DE69723359T2

DE69723359T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils

Info

Publication number: DE69723359T2
Application number: DE69723359T
Authority: DE
Inventors: Osamu Kitakatsuragi-gun Sakai; Katsuhiko Kashiwara-shi Nomoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: DE69723359D1; USRE39064E1; US6142096A; JPH1032171A; EP0809274A1; JP3238082B2; EP0809274B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils und ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung, die für plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (nachfolgend als "Plasma-CVD-Vorrichtung" bezeichnet) oder zur Plasmaätzung geeignet sind. Plasma-CVD-Vorrichtungen werden in der Elektronikindustrie zum Herstellen eines Halbleiterfilms, wie eines Dünnfilms aus amorphem Siliciumhydrid (nachfolgend als "a-Si:H-Dünnfilm" bezeichnet) oder eines Isolierfilms verwendet. Plasmaätzvorrichtungen werden zur Bearbeitung eines Halbleiterbauteils, eines Flüssigkristallbauteils und dergleichen verwendet.
2. Beschreibung der einschlägigen Technik
Plasma-CVD-Vorrichtungen werden dazu verwendet, mittels Plasmaerregung und Plasmadissoziation eines Materialgases einen Dünnfilm abzuscheiden. Andererseits werden Plasma-Trockenätzvorrichtungen dazu verwendet, ein Halbleiterbauteil, ein Flüssigkristallbauteil und dergleichen zu bearbeiten. Plasma-Trockenätzvorrichtungen arbeiten auf Grundlage eines Prinzips, gemäß dem durch Plasmaanregung erzeugte Plasmateilchen und aktive Spezies zum Ätzen eines Films verwendet werden können. In jüngerer Zeit erden diese Vorrichtungen in weitem Umfang als Vorrichtungen zur Herstellung eines elektronischen Bauteils verwendet, um einen Metallfilm, einen Halbleiterfilm, einen dielektrischen Film, einen Wafer aus kristallinem Silicium und dergleichen abzuscheiden/zu bearbeiten.
In jüngerer Zeit nutzen viele dieser Vorrichtungen zur Herstellung eines elektronischen Bauteils aktuell eine Radiowelle (ungefähr 13,56 MHz, auch als "RF" oder "HF" bezeichnet) oder eine Mikrowelle (ungefähr 2,45 GHz, auch als "MW" bezeichnet) als Anregungsfrequenz einer Spannungsquelle zum Erzeugen des Plasmas.
Andererseits haben, hinsichtlich der Anregungsfrequenz einer hochfrequenten Spannungsquelle zum Erzeugen von Plasma, jüngere aktive Untersuchungen in der Plasmaforschung allmählich die Tatsache geklärt, dass Frequenzen im Bereich der o. g. zwei Frequenzen (z. B. ungefähr 100 MHz, auch als "VHF" bezeichnet) sowohl theoretisch als auch experimentell geeignete Eigenschaften zum Herstellen elektronischer Bauteile zeigen. Derartige Untersuchungen sind z. B. in den folgenden Dokumenten beschrieben:

(1) J. Vac. Sci. Technol. A10 (1992) 1080, von A. A. Howling et al.
(2) Plasma Sources Sci. Technol. 2 (1993) S. 40–45, von T. Kitamura et al.
(3) Plasma Sources Sci. Technol. 2 (1993) S. 26–29, von S. Oda
(4) Japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 6-77144.

Eine der obigen geeigneten Eigenschaften zur Herstellung elektronischer Bauteile besteht darin, dass die Plasmadichte proportional zum Quadrat der verwendeten Frequenz ansteigt. D. h., dass die Filmabscheidungsrate (oder die Ätzrate im Fall einer Ätzvorrichtung) proportional zum Quadrat der verwendeten Frequenz ansteigt. Eine andere der obigen geeigneten Eigenschaften besteht darin, dass eine hohe Plasmadichte bei relativ niedrigem Plasmapotenzial erzielt wird. Dies erlaubt es, "Plasmaschäden" (d. h. Schäden an einem Film oder einem Substrat, die durch Ionenspezies im Plasma hervorgerufen werden) selbst bei derartigen Hochgeschwindigkeits-Abscheide/Ätz-Bedingungen zu unterdrücken.
Auf dem Gebiet der Elektronikindustrie, wie der sogenannten "Riesen-Mikroelektronik" (wozu das Herstellen von Solarbatterien und Flüssigkristalldisplay-Vorrichtungen unter Verwendung eines a-Si:H-Dünnfilms oder lichtempfindlicher Schichten auf einer lichtempfindlichen Trommel usw. gehören) ist die Größe eines zu bearbeitenden groß (z. B. 40 cm bis 60 cm Länge). Demgemäß wird es, um für eine Vorrichtung einen höheren Durchsatz zu erzielen, unabdingbar, eine Reaktionskammer bereitzustellen, in der mehrere derartig große Substrate bearbeitet werden können. In ähnlicher Weise ist es für Halbleiter-Herstellvorrichtungen sehr wichtig, dazu in der Lage zu sein, eine Anzahl von Substraten gleichzeitig zu bearbeiten, um einen hohen Durchsatz zu realisieren. Aus diesen Gründen ist es wesentlich, die Größe der Reaktionskammer zu erhöhen und dadurch die Vorrichtungsgröße zu erhöhen (d. h. die Größe des Reaktionsbereichs, genauer gesagt, die Fläche einer Kathodenelektrode und einer Anodenelektrode).
Jedoch ist bei den in den obigen Dokumenten (1) bis (4) beschriebenen Vorrichtungen der Reaktionsbereich ziemlich klein in Bezug auf die Wellenlänge der Hochfrequenzspannung zur Plasmaanregung. Z. B. beträgt für eine Frequenz von 100 MHz die Wellenlänge ungefähr 3 m, während der Reaktionsbereich nur ungefähr 10 cm oder weniger beträgt. So wurde bisher der Reaktionsbereich dieser Vorrichtungen nicht ausreichend groß gemacht, und es wurden keine Vorrichtungen zur Herstellung eines elektronischen Bauteils realisiert, die für das Gebiet der Elektronikindustrie betreffend die Riesen-Mikroelektronik geeignet wären.
Gemäß den Erfindern der vorliegenden Erfindung besteht der Grund, weswegen der Reaktionsbereich in Bezug auf Wellenlänge entsprechend der Anregungsenergiefrequenz im VHF-Bereich so klein gemacht werden muss, der Folgende: wenn der Umfang des Reaktionsbereichs so groß wie die der Anrequngsenergiefrequenz im VHF-Bereich entsprechende Wellenlänge wird, beginnen darin erzeugte elektromagnetische Welleneigenschaften einer Welle zu zeigen, die sich über den Reaktionsbereich hinweg ausbreitet. Dies bewirkt eine Änderung der elektromagnetischen Eigenschaften in der Reaktionsvorrichtung. Eine derartige Änderung führt zur Erzeugung eines strukturmäßig komplizierten Plasmas, das nicht kontrolliert werden kann.
Nachfolgend wird ein derartiger Effekt auf Grundlage von Ergebnissen von Versuchen weiter beschrieben, wie sie unter Verwendung einer in der 17 dargestellten herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung 800 ausgeführt wurden. Die Elektrodengröße der verwendeten Plasma-CVD-Vorrichtung 800 betrug ungefähr 700 mm × 700 mm.
Wenn mit der Plasma-CVD-Vorrichtung 800 ein Plasma unter Verwendung einer Frequenz von ungefähr 13,56 MHz bis ungefähr 20 MHz erzeugt wurde, trat eine elektrische Entladung nur in einem normalen Zwischenelektrodenbereich, d. h. in einem zwischen einer Kathodenelektrode 81 und einer Anodenelektrode 82 (sh. die 18) gebildeten Reaktionsbereich 83 auf. Jedoch wurde geklärt, dass dann, wenn eine Frequenz von ungefähr 27,12 MHz bis ungefähr 35 MHz verwendet wurde, eine elektrische Entladung nicht nur im Reaktionsbereich 83 sondern auch in ortsmäßig anormalen Bereichen auftrat (d. h. in anderen Bereichen als dem normalen Zwischenelektrodenbereich, die für die Filmabscheidung irrelevant sind). Zu den örtlich anormalen Bereichen gehören Seitenbereiche 101 neben dem Reaktionsbereich 83 (d. h. Bereiche, die zwischen der Seitenwand der Reaktionskammer und jedem Ende der Elektroden 81 und 82 ausgebildet sind) sowie ein Bereich 102 hinter der Anodenelektrode 82.
Es wurde auch geklärt, dass dann, wenn die Frequenz auf ungefähr 40,68 MHz erhöht wurde, im normalen Zwischenelektroden-Reaktionsbereich 83 keine elektrische Entladung mehr auftrat und eine solche stattdessen nur in den örtlich anormalen Bereichen wie den Seitenbereichen 101 und dem Bereich 102 auftrat. Im Ergebnis trat ein anormaler Umstand auf, in dem auf einem Substrat (oder einem Wafer) auf dem normalerweise ein Film abgeschieden wird, kein Film abgeschieden wurde, obwohl das Substrat korrekt auf der Oberfläche der Anodenelektrode 82 in Kontakt mit dem Reaktionsbereich 83 platziert war.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten weitere Untersuchungen zu einer derartigen anormalen Entladung aus, während sie die Größe der herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung 800 variierten. Unter den untersuchten Vorrichtungen mit jeweils einer quadratischen Kathodenelektrode 81 zeigte eine relativ kleine Vorrichtung mit einer Kathodenelektrode 81 von ungefähr 200 mm auf 200 mm eine hervorgerufene Entladung ausschließlich zwischen den Elektroden bei einer Frequenz bis zu ungefähr 81,36 MHz. Jedoch nahm, wie es aus der 19 erkennbar ist, wenn die Größe der Kathodenelektrode 81 erhöht wurde, die Obergrenze der Frequenz, bei der eine normale Zwischenelektrodenentladung erzielt wurde, ab.
Wenn die Größe der Kathodenelektrode 81 ungefähr 1200 mm auf 1200 mm betrug, wurde eine normale Zwischenelektrodenentladung nur bei einer Frequenz bis zu ungefähr 13,56 MHz erzielt. Darüber hinaus trat bei einer Frequenz von ungefähr 40,68 MHz oder darüber nur örtlich anormale Entladung auf (d. h. eine Entladung, die in Bereichen außerhalb des Reaktionsbereichs zwischen Elektroden auftrat), so dass auf dem auf der Oberfläche der Anodenelektrode 82 platzierten Substrat kein Film abgeschieden wurde.
So wurde geklärt, dass es, wegen der örtlich anormalen Entladung, nicht möglich ist, eine herkömmliche Plasma-CVD-Vorrichtung 800 mit einer Frequenz im VHF-Bereich zu verwenden, um für eine elektrische Entladung über ein großes Gebiet für großflächige Filmabscheidung zu sorgen.
