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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum chemischen
Abscheiden aus der Gasphase und bezieht sich genauer auf ein Verfahren
zur Herstellung einer Dünnschicht
durch Aufdampfen auf einer Oberfläche eines Hochtechnologieerzeugnisses,
wie etwa eines Halbleiters, eines Flüssigkristalls oder eines Präzisionsinstruments,
während
eines Vorgangs zur Herstellung des Erzeugnisses.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei
einem Vorgang zur Herstellung eines Halbleiters werden in einem
Herstellungsschritt einer Dünnschicht
auf einer Oberfläche
eines Substrates durch CVD (chemical vapor deposition = chemisches
Abscheiden aus der Gasphase) Partikel erzeugt. Die Partikel beziehen
sich auf Feststoffe, die ungleichmäßige Durchmesser aufweisen
und die durch eine Wechselwirkung von Bestandteilen für Dünnschichten
mit begleitenden Verunreinigungen in einer Reaktionskammer der CVD-Vorrichtung
und durch Aggregation der Reaktionspartner entstehen. Die Partikel
stellen für
die Dünnschicht
Schadstoffe dar und sind eine Haupteinflussgröße für die Verringerung der Ausbeute
des Erzeugnisses. Da Halbleiterschaltungen immer feiner werden,
wird in letzter Zeit die Größe der Feststoffe,
die als Schadstoffe wirken können,
immer kleiner. Mustergrößen von
64M DRAM, 256M DRAM, 1 G DRAM, und 1T DRAM entsprechen ungefähr 0,35 μm, ungefähr 0,25 μm, ungefähr 0,18 μm, ungefähr 0,09 μm beziehungsweise
ungefähr
0,03 μm.
Es ist zu berücksichtigen,
dass Feststoffe, deren Größe nicht
weniger als ein Zehntel der Mustergröße beträgt, als Schadstoffe entfernt
werden sollten. Hoch reaktionsfähige
Materialien werden häufig
als Zutatengase verwendet, wobei diese Materialien dazu neigen, Partikel
zu bilden. Daher wird eine CVD- Vorrichtung
manchmal als "eine
Vorrichtung zur Abfallerzeugung" bezeichnet.
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Üblicherweise
wird eine Menge von Zutatengasen und Temperaturen angepasst, um
eine Herstellungsrate einer Dünnschicht
zu verringern, wodurch die Bildung von Partikeln verhindert wird.
Die verringerte Rate der Dünnschichtherstellung
vermindert die Abgabeleistung an Halbleitererzeugnissen. Da die
Partikel durch die Gravitationskraft in der Reaktionskammer nach
unten fallen, kann alternativ eine Oberfläche des Wafers, auf dem eine
Dünnschicht
gebildet wird, so angeordnet sein, dass sie nach unten gerichtet
ist. Alternativ werden in der Reaktionskammer thermische Migration
oder Temperaturschwankungen erzeugt, um so eine Menge an Partikeln
zu verringern, die sich auf einem Wafer ansammelt. Obwohl diese
Methoden wirkungsvoll sind, um eine Menge von angesammelten Partikeln
bis zu einem gewissen Maß zu
verringern, können
diese Verfahren nicht zu einem zufriedenstellendem Ergebnis führen.
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Eine
herkömmliche
CVD-Vorrichtung wandelt einen Bestandteil für eine Dünnschicht durch molekulare oder
thermische Diffusion in ein Substrat und in darauf befindliche Ablagerung
um. Das Problem der herkömmlichen
CVD-Vorrichtung
ist jedoch, dass die Rate der Dünnschichterzeugung
langsam ist und dass die Menge an Ablagerung klein ist.
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Ein
Beispiel der Partikelbildung wird in einem Aufdampfungsschritt mittels
einer Plasma-CVD-Vorrichtung beschrieben. 13 ist
eine schematische Ansicht einer Plasma-CVD-Vorrichtung. Die Vorrichtung
wird verwendet, um eine SiO2-Schicht auf
einer Oberfläche
eines Wafers 6 zu erzeugen, indem ein SiH4-Gas
als Reaktant verwendet wird. Ein Druck in einer Reaktionskammer 21 wird
mittels einer Vakuumpumpe 22 verringert. Daraufhin werden
reaktionsfähige
Gase, genauer ein SiH4-Gas, das als Zutatengas
dient, und ein N2O-Gas, das als oxidierendes
Gas dient, mittels eines Massendurchflussreglers 23 gemischt
und dann in die Reaktionskammer 21 geleitet. Der Druck
in der Reaktionskammer 21 wird mittels eines Druckeinstellventils 24 konstant
gehalten. Der Wafer 6 wird durch eine Heizvorrichtung 26,
die innerhalb einer Unterstützung 13 für einen
Wafer vorgesehen ist, auf eine konstante Temperatur erhitzt.
