-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung.
Insbesondere bezieht sie sich auf eine verbesserte
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung, die geeignet ist zur Bildung eines abgeschiedenen Filmes und
zum Abätzen eines Gegenstandes.
-
Es sind eine Anzahl chemischer Dampfabscheidungsverfahren unter
Verwendung von Plasma bekannt (im folgenden als "Plasma-CVD-Verfahren"
bezeichnet) und eine Anzahl von Vorrichtungen zur Durchführung dieser Plasma-CVD-
Verfahren (im folgenden als "Plasma-CVD-Vorrichtungen" bezeichnet).
-
Was die Plasma-CVD-Verfahren betrifft, haben sie Vorteile, die darin bestehen,
daß sie zum Beispiel (i) in der Lage sind, einen abgeschiedenen Film bei einer
niedrigen Temperatur von 200 bis 400ºC zu bilden, daß sie (ii) keine
Wärmebeständigkeit des Trägers verlangen, und dergleichen. Unter Berücksichtigung
dessen wurden sie angewendet für die Bildung eines Siliciumdioxidfilmes oder
eines Siliciumnitridfilmes, die gebrauchbar sind als isolierende Filme in
Halbleitersystemen, eines amorphen Siliciumfilmes (a-Si), der gebrauchbar ist in
Solarzellen, Bildsensoren vom Direktkontakttyp oder lichtempfindlichen Trommeln,
eines Diamantdünnfilmes und dergleichen. Was die Plasma-CVD-Vorrichtungen
betrifft, wurde bisher hauptsächlich eine Radiofrequenzplasma-CVD-
Vorrichtung (RF-CVD) eingesetzt, bei der die Hochfrequenz zwischen zwei
flachen plattenartigen Elektroden eingeleitet wird, die einander gegenüber und
parallel zueinander angeordnet sind, wodurch ein Plasma gebildet wird. Und es
ist ein Vorteil im Bezug auf eine solche Radiowellenplasma-CVD-Vorrichtung,
daß ihre Größe aufgrund ihrer einfachen Struktur leicht modifiziert werden
kann.
-
Das konventionelle Radiofrequenzplasma-CVD-Verfahren bringt allerdings auf
der anderen Seite den folgenden Nachteil mit sich. Das heißt, es bildet sich leicht
eine Ionenhülle auf der Seite eines Substrates, wodurch eine negative
Selbstvorspannung gebildet wird, durch die Ionenspezies im Plasma zur Kathode gezogen
werden, wodurch sie den Stoßimpuls der auf die Anode einfallenden
Ionenspezies dämpfen, auf der das Substrat angeordnet ist. Allerdings wird die
Ionenspezies immer noch auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht und in den
abgeschiedenen Film eingemischt, wodurch sie innere Spannungen oder die
Vergrößerung der Fehlerdichte mit sich bringt, was dazu führt, daß kein Film mit guter
Qualität erhalten wird. Zusätzlich ist die Zersetzungseffizienz des
Ausgangsmaterialgases nicht so hoch, da die Elektronendichte niedrig ist und etwa 10&sup8; bis
10¹&sup0; beträgt, und die Abscheidungsgeschwindigkeit ist niedrig. Darüber hinaus
sind zusätzlich Ausgangsmaterialgase mit hoher Bindungsenergie, wie zum
Beispiel Siliciumhalogenidverbindungen, weniger zersetzbar, da die
Elektronentemperatur nur -4 eV beträgt.
-
Zur Verbesserung der vorstehend erwähnten Nachteile des
Radiofrequenzplasma-CVD-Verfahrens wurden in den letzten Jahren verschiedene dafür
verwendbare Plasmabehandlungsverfahren und -vorrichtungen vorgeschlagen, die eine
Mikrowelle von etwa 2,45 MHz einsetzen, die in der Lage ist, wirksam ein
hochdichtes Plasma zu bilden und gleichzeitig einen zu behandelnden Gegenstand zu
erwärmen. Und es wurden Untersuchungen durchgeführt über das Verfahren
zur Abscheidung eines Dünnfilmes, wie zum Beispiel aus Siliciumdioxid,
Siliciumnitrid, a-Si, Diamant und dergleichen wie auch über ein Ätzverfahren für den
Siliciumfilm.
-
Im übrigen werden konventionelle
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtungen grob in zwei Typen eingeteilt.
-
Eine von ihnen ist von dem Typ, wie er in den japanischen Patentanmeldungen
Nrr. 58-49295 und 59-43991 und der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung
Nr. 62-36240 offenbart ist, bei dem eine Gasleitung durch einen rechteckigen
oder koaxialen Wellenleiter eingeführt wird oder in Kontakt damit angeordnet
ist zur Bildung eines Plasmas (im folgenden als
"Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung vom Typ 1" bezeichnet).
-
Die andere ist vom dem Typ, wie er in dem japanischen offengelegten Patent Nr.
57-133636 offenbart ist, bei dem eine Elektronenzyklotronresonanz (ECR) inner
halb eines Hohlraumresonators aufgebaut und durch ein divergentes
magnetisches
Feld ein Plasma herausgezogen wird (im folgenden als
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung vom Typ 2" bezeichnet).
-
Fig. 3 zeigt eine typische Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung vom Typ 1
(unter Bezug auf die japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 62-36240).
-
Das heißt, daß die Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung vom Typ 1 ein
Vakuumsystem, ein Absaugsystem und ein Mikrowelleneinleitsystem umfaßt,
wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
-
Unter Bezug auf Fig. 3 umfaßt das Vakuumsystem einen Reaktor 307 und eine
mikrowellendurchlässige Röhre oder ein mikrowellendurchlässiges Fenster (zum
Beispiel hergestellt aus einer Quarzröhre) mit einem inneren Durchmesser in
der Größenordnung von 40 mm, die miteinander durch eine
Gaseinleitungsleitung 307a verbunden sind. Die Quarzröhre (oder das Quarzfenster) wird an eine
erste Gaseinleitungsleitung angeschlossen und ist senkrecht zu einem
Mikrowellenwellenleiter angeordnet. Eine zweite Gaseinleitungsleitung wird an das
Innere des Reaktors 307 angeschlossen, und ein Gas (Silangas), das eingeleitet wird,
wird durch ein Absaugsystem (307b und 308) abgesaugt. In der Vorrichtung wird
das Gas, das durch die erste Gaseinleitungsleitung eingeleitet wird (O&sub2;-Gas oder
N&sub2;-Gas) durch Mikrowellenentladung in ein Plasma umgewandelt. Während der
Mikrowellenentladung, die durch Mikrowellenenergie verursacht wird, kann die
Mikrowelleneingabeimpedanz durch Bewegen einer gleitenden
Kurzschlußplatte, das heißt einen Stempel 305, abgeglichen werden. Radikale des so
hergestellten Plasmas reagieren mit dem Silangas, das durch die zweite
Gaseinleitungsleitung eingebracht wird, wodurch ein Siliciumdioxidfilm oder ein
Siliciumnitridfilm auf der Oberfläche eines Substrates 309 gebildet wird.
-
Fig. 4 zeigt eine typische Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung vom Typ 2
(unter Bezug auf das japanische, offengelegte Patent Nr. 57-133636). Das System
und die Konfiguration dieser Vorrichtung sind die gleichen, wie die der
vorstehend beschriebenen Mikrowellenplasmabehandlungsvorriclitung vom Typ 1, mit
der Ausnahme, daß für den Entladungsraum ein Elektromagnet 407 verwendet
wird. Das heißt, daß das Vakuumsystem einen zylindrischen Plasmaerzeugungs
behälter 401 und einen Reaktor 402, der daran angeschlossen ist, umfaßt, bei
dem ein Mikrowelleneinlaßfenster 403 hermetisch mit dem
Plasmaerzeugungsbehälter verbunden ist. Eine erste Gaseinleitungsleitung 406 und ein
Mikrowellenwellenleiter 404 sind an den Plasmaerzeugungsbehälter 401 angeschlossen.