Wenn eine derartige örtlich anormale Entladung untersucht wurde, wobei als Parameter der Wert der zur Anregung verwendeten Hochfrequenz und die Größe der Plasma-CVD-Vorrichtung 800 verwendet wurden, zeigte es sich, dass örtlich anormale Entladung gemeinsam mit normaler Zwischenelektrodenentladung im Bereich auftritt, wie er in der unten folgenden Gleichung (4) definiert ist und in der 19 dargestellt ist. D ≥ (1/16)·λ (4)wobei D die Länge einer Seite einer quadratischen Kathodenelektrode bezeichnet;
λ die Wellenlänge (d. h. den Wert Lichtgeschwindigkeit/Frequenz) der Hochfrequenzspannung zur Anregung bezeichnet.
Es wurde auch geklärt, dass im durch den unten folgenden Ausdruck (5) definierten Bereich der Elektrodengröße D keine Entladung zwischen Elektroden auftrat sondern stattdessen Entladung nur außerhalb des Zwischenelektrodenbereichs auftrat: D ≥ (1/8)·λ (5)
Bekannte Verfahren zum Steuern eines mit einer hohen Frequenz im RF-Bereich erzeugten Plasmas sind z. B. das Einfügen eines Gleichspannungen sperrenden Kapazitätselements oder das Anbringen eines Impedanzeinstellelements um eine Elektrode herum.
Das erstere Verfahren ist z. B. "Glow Discharge Processes" von John Wiley & Sons (1980) B. Chapmann beschrieben, während das letztere z. B. in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 58-145100 und der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 6-61185 beschrieben ist.
Ein Gleichspannungen sperrendes Kapazitätselement als Impedanzeinstellelement wird normalerweise an einer Stelle außerhalb der Reaktionsvorrichtung, wo das Element entfernt von der Kathodenelektrode liegt, eingesetzt. Insbesondere wird, gemäß dem in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 58-145100 beschriebenen Verfahren, das Impedanzeinstellelement zwischen Innenabschnitte einer Kathodenelektrode eingeführt. Andererseits wird, gemäß dem in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 6-61185 beschriebenen Verfahren, das Element zwischen das Massepotenzial und eine der Kathodenelektrode gegenüberstehende Elektrode eingeführt.
Jedoch können diese Techniken nur bei Verfahren angewandt werden, die darauf abzielen, die Plasmaerzeugung unter der Annahme zu steuern, dass eine hohe Frequenz im RF-Bereich verwendet wird. Da diese Verfahren bei einer Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils angewandt werden, die eine hohe Frequenz im VHF-Bereich verwendet, können die o. g. Probleme aus den folgenden Gründen nicht gelöst werden.
Beispielsweise sei eine kapazitiv gekoppelte Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils betrachtet, deren Kathoden- und Anodenelektrode parallele Plattenelektroden sind, und die eine große Vorrichtung mit einem Reaktionsbereich oder einer Elektrode mit einer Abmessung von ungefähr 1 m ist. Wie es in der 17 dargestellt ist, wird, um einen Film unter Verwendung einer kapazitiv gekoppelten Vorrichtung abzuschalten oder zu ätzen, Plasma in einem Bereich 83 (der ein Materialgas enthält) zwischen der Kathodenelektrode (Hochfrequenz-Anregungselektrode) 81 und der ihr gegenüberstehenden Anodenelektrode 82 mit Massepotenzial für eine Gleichspannung erzeugt, um das Materialgas zu dissoziieren.
Wenn die Hochfrequenz zur Anregung im HF-Bereich liegt, kann die Impedanz zwischen den Elektroden 81 und 82 als kapazitive Komponente betrachtet werden. In einem solchen Fall wird ein Plasma zwischen den Elektroden 81 und 82 erzeugt, so dass eine Filmabscheidung auf normale Weise bewerkstelligt wird.
Wenn jedoch eine Frequenz im VHF-Bereich verwendet wird, beginnt die Hochfrequenz zur Anregung Eigenschaften als elektromagnetische Welle zu zeigen, die sich über den Reaktionsbereich ausbreitet. Demgemäß beginnt eine Gruppe von Leitern um den Reaktionsbereich eine Induktivitätkomponente zu zeigen, so dass, bei einer bestimmten Frequenz, zwischen dem Leiter und einer potenzialfreien Kapazität des Kathodenelektrodes 81 Parallelresonanz auftritt. Dann wird die Impedanz im Bereich zwischen den Elektroden 81 und 82 ziemlich groß, so dass der äquivalente Zwischenelektrodenbereich ein unendlich großer Raum wird. In diesem Fall ist es schwierig, zwischen den Elektroden 81 und 82 ein Plasma zu erzeugen.
Um dieses Problem zu lösen, ist es erforderlich, die Impedanz zwischen einem Teil der Vorrichtung auf dem Massepotenzial und der Kathodenelektrode 81 zu kontrollieren. Es ist schwierig, dies auf Grundlage von Verfahren wie dem herkömmlichen Steuerverfahren des Einfügens eines die Gleichspannung sperrenden kapazitiven Elements oder des Verfahrens auszuführen, wie es in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 58-145100 oder der japani schen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 6-61185 beschrieben ist.
Wie es in der 17 dargestellt ist, wird das aus einem Kondensator bestehende, die Gleichspannung sperrende kapazitive Element 87 in Reihe zwischen die Kathodenelektrode 81 und eine Hochfrequenz-Spannungsquelle (Hochfrequenz-Spannungsgenerator) 84 eingefügt. Daher ist es nicht möglich, den oben erörterten Wert der potenzialfreien Kapazität zu kontrollieren. Darüber hinaus variiert, entsprechend dem in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 58-145100 beschriebenen Verfahren, die Impedanz zwischen der Kathodenelektrode und einem externen Schaltkreis nicht wesentlich. Ferner kann, gemäß dem in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 6-61185 beschriebenen Verfahren, die Impedanz der Kathodenelektrodenseite nicht gesteuert werden, da das Impedanzeinstellelement seitens der Anodenelektrode vorhanden ist.
Genauer gesagt, tritt bei der in der 17 dargestellten Plasma-CVD-Vorrichtung 800, wenn die Ausbreitung einer hohen Frequenz im RF-Bereich betrachtet wird, die potenzialfreie Kapazitätskomponente C_F [C/V = F] hauptsächlich unter dem Kathodenelektrode 81 auf, und der Reaktionsbereich (oder der Zwischenelektrodenbereich) 83 zwischen der Kathodenelektrode 81 und der Anodenelektrode 82 wird zu einem Induktivitätäquivalent L_G [Wb/A = H].
Hier ist die potenzialfreie Kapazität C_F durch den unten angegebenen Ausdruck (8) gegeben: CF = ε·S1/d0 (8)wobei d₀ den Abstand zwischen Flächen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode, die einander gegenüberstehen, bezeichnet.
Unter Verwendung einer Annäherung mit kurzgeschlossenem Wellenleiter ist die Induktivität L_G durch den unten folgenden Ausdruck (9) gegeben: LG = Axtan{(2π·f·S2/c)}/(2π·f) (9)wobei ε die Dielektrizitätskonstante [C/V·m) bezeichnet,
S₁ die Öffnungsfläche [m²] der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode bezeichnet,
d den Abstand [m] zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelek trode bezeichnet,
f eine Frequenz [l/s] bezeichnet,
S₂ die Länge [m] des Zwischenelektrodenbereichs entlang der Elektrodenebene bezeichnet und
c die Lichtgeschwindigkeit [m/s] bezeichnet.
"A" im obigen Ausdruck (9) ist eine Konstante, die durch den folgenden Ausdruck (10) angegeben werden kann: A = (d/W)·√(μ/ε) (10)wobei W die Elektrodenbreite [m] bezeichnet,
μ die Dielektrizitätskonstante [Wb/A] bezeichnet.
Da die potenzialfreie Kapazität C_F und die Induktivität L_G für eine Parallelverbindung zwischen der Kathodenelektrode 81 und dem Massepegel sorgen, wie es aus der 17 erkennbar ist, tritt, wenn die Frequenz f der durch den unten folgenden Ausdruck (11) definierten Parallelresonanzfrequenz f₀ entspricht, Parallelresonanz auf, und die Impedanz im Reaktionsbereich 83 zwischen den Elektroden 81 und 82 nimmt bis auf unendlich zu: f0 = 1/{2π·√(LGCF) (11)
D. h., dass dann, wenn die Frequenz f der hochfrequenten Erregung der Parallelresonanzfrequenz f₀ entspricht oder ungefähr entspricht, keine Plasmaerzeugung zwischen den Elektroden 81 und 82 erwartet werden kann.
Demgemäß entsteht das Erfordernis, die Impedanz im Reaktionsbereich 83 zu kontrollieren. Da jedoch die Größe des Reaktionsbereichs durch die Größe des Substrats bestimmt ist, auf dem ein Film abgeschieden wird, ist es in der Praxis schwierig, die Größe der Induktivität L_G des Reaktionsbereichs 83 zu variieren.
Aus den obigen Gründen bestand eine Einschränkung hinsichtlich einer Vergrößerung der Vorrichtungsgröße (d. h. der Größe des Reaktionsbereichs) der herkömmlichen Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils unter Verwendung einer hohen Frequenz im VHF-Bereich. Demgemäß war es nicht möglich, die Massenherstellbarkeit für elektronische Bauteile zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erscheinungsformen der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt.
Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Demgemäß ermöglicht die hier beschriebene Erfindung die folgenden Vorteile: (1) Bereitstellen einer Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, in der der Reaktionsbereich selbst dann größer gemacht werden kann, wenn eine hohe Frequenz im VHF-Bereich als Hochfrequenz einer Plasmaanregungs-Spannungsquelle verwendet wird, und die demgemäß die Massenherstellbarkeit elektronischer Bauteile auf dem Gebiet der Elektronikindustrie wie der sogenannten "Riesen-Mikroelektronik" (wozu die Herstellung von Solarbatterien und Flüssigkristalldisplay-Vorrichtungen unter Verwendung eines a-Si:H-Dünnfilm oder lichtempfindlicher Trommeln usw. gehört) beträchtlich verbessert; (2) Bereitstellen einer Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, in der Plasmaschäden (d. h. Schäden an einem Film oder einem Substrat wegen Ionenspezies im Plasma) selbst bei Hochgeschwindigkeits-Abscheide/Ätz-Bedingungen unterdrückt werden können, wodurch elektronische Bauteile mit verbesserter Qualität hergestellt werden können; und (3) Bereitstellen zur Herstellung eines elektronischen Bauteils unter Verwendung einer derartigen Herstellvorrichtung.
Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Beispiels 1 der Erfindung, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
2 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen einer Kathodenelektrode und einer Anodenelektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung des Beispiels 1.
3 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Beispiels 2 der Erfindung, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
4 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen einer Kathodenelektrode und einer Anodenelektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung des Beispiels 2.
5 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Beispiels 3, bei dem die Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
6 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Beispiels 4, bei dem die Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
7 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen einer Kathodenelektrode und einer Anodenelektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung des Beispiels 4.
8 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Beispiels 5, bei dem die Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
9 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen einer Kathodenelektrode und einer Anodenelektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung des Beispiels 5.
10 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Beispiels 6, bei dem die Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
11 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen einer Kathodenelektrode und einer Anodenelektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung des Beispiels 6.