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Eine
Hochfrequenzspannung wird durch eine elektrische Quelle 28 an
eine obere Elektrode 29 und an die Unterstützung 13 für einen
Wafer angelegt, um Plasma in einem Raum zwischen diesen zu erzeugen,
so dass SiH4-Radikale, SiH4 +-Ionen, N2O-Radikale
und O2 –-Ionen in dem Raum vorliegen.
Wenn diese Radikale und Ionen an eine Oberfläche des Wafers 6 gelangen,
wird unter Aufnahme von thermischer Energie eine SiO2-Schicht
gebildet.
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Diese
Radikale und Ionen weisen jedoch eine hohe Reaktionsfähigkeit
auf und treten mit Reaktionsprodukten und einhergehenden Verunreinigungen
in Wechselwirkung, wobei Partikel abgegeben werden. Die thermische
Energie gelangt durch thermische Strahlung an eine Seitenwand der
Reaktionskammer und somit wird auch an der Seitenwand eine SiO2-Schicht gebildet. Außerdem bilden sich sekundär SiH3 –-Ionen, SiH2 2+-Ionen, NO-Moleküle und so weiter, wodurch das
Problem entsteht, dass die Qualität der Schicht womöglich nicht
gleichmäßig ist.
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In
Anbetracht des Vorhergehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum chemischen Abscheiden aus der Gasphase
zu schaffen, das es ermöglicht,
eine gleichmäßige Schicht
herzustellen, indem die Bildung von Partikeln beim Schritt der Erzeugung
einer Dünnschicht
auf einer Oberfläche eines
Substrats verhindert wird, und das es ermöglicht, die Dünnschicht
mit einer höheren
Rate zu bilden.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht
geschaffen, das die Schritte von Anspruch 1 umfasst. Das reaktionsfähige Gas
kann ausschließlich
ein Zutatengas sein, das einen Bestandteil für eine Dünnschicht enthält, oder
ein Gemisch aus dem Zutatengas und einem oxidierenden oder reduzierenden
Gas.
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Eine
Vorrichtung zum chemischen Abscheiden aus der Gasphase, die das
obenerwähnte
Verfahren ausführt,
umfasst: eine Reaktionskammer, die eine Unterstützung für ein Substrat beinhaltet;
Mittel zum Einleiten eines reaktionsfähigen Gases, das einen Bestandteil
für eine
Dünnschicht
enthält,
in die Reaktionskammer; Mittel zum Abführen des reaktionsfähigen Gases,
das durch die Reaktionskammer strömt; Ionisierungsmittel zum
Ionisieren eines Bestandteils, welches das reaktionsfähige Gas
bildet; sowie Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes in der
Reaktionskammer, so dass der ionisierte Bestandteil für eine Dünnschicht elektrostatisch
auf dem Substrat abgeschieden wird. Vorzugsweise ist das Ionisierungsmittel
ein Mittel zum Erzeugen von Photoelektronen oder ein Mittel zur
Bildung von Ionen durch elektrische Entladung. Vorzugsweise ist
das Ionisierungsmittel in einem Durchlass zum Einleiten des reaktionsfähigen Gases
in die Reaktionskammer vorgesehen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 bis 6 sind
schematische Ansichten, die CVD-Vorrichtungen zeigen, welche Mittel
zum Erzeugen von Photoelektronen gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweisen.
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7 bis 10 sind
schematische Ansichten, die CVD-Vorrichtungen zeigen, welche Mittel
zur Erzeugung von Ionen mittels Koronaentladung aufweisen.
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11 stellt
einen Graphen dar, der Ergebnisse der Bestimmung einer Herstellungsrate
einer Dünnschicht
entsprechend angelegter Spannungen unter Verwendung der Vorrichtung
aus 2 zeigt.
