DE4102198A1 - RF PLASMA CVD DEVICE AND THIN FILM MANUFACTURING METHOD USING THE DEVICE - Google Patents
RF PLASMA CVD DEVICE AND THIN FILM MANUFACTURING METHOD USING THE DEVICEInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine (RF: Radiofrequenz) RF-Plasma- CVD-Vorrichtung, die in einem Schritt der Ausbildung eines Dünnfilms auf einer Oberfläche eines Substrats in einer Reihe von Schritten zur Her stellung eines Halbleiters verwendet wird, mit einer Vakuumkammer, einer Substrathalterung, die eine eingebaute Heizung aufweist und eine flache obere Oberfläche, um auf dieser ein Substrat zu haltern, auf welchem ein Film ausgebildet werden soll, und mit einer RF-Elektrode, die gegenüber liegend der Substrathalterung eine Oberfläche aufweist, die als eine Schauerversorgungsoberfläche ausgebildet ist, die eine große Anzahl von Poren aufweist, um ein filmbildendes Gas als ein Schauer in einen Raum gegenüberliegend der Substrathalterung zu liefern, und die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den Aufbau der Vorrichtung, die bezüg lich der Filmausbildungsrate verbessert ist, der Gleichförmigkeit der Filmdicke und der Gleichförmigkeit der Filmqualität, und bezieht sich schließlich auf ein Dünnfilmherstellungsverfahren zur Ausbildung eines Dünnfilms auf einem Substrat unter Verwendung dieser Vorrichtung.The present invention relates to an (RF: radio frequency) RF plasma CVD device based on a step of forming a thin film a surface of a substrate in a series of steps position of a semiconductor is used, with a vacuum chamber, a Substrate holder that has a built-in heater and a flat one top surface to hold a substrate on which a Film should be formed, and with an RF electrode facing it lying the substrate holder has a surface that as a Shower supply surface is formed, which a large number of Has pores to a film-forming gas as a shower in a room to deliver opposite the substrate holder, and the present In particular, the invention relates to the construction of the device Lich the film formation rate is improved, the uniformity of the Film thickness and film quality uniformity, and refers finally on a thin film manufacturing process to form a Thin film on a substrate using this device.
Konventionellerweise wird bei dieser Art einer RF-Plasma-CVD-Vorrichtung ein Dünnfilm mit einer gleichförmigen Filmdicke und gleichförmiger Film qualität wie nachstehend angegeben herstellt. Die Entfernung zwischen einem Substrat, welches auf einer Substrathalterung angebracht ist, die eine eingebaute Heizung aufweist und eine Masseelektrode bildet, und einer Schauerzuführoberfläche einer RF-Elektrode gegenüberliegend dem Substrat wird so eingestellt, daß sie in einem Bereich von 20 bis 40 mm liegt. Nachdem der Gasdruck in einer Vakuumkammer, welche die Elektroden aufnimmt, so eingestellt ist, daß er in einem Bereich von einigen Torr liegt, wird eine RF-Spannung an die RF-Elektrode angelegt, um eine gleichförmige und stabile Glimmentladung zwischen den beiden Elektroden zu erzeugen. Zur gleichen Zeit wird, während ein filmbildendes Gas gleichförmig von der Schauerversorgungsoberfläche der RF-Elektrode der gesamten Oberfläche des Substrats zugeführt wird, welche der Filmbildung ausgesetzt ist, das Gas in der Vakuumkammer durch ein Vakuumabsaugsystem abgesaugt, so daß der Gasdruck in der Vakuumkammer konstant gehalten wird. Ein Beispiel für die Anordnung von Poren zur Erzielung eines gleichförmigen Gasflusses auf die Substratoberfläche, um eine gleichför mige Filmdicke zu erreichen, ist in der japanischen ungeprüften Patent veröffentlichung Nr. Hei-1-1 49 964 beschrieben.Conventionally, this type of RF plasma CVD device a thin film with a uniform film thickness and uniform film produces quality as indicated below. The distance between a substrate which is mounted on a substrate holder, the has a built-in heater and forms a ground electrode, and a shower feed surface of an RF electrode opposite to that The substrate is adjusted to be in a range of 20 to 40 mm lies. After the gas pressure in a vacuum chamber containing the electrodes records so that it is in a range of a few torr an RF voltage is applied to the RF electrode to produce a uniform and stable glow discharge between the two electrodes to create. At the same time, while a film-forming gas uniform from the shower electrode surface of the RF electrode entire surface of the substrate which is responsible for film formation is exposed to the gas in the vacuum chamber through a vacuum extraction system aspirated so that the gas pressure in the vacuum chamber is kept constant becomes. An example of the arrangement of pores to achieve a uniform gas flow to the substrate surface to a uniform Achieving moderate film thickness is in the Japanese unexamined patent Publication No. Hei-1-1 49 964.