-
Der Plasmaerzeugungsbehälter 401 wird mit Hilfe einer Wasserkühlleitung 405
wassergekühlt, die auf seinem äußeren Umfang angebracht ist. Die Vorrichtung,
die in Fig. 4 dargestellt ist, ist mit einem Elektromagnet 407 versehen, der
koaxial mit dem Plasmaerzeugungsbehälter 401 angebracht ist. Die Richtung der
magnetischen Kraftlinien des Elektromagneten 407 ist die gleiche wie die
Bewegungsrichtung der Mikrowellen. Elektronen bewegen sich in einer
Magnetronbewegung durch Kombination eines magnetischen Feldes und eines elektrischen
Feldes, das durch die Mikrowelle erzeugt wird, in senkrechter Richtung. Deshalb
ist der Plasmaerzeugungsbehälter 401 als Hohlraumresonator mit Te11t-Modus
ausgeführt (t ist eine natürliche Zahl). Eine zweite Gaseinleitungsleitung und
das Absaugsystem sind an den Reaktor 402 angeschlossen und Gase innerhalb
des Abscheidungsbehälters werden durch das Absaugsystem abgesaugt.
-
Wenn die typische Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung vom Typ 2, wie
sie in Fig. 4 dargestellt ist, zum Beispiel als Abscheidevorrichtung verwendet
wird, wird ein Gas (H&sub2;-Gas), das durch die erste Gaseinleitungsleitung 406
eingeleitet wird, durch elektrische Entladung in ein Plasma umgewandelt, die
durch Mikrowellenenergie erzeugt wird. Wenn die magnetische Flußdichte des
magnetischen Feldes 875 Gauß beträgt, wird praktisch keine Mikrowellenener
gie zurückgeworfen. In dieser Vorrichtung wird die Endplatte 411 des
Hohlraumresonators, die die Konstruktion einer Luftklappe zeigt, unter Vakuum
bewegt abhängig vom Gastyp, vom Druck des Gases und der angelegten
Mikrowellenenergie, so daß der Hohlraumresonator die erforderlichen Bedingungen
erfüllt. Radikale in Plasma werden unter Elektronenzyklotronbewegung in
Richtung der magnetischen Kraftlinien transportiert, und die Radikale im Plasma
reagieren mit dem Gas (Silangas), das durch die zweite Gaseinleitungsleitung
eingeleitet wird, wodurch ein a-Si-Filmes auf der Oberfläche eines Substrates
408 gebildet wird.
-
Allerdings stehen bei beiden Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtungen,
sowohl der vom Typ 1 als auch der vom Typ 2, die folgenden Probleme zu Lösung
an.
-
Das heißt, die Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung vom Typ 1 bringt die
folgenden Nachteile mit sich: (i) ist es erforderlich, den Druck während der
elektrischen Entladung auf eine Größenordnung von etwa 6,65 Pa (0,05 Torr) oder
mehr einzustellen, oder ein Gas eines solchen Typs auszuwählen, das es eine
großen Ionisierungsquerschnittsfläche besitzt, so daß es leicht eine elektrische
Entladung verursacht, um eine stabile Entladung zu erhalten, und (ü) wird in
dem Fall, in dem die Vorrichtung für die Filmabscheidung verwendet wird, wenn
die zur Entladung verwendete Mikrowellenenergie vergrößert wird, um die
Filmabscheidungsgeschwindigkeit zu vergrößern, ein elektrisches Feld auf die
Schnittstelle zwischen der Quarzröhre und dem Wellenleiter konzentriert,
wodurch ein Zerstäuben der Quarzröhre stattfindet, wodurch Verunreinigungen,
die durch das Zerstäuben gebildet werden, in den abgeschiedenen Film
eingemischt werden, was dazu führt, daß kein abgeschiedener Film mit
zufriedenstellenden Eigenschaften erhalten werden kann.
-
Auf der anderen Seite ist die Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung vom
Typ 1 frei vom Zerstäubungsproblem, wie es vorstehend beschrieben wurde, und
die Entladung ist selbst in einem Niederdruckbereich von etwa 0,0133 Pa
(10&supmin;&sup4; Torr) möglich. Allerdings treten die folgenden Probleme bei der Bildung
zum Beispiel eines a-Si-Filmes unter Verwendung von H&sub2;-Gas und einem
Silangas (SiH&sub4;) auf: (iii) Es wird ein a-Si-Film auf dem Mikrowelleneintrittsfenster
gleichzeitig mit dem Prozeß der Abscheidungsreaktion abgeschieden, was es
schwer macht, die Impedanz abzugleichen und die elektrische Entladung
aufrecht zu erhalten. (iv) Da das Mikrowelleneintrittsfenster 403 und der
Wellenleiter 404 befestigt und fixiert sind, muß die Endplatte 411 im Vakuum bewegt
werden, um die axiale Länge des Hohlraumresonators zu ändern, wodurch die
Operation schwierig wird. Und (v) ist das Gewicht der Vorrichtung schwer und
die Kosten sind hoch, da die Vorrichtung Spulen zur Erzeugung des elektrischen
Feldes unter ECR-Bedingungen verwendet.
-
Gemäß der Offenbarung der Dokumente EP-A 0236998 und EP-A 0334000, die
frühere Patentanmeldungen darstellen, ist eine
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung bekannt, die einen Vakuumbehälter, eine Einrichtung zum
Einleiten einer Mikrowelle in das Innere des Vakuumbehälters über einen
Mikrowellenübertragungsschaltkreis, eine Einrichtung zum Einleiten eines
Ausgangsgases in das Innere des Vakuumbehälters, eine Einrichtung für das
Evakuieren der Innenseite des Vakuumbehälters und einen Probenhalter zum Halten
eines Probesubstrates innerhalb des Vakuumbehälters umfaßt. Der
Mikrowellenübertragungsschaltkreis besitzt einen Hohlraumresonator, in den zwei
Abgleichschaltkreise integriert sind, die einen in axialer Länge laufenden Stempel
für den Hohlraumresonator und einen vom Gleittyp, der in einem Bereich des
Hohlraumresonators angebracht ist, in dem die Mikrowelle eingeleitet wird, um
fassen.
-
Gemäß dem Dokument US-A 4507588 wird ein grundlegende
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung offenbart, von der die Erfindung ausgeht, wobei die
Vorrichtung einen Vakuumbehälter, eine Einrichtung zum Einleiten einer
Mikrowelle ins Innere des Vakuumbehälters über einen
Mikrowellenübertragungsschaltkreis, eine Einrichtung zum Einleiten des Ausgangsgases in das
Innere des Vakuumbehälters, eine Einrichtung zur Evakuierung des Innen des
Vakuumbehälters und einen Probenhalter zur Halten eines Probesubstrates im
Inneren des Vakuumbehälters umfaßt, worin ein Hohlraumresonator, in den ein
gleitender Verschluß, der als Veränderungseinrichtung für die axiale Länge
dient, integriert ist, im Mikrowellenübertragungsschaltkreis angeordnet ist und
die Erzeugungseinrichtung für das magnetische Feld zum Erzeugen des
magnetischen Feld im Entladungsraum, der im Inneren des Hohlraumresonators
angeordnet ist, außerhalb des Hohlraumresonators angeordnet ist. Die
Mikrowellenenergie wird in den Hohlraumresonator mit Hilfe einer justierbaren
Anregungssonde eingeleitet, während die Reflexion der Mikrowellenenergie durch die
Sonde gesteuert wird.