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12 stellt
einen Graphen dar, der Ergebnisse einer Bestimmung einer Herstellungsrate
einer Dünnschicht
entsprechend angelegter Spannungen unter Verwendung der Vorrichtung
aus 10 zeigt.
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13 ist
eine schematische Ansicht, die eine herkömmliche CVD-Vorrichtung zeigt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
schematisch eine Umgebungsdruck-CVD-Vorrichtung zum Bilden einer
isolierenden Schicht für
eine integrierte Schaltung. Die Vorrichtung wird für die Bildung
einer SiO2-Schicht auf einem Substrat unter
Verwendung von TEOS (Tetraethylorthosilikat: Si(OC2H5)4) verwendet.
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In 1 wird
TEOS 2, das als ein Bestandteil für eine Dünnschicht dient, neben He,
das als Trägergas dient,
in einen Einlass einer CVD-Vorrichtung 1 eingeleitet. Eine
Einrichtung A zum Beschicken von Partikeln ist in einem Durchlass
vorgesehen. Die Einrichtung A umfasst einen Photoelektronen-Emitter 8,
eine Ultraviolettlampe 9 und eine Elektrode 10.
Eine elektrische Spannung wird zwischen dem Photoelektronen-Emitter 8 und
der Elektrode 10 angelegt, um in dem Durchlass ein elektrisches
Feld zu erzeugen. Der Photoelektronen-Emitter 8 wird im
elektrischen Feld von der Ultraviolettlampe 9 mit einer
Ultraviolettstrahlung bestrahlt, um Photoelektronen zu emittieren.
Vorzugsweise ist eine Reflexionsoberfläche 12 in einer Umgebung
der Ultraviolettlampe 9 vorgesehen, wodurch die Bestrahlungseffektivität der Ultraviolettstrahlung
auf den Photoelektronen-Emitter erhöht wird. Als Ergebnis werden
Photoelektronen von dem Photoelektronen-Emitter 8 wirksam emittiert.
Photoelektronen 11 verbinden sich mit TEOS-Molekülen, um
TEOS-Ionen 3 zu erzeugen. In einem alternativen Verfahren
können
sich Photoelektronen mit elektrophilen Materialien verbinden, wie
etwa O2 und H2O,
die in dem Durchlass vorhanden sind, um negative Ionen zu erzeugen,
wobei sich die negativen Ionen mit TEOS-Molekülen verbinden können, um
TEOS-Ionen 3 zu bilden.
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TEOS-Ionen 3 kreuzen
in der Reaktionskammer 21 einen Ozonstrom 4, der
von einem anderen Einlass eingeleitet wird. Die TEOS-Ionen 3 werden
von dem Ozon 4 oxidiert, um ein Oligomer oder ein gasförmiges Zwischenprodukt
von TEOS zu erzeugen. Das Oligomer 14 weist TEOS-Ionen
als Kerne auf und verfügt somit über elektrische
Ladungen. Elektroden 51, 52, die einen plattenförmigen Aufbau
aufweisen, werden in einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt
der Reaktionskammer 21 angeordnet, um ein elektrisches
Feld in der Reaktionskammer zu bilden, wobei eine Unterstützung 13 für einen
Wafer sowie ein Wafer 6 an der positiven Elektrode 52 angeordnet
sind. Daher bewegt sich das Oligomer 14 zu einer Oberfläche des Wafers 6,
wie von den Pfeilen gezeigt wird, und lagert sich elektrosta tisch
auf dessen Oberfläche
ab.
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Daraufhin
wird das Oligomer von dem Ozon an der Oberfläche des Wafers weiter oxidiert,
um eine SiO2-Schicht zu bilden.
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Die
Ziffern 71 und 72 beziehen sich auf Öfen zum
Beschleunigen einer Reaktion des TEOS mit Ozon in der Reaktionskammer.
Nach dem Mitwirken an der Reaktion strömen das TEOS und das Ozon an
einer Außenseite
der Vorrichtung 1 aus, wie durch Pfeil 15 dargestellt
wird.