Bei der konventionellen RF-Plasma-CVD-Vorrichtung wird zur Erzeugung einer gleichförmigen und stabilen Glimmentladung zwischen den Elektroden die Entfernung (nachstehend als "Elektrodenentfernung" bezeichnet) zwi schen dem erhitzten Substrat als einer Masseelektrode und der Schauer versorgungsoberfläche der RF-Elektrode so eingestellt, daß sie in einem Bereich von 20 bis 40 mm liegt, und der Gasdruck wird in einem niedrigen Bereich von der Größenordnung mehrerer Torr eingestellt. Daher ist die Plasmadichte, die aus der Glimmentladung eingeleitet wird, gering, so daß die Dichte aktiver Kristallkeime, die zur Filmbildung beitragen, gering ist. Daher entsteht ein Problem in der Hinsicht, daß die Film bildungsrate niedrig ist und der Produktionswirkungsgrad, der durch die Vorrichtung erreicht wird, niedrig ist. Da die Elektrodenentfernung groß ist, wird die Verteilung neutraler aktiver Kristallkeime, die frei von Beschränkungen des elektrischen Feldes sind einfach in einem Gasfluß ausgebildet, der von der Schauerversorgungsoberfläche bis auf das Sub strat geht. Daher entsteht ein weiteres Problem in der Hinsicht, daß sowohl die Gleichförmigkeit der Filmdicke und die Gleichförmigkeit der Filmqualität sich verschlechtern, wenn die Substratoberfläche groß wird.The conventional RF plasma CVD device is used for generation a uniform and stable glow discharge between the electrodes the distance (hereinafter referred to as "electrode removal") between the heated substrate as a ground electrode and the shower supply surface of the RF electrode so that it is in a Range is 20 to 40 mm, and the gas pressure is at a low Range set on the order of several torr. Hence the Plasma density, which is initiated from the glow discharge, low, so that the density of active crystal nuclei that contribute to film formation is low. Therefore, a problem arises in that the film education rate is low and the production efficiency caused by the Device is reached is low. Because the electrode distance is great is the distribution of neutral active crystal nuclei that are free of Electrical field restrictions are simple in a gas flow trained from the shower supply surface to the sub strat goes. Therefore, another problem arises in that both the uniformity of the film thickness and the uniformity of the Film quality deteriorate when the substrate surface becomes large.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt daher in der Bereitstellung einer RF-Plasma-CVD-Vorrichtung, in welcher ein gleichförmiges Plasma hoher Dichte stabil in einem Raum zwischen einer RF-Elektode und einer Masseelektrode erzeugt werden kann unter Verwendung einer vorgegebenen elektrischen Stromquelle für die Radiofrequenz, und in welcher die Ver teilung aktiver Kristallkeime gleichförmig wird, und liegt in der Be reitstellung eines Dünnfilmherstellungsverfahrens, bei welchem nicht nur die Filmausbildungsrate verbessert werden kann, wenn ein Substrat der Dünnfilmherstellung unterworfen wird unter Verwendung dieser Vorrich tung, sondern sowohl die Gleichförmigkeit der Filmdicke als auch die Gleichförmigkeit der Filmqualität erreicht werden kann, selbst wenn das Substrat eine große Fläche aufweist, die der Filmausbildung unterworfen wird.An advantage of the present invention is therefore the provision an RF plasma CVD device in which a uniform plasma high density stable in a space between an RF electrode and a Ground electrode can be generated using a given electrical power source for the radio frequency, and in which the ver division of active crystal nuclei becomes uniform, and lies in the loading Providing a thin film manufacturing process, in which not only the film formation rate can be improved if a substrate of Thin film manufacturing is subjected using this device tion, but both the uniformity of the film thickness and the Uniformity of film quality can be achieved even if that Substrate has a large area that is subject to film formation becomes.
Zur Lösung der voranstehenden Probleme und zur Erzielung dieser Vorteile umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung die RF-Plasma-CVD-Vorrichtung eine Vakuumkammer, eine Substrathalterung mit einer eingebauten Heizung und mit einer flachen oberen Oberfläche, um auf dieser ein Substrat zu haltern, auf welchem ein Film ausgebildet werden soll, und eine RF-Elek trode mit einer Oberfläche gegenüberliegend der Substrathalterung, wobei die Oberfläche als eine Schauerversorgungsoberfläche ausgebildet ist, die eine große Anzahl von Poren zur Zuführung von filmbildendem Gas als ein Schauer in einem Raum gegenüberliegend der Substrathalterung auf weist, wobei die Poren so ausgebildet sind, daß der Durchmesser jeder der Poren in der Schauerversorgungsoberfläche so eingestellt ist, daß er nicht größer als das 0,4-fache der Distanz zwischen dem auf der Sub strathalterung angebrachten Substrat und der Schauerversorgungsober fläche ist, und nicht größer als das 0,75-fache der Distanz zwischen den jeweiligen Zentren benachbarter Poren ist.To solve the above problems and achieve these advantages according to the present invention comprises the RF plasma CVD device a vacuum chamber, a substrate holder with a built-in heater and with a flat top surface to support a substrate thereon holder on which a film is to be formed and an RF elec trode with a surface opposite the substrate holder, wherein the surface is designed as a shower supply surface, which have a large number of pores for supplying film-forming gas a shower in a room opposite the substrate holder has, the pores are formed so that the diameter of each the pores in the shower supply surface is set so that it not greater than 0.4 times the distance between that on the sub strathalterung attached substrate and the shower supply upper area, and not greater than 0.75 times the distance between the respective centers of adjacent pores.
Bei der RF-Plasma-CVD-Vorrichtung, in welcher der Durchmesser jeder der Poren in der Schauerversorgungsoberfläche so festgelegt ist wie voran stehend beschrieben, wird die Entfernung zwischen dem Substrat, welches einer Filmausbildung unterworfen werden soll, und der Schauerversor gungsoberfläche der RF-Elektrode vorzugsweise so eingestellt, daß sie nicht größer ist als 20 mm.In the RF plasma CVD device in which the diameter of each of the Pores in the shower supply surface are defined as before standing, the distance between the substrate, which to be subjected to film education, and the shower server supply surface of the RF electrode is preferably set so that it is not larger than 20 mm.
Weiterhin werden die in der Schauerversorgungsoberfläche der RF-Elek trode ausgebildeten Poren vorzugsweise an den Spitzenpositionen jedes einer großen Anzahl gleichmäßiger Dreiecke ausgebildet, die durch drei Gruppen äquidistanter paralleler Linien gebildet werden, wobei drei Linien, von denen jede in einer unterschiedlichen Gruppe enthalten ist, durch einen gemeinsamen Punkt gelangen und um 60° einander gegenüber verschoben sind.Furthermore, the in the shower supply surface of the RF-Elek trode formed pores preferably at the tip positions of each a large number of uniform triangles formed by three Groups of equidistant parallel lines are formed, three Lines, each of which is contained in a different group, go through a common point and face each other by 60 ° are moved.
