DE4229161A1

DE4229161A1 - Verfahren und herstellung zur herstellung eines siliziumoxidfilms

Info

Publication number: DE4229161A1
Application number: DE4229161A
Authority: DE
Inventors: Akio Shimizu; Naoto Tsuji
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1993-03-04
Also published as: US5626679A; JP3042127B2; KR0120920B1; KR930006857A; GB2260339A; GB2260339B; GB9218399D0; JPH05117867A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms, und insbesondere i) ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms mit einer ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung, die eine Plasmaerzeugungskammer aufweist, in die eine Mikrowelle und ein Plasma-Ausgangsmaterial eingeleitet werden, einen Erregersolenoid, der die Plasmaerzeugungskammer konzentrisch umgibt und darin mit der Mikrowelle gemeinsam ein Elektron-Zy klotron-Resonanzmagnetfeld bildet, eine Plasma-Reaktions kammer oder eine Verarbeitungskammer, deren Innenraum mit der Plasmaerzeugungskammer verbunden ist und die einen Sub strat- oder Probenhalter zum Halten eines Substrats auf weist, der derart angeordnet ist, daß die Fläche auf der der Film aufgebracht werden soll, zur Plasmaerzeugungskammer hin gerichtet ist und in die ein Reaktivgas eingeleitet wird, sowie ii) eine ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung, mit der ein der artiges Verfahren zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms durchgeführt werden kann.

Siliziumoxidfilme, die größtenteils beim Fertigungsver fahren von Halbleitereinrichtungen als Isolations-Zwi schenschicht hergestellt werden, müssen verschiedenartige Eigenschaften aufweisen, wie Filmbildungseigenschaften bei niedrigen Temperaturen, geringe innere Spannungen, geringe Ätzraten, gute Filmdickenverteilungen, gute Stufendeck fähigkeit, sehr gute Abdichteigenschaften usw.

Es wurde ein Elektron-Zyklotron-Resonanzplasma-CVD-Ver fahren (nachstehend als "ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung" bezeichnet) als Filmbildungsverfahren vorgeschlagen, das die vorstehenden Bedingungen erfüllt. Fig. 4 zeigt die schemati sche Querschnittansicht einer verfahrensgemäßen Grundanord nung einer herkömmlichen ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung.

Wie in Fig. 4 dargestellt, weist die herkömmliche ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung 100 eine Mikrowellen-Erzeugungsein richtung 102 auf, die über einen Wellenleiter 104 mit einer Plasmaerzeugungskammer 106 zur Plasmaerzeugung verbunden ist. Die Plasmaerzeugungskammer 106 weist ein erstes Gaszu fuhrrohr 108 und ein zwischen dem Wellenleiter 104 und der Plasmaerzeugungskammer 106 angeordnetes Vakuumfenster (Wellenleiterfenster) 110 auf, das den unter atmosphärischem Druck stehenden Wellenleiter 104 und die Plasmaerzeugungs kammer 106 gasdicht abtrennt. Unterhalb der Plasmaerzeu gungskammer 106 wird eine mit einer weiten Öffnung (Plasmaentnahmefenster) 112A mit einem großem Durchmesser ausgebildete Metallplatte 112 bereitgestellt. Die Metall platte 112 und die Plasmaerzeugungskammer 106 definieren zu sammen einen halb-offenen Mikrowellenresonator. Ein Erreger solenoid 114 umgibt die Außenfläche des Resonators derart, daß ein zum Erfüllen der ECR-Bedingungen angepaßtes Magnet feld erzeugt wird, wobei innerhalb der Resonatorkammer ein Plasma erzeugt wird. Eine Plasmareaktionskammer (Verarbei tungskammer) 116 ist unterhalb der Plasmaerzeugungskammer 106 angeordnet und durch die Metallplatte 112 von dieser ab getrennt. Die Plasmareaktionskammer 116 mit einer Wand 116A weist im Inneren einen Substrathalter 118 auf, auf dem das Substrat 120 gehalten wird. Die Plasmareaktionskammer 116 weist ein zweites Gaszufuhrrohr 122 und ein Gas ausströmungsrohr 124 an dessen unterem Abschnitt auf, durch das die Reaktionskammer 116 mit dem Vakuumsystem (nicht dar gestellt) verbunden ist. Ein zweiter Erregersolenoid 126 wird koaxial zum ersten Erregersolenoid an einer Position an der Unterseite des Substrats bereitgestellt, bei der das Substrat 120 in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Erregersolenoid in einer "Sandwich-Anordnung" ange ordnet ist. Eine RF (Hochfrequenz)-Leistungsquelle 128 ist mit dem Substrat 120 durch eine von der Wand 116A der Plasmareaktionskammer 116 isolierte Leitung 130 verbunden.

Bei der in Fig. 4 dargestellten herkömmlichen Anordnung wird die sich im Wellenleiter 104 ausbreitende Mikrowelle durch das Wellenleiterfenster 110 in die Plasmaerzeugungs kammer 106 eingeleitet, wobei innerhalb der Plasmaerzeu gungskammer 106 durch den ersten Erregersolenoid 114 ein Magnetfeld ausgebildet wird, so daß das durch das erste Gaszufuhrrohr 108 zugeführte Gas unter Verwendung der Elek tron-Zyklotron-Resonanz in ein Plasma umgewandelt werden kann. Der erste Erregersolenoid 114 erzeugt ein divergieren des Magnetfeld, das zur Plasmareaktionskammer 116 diver giert, die mit der Plasmaerzeugungskammer 106 durch das Plasmaentnahmefenster 112A verbunden ist. Durch das diver gierende Magnetfeld wird das in der Plasmaerzeugungskammer 106 erzeugte Plasma von dort in die Plasmareaktionskammer 116 herausgezogen. Dieser Plasmafluß erreicht das auf dem Substrathalter 118 angebrachte Substrat 120, während es mit dem vom zweiten Gaszufuhrrohr 122 eingeleiteten Gas rea giert, wodurch ein dünner Film auf dem Substrat 120 gebildet wird. Ferner ist der zweite Erregersolenoid (Subsolenoid) 126 koaxial zum ersten Solenoid 114 an einer Position ange ordnet, bei der das Substrat 120 in axialer Richtung zwi schen dem ersten und dem zweiten Erregersolenoid in einer "Sandwich-Anordnung" angeordnet ist, wobei Strom an den er sten Erregersolenoid 114 und den Subsolenoid 126 derart an gelegt wird, daß die Solenoide in entgegengesetzter Richtung ausgerichtete Magnetfelder ausbilden, so daß beide Magnet felder in der Nähe des Substrats steil nach außen divergie ren oder auseinanderlaufen, um ein sogenanntes cusp-förmiges Magnetfeld 132 zu erzeugen, wobei in einem vorgegebenen Ab stand von der Oberfläche des Substrats 120 eine Cusp-Ebene 134 entsteht. Mit dieser ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung mit cusp-förmigem Magnetfeld können Dünnfilme mit einer gleich mäßigen Dickenverteilung gebildet werden. Beim herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Dünnfilmen kann ein Plasma mit hoher Dichte bei niedrigen Drücken im Bereich von 10^-3 bis 10^-4 Torr erzielt werden, wodurch die Herstellung von Sili ziumoxidfilmen mit geringen inneren Spannungen und hoher Säurebeständigkeit ohne Erwärmen des Substrats 120 er möglicht wird.

Beim vorstehend beschriebenen herkömmlichen Herstel lungsverfahren von Dünnfilmen gibt es jedoch, wie nachste hend aufgezählt, verschiedene Probleme bei der Stufendeckfähigkeit, der Filmdickenverteilung, der Gleichmä ßigkeit der Filmdicken in abgestuften Abschnitten, der Aus führung des Verfahrens bei niedriger Temperatur usw.

1) Stufendeckfähigkeit

Beim herkömmlichen Verfahren besteht ein Nachteil darin, daß, wenn kein cusp-förmiges Magnetfeld erzeugt wird, die Stufendeckfähigkeit unzureichend ist, während mit einem cusp-förmigen Magnetfeld andere Probleme auftreten, die spä ter beschrieben werden. Um den Nachteil des nichtvorhandenen cusp-förmigen Magnetfelds zu beheben wurde vorgeschlagen, eine Hochfrequenzspannung an das Substrat anzulegen, wenn das Substrat einen abgestuften Abschnitt, wie z. B. eine Lei tung aufweist, um den abgestuften Abschnitt mit Hilfe der Selbstspannungswirkung zu beschichten. Bei einem Druck im Bereich von 10^-3 bis 10^-4 Torr führt das Anlegen einer Hoch frequenzspannung an das Substrat jedoch zur Bildung eines tiefgeätzten Abschnitts bei der Herstellung eines LSI-Bau steins folgenden Schritt, weil die Verteilung der Anti-HF-Ätz rate in der Substratebene nur ± 20% breit ist, wodurch die Produktionsmenge der LSI-Bausteine verringert wird oder LSI-Bausteine mit geringer Zuverlässigkeit hergestellt wer den.

2) Filmdickenverteilung

Selbst wenn in der Nähe des Substrats ein cusp-förmiges Magnetfeld erzeugt wird und eine hochfrequente Spannung an das Substrat angelegt wird, um eine gleichmäßige Filmdicken verteilung zu erhalten, liegt beim herkömmlichen Verfahren, wie in Fig. 2 dargestellt, die Filmdickenverteilung inner halb des normalerweise erforderlichen Bereichs von ± 5%, wenn das Substrat einen Durchmesser von 6 Zoll (15,24 cm) hat; wenn das Substrat jedoch einen Durchmesser von 8 Zoll (20,32 cm) hat, erhöht sich die Filmdickenverteilung, wo durch sie im Bereich von mindestens ± 10% liegt. Daher kann mit der herkömmlichen Vorgehensweise zur Herstellung einer gleichmäßigen Filmdicke die zunehmende Substratgröße nicht bewältigt werden. Fig. 2 zeigt die Ergebnisse einer verbes serten Filmdickenverteilung, die durch Anlegen einer Hoch frequenzspannung zusätzlich zur Erzeugung eines cusp-förmi gen Magnetfelds erhalten wurde, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das aufgrund des auf der Oberfläche des Substrats auftretenden negativen erdfreien Potentials entsteht, das durch die Differenz der Beweglichkeit zwischen Elektronen und Ionen entsteht, deren elektrisches Feld am Außenab schnitt des Substrats stärker ist als in dessen Mitte. Selbst mit diesem Verfahren ist die Filmdickenverteilung als Ergebnis der gemeinsamen Wirkung durch das cusp-förmige Ma gnetfeld und das elektrische Feld auf der Substratoberfläche ± 20% breit, wenn die Cusp-Ebene in einem Abstand von 50 mm von der Substratunterseite angeordnet ist. Obwohl in Fig. 2 nicht dargestellt, wird ein Magnetron-Resonanzbereich mit einem dem Abstand zwischen der Cusp-Ebene und dem Substrat proportionalen Ringdurchmesser in der Form eines Rings auf der Oberseite des Substrats gebildet, wenn die Cusp-Ebene auf der Oberseite des Substrats angeordnet ist, wobei die Filmdicke im Ringbereich größer ist als in anderen Berei chen.

Wie vorstehend beschrieben ist in einem Niedrigdruckbe reich, in dem der Gasdruck 10^-3 bis 10^-4 Torr beträgt, weder die Bereitstellung einer über einen weiten Bereich erzielten gleichmäßigen Filmdicke an der Position der Cusp-Ebene durch Verwendung eines cusp-förmigen Magnetfelds, noch die Erzeu gung eines negativen Potentials durch die Hochfrequenzspan nung ausreichend, um eine gleichmäßige Filmdicke zu gewähr leisten. Wenn die Filmdickenverteilung durch Erhöhen der Stärke des cusp-förmigen Magnetfelds, indem der dem Erreger solenoid 114 und dem Subsolenoid 126 zugeführte Strom erhöht wird, verbessert werden könnte, würde ein neues, nachstehend in (3) beschriebenes Problem entstehen, wodurch die Zuver lässigkeit der hergestellten LSI-Bausteine verschlechtert wird.

3) Gleichmäßigkeit der Filmdicke in abgestuften Abschnit ten

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittansicht zur Beschreibung des Zustands der Beschichtung der abgestuften Abschnitte, wenn ein Dünnfilm bei einem cusp-förmigen Ma gnetfeld gemäß einem herkömmlichen Verfahren hergestellt wird.

Wenn in der Nähe des Substrats 120 ein cusp-förmiges Magnetfeld erzeugt wird, besitzen die Ionen im Plasma, wäh rend sie sich entlang dem Magnetfeld bewegen, das durch den die Plasmaerzeugungskammer 106 koaxial umgebenden Erregerso lenoid 114 erzeugt wird, abhängig von der mittleren freien Weglänge der Teilchen feste Trägheiten, wodurch die Ionen zu schräg eingeschossen werden, um eine symmetrische Stufenbe schichtung zu ermöglichen. Die Asymmetrie der Stufenbe schichtung wird zur Außenseite des Substrats hin ausgepräg ter, wodurch das Substrat an seinem Außenabschnitt wie in Fig. 3 dargestellt beschichtet wird, obwohl abhängig von der Position der Cusp-Ebene einige Veränderungen beobachtet wer den konnten. Bei LSI-Bausteinen führt die asymmetrische Stu fenbeschichtung zur mangelhaften Isolation zwischen Lei tungen oder zur ungenügenden Durchschlagsfestigkeit des Iso lators, wodurch die Zuverlässigkeit der LSI-Bausteine ver ringert wird.

