DE69230974T2

DE69230974T2 - Vorrichtung und verfahren zur beschichtung

Info

Publication number: DE69230974T2
Application number: DE69230974T
Authority: DE
Inventors: Knut Beekmann; Christopher Dobson; Adrian Kiermasz; Edmond Ling; Christine Shearer; Rob Wilby; Alan Winn
Original assignee: Trikon Equipments Ltd
Current assignee: Trikon Equipments Ltd
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: ATE192197T1; DE69230974D1; EP0650536B1; GB9125771D0; JPH07501583A; CA2124215A1; US5492737A; JP3392415B2; EP0650536A1; WO1993011276A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Deposition von Filmen auf Werkstücken und im Besonderen auf den Spannungsaufbau in diesen Filmen während des Depositionsvorgangs.
Die Notwendigkeit, dünne Materialschichten zu deponieren, ergibt sich insbesondere bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die Herstellung solcher Einrichtungen beschränkt ist. Auf diesem Gebiet wird jedoch allgemein anerkannt, daß es erstrebenswert ist, zu versuchen, den Spannungsaufbau in dem Film während der Deposition zu steuern, da dann, wenn keine Steuerung erfolgt, die Spannungen ausreichen können, um den Film von der Oberfläche des Werkstückes abzuheben. Es ist seit langem bekannt, daß derartige Spannungen gesteuert werden können in einem gewissen Ausmaß, indem man die Verfahrensparameter, wie Druck, Temperatur, Gasströmungsgeschwindigkeiten usw., ändert. Eine Veränderung dieser Parameter führt jedoch allgemein zu Veränderungen in anderen physikalischen Charakteristika des Films, so daß dieses Vorgehen allgemein in einem Kompromiß endet.
In einem Plasma-Chemical-Vapour-Dispositions-Verfahren (CVD-Verfahren) ist es bekannt, daß die Spannung gesteuert werden kann durch die Änderung der Frequenz des Wechselstromfeldes, welches die Plasma-Abgabe enthält. Der Frequenzbereich, in welchem die Spannung ein Minimum erreicht, liegt jedoch ebenfalls in dem Band, welches in der Flugzeugkommunikation zum Einsatz kommt, so daß sich diese Technik damit verbietet. Andere Vorschläge sind gemacht worden, gemäß welchen entweder umgeschaltet wurde zwischen hohen und niedrigen Frequenzen oder ein Frequenzgemisch vorgesehen wurde, wobei sich hier jedoch ebenfalls Probleme ergeben.
Die JP-A-63317676, die JP-A-62243765 und die JP-A-58159843 beschreiben alle eine filmbildende oder Platierungsvorrichtung, wobei eine Energiezufuhr zum Einsatz kommt, um den Druck einer Werkstückelektrodenabstützung einzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Plasmaerregte Chemical-Vapour- Deposition-Vorrichtung zur Verfügung gestellt mit einer Kammerhochfrequenzeinrichtung zur Bildung eines Plasmas innerhalb der Kammer, einer Elektrode zur Abstützung eines Werkstückes, einer Einrichtung, die es gestattet, Gas in die Kammer derart einzuführen, daß ein Film auf dem Werkstück deponiert werden kann, sowie einer Einrichtung zur Verbindung der Elektrode an die Erdung über einen variablen Widerstand zur Ableitung der Spannung von der Elektrode.
Unter einem anderen Gesichtspunkt umfaßt die Erfindung eine Plasmaerregte Chemica-Vapour-Deposition-Vorrichtung mit einer Kammer, einer Hochfrequenzeinrichtung zur Bildung eines Plasmas innerhalb der Kammer, einer Elektrode zur Abstützung eines Werkstückes, eine Einrichtung, die es gestattet Gas in die Kammer derart einzuführen, daß ein Film auf dem Werkstück deponiert werden kann, einer Einrichtung zum Anschluß der Elektrode an die Erdung und einer einstellbaren Einrichtung zur Variation des effektiven Widerstandes des Anschlusses zwischen der Elektrode und der Erdung durch Einstellung des Stromes, der durch die Anschlußeinrichtung fließt und/oder den Spannungsabfall über die Anschlußeinrichtung einschl. eines Transistors, der angeschlossen ist zur Steuerung des Ausmaßes der Spannungsabführung von der Elektrode zur Erdung, sowie einer Einrichtung zum Vergleich der Spannung an der Elektrode oder deren Anzeige mit einer eingestellten Sollspannung und zur Steuerung des Transistors zum Angleich der Elektrode und eingestellten Sollspannungen oder deren Anzeigen.
Im Rahmen dieser Beschreibung bezieht sich der Begriff "effektiver Widerstand" auf irgend eine Einrichtung, mittels welcher eine Spannung an der Elektrode zur Erdung abgeführt werden kann. Dies schließt nicht nur einen herkömmlichen Widerstand ein, sondern auch eine Einrichtung zur Beeinflussung des Stromflusses durch den Anschluß an die Erdung.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Steuerung der Spannung bei der Plasmaerregten Chemical-Vapour-Deposition, wobei ein Werkstück auf einer Elektrode in einer Reaktorkammer plaziert wird, ein Gas in die Kammer eingeführt wird, die Werkstückelektrode an die Erdung ange schlossen wird über einen variablen Widerstand und der Widerstand eingestellt wird zur Ableitung der Spannung an der Elektrode und somit zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Spannung an der Elektrode.