Bei der Herstellung eines Dünnfilms auf einem Substrat unter Verwendung der Vorrichtung, bei welcher der Durchmesser jeder der Poren in der Schauerversorgungsoberfläche der RF-Elektrode, die Entfernung zwischen der Schauerversorgungsoberfläche und dem Substrat, welches der Filmaus bildung unterworfen werden soll, und die Entfernung zwischen den jewei ligen Zentren benachbarter Poren die voranstehend angegebenen Beziehun gen aufweisen, wird der Dünnfilm unter einem Druck des Dünnfilmherstel lungsgases ausgebildet, welches entladbar ist unter einer RF-Spannung, die der RF-Elektrode zugeführt wird.When using a thin film on a substrate the device in which the diameter of each of the pores in the Shower surface of the RF electrode, the distance between the shower supply surface and the substrate which the film is made of education and the distance between each centers of adjacent pores have the relationships given above gene, the thin film is under a pressure of the thin film manufacturer formed gas, which can be discharged under an RF voltage, which is fed to the RF electrode.
Zur Erzielung eines Plasmas hoher Dichte unter Verwendung einer vorgege
benen elektrischen Stromquelle für Radiofrequenz ist es erforderlich,
eine gleichförmige und stabile Glimmentladung durch Erhöhung des Druckes
des filmbildenden Gases zu erzeugen, und die Elektodenentfernung zu ver
ringern. Anhand von durch die Erfinder vorgenommenen Versuchen wurde
festgestellt, daß es sehr wesentlich ist, das Induzieren einer konzen
trierten Entladung durch Verflachung von Elektroden zu vermeiden, insbe
sondere durch Verflachung einer Kathodenoberfläche zur Erzeugung einer
gleichförmigen und stabilen Glimmentladung unter einem hohen Gasdruck,
also einem niedrigen Vakuumgrad, und in einem kurzen Spalt. Da die Poren
in der Schauerversorgungsoberfläche die Unregelmäßigkeit der Elektroden
oberfläche bilden, kann daher eine stabile Glimmentladung nur dann er
zeugt werden, wenn der Durchmesser jeder der Poren, die Elektrodenent
fernung und die Entfernung zwischen den jeweiligen Zentren benachbarter
Poren vorbestimmte Beziehungen aufweisen. Im einzelnen wird, wenn der
Durchmesser d jeder der Poren relativ groß ist im Vergleich zur Elek
trodenentfernung D, die elektrische Feldstärke E an dem Umfangsabschnitt
der Pore abnorm groß, verglichen mit der durchschnittlichen Feldinten
sität E0=V/D (V: die an das Substrat, welches der Filmausbildung
unterworfen werden soll, und an die RF-Elektrode angelegte Spannung), so
daß eine gleichförmige Glimmentladung nicht erzeugt werden kann. Wenn
die Entfernung zwischen den Zentren benachbarter Poren, also die Teilung
p, sich dem Durchmesser d nähert, so dient der Abschnitt zwischen be
nachbarten Poren als eine vorstehende Elektrode. Daher wird das elek
trische Feld in diesem Abschnitt konzentriert, um einen fadenförmigen
Bogen zu erzeugen, so daß eine gleichförmige Glimmentladung nicht er
zeugt werden kann. Die Versuche haben gezeigt, daß eine gleichförmige
Glimmentladung nur dann erzeugt wird, wenn der Porendurchmesser d, die
Entfernung D zwischen dem Substrat und der Schauerversorgungsoberfläche,
und die Porenteilung p die nachstehenden Beziehungen aufweisen:
d<0,4×D, und
d<0,75×p.To achieve a high density plasma using a pre-defined radio frequency electrical power source, it is necessary to produce a uniform and stable glow discharge by increasing the pressure of the film-forming gas, and to reduce electrode removal. Based on experiments carried out by the inventors, it was found that it is very important to avoid inducing a concentrated discharge by flattening electrodes, in particular by flattening a cathode surface to produce a uniform and stable glow discharge under a high gas pressure, i.e. a low one Degree of vacuum, and in a short gap. Since the pores in the shower supply surface form the irregularity of the electrode surface, therefore, a stable glow discharge can only be generated if the diameter of each of the pores, the electrode distance and the distance between the respective centers of adjacent pores have predetermined relationships. Specifically, when the diameter d of each of the pores is relatively large compared to the electrode distance D, the electric field strength E at the peripheral portion of the pore becomes abnormally large compared to the average field intensity E 0 = V / D (V: the on the substrate to be subjected to film formation and the voltage applied to the RF electrode) so that a uniform glow discharge cannot be produced. When the distance between the centers of adjacent pores, i.e. the pitch p, approaches the diameter d, the section between adjacent pores serves as a protruding electrode. Therefore, the electric field is concentrated in this section to produce a thread-like arc so that a uniform glow discharge cannot be generated. The experiments have shown that a uniform glow discharge is only produced if the pore diameter d, the distance D between the substrate and the shower supply surface, and the pore division p have the following relationships:
d <0.4 × D, and
d <0.75 × p.
Daher kann durch Konstruktion eines Elektrodensystems unter Beibehaltung der voranstehend angegebenen Beziehungen eine gleichförmige und stabile Glimmentladung zwischen den Elektroden erzeugt werden, so daß ein Plasma hoher Dichte erzeugt werden kann, selbst wenn der Gasdruck vergrößert und die Elektrodenentfernung verringert wird, bei einer vorgegebenen elektrischen Stromquelle für die Radiofrequenz.Therefore, by designing an electrode system while maintaining the relationships given above are uniform and stable Glow discharge is generated between the electrodes, leaving a plasma high density can be generated even if the gas pressure increases and the electrode distance is reduced at a given one electrical power source for the radio frequency.