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Nicht
der Bestandteil für
eine Dünnschicht
(in diesem Fall TEOS), sondern das Ozon kann an einer Stelle in
den Durchlass eingeleitet werden, wo der Photoelektronen-Emitter 8 vorgesehen
ist (der obere Durchlass in 1), wobei
der Bestandteil für
eine Dünnschicht
an einer Stelle in einen Durchlass eingeleitet werden kann, wo der
Photoelektronen-Emitter 8 nicht vorgesehen ist (der untere
Durchlass in 1). In diesem Fall verbinden
sich Photoelektronen mit dem Ozon, um Ozon-Ionen zu bilden. Die
Ozon-Ionen kreuzen einen TEOS-Strom in der Reaktionskammer 21.
Das TEOS wird nicht nur oxidiert, sondern auch durch die Ozon-Ionen
ionisiert, um ein Oligomer 14 von TEOS zu bilden. Das Oligomer 14 lagert
sich elektrostatisch auf der Oberfläche des Wafers ab.
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Ein
Verfahren zur Ionisierung von Feststoffen durch Photoelektronen
wurde von den vorliegenden Erfindern in JP-B-3-5859, JP-B-7-93098,
JP-A-2-303557, JP-A-3-108698 und JP-A-4-243540 beantragt, die hiermit
alle durch Literaturhinweis eingefügt sind, wobei das Verfahren
auf den Schritt der Ionisierung des Bestandteils des reaktionsfähigen Gases
durch Photoelektronen gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet werden kann.
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Jedes
Material, das Photoelektronen nach einer Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlung
emittiert, kann als Photoelektronen-Emitter 8 verwendet
werden. Ein Material, das eine kleine photoelektronische Austrittsarbeit
aufweist, wird jedoch bevorzugt. Im Hinblick auf Leistung und Wirtschaftlichkeit
kann das Material für
den Photoelektronen-Emitter eines der folgenden Elemente enthalten:
Ba, Sr, Ca, Y, Gd, La, Ce, Nd, Th, Pr, Be, Zr, Fe, Ni, Zn, Cu, Ag, Pt,
Cd, Pb, Al, C, Mg, Au, In, Bi, Nb, Si, Ti, Ta, U, B, Eu, Sn, P,
und W; eine Verbindung oder eine Legierung dieser Elemente; oder
ein Gemisch dieser Elemente, der Verbindung und/oder der Legierung. Das
Material kann im Wesentlichen einer der Arten umfassen oder eine
Kombination aus wenigstens zwei Arten.
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Eine
Verbindung, die für
den Photoelektronen-Emitter 8 verwendet wird, enthält Oxide,
Boride und Carbide. Die Oxide enthalten BaO, SrO, CaO, Y2O5, Gd2O3, Nd2O3,
ThO2, ZrO2, Fe2O3, ZnO, CuO, Ag2O, La2O3,
PtO, PbO, Al2O3,
MgO, In2O3, BiO,
NbO, BeO und so weiter. Die Boride enthalten YB6,
GdB6, LaB5, NdB6, CeB6, EuB6, PrB6, ZrB2 und so weiter. Die Karbide enthalten UC,
ZrC, TaC, TiC, NbC, WC und so weiter.
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Oxide
können
durch ein Verfahren gewonnen werden, bei dem nur Oberflächen eines
Metalls an der Luft erhitzt werden, oder durch ein Verfahren zum
Oxidieren des Metalls durch eine Chemikalie. Das Metall kann vor
seiner Verwendung erhitzt werden, wodurch auf einer Oberfläche eine
Oxidschicht gebildet wird, die über
eine lange Zeitspanne stabil ist. Zum Beispiel kann eine Ag-Mg-Legierung
Dampf mit 300 bis 400 °C
ausgesetzt werden, um eine Oxidschicht auf ihrer Oberfläche zu bilden,
wobei die Oxidschicht über
eine lange Zeitspanne stabil ist.
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Eine
Legierung, die als Photoelektronen-Emitter 8 verwendet
werden kann, umfasst Messing, Bronze, Phosphorbronze, eine Ag-Mg-Legierung
(Mg: 2 bis 20 Gew.-%), eine Cu-Be-Legierung (Be: 1 bis 10 Gew.-%), eine
Ba-Al-Legierung
und so weiter. Die Ag-Mg-Legierung, die Cu-Be-Legierung und die
Ba-Al-Legierung sind unter diesen bevorzugt.