12A ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Beispiels 7, bei dem die Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
12B ist eine schematische Draufsicht zum Veranschaulichen der Elektrodenstruktur bei der Vorrichtung des Beispiels 7.
13 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen einer Kathodenelektrode und einer Anodenelektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung des Beispiels 7.
14 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Parallelresonanzfrequenz f₀ und der Impedanzeinstellkapazität C_C gemäß einem Beispiel 8 der Erfindung, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
15 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Parallelresonanzfrequenz f₀ und der Impedanzeinstellkapazität C_C gemäß einem Beispiel 8, wobei die Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
16 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Parallelresonanzfrequenz f₀ und der Impedanzeinstellkapazität C_C gemäß einem Beispiel 10, wobei die Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist.
17 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen einer herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung.
18 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen, wie bei einer Plasma-CVD-Vorrichtung eine örtlich anormale Entladung auftritt.
19 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Länge einer Seite einer Kathodenelektrode und einer Hochfrequenz zur Anregung.
20 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen einer Kathodenelektrode und einer Anodenelektrode bei der in der 17 dargestellten herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung allgemein unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Insbesondere ist, wie beim in der 1 dargestellten Beispiel, ein aus einem Kondensator bestehender Impedanzeinstellkondensator 10 zwischen eine Kathodenelektrode 1a und ein aus einem Kondensator bestehendes kapazitives Element 7 zum Sperren einer Gleichspannung eingefügt. Hierbei repräsentiert C_C die Kapazität des Zmpedanzeinstellkondensators 10; und C_B repräsentiert die Kapazität des kapazitiven Elements 10 zum Sperren einer Gleichspannung. Die in der 1 dargestellte Kathodenelektrode verfügt, abweichend von der in der 17 dargestellten Kathodenelektrode 81, über eine obere und eine untere Kathodenelektrode 1a und 1b, die elektrisch miteinander verbunden sind. Eine Kapazität C_C wird durch Anschließen des Impedanzeinstellkondensators 10, der auch als kapazitives Element zum Sperren einer Gleichspannung dient, in Reihe zwischen diese Kathodenelektroden 1a und 1b gebildet.
Daher ist die Stärke C der Kapazität der gesamten Kathodenelektrode durch den unten folgenden Ausdruck (12) gegeben: C = 1/{(1/CF) + (1/CC)} (12)
Demgemäß kann der Wert C dadurch um einen großen Wert gegenüber dem Wert C_F geändert werden, dass die Stärke von C_C auf die von C_F oder darunter eingestellt wird. Im Ergebnis kann, gemäß der Erfindung, die Parallelresonanzfrequenz f₀ entfernt vom Hochfrequenzbereich zur Anregung gehalten werden. Durch diese Struktur ist es sehr einfach, Parallelresonanz selbst dann zu vermeiden, wenn als Hochfrequenz zur Anregung eine hohe Frequenz im VHF-Bereich verwendet wird.
Im Allgemeinen beginnt, wenn die Frequenz f einer Hochfrequenzspannung ansteigt, jeder Leiter, der mit der Spannung versorgt wird, eine kapazitive Komponente in Bezug auf das Massepotenzial zu zeigen. Demgemäß erscheint selbst an Stellen, an denen die kapazitive Komponente vernachlässigbar ist, wenn Gleichspannungen oder Hochfrequenzen im RF-Bereich verwendet werden, in einem Hochfrequenzbereich eine kapazitive Komponente, um eine potenzialfreie kapazitive Komponente zu variieren. Daher muss mit Parallelresonanz in Zusammenhang mit der zusätzlich bei einem Frequenzanstieg erzeugten potenzialfreien kapazitiven Komponente C_F gerechnet werden. Angesichts dieser Tatsache muss die Impedanzeinstellkapazität C_C eingesetzt werden, um die potenzialfreie kapazitive Komponente wesentlich zu senken.
Die Parallelresonanzfrequenz kann auch kontrolliert werden, ohne dass ein zusätzliches Schaltelement, wie der Kondensator 10 angebracht wird.
Z. B. kann, wie es in der 3 dargestellt ist, die Parallelresonanzfrequenz dadurch kontrolliert werden, dass eine Kathodenelektrode 1a gegenüber einer Hochfrequenz-Spannungsgeneratorquelle 4 dadurch isoliert wird (hinsichtlich einer Gleichspannung), dass ein Dielektrikum 11 und dergleichen zwischen ein Paar aus den Kathodenelektroden 1a und 1b eingefügt wird. Dies ist möglich, da Parallelresonanz immer noch leicht vermieden werden kann, wie im Fall der 1, da für hochfrequente Spannungen eine derartige Isolierung dem Einfügen der kapazitiven Komponente entspricht.
Ein derartiges Isolieren ist dann besonders vorteilhaft, wenn kein ausreichender Raum um die Kathodenelektrode herum existiert, in den ein Kondensator eingesetzt werden könnte.
Dem Grunde nach tritt Parallelresonanz aufgrund von Schwankungen in der Stärke L_G der induktiven Ersatzkomponente (d. h. einer Induktivität L_G) zwischen der Kathodenelektrode 1 oder 1a und einer Stelle (z. B. einer in den 1, 3, 6 usw dargestellten Anodenelektrode 2), die der Elektrodenfläche der Kathodenelektrode 1 oder 1a zugewandt ist und Massepotenzial zeigt, auf. Darüber hinaus ist, wie oben beschrieben, die Induktivität L_G durch eine periodische Funktion in Bezug auf eine Frequenz ausgedrückt. Daher tritt Parallelresonanz wiederholt bei einer Anzahl verschiedener Frequenzen auf.
Wenn jedoch tatsächlich eine Solarbatterie zur Spannungsversorgung oder dergleichen unter Verwendung einer Plasma-CVD-Vorrichtung abgeschieden wird, sollte die Größe der Vorrichtung (Reaktionsbereich) ungefähr 1 m betragen. Unter Berücksichtigung dieser Vorrichtungsgröße wird die Parallelresonanzfrequenz f₀ der niedrigsten Ordnung (wenn eine Hochfrequenz im VHF-Bereich verwendet wird) problematisch. Wenn z. B. die Vorrichtungsgröße ungefähr 1,6 m auf 1,6 m beträgt, beträgt die Induktivität L_G ungefähr 0,02 bis 0,05 μH, während die potenzialfreie Kapazität C_F im Bereich von einigen hundert bis einigen tausend pF liegt. Demgemäß beträgt die Parallelresonanzfrequenz f₀ der niedrigsten Ordnung ungefähr 40 bis 100 MHz.
In einem derartigen Fall ist es wünschenswert, damit eine beliebige Frequenz aus dem RF-Bereich bis zum VHF-Bereich zur Anregung verwendet werden kann, dass die Parallelresonanzfrequenz f₀ so eingestellt werden kann, dass sie den Frequenzbereich der hohen Anregungsfrequenzen überschreitet.
Um dies zu bewerkstelligen, ist es erforderlich, wie es aus dem obigen Ausdruck (12) erkennbar ist, die Stärke der Gesamtkapazität C (wenn die Impedanzeinstellkapazität C_C und die potenzialfreie Kapazität C_F in Reihe miteinander verbunden werden) so einzustellen, dass dem unten folgenden Ausdruck (1) genügt ist: C ≤ 1/{LG·(2π·f)2} (1)
Die Parallelresonanzfrequenz f₀ kann auch dadurch kontrolliert werden, dass die durch eine Spule 12 gebildete induktive Komponente L_G parallel zur potenzialfreien Kapazität C_F eingefügt wird. Die Parallelresonanzfrequenz f₀ kann auf diese Weise erhöht werden, da eine derartige Parallelverbindung als Ersatzkapazität mit der Stärke C_F – 1/{(2π·f)²·L_C} dient. Es ist zu beachten, dass die Induktivität L_C (d. h. der Wert der Impedanzeinstellinduktivität) C_F – 1/{(2π·f)²·L_C} = 0 genügen muss. D. h., dass die Induktivität L_C den Wert 1/{(2π·f)²·C_F} (d. h. den Wert, bei dem die Stärke der Ersatzkapazität minimal wird) oder höher aufweisen muss. Anders gesagt, muss der folgende Ausdruck (2) erfüllt sein. LC ≥ 1/{(2·π·f)2·CF} (2)
Allgemein gesagt, bildet, wie oben beschrieben, wenn die Frequenz f einer anzulegenden Hochfrequenzspannung ansteigt, jeder mit der Spannung zu versorgende Leiter eine kapazitive Komponente in Bezug auf den Massepegel. Demgemäß ist es erforderlich, Parallelresonanz in Verbindung mit der potenzialfreien kapazitiven Komponente C_F, wie sie bei einem Frequenzanstieg zusätzlich erzeugt wird, zu berücksichtigen und die Induktivität L_C der Impedanzeinstellinduktivität so einzustellen, dass die potenzialfreie kapazitive Komponente C_F beträchtlich gesenkt wird.
Obwohl als Impedanzeinstellinduktivität 12 eine Spule mit der Induktivität L_C verwendet ist, ist es auch möglich, wie es unten beim in der 6 dargestellten Beispiel 4 beschrieben wird, die Parallelresonanzfrequenz durch eine andere Maßnahme als das Bereitstellen einer Spule zu steuern. Z. B. kann dies durch Kurzschließen der Kathodenelektrode 1 mit dem Massepegel für eine Gleichspannung unter Verwendung einer Kupferplatte oder dergleichen bewerkstelligt werden. Dies ist möglich, da, für hochfrequente Spannungen, ein derartiges Kurzschließen dem Einfügen der Impedanzeinstellinduktivität 12 entspricht.
Ein derartiges Kurzschließen ist insbesondere dann von Vorteil, wenn um die Kathodenelektrode 1 herum kein ausreichender Raum für eine dort einzusetzende Spule vorhanden ist.
Eine andere Lösung für das obige Problem besteht im vollständigen Beseitigen von Parallelresonanz. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass die aus der Spule 12 gebildete induktive Komponente L_C parallel zur potenzialfreien Kapazität C_F eingesetzt wird. Eine derartige Parallelverbindung dient als Ersatzinduktivität mit der Stärke (2π·f)·L_C/{1 – (2π·f)²·L_C·C_F}. So ist es möglich, die kapazitive Komponente zu beseitigen, die Parallelresonanz erzeugt, so dass nur die induktive Ersatzkomponente um die Kathodenelektrode 1 herum existiert. Hierbei muss die Stärke der kapazitiven Komponente L_C der Impedanzeinstellinduktivität kleiner als 1/{(2·π·f)²·C_F} (wobei die Ersatzinduktivität einen positiven Wert einnimmt). D. h., dass die induktive Komponente L_C der Impedanzeinstellinduktivität so eingestellt wird, dass der unten angegebene Ausdruck (3) erfüllt ist: LC < 1/{(2·π)2·CF) (3)
Bei der herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung 800, wie in der 19 dargestellt, tritt eine örtlich anormale Entladung auf, wenn die Elektrodenlänge D größer als 1/16 der Wellenlänge λ der Hochfrequenzspannung zur Anregung ist.