In diesem Fall wird die Plasmadichte bemerkenswert vergrößert selbst unter demselben Gasdruck, durch Verringerung der Elektrodenentfernung D von dem konventionellen Bereich von 20 bis 40 mm zu einem neuen Bereich von nicht mehr als 20 mm. Neutrale aktive Kristallkeime in einem Plasma hoher Dichte, das wie voranstehend angegeben erzeugt wird, weisen keine Möglichkeit auf, dessen Verteilung zu bilden, da die Elektrodenent fernung genügend kurz ist. Daher werden alle aktiven Kristallkeime gleichförmig verteilt, so daß ein Dünnfilm, der gleichförmig sowohl be züglich der Filmdicke als auch der Filmqualität ist, auf einem Substrat ausgebildet werden kann, auch wenn das Substrat eine große Fläche auf weist.In this case, the plasma density itself increases remarkably under the same gas pressure, by reducing the electrode distance D from the conventional range of 20 to 40 mm to a new range of no more than 20 mm. Neutral active crystal nuclei in a plasma high density produced as indicated above have none Possibility of forming its distribution because the electrode ent distance is short enough. Therefore all active crystal nuclei uniformly distributed so that a thin film that is both uniform in terms of film thickness as well as film quality, on a substrate can be formed even if the substrate has a large area points.
Wenn die in der Schauerversorgungsoberfläche ausgebildeten Poren an den Spitzenpositionen einer großen Anzahl gleichseitiger Dreiecke angeordnet sind, die durch drei Gruppen äquidistanter paralleler Linien gebildet werden, wobei drei Linien, von denen jede getrennt in den Gruppen ent halten ist, durch einen gemeinsamen Punkt auf der Schauerversorgungs oberfläche gelangen und gegeneinander um 60° verschoben sind, so kann eine maximale Anzahl von Poren auf der Schauerversorgungsoberfläche mit einer vorbestimmten Fläche angeordnet werden, in einem Fall, in welchem die minimale Porenteilung konstant ist, und der Gasfluß kann vergleich mäßigt werden. Weiterhin kann gemäß dieser Porenanordnung der Poren durchmesser verringert werden, um einen vorbestimmten Gasfluß zu erhal ten, so daß die Elektrodenentfernung, die zur Erzeugung einer gleichför migen Glimmentladung ausreicht, verringert werden kann. Daher kann die Plasmadichte noch weiter erhöht werden.If the pores formed in the shower supply surface on the Top positions of a large number of equilateral triangles arranged are formed by three groups of equidistant parallel lines be, with three lines, each of which is separated in the groups hold is by a common point on the shower supply reach the surface and are shifted by 60 ° against each other having a maximum number of pores on the shower supply surface a predetermined area, in a case where the minimum pore division is constant and the gas flow can be compared be moderated. Furthermore, according to this pore arrangement, the pores diameter can be reduced in order to obtain a predetermined gas flow ten, so that the electrode distance that is used to generate a sufficient glow discharge is sufficient, can be reduced. Therefore, the Plasma density can be increased even further.
Daher kann durch Verwendung eines Dünnfilmherstellungsverfahrens durch Ausbildung eines Dünnfilms auf einem Substrat, in welchem die Elektro denentfernung in einem kleinen Wert in einem Bereich gehalten wird, der den voranstehend angegebenen Beziehungen genügt, und in der der Druck des filmbildenden Gases auf einen entladbaren Druck unter einer RF-Span nung, die an die RF-Elektrode geliefert wird, gesetzt wird, die Plasma dichte in dem Plasmaerzeugungsraum (dem Raum zwischen den Elektroden) vergrößert werden, so daß die Filmbildungsrate vergrößert werden kann. Weiterhin haben neutrale aktive Kristallkeime in einem Plasma hoher Dichte, das wie voranstehend beschrieben erzeugt wird, keine Gelegen heit, dessen Verteilung auszubilden, da die Elektrodenentfernung genü gend kurz ist. Daher werden alle aktiven Kristallkeime gleichförmig ver teilt, so daß ein Dünnfilm, der sowohl bezüglich der Filmdicke als auch der Filmqualität gleichmäßig ist, auf einem Substrat ausgebildet werden kann, obwohl das Substrat eine große Fläche aufweisen kann. Therefore, by using a thin film manufacturing method Formation of a thin film on a substrate in which the electro the distance is kept at a small value in a range that the relationships given above, and in which the pressure of the film-forming gas to a discharge pressure under an RF chip voltage that is supplied to the RF electrode is placed on the plasma density in the plasma generation space (the space between the electrodes) be increased so that the film formation rate can be increased. Furthermore, neutral active crystal nuclei have a higher plasma Density generated as described above, no scrims unit to form its distribution, since the electrode removal is sufficient short enough. Therefore, all active crystal nuclei are ver uniformly divides so that a thin film, both in terms of film thickness and the film quality is uniform, are formed on a substrate can, although the substrate can have a large area.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Aus führungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:The invention is described below with reference to drawings management examples explained in more detail from which further advantages and Characteristics emerge. It shows:
Fig. (1a) und (1b) einen Aufbau einer Schauerversorgungsoberfläche einer RF-Elek trode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1(a) eine Aufsicht ist und Fig. 1(b) eine Schnitt ansicht entlang der Linie A-A von Fig. 1(a), Fig. (1a) and (1b) a structure of a shower supply surface of an RF electrode according to an embodiment of the present invention, wherein Fig. 1 (a) is a plan view and Fig. 1 (b) is a sectional view along the line AA of Fig. 1 (a),
Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht mit einer Darstellung eines Beispiels der Konstruktion einer RF-Plasma-CVD-Vorrichtung einschließlich einer RF-Elektrode, die eine Schauerversor gungsoberfläche der in Fig. 1 gezeigten Art aufweist, Fig. 2 of an RF plasma CVD apparatus including an RF electrode, the supply surface has a Schauerversor a vertical sectional view showing an example of the construction of the type shown in Fig. 1,
Fig. 3 einen Graphen mit einer Darstellung der Änderung des Entla dungszustands entsprechend der Kombination des Durchmessers jeder der Poren in der Schauerversorgungsoberfläche der RF-Elektrode und der Entfernung zwischen der Schauerversor gungsoberfläche und dem Substrat, welches der Filmausbildung unterworfen werden soll, Fig. 3 is a graph with a representation of the change in the discharge up state corresponding to the combination of the diameter of supply surface of each of pores in the shower supply surface of the RF electrode and the distance between the Schauerversor and the substrate which is to be subjected to the film formation,
Fig. 4 einen Graphen mit einer Darstellung der Änderung des Entla dungszustands gemäß der Kombination des Durchmessers jeder der Poren in der Schauerversorgungsoberfläche der RF-Elektrode und der Entfernung zwischen den Zentren benachbarter Poren, und Fig. 4 is a graph with a representation of the change in the discharge up state according to the combination of the diameter of each of the pores in the shower supply surface of the RF electrode and the distance between the centers of adjacent pores, and
Fig. 5 einen Graphen mit einer Darstellung der Beziehung zwischen der Entfernung zwischen der Schauerversorgungsoberfläche der RF-Elektrode und dem Substrat, welches der Filmausbbildung unterworfen werden soll, und der Plasmadichte unter Verwendung des Gasdruckes als Parameter. Fig. 5 is a graph with a representation of the relationship between the distance between the shower supply surface of the RF electrode and the substrate to be subjected to the Filmausbbildung, and the plasma density using the gas pressure as a parameter.
Ein Beispiel für den Aufbau einer Schauerversorgungsoberfläche einer RF-Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Beispiel der Zusammenstellung einer RF-Plasma-CVD-Vorrichtung unter Verwendung der RF-Elektrode mit der Schauerversorgungsoberfläche ist in Fig. 2 dargestellt.An example of the structure of a shower electrode surface of an RF electrode according to the present invention is shown in FIG. 1. An example of the assembly of an RF plasma CVD device using the RF electrode with the shower supply surface is shown in FIG. 2.
Absperrschieber 3a und 3b, die zum Einbringen bzw. Ausbringen eines Sub strats 2 verwendet werden, welches der Filmausbildung unterzogen werden soll, sind in gegenüberliegenden Wänden einer Vakuumkammer 1 angeordnet, wodurch die Vakuumkammer 1 zur Erzielung eines Vakuumzustandes abgedich tet werden kann. Das Substrat 2, welches der Filmausbildung unterworfen werden soll, wird auf einer Substrathalterung 4 angebracht, die eine eingebaute Heizung aufweist, um in Berührung mit deren oberer Oberfläche zu gelangen. Die Substrathalterung 4 ist in der Vakuumkammer 1 vorgese hen und kann durch die Betätigung einer Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) von der Außenseite der Vakuumkammer aus nach oben und unten bewegt werden. Eine RF-Elektrode 5, die eine Schauerversorgungsober fläche 51 aufweist, die gegenüberliegend der Substrathalterung 4 ange ordnet ist, ist an der Vakuumkammer 1 über eine Isolierbuchse 9 befe stigt und ist mit einer elektrischen Stromquelle 6 für Radiofrequenz verbunden. Weiterhin ist ein aus einem isolierenden Material hergestell tes Gasversorgungsrohr 8 mit der RF-Elektrode 5 verbunden, um ein film bildendes Gas in die Rückseite der Schauerversorgungsoberfläche 51 zu schicken. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 7 ein Vakuumabzugs system, um ein in der Vakuumkammer enthaltenes Gas mit einer vorbestimm ten Flußrate abzuziehen, um den Gasdruck der Vakuumkammer in einem Be reich von 0,5 bis 10 Torr konstant zu halten in einem Zustand, in wel chem ein filmbildendes Gas stetig in einem Raum zwischen der Schauerver sorgungsoberfläche 51 und dem Substrat 2 durch das Gasversorgungsrohr 8 zugeführt wird.Gate valves 3 a and 3 b, which are used for introducing or removing a sub strate 2 , which is to be subjected to film formation, are arranged in opposite walls of a vacuum chamber 1 , whereby the vacuum chamber 1 can be sealed to achieve a vacuum state. The substrate 2 to be subjected to film formation is mounted on a substrate holder 4 which has a built-in heater to come into contact with the upper surface thereof. The substrate holder 4 is hen in the vacuum chamber 1 and can be moved up and down from the outside of the vacuum chamber by actuating an actuating device (not shown). An RF electrode 5, the surface of a chill supply Upper having 51 which is opposite to the substrate holder 4 arranged, is connected to the vacuum chamber 1 BEFE via an insulating bushing 9 Stigt and is connected to an electric power source 6 for radio frequency. Furthermore, a gas supply pipe 8 made of an insulating material is connected to the RF electrode 5 to send a film-forming gas into the back of the shower supply surface 51 . In the figure, reference numeral 7 designates a vacuum exhaust system to draw a gas contained in the vacuum chamber at a predetermined flow rate to keep the gas pressure of the vacuum chamber constant in a range from 0.5 to 10 Torr in a state in which chem a film-forming gas is continuously supplied in a space between the Schauerver supply surface 51 and the substrate 2 through the gas supply pipe 8 .