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Wie
der vorliegende Erfinder in JP-A-3-108698 vorgestellt hat, kann
ein Aufbau aus mehreren Schichten verwendet werden, der eine Vielzahl
von Photoelektronen-Emittern 8 aufweist.
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Ein
Material, das zum Emittieren von Photoelektronen geeignet ist, kann
auf einem geeigneten Träger vorgesehen
sein, um einen Photoelektronen-Emitter
zu bilden. Zum Beispiel kann eine dünne Schicht Au auf einem Träger aus
Quarzglas vorgesehen sein, das eine Ultraviolettstrahlung transmittiert
(JP-B-7-93098). In diesem Fall kann weiterhin ein elektrisch leitendes
Material vorgesehen sein (JP-A-5-68875). Der Photoelektronen-Emitter 8 in 1 weist
ein Glas auf, das mit einer dünnen
Schicht Au überzogen
ist.
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Vorzugsweise
umfasst der Photoelektronen-Emitter 8 Aufbauformen, die
eine große
Fläche
für Ultraviolettstrahlung
aufweisen. Zum Beispiel umfassen die Aufbauformen stabartige, watteartige,
gitterartige, plattenartige, sickenartige, krummflächenartige,
zylinderartige, sumpfnetzartige Aufbauformen, und dergleichen.
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Der
Photoelektronen-Emitter in einer Dünnschicht kann auf einer Oberfläche einer
Ultraviolett-Quelle aufgetragen sein, wie etwa auf einer Ultraviolett-Lampe, um sich dort
einzubinden (JP-A-4-24354). Alternativ kann der Photoelektronen-Emitter
in der Umgebung der Ultraviolettlampe angeordnet sein.
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Eine
Bestrahlungsstrahlung zum Emittieren von Photoelektronen von dem
Photoelektronen-Emitter umfasst eine Ultraviolettstrahlung, eine
elektromagnetische Welle, einen Laser, eine Strahlung und so weiter. Unter
Berücksichtigung
von Funktionalität
und Wirkung wird eine Ultraviolettstrahlung bevorzugt. Eine Quelle für eine Ultraviolettstrahlung
umfasst eine Quecksilberlampe, eine Wasserstoff-Entladungsröhre, eine
Xenon-Entladungslampe, eine Lyman-Entladungsröhre und dergleichen.
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Die
Elektrode 10 wird verwendet, um in einem elektrischen Feld
einen Photoelektronen-Emitter mit einer Ultraviolettstrahlung zu
bestrahlen. Jedes elektrisch leitende Material kann als Elektrode
verwendet werden, wobei jedes Elektrodenmaterial für bekannte
Vorrichtungen zum Laden von Partikeln verwendet werden kann. Die
Elektrode in 1 weist einen stabförmigen Aufbau
auf. Die Elektrode kann jedoch auch plattenartige oder sumpfnetzartige
Aufbauformen aufweisen. Vorzugsweise wird eine Spannung für das elektrische Feld
auf 0,1 V/cm bis 2 kV/cm eingestellt.
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Die
anderen Elektroden 51, 52 werden verwendet, um
ein TEOS-Oligomer, das von Photoelektronen ionisiert und daraufhin
durch Ozon oxidiert wird, zu einem Wafer in einem elektrischen Feld
zu bewegen und um das Oligomer darauf elektrostatisch abzuscheiden.
Der Wafer wird zwischen einem Paar von Elektroden 51, 52 angeordnet,
wobei das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden ein elektrisches
Feld bildet. Vorzugsweise wird eine Spannung für das elektrische Feld auf
10 V/cm bis 2 kV/cm eingestellt. Jedes elektrisch leitende Material
kann als Elektrode verwendet werden, wobei jedes Elektrodenmaterial
für bekannte Vorrichtungen
zum Laden von Partikeln verwendet werden kann. Die Elektrode kann
plattenartige, stabartige, sumpfnetzartige und andere Aufbauformen
aufweisen.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer CVD-Vorrichtung, die für
die vorliegende Erfindung verwendet wird. Ozon 4, das als
oxidierendes Gas dient, wird über
einen zentralen Durchlass zum Einleiten eines Gases in die Vorrichtung
eingeleitet. TEOS 2, das als Bestandteil für eine Dünnschicht
dient, wird neben He, welches als Trägergas dient, über einen
weiteren Durchlass, der ringförmig
den zentralen Durchlass umgibt, in die Vorrichtung eingeleitet.