Angesichts dieser Tatsache wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die Länge D der Kathodenelektrode so eingestellt, dass sie den unten folgenden Ausdruck (4) erfüllt: D ≥ (1/16)·λ (4)
Demgemäß kann eine örtlich anormale Entladung unterdrückt werden. Durch diese Struktur ist es möglich, eine elektrische Entladung über ein größeres Gebiet zu realisieren und dadurch einen Film mit größerer Fläche unter Verwendung einer Hochfrequenz im VHF-Bereich abzuscheiden.
Bei der herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung 800, wie in der 17 dargestellt, tritt nur die örtlich anormale Entladung ohne normale Zwischenelektrodenentladung auf, wenn die Elektrodenlänge D größer als 1/8 der Wellenlänge λ der Hochfrequenzspannung zur Anregung ist.
Angesichts dieser Tatsache wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die Größe D der Kathodenelektrode so eingestellt, dass der unten folgende Ausdruck (5) erfüllt ist: D ≥ (1/8)·λ (5)
Demgemäß kann eine örtlich anormale Entladung verhindert werden. Durch diese Struktur ist es ebenfalls möglich, eine elektrische Entladung über ein größeres Gebiet zu realisieren und dadurch einen Film mit größerer Fläche unter Verwendung einer Hochfrequenz im VHF-Bereich abzuscheiden.
Darüber hinaus kann durch Absenken des Werts C_C der Impedanzeinstell-Kapazitätskomponente unter Erfüllung des obigen Ausdrucks (1) die Parallelresonanzfrequenz f₀ bis zum durch den unten folgenden Ausdruck (13) angegebenen Wert angehoben werden: f0 = c/λ = c/2D0 (13)wobei D₀ die Maximallänge der Reaktionskammer parallel zur Elektrodenebene bezeichnet,
λ die Wellenlänge der Hochfrequenzspannung zur Anregung bezeichnet,
c die Lichtgeschwindigkeit bezeichnet.
In diesem Fall ist die potenzialfreie Ersatzkapazität C_F durch den obigen Ausdruck (8) wiedergegeben, und wenn die kapazitive Komponente C_C abnimmt, nähert sich die Kapazität C im Ausdruck (12) dem Wert 0 an. Demgemäß wird der Einfluss der potenzialfreien Kapazität C_F beseitigt.
Darüber hinaus ist, wenn der obige Ausdruck (13) erfüllt ist, D₀ durch den unten angegebenen Ausdruck (14) angegeben: D0 = (1/2)·π (14)
Hierbei repräsentiert der Ausdruck (14) den Zustand, bei dem eine stehende Welle existiert. Demgemäß ist erkennbar, wenn S₂ im Ausdruck (9) für D₀ eingesetzt wird, die Impedanz maximal wird, d. h., dass sie alleine aufgrund des Zwischenelektrodenbereichs und der Wellenleiterstruktur der Reaktionskammer einer Parallelresonanz physikalisch äquivalent wird. Daher kann, wenn D₀ so eingestellt wird, dass dieser Wert den unten folgenden Ausdruck (6) erfüllt, Parallelresonanz bei jeder gewünschten Frequenz unterdrückt werden: D0 ≤ (1/2)·π (6)
Angesichts dieser Tatsache wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die maximale Länge D₀ der Reaktionskammer parallel zur Elektrodenebene so eingestellt, dass der obige Ausdruck (6) erfüllt ist.
Dasselbe gilt auch für den Fall, dass der Wert L_C, der dem obigen Ausdruck (2) genügt, als Impedanzeinstellelement anstelle der Impedanzeinstell-Kapazitätskomponente C_C verwendet wird.
Wenn D₀ nicht frei variiert werden kann, ist es wirkungsvoll, eine induktive Komponente L_C zu verwenden, die den obigen Ausdruck (3) erfüllt. In einem solchen Fall existiert im Wesentlichen keine potenzialfreie Kapazität C_F, wobei L_C parallel zur L_G existiert. D. h., dass L_C den Wert L_G absenkt, wie im nachfolgend angegebenen Ausdruck (15): L = 1(1/LG + 1/LC) (15)
Demgemäß wird der Wert D₀ im obigen Ausdruck (13) entsprechend abgesenkt.
Daher ist es unter Verwendung eines Werts L_C, der dem obigen Ausdruck (3) genügt, möglich, Parallelresonanz zu vermeiden oder die Impedanz unabhängig vom obigen Ausdruck (6), der die Obergrenze von D₀ definiert, zu maximieren. So ist es möglich, im durch den unten angegebenen Ausdruck (7) definierten Bereich Zwischenelektrodenentladung zu erzielen, was unter Verwendung des Werts C_C oder L_C, der dem obigen Ausdruck (2) genügt, schwierig ist: D0 ≥ (1/2)·π (7)
Angesichts dieser Tatsache wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die maximale Länge D₀ der Reaktionskammer parallel zur Elektrodenebene so eingestellt, dass der obige Ausdruck (7) erfüllt ist.
Darüber hinaus ist es unter Verwendung einer Kombination der kapazitiven Komponente C_C und der induktiven Komponente L_C, die dem obigen Ausdruck (3) genügt, möglich, die Parallelresonanzfrequenz auf den Wert f₀ im Ausdruck (13) oder darüber zu erhöhen, was jedoch vom Wert C_C abhängt. So ist es möglich, Parallelresonanz zu vermeiden oder die Impedanz im durch den Ausdruck (7) definierten Bereich zu maximieren.
Nachfolgend werden veranschaulichende Beispiele der Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils entsprechend Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
(Beispiel 1)
Die 1 veranschaulicht eine Vorrichtung 100 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 1 der Erfindung. Die Vorrichtung 100 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils ist als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert. Die Vorrichtung 100 verfügt über eine Reaktionskammer 6 mit rechteckigem Querschnitt. Die Anodenelektrode 2, die obere Kathodenelektrode 1a und die untere Kathodenelektrode 1b sind innerhalb der Reaktionskammer 6 vorhanden. Eine Bodenwand 60 der Reaktionskammer 6 ist in ihrer rechten Hälfte (in der Figur) an derselben geerdet. Die Anodenelektrode 2 ist elektrisch mit einer oberen Wand 61 der Reaktionskammer 6 verbunden, um geerdet zu sein.
Die Bodenwand 60 verfügt über eine Öffnung in der Mitte ihrer Länge. Die Öffnung ist gegen die Wand der Reaktionskammer 6 isoliert. Unterhalb der Öffnung ist eine Hochfrequenz-Spannungsgeneratorquelle 4 vorhanden. Das aus einem Kondensator bestehende kapazitive Element 7 (C_B) zum Sperren einer Gleichspannung ist in Reihe zwischen die Hochfrequenz-Spannungsgeneratorquelle 4 und die untere Kathodenelektrode 1b geschaltet. Ein Gaseinlass 5 ist durch eine Seitenwand 62 der Reaktionskammer 6 an irgendeinem Ort geringfügig zum oberen Ende ausgehend vom vertikalen Mittelpunkt der Seitenwand 62 vorhanden. Durch den Gaseinlass 5 wird ein Materialgas in die Reaktionskammer 6 eingeleitet.
außerdem ist bei der Vorrichtung 100 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils die durch einen Kondensator 10 gebildete Impedanzeinstellkapazität in Reihe zwischen die obere Kathodenelektrode 1a und die untere Kathoden elektrode 1b geschaltet. Zwischen der Anodenelektrode 2 und der oberen Kathodenelektrode 1a ist ein Reaktionsbereich 3 gebildet. In den Reaktionsbereich 3 wird ein Substrat eingesetzt, auf dem ein Dünnfilm abzuscheiden ist.
Hierbei beträgt die Größe des Reaktionsbereichs 3 (oder die Vorrichtungsgröße) ungefähr 1,6 m × 1,6 m (als Querschnittsfläche des Reaktionsbereichs 3 parallel zur Ebene der Elektrode). Die jeweiligen Flächen der Kathodenelektrode 1a und der Anodenelektrode 2 betragen ungefähr 700 mm auf 700 mm. Der Wert C_F der zwischen der unteren Kathodenelektrode 1b und der Bodenwand 60 der Reaktionskammer 6 gebildeten potenzialfreien Kapazität beträgt ungefähr 800 pF.
Als Materialgas wird ein Mischgas von Silan und Wasserstoff verwendet. Die Hochfrequenz-Spannungsgeneratorquelle 4 verfügt über eine Hochfrequenz-Spannungsquelle und eine Anpassungsschaltung (nicht dargestellt), während ein variabler Reihenkondensator (20 bis 1000 pF) in der Anpassschaltung als Kondensator 7 verwendet wird, der das kapazitive Element C_B zum Sperren einer Gleichspannung bildet.
Als Nächstes werden Vorteile der Plasma-CVD-Vorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1 der Erfindung gegenüber der in der 17 dargestellten herkömmlichen Vorrichtung 800 beschrieben. Die 20 zeigt die Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen der Kathodenelektrode 81 und der Anodenelektrode 82 der in der 17 dargestellten herkömmlichen Vorrichtung 800. Wie es aus der 20 erkennbar ist, wird bei dieser herkömmlichen Vorrichtung 800 Parallelresonanz bei einer Frequenz f von ungefähr 45 MHz beobachtet. Wenn tatsächlich Hochfrequenzleistung von einer frequenzvariablen Hochfrequenz-Spannungsgeneratorquelle 84 in die Vorrichtung eingeleitet wurde, trat normale Plasmaerzeugung zwischen den Elektroden 81 und 82 nur im Frequenzbereich von ungefähr 10 bis 35 MHz auf. In diesem Fall beträgt die induktive Ersatzkomponente L_G im Reaktionsbereich 83 ungefähr 0,025 μH, wie es aus dem Ausdruck (9) erkennbar ist.
Wenn andererseits der Impedanzeinstellkondensator 10 (C_C = 100 pF, was dem obigen Ausdruck (1) genügt) unter der Kathodenelektrode 1a eingefügt wurde, wie bei der Plasma-CVD-Vorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1 der Erfindung, variierte die Stärke |Z| der Impedanz so, wie es in der 2 dargestellt ist. Aus der 2 ist es erkennbar, dass die Parallelresonanzfrequenz f₀ der niedrigsten Ordnung auf ungefähr 72 MHz angehoben ist.
Tatsächlich kann die Parallelresonanzfrequenz f₀ der niedrigsten Ordnung leicht so eingestellt werden, dass sie außerhalb des Bereichs von 40 bis 100 MHz liegt, wenn der Wert C_C der Impedanzeinstellkapazität C_C geeignet eingestellt wird.
Wie es ebenfalls aus der 2 erkennbar ist, existiert im RF-Bereich (um 10 MHz herum) im Wesentlichen keine Impedanzvariation. Demgemäß ist es ersichtlich, dass das Einfügen des Impedanzeinstellkondensators 10 (C_C) im Wesentlichen keinen Einfluss auf hohe Frequenzen im RF-Bereich hat. Wenn die Impedanz zwischen den Elektroden 1a und 2 tatsächlich auf die oben beschriebene Weise kontrolliert wurde, wurde eine Plasmaerzeugung zwischen den Elektroden 1 und 2 oberhalb von Frequenzen von ungefähr 10 bis 62 MHz erzielt.