Im einzelnen sind bei einer Anordnung, bei der das Si-Substrat 120 mit einem darauf angeordneten Phosphat-Silika glas (PSG) -Film 130 mit Aluminium (Al) -leitungen 132 be reitgestellt wird, die Magnetkraftlinien 134 quer, d. h., nicht rechtwinklig zum Substrat ausgerichtet. Daher hat der auf dem Substrat gebildete Dünnfilm 136 eine von der Rich tung der Magnetlinien abhängige ungleichmäßige Filmdicke.

4) Niedertemperaturbetrieb des Verfahrens

Aufgrund der vorstehend erwähnten Probleme war es beim herkömmlichen Verfahren erfolglos bei der Filmbildung bei einem Druck von 10^-3 bis 10^-4 Torr ein cusp-förmiges Magnet feld anzulegen, weshalb die Filmbildung in einem divergie renden Magnetfeld durchgeführt wurde. Aufgrund der Untersu chung der Abdichteigenschaften oder der Wasserundurchlässig keit des durch das letztgenannte Verfahren gebildeten Films, hat sich herausgestellt, daß bei einer Filmbildungstempera tur von höchstens 250°C die Wasserundurchlässigkeit gleich oder geringer war wie diejenige eines durch das herkömmliche CVD-Verfahren ohne divergierendes Magnetfeld erhaltenen Films. Um dieses Problem zu lösen war es erforderlich, das CVD-Verfahren bei einem SiH₄/O₂-Verhältnis von 1,0±0,2 durchzuführen und Gas in stöchiometrischen Mengen zuzufüh ren, so daß die chemische Reaktion gemäß dem folgenden Reak tionsschema ideal verläuft:

SiH₄+O₂ → SiO₂+2H₂,

um die Aufnahme von O-H-Gruppen bei überschüssigem O₂ oder die Menge von Si-H-Gruppen bei überschüssigem SiH₄ zu ver ringern. Mit dieser Gegenmaßnahme wurde eine gute Wasserun durchlässigkeit bei einer Filmbildungstemperatur von minde stens 250°C erreicht.

Diese Verfahren weisen jedoch enge Verfahrensgrenzen oder -toleranzen für die Mengen des zuzuführenden SiH₄ und O₂ auf, wodurch geringe Änderungen im Steuermechanismus der Vorrichtung einen nicht vernachlässigbaren Einfluß auf die Wasserundurchlässigkeit des Films ausüben können.

Wenn das Verfahren bei niedrigen Temperaturen durchge führt werden soll, ergibt sich beim herkömmlichen Verfahren das Problem, daß bei einer Temperatur von mindestens 300°C die unterliegenden Al-Leitungen beschädigt werden und daher die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Elektro wanderung durch Sprünge und Grenzen ansteigt (Elektro wanderung bezeichnet eine Erscheinung, bei der inter kristalline Grenzen in polykristallinem Al bei erhöhten Filmbildungstemperaturen wachsen und Al-Atome bei Anlegen eines Stroms entlang den interkristallinen Grenzen sich be wegen oder wandern).

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen und ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms mit einer hohen Ab dichteigenschaft, einer hohen Säurebeständigkeit und gerin gen Spannungen im Film bereitzustellen, wobei das Verfahren weite Grenzen für die Steuerung der verwendeten Vorrichtung und eine hohe Produktivität aufweist.

Ferner wird eine Vorrichtung zum Durchführen des Her stellungsverfahrens bereitgestellt.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Pa tentansprüche gelöst.

Beim Verfahren gemäß Patentanspruch 2 kann O₂-Gas als Plasma-Ausgangsmaterialgas und SiH₄-Gas als Reaktivgas bei einem Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis O₂/SiH₄ von minde stens 1±0,2 in die Plasmaerzeugungskammer bzw. in die Plasmareaktionskammer eingeleitet werden.

Beim Verfahren gemäß Patentanspruch 2 kann O₂-Gas als Plasma-Ausgangsmaterialgas und SiH₄-Gas als Reaktivgas bei einem Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis O₂/SiH₄ von minde stens 1,5 und bei einer Substrattemperatur zwischen 150 und 300°C in die Plasmaerzeugungskammer bzw. in die Plasmareak tionskammer eingeleitet werden.

Die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 kann weiterhin eine mit der Vakuumpumpe verbundene Steuereinrichtung zum Steuern der Umlauffrequenz der Vakuumpumpe aufweisen, um das Absaugvermögen der Vakuumpumpe zu verändern, so daß der Gas druck innerhalb der Vorrichtung im Bereich von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr gesteuert werden kann.

Die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 kann weiterhin eine Gaseinlaßöffnung in der Gaszufuhreinrichtung oder in der Wand der Plasmaerzeugungskammer aufweisen, um der Kammer Ar-Gas zuzuführen.

Bei der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 kann die Re aktivgaszufuhreinrichtung Gaseinlaßöffnungen zum Zuführen von Phosphin bzw. Diboran in die Reaktivgaseinrichtung auf weisen.

Die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 kann weiterhin eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Substrats auf eine Temperatur zwischen 150 und 300°C während der Filmbildung aufweisen.

Die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 kann weiterhin eine Reaktivgaseinrichtung mit Gasausströmungsöffnungen in der Seitenwand der Plasmareaktionskammer aufweisen, durch die das Reaktivgas in die Plasmareaktionskammer einströmt, wobei die Gasausströmungsöffnungen in einem Mindestabstand von mindestens 5 cm vom Substrat angeordnet sind, wobei die Ausströmungsrichtung und die Ausströmungsgeschwindigkeit des durch jedes der Gasausströmungsöffnungen strömenden Gases so eingestellt wird, daß eine ungleichmäßige Verteilung in Um fangsrichtung der Durchflußgeschwindigkeit des zur Mitte des Substrats fließenden Gases innerhalb 10% der Gesamtgas durchflußgeschwindigkeit liegt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein Silizi umoxid unter Verwendung einer ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung an ein Substrat bei einem relativ hohen Gasdruck und möglicherweise weiterhin durch die Ausnutzung des synergistischen Effekts zwischen der Hochfrequenzspannung und einem cusp-förmigen Magnetfeld gebildet wird, kann im Gegensatz zum durch das herkömmliche ECR-Plasma-CVD-Verfahren hergestellten Film ein Siliziumo xidfilm mit erhöhter Gleichmäßigkeit der Filmdicke, verbes serten Qualitätsverteilungen und erhöhter Stufendeckfähig keit, sowie verbesserten Abdichteigenschaften auf einem Sub strat mit großem Durchmesser durch ein Niedrigtemperaturver fahren ohne Verschlechterung der Filmqualitäten, wie der in neren Spannung und der Säurebeständigkeit des Films, gebil det werden. Die Verwendung des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Films in LSI-Bausteinen erhöht die Zuverlässigkeit der LSI-Bausteine.

Während es weiterhin mit der vorstehend erwähnten her kömmlichen Vorrichtung schwierig ist, die Vorrichtung stabil zu betreiben, weil eine genaue Steuerung der Vorrichtung er forderlich ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung größere Verarbeitungsgrenzen für verschiedene zu steuernde Parame ter, insbesondere der O₂-Durchflußgeschwindigkeit, der Mi krowellenleistung, den durch den ersten und den zweiten Er regersolenoid erzeugten Magnetfeldstärken und des Drucks, wodurch ein verlängerter, stabiler Betrieb der Vorrichtung ermöglicht wird, wodurch eine kontinuierliche Herstellung von LSI-Bausteinen mit hoher Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann.

Die vorstehenden und weitere Ziele, Wirkungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibungen von Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Abbildungen verdeut licht.

Fig. 1 zeigt die Querschnittansicht einer Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung ei nes Siliziumoxidfilms;

Fig. 2 zeigt zeigt eine graphische Darstellung zur Be schreibung der Filmdickenverteilung eines auf einem Substrat von 6 Zoll (15,24 cm) Durchmesser gebildeten Films, wenn ein cusp-förmiges Magnetfeld erzeugt und eine Hochfrequenzspan nung bei niedrigem Gasdruck (1 mTorr) angelegt wird, in Ab hängigkeit von der Position der Cusp-Ebene;

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittansicht zur Beschreibung der Deckfähigkeit an abgestuften Abschnitten bei der Herstellung eines Films mit einem herkömmlichen Ver fahren unter Verwendung eines cusp-förmigen Magnetfelds;

Fig. 4 zeigt die schematische Querschnittansicht einer herkömmlichen ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung;

Fig. 5A zeigt die schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms mit einem Drucksteu ersystem, das sich von dem der in Fig. 1 dargestellten Vor richtung unterscheidet;

Fig. 5B zeigt die schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms mit einem Drucksteu ersystem, das sich von dem der in Fig. 1 dargestellten Vor richtung unterscheidet;

Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschrei bung der Beiträge der Mikrowellenleistung und der Hochfre quenzleistung zur Plasmadichte (Elektronendichte) und ge trennt die Elektronentemperatur bei der erfindungsgemäßen Filmherstellung;

Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschrei bung der Abhängigkeit der Wachstumsrate bzw. der Filmdicken verteilung eines auf einem 8-Zoll (20,32 cm) -Substrat durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms hergestellten Films vom Gasdruck;

Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschrei bung der Flächenverteilung der Wachstumsrate eines auf einem 8-Zoll (20,32 cm) -Substrat durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Siliziumo xidfilms gebildeten Films;

Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschrei bung der Abhängigkeit der Intensität der Plasmalumineszenz eines bei der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausge führten Filmbildung erzeugten Plasmas von der Position der Cusp-Ebene mit der an das Substrat angelegten RF-Leistung als Parameter;

Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschrei bung der Abhängigkeit der Elektronendichte und der Elektro nentemperatur bei der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführten Filmbildung von der Position der Cusp-Ebene mit der an das Substrat angelegten RF-Leistung als Parameter;

Fig. 11 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschrei bung der Abhängigkeit der Elektronendichte und der Elektro nentemperatur bei der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführten Filmbildung von der Position der Cusp-Ebene mit der an dem Substrat angelegten RF-Leistung als Parameter;

Fig. 12 zeigt eine schematische Ansicht zur Beschrei bung der Untersuchung der Abdichteigenschaften eines auf ei nem Substrat ausgebildeten Siliziumoxidfilms;

Fig. 13 zeigt eine graphische Darstellung der Abhängig keit der Abdichteigenschaften eines mit dem erfindungsgemä ßen Verfahren hergestellten Films von der Elektronendichte mit der an das Substrat angelegten RF-Leistung als Para meter;

Fig. 14A zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines In frarot-Absorptionsspektrums, das abhängig von der Position der Cusp-Ebene und der Filmbildungstemperatur bei der gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus geführten Filmbildung indirekt den Unterschied der Ab dichteigenschaften anzeigt zwischen dem Fall, wenn die Cusp-Ebene oberhalb der Oberfläche des Substrats angeordnet ist und dem Fall, wenn sie in einem unendlichen Abstand von der Unterseite des Substrats angeordnet ist;

Fig. 14B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines In frarot-Absorptionsspektrums, das abhängig von der Position der Cusp-Ebene und der Filmbildungstemperatur bei der gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens, bei dem die Filmbildung ausgeführt wird, indem die Cusp-Ebene in einem unendlichen Abstand von der Unterseite des Substrats angeordnet ist, ausgeführten Filmbildung indirekt den Unter schied der Abdichteigenschaften anzeigt zwischen dem Fall, wenn die Filmbildungstemperatur 300°C beträgt und dem Fall, wenn sie 100°C beträgt;

Fig. 15 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung des Beschichtungszustands, wenn die Filmbildung durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in ab gestuften Abschnitten ausgeführt wird;

Fig. 16 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Infra rot-Absorptionsspektrums, das bei der gemäß einer Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Filmbildung mit einem Gasdurchflußgeschwindigkeitsverhältnis O₂/SiH₄ von ca. 1 ausgeführt wird, ausgeführten Filmbildung indirekt die Abdichteigenschaft anzeigt;

Fig. 17A zeigt eine graphische Darstellung zur Be schreibung der Abhängigkeit der Filmqualität von der O₂-Gas durchflußgeschwindigkeit, wenn die Filmbildungstemperatur bei 260°C eingestellt wird und die Durchflußgeschwindigkeit des SiH₄ bei 23 cm³/min festgelegt wird, wobei die Durch flußgeschwindigkeit des O₂-Gases, die eine Änderung der Spannung vor bzw. nach dem Tempern anzeigt, verändert wird;