-
Entsprechend besteht eine Hauptaufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung bereitzustellen, die eine
zufriedenstellende Betreibbarkeit und Produktionsleistung besitzt und in der Lage ist,
wirksam die gewünschten Halbleiterdünnfilme, wie zum Beispiel solche aus a-Si,
herzustellen.
-
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Probleme bei
konventionellen Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtungen zu überwinden
und eine Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung bereitzustellen, die in der
Lage ist, eine Trockenätzung an einem zu behandelnden Gegenstand mit guter
Betreibbarkeit und Produktionsleistung durchzuführen.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, zuverlässig elektrische
Entladung, ohne einen großen Elektromagnet einsetzen zu müssen wie im ECR-
System, in einem Bereich mit niedrigem Druck zu bewirken unabhängig vom
Gastyp mit Meiner Ionisierungsquerschnittsfläche, während die reflektierte
Energie unterdrückt wird, und bei niedriger elektrischer Leistung.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird erreicht mit Hilfe der Kombination von
Besonderheiten, die in Anspruch 1 definiert sind. Gemäß diesen Besonderheiten ist die
Erfindung gegenüber der vorstehend erwähnten allgemeinen
Mikrowellenpiasmabehandlungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der
konventionellen Einrichtung zum Einleiten einer Mikrowelle in den Hohlraumresonator
eine Blendenabgleicheinrichtung vom Gleittyp integriert ist mit dem Stempel zur
Veränderung der axialen Länge.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5
definiert.
-
Die erfindungsgemäße Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung besitzt den
folgenden Aufbau.
-
Die Hauptbesonderheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung drücken sich in
den folgenden Punkten (a) bis (c) aus. Insbesondere wird (a) der Abgleich erleich
tert durch einen Stempel zum Einstellen der axialen Länge des
Hohlraumresonators und einen Abgleichschaltkreis durch eine zylindrische Blende vom
Gleittyp, die in dem Bereich des zylindrischen Hohlraumresonators angeordnet ist, in
dem die Mikrowelle eingeleitet wird, ragt (b) eine Glasglocke in den
Hohlraumresonator hinein, um den TM-Modus anzuregen, und ist (c) eine Erzeugungsein
richtung für ein magnetisches Feld an der Außenseite des Hohlraumresonators
angeordnet zum Herstellen eines Bereiches mit hoher magnetischer Flußdichte
im Raum für die elektrische Entladung im Inneren des Hohlraumresonators.
-
Gemäß der Erfindung werden verschiedene Probleme bei konventionellen
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtungen gelöst, und es kann eine stabile
elektrische Entladung erzielt werden durch wirksame Ausnutzung der
Mikrowellenenergie, unabhängig von der Wirkung der Ionisierungsquerschnittsfläche des
Gases und des Druckes des Gases.
-
Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung wünschenswerterweise
eingesetzt werden für die wirksame Bildung eines gewünschten funktionellen
abgeschiedenen Dünnfilmes oder das Trockenätzen eines Gegenstandes, was es
ermöglicht, Halbleiterfilme oder isolierende Filme jeweils mit guter Qualität zu
erzeugen oder verschiedene geätzte Materialien mit guter Produktionsleistung und
bei verringerten Kosten herzustellen.
-
Im folgenden wird die Erfindung weiter veranschaulicht durch eine
Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
-
Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht für eine typische
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung.
-
Fig. 2(A) bis 2(H) sind jeweils schematische Aufbauansichten für die
Erzeugungsvorrichtung für magnetische Felder in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
-
Fig. 3 und Fig. 4 sind jeweils schematische Aufbauansichten von konventionellen
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtungen.
-
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung, die zusammenfassend die Ergebnisse der
Prüfung der elektrischen Entladung für die erfindungsgemäße Vorrichtung
darstellt.
-
Die Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung mit dem vorstehend
beschriebenen Aufbau gemäß der Erfindung wird im folgenden erklärt, während sich
hauptsächlich auf die vorstehend erwähnten Besonderheiten (a), (b) und (c)
bezogen wird.
-
Ein Aufbau der Vorrichtung unter Berücksichtigung der Besonderheit (a) kann
erreicht werden durch Bereitstellen von zwei Abgleichschaltkreisen, die in der
Lage sind, angemessen im Hinblick auf Phase und Amplitude einer Mikrowelle
eingestellt zu werden. Da die Energie einer stehenden Welle zwischen den
Abgleichschaltkreisen und dem Hohlraumresonator akkumuliert wird, ist es
wünschenswert, den Abstand zwischen den Abgleichschaltkreisen und dem
Hohlraumresonator so gering wie möglich zu machen. Besonders wünschenswert ist
die Integration der Abgleichschaltkreise in den Hohlraumresonator, wobei
wenigstens einer der Abgleichschaltkreise als Stempel zum Verändern der
Hohlraumlänge verwendet wird.
-
Im übrigen sind die Phase und die Amplitude der reflektierten Mikrowelle
hauptsächlich abhängig von der Plasmadichte und der Morphologie eines
Mikrowelleneinleitschaltkreises.
-
Das heißt, die Plasmadichte ändert sich abhängig von der Art des Gases, des
Gasdruckes oder der Mikrowellenenergie, die eingeleitet wird und der komplexe
Brechungsindex n-ik (0 < n < 1, k ist der Absorptionskoeffizient) ändert sich
ebenfalls
entsprechend. Entsprechend müssen, um die Funktion des
Hohlraumresonators immer sicher zu stellen, die Wirkungen von n und k auf 0 gesetzt werden.
-
Da es schwierig ist, die Wirkung von n durch Verändern des inneren
Durchmessers des Hohlraumes auf 0 zu setzen, kann die Hohlraumlänge (L) des
Hohlraumresonators vergrößert werden durch eine Länge, die äquivalent ist zur
Verringerung des inneren Durchmessers des Hohlraumes auf das n-fache (0 < n < 1)
der Originallänge.
-
Wenn die Resonatorfrequenz f (2,45 GHz), der Resonanz-rst-Modus (TMrst) und
der innere Durchmesser nD des Hohlraumes bekannt sind, kann der
Luftäquivalenzwert (L') einer neuen Hohlraumlänge bestimmt werden durch die Gleichung
-
(2L')² = t²/(f/c)² - (yrs/nD)² (1)
-
worin Yrs die Wurzel der Bessel-Funktion Jr(y) = 0 darstellt und c die
Geschwindigkeit des Lichtes ist.
-
Wie aus der Gleichung (1) klar hervorgeht, kann die Wirkung von n auf 0 gesetzt
werden durch Variieren der Länge (L) das Hohlraumresonators gemäß der
Änderung von n.
-
Die Wirkung von k, nämlich die Wirkungen der Amplitude und der Phasenlage δ
der reflektierten Welle können auf 0 gesetzt werden durch Einstellen der zwei
Abgleichschaltkreise.
-
Da n und k voneinander abhängig sind, kann praktisch gesehen die Länge (L)
des Hohlraumresonators und die Position der gleitenden Abgleichblende für
einen Satz von (n und k) eingestellt werden.
-
Auf der andern Seite kann die reflektierte Welle, die von der Morphologie des
Mikrowelleneinleitschaltkreises abhängt, wirksam unter Verwendung der zwei
Abgleichschaltkreise abgeglichen werden.