Wie oben beschrieben, kann bei der Plasma-CVD-Vorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1 der Erfindung die Parallelresonanzfrequenz f₀ leicht so eingestellt werden, dass sie den Frequenzbereich der Hochfrequenz zur Anregung überschreitet. Daher kann zur Anregung jede beliebige Frequenz vom RF- bis zum VHF-Bereich verwendet werden.
Demgemäß ist es entsprechend dem Beispiel 1 der Erfindung möglich, ein Plasma unter Verwendung einer großen Herstellvorrichtung (Plasma-CVD-Vorrichtung) mit parallelen Platten mit Elektroden mit jeweils einer Größe von ungefähr 1 m auf 1 m mit beliebiger Frequenz in einem großen Bereich von Frequenzen vom RF- bis zum VHF-Bereich zu erzeugen. Demgemäß können beim Herstellen von Solarbatterien zur Energieversorgung, Flüssigkristall-Displayvorrichtungen usw. höhere Anregungsfrequenzen zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds genutzt werden, und das Abscheiden kann über ein Substrat größerer Fläche bewerkstelligt werden.
Gemäß dem Beispiel 1 ist die Erfindung bei einer Plasma-CVD-Vorrichtung angewandt, die ein kapazitives Element C_B zum Sperren einer Gleichspannung in Form eines Kondensators 7 enthält. Jedoch kann die Erfindung in ähnlicher Weise bei einem Plasma-CVD-Vorrichtung angewandt werden, die kein derartiges kapazitives Element zum Sperren einer Gleichspannung enthält. In einem derartigen Fall kann der Impedanzeinstellkondensator 10 mit der Kapazität C_C zwischen die Kathodenelektrode 1a und die Hochfrequenz-Spannungsgeneratorquelle 4 eingesetzt werden.
Obwohl der Fall beschrieben wurde, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Plasma-CVD-Vorrichtung realisiert ist, kann sie in ähnlicher Weise als Plasmatrockenätz(Veraschungs)vorrichtung zum Ätzen eines Films implementiert werden, die auf Grundlage des Prinzips arbeitet, dass Plasmateilchen und aktive Spezies, wie durch Plasmaanregung erzeugt, dazu verwendet werden können, einen Film zu ätzen. Auch bei einer derartigen Implementierung können ähnliche Effekte realisiert werden, wie sie oben beschrieben sind.
(Beispiel 2)
Die 3 und 4 sind vorhanden, um eine Vorrichtung 200 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 2 der Erfindung zu veranschaulichen. Die Vorrichtung 200 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils des Beispiels 2 ist ebenfalls als Plasma-CVD-Vorrichtung implementiert. Der Unterschied gegenüber dem Beispiel 1 liegt im Element, das als Impedanzeinstellkondensator mit der Kapazität C_C dient. Beim Beispiel 1 ist ein Kondensator eingesetzt, um die Impedanzeinstellkapazität C_C zu bilden. Beim Beispiel 2 ist, wie es in der 3 dargestellt ist, ein Dielektrikum 11 (mit z. B. einer Dicke von ungefähr 50 mm und einer relativen Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 3,0) eingesetzt, um die Impedanzeinstellkapazität C_C zwischen den Kathodenelektroden 1a und 1b zu bilden. Komponenten der Vorrichtung 200 des in der 3 dargestellten Beispiels 2, die ebenfalls bei der Vorrichtung 100 des Beispiels 1 vorhanden sind, sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und sie werden unten nicht detailliert beschrieben.
Die 4 zeigt die Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen der Kathodenelektrode 1a und der Anodenelektrode 2 in der Plasma-CVD-Vorrichtung 200 gemäß dem Beispiel 2 der Erfindung. Wie es aus der 4 erkennbar ist, ist die Parallelresonanzfrequenz f₀ auf ungefähr 66 MHz erhöht, und Plasmaerzeugung zwischen den Elektroden 1a und 2 wird oberhalb von Frequenzen von ungefähr 10 bis 55 MHz erzielt.
So können auch bei der Plasma-CVD-Vorrichtung 200 gemäß dem Beispiel 2 der Erfindung ähnliche Effekte wie beim Beispiel 1 realisiert werden. Außerdem besteht beim Beispiel 2 ein anderer Vorteil dahingehend, dass es auch bei einer Vorrichtung angewandt werden kann, bei der um die Kathodenelektrode 1 herum nicht ausreichend Raum für das Einsetzen eines Kondensators existiert.
(Beispiel 3)
Die 5 veranschaulicht eine Vorrichtung 300 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 3, das nicht in Übereinstimmung mit der beanspruchten Erfindung steht. Die Vorrichtung 300 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils des Beispiels 3 ist ebenfalls als Plasma-CVD-Vorrichtung implementiert. Der Unterschied gegenüber den Beispielen 1 und 2 ist der Folgende. Beim Beispiel 3 ist, wie es in der 5 dargestellt ist, das Dielektrikum 11 auf der Kathodenelektrode 1' vorhanden, um einen Impedanzeinstellkondensator 11 mit einer Kapazität C_C zu erzeugen, während die Elektrode weggelassen ist, die der oberen Kathodenelektrode 1a, wie bei den Beispielen 1 und 2, entspricht. Komponenten der Vorrichtung 300 des in der 5 dargestellten Beispiels 3, die auch bei den Vorrichtungen der Beispiele 1 und 2 vorhanden sind, werden mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Hierbei besteht das Dielektrikum 11 aus Teflon mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 2,0 und einer Dicke von ungefähr 35 mm, und es sorgt für eine Impedanzeinstellkapazität C_C von ungefähr 250 pF.
Bei dieser Struktur werden Elektronen im im Reaktionsbereich 3 erzeugten Plasma auf die Oberfläche des Dielektrikums 11 gezogen, so dass dessen Oberfläche geladen wird. Demgemäß wirkt die Oberfläche des Dielektrikums 11, die dem Reaktionsbereich 3 zugewandt ist, ähnlich wie die obere Kathodenelektrode 1a des Beispiels 2.
Darüber hinaus wird, wenn ein a-Si:H-Dünnfilm oder dergleichen unter Verwendung eines Materialgases wie Silan abgeschieden wird, ein Film auch auf der Oberfläche des Dielektrikums 11 abgeschieden. Da der auf dem Dielektrikum 11 abgeschiedene Film über eine gewisse Leitfähigkeit verfügt, wirkt der Film ebenfalls ähnlich wie die obere Kathodenelektrode 1a des Beispiels 2.
Als Material des die Impedanzeinstellkapazität C_C bildenden Dielektrikums 11 kann auch Quarzglas (z. B. mit einer Dicke von ungefähr 70 mm und einer relativen Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 4,0) oder Keramik (z. B. Aluminiumoxid mit einer Dicke von ungefähr 175 mm und einer relativen Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 10,0) verwendet werden. Es wurde geklärt, dass auch unter Verwendung dieser Materialien ähnliche Effekte realisiert werden können.
Bei der Plasma-CVD-Vorrichtung 300 gemäß dem Beispiel 3 zeigt die Stärke |Z| der Impedanz zwischen der Kathodenelektrode 1' und der Anodenelektrode 2 im Wesentlichen dieselbe Frequenzabhängigkeit, wie sie beim Beispiel 2 beschrieben wurde und in der 4 dargestellt ist. Dies, da die Kapazität des beim Beispiel 3 verwendeten Dielektrikums (d. h. der Impedanzeinstellkapazität C_C) 11 im Wesentlichen dieselbe wie die beim Beispiel 2 verwendete ist.
Jedoch wurde gemessen, dass die Dickenverteilung im Dünnfilm, der auf dem auf der Oberfläche der Anodenelektrode 2 platzierten Glassubstrat abgeschieden wurde, beim Beispiel 3 den großen Wert von ungefähr +8% aufweist, während sie beim Beispiel 2 ungefähr +4% betrug. Dies kann auf der Tatsache beruhen, dass beim Beispiel 3 die Leitfähigkeit der Oberfläche des Dielektrikums 11 relativ niedrig im Vergleich zu der der oberen Kathodenelektrode ist.
Im Vergleich mit der Plasma-CVD-Vorrichtung 200 des Beispiels 2 zeigt die Plasma-CVD-Vorrichtung 300 des Beispiels 3 den Vorteil einer relativ einfachen Vorrichtungsstruktur, jedoch den Nachteil einer größeren Dickenverteilung an der Oberfläche des abgeschiedenen Films. Angesichts dieser Tatsache ist die Plasma-CVD-Vorrichtung 300 des Beispiels 3 insbesondere dann effektiv, wenn Filmabscheidung ausgeführt wird, während eine Anzahl von Substraten mit jeweils kleiner Fläche auf der Oberfläche der Anodenelektrode 2 platziert ist.
(Beispiel 4)
Die 6 und 7 sind vorhanden, um eine Vorrichtung 400 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 4 zu veranschaulichen, das nicht der beanspruchten Erfindung entspricht. Die Vorrichtung 400 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils des Beispiels 4 ist ebenfalls als Plasma-CVD-Vorrichtung implementiert. Der Unterschied zu den Beispielen 1 bis 3 ist der Folgende. Beim Beispiel 4 ist eine Impedanzeinstellinduktivität 12 mit einer Induktivität L_C in Form einer Spule unter der Kathodenelektrode 1 parallel zur potenzialfreien Kapazität C_F der Kathodenelektrode 1 eingefügt, wie es in der 6 dargestellt ist.
Hierbei ist der Wert L_C der Impedanzeinstellinduktivität 12 auf ungefähr 0,007 μH eingestellt, was dem obigen Ausdruck (2) genügt. Komponenten der in der 6 dargestellten Vorrichtung 400 des Beispiels 4, die ebenfalls in den Vorrichtungen der Beispiele 1 und 2 vorhanden sind, sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Die 7 zeigt die Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen der Kathodenelektrode 1 und der Anodenelektrode 2 bei der Plasma-CVD-Vorrichtung 400 gemäß dem Beispiel 4 der Erfindung. Wie es aus der 7 erkennbar ist, ist die Parallelresonanzfrequenz f₀ auf ungefähr 72 MHz angehoben, und Plasmaerzeugung zwischen den Elektroden 1 und 2 wird über Frequenzen von ungefähr 10 bis 66 MHz erzielt.
So können ähnliche Effekte wie beim Beispiel 1 auch bei der Plasma-CVD-Vorrichtung 400 gemäß dem Beispiel 4 realisiert werden.
Obwohl beim Beispiel 4 eine Spule dazu verwendet ist, die Impedanzeinstellinduktivität L_C zu bilden, kann die Parallelresonanzfrequenz f₀ auch durch eine andere Maßnahme als das Anbringen einer Spule kontrolliert werden. Z. B. kann dies durch Kurzschließen der Kathodenelektrode 1 mit dem Massepegel für eine Gleichspannung unter Verwendung einer Kupferplatte oder dergleichen bewerkstelligt werden. Dies ist möglich, da, für hochfrequente Spannungen, ein derartiges Kurzschließen dem Einsetzen der Impedanzeinstellinduktivität 12 mit dem Induktivitätswert L_C entspricht.