Fig. 17B zeigt eine graphische Darstellung zur Be schreibung der Abhängigkeit der Filmqualität von der O₂-Gas durchflußgeschwindigkeit, wenn die Filmbildungstemperatur bei 260°C eingestellt wird und die Durchflußgeschwindigkeit des SiH₄ bei 23 cm³/min festgelegt wird, wobei die Durch flußgeschwindigkeit des O₂-Gases, die eine Änderung des Brechungsindex′ bzw. der Ätzrate des Films anzeigt, verän dert wird;

Fig. 18 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschrei bung der Filmbildungstemperaturcharakteristik bei der Bil dung einer Siliziumoxidschicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 19 zeigt eine graphische Darstellung von Vertei lungen der Elektronendichte und der Elektronentemperatur in der Oberfläche des Substrats bei der Filmherstellung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem Gasdruck als Parameter;

Fig. 20A zeigt ein Höhenschichtendiagramm zur Beschrei bung der Beziehung zwischen der Gleichmäßigkeit der Ver teilung eines Reaktivgases in der Plasmareaktionskammer bei der Filmherstellung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wo durch die Filmdickenverteilung angezeigt wird, wenn die Ver teilung des Reaktivgases in der Umfangsrichtung gleichmäßig ist;

Fig. 20B zeigt ein Höhenschichtendiagramm zur Beschrei bung der Beziehung zwischen der Gleichmäßigkeit der Ver teilung eines Reaktivgases in der Plasmareaktionskammer bei der Filmherstellung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wo durch die Filmdickenverteilung angezeigt wird, wenn die Ver teilung des Reaktivgases in der Umfangsrichtung um ca. 1/10 ungleichmäßig ist;

Fig. 21A zeigt eine graphische Darstellung zur Be schreibung der Abhängigkeit der Spannungen des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Films nach der Filmbildung bzw. nach dem Tempern an der Position der Cusp-Ebene;

Fig. 21B zeigt eine graphische Darstellung zur Be schreibung der Abhängigkeit des Brechungsindex′ bzw. der Ätzrate des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestell ten Films an der Position der Cusp-Ebene; und

Fig. 21C zeigt eine graphische Darstellung der Abhän gigkeit der Wachstumsrate bzw. der Filmdickenverteilung des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Films an der Position der Cusp-Ebene.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die bei gefügten Abbildungen ausführlich beschrieben.

Fig. 1 zeigt die schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Her stellung eines Siliziumoxidfilms. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 30 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Si liziumoxidfilms. Die Vorrichtung 30 weist eine mit einem Wellenleiter 34 verbundene Mikrowellenspannungsquelle 32 auf. Der Wellenleiter 34 ist über ein beispielsweise aus Quarz hergestelltes Wellenleiterfenster 36 mit einer im allgemeinen zylindrisch geformten Plasmaerzeugungskammer 38 verbunden. Um die Plasmaerzeugungskammer 38 ist ein Erreger solenoid 40 angeordnet. Ferner wird ein erster Gaszufuhrka nal 42 zum Einleiten eines Plasmaerzeugungsgases in die Plasmaerzeugungskammer 38 vertikal auf dem oberen Ende der Kammer, parallel zum Wellenleiter 34 bereitgestellt. Auf dem unteren Abschnitt der Plasmaerzeugungskammer 38 befindet sich eine beispielsweise aus Metall hergestellte Platte 44, in deren Mitte eine weite Öffnung 44A ausgebildet ist. Die Plasmaerzeugungskammer 38 ist mit einer Plasmareaktionskam mer oder Verarbeitungskammer 46 verbunden. Die Öffnung 44A dient als Plasmaentnahmefenster durch das der Plasmafluß in die Plasmareaktionskammer 46 herausgezogen wird. Eine ring förmige Kammer 48 umgibt den oberen Abschnitt der Plasmare aktionskammer 46 koaxial und ist durch eine Trennwand oder Innenseitenwand 46A von der Plasmareaktionskammer 46 ge trennt. Die ringförmige Kammer 48 weist eine obere Wand 48A auf, durch die sich ein zweiter Gaszufuhrkanal 50 in die ringförmige Kammer 48 erstreckt. Ein Ende des zweiten Gaszufuhrkanals 50 ist durch Rohre 54A, 54B und 54C jeweils mit Monomergasbomben 52A, 52B und 52C verbunden, wobei das andere Ende des zweiten Gaszufuhrkanals 50 mit mehreren Gas duschen 56 mit Gasausströmungsöffnungen 56A mit gleichem Durchmesser verbunden ist, die voneinander im gleichen Ab stand entlang dem Umfang oder der Innenseitenwand 46A der Plasmareaktionskammer 46 entsprechend den in der Innensei tenwand 46A in der gleichen Höhe und dem gleichen Abstand voneinander angeordneten Durchgangsbohrungen 46B angeordnet sind, so daß sie den Gasausströmungsöffnungen 56A entspre chen, wodurch es dem Reaktionsgas vom zweiten Gaszufuhrkanal 50 ermöglicht wird, so gleichmäßig wie möglich in die Plas mareaktionskammer 46 zu strömen.

Ein Substrathalter 60 ist im Inneren der Plasmareakti onskammer 46 an einer Position nach der Einlaßöffnung des Plasmas, d. h., nach dem Plasmaentnahmefenster 44 angeordnet. Der Substrathalter 60 weist eine horizontale Plattform 62 und einen Schaft 64 auf. Die Plattform 62 weist eine obere Fläche auf, auf der ein Substrat 66 befestigt wird. Auf der Unterseite 62B der Plattform 62 des Substrathalters 60 ist ein zweiter, koaxial zum ersten Erregersolenoid 40 ausgerichteter zweiter Erregersolenoid oder Subsolenoid 68 angeordnet, der ein Magnetfeld erzeugt, dessen Polarität derjenigen des durch den ersten Erregersolenoid 40 erzeugten Magnetfelds entgegengesetzt ist, so daß ein cusp-förmiges Magnetfeld in der Nähe der Fläche 62A des Substrats erzeugt wird. Der Substrathalter 60 ist durch einen Kondensator 70A mit einer Hochfrequenzspannungsquelle 70 verbunden. Unter halb der Plattform 62 des Substrathalters 60 ist eine kreisförmige Trennwand 72 angeordnet, die zusammen mit der Außenwand 46C der Plasmareaktionskammer 46 eine ringförmige Absaugkammer 74 definiert. Zwischen dem oberen Ende 72A der Trennwand 72 und der Unterseite 62B der Plattform 62 gibt es eine Lücke, wobei die Absaugkammer 74 mit der Plasmareaktionskammer 46 durch die Lücke verbunden ist. Die Absaugkammer 74 ist mit dem Vakuumabsaugsystem, beispiels weise mit der Vakuumpumpe 78 über ein Vakuumabsaugrohr 76 mit einem Ventil 76A verbunden. Ein Vakuummeßinstrument oder Barometer 80 ist mit dem Vakuumabsaugrohr 76 verbunden, um den Gasdruck im Inneren der Vorrichtung zu messen. Das Vaku ummeßinstrument 80 ist mit einer Feedbackschaltung 82 ver bunden, der die Daten des Gasdrucks im Inneren der Vorrich tung zugeführt werden. Die Feedbackschaltung 82 ist mit ei ner variablen Ausflußöffnung 84 mit einem variablen Gas durchlaßquerschnitt verbunden und steuert die Öffnung der variablen Ausflußöffnung 80.

An der Plattform 62 des Substrathalters 60, auf dem das Substrat 66 gehalten wird, ist eine elektrostatische Spann vorrichtung 86 derart angeordnet, daß die Fläche der Platt form 62 des Substrathalters, auf der das Substrat 66 gehal ten wird, d. h., die Oberfläche 62A der Plattform, als Ad sorptionsfläche der elektrostatischen Spannvorrichtung 86 dient. Es wird eine RF-Spannungsquelle 88 bereitgestellt, die der Adsorptionselektrode der elektrostatischen Spannvorrichtung 86 eine RF-Spannung zuführt. Die Intensität der Adsorption kann durch einen variablen Kondensator 86A verändert werden. Es kann eine Temperatursteuereinrichtung 90 zur Steuerung der Temperatur der Plattform 62 des Substrathalters 60 unabhängig von der RF-Spannung bereitge stellt werden. Ein Beispiel der Temperatursteuereinrichtung 90 ist ein herkömmliches Wasserkühlsystem.

Es folgt die Beschreibung einer weiteren Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung ei nes Siliziumoxidfilms.

Fig. 5A zeigt eine schematische vergrößerte Ansicht, teilweise im Querschnitt, einer Anordnung eines Teils einer Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms, d. h., einen Drucksteuerabschnitt, mit einem anderen Aufbau als derjenige der in Fig. 1 dargestellten vorstehend erwähnten Ausführungsform. Bei der in Fig. 5A dargestellten Anordnung ist das Vakuumabsaugrohr 76 auf halber Höhe mit einer Gaseinlaßöffnung 76A ausgebildet, mit der ein Gaszufuhrrohr 92 verbunden ist. Das Gaszufuhrrohr 92 wird mit einer Durch flußgeschwindigkeitssteuereinrichtung 94 bereitgestellt, die mit der Feedbackschaltung 82, der die Daten des Gasdrucks im Innern der Vorrichtung zugeführt werden, verbunden ist und von dieser gesteuert wird. Das gleiche Gas, wie dasjenige, das durch den ersten Gaskanal 42 in die Plasmaerzeugungskam mer 38 eingeleitet wird, wie beispielsweise O₂-Gas oder an dere Gase wie N₂-Gas oder Edelgas, wird durch das Gaszufuhr rohr 92 und durch die Gaseinlaßöffnung 76A in die Plasmare aktionskammer 46 eingeleitet. Das Vorhandensein des vorste hend erwähnten eingeleiteten Gases im Absauggas, das von der Plasmareaktionskammer 46 durch die Vakuumpumpe 78, die ein konstantes Saugvermögen besitzt, abgesaugt wird, verringert die Menge des Absauggases, das von der Plasmareaktionskammer abgesaugt wird. Daher kann der Gasdruck im Inneren der Vor richtung durch Steuerung der Menge des durch die Gaseinlaß öffnung 76A eingeleiteten Gases mit Hilfe der Durchflußge schwindigkeitssteuereinrichtung 94 gesteuert werden. Die An ordnung weiterer Komponenten der Vorrichtung 30 entspricht derjenigen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Fig. 5B zeigt eine schematische vergrößerte Ansicht, teilweise im Querschnitt, einer Anordnung eines Teils einer Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms, d. h., einen Drucksteuerabschnitt mit einem anderen Aufbau als der jenige der in Fig. 1 dargestellten, vorstehend erwähnten Ausführungsform. Bei der in Fig. 5B dargestellten Anordnung weist die Vorrichtung 30 eine Frequenzwandlereinrichtung 96 auf, die mit der Feedbackschaltung 82, der die Daten des Gasdrucks im Inneren der Vorrichtung zugeführt werden, ver bunden ist und von dieser gesteuert wird. Die Frequenzwand lereinrichtung 96 führt der Vakuumpumpe 78 eine Spannung mit veränderter Frequenz zu, um die Menge des durch die Vakuum pumpe 78 abgesaugten Gases zu ändern, so daß der Gasdruck im Inneren der Vorrichtung 30 einen gewünschten Wert beibehal ten kann.

Es folgt eine genaue Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms unter Bezug auf Fig. 1.

Beim ECR-Plasma-CVD-Verfahren wird in der Plasmaerzeu gungskammer 38 durch Erhöhen des Gasdrucks in der Plasmare aktionskammer 46 auf einen höheren Wert als der normaler weise verwendete Gasdruck von 10^-3 bis 10^-4 Torr und durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung an das Substrat 66 (nachstehend als "RF-Spannung" bezeichnet), ein Plasma er zeugt. Das so erzeugte Plasma entsteht durch die an das Sub strat 66 angelegte RF-Spannung. Daher werden das erste Plasma, d. h., das in der Plasmaerzeugungskammer 38 durch Elektron-Zyklotron-Resonanz erzeugte und in die Richtung, in die das Magnetfeld des Erregersolenoids 40 divergiert, her ausgezogene Plasma (ECR-Plasma) und das zweite Plasma, d. h., das durch das RF-Spannung-RF-Plasma erzeugte Plasma um das Substrat 66 verbunden, um ein Vereinigungsplasma zu bilden. Die Erzeugung des Vereinigungsplasmas kann gemäß Fig. 6 ver deutlicht werden, die in einer graphischen Darstellung die Beiträge der Mikrowellenleistung und der Hochfrequenzlei stung zur Plasmadichte (Elektronendichte) und zur Elektro nentemperatur bei der erfindungsgemäßen Filmherstellung ge trennt beschreibt, wobei die Elektronendichte des O₂-Plasmas durch ein Plasmasondenverfahren unter Verwendung von Doppel sonden gemessen wird. Gemäß Fig. 6 ist die Elektronendichte bei angelegter RF-Spannung ca. doppelt so groß wie die Elektronendichte ohne angelegte RF-Spannung, wodurch ein aus dem ECR-Plasma und dem RF-Plasma in gleichem Verhältnis zusammengesetztes Vereinigungsplasma dargestellt wird.