Zum Zeitpunkt der Ausbildung eines Films auf dem Substrat wird das film bildende Gas in die RF-Elektrode 5 geschickt, nachdem das Substrat 2 durch die Substrathalterung 4 auf eine vorbestimmte Temperatur aufge heizt wurde. Zur Ausbildung des Films wird das filmbildende Gas in den Raum zwischen der Schauerversorgungsoberfläche 51 und dem Substrat 2 eingeführt durch Poren, die in der Schauerversorgungsoberfläche 51 der RF-Elektrode 5 vorgesehen sind, und zum selben Zeitpunkt wird elektri sche Hochfrequenzleistung von der elektrischen Stromquelle 6 für RF an die RF-Elektrode 5 geliefert.At the time of forming a film on the substrate, the film-forming gas is sent into the RF electrode 5 after the substrate 2 has been heated up to a predetermined temperature by the substrate holder 4 . To form the film, the film-forming gas is introduced into the space between the shower supply surface 51 and the substrate 2 through pores provided in the shower supply surface 51 of the RF electrode 5 , and at the same time, high-frequency electric power is supplied from the electric power source 6 for RF supplied to the RF electrode 5 .
Die Poren in der Schauerversorgungsoberfläche 51 der RF-Elektroden 5 werden so zahlreich wie möglich in einer begrenzten Fläche ausgebildet. Jede der Poren ist an der Spitzenposition eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, so daß der Durchmesser der Pore zur Lieferung einer vorbestimmten Gasmenge in den Entladungsraum (den Raum zwischen der Schauerversorgungsoberfläche 51 und dem Substrat 2) verringert werden kann, um einfach folgende Beziehungen zu erfüllen: d<0,4D, d<0,75 p. In der Beziehung stellt d den Durchmesser der Pore dar, D die Entfernung zwischen der Schauerversorgungsoberfläche und dem Substrat, und p die Entfernung zwischen den jeweiligen Zentren benach barter Poren.The pores in the shower supply surface 51 of the RF electrodes 5 are formed as numerous as possible in a limited area. Each of the pores is located at the apex position of an equilateral triangle, as shown in Fig. 1, so that the diameter of the pore can be reduced to supply a predetermined amount of gas into the discharge space (the space between the shower supply surface 51 and the substrate 2 ) to simply satisfy the following relationships: d <0.4D, d <0.75 p. In the relationship, d represents the diameter of the pore, D the distance between the shower supply surface and the substrate, and p the distance between the respective centers of adjacent pores.
In Fig. 3 ist das Ergebnis eines Versuches zur Untersuchung der Änderung des Entladungszustandes in dem Raum zwischen der Schauerversorgungsober fläche und dem Substrat entsprechend der Kombination des Porendurchmes sers d und die Entfernung D zwischen der Schauerversorgungsoberfläche und dem Substrat gezeigt. In der Figur bezeichnet "o", daß eine gleich förmige Glimmentladung ausgebildet wird, und "x" gibt an, daß ein faden förmiger Bogen ausgebildet wird oder, mit anderen Worten, keine gleich förmige Glimmentladung ausgebildet wird. Aus dem Ergebnis des Versuches wird deutlich, daß eine gleichförmige Glimmentladung ausgebildet wird, wenn d und D in einem rechten Bereich in bezug auf die Linie d = 0,4 D angeordnet sind, und dies bedeutet, daß eine gleichförmige Glimmentla dung gebildet wird, wenn d und D folgende Beziehung erfüllen: d<0,4 D.In Fig. 3, the result of an attempt to investigate the change in the discharge state in the space between the shower surface and the substrate in accordance with the combination of the pore diameter d and the distance D between the shower surface and the substrate is shown. In the figure, "o" indicates that a uniform glow discharge is formed, and "x" indicates that a filiform arc is formed or, in other words, no uniform glow discharge is formed. It is clear from the result of the experiment that a uniform glow discharge is formed when d and D are located in a right area with respect to the line d = 0.4 D, and this means that a uniform glow discharge is formed when d and D fulfill the following relationship: d <0.4 D.
Das Ergebnis eines weiteren Versuches zur Untersuchung der Änderung des Entladungszustandes entsprechend der Kombination des Porendurchmessers d und der Entfernung p zwischen den jeweiligen Zentren benachbarter Poren ist in Fig. 4 gezeigt. Aus dem Ergebnis des Versuches wird deutllich, daß eine gleichförmige Glimmentladung ausgebildet wird, wenn sich d und p in einem rechten Bereich in bezug auf die Linie d=0,75 p befinden, und dies bedeutet, daß eine gleichförmige Glimmentladung ausgebildet wird, wenn d und p folgende Beziehung erfüllen: d<0,75 p.The result of a further attempt to investigate the change in the discharge state corresponding to the combination of the pore diameter d and the distance p between the respective centers of adjacent pores is shown in FIG. 4. It is clear from the result of the experiment that a uniform glow discharge is formed when d and p are in a right area with respect to the line d = 0.75 p, and this means that a uniform glow discharge is formed when d and p satisfy the following relationship: d <0.75 p.