-
Ein Aufbau, der sich auf die genannte Besonderheit (b) bezieht, kann erhalten
werden, indem ein rechteckiger Wellenleiter und ein zylindrischer
Hohlraumresonator so aneinander angeschlossen werden, daß ihre Achsen einander im
rechten
Winkel schneiden, wie in Fig. 1 dargestellt. Wenn der Wellenleiter und der
Hohlraumresonator auf diese Weise miteinander verbunden sind, wird eine
Operation zur Veränderung der Länge der Hohlraumresonators nicht durch den
Wellenleiter gestört. Im zylindrischen Hohlraumresonator wird die Mikrowelle
im TM01n-Modus (n ist eine natürliche Zahl) angesteuert, und die Länge des
Hohlraumresonator kann selbst unter atmosphärischen Druck geändert werden,
wodurch die Wirksamkeit der Operation erleichtert wird.
-
Ein Aufbau, der sich auf die erwähnte Besonderheit (c) bezieht, kann erhalten
werden durch Anbringen einer röhrenförmigen zylindrischen Vorrichtung zur
Erzeugung des magnetischen Feldes an der Außenseite des Hohlraumresonators,
durch die ein Bereich mit hoher magnetischer Flußdichte im Raum für die
elektrische Entladung im Inneren des Hohlraumresonator erzeugt werden kann. Die
Vorrichtung zum Erzeugen des magnetischen Feldes wird im allgemeinen einge
teilt in einen Permanentmagneten und einen Elektromagneten. Insbesondere
gibt es Permanentmagnete, die in einer koaxialen Weise angeordnet sind, wie es
in Figg. 2(A) bis 2(D) dargestellt ist, ringförmige Permanentmagnete, die so
angeordnet sind, wie es in Figg. 2(E) und 2(F) dargestellt ist, und Elektromagnete,
die Luftkernsolenoidspulen umfassen, wie es in Figg. 2(G) und 2(H) dargestellt
ist. In jeder der Zeichnungen Fig. 2 ist die obere Ansicht eine Seitenansicht
schräg von oben und die untere Ansicht eine Draufsicht von oben, jeweils in
schematischer Art, wobei N und S die magnetischen Pole bedeuten. Als
Permanentmagnete sind solche geeignet, die eine große Koerzitivkraft und magnetische
Restflußdichte besitzen, geeignet, und unter allen sind die Magnete der
Seltenerdenreihe und der Ferritreihe bevorzugt. Als Elektromagnete sind die
wünschenswert, die in der Mitte eine magnetische Flußdichte von mehr als 50 Gauß
und weiter bevorzugt von mehr als 100 Gauß besitzen. Elektromagnete sind
kombiniert zu einem Satz in Fig. 2(G) und zu zwei Sätzen in Fig. 2(H).
Insbesondere ist es in der Ausführungsform, die in Fig. 2(H) dargestellt ist, möglich, die
magnetischen Pole zu wechseln durch Wechseln der Wickelrichtung (polarity of
current) für die zwei Sätze von Elektromagneten, wodurch ein magnetisches Feld
vom Spiegeltyp oder vom spitz zulaufenden Typ (cusped type) erhalten wird.
-
Es ist nicht immer erforderlich, daß die magnetische Flußdichte im Raum für die
elektrische Entladung der Erzeugungsvorrichtung für das magnetische Feld, das
in der erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung
verwendet wird, eine solche magnetische Flußdichte ist, daß sie in der Lage ist, eine
Elektronenzyklotronresonanz im Bezug auf die Frequenz der Mikrowelle zu
erhalten.
Im Fall der Verwendung eines Elektromagneten kann, während es nötig
ist, die Anzahl der Windungen der Spulen zu vergrößern, um die maximale
erzeugte magnetische Fluß dichte zu vergrößern, die gewünschte magnetische
Flußdichte durch Einstellen des eingeleiteten elektrischen Stromes erhalten
werden kann. Im Hinblick darauf ist es weiter bevorzugt, als
Erzeugungsvorrichtung für das magnetisches Feld der Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung
eine Kombination aus Permanentmagneten zu verwenden, wenn besonderer
Wert auf Kompaktheit und Kostenverringerung gelegt wird, und einen
Elektromagneten zu verwenden, wenn Wert auf Steuerung der magnetischen Fluß dichte
gelegt wird.
-
In der Erfindung wird unter Verwendung der Erzeugungsvorrichtung für das
magnetische Feld gemäß vorstehender Beschreibung die Leistung der
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung bemerkenswert verbessert, wodurch es
ermöglicht wird, den Druck während der elektrischen Entladung zu verringern, die
reflektierte Energie zu verringern und elektrische Energie bei der Beibehaltung
der elektrischen Entladung zu sparen.
-
Die veranschaulichte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung wird im folgenden ausführlicher erläutert, aber
die Erfindung ist in keiner Weise darauf beschränkt. Obwohl um der Einfachheit
willen eine Erklärung nur für den Fall der Verwendung des zylindrischen
Hohlraumresonators gegeben wird, ist die Erfindung in keiner Weise nur darauf
beschränkt.
-
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als schematische,
perspektivische Ansicht in Fig. 1 dargestellt.
-
In Fig. 1 sind ein rechteckiger Wellenleiter 101, ein zylindrischer
Hohlraumresonator 102, ein Stempel 103 zum Verändern der Länge des Hohlraumresonators,
zylindrische gleitende Abgleichblenden 104, eine mikrowellendurchlässige
Glasglocke 105, ein Mikrowellenreflektor 106, ein Reaktionsbehälter (oder
Filmbildungsbehälter) 107, ein Substrat 108, ein Substratträger 109,
Gaseinleitungsleitungen 110 und 111, ein Gasauslaß 112, eine Ansteuervorrichtung 113 für den
Stempel 103 zur Veränderung der axialen Länge, die an einen
Rückmeldesteuerschaltkreis von einer Energieüberwachungseinrichtung angeschlossen ist,
beziehungsweise eine Erzeugungsvorrichtung für das magnetische Feld 114
dargestellt.
-
Im wesentlichen ist die Vorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, eine
erfindungsgemäße Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung vom
Hohlraumresonatortyp, die einen Mikrowellenoszillator (nicht dargestellt), einen
Mikrowellenübertragungsschaltkreis (nicht dargestellt), einen Hohlraumresonator, einen
Reaktionsbehälter, der mit einer mikrowellendurchlässigen Glasglocke versehen
ist, die eine Plasmaerzeugungskammer festlegt, Gaseinleitungsleitungen (110
und 111) und eine Gasableitung 112 umfaßt.
-
In Fig. list der zylindrische Hohlraumresonator 102 bevorzugt aus einem
Material hergestellt, das einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist, um den
ohm'schen Verlust zu verringern, der dem Oberflächenstrom einer Mikrowelle
zuzuschreiben ist. Zusätzlich muß er abriebbeständig sein, da der Stempel zur
Veränderung der Länge des Hohlraumes unter Abdichtung mit dem
Hohlraumresonator bewegt wird. Entsprechend ist der Hohlraumresonator
wünschenswerterweise aus einem Material hergestellt, wie zum Beispiel Kupfer, Messing oder
einem silberplattierten, kupferplattierten oder goldplattierten rostfreien
Edelstahl. Unter diesen ist ein silberplattierter rostfreier Edelstahl besonders
geeignet.
-
Der zylindrische Hohlraumresonator 102 und der rechteckige Wellenleiter 101
sind miteinander verbunden, wobei ihre Achsen einander im rechten Winkel
schneiden, wodurch der H&sub1;&sub0;-Modus (TE&sub1;&sub0;-Modus) des rechteckigen Wellenleiters
101 in den E&sub0;&sub1;-Modus (Tm&sub0;&sub1;-Modus) eines kreisförmigen Wellenleiters
umgewandelt wird. Der Hohlraumresonator 102 ist mit zwei integrierten
Abgleichschaltkreisen versehen, nämlich dem Stempel 103 zu Veränderung der Läge des
Hohlraumresonators 102 und den zylindrischen gleitenden Abgleichblenden 104.