Die Erfindung kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden, und eine spezielle Ausführungsform soll nun beschrieben werden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische teilweise aufgeschnittene Vorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein schematisches Schaltungsdiagramm zur Erläuterung der Energiezufuhr und der Spannungssteuerung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Spannung über dem "Widerstand" für einen besonderen experimentellen Aufbau unter Einsatz der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und
Fig. 4 eine diagramatische Darstellung unter Wiedergabe der Art einer negativen Abschirmung, die oberhalb der Werkstückelektrode gemäß der Erfindung gebildet wird.
Die Fig. 1 zeigt einen Reaktor 10, der eine Kammer 11 definiert, in welcher sich eine obere Elektrode 12 sowie eine untere Werkstückelektrode 13 befindet. Wie sich aus der Fig. 2 ergibt, ist die obere Elektrode an eine Hochfrequenzquelle angeschlossen, während die Unterelektrode 13 an eine Spannungssteuereinheit angeschlossen ist, die allgemein mit der Bezugsziffer 14 identifiziert ist. Das Werkstück 15 befindet sich auf der unteren Elektrode 13. Der Reaktor 13 kann eingesetzt werden zur Chemical-Deposition eines Filmes auf dem Werkstück 15 in einer Art und Weise, wie sie im allgemeinen hinlänglich bekannt ist. Zusammengefaßt besteht das Verfahren im Niederschlag eines Plasmas innerhalb der Kammer 11, die zuvor evakuiert worden ist, und anschließender Einschließung eines Arbeitsgases in die Kammer. Das Gas ist ausgewählt in Übereinstimmung mit dem Film, welcher deponiert werden soll. Das Plasma steht unter dem Einfluß der Hochfrequenz, die an der oberen Elektrode anliegt.
Die Existenz des Plasmas innerhalb der Kammer bewirkt, daß sich eine Ladung auf der unteren Elektrode 13 aufbaut aufgrund der Kapazitanz. Die Anmelder haben ermittelt, daß, sehr zur Überraschung, der Spannungszustand, der sich in den. Filmen, die auf das Werkstück aufgebracht werden, bildet, eine Funktion ist das Ladungsniveaus, welches an der unteren Elektrode 13 vorherrscht. Eine mögliche Erklärung für dieses Phänomen liegt darin, daß aufgrund der hohen Mobilität der Elektronen alles innerhalb der Kammer, welches ein fließendes Potential besitzt und in Kontakt mit dem Plasma steht, eine negative Ladung einnimmt. Wenn sich diese Ladung sammelt, bildet sich eine "Abschirmung" auf, welche das Ausmaß verlangsamt, mit welchem die Elektronen entkommen können. Dies führt zu einer quasi Neutralität innerhalb des Plasmas. Wenn ein Teil des Systems geerdet wird, wird die Abschirmung auf Null reduziert. Es erscheint dementsprechend, daß der Spannungszustand innerhalb des Werkstückes eine Funktion der Größe der Abschirmung ist. Die Bildung der Abschirmung ist diagramatisch in Fig. 4 wiedergegeben.
Die Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung des Spannungszustandes über den Spannungsfaktor. Aus einleuchtenden Gründen wird der Spannungsfaktor aktuell in Volt repräsentiert, ist jedoch tatsächlich ein ansteigender Spannungsfaktorwert, welcher einen ansteigenden effektiven Widerstand anzeigt, innerhalb eines Anschlusses zwischen der unteren Elektrode 13 und der Erdung. Wie deutlich wird, erzeugt ein niedrig effektiver Widerstand einen hohen Druckspannungszustand, während ein hoher effektiver Widerstand eine Zugspannung produziert. Es leuchtet ein, daß der ideale Arbeitszustand ein solcher ist, bei welchem die Druckspannung in Zugspannung übergeht, d. h. daß innerhalb des Filmes kein effektiver Spannungszustand vorliegt. Aus der graphischen Darstellung wird deutlich, daß dieses erzielt werden kann durch eine geeignete Auswahl des Spannungszustandsfaktors. Der ausgewählte Wert ändert sich von einer Vorrichtung zur andern und entsprechend den Verfahrensbedingungen, d. h. der Art des Arbeitsgases. Wenn er jedoch einmal für einen bestimmten Aufbau bestimmt worden ist, läßt sich der Spannungszustandsfaktor einfach auswählen oder variieren, wenn Differenzspannungszustandscharakteristika erforderlich sind.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 umfaßt die Spannungssteuereinheit 14 einen Anschluß 16, der sich zwischen der unteren Elektrode 13 und der Erdung erstreckt. Ein Transistor 17 befindet sich innerhalb des Anschlusses 16, um somit das Ausmaß des Spannungsabflusses von der Elektrode 13 zur Erdung zu steuern. Während die Spannung an dem Werkstück 15 variiert, ist es vorteilhaft, gleichzeitig einen Gleichrichter 18 in dem Anschluß 16 zwischen der Elektrode 13 und der Erdung vorzusehen. Der Transistor 17 wird gesteuert durch einen Komparator 19 in der Form eines Betriebsverstärkers, welcher die Spannung im Punkt 20 innerhalb des Anschlusses 16 vergleicht mit einer eingestellten Sollspannung im Punkt 21 und die Basis des Transistors 17 ansteuert, so daß sich die beiden Spannungen ausgleichen. Die eingestellte Sollspannung kann variiert werden, um ausgewählte Spannungszustandswerte zu erreichen. Es leuchtet ein, daß die Spannung im Punkt 20 direkt proportional ist der Spannung am Werkstück 15 und somit ist das Ergebnis eine Steuerung der Werkstückspannung und damit des Spannungzustands.
Es leuchtet ein, daß auch andere Schaltungen zur Steuerung des Spannungsschutzes zum Einsatz kommen können, wie z. B. ein variabler Widerstand. Die vorgeschlagene Schaltung ist jedoch besonders stabil und leicht zu betreiben.