Fig. 5 zeigt das Ergebnis eines weiteren Versuches zur Untersuchung der Änderung der Dichte ne des Plasmas, welches zwischen der Schauerversor gungsoberfläche und dem Substrat gebildet wird, entsprechend der Ände rung der Entfernung D zwischen der Schauerversorgungsoberfläche und dem Substrat, unter Verwendung des Gasdruckes als Parameter, wenn der Poren durchmesser d die voranstehend angegebenen Bedingungen d<0,4 D und d<0,75 p erfüllt. Es wird aus dem Ergebnis des Versuches deutlich, daß die Plasmadichte im wesentlichen proportional dem Gasdruck ist, wenn die Entfernung D konstant ist, und daß die Plasmadichte im wesentlichen umgekehrt proportional der Entfernung D ist, wenn der Gasdruck konstant ist. Wenn daher die Entfernung D von dem konventionellen Bereich von 20 bis 40 mm verringert wird zu einem neuen Bereich von nicht mehr als 20 mm, und der Gasdruck vergrößert wird unter der Bedingung, daß die Poren ausgebildet werden, um eine gleichförmige Glimmentladung zu erzielen, so kann ein Plasma bemerkenswert hoher Dichte, verglichen mit dem kon ventionellen Plasma, erzeugt werden, und die Verteilung aktiver Kri stallkeime einschließlich neutraler aktiver Kristallkeime kann ver gleichmäßigt werden. Durch Vergrößerung des Gasdruckes auf den maximal entladbaren Wert unter der RF-Spannung, die an die RF-Elektrode gelie fert wird, erreicht die Plasmadichte einen zulässigen Grenzwert, so daß die Filmbildungsrate bis zu einer Grenze erhöht wird. Fig. 5 shows the result of another experiment to investigate the change in the density ne of the plasma formed between the shower supply surface and the substrate corresponding to the change in the distance D between the shower supply surface and the substrate using the gas pressure as a parameter , if the pore diameter d meets the above conditions d <0.4 D and d <0.75 p. It is clear from the result of the experiment that the plasma density is substantially proportional to the gas pressure when the distance D is constant and that the plasma density is substantially inversely proportional to the distance D when the gas pressure is constant. Therefore, if the distance D is reduced from the conventional range of 20 to 40 mm to a new range of not more than 20 mm, and the gas pressure is increased under the condition that the pores are formed to achieve a uniform glow discharge, so a plasma of remarkably high density can be generated compared to the conventional plasma, and the distribution of active crystal nuclei including neutral active crystal nuclei can be evened out. By increasing the gas pressure to the maximum discharge value under the RF voltage that is supplied to the RF electrode, the plasma density reaches a permissible limit, so that the film formation rate is increased up to a limit.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die RF-Plasma-CVD-Vorrichtung so aufgebaut ist wie voranstehend beschrieben, können die folgenden Effekte erhalten werden.According to the present invention, since the RF plasma CVD device is so is constructed as described above, the following effects can be preserved.
Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird immer zwischen den beiden Elektroden eine gleichförmige und stabile Glimmentladung erzeugt. Daher kann durch Erzeugung einer gleichförmigen und stabilen Glimmentladung unter einem vergrößerten Druck filmbildenden Gases und unter einer verringerten Elektrodenentfernung unter einer vorgegebenen elektrischen RF-Versorgungsquelle ein Plasma hoher Dichte erzeugt werden, oder mit anderen Worten aktive Kristallkeime mit hoher Dichte. Daher kann die Filmbildungsrate in der Vorrichtung verbessert werden. Weiterhin können alle aktiven Kristallkeime in der vorderen Oberfläche des Substrats gleichförmig verteilt werden, ohne die Verteilung neutra ler aktiver Kristallkeime zu bilden, da die Elektrodenentfernung genü gend kurz ist. Daher kann ein Dünnfilm mit sowohl gleichförmiger Film dicke als auch gleichförmiger Filmqualität auf einem Substrat ausgebil det werden, selbst wenn das Substrat eine große Fläche aufweist. Da ein Film stabil in einer kurzen Elektrodenentfernung erzeugt werden kann, ist darüber hinaus die Reaktion in einer Gasphase verringert. Daher kann ein sekundärer Effekt in der Hinsicht erzielt werden, daß eine sog. Teilchenverschmutzung unterdrückt werden kann, die durch das Phänomen hervorgerufen wird, daß durch die Reaktion erzeugte Teilchen auf der Substratoberfläche abgelagert werden.In the device according to the present invention, always between the two electrodes have a uniform and stable glow discharge generated. Therefore, by creating a uniform and stable Glow discharge under an increased pressure of film forming gas and at a reduced electrode distance below a given one electrical RF supply source generates a high density plasma or, in other words, high density active crystal nuclei. Therefore, the film formation rate in the device can be improved. Furthermore, all active crystal nuclei can be found in the front surface of the substrate can be distributed uniformly without the distribution neutra ler active crystal nuclei to form, since the electrode removal suffices short enough. Therefore, a thin film with both uniform film thick as well as uniform film quality on a substrate Detect even if the substrate has a large area. There a Film can be produced stably in a short electrode distance the reaction in a gas phase is also reduced. Therefore a secondary effect can be achieved in that a so-called. Particle pollution can be suppressed by the phenomenon is caused that particles produced by the reaction on the Substrate surface to be deposited.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Plasmadichte umgekehrt proportional der Elektrodenentfernung unter einer vorgegebenen elektrischen RF-Strom versorgung, wenn der Gasdruck konstant ist. Andererseits ist die Plasma dichte im wesentlichen proportional dem Gasdruck, wenn die Elektroden entfernung konstant ist. Daher kann durch Vergrößerung des Gasdruckes und Verringerung der Elektrodenentfernung von dem konventionellen Be reich von 20 bis 40 mm auf einen minimalen Bereich von nicht mehr als 20 mm, beispielsweise einen Bereich von 5 bis 15 mm, unter Beachtung der Tatsache, daß der Porendurchmesser mit ausreichend eingehaltener vorbe stimmter Genauigkeit gewählt wird, ein Plasma erzeugt werden im Ver gleich zum konventionellen Plasma, das eine bemerkenswert hohe Dichte aufweist. Darüber hinaus werden aktive Kristallkeime gleichförmig ver teilt, so daß nicht nur die Filmbildungsrate verbessert werden kann, sondern sowohl die Filmdicke als auch die Filmqualität vergleichmäßigt werden können.As shown in Fig. 5, the plasma density is inversely proportional to the electrode distance under a given electrical RF power supply when the gas pressure is constant. On the other hand, the plasma density is substantially proportional to the gas pressure when the electrode distance is constant. Therefore, by increasing the gas pressure and reducing the electrode distance from the conventional range of 20 to 40 mm to a minimum range of not more than 20 mm, for example, a range of 5 to 15 mm, taking into account the fact that the pore diameter is sufficient adhered to pre-determined accuracy is selected, a plasma generated compared to conventional plasma, which has a remarkably high density. In addition, active crystal nuclei are uniformly divided ver, so that not only the film formation rate can be improved, but both the film thickness and the film quality can be made uniform.