Selbst wenn ein cusp-förmiges Magnetfeld in der Nähe des Substrats 66 erzeugt wird, trägt das in der Plasmaerzeu gungskammer 38 erzeugte Plasma (ECR-Plasma) aufgrund der Trägheit der Ionen im Plasma, während die Ionen sich entlang dem durch den die Plasmaerzeugungskammer 38 koaxial umgeben den Erregersolenoid 40 erzeugten Magnetfeld bewegen, stärker zur Filmbildung im Mittelabschnitt des Substrats bei. Ande rerseits trägt das durch die RF-Spannung in der Plasmareak tionskammer erzeugte RF-Plasma stärker zur Filmbildung im Außenbereich des Substrats bei. Dies ergibt sich daraus, daß das elektrische Feld, das durch das negative Potential rela tiv zum auf der Oberfläche des Substrats anliegenden Erdpo tential erzeugt wird, im Außenabschnitt des Substrats erhöht ist, wobei die Plasmareaktionskammer als entgegengesetzte Elektrode relativ zum Substrat dient. Wenn der Gasdruck so niedrig wie der herkömmlich verwendete Druck von 10^-3 bis 10^-4 Torr ist, erhöht sich die Dichte des von der Plasmaer zeugungskammer abgezogenen und in die Plasmareaktionskammer eingeleiteten Plasmas. Andererseits ist das durch das Anle gen der RF-Spannung erzeugte negative Spannungspotential auf der Oberfläche des Substrats umgekehrt proportional zur Plasmadichte. Daraus ergibt sich, daß, um ein Spannungspo tential zu erhalten, das ausreicht, um eine Streckeigen schaft oder eine Stufenabdeckung zu erzeugen, eine wesent lich höhere RF-Spannung angelegt werden muß, was dazu führt, daß die Filmbildung auf der Oberfläche des Substrats im Mit telabschnitt gegenüber dem Außenabschnitt überwiegt. Wenn jedoch der Gasdruck höher ist, wird die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle kleiner, wobei die Elektronen, die an der Ionisation der Gasmoleküle in der Plasmaerzeugungs kammer teilnehmen mit den Gasmolekülen zusammenstoßen bevor sie auf eine Geschwindigkeit beschleunigt werden können, die für die Ionisation notwendig ist, wodurch die Ionisation schwierig wird und daher die Plasmadichte abnimmt.

Andererseits wird die Plasmaerzeugung in der Plasmare aktionskammer, d. h. die Erzeugung des RF-Plasmas, durch An legen einer hochfrequenten RF-Spannung von normalerweise 13,56 MHz durchgeführt, die mindestens zwei Größenordnungen geringer ist als die Frequenzen von Mikrowellen (normalerweise 2,45 GHz). Bei Gasdrücken im Bereich von 10^-1 bis 10^-3 Torr wird das Plasma mit zunehmendem Druck stabili siert, so daß die Plasmadichte in der Plasmareaktionskammer größer wird als die Plasmadichte in der Plas maerzeugungskammer, obwohl bei einem derartigen Gasdruck die Plasmadichte nicht so hoch ist wie die Dichte des in der Plasmaerzeugungskammer bei einem Gasdruck im Bereich von 10^-3 bis 10^-4 Torr erzeugten Plasmas. Außerdem kann bei Gas drücken im Bereich von 10^-1 bis 10^-3 Torr ein Spannungspo tential mit einem für die Stufenabdeckung notwendigen Pegel leichter erreicht werden. Gemeinsam mit der zunehmenden In tensität des elektrischen Feldes in der Nähe des Substrats (entsprechend dem Verlauf des elektrischen Feldes im Außen bereich des Substrats) nimmt dadurch die Filmbildung im Au ßenbereich zu.

Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschrei bung der Wachstumsrate bzw. der Filmdickenverteilung eines auf einem 8-Zoll (20,32 cm) -Substrat gebildeten, durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens herge stellten Films in Abhängigkeit vom Gasdruck; Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschreibung der Flächen verteilung der Wachstumsrate eines auf einem 8-Zoll (20,32 cm) -Substrat durch eine Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Verfahrens zum Herstellen eines Siliziumoxidfilms ge bildeten Films in Abhängigkeit vom Gasdruck.

Als ein Ergebnis der ausgeführten Experimente kann, wie in Fig. 7 und 8 verdeutlicht wird, ein Dünnfilm mit einer gleichmäßigen Filmdickenverteilung auf einem Substrat mit einem Durchmesser von 8 Zoll (20,32 cm) durch Einstellen ei nes Gasdrucks auf einen Wert im vorstehend erwähnten Bereich gebildet werden. Dabei kann die Filmdickenverteilung durch Steuerung des Gasdrucks während der Filmbildung auf einen Minimalwert verringert werden.

Gemäß Fig. 21C, die später ausführlich erläutert wird, verändert sich bei einem Siliziumoxidfilm die Filmdickenver teilung kaum, auch wenn ein cusp-förmiges Magnetfeld erzeugt und die Cusp-Ebene verschoben wird. Die Wirkung des cusp-för migen Magnetfelds auf die Verbesserung der Film dickenverteilung nimmt relativ mit der Zunahme des Gasdrucks ab, wobei diese Wirkung bei einem Gasdruck im Bereich von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr im wesentlichen verschwindet.

Wie vorstehend beschrieben, kann die verbesserte Film dickenverteilung durch Beibehalten des Gasdrucks auf einem hohen Pegel und durch Anlegen einer RF-Spannung erreicht werden. Dabei ist der Einfluß der RF-Spannung auf die Film dickenverteilung geringer als der Einfluß des Gasdrucks. Da her kann die Filmdickenverteilung durch die Steuerung des Gasdrucks leicht minimiert werden.

Bei den ECR-Plasma-CVD-Vorrichtungen wird ein Entnahme fenster (Bezugszeichen 112A in Fig. 4) zwischen der Plas maerzeugungskammer und der Plasmareaktionskammer bereitge stellt, um den Energiebetrag der in der Plasmaerzeugungskam mer zu akkumulierenden Mikrowelle so zu erhöhen, daß die Er zeugung des zu zündenden Plasmas vereinfacht wird, wodurch das Entnahmefenster für die Wirkung des einmal erzeugten Plasmas unnötig wird. Wenn keine Entnahmefenster vorhanden sind, wird die Zündung des Plasmas durch die Verwendung ei ner Lichtbogenentladung ermöglicht. Die Resonanz eines Ma gnetfelds mit einer Mikrowelle ist bei einem Gasdruck von bis zu ca. 1 Torr wirksam, wobei die Zündung des Plasmas ohne ein Entnahmefenster möglich wird. Die Zündung des Plas mas bei dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Gas druckbereich ist ohne Schwierigkeit möglich.

Wenn der Gasdruck erhöht wird, wird eine RF-Spannung an das Substrat angelegt und ein cusp-förmiges Magnetfeld wird in der Nähe des Substrats erzeugt, wobei die Energie des elektrischen RF-Feldes durch Elektronen im Plasma aufgrund der Erhöhung der Horizontalkomponente des Magnetfeldes, die durch das vertikal zum Substrat verlaufende elektrische RF-Feld und das Muster oder die Form des cusp-förmigen Magnet felds herbeigeführt wird, wirksam absorbiert wird. Als Er gebnis wird die Plasmaaktivität in der Nähe des Substrats auf das 3- bis 5fache des ursprünglichen Werts erhöht. Die ses Verhalten wurde durch die folgenden Verfahren bestätigt.

1) Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschrei bung der Intensität der Plasmalumineszenz eines unmittelbar über einem Halbleitersubstrat unter realen Filmbildungsbe dingungen (SiH₄-Gasdurchflußgeschwindigkeit: 23 cm³/min, O₂ Gasdurchflußgeschwindigkeit: 47 cm³/min, Mikrowellen leistung: 700 W, RF-Leistung: 0 W, 300 W, 600 W, Druck: 37 mTorr) erzeugten Plasmas beim Vorhandensein eines cusp-för migen Magnetfeldes. Wie in Fig. 9 dargestellt, wird die In tensität der Plasmalumineszenz bei einer RF-Leistung von 0 W nicht von dem cusp-förmigen Magnetfeld beeinflußt, beim An legen einer RF-Leistung wird die Intensität der Plasmalumi neszenz jedoch entsprechend der Zunahme der Horizontalkompo nente des Magnetfeldes steil erhöht. Dies zeigt, daß die RF-Leistung in der Nähe des Substrats durch das Plasma wirksam absorbiert wird.
2) Ein weiteres Beispiel ist die Messung der Elektronen dichte unter Verwendung eines Plasmasondenverfahrens. Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschreibung der Ergebnisse einer derartigen Messung. Wie in Fig. 10 darge stellt, erhöht sich die Plasmadichte durch den synergisti schen Effekt des cusp-förmigen Magnetfelds und des elektri schen RF-Felds auf das 4fache des ursprünglichen Werts. Da bei wurde die Plasmaerzeugung unter folgenden Bedingungen ausgeführt: O₂-Durchflußgeschwindigkeit: 47 cm³/min, Mikrowellenleistung: 700 W, RF-Leistung: 300 W, 450 W, 600 W und Druck: 37 mTorr.

Einer der durch die Verwendung eines kombinierten cusp-för migen Magnetfelds erzielten wichtigsten Wirkungen ist, daß der erhaltene Dünnfilm eine hohe Abdichteigenschaft aufweist. Fig. 11 zeigt eine graphische Darstellung zur Be schreibung der Abdichteigenschaften des unter den in Fig. 9 beschriebenen Bedingungen hergestellten Dünnfilms. In Fig. 11 bezeichnet die vertikale Achse, daß die Abdichtei genschaft 100% beträgt, wenn die Menge des durchdringenden Wassers 0 ist, wobei die Abdichteigenschaft mit zunehmender durchdringender Wassermenge abnimmt.

Die Untersuchungen der Abdichteigenschaft wurden wie folgt durchgeführt. Wie in Fig. 12 dargestellt, wurde ein PSG- oder BPSG-Film auf einem Si-Substrat hergestellt, um eine Probe mit einem darauf ausgebildeten Film zu erhalten, der durch P und O gebildete Doppelbindungen aufweist, d. h., P=O, wobei ein zu bestimmender Siliziumoxidfilm (nachstehend auch als "SiO₂-Film" bezeichnet) auf dem PSG- oder BPSG-Film mit einer Dicke von 3000 A (Angström) herge stellt wurde. Für die Messungen der Anfangswerte wurde der Absorptionspeakinhalt von P=O bei einer Wellenzahl nahe 1320 cm^-1 unter Verwendung eines IR-Spektralanalysators ge messen. Anschließend wurde die Probe in einen Thermo-Hygro statofen gelegt, wo sie bei 120°C in einer Gasumgebung mit einer relativen Feuchtigkeit von 100% und bei einem Druck von 2 atm 100 Stunden lang verweilen konnte. Nach der Ent nahme der Probe aus dem Ofen wurde die Restmenge des P=O mit einem IR-Spektralanalysator gemessen und der Prozentwert des erhaltenen Wertes relativ zum Anfangswert berechnet. Wenn Feuchtigkeit den SiO₂-Film auf der Oberfläche durch drungen hatte, wurde das im darunterliegenden Film (d. h., im PSG- oder BPSG-Film) enthaltene P=O hydrolisiert und dessen Menge verringert. Daher wurde gemäß dem vorstehenden Unter suchungsverfahren die den SiO₂-Film durchdringende Wasser menge gemessen.

Die Korrelation zwischen den vorstehend erhaltenen Er gebnissen und den in Fig. 10 dargestellten Ergebnissen wird in Fig. 13 beschrieben. Fig. 13 zeigt, daß durch die Zunahme der Plasmaaktivität aufgrund des synergistischen Effekts zwischen einem cusp-förmigen Magnetfeld und einem elektri schen RF-Feld ein Dünnfilm mit einer guten Abdichteigen schaft erzeugt wird. Ein Vergleich zwischen PSG und BPSG kann nicht durch Absolutwerte vorgenommen werden, weil die Menge von P=O im Film und dessen Hydrolyserate sich mehr oder weniger voneinander unterscheiden.

Die Zusammensetzungen der Filme mit guter bzw. schlech ter Abdichteigenschaft wurde durch eine IR-Absorptions spektralanalyse verglichen und die Ergebnisse in Fig. 14A dargestellt. Das Differentialspektrum wird durch Messen der Absorptionsspektren beider Filme und die Differenzbildung zwischen den beiden Spektren erhalten. Der Film mit schlech ter Abdichteigenschaft zeigt einen großen Absorptionsbetrag, der auf die Vibrationsenergie von O-H-Bindungen bei einer Wellenzahl nahe 3600 cm^-1 zurückzuführen ist, während der Film mit guter Abdichteigenschaft einen großen Absorpti onsbetrag zeigt, der auf die Vibrationsenergie von Si-O-Si-Bin dungen bei einer Wellenzahl von 1106 cm^-1 zurückzuführen ist. Der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte SiO₂-Film weist weniger O-H-Bindungen, jedoch mehr Si-O-Si-Bin dungen auf, wobei der Film aufgrund dieser Merkmale eine hohe Abdichteigenschaft aufweist.