Das Beispiel 4 ist dann besonders vorteilhaft, wenn um die Kathodenelektrode 1 herum kein ausreichender Raum zum Einsetzen einer Spule besteht.
(Beispiel 5)
Die 8 und 9 sind vorhanden, um eine Vorrichtung 500 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 5 der Erfindung zu veranschaulichen. Die Vorrichtung 500 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils des Beispiels 5 ist ebenfalls als Plasma-CVD-Vorrichtung implementiert. Der Unterschied gegenüber den Beispielen 1 bis 4 ist der Folgende. Beim Beispiel 5 ist, wie es in der 8 dargestellt ist, das Dielektrikum 11 zwischen die Kathodenelektroden 1a und 1b eingefügt, um die Impedanzeinstellkapazität C_C zu bilden. Darüber hinaus ist die durch eine Spule 12 gebildete Impedanzeinstellinduktivität L_C unter der Kathodenelektrode 1b parallel zur potenzialfreien Kapazität C_F der Kathodenelektrode 1b eingefügt. So ist das Beispiel 5 eine Kombination der Beispiele 2 und 4. Kompo nenten der in der 8 dargestellten Vorrichtung 500 des Beispiels 5, die auch bei den Vorrichtungen der Beispiele 2 und 4 vorhanden sind, sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Bei einer derartigen Struktur besteht das Dielektrikum 11 z. B. aus Teflon mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 2,0 und einer Dicke von ungefähr 2 mm. Die Spule 12 besteht aus mehreren spulenförmigen Kupferplatten.
Hierbei betragen die Impedanzeinstellkapazität C_C und die Impedanzeinstellinduktivität L_C ungefähr 4200 pF bzw. ungefähr 0,003 μH. Der Wert L_C genügt abhängig von der verwendeten Frequenz entweder dem Ausdruck (2) oder dem Ausdruck (3).
Als Material des die Impedanzeinstellkapazität C_C bildenden Dielektrikums 11 kann auch Quarzglas (z. B. mit einer Dicke von ungefähr 4 mm und einer relativen Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 4,0) oder Keramik (z. B. Aluminiumoxid mit einer Dicke von ungefähr 10 mm und einer relativen Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 10,0) verwendet werden. Es wurde geklärt, dass auch unter Verwendung dieser Materialien ähnliche Effekte realisiert werden können.
Die 9 zeigt die Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen der Kathodenelektrode 1a und der Anodenelektrode 2 in der Plasma-CVD-Vorrichtung 500 gemäß dem Beispiel 5 der Erfindung. Wie es aus der 9 erkennbar ist, ist die Parallelresonanzfrequenz f₀ auf über 100 MHz angehoben, und Plasmaerzeugung zwischen der Kathodenelektrode 1a und der Anodenelektrode 2 wird über Frequenzen von ungefähr 10 bis 94 MHz erzielt. So wurde geklärt, dass eine Zwischenelektrodenentladung im durch den Ausdruck (5) definierten Bereich (Frequenz >54 MHz) erzielt werden kann, indem mit einer herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung derselben Größe keine normale Zwischenelektrodenentladung erzielt werden kann. Der Grund dafür wurde oben beschrieben.
Unter Verwendung der Plasma-CVD-Vorrichtung 500 des Beispiels 5 wurde ein a-Si:H-Dünnfilm tatsächlich so abgeschieden, dass er auf einem Glassubstrat mit einer Fläche von ungefähr 50 cm × 50 cm, das auf der Oberfläche der Anodenelektrode 2 platziert war, von ungefähr 1 mm abgeschieden wurde. Die Frequenz wurde zu ungefähr 81,36 MHz festgelegt. Durch den Gaseinlass 5 wurden Silan und Wasserstoff als Reaktionsgase mit Strömungsraten von ungefähr 300 sccm bzw. ungefähr 500 sccm eingeleitet, wobei der Druck innerhalb des Reaktionsbereichs 3 auf ungefähr 40 Pa (0,3 Torr) gehalten wurde.
Da in der Vorrichtung 5 des Beispiels 5 Plasmaerzeugung zwischen der Kathodenelektrode 1a und der Anodenelektrode 2 erzielt wurde, wurde es möglich, die Abscheiderate durch Erhöhen der Frequenz in Vorrichtungen mit großen Abmessungen zu erhöhen. Ein derartiger Effekt des Erhöhens der Abscheiderate wurde herkömmlicherweise nur in kleinen Vorrichtungen erzielt. Die unten folgende Tabelle 1 zeigt die sich ergebenden Dünnfilmparameter.
(Tabelle 1)
Hinsichtlich einer a-Si:H-Dünnfilm-Solarbatterie kennzeichnet eine niedrigere Defektdichte und/oder ein kleinerer Si-H₂-Bindungsumfang im Film eine höhere Qualität des Dünnfilms.
Die Plasma-CVD-Vorrichtung 500 des Beispiels 5 wurde dahingehend untersucht, dass die Hochfrequenz-Spannungsgeneratorschaltung 4 in zwei beispielhafte Hochfrequenzbedingungen versetzt wurde, nämlich kontinuierliche Entladung bei einer Frequenz von ungefähr 81 MHz und impulsförmige Entladung bei einer Frequenz von ungefähr 81 MHz, wie es in der Tabelle 1 angegeben ist. Die zum Vergleich in der Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse für eine herkömmliche Vorrichtung wurden bei kontinuierlicher Entladung bei einer Frequenz von ungefähr 13,56 MHz erzielt.
Für kontinuierliche Entladung bei einer Hochfrequenzleistung von ungefähr 300 W in der Vorrichtung 500 des Beispiels 5 betrug die Abscheiderate ungefähr 90 nm/min. und die Defektdichte im Film betrug ungefähr 5 × 10¹⁴ cm^–3. Dies zeigt einen Anstieg von ungefähr dem 15-fachen hinsichtlich der Abscheiderate und eine Verringerung von ungefähr dem 10-fachen hinsichtlich der Defektdichte im Film im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung an.
Für impulsförmige Entladung mit einer zeitlich Bemittelten Hochfrequenzleistung von ungefähr 300 W, wobei die Impuls-EIN-Zeit ungefähr 5 μs betrug und die Impuls-AUS-Zeit ungefähr 50 μs betrug, betrug die Abscheiderate ungefähr 65 nm/min., die Defektdichte im Film betrug ungefähr 4 × 1014 cm^–3 und der Si-H₂-Bindungsumfang im Film betrug ungefähr 1%. Dies kennzeichnet einen Anstieg von ungefähr dem 11-fachen hinsichtlich der Abscheiderate und eine Verringerung von ungefähr dem 3-fachen hinsichtlich des Si-H₂-Bindungsumfangs im Film in Bezug auf die herkömmliche Vorrichtung. Demgemäß kann die Plasma-CVD-Vorrichtung 500 des Beispiels 3 einen Dünnfilm hoher Qualität auf einem Substrat großer Fläche mit höherer Abscheiderate erzeugen.
In der obigen Beschreibung ist die Vorrichtung 500 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils des Beispiels 5 als Plasma-CVD-Vorrichtung implementiert. Jedoch kann eine derartige Vorrichtung als Plasmatrockenätz(-Veraschungs)-Vorrichtung unter Verwendung von VHF-Entladung implementiert werden. Eine derartige Ätz(Veraschungs)-Vorrichtung wird dadurch betrieben, dass ein Ätzgas, wie CCl₄, als Reaktionsgas eingeleitet wird, und sie kann einen großflächigen Film bearbeiten.
(Beispiel 6)
Die 10 und 11 sind vorhanden, um eine Vorrichtung 600 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 6 zu veranschaulichen, das nicht der beanspruchten Erfindung entspricht. Die Vorrichtung 600 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils des Beispiels 6 ist ebenfalls als Plasma-CVD-Vorrichtung implementiert. Der Unterschied gegenüber den Beispielen 1 bis 5 ist der Folgende. Die Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils eines der Beispiele 1 bis 5 ist von internem Typ, wobei die Kathodenelektrode 1 vollständig innerhalb der Reaktionskammer 6 vorhanden ist. Andererseits ist die Vorrichtung 600 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils des Beispiels 6 von externem Typ, wo die Bodenwand der Reaktionskammer 6 durch die Kathodenelektrode 1 und elektrodenseitige Dielektrika (Seitendielektrika, die an der Außenseite der Elektrode vorhanden sind) 13, wie in der 10 dargestellt, gebildet ist. Komponenten der in der 10 dargestellten Vorrichtung 6 des Beispiels 6, die auch bei den Vorrichtungen der Beispiele 1 bis 5 vorhanden sind, sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Bei der Struktur vom externen Typ muss ein Bereich 14 unter der Kathodenelektrode 1 nicht luftdicht abgedichtet sein. Bei diesem Aufbau kann der Bereich 14 leicht geöffnet werden, so dass die durch eine Spule 12 (Impedanzeinstellinduktivität 12) gebildete Impedanzeinstellinduktivität L_C unter der Kathodenelektrode 1 angebracht werden kann. Der Induktivitätswert L_C kann leicht an die verwendete Frequenz nach Bedarf angepasst werden.
Bei diesem Beispiel besteht die Spule 12 aus mehreren spulenförmigen Kupferplatten, und die zugehörige Impedanzeinstellinduktivität L_C beträgt ungefähr 0,007 μH. Die gestrichelte Linie in der 11 repräsentiert die Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen der Kathodenelektrode 1 und der Anodenelektrode 2 in einer Plasma-CVD-Vorrichtung, bei der die Impedanzeinstellinduktivität 12 nicht vorhanden ist. Andererseits repräsentiert die durchgezogene Linie in der 11 die Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| des Beispiels 6, wo die Impedanzeinstellinduktivität 12 vorhanden ist.
Wie es aus der 11 erkennbar ist, ist die Parallelresonanzfrequenz f₀, die ohne die Impedanzeinstellinduktivität 12 ungefähr 52 MHz beträgt, durch Anbringen der Impedanzeinstellinduktivität 12 auf ungefähr 80 MHz angehoben, wodurch Plasmaerzeugung zwischen den Elektroden 1 und 2 über Frequenzen von ungefähr 10 bis 76 MHz erzielt werden kann.
(Beispiel 7)
Die 12A, 12B und 13 sind vorhanden, um eine Vorrichtung 700 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 7 zu veranschaulichen, das nicht der beanspruchten Erfindung entspricht. Die Vorrichtung 700 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils des Beispiels 7 ist ebenfalls als Plasma-CVD-Vorrichtung implementiert. Der Unterschied gegenüber den Beispielen 1 bis 6 ist der Folgende. Die Plasma-CVD-Vorrichtung eines der Beispiele 1 bis 6 verfügt über Elektroden in Form paralleler Platten. Andererseits verfügt die Plasma-CVD-Vorrichtung des Beispiels 7 über zylindrische Elektroden. Wie es in der 12B dargestellt ist, ist eine Kathodenelektrode 21 so vorhanden, dass sie eine interne Anodenelektrode 22 extern umgibt. Komponenten der in den 12A oder 12B dargestellten Vorrichtung 700 des Beispiels 7, die auch bei den Vorrichtungen der Beispiele 1 bis 6 vorhanden sind, sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Da die Vorrichtung 7 mit einem derartigen Aufbau ebenfalls eine kapazitiv gekoppelte Plasma-CVD-Vorrichtung ist, wie die Vorrichtung jedes der Beispiele 1 bis 6, tritt das Problem instabiler Entladung auf, wenn zur Anregung eine hohe VHF-Frequenz verwendet wird. Die Vorrichtung 700 ist eine solche von externem Typ, bei der die Kathodenelektrode 21 und die elektrodenseitigen Dielektrika 13 auch als Wand der Reaktionskammer 6 dienen. Daher besteht der Vorteil, dass die durch die Spule 12 gebildete Impedanzeinstellinduktivität L_C leicht angebracht und eingestellt werden kann, wie beim Beispiel 6.