-
Der Stempel 103 zum Verändern der Länge des Hohlraumresonators 102 ist
beweglich entlang der Achse des Hohlraumresonators 102. Der Stempel 103 kann
zum Beispiel durch einen Motor 113 angesteuert werden. Zum Verhindern einer
nicht vorgesehenen elektrischen Entladung zwischen dem Hohiraumresonator
102 und dem Stempel 103 werden viele Elemente aus Phosphorbronze
verwendet, so daß ein stabiler Kontakt beibehalten werden kann.
-
Ein Paar Abgleichblenden 104, bestehend aus einer rechten und einer linken
zylindrischen gleitenden Abgleichblende, ist jeweils an der Verbindung des
rechteckigen Wellenleiters 101 und des Hohlraumresonator 102 angeordnet. Wie
durch einen Pfeil in der Zeichnung angezeigt, werden die Blenden in
Längsrichtung
des rechteckigen Wellenleiters 101 bewegt und die zwei Blenden sind
einzeln verschiebbar entlang der zylindrischen Oberfläche des Hohlraumresonators
102. Die Blenden und der Hohlraumresonator 102 sind in ähnlicher Weise in
Kontakt miteinander gebracht wie beim Stempel.
-
An der Außenseite des Hohlraumresonators 102 ist eine Erzeugungsvorrichtung
für ein magnetisches Feld 114, die ausgewählt ist aus den Ausführungsformen,
die in Figg. 2(A) bis (H) dargestellt sind, angebracht zur Bildung eines
magnetischen Feldes im Entladungsraum der Glasglocke.
-
Die mikrowellendurchlässige Glasglocke 105 ist im Hohlraumresonator 102
angeordnet (zum Beispiel 120 mm innerer Durchmesser). Die Glasglocke 105 ist
mit dem Reaktionsbehälter 107 verbunden. Ein 0-Ring oder ein metallisches
Dichtungselement für Vakuumabdichtung und der Mikrowellenreflektor 106
sind an der Flanschoberfläche der Glasglocke 105 bereitgestellt. Eine Mikrowelle
wird reflektiert durch den Mikrowellenreflektor 106 und das Gas kann zwischen
dem Inneren der Glasglocke 105 und dem des Filmerzeugungsbehälters 107
strömen.
-
Die Glasglocke 105 ist aus einem Material wie zum Beispiel Quarz (SiO&sub2;),
Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), Bornitrid (BN) oder Siliciumnitrid (SiN) hergestellt.
-
Der Mikrowellenreflektor 106 ist eine durchlöcherte silber-, kupfer-, oder
goldplattierte Metallplatte (eine silberplattierte Metallplatte ist besonders geeignet),
die mit einer Vielzahl von durchgängigen Löchern versehen ist, wie zum Beispiel
eine durchlöcherte Aluminiumplatte von 0,8 mm Dicke mit einer Vielzahl von
kreisförmigen Löchern von 6 mm Durchmesser und einem Anteil der Lochfläche
von 60%, nämlich eine sogenannte Lochplatte. Die durchlöcherte Platte wird auf
den Reaktionsbehälter 107 geschraubt, um nicht vorgesehene elektrische
Entladungen zu unterdrücken. Der Mikrowellenreflektor kann aus gedehntem Metall
anstelle einer durchlöcherten Platte bestehen.
-
Innerhalb des Reaktionsbehälters 107 ist das Substrat 108, der Substrathalter
109 und die zwei Gaseinleitungsleitungen 110 und 111 angebracht. Die Enden
der Gaseinleitungsleitung 110 durchdringen den Mikrowellenreflektor 106 und
öffnet sich ins Innere der Glasglocke 105. Die andere Gaseinleitungsröhre 111
besitzt ein ringförmiges Ende, das mit einer Vielzahl von Düsenlöchern zum
Ausströmenlassen eines Gases versehen ist. Die Leitung 111 ist zwischen der
Glasglocke 105 und dem Substrathalter 109 angebracht.
-
Der Reaktionsbehälter 107 ist an eine Vakuumpumpe zur Evakuierung des
Reaktionsbehäiters angeschlossen, die nicht dargestellt ist.
-
Vor Inbetriebnahme der Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung, die auf
diese Weise gemäß der Erfindung konstruiert ist, wird die Länge des
Hohlraumresonators auf einen Wert eingestellt, der geringfügig kürzer ist als m/2 × λ (m:
natürliche Zahl), damit die anfängliche elektrische Entladung leicht beginnen
kann. Konkret wird die Länge des Hohlraumresonators durch vorherige
Vermessung des Netzwerkes durch einen Netzwerkanalysator (hergestellt von Hewlett
Packard Co.) so fest gelegt, daß der Hohlraumresonator mit der Glasglocke 105,
die darin angeordnet ist, zusammenwirkt.
-
Wenn zum Beispiel die Glasglocke eine Wanddicke von 3 mm, einen
Durchmesser von 70 mm und eine Höhe von 100 mm besitzt, beträgt die Verkürzung der
Länge des Hohlraumresonators 3 mm und die Länge des Hohlraumresonators
192 mm und, wenn die Glasglocke eine Wanddicke von 3 mm, einen
Durchmesser von 100 mm und eine Höhe von 100 mm besitzt, beträgt die Verkürzung der
Länge des Hohlraumresonators 4 mm und die Länge des Hohlraumresonators 22
beträgt 290 mm.
-
Durch die erfindungsgemäße Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung
können die folgenden vorteilhaften Wirkungen erhalten werden. Das heißt, in einem
Bereich mit niedrigen Druck von weniger als 1,33 Pa (10&supmin;² Torr) ohne
Verwendung eines magnetischen Feldes mit großer magnetischer Flußdichte, wie unter
den ECR-Bedingungen, kann (i) eine stabile elektrische Entladung erhalten
werden allein mit einer solchen Art Gas, die eine relativ kleine
Ionisierungsquerschnittsfläche besitzt, wie zum Beispiel H&sub2; oder H, kann (li) die elektrische
Energie zum Beibehalten der elektrischen Entladung verringert werden und
kann (üi) die Reflexionsenergie verringert werden.
-
Es wird eine Erklärung gegeben für ein Verfahren zum Betrieb der
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, die eine
Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
-
Als erstes wird nach dem Evakuieren des Inneren der Glasglocke 105 und der
Filmbildungskammer mit Hilfe einer Vakuumpumpe, die nicht dargestellt ist,
auf weniger als einen festgelegten Druck das Gas, das zur Bildung eines Plasmas
verwendet wird, aus der Gaseinleitungsleitung 110 oder 111 in die Glasglocke
105 eingeleitet, während ein magnetisches Feld von der
Plasmaerzeugungsvorrichtung 114 (Figg. 2(A) bis (H)) angelegt wird, und die Mikrowellenenergie, die
von einer Erzeugungsvorrichtung für Mikrowellen angelegt wird, die nicht
dargestellt ist, wird mit Hilfe des Wellenleiters 101 in das Innere des
Hohlraumresonator 102 eingeleitet. Darauffolgend werden der Stempel zur Veränderung der
axialen Länge und die zylindrischen Blenden für den Hohlraumresonator durch
den Rückmeldesteuermechanismus für die Reflexionsenergie so eingestellt, daß
die Reflexionsenergie der Energieüberwachungseinrichtung für die Mikrowelle
begrenzt und eine stabile elektrische Entladung verursacht wird (anstelle der
zylindrischen Blenden kann ein E-H-Tuner oder ein Dreistutzentuner verwendet
werden). Nach Betrieb für eine bestimmte Zeitdauer unter diesem Zustand wird
die Versorgung mit Mikrowellenenergie unterbrochen und die Operation ist
beendet.
