmplatte AP vor dem direkten Einfluß des Plasmas geschützt. Die Abschirmplatte nimmt nahezu den gesamten Querschnitt des Reaktionsgefäßes ein.

Die Abschirmplatte kann mit der Grundplatte elektrisch verbunden sein, kann aber auch ohne elektrische Verbindung bleiben. Ohne elektrische Verbindung nimmt die Abschirmplatte, je nach ihrer eingestellten Position innerhalb der Glimmentladung, das dort herrschende Potential an. Durch vertikale Verstellung der Lage der Abschirmplatte von einer Position innerhalb des sich über der Grundplatte ausbildenden Dunkelraums der Glimmentladung bis zur Berührung mit der im Oberteil des Reaktionsgefäßes befindlichen Gegenplatte P kann der Kontakt der zu beschichtenden Oberflächen mit dem Plasma von totaler Abschirmung (z.B. bei Beginn der Beschichtung) bis zu ungeschützter Aussetzung beliebig variiert werden. Die Vorrichtung kann z.B. auch abwechselnd als Remote-Reaktor und Direkt-Plasma-Reaktor betrieben werden.

Wird die bewegliche Abschirmplatte AP mit einem nach außerhalb des Reaktionsgefäßes geführten elektrischen Anschluß versehen, so kann sie während des Beschichtungsvorganges auf beliebiges Potential gebracht werden. Auf das Potential der Gegenplatte P gelegt, kann sie selbst Plasma-Anregungselektrode werden. Die Gegenplatte P dient dann der Dunkelraumabschirmung des oberen, nicht zum Plasmaraum gehörenden Bereichs des Reaktionsgefäßes.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Aufbringen einer dielektrischen Schicht auf eine Oberfläche mittels Aktivierung von die Schicht erzeugenden Reaktionspartnern in einem Plasma und anschließende Abscheidung der Reaktionspartner oder von diesen gebildeten Reaktionsprodukten auf der zu beschichtenden Oberfläche in einem mit Zuführungsstutzen und Absaugstutzen versehenen Reaktionsgefäß, in dessen Innern mit nach außen geführten elektrischen Anschlüssen versehene, parallele Elektrodenplatten zur Plasmaerzeugung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Plasma und Absaugstutzen (GA) ein Abschirmblech (T, AP) derart angeordnet ist, daß auf seiner vom Plasma abgewandten Seite ein weitgehend plasmafreier Raum zur Aufnahme der die zu beschichtenden Oberflächen aufweisenden Proben (PR) ausgebildet ist oder geschaffen werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmblech (T) die Gestalt eines Tunnels hat, welches den Absaugstutzen (GA) überdeckt und in seinem Innenraum Platz zur Aufnahme der Proben (PR) bietet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der parallelen Elektrodenplatten (P) von der Grundplatte (GP) des Reaktionsgefäßes (R) gebildet wird, in die der Absaugstutzen (GA) eingesetzt ist und auf der das tunnelförmige Abschirmblech (T) aufliegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das tunnelförmige Abschirmblech (T) verschiebbar oder abnehmbar angeordnet ist und während des Beschichtungsvorganges von seinem Platz entfernt werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmblech eine im wesentlichen ebene Platte (AP) ist, die nahezu den gesamten Querschnitt des Reaktionsgefäßes (R) ausfüllt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Abschirmblechs (AP) von der zu beschichtenden Oberfläche während des Beschichtungsvorganges verändert werden kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmblech (AP) mit einem nach außen geführten elektrischen Anschluß versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Gaszuführung vorgesehen ist, die im Bereich des plasmafreien Raumes in das Reaktionsgefäß einmündet.