Die Untersuchungen haben gezeigt, daß die Faktoren, die die vorstehend erwähnten Merkmale bestimmen, auch durch die Steuerung der Filmbildungstemperatur erhalten werden können. Fig. 14B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Infrarot-Ab sorptionsspektrums, das abhängig von der Position der Cusp-Ebene und der Filmbildungstemperatur bei der gemäß ei ner Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Filmbildung ausgeführt wird, indem die Cusp-Ebene in einem unendlichen Abstand von der Unterseite des Substrats angeordnet ist, ausgeführten Filmbildung indirekt den Unter schied der Abdichteigenschaften anzeigt zwischen dem Fall, wenn die Filmbildungstemperatur 300°C beträgt und dem Fall, wenn sie 100°C beträgt. Untersuchungen der vorstehend er wähnte Abdichteigenschaft zeigen, daß die Abdichteigenschaft bei einer Filmbildungstemperatur von 300°C 70% beträgt (bei der Verwendung der PSG), wobei bestätigt wird, daß der Film minderwertiger ist als der mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren hergestellte Film.

Die Temperatur während der Filmbildung, d. h. 240 bis 260°C, unterscheidet sich bei der Verwendung des erfindungs gemäßen kombinierten cusp-förmigen Magnetfelds von der Film bildungstemperatur bei einem divergierenden Magnetfeld um höchstens 20°C. Es wird ebenfalls bestätigt, daß die unter schiedliche Abdichteigenschaft nicht auf die Wirkung der Temperatur während der Filmbildung, sondern auf eine davon unabhängige, andere Erscheinung zurückzuführen ist.

Nach der Durchführung der Abdichteigenschaftsuntersu chungen zeigt der mit dem herkömmlichen RF-Plasma-CVD-Ver fahren hergestellte Film beim Verbleib von 40 Stunden in der Vorrichtung eine Wasserundurchlässigkeit von 40% oder weni ger, selbst wenn das Substrat nach der Filmbildung auf ca. 350°C erhitzt wird. Daraus ergibt sich, daß der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte SiO₂-Film eine hohe Wasserundurchlässigkeit aufweist.

Weil, wie vorstehend beschrieben, durch das Erhöhen des Gasdrucks und das Anlegen einer RF-Spannung eine gleichmä ßige Plasmadichte auf der Oberseite des Substrats erzeugt wird, werden die innere Spannung im Film, die durch Stöße der durch das auf der Oberfläche des Substrats erzeugte ne gative Spannungspotential beschleunigten Ionen im Plasma auf den Film erzeugt wird, und die Feinheit des Films, die ein entscheidender Faktor zum Bestimmen der Säurebeständigkeit des Films ist, gleichmäßiger hergestellt, wobei zusätzlich die Spannungs-Sputterwirkung aufgrund der Selbstspan nungswirkung ebenfalls beibehalten wird. Wenn ein cusp-för miges Magnetfeld in der Nähe des Substrats erzeugt wird, be sitzen die Ionen im Plasma, die sich entlang des durch den die Plasmaerzeugungskammer koaxial umgebenden Erregersole noid erzeugten Magnetfelds bewegen eine Trägheit, aufgrund der die Ionenbahnen entlang des Magnetfelds verlaufen und auf das Substrat an dessen Außenbereich, wie in Fig. 3 dar gestellt, bei einem Gasdruck von 10^-3 bis 10^-4 Torr, der herkömmlich verwendet wird, schräg auftreffen. Wenn abge stufte Abschnitte beschichtet werden, führt dies zum Auftre ten von Schatten an den rückseitigen Flächen der abgestuften Abschnitte, wo der Film schlecht anwächst, so daß keine gleichmäßige Beschichtung erhalten werden kann. Im Gegensatz dazu wird, wie bei der vorliegenden Erfindung, bei einem hö heren Gasdruck von 10^-1 bis 10^-3 Torr die mittlere freie Weglänge der Ionen verringert, d. h., die Ionen werden vom Magnetfeld weniger beeinflußt. Dies führt dazu, daß die Io nen im Plasma nicht schräg auf das Substrat auftreffen. D.h., wie in Fig. 15 dargestellt, über die Gesamtfläche des Substrats, d. h., die Gesamtfläche eines Aufbaus, der einen auf einem Si-Substrat 66 ausgebildeten PSG-Film 67 und auf dem PSG-Film 67 angeordnete Aluminium (Al) -leitungen 67A aufweist, wird ein im wesentlichen gleichmäßig dicker Dünn film 67 gebildet, wodurch eine gute Stufenabdeckung erreicht wird.

Wenn ein cusp-förmiges Magnetfeld in der Nähe des Sub strats erzeugt wird, so daß die Cusp-Ebene in einem Abstand im Bereich von 10 cm von der Filmbildungsfläche auf dem Sub strat liegt, wird der synergistische Effekt zwischen der Ho rizontalkomponente des cusp-förmigen Magnetfelds und dem dazu senkrechten elektrischen RF-Feld erhalten, wobei die Plasmadichte durch diesen Effekt erhöht wird, wodurch ein Dünnfilm mit einer guten Wasserundurchlässigkeit oder Ab dichteigenschaft gebildet wird.

Als Methode zum Erzeugen einer gleichmäßigen Plasma dichte weist eine herkömmliche ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung einen Subsolenoid auf, wodurch eine gleichmäßige Plasma dichte erzeugt wird, sowie einen dritten Magnetpol zum Aus richten des magnetischen Flusses, der dadurch vertikal in das Substrat eintritt (siehe JP-A-2 22 437/1989). Bei einer derartigen herkömmlichen Vorrichtung ist jedoch eine hohe Genauigkeit bei der Steuerung der magnetischen Flußdichte oder der Intensität des Magnetfelds erforderlich, wobei es in der Praxis schwierig ist, einen stabilen Betrieb der Vor richtung durchzuführen. Im Gegensatz dazu liegt die bei der vorliegenden Erfindung erforderliche Genauigkeit bei der Steuerung der magnetischen Flußdichte oder der Intensität des Magnetfeldes in der Größenordnung von ca. 5 bis 10%, weil die Spule sich in einem Abstand von mindestens 10 cm befindet, wodurch es ermöglicht wird, die notwendige Steue rung der magnetischen Flußdichte für herkömmlich erhältliche Spulenspannungsquellen mit einer Genauigkeit von ca. 1% herzustellen.

Wenn der Siliziumoxidfilm ohne Erzeugung eines cusp-för migen Magnetfelds gebildet wird, ergibt sich keine Plas maaktivierung durch den synergistischen Effekt zwischen dem elektrischen RF-Feld und dem cusp-förmigen Magnetfeld, wo durch nur ein leichter Überschuß von O₂-Gas Wasser durch den gebildeten Film aufnehmen kann. Durch die Zufuhr von O₂-Gas und SiH₄-Gas bei einem Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis von 1±0,2 kann jedoch ein Dünnfilm mit einem Brechungsin dex von 1,47 bis 1,52 hergestellt werden, der keine O-H-Bin dungen aufweist (vergl. Fig. 16, die das IR-Spektrum des Films darstellt). Der so erhaltene Film weist gute Eigen schaften hinsichtlich der Feinheit, der inneren Spannung und der Abdichteigenschaften des Films auf. In diesem Fall kann ein Film mit guter Abdichteigenschaft bei einer Filmbil dungstemperatur von mindestens 250°C hergestellt werden. Wenn ein kombiniertes cusp-förmiges Magnetfeld verwendet wird, zeigt die Abdichteigenschaft des erhaltenen Films keine Verschlechterung, wenn der Film bei einer Filmbil dungstemperatur von mindestens 150°C hergestellt wird, wobei die Wachstumsrate des Films hoch ist und, wobei abhängig vom eingestellten Gasdruck ein Film mit einer schmalen Film dickenverteilung gebildet werden kann.

Wenn außerdem ein kombiniertes cusp-förmiges Magnetfeld verwendet wird, weist der bei mindestens 150°C unter Verwen dung eines Durchflußgeschwindigkeitsverhältnisses zwischen O₂ und SiH₄, d. h., O₂/SiH₄, von mindestens 1,5 gebildete Film einen Brechungsindex von 1,44 bis 1,49 auf, wobei der Film ebenfalls gute Werte hinsichtlich der Feinheit des Films, der inneren Spannung und der Abdichteigenschaft auf weist, wobei im vorstehend erwähnten Bereich des Durchfluß geschwindigkeitsverhältnisses O₂/SiH₄ von 1±0,2 der domi nante Parameter, der die Filmqualität steuert, ein anderer Parameter ist als das Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis.

Fig. 17A und 17B zeigen jeweils eine graphische Dar stellung zur Beschreibung der Abhängigkeit der Filmqualität von der O₂-Gasdurchflußgeschwindigkeit, wenn die Filmbil dungstemperatur auf ca. 260°C eingestellt wird, wobei die Durchflußgeschwindigkeit des SiH₄-Gases bei 23 cm³/min fest eingestellt wird und die Durchflußgeschwindigkeit des O₂-Ga ses verändert wird; Fig. 17A zeigt eine graphische Dar stellung zur Beschreibung der Änderung des Spannung in Ab hängigkeit der Durchflußgeschwindigkeit des O₂-Gases, wäh rend Fig. 178 eine graphische Darstellung zur Beschreibung der Änderung des Brechungsindex′ des Films in Abhängigkeit von der Durchflußgeschwindigkeit des O₂-Gases zeigt. Wie ge mäß Fig. 17A und 17B verdeutlicht wird, existiert in der Nähe der O₂-Durchflußgeschwindigkeit von 25 cm³/min nur ein einziger Punkt, an dem die innere Spannung des Films vor und nach dem Tempern keine Änderung zeigt. Nur bei diesem Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis zeigt die Filmqualität nach dem Tempern keine Änderung, wodurch ein Film mit guter Filmqualität erhalten werden kann. Daher ist das Durchfluß geschwindigkeitsverhältnis ein Faktor zur Steuerung der Filmqualität. Ein Film mit schlechter Abdichteigenschaft weist viele O-H-Bindungen auf und gibt mit dem Tempern Was ser frei, um die Spannungen nach dem Tempern zu verringern, d. h. daß eine nach dem Tempern unveränderte Spannung ein wichtiges Anzeichen darstellt.

Wenn die Filmqualität durch Anlegen eines cusp-förmigen Magnetfeldes bei einem Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis von mindestens 1,5 erzeugt wird, zeigen der Brechungsindex, die Spannung und die Ätzrate des Films jeweils geringere Änderungen bei einer O₂-Durchflußgeschwindigkeit von minde stens 33 cm³/min als in Fig. 17A und 17B dargestellt. Dies ergibt sich daher, weil das während der Reaktion verbrauchte O₂ im wesentlichen in einer dem SiH₄ entsprechenden Menge vorhanden ist, wobei Sauerstoffgas bei einem Durchfluß geschwindigkeitsverhältnis von mindestens 1,5 überschüssig ist, während der Druck in der Plasmareaktionskammer auf einen konstanten Pegel eingestellt wird, wobei der über schüssige O₂-Partialdruck durch die Änderung des Durchflußgeschwindigkeitsverhältnisses nicht beeinflußt wird. Anders als beim vorstehend erwähnten Durchflußge schwindigkeitsverhältnis kann durch die Drucksteuerung beim Verfahren, in dem überschüssiges O₂ vorhanden ist, eine sta bile Filmqualität über einen weiten Bereich der O₂-Durch flußgeschwindigkeit erhalten werden, wodurch ein stabiler Betrieb der Vorrichtung ermöglicht wird und wodurch die Zu verlässigkeit der LSI-Bausteinherstellung erhöht wird.

In diesem Fall ist der Faktor, der während des Verfah rens die Filmqualität steuert, die Filmbildungstemperatur. Es wurde bestätigt, daß bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 300°C der vorstehend erwähnte Brechungsindex mit zu nehmender Temperatur monoton verändert wird und, damit ver bunden, die Ätzrate leicht erhöht wird.

Daher kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Her stellung eines Siliziumoxidfilms bei einem Gasdruck von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr mit einer angelegten RF-Spannung und mit oder ohne die Erzeugung eines cusp-förmigen Magnetfeldes eine elektrostatische Spannvorrichtung derart aufweisen, daß die Oberfläche des Substrathalters, auf dem ein Substrat be festigt oder gehalten wird, als Adsorptionsfläche der elek trostatischen Spannvorrichtung dient. Bei dieser Anordnung kann das Substrat bei vollständigem Kontakt aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft mit der Gesamtadsorptions fläche der elektrostatischen Spannvorrichtung adsorbiert werden, so daß eine gute Wärmeleitung zwischen dem Substrat und der elektrostatischen Spannvorrichtung erreicht werden kann. Anders als im Fall der üblicherweise verwendeten Kon taktwärmeleitung unter Ausnutzung des Eigengewichts des Sub strats, wobei die Temperatur des Substrats von der Energie des auf das Substrat übergreifenden Plasmas abhängt, muß die Durchflußgeschwindigkeit des SiH₄-Gases, sowie entsprechend die RF-Leistung nicht erhöht werden, um die Wachstumsrate des Films zu erhöhen. Um die Wachstumsrate des Films zu er höhen genügt es, unabhängig von der RF-Leistung, die Tempe ratur der Plattform des Substrathalters zu steuern, an der die elektrostatische Spannvorrichtung durch eine geeignete Einrichtung befestigt wird.