-
Die erfindungsgemäße Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung kann
geeignet verwendet werden als Dünnfilmabscheidevorrichtung und
Trockenätzvorrichtung.
-
Im Fall, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung für das Trockenätzen eines
zu behandelnden Gegenstandes verwendet wird, wird ein Ätzgas aus der
Gaseinleitungsleitung 110 gemäß der vorstehend erwähnten Betriebsart eingeleitet, um
das Ätzen durchzuführen. Als Ätzgas werden CF&sub4;, C&sub2;F&sub6;, C&sub3;F&sub3;, C&sub4;F&sub8;
(Octafluorcyclobutan), C&sub5;F&sub1;&sub2;, CHF&sub3;, CBrF&sub3;, CCl&sub4;, CCl&sub3;F, CCl&sub2;F&sub2;, CClF&sub3;, SF&sub6;, NF&sub3;, BCl&sub3;, F&sub2;,
Cl&sub2;, Br&sub2;, HF oder HCl verwendet oder eine Gasmischung aus den vorstehend
erwähnten Ätzgasen und H&sub2;, O&sub2;, N&sub2;, He, Ne, Ar, Kr oder Xe verwendet abhängig
vom zu ätzenden Material. Es wird zum Beispiel im allgemeinen
CF&sub3; + O&sub2; zum Ätzen von Si verwendet und CF&sub4; zum Ätzen von SiO&sub2;. Der innere
Druck für das Trockenätzen liegt bevorzugt zwischen 0,0133 und 13,3 Pa (10&supmin;&sup4;
bis 10&supmin;¹ Torr).
-
Im Fall, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Dünnfilmabscheidung
verwendet wird, gibt es zwei Verfahren (a) und (b) bei der vorstehend erwähnten
Betriebsart, das heißt (a) ist ein Verfahren, bei dem ein flimbildendes
Ausgangsgas aus der Gaseinleitungsleitung 110 eingeleitet wird, wodurch ein
abgeschiedener
Film gebildet wird, und (b) ist ein Verfahren, bei dem ein plasmabildendes
Ausgangsgas aus einer Gaseinleitungsleitung 110 in den Reaktionsbehäiter
(Filmbildungsbehälter) 107 das filmbildende Ausgangsgas aus der
Gaseinleitungsleitung 111 in den Filmbildungsbehälter 107 eingeleitet werden, wodurch
ein abgeschiedener Film gebildet wird. Das Verfahren zur Bildung des
abgeschiedenen Filmes wird angemessen ausgewählt abhängig vom gewünschten
abgeschiedenen Film oder dem eingesetzten Ausgangsgas.
-
Wenn die erfindungsgemäße Mikrowellenbehandlungsvorrichtung auf die
Abscheidung von Dünnifimen angewandt wird, ist es möglich, Dünnifime
zufriedenstellender Qualität zu erzeugen, wie zum Beispiel solche aus amorphem
Silicium, kristallinem Silicium, amorphem Silicium-Germanium, Siliciumnitrid,
Siliciumoxid, amorphem Siliciumcarbid, Diamant und verschiedenen Arten von
organischen, hochmolekularen Verbindungen.
-
Das Gas, das im vorstehenden Fall verwendet wird, kann ausgewählt werden
abhängig von der Art des abgeschiedenen Filmes, wie nachfolgend dargestellt.
Das heißt, daß als Ausgangsmaterialgas für die Abscheidung eines Dünnfilmes
aus amorphem Silicium oder kristallinem Silicium solche Gase erwähnt werden
können, die Siliciumatome enthalten, wie zum Beispiel SiH&sub4;, Si&sub2;H&sub6;, SiF&sub4;, SiHF&sub3;,
SiH&sub2;F&sub2;, SiH&sub3;F, Si&sub2;F&sub6;, SiCl&sub4;, SiH&sub2;Cl&sub2; und SiH&sub3;Cl. Flüssige Materialien, wie zum
Beispiel SiCl&sub4;, werden verwendet nach Verdampfen durch Durchblasen von
Inertgas. Als Gas zur Verwendung für die Plasmaerzeugung können zum
Beispiel H&sub2;, F&sub2;, Cl&sub2;, HF, HCl, He, Ne, Ar, Kr oder Xe zusätzlich zum vorstehend
beschrieben Ausgangsgas erwähnt werden.
-
Als Ausgangsgas im Fall der Abscheidung eines Dünnfilmes aus amorphem
Sllicium-Germanium wird ein Gasmischung des Siliciumatome enthaltenden
Ausgangsgases, das zur Abscheidung von amorphem Silicium verwendet wird, wie
vorstehend beschrieben, und ein Germaniumatome enthaltendes Gas, wie zum
Beispiel GeH&sub4; oder GeF&sub4;, verwendet. Als Gas zur Bildung des Plasmas können
H&sub2;, F&sub2;, Cl&sub2;, HF, HCl, He, Ne, Ar, Kr oder Xe zusätzlich zur Gasmischung aus dem
Siliciumatome enthaltenden Gas und dem Germaniumatome enthaltenden Gas
erwähnt werden.
-
Als Ausgangsgas für die Abscheidung des Siliciumnitriddünnfilmes kann das
Siliciumatome enthaltende Gas zum Abscheiden des amorphen Siliciums
verwendet
werden, wie vorstehend beschrieben, oder eine Gasmischung aus wenigstens
einem der Gas, die Stickstoffatome enthalten, wie zum Beispiel N&sub2;, NH&sub3; und
NF&sub3;, und einem Siliciumatome enthaltenden Gas. Das Gas, das für die Bildung
des Plasmas verwendet wird, kann zusätzlich zum Ausgangsgas, das vorstehend
beschrieben wurde, enthalten: N&sub2;, NH&sub3;, NF&sub3;, H&sub2;, F&sub2;, Cl&sub2;, HF, HCl, He, Ne, Ar, Kr
oder Xe. Im Fall der Bildung des Siliciumnitrides ist es erforderlich, daß das
Ausgangsgas oder das Plasma erzeugende Gas wenigstens ein Stickstoff
enthaltendes Gas und ein Silicium enthaltendes Gas enthält.
-
Als Ausgangsgas für die Abscheidung eines Siliciumdioxiddünnfilmes kann das
Siliciumatome enthaltende Gas verwendet werden, das verwendet wird für die
Abscheidung des amorphen Siliciums, wie vorstehend beschrieben, oder ein Gas,
das Sauerstoff (O&sub2;) und Silicium atome enthält. Das Gas, das für die Bildung des
Plasmas verwendet wird, kann zusätzlich zum Ausgangsmaterialgas, wie es
vorstehend beschrieben wurde, O&sub2;, H&sub2;, F&sub2;, Cl&sub2;, HF, HCl, He, Ne, Ar, Kr oder Xe
enthalten. Im Fall der Bildung von Siliciumoxid muß das Ausgangsgas oder das
Plasma bildende Gas wenigsten O&sub2; und ein Siliciumatome enthaltendes Gas
enthalten. Als Ausgangsgas kann im Fall des Abscheidens des amorphen
Siliciumcarbiddünnfilmes das Siliciumatome enthaltende Gas verwendet werden, das für
die Abscheidung von amorphem Silicium verwendet wird, wie vorstehend
beschrieben, ein Siliciumatome und Kohlenstoffatome enthaltende Gas, wie zum
Beispiel Si(CH&sub3;)&sub4;, oder eine Gasmischung, die wenigstens eines der
Kohlenstoffatome enthaltenden Gase, die ausgewählt sind aus CH&sub4;, C&sub2;H&sub2;, C&sub2;H&sub4; oder C&sub2;H&sub6;,
und das Siliciumatome enthaltende Gas, wie vorstehend beschrieben, umfaßt.