Claims

1. Plasmaerregte Chemical-Vapour-Deposition(CVDP)-Vorrichtung mit einer, Kammer (11), einer Hochfrequenzeinrichtung zur Bildung eines Plasmas innerhalb der Kammer, einer Elektrode (13) zur Abstützung eines Werkstückes, einer Einrichtung zur Einführung eines Gases in die Kammer (11) derart, daß ein Film auf dem Werkstück deponierbar ist, sowie einer Einrichtung zum Anschluß der Elektrode an die Erdung über einen variablen Widerstand zur Ableitung der Spannung von der Elektrode.

2. Plasmaerregte CVDP-Vorrichtung mit einer Kammer (11), einer Hochfrequenzeinrichtung zur Bildung eines Plasmas innerhalb der Kammer, einer Elektrode (13) zur Abstützung eines Werkstückes, einer Einrichtung (14) zur Zuführung eines Gases in die Kammer derart, daß ein Film auf dem Werkstück deponierbar ist, einer ein Richtung zum Anschluß der Elektrode an die Erdung und einer einstellbaren Einrichtung zur Variation des effektiven Widerstandes des Anschlusses zwischen der Elektrode und der Erdung durch Einstellen des Stromes, der durch den Anschluß fließt und/oder des Spannungsabfalles über die Anschlußeinrichtung einschl, eines Transistors (17), der angeschlossen ist zur Steuerung des Ausmaßes des Spannungsabflusses von der Elektrode zur Erdung, und einer Einrichtung (19) zum Vergleich der Spannung an der Elektrode oder deren Anzeige mit einer vorbestimmten Sollspannung und zur Steuerung des Transistors (17) zur Abgleichung der Elektrodenspannung und der eingestellten Sollspannung oder deren Anzeigen.

3. Verfahren zur Steuerung des Spannungszustandes bei einer Plasmaerregten Chemical-Vapour-Deposition, bei welcher man ein Werkstück auf einer Elektrode (13) innerhalb einer Reaktorkammer (11) deponiert, ein Gas in die Kammer (11) einführt, die Werkstückelektroden (13) an die Erdung anschließt über einen variablen Widerstand und den Widerstand einregelt zur Abführung der Spannung an der Elektrode und somit Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Spannung an der Elektrode.