TEOS 2 verbindet sich zum Ionisieren mit Photoelektronen 11,
wobei daraufhin die ionisierten TEOS-Ionen 3 für die Oxidation
mit Ozon 4 gemischt werden, wodurch sich ein Oligomer 14 von
TEOS bildet. Ein elektrisches Feld bewegt das Oligomer 14 zu
einem Wafer 6, wodurch sich das Oligomer elektrostatisch
darauf abscheidet. Das elektrische Feld wird gebildet, indem eine
Spannung zwischen einer positiven Elektrode 52, die unter
dem Wafer angeordnet ist, und einer negativen Elektrode 51 angelegt wird,
die in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer 21 angeordnet
ist. Das Oligomer 14 wird auf einer Oberfläche des
Wafers 6 weiter oxidiert, um eine SiO2-Schicht
zu bilden. Ziffer 7 bezieht sich auf einen Ofen, wobei
sich andere Ziffern auf dieselben Elemente beziehen, die in 1 dargestellt
sind.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer CVD-Vorrichtung, die für
die vorliegende Erfindung verwendet wird. Ozon 4 wird über einen
zentralen Durchlass zum Einleiten eines Gases in die Vorrichtung
eingeleitet, wobei TEOS 2 über einen Durchlass, der ringförmig den
zentralen Durchlass umgibt, in die Vorrichtung eingeleitet wird.
TEOS 2 verbindet sich zum Ionisieren mit Photoelektronen 11 und
wird gleichzeitig oxidiert, um ein Oligomer 14 von TEOS
zu bilden. In diesem Fall kann eine Oxidation durch das Ozon einer
Ionisierung von TEOS vorausgehen. Alternativ kann sich Ozon 4 zur
Bildung von Ozon-Ionen mit Photoelektronen 11 verbinden,
woraufhin die Ozon-Ionen das TEOS oxidieren können.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer CVD-Vorrichtung, die für
die vorliegende Erfindung verwendet wird. In 4 emittiert
eine Quecksilberlampe 9 mit niedrigem Druck gleichzeitig
eine Ultraviolettstrahlung von 184 nm, die Wellenlänge, bei
der Ozon erzeugt wird, und eine Ultraviolettstrahlung von 254 nm, die
Wellenlänge,
bei der Photoelektronen erzeugt werden. Ein Photoelektronen-Emitter 8 weist
einen Filter auf, der eine zylindrische Aufbauform hat und eine
Ultraviolettstrahlung mit einer kurzen Wellenlänge abschneidet; und Au, mit
dem eine äußere Oberfläche des
Filters beschichtet ist. Der Filter schneidet die Ultraviolettstrahlung
von 184 nm ab, die nachteilig ist, um Eigenschaften des Emittierens
von Photoelektronen durch Au über eine
lange Zeitspanne zu stabilisieren, weshalb das Au lediglich mit
der Ultraviolettstrahlung von 254 nm bestrahlt wird. Sauerstoff
wird über
einen zentralen Durchlass zum Einleiten eines Gases in die Vorrichtung
eingeleitet. Wenn der Sauerstoff an der Lampe 9 entlangströmt, adsorbiert
der Sauerstoff die Ultraviolettstrahlung von 184 nm, um Ozon 4 zu
erzeugen. Andererseits wird TEOS 2 über einen Durchlass, der ringförmig den
zentralen Durchlass umgibt, in die Vorrichtung eingeleitet. Nachdem
der Photoelektronen-Emitter 8 von der Lampe mit der Ultraviolettstrahlung
von 254 nm bestrahlt wurde, emittieren Photoelektronen von dem Au,
wobei sich die Photoelektronen mit dem TEOS 2 verbinden,
um TEOS-Ionen 3 zu
bilden. Anschließend
werden die TEOS-Ionen 3 zur Oxidation mit Ozon 4 gemischt,
wodurch ein Oligomer von TEOS entsteht. Das Oligomer 14 wird
elektrostatisch auf einem Wafer 6 abgeschieden und daraufhin
weiter oxidiert, um eine SiO2-Schicht zu
bilden.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer CVD-Vorrichtung, die für
die vorliegende Erfindung verwendet wird, wobei diese Vorrichtung
eine Epitaxie einer SiO2-Schicht auf einem
Wafer 6 ermöglicht.