Das zur Bildung des Plasmas verwendete Gas kann zusätzlich zum
Ausgangsgas, das vorstehend beschrieben wurde, auch Kohlenstoffatome enthaltendes
Gas, H&sub2;, F&sub2;, Cl&sub2;, HF, HCl, He, Ne, Ar, Kr oder Xe einschließen. Im Fall der
Bildung von amorphem Siliciumcarbid ist es erforderlich, daß das Ausgangsgas oder
das Plasma bildende Gas wenigstens ein Kohlenstoffatome enthaltendes Gas und
ein Siliciumatome enthaltendes Gas enthält.
-
Als Ausgangsgas für das Abscheiden eines Diamantdünnfilmes können erwähnt
werden: CH&sub4;, C&sub2;H&sub2;, C&sub2;H&sub4;, C&sub2;H&sub6;, CH&sub3;COCH&sub3; oder CH&sub3;OH, wobei CH&sub3;COCH&sub3; oder
CH&sub3;OH nach Verdampfen durch Durchblasen eines Inertgases verwendet
werden. Weiter kann als Gas für das Bilden das Plasmas zusätzlich zum
Kohlenstoffatome enthaltenden Gas, das vorstehend beschrieben wurde, H&sub2;, F&sub2;, Cl&sub2;, HF
HCl, He, Ne, Ar, Kr oder Xe erwähnt werden.
-
Das Ausgangsgas, das für die Bildung des Filmes verwendet wird, wie es vorste
hend beschrieben wurde, kann auch als Gas für die Erzeugung des Plasmas
verwendet werden. Weiter kann das filmbildende Ausgangsgas mit einem Inertgas,
wie zum Beispiel He oder Ar, verdünnt werden. Im Fall der Zugabe von
Verunreinigungen in den abgeschiedenen Film wird ein Gas, wie zum Beispiel PH&sub3;,
PF&sub5;, PF&sub3;, PCl&sub3;, PCl&sub5;, B&sub2;H&sub6;, BF&sub3;, BCl&sub3;, BBr&sub3;, AsF&sub5;, AsCl&sub3;, AsH&sub3;, I&sub2;, SbH&sub3; oder SbF&sub5;,
in das fllmbildende Ausgangsgas oder plasmabildende Gas eingemischt. Der
Druck während der Reaktion zur Bildung eines Dünnfilmes aus amorphem
Silicium, kristallinem Silicium oder amorphem Silicium-Germanium, Siliciumnitrid,
Siliciumoxid oder amorphem Siliciumcarbid liegt bevorzugt im Bereich von
0,00133 bis 133 Pa (10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;¹ Torr).
-
Der Reaktionsdruck bei der Bildung des Diamantdünnfilmes liegt bevorzugt im
Bereich vom 0,133 bis 13300 Pa (10&supmin;³ bis 10² Torr).
-
Weiter kann bei der Bildung des abgeschiedenen Filmes und des Ätzens unter
Verwendung der erfindungsgemäßen
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung Wärmeenergie oder Lichtenergie auf die Oberfläche des Substrates
angewendet werden, um die Reaktion zu fördern.
Prüfung der elektrischen Entladung
-
Eine Prüfung der elektrischen Entladung wurde durchgeführt unter Verwen-
dung der erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung, wie
sie in Fig. 1 dargestellt ist, während die Art des Gases und der Druckbereich
geändert wurden im Fall, in dem die Glasglocke 105 einen Durchmesser von
100 mm besaß, wobei darauf geachtet wurde, daß die elektrische Entladung, die
Reflexionsenergie und die eingeleitete Energie beibehalten wurde. Zum
Vergleich wurde eine Prüfung der elektrischen Entladung unter Entfernen der
Erzeugungsvorrichtung für das magnetische Feld und ebenfalls eine Prüfung der
elektrischen Entladung im TE-Modus unter Entfernen des Elektromagneten in
der Mikrowellenplasmavorrichtung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist,
durchgeführt. H&sub2;, Ar und SiH&sub2;Cl&sub2; wurden als Gas verwendet und durch die
Gaseinleitungsleitung 110 eingeleitet. Die Erzeugungsvorrichtung für das magnetische
Feld des Typs, wie er in Fig. 2(B) dargestellt ist, mit einer magnetischen
Flußdichte in der Mitte von 150 Gauß wurde verwendet. Die Ergebnisse der Prüfling
der elektrischen Entladung sind zusammen in Tabelle 1 dargestellt.
-
Weiter wurde in Fig. 1 unter Verwendung der
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung mit einem Durchmesser der Glasglocke 105 von 70 mm und der
maguetischen Flußdichte in der Mitte von 100 Gauß, eine Entladung mit H&sub2; und Ar
durchgeführt, um die Beziehung zwischen dem Druck und der elektrischen
Energie zur Aufrechterhaltung der Entladung zu bestimmen. Die Ergebnisse
sind in Fig. 5 dargestellt (1 Torr = 133 Pa).
-
Es kann aus den Ergebnissen der Tabelle 1 und Fig. 5 entnommen werden, daß
die Reflexionsenergie begrenzt und die elektrische Entladung im Bereich eines
niedrigen Druckes und mit einer niedrigeren elektrischen Energie bewirkt
werden kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Mikrowellenplasmabehandlungsvorrichtung, die mit der Erzeugungsvorrichtung für das magnetische
Feld versehen ist.
-
Ms die gleiche Prüfung der elektrischen Entladung, wie vorstehend erwähnt,
durchgeführt wurde für die Erzeugungsvorrichtung für das magnetische Feld
eines anderen Typs, als er in Fig. 2(B) dargestellt ist, wurden ähnliche Ergebnisse
erhalten wie die, die für den Typ, der in Fig. 2(B) dargestellt ist erhalten
wurden.
Beispiel 1 für das Bilden eines abgeschiedenen Filmes
-
Unter Verwendung der Vorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, die für die
Prüfung der elektrischen Entladung verwendet wurde, und unter Verwendung der
Erzeugungsvorrichtung für das magnetische Feld vom Typ, der in Fig. 2(G)
dargestellt ist, wurde die Bildung des amorphen Siliciumfilmes (a-Si) untersucht.
-
Zuerst wurde ein gereinigtes Glassubstrat #7059, hergestellt von Corning Glass
Works, und ein Siliciumeinkristallsubstrat mit hohem Widerstand auf den
Probenhalter 109 aufgebracht, das Innere des Behälters wurde evakuiert auf einen
Hochvakuumgrad von 0,000133 Pa (1 × 10&supmin;&sup6; Torr) evakuiert und die
Substrattemperatur wurde auf 250ºC eingestellt durch eine Substratheizvorrichtung, die
nicht in Fig. 1 dargestellt ist. Dann wurden 5 sccm SiH&sub2;Cl&sub2; und 50 sccm H&sub2; aus
der Gaseinleitungsleitung 110 eingeleitet, der Druck im Reaktionsbehalter 107
auf 6,65 Pa (0,05 Torr) eingestellt und der Strom für die Erzeugungsvorrichtung
für das magnetische Feld so eingestellt, daß die magnetische Flußdichte in der
Mitte des Entladungsraumes in der Glasglocke 105 200 Gauß betrug. Dann
wurde
eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 2,45 GHz mit 250 W Energie
angelegt, um die Reaktion 1 Stunde lang durchzuführen, wodurch ein a-Si-Film von
1,2 µm Dicke erhalten wurde (die Reflexionsenergie wurde während der
Reaktion durch den Energierückmeldemechanismus minimiert).
-
Die Abscheidungsgeschwindigkeit betrug 3,3 Å/sec und das Verhältnis δP/δd
zwischen der Lichtleitfähigkeit (δp) unter Lichtbestrahlung mit AMI-Licht
(100 mW/cm²) und der Dunkelleitfähigkeit (δd) betrug 1,1 × 10&sup5;.