Die Spule 12 besteht aus einer Anzahl spulenförmiger Kupferplatten, und die Impedanzeinstellinduktivität L_C beträgt ungefähr 0,007 μH. Hinsichtlich der Elektrodengröße verfügt die Kathodenelektrode 21 über einen Innendurchmesser von ungefähr 20 cm, und die Anodenelektrode 22 verfügt über einen Radius von ungefähr 10 cm, wobei die Höhe derselben ungefähr 80 cm beträgt.
Die gestrichelte Linie in der 13 repräsentiert die Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| der Impedanz zwischen der zur Herstellung eines elektronischen Bauteils 21 und der Anodenelektrode 22 bei einer herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung, bei der die Impedanzeinstellinduktivität 12 nicht vorhanden ist. Andererseits repräsentiert die durchgezogene Linie in der 13 die Frequenzabhängigkeit der Stärke |Z| beim Beispiel 7, bei dem die Impedanzeinstellinduktivität 12 vorhanden ist.
Wie es aus der 13 erkennbar ist, ist die Parallelresonanzfrequenz f₀, die ohne die Impedanzeinstellinduktivität 12 ungefähr 32 MHz betrug, durch Anbringen der Impedanzeinstellinduktivität 12 bis auf ungefähr 86 MHz angehoben, wodurch Plasmaerzeugung zwischen den Elektroden 21 und 22 über Frequenzen von ungefähr 10 bis 28 MHz erzielt werden kann.
(Beispiel 8)
Unter Bezugnahme auf die 14 wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 8 der Erfindung beschrieben. Beim Beispiel 8 kann jede Frequenz vom RF- bis zum VHF-Bereich zur Anregung dazu verwendet werden, dass, wie beim Beispiel 1, die Impedanzeinstellkapazität C_C variiert wird. Andere Bedingungen beim Beispiel 8 sind dieselben wie beim Beispiel 1. Beim Beispiel 8 beträgt die Vorrichtungsgröße D₀ ungefähr 1,6 m.
Wie es aus der 14 erkennbar ist, kann durch Absenken der Impedanzeinstellkapazität C_C die Parallelresonanzfrequenz f₀ bis zum durch den Ausdruck (13) definierten Wert kontrolliert werden.
Umgekehrt kann durch Variieren der Vorrichtungsgröße D₀ (d. h. der Größe der Reaktionskammer = maximale Länge, die möglicherweise innerhalb der Reaktionskammer parallel zur Elektrodenebene bereitgestellt werden kann) die Kontrollgrenze für die Parallelresonanzfrequenz f₀ variiert werden. Wenn z. B. die Vorrichtungsgröße D₀ bis auf ungefähr 700 mm (was ungefähr der Größe der Elektrode entspricht) verringert wird, kann die Parallelresonanzfrequenz f₀ bis auf ungefähr 210 MHz erhöht werden, wodurch eine Zwischenelektrodenentladung über Frequenzen von bis zu ungefähr 200 MHz bewerkstelligt werden kann.
(Beispiel 9)
Unter Bezugnahme auf die 15 wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 9 beschrieben, das nicht der beanspruchten Erfindung entspricht. Beim Beispiel 9 kann jede Frequenz vom RF- bis zum VHF-Bereich zur Anregung durch Variieren der Impedanzeinstellinduktivität L_C, während der obige Ausdruck (2) erfüllt bleibt, wie beim Beispiel 4, verwendet werden. Andere Bedingungen sind beim Beispiel 9 dieselben wie beim Beispiel 4. Beim Beispiel 9 beträgt die Vorrichtungsgröße (Länge) D₀ ungefähr 1,6 m.
Wie es aus der 15 erkennbar ist, kann durch Absenken der Impedanzeinstellinduktivität L_C die Parallelresonanzfrequenz f₀ bis zum durch den Ausdruck (13) definierten Wert kontrolliert werden.
Umgekehrt kann durch Variieren der Vorrichtungsgröße d₀ die Kontrollgrenze für die Parallelresonanzfrequenz f₀ variiert werden. Wenn z. B. die Vorrichtungsgröße (Länge) D₀ bis auf ungefähr 700 mm (was ungefähr der Länge der Elektrode entspricht) verringert wird, kann die Parallelresonanzfrequenz f₀ bis auf ungefähr 210 MHz erhöht werden, wodurch eine Zwischenelektrodenentladung über Frequenzen von bis zu 200 MHz bewerkstelligt werden kann.
(Beispiel 10)
Unter Bezugnahme auf die 16 wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem Beispiel 10 beschrieben. Beim Beispiel 10 kann jede Frequenz vom RF- bis zum VHF-Bereich zur Anregung durch Variieren der Impedanzeinstellinduktivität L_C verwendet werden, während der obige Ausdruck (3) wie beim Beispiel 4 erfüllt bleibt.
Wie es aus der 16 erkennbar ist, kann durch Erhöhen der Impedanzeinstellinduktivität L_C die Parallelresonanzfrequenz f₀ selbst über die durch den Ausdruck (13) definierte Grenze hinaus kontrolliert werden.
Theoretisch ist es möglich, die Parallelresonanzfrequenz f₀ oder die Maximalimpedanz bis auf den Wert unendlich zu erhöhen. Gemäß dem Beispiel 10 war es tatsächlich möglich, eine Zwischenelektrodenentladung bei einer Frequenz von ungefähr 135,6 MHz zu erzielen. Dies ist für verschiedene Typen von Vorrichtungen wirkungsvoll, da Anwendbarkeit beim Fall besteht, bei dem die Vorrichtungsgröße D₀ nicht variiert werden kann, oder dann, wenn die Vorrichtungsgröße vorbestimmt ist.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kurz beschrieben.
Unter Verwendung einer beliebigen der Plasma-CVD-Vorrichtungen, wie sie oben bei den Beispielen 1 bis 10 beschrieben sind, kann ein elektronisches Bauteil mit so hoher Qualität hergestellt werden, wie es in der obigen Tabelle 1 angegeben ist. Insbesondere wird ein Dünnfilm auf einem in die Reaktionskammer eingesetzten Substrat durch Plasmaanregung und Plasmadissoziation eines Materialgases abgeschieden. So kann ein elektronisches Bauteil hergestellt werden, das abgeschiedene Filme benötigt.
Darüber hinaus ist es möglich, ein elektronisches Bauteil mit einem großflächigen Film hoher Qualität dadurch effizient herzustellen, dass ein Film unter Verwendung einer beliebigen der Vorrichtungen zur Herstellung eines elektronischen Bauteils der Beispiele 1 bis 10 auf Grundlage eines Prinzips geätzt wird, gemäß dem Plasmateilchen und aktive Spezies, wie durch Plasmaanregung erzeugt, zum Ätzen eines Films verwendet werden können.
Bei allen oben beschriebenen Beispielen kann ein in die Reaktionskammer eingeleitetes Reaktionsgas ein Materialgas oder ein Verdünnungsgas sein, wenn ein Halbleiter-Dünnfilm oder dergleichen abgeschieden wird. Das Reaktionsgas kann ein Ätzgas sein, wenn ein Halbleiterbauteil oder dergleichen strukturiert wird.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils als Hochfrequenz-Plasma-CVD-Vorrichtung implementiert wird, kann die Parallelresonanzfrequenz entfernt vom Anregungs-Hochfrequenzbereich gehalten werden. So ist es möglich, ein Plasma durch eine Herstellvorrichtung großer Abmessungen mit parallelen Platten mit Elektroden von einer Größe von jeweils ungefähr 1 m auf 1 m unter Verwendung einer beliebigen Frequenz in einem Weitenbereich von Frequenzen von RF- bis zum VHF-Bereich zu erzeugen. Daher ist es auf dem Gebiet der Riesen-Mikroelektronik, wozu die Herstellung von Solarbatterien zur Energieversorgung, von Flüssigkristalldisplay-Vorrichtungen usw. gehört, möglich, ein anregendes, hochfrequentes elektromagnetisches Feld mit höheren Frequenzen zu erzeugen und dadurch ein Substrat mit größerer Fläche zu bewältigen. So trägt die Erfindung industriell stark zu einer Verbesserung der Produktqualität bei, und sie erhöht die Herstelleffizienz auf dramatische Weise.
Mit der herkömmlichen Hochfrequenz-Plasma-CVD-Vorrichtung wurde mit großflächigen Elektroden oder im VHF-Frequenzbereich keine normale Zwischenelektrodenentladung erzielt. Die Erfindung ist besonders effektiv, wenn es unter diesen Bedingungen um das Erzielen einer normalen Zwischenelektrodenentladung geht. Gemäß der Erfindung wird dies einfach dadurch bewerkstelligt, dass ein Dielektrikum, eine Spule oder dergleichen angebracht wird. Darüber hinaus kann die Erfindung mit einer großen Vielfalt von Elektrodenstrukturen im Bereich von einer Struktur von internem Typ bis zu einer Struktur vom externen Typ und einer Struktur vom Trommeltyp effektiv implementiert werden. So ist die Erfindung, wie auch auf dem Gebiet der Riesen-Mikroelektronik, auch auf dem Gebiet fotoempfindlicher Elemente zur Elektrofotografie von Nutzen.