Wenn die Poren in der Schauerversorgungsoberfläche der RF-Elektrode an den Spitzenpositionen einer großen Anzahl minimaler gleichseitiger Drei ecke angeordnet werden, die durch drei Gruppen äquidistanter paralleler Linien gebildet werden, wobei drei Linien, die jeweils getrennt in den Gruppen enthalten sind, durch einen gemeinsamen Punkt gegangen und gegeneinander um 60° verschoben sind, so kann eine maximale Anzahl von Poren an der Schauerversorgungsoberfläche ausgebildet werden, und der Gasfluß wird vergleichmäßigt, wenn die minimale Porenteilung konstant ist. Daher kann der Porendurchmesser verringert werden, um eine vorbe stimmte Gasflußmenge zu erhalten, so daß die Elektrodenentfernung ver ringert werden kann, die ausreicht, eine gleichförmige Glimmentladung zu erzeugen. Aus diesem Grunde kann die gleichförmige Plasmadichte weiter vergrößert werden.If the pores in the shower supply surface of the RF electrode are on the top positions of a large number of minimal equilateral three corner can be arranged by three groups of equidistant parallel Lines are formed, with three lines, each separated in the Groups are included, gone through a common point and are shifted from each other by 60 °, so a maximum number of Pores are formed on the shower supply surface, and the Gas flow is evened out when the minimum pore division is constant is. Therefore, the pore diameter can be reduced to a pre to get the correct amount of gas flow so that the electrode distance ver can be reduced, which is sufficient to achieve a uniform glow discharge produce. For this reason, the uniform plasma density can continue be enlarged.
Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Elektroden system so aufgebaut, daß immer eine gleichförmige und stabile Glimment ladung erzeugt werden kann. Daher kann mit einem Dünnfilmherstellungs verfahren zur Ausbildung eines dünnen Filmes auf einem Substrat unter Verwendung der voranstehenden Vorrichtung, bei welcher die Elektroden entfernung auf einem kleinen Wert gehalten und der Druck des filmbilden den Gases auf einen entladbaren Druck gesetzt wird unter einer RF-Span nung, die an die RF-Elektrode geliefert wird, die Plasmadichte in dem Plasmaerzeugungsraum, (dem Raum zwischen den Elektroden) vergrößert werden, so daß die Filmbildungsrate vergrößert werden kann. Darüber hinaus haben neutrale aktive Kristallkeime in einem wie voranstehend beschrieben erzeugten Plasma hoher Dichte keine Gelegenheit, ihre Ver teilung auszubilden, da die Elektrodenentfernung genügend kurz ist. Daher werden sämtliche aktiven Kristallkeime gleichförmig verteilt, so daß ein Dünnfilm, der sowohl bezüglich der Filmdicke als auch der Film qualität gleichförmnig ist, auf einem Substrat ausgebildet werden kann, selbst wenn das Substrat eine große Fläche aufweist.In the device according to the present invention is an electrode system so that there is always a uniform and stable glow charge can be generated. Therefore, with a thin film manufacturing process for forming a thin film on a substrate Use of the above device in which the electrodes distance kept to a small value and the pressure of film forming the gas is set to a discharge pressure under an RF chip voltage supplied to the RF electrode, the plasma density in the Plasma generation space, (the space between the electrodes) enlarged so that the film formation rate can be increased. About that also have neutral active crystal nuclei in one as above described generated high density plasma no opportunity to Ver Form division, since the electrode distance is short enough. Therefore, all active crystal nuclei are distributed uniformly that a thin film, both in terms of film thickness and film quality is uniform, can be formed on a substrate, even if the substrate has a large area.
Claims (4)
eine Vakuumkammer;
eine Substrathalterung, die eine eingebaute Heizung und eine flache obere Oberfläche aufweist, um auf dieser ein Substrat zu haltern, auf welchem ein Film ausgebildet werden soll; und
eine RF-Elektrode, die eine Oberfläche gegenüberliegend der Substrat halterung aufweist, wobei die Oberfläche als eine Schauerversorgungs oberfläche ausgebildet ist, die eine große Anzahl von Poren zur Zu führung filmbildenden Gases als ein Schauer in einen Raum zwischen der Schauerversorgungsoberfläche und der Substrathalterung aufweist;
wobei die Poren so ausgebildet sind, daß der Durchmesser jeder der Poren so festgelegt ist, daß er nicht größer als das 0,4-fache der Entfernung zwischen dem Substrat, das auf der Substrathalterung ge haltert ist, und der Schauerversorgungsoberfläche beträgt, und daß der Durchmesser nicht größer als das 0,75-fache der Entfernung zwi schen den jeweiligen Zentren benachbarter Poren ist.1. RF plasma CVD device, characterized by :
a vacuum chamber;
a substrate holder having a built-in heater and a flat upper surface for holding a substrate thereon on which a film is to be formed; and
an RF electrode having a surface opposite to the substrate holder, the surface being formed as a shower supply surface having a large number of pores for supplying film-forming gas as a shower into a space between the shower supply surface and the substrate holder;
the pores are formed so that the diameter of each of the pores is set to be not more than 0.4 times the distance between the substrate supported on the substrate holder and the shower supply surface, and that Diameter is not greater than 0.75 times the distance between the respective centers of adjacent pores.
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