-
Getrennt davon wurde, wenn ein a-Si-Film mit dem gleichen Verfahren
abgeschieden wurde, wie es im vorstehenden experimentellen Verfahren beschrieben
wurde, während die Erzeugungseinrichtung für das magnetische Feld entfernt
war, die Abscheidungsgeschwindigkeit auf ein Drittel verringert, das heißt
1,5 Å/sec, das Verhältnis δp/δd betrug 1,4 × 10³ und ein breiter Absorptionspeak
wurde beobachtet in der Nähe von 1100 cm&supmin;¹ auf Grundlage des
IR-Absorptionsspektrums für den a-Si-Film, der auf dem Siliciumeinkristall gebildet wurde.
-
Es wird angenommen, daß, da SiH&sub2;Cl&sub2; als Ausgangsgas in dem Fall, in dem
keine Erzeugungseinrichtung für ein magnetisches Feld verwendet wurde, nicht
vollständig zersetzt wurde und reagierte, Cl-Atome im abgeschiedenen Film
zurückblieben, die hydrolysiert wurden, wenn sie der Luft ausgesetzt wurden,
wodurch sich Si-O-Bindungen bildeten.
Beispiel 2 zur Bildung eines abgeschiedenen Filmes
-
In der Vorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, wurde die Bildung eines
Polysiliciumfilmes (Poly-Si) untersucht unter Verwendung einer
Erzeugungsvorrichtung für Magnetfelder vom Spiegeltyp von der Art, wie sie in Fig. 2(H)
veranschaulicht ist, bei der identische Magnetpole von einer ersten und einer zweiten
Solenoidspule gebildet werden. Beim gleichen Verfahren wie im Beispiel zur
Bildung des abgeschiedenen Filmes wurde ein Glassubstrat, Typ #7059, und ein
Siliciumeinkristallsubstrat auf den Probenh alter 109 aufgebracht. Das Innere des
Behälters wurde auf einen Hochvakuumgrad von 0,000133 Pa (1 × 10&supmin;&sup6; Torr)
evakuiert. Die Substrattemperatur wurde auf 300ºC eingestellt, der Druck im
Reaktionsgefäß 107 wurde auf 0,665 Pa (0,005 Torr) gehalten und der Strom für
die Erzeugungsvorrichtung für das magnetische Feld wurde so eingestellt, daß
die magnetische Flußdichte von 200 Gauß in der Mitte des Aufladungsraumes in
der Glasglocke 105 erhalten wurde. Dann wurden 100 sccm H&sub2; durch die
Gaseinleitungsleitung 110 und 10 sccm Si&sub2;F&sub6; nach Erhitzen auf 700ºC durch die
Gaseinleitungsleitung 111 eingeführt, eine Mikrowelle von 2,45 GHz mit 300 W
Energie eingeleitet und die Reaktion 1 Stunde lang durchgeführt. Die Dicke des
sich ergebenden Siliciumfilmes betrug 6000 Å und als Ergebnis der
Untersuchung auf Kristallinität gemäß RHEED
(Hochgeschwindigkeitselektronenreflexionsdiffraktrometrie) wurde gefunden, daß ein epitaxialer Film auf dem (110)-
Siliciumeinkristallsubstrat gezüchtet wurde und ein(110)-orientierter
polykristalliner Film auf dem Glassubstrat vom Typ #7050 gezüchtet wurde.
Beispiel 3 zur Bildung eines abgeschiedenen Filmes
-
Es wurde die Abscheidung eines Siliciumnitridfilmes unter Verwendung der
Vorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, die mit einer Erzeugungsvorrichtung
für Magnetfelder versehen ist von dem Typ, der in Fig. 2(A) veranschaulicht
wurde, mit einer magnetischen Flußdichte in der Mitte von 1000 Gauß.
-
Als erstes wurde ein gereinigter einkristalliner Siliciumträger auf den
Probenhalter 109 aufgebracht und das Innere des Behälters auf einen
Hochvakuumgrad von 0,000133 Pa (1 × 10&supmin;&sup6; Torr) evakuiert. Die Trägertemperatur wurde auf
250ºC eingestellt, es wurden 100 sccm N&sub2; und 10 sccm NH&sub3; aus der
Gaseinleitungsleitung 110 eingeleitet, während 5 sccm SiH&sub4; aus der Gaseinleitungsleitung
111 eingeleitet wurden, der Druck im Reaktionsbehälter 107 wurde auf 2,66 Pa
(0,02 Torr) eingestellt und eine Mikrowelle von 2,45 GHz wurde mit einer
elektrischen Energie von 250 W eingebracht. Nach einer dreißig Minuten langen
Reaktion betrug die Dicke des sich ergebenden Siliciumnitridfilmes 6800 Å. Die
Ätzgeschwindigkeit in einer Flußsäurepufferlösung (50% HF : 40% NH&sub4;F =
15:85) betrug 92 Å/min und ein Siliciumnitridfilm wurde erhalten mit einer
Filmqualität, die im wesentlichen der entsprach, die bei einen durch das
thermische CVD-Verfahren gebildeten Film erhalten wird.
Ätzbeispiel 1
-
Unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie der, die für die Prüfung der
elektrischen Entladung verwendet wurde, wurde das Trockenätzen an einem
Siliciumnitridfilm untersucht.
-
Ein Fotoresist (OFPR-800, hergestellt von Tokyo Ohka Co.) wurde auf einen
Siliciumnitridfllm aufgebracht, der auf einem Einkristallsiliciumwafer gebildet
wurde, und es wurde ein Resistmuster durch Fotolithografie gebildet. Ein
Siliciumnitridsubstrat, das mit dem Resistmuster maskiert war, wurde auf den
Probenhalter 109 aufgebracht, der Behälter wurde evakuiert auf 0,00133 Pa
(1 × 10&supmin;&sup5; Torr), 50 sccm CF&sub4; wurden aus der Gaseinleitungsleitung 110
eingeleitet, der Druck in Reaktionsbehälter 107 wurde auf 0,665 Pa (0,005 Torr)
eingestellt und eine Mikrowelle mit 0,45 GHz wurde mit einer elektrischen Leistung
von 3000 W eingeleitet. Die Ätzreaktion wurde 5 min lang durchgeführt, das
Siliciumnitridsubstrat wurde herausgenommen, und nach Entfernen des Resistes
wurde die Stufe im Siliciumnitridfilm gemessen, wodurch die
Ätzgeschwindigkeit auf 1100 Å/min berechnet wurde.
-
Als Ergebnis der Ätzreaktion, die nach der gleichen Verfahrensweise
durchgeführt wurde, wie vorstehend beschrieben, mit der Ausnahme, daß die
Erzeugungsvorrichtung für das magnetische Feld entfernt wurde, betrug die
Ätzgeschwindigkeit 470 Å/min und die Wirkung des Entfernens der Vorrichtung zum
Erzeugen des magnetischen Feldes wurde erkannt.
-
Bei den Beispielen zur Bildung eines abgeschiedenen Filmes 1, 2 und 3 wurden
Beispiele für die Erzeugung von amorphem Silicium, Polysilicium
beziehungsweise Siliciumnitrid gezeigt und ein Beispiel für das Abätzen von Siliciumnitrid
wurde im Ätzbeispiel 1 dargestellt. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese
Beispiele beschränkt, sondern auch wirksam bei der Erzeugung von
Siliciumoxid, amorphem Siliciumcarbid und Diamant oder verschiedenen Ätzverfahren
für Metalle.
Tabelle 1 (Fortsetzung folgt)
(1 Torr = 133 Pa)
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Tabelle 1 (Fortsetzung)