In 5 wird SiH4, das als Bestandteil
für eine
Dünnschicht
dient, neben He, das als Trägergas
dient, in eine Vorrichtung eingeleitet. Photoelektronen 11,
die in dem Durchlass gebildet werden, verbinden sich mit SiH4 zu ionisiertem SiH4,
wodurch Ionen 3 entstehen. Anschließend bewegen sich die Ionen 3 in
einem elektrischen Feld zu dem Wafer 6 und scheiden sich
elektrostatisch auf dem Wafer 6 ab. Eine SiO2-Schicht
wird durch Epitaxie auf einer Oberfläche des Wafers 6 gebildet.
In diesem Fall werden ein Druck und eine Temperatur von 200 Torr
(1 Torr = 133,3 Pa) beziehungsweise 1.200 °C in der Vorrichtung beibehalten.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer CVD-Vorrichtung, die für
die vorliegende Erfindung verwendet wird, wobei diese Vorrichtung
die Ausbildung einer isolierenden Schicht (hoch-dielektrische Schicht)
auf einem Wafer 6 ermöglicht.
Ein Bestandteil 2 für
eine Dünnschicht
ist ein Gasgemisch von 3 Teilen Ba(DPM)2,
3 Teilen Sr(DPM)2 und 4 Teilen Ti(i-OC3H7)4.
Sauerstoff, das als oxidierendes Gas 4 dient, wird verwendet,
und diese Gase werden in einer Mischkammer 17 zusammengemischt.
Es ist wichtig, den Zutatenbestandteil 2 mit dem oxidierenden
Gas gleichmäßig zu mischen.
Genauer wird aus dem Gemischgas bei einem Druck von 0,01 bis zu
sehr vielen Torr in der Reaktionskammer 21 eine viskose
Strömung,
wobei es notwendig ist, eine Gasströmung mit gleichmäßigen Konzentrationen
und Geschwindigkeiten zu bilden. Ein Duschkopf 18 ist vorgesehen,
der eine dünne
Platte aufweist, die mit einer Vielzahl von Öffnungen durchlöchert ist,
um eine gleichmäßige Mischung
zu beschleunigen und um eine gleichmäßige Gasströmung in Richtung des Wafers 6 zu
bilden. Ein Photoelektronen-Emitter (Au) 8 ist auf einer
unteren Oberfläche
des Duschkopfes 18 oder auf einer Oberfläche angeordnet,
die dem Wafer 6 gegenüberliegt.
Eine Ultraviolettlampe 9 ist um die Reaktionskammer 21 herum
angelegt, wobei die Au-Schicht durch eine Quarzplatte 19 mit
einer Ultraviolettstrahlung bestrahlt wird. Eine positive Elektrode 52 ist
zwischen einer Unterstützung 13 für einen
Wafer und einem Heizgerät
(Ofen) 7 angeordnet, wobei eine negative Elektrode an der
Au-Schicht 8 in
dem Duschkopf 18 angeordnet ist, der dem Wafer 6 gegenüberliegt.
Eine geeignete Spannung zum Emittieren von Photoelektronen 11 wird
an die Elektroden angelegt. Um eine untere Oberfläche des
Duschkopfes 18 herum, der dem Wafer 6 gegenüber liegt,
ist eine weitere negative Elektrode 51 angeordnet. Zum
Bewegen von Ionen, die durch Ionisieren des Zutatengases entstehen,
in den Wafer und zum Abscheiden auf diesem wird von den Elektroden 51, 52 ein
geeignetes elektrisches Feld gebildet.
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In
der Vorrichtung von 6 wird das Zutatengas 2 in
der Mischkammer 7 mit dem oxidierenden Gas 4 gemischt,
um das Zutatengas zu oxidieren, wobei das Gemisch ferner im Duschkopf 18 gleichmäßig vermischt
wird, um das Zutatengas weiter zu oxidieren. Das reagierte Gas wird
mit einer gleichmäßigen Strömgeschwindigkeit
dem Wafer 6 zugeführt.