In ähnlicher Weise ist es, wenn die Erfindung als Plasmatrockenätz-Vorrichtung implementiert wird, bei der ein Film durch Plasmateilchen und aktive Spezies, wie sie durch Plasmaanregung erzeugt werden, geätzt wird, VHF-Hochfrequenzen in Vorrichtungen großer Abmessungen zu verwenden, wie sie auf dem Gebiet der Herstellung von Flüssigkristalldisplay-Vorrichtungen und dergleichen verwendet werden. So kann die Produktqualität aus industriellen Gesichtspunkten verbessert werden, und es kann auch die Herstelleffizienz verbessert werden.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, mit: – einer Reaktionskammer (6) mit einer Wand (60) auf Massepotenzial; – einem Reaktionsgaseinlass (5) zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Reaktionskammer; – einem Hochfrequenzgenerator (4) zum Erzeugen einer Hochfrequenzspannung zum Erregen des Reaktionsgases in einen im Wesentlichen dissoziierten Zustand; und – einer mit dem Hochfrequenzgenerator (4) verbundenen Kathode mit einer oberen Kathode (1a) und einer unteren Kathode (1b); – einer Anode (2), die der Fläche der oberen Kathode zugewandt ist und auf Massepotenzial liegt, wobei die obere Kathode und die Anode zwischen sich einen Reaktionsbereich (3) ausbilden; – wobei die Vorrichtung dergestalt ist, dass im Gebrauch zwischen der unteren Kathode und einem Ort auf Massepotenzial eine potenzialfreie Kapazität ausgebildet ist, die über einen Minimalwert C_F verfügt, der von der Fläche des Reaktionsbereichs (3) und dem Abstand zwischen der oberen Kathode (1a) und der Anode (2) abhängt; – wobei zwischen der oberen und der unteren Kathode (1a, 1b) eine Impedanzeinstellkapazität C_C (10) so vorhanden ist, dass sie in Reihe mit der potenzialfreien Kapazität liegt, und wobei die Impedanzeinstellkapazität C_C kleiner als der Minimalwert C_F der potenzialfreien Kapazität ist.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 1, die ferner über ein Gleichspannungs-Sperrkapazitätselement (7) verfügt, das in Reihe zwischen den Hochfrequenzgenerator (4) und die untere Kathode (1d) geschaltet ist.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 2, bei der die Impedanzeinstellkapazität (10) eine Gleichspannung der oberen Kathode (1a) gegen das Gleichspannungs-Sperrkapazitätselement (7) isoliert.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 1, bei der die Impedanzeinstellkapazität (10) so ausgebildet ist, dass sie eine Gleichspannung der Kathode (1) gegen den Hochfrequenzgenerator (4) isoliert.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 1, bei der zwischen der oberen und der unteren Kathode ein Dielektrikum (11) vorhanden ist.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 1, bei der das Reaktionsgas ein Materialgas zum Abscheiden eines Dünnschicht-Halbleiters oder ein Ätzgas für die Verarbeitung eines Halbleiterbauteils ist.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 1, bei der ein Hochfrequenzzustand des Hochfrequenzgenerators (4) so eingestellt ist, dass es sich um eine kontinuierliche Entladung in einem VHF-Hochfrequenzbereich handelt.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 1, bei der ein Hochfrequenzzustand des Hochfrequenzgenerators (4) so eingestellt ist, dass es sich um eine pulsförmige Entladung in einem VHF-Hochfrequenzbereich handelt.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 1, mit einer Impedanzeinstelldrossel (12), die so eingefügt ist, dass sie parallel zur potenzialfreien Kapazität C_F liegt.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 9, bei der die Impedanzeinstelldrossel (12) an einem solchen Ort eingefügt ist, dass sie bei der Frequenz des Hochfrequenzgenerators (4) als praktisch parallel zur potenzialfreien Kapazität C_F angesehen werden kann.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 9, bei der die Impedanzeinstelldrossel (12) eine Gleichspannung der Kathode (1) gegen einen Abschnitt der Reaktionskammer (6) auf Massepotenzial kurzschließt.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 9, bei der neben der Kathode (1) ein elektrodenseitiges Dielektrikum (11) vorhanden ist, wobei die Kathode (1) und das elektrodenseitige Dielektrikum (11) eine Bodenwand der Reaktionskammer bilden.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 9, bei der – die Kathode (21) zylinderförmig ausgebildet ist; – die Anode (22) innerhalb der Kathode vorhanden ist; – an einem Ende der Kathode ein elektrodenseitiges Dielektrikum (13) vorhanden ist; und – die Kathode (22) und das elektrodenseitige Dielektrikum (13) eine Wand der Reaktionskammer bilden.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 9, bei der ein Hochfrequenzzustand des Hochfrequenzgenerators (4) so eingestellt ist, dass es sich um eine kontinuierliche Entladung in einem VHF-Hochfrequenzbereich handelt.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 9, bei der ein Hochfrequenzzustand des Hochfrequenzgenerators (4) so eingestellt ist, dass es sich um eine pulsförmige Entladung in einem VHF-Hochfrequenzbereich handelt.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 9, bei der das Reaktionsgas ein Materialgas zum Abscheiden eines Dünnschicht-Halbleiters oder ein Ätzgas für die Verarbeitung eines Halbleiterbauteils ist.
Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Impedanzeinstellkapazität (10, 11) ein Kondensator ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils unter Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, mit: – einer Reaktionskammer (6) mit einer Wand (60) auf Massepotenzial; – einem Reaktionsgaseinlass (5) zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Reaktionskammer; – einem Hochfrequenzgenerator zum Erzeugen einer Hochfrequenzspannung zum Erregen des Reaktionsgases in einen im Wesentlichen dissoziierten Zustand; und – einer mit dem Hochfrequenzgenerator (4) verbundenen Kathode mit einer oberen Kathode (1a) und einer unteren Kathode (1b); – einer Anode (2), die der Fläche der oberen Kathode zugewandt ist und auf Massepotenzial liegt, wobei die obere Kathode und die Anode zwischen sich einen Reaktionsbereich (3) ausbilden; – wobei zwischen der unteren Kathode (1b) und einem Ort auf Massepotenzial eine potenzialfreie Kapazität C_F ausgebildet ist; – wobei der Wert C_F von der Fläche des Reaktionsbereichs (3) und dem Abstand zwischen der oberen Kathode (1a) und der Anode (2) abhängt; und – wobei diese Impedanzeinstellkapazität C_C (10) einen Kapazitätswert aufweist, der kleiner als der der potenzialfreien Kapazität ist; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Einstellen einer Gesamtkapazität C, wie sie erzeugt wird, wenn die Kapazitäten der Impedanzeinstellkapazität (10, 11) und der potenzialfreien Kapazität in Reihe zueinander geschaltet werden, in solcher Weise, dass der folgende Ausdruck (1) erfüllt ist: C ≤ 1/{LG·(2π·f)2} (1)– wobei L_G der Stärke einer Ersatzinduktanzkomponente entspricht, die sich zwischen der Kathode und einem Ort befindet, der einer Elektrodenfläche der Kathode gegenübersteht und auf Massepotenzial liegt; – π den Wert pi (Verhältnis des Umfangs eines Kreises zum Durchmesser) bezeichnet; – f die Frequenz der zur Erregung verwendeten Hochfrequenzspannung bezeichnet; – Einleiten eines Materialgases oder eines Ätzgases durch den Reaktionsgaseinlass (5); und – Ausführen eines der Schritte des Abscheidens eines Dünnfilms auf einem Substrat durch Plasmaerregung und Plasmadissoziation des Materialgases, und Ätzen eines Films unter Verwendung von Plasmateilchen und aktiven Spezies, wie sie durch Plasmaerregung des Ätzgases erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils unter Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, mit: – einer Reaktionskammer (6) mit einer Wand (60) auf Massepotenzial; – einem Reaktionsgaseinlass (5) zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Reaktionskammer; – einem Hochfrequenzgenerator (4) zum Erzeugen einer Hochfrequenzspannung zum Erregen des Reaktionsgases in einen im Wesentlichen dissoziierten Zustand; und – einer Kathode (1), die mit dem Hochfrequenzgenerator (4) verbunden ist; – einer Anode (2), die der Fläche der Kathode (1) zugewandt ist und auf Massepotenzial liegt, wobei die Kathode (1) und die Anode zwischen sich einen Reaktionsbereich (3) ausbilden; – wobei zwischen der Kathode (1) und einem Ort auf Massepotenzial eine potenzialfreie Kapazität C_F ausgebildet ist; – wobei der Wert C_F von der Fläche des Reaktionsbereichs (3) und dem Abstand zwischen der Kathode (1) und der Anode (2) abhängt; – wobei eine Impedanzeinstelldrossel (12) so eingesetzt ist, dass sie parallel zur potenzialfreien Kapazität C_F liegt und sie die Impedanz zwischen der Kathode (1) und einem Ort auf Massepotenzial einstellt; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Einstellen der induktiven Komponente L_C der Impedanzeinstelldrossel (12) in solcher Weise, dass der folgende Ausdruck (2) erfüllt ist: LC ≥ 1/{(2·π·f)2·CF} (2)– wobei f die Frequenz der zur Erregung verwendeten Hochfrequenzspannung bezeichnet; – Einstellen der Hochfrequenzspannung in solcher Weise, dass der folgende Ausdruck (6) erfüllt ist: D0 ≤ (1/2)·λ (6)– D₀ die maximale Länge bezeichnet, wie sie in der Reaktionskammer (6) parallel zu einer Fläche der Kathode vorhanden ist; und – λ die Wellenlänge der Hochfrequenzspannung bezeichnet; – Einleiten eines Materialgases oder eines Ätzgases durch den Reaktionsgaseinlass (5); und – Ausführen eines der Schritte des Abscheidens eines Dünnfilms auf einem Substrat durch Plasmaerregung und Plasmadissoziation des Materialgases, und Ätzen eines Films unter Verwendung von Plasmateilchen und aktiven Spezies, wie sie durch Plasmaerregung des Ätzgases erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils unter Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, mit: – einer Reaktionskammer (6) mit einer Wand (60) auf Massepotenzial; – einem Reaktionsgaseinlass (5) zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Reaktionskammer; – einem Hochfrequenzgenerator (4) zum Erzeugen einer Hochfrequenzspannung zum Erregen des Reaktionsgases in einen im Wesentlichen dissoziierten Zustand; und – einer Kathode (1), die mit dem Hochfrequenzgenerator (4) verbunden ist; – einer Anode (2), die der Fläche der Kathode (1) zugewandt ist und auf Massepotenzial liegt, wobei die Kathode (1) und die Anode zwischen sich einen Reaktionsbereich (3) ausbilden; – wobei zwischen der Kathode (1) und einem Ort auf Massepotenzial eine potenzialfreie Kapazität C_F ausgebildet ist; – wobei der Wert C_F von der Fläche des Reaktionsbereichs (3) und dem Abstand zwischen der Kathode (1) und der Anode (2) abhängt; – wobei eine Impedanzeinstelldrossel (12) so eingesetzt ist, dass sie parallel zur potenzialfreien Kapazität C_F liegt und sie die Impedanz zwischen der Kathode (1) und einem Ort auf Massepotenzial einstellt; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Einstellen der induktiven Komponente L_C der Impedanzeinstelldrossel (12) in solcher Weise, dass der folgende Ausdruck (2) erfüllt ist: LC ≥ 1/{(2·π·f)2·CF} (3)– wobei f die Frequenz der zur Erregung verwendeten Hochfrequenzspannung bezeichnet; – Einstellen der Hochfrequenzspannung in solcher Weise, dass der folgende Ausdruck (7) erfüllt ist: D0 > (1/2)·λ (7)– D₀ die maximale Länge bezeichnet, wie sie in der Reaktionskammer (6) parallel zu einer Fläche der Kathode vorhanden ist; und – λ die Wellenlänge der Hochfrequenzspannung bezeichnet; – Einleiten eines Materialgases oder eines Ätzgases durch den Reaktionsgaseinlass (5); und – Ausführen eines der Schritte des Abscheidens eines Dünnfilms auf einem Substrat durch Plasmaerregung und Plasmadissoziation des Materialgases, und Ätzen eines Films unter Verwendung von Plasmateilchen und aktiven Spezies, wie sie durch Plasmaerregung des Ätzgases erzeugt werden.