Weil die RF-Spannung dem Substrat durch die Isolations schicht der Adsorptionselektrode auf der Seite der Adsorpti onsfläche der elektrostatischen Spannvorrichtung zugeführt wird, bildet der Substrathalter mit einer Plattform, an der eine elektrostatische Spannvorrichtung befestigt ist, selbst einen Substrathalter, an den eine RF-Spannung angelegt wer den kann, wodurch kein Kondensator zwischen die Plattform und die RF-Spannungsquelle geschaltet werden muß.

Bei der Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxid films bei einem Gasdruck von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr mit einer angelegten RF-Spannung und mit der Erzeugung eines cusp-förmigen Magnetfelds kann, wenn der Subsolenoid zur Er zeugung eines cusp-förmigen Magnetfelds derart angeordnet ist, daß dessen Fläche auf der Seite des Substrats von der Oberfläche des Substrats, auf dem ein Film zur Unterseite des Substrats gebildet werden soll, um mindestens 10 cm ent fernt angeordnet ist, die Cusp-Ebene des cusp-förmigen Ma gnetfelds in einem Abstand von 10 cm von der Oberfläche des Substrats erzeugt werden, auf dem der Film durch Anpassen des dem Subsolenoid zugeführten Stroms in beide Richtungen gebildet wird, um die Abdichteigenschaft des erhaltenen Si liziumoxidfilms zu erhöhen.

Bei einer Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumo xidfilms können ein Ventil zum Öffnen oder Schließen des Ab saugrohrs von der Plasmareaktionskammer und eine parallel zum Ventil angeordnete variable Öffnung bereitgestellt wer den. Beispielsweise kann ein plattenähnliches Ventil, das den Durchlaß des Absaugrohrs über seine Gesamtquerschnitts fläche absperrt, im Durchlaß des Absaugrohrs angeordnet wer den, wobei das Ventil um die Ventilachse in Richtung der Oberfläche drehbar ist und, wobei die Öffnung des Ventils durch Feststellen des Gasdrucks im Inneren der Vorrichtung und durch die Rückkopplung zum Ventil gesteuert werden kann. Durch die kombinierte Verwendung des Ventils und der vari ablen Öffnung wird ermöglicht, daß der gewünschte Druck in der Vorrichtung bequem und mit hoher Genauigkeit erhalten werden kann.

Es ist ebenfalls möglich, eine Gaseinlaßöffnung auf der halben Höhe des Ausströmungsrohrs von der Plasmareaktions kammer bereitzustellen, wobei durch die Gaseinlaßöffnung dem Ausströmungsrohr das gleiche Gas, N₂-Gas oder Edelgas, zuge führt wird, wie das in die Plasmareaktionskammer eingelei tete Gas. Dadurch wird ein Teil des durch die Vakuumaus strömvorrichtung mit einem konstanten Ausströmungsvermögen ausströmenden Fluids durch das in das Ausströmungsrohr durch die Gaseinlaßöffnung eingeleitete Gas eingenommen. Dadurch wird die von der Vorrichtung ausströmende Gasmenge verrin gert, um den Gasdruck im Inneren der Vorrichtung oder der Plasmareaktionskammer zu erhöhen. Außerdem kann das Maß der Druckzunahme im Inneren der Vorrichtung durch die durch die Gaseinlaßöffnung in das Ausströmungsrohr eingeleitete Gas menge verändert werden. Daher kann ein gewünschter Wert des Gasdrucks durch Feststellen des Gasdrucks im Inneren der ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung und durch Steuerung der durch die Gaseinlaßöffnung einzuleitenden Gasmenge durch eine Feed backsteuerung glatt und automatisch aufgebaut und beibe halten werden. Die Bereitstellung einer Steuereinrichtung für die Vakuumpumpe, die das Absaugvermögen der Vakuumpumpe durch Steuerung der Umlauffrequenz der die Vorrichtung eva kuierenden Vakuumpumpe ändert, erleichtert die Steuerung des Gasdrucks im Inneren der Vorrichtung, wobei der gewünschte Druckwert durch Feststellen des Gasdrucks im Inneren der Vorrichtung und durch die Steuerung der Umlauffrequenz der Vakuumpumpe durch Feedbacksteuerung leicht und mit hoher Ge nauigkeit erhalten werden kann.

Weiterhin kann eine Gaseinlaßöffnung im Kanal zur Zu führung des Plasmaausgangsgases in die Plasmaerzeugungskam mer oder in der Wand der Plasmaerzeugungskammer bereitge stellt werden, um dem Kanal oder der Plasmaerzeugungskammer Ar-Gas zuzuführen. Dieser Aufbau ermöglicht die Einleitung von Ar-Gas, das eine starke Ätzaktivität aufweist, die zum Erzielen einer guten Stufenabdeckung oder zum Bilden einer ebenen Oberfläche auf bedeckenden abgestuften Abschnitten, wie Leitungen auf dem Substrat notwendig ist. Gemeinsam mit der Wirkung des hohen Gasdrucks ermöglicht der Aufbau die wirksame Bildung von Zwischenschicht-Isolationsfilmen.

Außerdem können Gaseinlaßöffnungen zum Zuführen von Phosphin bzw. Diboran im Kanal für das in die Plasmaerzeu gungskammer einzuleitende Reaktivgas bereitgestellt werden. Durch diesen Aufbau wird die gleichmäßige Dotierung von P bzw. B bequem ermöglicht, wobei die Wirkung der Hochdruck filmbildung ausgenutzt wird.

Fig. 18 zeigt eine graphische Darstellung der Filmbil dungstemperatureigenschaften nach der Bildung einer Silizi umoxidschicht durch das erfindungsgemäße Verfahren. Der Me chanismus der Filmbildung ist wie folgt. Zunächst kollidiert das von der Gasdusche freigesetzte SiH₄-Gas mit Plasmateil chen, wodurch die Teilchen aktiviert werden, die daraufhin auf die aktive Schicht auf der Oberfläche des Substrats auf treffen, um damit mit einer Reaktionswahrscheinlichkeit zu reagieren und sich als Film darauf abzulagern. Die Reakti onswahrscheinlichkeit ist bei einer niedrigen Temperatur größer, weil die Reaktion exotherm verläuft. Die Theorie der Filmbildungsreaktion entspricht gut den in Fig. 18 darge stellten experimentellen Ergebnissen, wodurch die Theorie bestätigt wird. Beim erfindungsgemäßen Filmbildungsverfahren weist der erhaltene Film, wenn die Temperatur des Substrats mindestens 150° beträgt, weniger O-H-Bindungen auf und be sitzt eine hohe Abdichteigenschaft.

Unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Ergeb nisse hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung einer ge ringeren Filmbildungstemperatur eine höherwertige Filmbil dung ermöglicht wird, wobei bei der Filmbildung in der Nähe von 300°C Filme mit höheren Abdichteigenschaften erzeugt werden, wodurch es ermöglicht wird, die Vorrichtung zweckge mäß zu betreiben.

Wenn eine Siliziumoxidschicht bei einer niedrigen Tem peratur unterhalb 150°C gebildet wird, ist die während der Reaktion von Siliziumwasserstoff mit einem Sauerstoffquel lengas wie O₂ oder N₂O erzeugte Feuchtigkeit in der Form von O-H-Bindungen in bestimmtem Verhältnis im erhaltenen Film enthalten, wodurch die Abdichteigenschaft des Films abnimmt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Substrathalter so ausgebildet werden, daß darin ein Heizmittel zirkulieren kann, wodurch die Temperatursteuerung im Bereich von 150 bis 300°C ermöglicht wird. Dadurch wird die Aufnahme von Feuch tigkeit durch den Film verhindert und damit die Veränderung der inneren Spannung des Films beim Tempern. Dadurch können Filme mit hohen Abdichteigenschaften gebildet, und die Le bensdauer der LSI-Produkte verlängert werden. Der verwendete Temperaturbereich liegt unterhalb einer Temperatur von 300°C, bei der kleine Erhebungen auf den Leitungen des Sub strats auftreten. Auch in diesem Fall ist die vorliegende Erfindung bei der Herstellung von LSI-Produkten mit hoher Zuverlässigkeit vorteilhaft.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zur gleichmäßigen Gaserzeugung verwendet, um eine gleichmä ßige Filmdickenverteilung zu erhalten. Wie in der JP-A-14 223/1991 offenbart, wird bei der herkömmlichen Dusche eine Hilfsspule zur Erzeugung eines cusp-förmigen Magnetfelds verwendet, um die Gleichmäßigkeit des Mikrowellenplasmas in einem Druckbereich von 10^-3 bis 10 Torr zu fördern. Im Ge gensatz dazu wird bei dem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Temperaturbereich ein Gesamt- oder Mischplasma erzeugt, das aus einem Mikrowellenplasma und einem RF-Plasma zusammengesetzt ist, wobei sich durch Steuerung des Drucks ohne Steuerung des Magnetfelds durch eine Hilfsspule eine wie in Fig. 19 dargestellte gleichmäßige Plasmadichte er gibt.

Bei der vorliegenden Erfindung ist eine gleichmäßige Plasmadichte jedoch nicht so wichtig. Wie in Fig. 8 verdeut licht wird, die das Filmdickenprofil darstellt, nimmt die Filmdicke in der Mitte des Substrats ab, wenn der Druck er höht wird. Andererseits hat die Messung der Plasmadichte ge zeigt, daß die Plasmadichte im Mittelabschnitt nicht ernied rigt ist. Daraus ergibt sich, daß in dem bei der Erfindung verwendeten Druckbereich die Plasmadichte weniger zur Film dicke beiträgt als andere Parameter.

Im unteren Druckbereich ist die Wahrscheinlichkeit, mit der SiH₄-Moleküle mit O₂-Molekülen zusammenstoßen geringer, wobei im Innenraum der Vorrichtung viele inaktivierte SiH₄-Mo leküle existieren können; die Reaktionswahrscheinlichkeit hängt von der Plasmadichtenverteilung ab, wobei die Film wachstumsrate der Reaktionswahrscheinlichkeit proportional ist. Auf diese Weise hängt die Filmdickenverteilung von der Plasmadichte ab. Daher wird mit erhöhter Plasmadichte die Wachstumsrate erhöht.

Im bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Druckbe reich ist die Wahrscheinlichkeit hoch, daß SiF₄-Moleküle mit O₂-Molekülen zusammenstoßen, wobei eine Reaktion leicht ein geleitet wird, um die Gase zu aktivieren, wenn die Plasma dichte einen bestimmten Wert überschreitet. In diesem Fall ist der dominante Faktor für die Reaktionswahrscheinlichkeit die Konzentrationsverteilung des SiH₄-Gases und nicht die Plasmadichte. Daher erhöht sich bei ansteigendem Druck die Wahrscheinlichkeit, mit der SiH₄-Gasmoleküle kollidieren, wodurch die Anzahl der SiH₄-Gasmoleküle, die sich von der Umfangswand der Plasmareaktionskammer wegbewegen und den Zentralabschnitt der Kammer erreichen können, verringert wird, wodurch eine verringerte Filmwachstumsrate im Zentral abschnitt hervorgerufen wird.

Wie vorstehend beschrieben ist es wichtig, daß das SiH₄-Gas gleichmäßig eingeblasen wird bzw. ausströmt, um eine gleichmäßige Filmdickenverteilung im bei der vorliegen den Erfindung verwendeten Druckbereich zu erhalten.

Der Minimalabstand zwischen dem Substrat und der Gaseinlaßöffnung zum Ausströmen von SiH₄ muß mindestens 5 cm betragen. Wenn der Abstand weniger als 5 cm beträgt ist die Filmdicke auf dem Außenabschnitt des Substrats größer als auf anderen Abschnitten, wobei die Korrekturwirkung des Drucks nutzlos wird.

Fig. 20A und 20B zeigen jeweils ein Höhen schichtendiagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen der Gleichmäßigkeit der Verteilung eines Reaktivgases in der Plasmareaktionskammer bei der Filmbildung durch das erfin dungsgemäße Verfahren, wobei Fig. 20A die Filmdickenvertei lung anzeigt, wenn die Verteilung des Reaktivgases in Um fangsrichtung gleichmäßig ist, und Fig. 20B die Filmdicken verteilung anzeigt, wenn die Verteilung des Reaktivgases in Umfangsrichtung um ca. 1/10 ungleichmäßig ist.

D.h., SiH₄-Gas wird horizontal von zwölf gleichmäßig in der gleichen Höhe und in gleichem Abstand voneinander in der Umfangswand 46A der Plasmareaktionskammer angeordneten Gaseinlaßöffnungen 46B eingeleitet. Wenn eine der zwölf Gaseinlaßöffnungen geschlossen wird, wobei die gleiche Gas menge durch jede der verbleibenden elf Öffnungen ausströmt, wird die Verteilung des SiH₄-Gases, wie in Fig. 20B darge stellt, ungleichmäßig. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, daß bei einer Genauigkeit des Gasausstoßes von ca. 1/12 die Filmdickenverteilung 10% überschreitet.

Daher ist es im Druckbereich von 10^-1 bis 10^-3 Torr wichtig, daß die Genauigkeit des Gasausstoßes im Bereich von höchstens 10% bezüglich der Richtung, als auch der Menge liegt. D.h., der Filmbildungsmechanismus des erfin dungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von dem in JP-A-14 223/1991 offenbarten Verfahren.

Wenn die SiH₄-Durchflußgeschwindigkeit erhöht wird, um die Filmwachstumsrate zu erhöhen, wobei die Durchfluß geschwindigkeit des Sauerstoffgases konstant beibehalten wird, ändert sich die Wahrscheinlichkeit mit der die SiH₄-Mo leküle die Mitte des Substrats erreichen nicht, wobei der Zentralabschnitt eine relativ größere Dicke aufweist. Um diese ungleichmäßige Filmdicke auszugleichen, muß der Gas druck erhöht werden. Wenn der Gasdruck jedoch erhöht wird, können beim Beschichten abgestufter Abschnitte auf deren Grundflächen Gaseinschlüsse auftreten. Dieser Nachteil kann gelöst werden, indem die Durchflußgeschwindigkeit des O₂-Ga ses im gleichen Verhältnis wie die Durchflußgeschwin digkeit des SiH₄-Gases erhöht wird, so daß das Durchfluß geschwindigkeitsverhältnis SiH₄/O₂ auf einem im wesentlichen konstanten Wert festgehalten werden kann. Als Ergebnis kann der Partialdruck des SiH₄ stufenweise erhöht werden, um bequem einen optimalen Druck zu erhalten, der die Optimierung der Filmdickenverteilung ermöglicht.

Beispiele

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen ausführlich beschrieben.

Beispiel 1

Es wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Silizi umoxidfilms mit dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau herge stellt. Die Öffnung der variablen Ausflußöffnung 84 wird durch die Feedbackschaltung 82 so eingestellt, daß der Druck im Inneren der Vorrichtung im Bereich von 0,1 bis 100 mTorr frei gesteuert werden kann.

Die Vorrichtung weist eine Gasduscheneinrichtung mit zwölf Gasauslaßöffnungen 56 mit einer Querschnittfläche von ca. 30 cm² auf, die gleichmäßig in Umfangsrichtung entlang dem Ring der Gasduscheneinrichtung in gleichem Abstand von einander angeordnet sind. Die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Gasduscheneinrichtung wird auf 50 mTorr eingestellt. Der Innendurchmesser des Gasdu schenrings beträgt ca. 350 mm. Von den Gasquellen 52A, 52B bzw. 52C werden Silan (SiH₄), Phosphin (PH₃) und Diboran (B₂H₆) durch die Kanäle 54A, 54B bzw. 54C in die Plasmareak tionskammer eingeleitet.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms unter Verwendung der vorstehend in Beispiel 1 beschriebenen ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung mit ei nem cusp-förmigen Magnetfeld erläutert. Eine Mikrowelle, die durch den Wellenleiter 34 und das Wellenleiterfenster 36 in die Plasmaerzeugungskammer 38 eingeleitet wird, hat eine Frequenz von 2,45 GHz und wird mit einer Leistung von 0,5 bis 1,5 kW erzeugt. Der Erregersolenoid 40 erzeugt in der Plasmaerzeugungskammer 38 einen magnetischen Fluß von 875 Gauß. Unter diesen Bedingungen wird O₂-Gas mit einer Durch flußgeschwindigkeit von 16 bis 250 cm³/min durch den ersten Gaszufuhrkanal 42 in die Plasmaerzeugungskammer 38 eingelei tet, um ein Plasma zu erzeugen. Das erzeugte Plasma wird durch die Wirkung des durch den Erregersolenoid 40 erzeugten divergierenden Magnetfelds in die Plasmareaktionskammer 46 herausgezogen. Durch den zweiten Gaszufuhrkanal 50 wird mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 20 bis 50 cm³/min Silan gas (SiH₄) in die Plasmareaktionskammer 46 eingeleitet, wo bei die Gasmoleküle sich zum Substrat 66 auf dem Sub strathalter 60 bewegen, während sie aufgrund der Energie des Plasmas zersetzt oder ionisiert werden, ehe sie die Oberflä che des Substrats 66 mit einem Durchmesser von 8 Zoll (20,32 cm) im cusp-förmigen Magnetfeld erreichen, das durch den Er regersolenoid 40 und den Subsolenoid 68 in der Nähe des Sub strathalters 60 erzeugt wird. An den Substrathalter 60 wird eine RF-Spannung mit 13,56 MHz bei einer Leistung im Bereich von 100 bis 1000 W angelegt. Andererseits wird die Vorrich tung durch das Absaugrohr 76 evakuiert, so daß der Druck im Inneren der Plasmareaktionskammer 46 auf einen Wert zwischen 5 und 100 mTorr eingestellt werden kann. Ferner wird die Vorrichtung unter Verwendung der variablen Ausflußöffnung 84 gemeinsam mit der Feedbackschaltung 82 betrieben. Anstatt des O₂-Gases kann ebenso N₂O oder ein Gasgemisch aus N₂ und O₂ verwendet werden. Unter Verwendung der vorstehend erwähn ten Vorrichtung und unter Veränderung verschiedener Filmbil dungsbedingungen innerhalb der nachstehend in Tabelle l an gegebenen Bereiche wurde ein Siliziumoxidfilm hergestellt.

Filmbildungsbedingungen
Gasdruck
5 bis 100 mTorr
Mikrowellenleistung	0,5 bis 15 kW
RF-Leistung	100 bis 1000 W
Durchflußgeschwindigkeitsverhältnis	0,8 bis 2,5
Temperatur des Substrats	100 bis 350°C

Fig. 7 zeigt ein Beispiel der Abhängigkeit der Filmdicken verteilung eines Siliziumoxidfilms, der unter den Bedingun gen der vorstehend festgesetzten Bereiche mit einer Film wachstumsrate von mindestens 500 A/Minute hergestellt wurde, vom Filmbildungsdruck. Gemäß Fig. 7 führt die Änderung der Intensität des durch den Subsolenoid erzeugten Magnetfelds im wesentlichen zu keiner Änderung der Filmdickenverteilung. Der Filmbildungsdruckbereich, in dem eine Filmdickenvertei lung von höchstens 5% erzeugt wird, weist einen Minimalwert im Bereich von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr auf. Der Druckbe reich in dem sich eine gute Filmdickenverteilung ergibt ist relativ weit, wodurch eine Verarbeitungstoleranz von ca. 0,5 mTorr ermöglicht wird, die etwa 5mal so groß ist, wie die Drucksteuergenauigkeit der Vorrichtung, die ±0,5 mTorr be trägt. Daher kann die Vorrichtung bequem stabil betrieben werden.

Die Einzelheiten des unter den in Fig. 7 dargestellten Bedingungen hergestellten Films werden in Fig. 8 erläutert. Fig. 8 zeigt Profile der Filmdickenverteilung bei einem niedrigen Druck, einem optimalen Druck bzw. einem hohen Druck. Gemäß Fig. 8 ist das Filmdickenprofil bei niedrigem Druck konvex, während das Filmdickenprofil bei hohem Druck konkav ist, wobei die Filmdickenverteilung bei einem mittle ren Druck optimal ist.

Wenn der Film unter anderen Bedingungen, beispielsweise bei einer von der vorstehend angegebenen RF-Leistung ver schiedenen RF-Leistung hergestellt wird, verändert sich der Gasdruck, bei dem sich die minimale Filmdickenverteilung er gibt. D.h., auch wenn die Bedingungen oder Parameter geän dert werden, kann die Filmdickenverteilung durch Steuerung des Gasdrucks bei der Filmbildung minimiert werden.

Fig. 21A, 21B und 21C zeigen die Eigenschaften des durch das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Filmbildungs temperatur von 230°C hergestellten Films. Fig. 21A zeigt eine graphische Darstellung zur Beschreibung der Änderungen der Spannungen vor und nach dem Tempern als Funktion des Ab stands zwischen dem Substrat und der Cusp-Ebene; Fig. 21B zeigt eine graphische Darstellung zur Beschreibung der Ände rungen des Brechungsindex′ und der Ätzrate als Funktion des Abstands zwischen dem Substrat und der Cusp-Ebene; und Fig. 21C zeigt eine graphische Darstellung zur Beschreibung der Filmwachstumsrate und der Filmdickenverteilung als Funktion des Abstands zwischen dem Substrat und der Cusp-Ebene. Die verwendete RF-Leistung beträgt 300 W. Die horizontale Achse bezeichnet den Abstand zwischen dem Substrat und der Cusp-Ebe ne. Der Druck während der Filmbildung beträgt 37 mTorr. Im Gegensatz zu den Filmdickenverteilungseigenschaften bei niedriger Temperatur (in der Größenordnung bis höchstens 1 mTorr) weist der unter den vorstehend erwähnten Bedingungen hergestellte Film, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Film dickenverteilung auf, die keine deutliche Abhängigkeit von der Position der Cusp-Ebene zeigt. Die in Fig. 21B darge stellten Ätzraten wurden unter Verwendung von verdünnter Fluorwasserstoffsäurelösung als Ätzflüssigkeit bei einer Lösungstemperatur von 29°C erhalten. Der durch das erfin dungsgemäße Verfahren hergestellte Siliziumoxidfilm, dessen Eigenschaften in Fig. 21B beschrieben sind und der eine aus reichende Säurebeständigkeit besitzt, weist eine Ätzrate von 300 Å/Minute auf, die geringer ist, als beim durch das her kömmliche RF-Plasma-CVD-Verfahren hergestellten Film (350 A/Minute). D.h., die Filmqualität des durch das erfindungs gemäße Verfahren hergestellten Siliziumoxidfilms ist genauso gut, wie beim Film, der durch das herkömmliche Verfahren bei niedrigem Druck hergestellt wird. Es hat sich auch bestätigt, daß die Filmdickenverteilung ± 10% oder schmaler ist, wo durch eine gleichmäßige Filmqualität gewährleistet wird.

Der Brechungsindex n in Fig. 21B schwankt innerhalb des Genauigkeitsbereichs der verwendeten Meßvorrichtung, wobei der Brechungsindex des Films unabhängig von der Position der Cusp-Ebene im wesentlichen konstant ist. Die Spannung des Films verändert sich wenig durch das Tempern, wenn die Cusp-Ebe ne in einer Entfernung von höchstens 25 mm vom Substrat erzeugt wird. Dieser Abstandsbereich entspricht dem Be reich, in dem der Film eine gute Abdichteigenschaft aufweist (vgl. Fig. 11).

Die Stufenabdeckung des vorstehend erwähnten Silizium oxidfilms wurde durch die Bildung eines Siliziumoxidfilms auf der Oberfläche des Substrats bestimmt, auf dem Leitungen mit einer Breite von 0,3 bis 2 µm und einer Höhe von 1 µm angeordnet sind, wobei der Film anschließend unter einem Rasterelektronenmikroskop untersucht wurde. Als Ergebnis hat sich bestätigt, daß die Form des Siliziumoxidfilms auf den Abschnitten, wo die Leitungen ausgebildet sind, durch Verwendung einer RF-Leistung von mindestens 300 W ausrei chend verbessert werden kann. Selbst wenn ein cusp-förmiges Magnetfeld in der Nähe des Substrats erzeugt wird, kann die Trägheit der Ionen im Plasma, während ihrer Bewegung entlang des durch den die Plasmaerzeugungskammer umgebenden Erregersolenoid erzeugten Magnetfelds, durch die mit der Er höhung des Gasdrucks verringerte mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle verringert werden, mit dem Ergebnis, daß selbst im Außenabschnitt des Substrats im wesentlichen kein schrä ger Aufprall der Ionen auftritt, wod 02994 00070 552 001000280000000200012000285910288300040 0002004229161 00004 02875urch, wie in Fig. 15 dargestellt, eine gute Stufenabdeckung erreicht wird.

Fig. 11 zeigt den Zusammenhang zwischen der Abdichtei genschaft des durch das erfindungsgemäße Verfahren herge stellten Films (bei 100 Stunden Verweilzeit) und der Po sition des erzeugten cusp-förmigen Magnetfelds. Der durch das herkömmliche RF-Plasma-CVD-Verfahren hergestellte Film weist nach einer Verweilzeit von 40 Stunden eine auf einen Wert von 40% verringerte Abdichteigenschaft auf. Mit dem er findungsgemäßen Verfahren kann leicht ein Film mit einer mindestens 4mal höheren Abdichteigenschaft hergestellt wer den als die der herkömmlichen Filme.

Fig. 5A und 5B zeigen schematische Querschnittansichten von Hauptteilen der Drucksteuereinrichtung anderer Ausfüh rungsformen erfindungsgemäßer Filmbildungsvorrichtungen, wo bei die Drucksteuereinrichtung sich von der in der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung verwendeten Drucksteuereinrichtung unterscheidet. Bei der in Fig. 5A dargestellten Anordnung strömt O₂, N₂ oder Edelgas aufwärts von der Vakuumpumpe 78, um den Druck im Inneren der Plasmareaktionskammer zu steu ern. Andererseits wird bei der in Fig. 5B dargestellten An ordnung eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Evakuie rungsrate der Vakuumpumpe 78 verwendet, um den Gasdruck im Inneren der Plasmareaktionskammer zu steuern.

Obwohl nicht im einzelnen dargestellt, kann bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung dem O₂-Gas Ar-Gas zugegeben werden. Ähnlich wie bei anderen ECR-Plasma-CVD-Vorrichtungen wird dadurch aufgrund der RF-Spannungswirkung eine ebene Filmbildung ermöglicht. Bei der herkömmlichen Niedrigdruck-ECR führt die Zugabe von Ar-Gas in einem divergierenden Magnetfeld selbst bei einem 6-Zoll (15,24 cm) -Substrat zu einer Filmdickenverteilung von ca. 10%; daher ist die Ver wendung eines cusp-förmigen Magnetfelds notwendig. Beim Vorhandensein eines cusp-förmigen Magnetfelds wird das Pro fil des Films an den Endabschnitte jedoch ungleichmäßig, wo bei Gaseinschlüsse an den Endabschnitten auftreten können. Aufgrund dieser Probleme ist die Zuverlässigkeit der erhal tenen LSI-Bausteine gering. Im Gegensatz dazu führt beim bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Druckbereich die Verwendung eines cusp-förmigen Magnetfelds nicht notwendi gerweise zur Bildung eines Films mit einem ungleichmäßigen Profil an dessen Endabschnitten, wodurch LSI-Bausteine mit hoher Zuverlässigkeit bei einer erhöhten Filmwachstumsrate erhalten werden können. Daher muß beim erfindungsgemäßen Verfahren kein Schritt zur Verbesserung des Filmprofils an den Endabschnitten bereitgestellt werden, wodurch der Filmherstellungswirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms auf einem Halbleitersubstrat in einer ECR-Plasma-CVD-Vor richtung, die eine mit einer das Substrat enthaltenden Plasmareaktionskammer verbundene Plasmaerzeugungskammer und einen um die Plasmaerzeugungskammer koaxial ausge richteten Erregersolenoid aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erzeugen eines Gasplasmas durch Zuführen eines Plasmaausgangsmaterialgases in die Plasmaerzeugungskam mer, Einleiten von Mikrowellenstrahlung in die Plas maerzeugungskammer, Steuerung eines durch den Erreger solenoid fließenden Stroms zur Erzeugung eines Magnet felds in der Plasmaerzeugungskammer gemäß den Elektron-Zy klotron-Resonanz-Bedingungen;
Herausziehen des Plasmas aus der Plasmaerzeugungs kammer entlang den durch den Erregersolenoid erzeugten Magnetkraftlinien in die Plasmareaktionskammer;
Zuführen eines Reaktivgases in die Plasmareakti onskammer;
Leiten des Plasmas zur Oberfläche des in der Plas mareaktionskammer angeordneten Halbleitersubstrats;
Steuerung des Gasdrucks in der Plasmareaktionskam mer im Bereich von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr; und
Anlegen einer Hochfrequenzspannung an das Halblei tersubstrat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Halbleitersubstrats ein zweiter Erre gersolenoid angeordnet ist und in der Nähe des Halblei tersubstrats ein cusp-förmiges Magnetfeld erzeugt wird, das als eine Komponente das durch den Erregersolenoid erzeugte Magnetfeld aufweist.

3. Verfahren Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das cusp-förmige Magnetfeld in einem Abstand von höchstens 10 cm von der Oberfläche des Halbleitersubstrats, auf dem der Siliziumoxidfilm gebildet wird, in beiden Rich tungen eine Cusp-Ebene aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß O₂-Gas als Plasmaausgangsmaterial und SiH₄-Gas als Reaktivgas mit einem Durchflußgeschwindigkeits verhältnis O₂/SiH₄ von mindestens 1,5 bei einer Substrattemperatur von 150 bis 300°C in die Plasma erzeugungskammer bzw. in die Plasmareaktionskammer ein geleitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß O₂-Gas als Plasmaausgangsmaterial und SiH₄-Gas als Reaktivgas mit einem Durchflußgeschwindigkeits verhältnis O₂/SiH₄ von 1±0,2 in die Plasma erzeugungskammer bzw. in die Plasmareaktionskammer ein geleitet werden.

6. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms mit:
einer Mikrowellenerzeugungseinrichtung;
einer Mikrowellensendeeinrichtung zum Senden der durch die Mikrowellenerzeugungseinrichtung erzeugten Mikrowelle;
einer Plasmaerzeugungskammer mit einer Wand, wobei die Plasmaerzeugungskammer mit der Mikrowellensendeein richtung verbunden ist und eine Gaszufuhreinrichtung sowie eine am Endabschnitt, gegenüberliegend der Mikro wellensendeeinrichtung definierte Öffnung aufweist;
einem um die Plasmaerzeugungskammer koaxial dazu angeordneten ersten Erregersolenoid zur Definition ei nes Magnetfelds zur Erzeugung eines Plasmas aus dem in die Plasmaerzeugungskammer eingeleiteten Gas aufgrund der Resonanzwirkung mit der Mikrowelle;
einer Plasmareaktionskammer zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms auf der Oberfläche eines mit dem Plasma in der Kammer angeordneten Substrats, wobei die Plasmareaktionskammer mit der Plasmaerzeugungskammer durch die Öffnung verbunden ist und eine Wand, einen Substrathalter mit einer Substrathalteroberfläche, auf der das Substrat befestigt wird, eine Reaktivgas-Zu fuhreinrichtung zum Einleiten eines Reaktivgases in die Plasmareaktionskammer und eine mit der Plasmareaktions kammer verbundene Gasausströmungseinrichtung zum Einleiten von Gas in die Plasmareaktionskammer auf weist, wobei die Gasausströmungseinrichtung eine Vaku umpumpe aufweist;
einer im Substrathalter bereitgestellten elektro statischen Spannvorrichtung zum Adsorbieren des Sub strats auf der Substrathalterfläche des Substrathal ters;
einem dem ersten Erregersolenoid bezüglich des Substrats gegenüberliegenden zweiten Erregersolenoid zur Erzeugung eines cusp-förmigen Magnetfelds, dessen Polarität derjenigen des durch den ersten Erregersole noid erzeugten Magnetfelds entgegengesetzt ist, in der Nähe der Oberfläche des Substrats; und
einer Spannungsquelle zur Erzeugung einer Hochfre quenzspannung.

7. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Erregersolenoid ein Ende aufweist, das der Oberfläche des Substrats, auf dem ein Siliziumoxidfilm gebildet wird, gegenüberliegt, wobei das Ende in einem Abstand von mindestens 10 cm von der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, auf der der Film gebildet wird, und wo bei das cusp-förmige Magnetfeld eine Cusp-Ebene auf weist, die im Bereich von 10 cm von der Oberfläche des Substrats an dessen beiden Seiten angeordnet ist.

8. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas ausströmungseinrichtung ein mit der Plasmareaktionskam mer verbundenes Gasausströmungsrohr zum Einleiten von Gas in die Plasmareaktionskammer aufweist, wobei das Gasausströmungsrohr ein Ventil zum Öffnen und Schließen des Ausströmungsrohres und eine mit dem Ausströmungs rohr parallel zum Ventil verbundene variable Auslaßöff nung mit einem variablen Gasdurchlaßquerschnitt auf weist, so daß der Gasdruck in der Vorrichtung im Be reich von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr gesteuert werden kann.

9. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus strömungsrohr in der Mitte eine Gaseinlaßöffnung zum Einleiten des gleichen Gases in das Ausströmungsrohr, wie das in die Plasmaerzeugungskammer eingeleitete Gas, N₂-Gas oder Edelgas, aufweist, so daß der Gasdruck in der Vorrichtung im Bereich von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr gesteuert werden kann.

10. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms mit:
einer Mikrowellenerzeugungseinrichtung;
einer Mikrowellensendeeinrichtung zum Senden der durch die Mikrowellenerzeugungseinrichtung erzeugten Mikrowelle;
einer Plasmaerzeugungskammer mit einer Wand, wobei die Plasmaerzeugungskammer mit der Mikrowellensendeein richtung verbunden ist und eine Gaszufuhreinrichtung sowie eine am Endabschnitt, gegenüberliegend der Mikro wellensendeeinrichtung definierte Öffnung aufweist;
einem um die Plasmaerzeugungskammer koaxial dazu angeordneten ersten Erregersolenoid zur Definition ei nes Magnetfelds zur Erzeugung eines Plasmas aus dem in die Plasmaerzeugungskammer eingeleiteten Gas aufgrund der Resonanzwirkung mit der Mikrowelle;
einer Plasmareaktionskammer zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms auf der Oberfläche eines in der Kam mer angeordneten Substrats mit dem Plasma, wobei die Plasmareaktionskammer mit der Plasmaerzeugungskammer durch die Öffnung verbunden ist und eine Wand, einen Substrathalter mit einer Substrathalteroberfläche, auf der das Substrat befestigt wird, eine Reaktivgas-Zu fuhreinrichtung zum Einleiten eines Reaktivgases in die Plasmareaktionskammer und eine mit der Plasmareaktions kammer verbundene Gasausstömungseinrichtung zum Einlei ten von Gas in die Plasmareaktionskammer aufweist, wo bei die Gasausströmungseinrichtung eine Vakuumpumpe aufweist;
einem dem ersten Erregersolenoid bezüglich des Substrats gegenüberliegenden zweiten Erregersolenoid zur Erzeugung eines cusp-förmigen Magnetfelds, dessen Polarität derjenigen des durch den ersten Erregersole noid erzeugten Magnetfelds entgegengesetzt ist, in der Nähe der Oberfläche des Substrats;
einer Spannungsquelle zur Erzeugung einer Hochfre quenzspannung; und
einer mit der Plasmareaktionskammer verbundenen Drucksteuereinrichtung zur Steuerung des Gasdrucks in der Plasmareaktionskammer.

11. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasausströmungseinrichtung ein mit der Plasmareaktions kammer verbundenes Gasausströmungsrohr zum Einleiten von Gas in die Plasmareaktionskammer aufweist, wobei die Drucksteuereinrichtung ein im Gasausströmungsrohr angeordnetes Ventil zum Öffnen und Schließen des Rohrs und eine mit dem Ausströmungsrohr parallel zum Ventil verbundene variable Auslaßöffnung mit einem variablen Gasdurchlaßquerschnitt aufweist, so daß der Druck in der Vorrichtung im Bereich von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr gesteuert werden kann.

12. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung eine in der Mitte des Ausströ mungsrohrs angeordnete Gaseinlaßöffnung zum Einleiten des gleichen Gases in das Ausströmungsrohr, wie das in die Plasmaerzeugungskammer eingeleitete Gas, N₂-Gas oder Edelgas aufweist, so daß der Gasdruck in der Vor richtung im Bereich von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr ge steuert werden kann.

13. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 6 oder 10, die weiterhin eine mit der Va kuumpumpe verbundene Drucksteuereinrichtung zur Steue rung der Umlauffrequenz der Vakuumpumpe aufweist, um das Absaugvermögen der Vakuumpumpe so zu verändern, daß der Gasdruck in der Vorrichtung im Bereich von 7×10^-3 bis 1×10^-1 Torr gesteuert werden kann.

14. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 6 oder 10, die weiterhin eine in der Gas zufuhreinrichtung oder in der Seitenwand der Plasmaer zeugungskammer angeordnete Gaseinlaßöffnung zum Einlei ten von Ar-Gas in die Plasmaerzeugungskammer aufweist.

15. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktivgaszufuhreinrichtung Gaseinlaßöffnungen zum Einleiten von Phosphin bzw. Diboran in die Reaktivgas zufuhreinrichtungen aufweist.

16. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 6 oder 10, die weiterhin eine Heizein richtung zum Erwärmen des Substrats während der Film bildung auf eine Temperatur zwischen 150 und 300°C auf weist.

17. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktivgaszufuhreinrichtung in der Seitenwand der Plasmareaktionskammer angeordnete Gasausströmöffnungen aufweist, durch die das Reaktivgas in die Plasmareakti onskammer ausströmt, wobei die Gasauströmöffnungen in einem Mindestabstand von mindestens 5 cm vom Substrat angeordnet sind und wobei die Ausströmrichtung sowie die Durchflußgeschwindigkeit des durch jede der Gasaus strömöffnungen fließenden Gases so ausgerichtet sind, daß eine ungleichmäßige Verteilung in Umfangsrichtung der Durchflußgeschwindigkeit des zur Mitte des Sub strats fließenden Gases innerhalb 10% der Gasamtgas durchflußgeschwindigkeit liegen kann.

18. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumoxidfilms nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Erregersolenoid ein Ende aufweist, das der Ober fläche des Substrats, auf dem ein Siliziumoxidfilm ge bildet wird, gegenüberliegt, wobei das Ende in einem Abstand von mindestens 10 cm von der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, auf der der Film gebildet wird, und wobei das cusp-förmige Magnetfeld eine Cusp-Ebe ne aufweist, die im Bereich von 10 cm von der Ober fläche des Substrats an dessen beiden Seiten angeordnet ist.