Gleichzeitig wird die Au-Schicht mit einer Ultraviolettstrahlung
von der Ultraviolettlampe 9 bestrahlt, wodurch Photoelektronen
emittieren. Photoelektronen 11 bewegen sich in Richtung
der Elektrode 52 und verbinden sich zum Ionisieren mit
dem reagierten Gas. Das ionisierte, reagierte Gas lagert sich auf
dem Wafer 6 ab. Der Duschkopf 18 erhält eine
gleichmäßige Strömgeschwindigkeitsverteilung in
der Strömung
des ionisierten, reagierten Gases und die gleiche Richtung in der
Gesamtströmung
aufrecht, so dass sich der Bestandteil für eine Dünnschicht wirksam auf dem Wafer
abscheidet.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer CVD-Vorrichtung mit einem alternativen Verfahren der Bildung
von ionisiertem Gas, das nicht durch die vorliegende Erfindung abgedeckt
ist. In 7 wird TEOS 2, das
als ein Bestandteil für
eine Dünnschicht
dient, neben He, das als Trägergas
dient, in einen Einlass der CVD-Vorrichtung 1 eingeleitet.
Eine Einrichtung A zum Beschicken von Partikeln ist in einem Durchlass
vorgesehen. Die Einrichtung A umfasst eine Entladungselektrode 30,
die einen nadelförmigen
Aufbau aufweist, und eine gegenüberliegende
Elektrode 40. Eine negative Korona-Spannung wird an die Entladungselektrode 30 angelegt,
um eine Koronaentladung zu erzeugen, wodurch ein elektrisches Feld
zwischen den Elektroden gebildet wird. Mehrere negative Ionen und
Elektroden 11 werden um die Spannung 30 gebildet,
wobei ein Schauer von negativen Ionen und Elektroden in Richtung
der gegenüberliegenden
Elektrode 40 gebildet wird, die als positive Elektrode
dient. Diese negativen Ionen und Elektroden verbinden sich mit TEOS-Molekülen, um TEOS-Ionen 3 zu
bilden.
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TEOS-Ionen 3 kreuzen
in der Reaktionskammer 21 einen Ozonstrom 4, der
von einem anderen Einlass eingeleitet wird. Die TEOS-Ionen 3 werden
von dem Ozon 4 oxidiert, um ein Oligomer oder ein gasförmiges Zwischenprodukt
von TEOS zu bilden. Das Oligomer 14 weist TEOS-Ionen als
Kerne auf und verfügt
somit über
elektrische Ladungen. Die Elektroden 51, 52, die
einen plattenförmigen
Aufbau aufweisen, werden in einem oberen Abschnitt und in einem
unteren Abschnitt der Reaktionskammer 21 angeordnet, um
ein elektrisches Feld in der Reaktionskammer zu bilden, wobei eine
Unterstützung 13 für einen
Wafer sowie ein Wafer 6 auf der positiven Elektrode 52 angeordnet
sind. Daher bewegt sich das Oligomer 14 in eine Oberfläche des Wafers 6,
wie von den Pfeilen gezeigt wird, und scheidet sich elektrostatisch
auf dessen Oberfläche
ab.
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Daraufhin
wird das Oligomer von dem Ozon an der Oberfläche des Wafers weiter oxidiert,
um eine SiO2-Schicht zu bilden.
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Die
Ziffern 71 und 72 beziehen sich auf Öfen zum
Beschleunigen einer Reaktion von TEOS mit Ozon in der Reaktionskammer.
Nach dem Mitwirken an der Reaktion strömen das TEOS und das Ozon an
einer Außenseite
der Vorrichtung 1 aus, wie durch Pfeil 15 dargestellt
ist.
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Ionen
zum Ionisieren von Bestandteilen für eine Dünnschicht können positive Ionen sein. In
diesem Fall wird eine positive Spannung an die Entladungselektrode 30 angelegt.
Eine Menge von positiven Ionen, die auf diese Weise entstehen, ist
größer als
eine Menge von negativen Ionen, wobei dies für die Ionisierung von Vorteil
ist. Im Allgemeinen weisen negative Ionen jedoch einen höheren Beweglichkeitsgrad
als positive Ionen auf, wobei dies für die Ionisierung von Vorteil
ist. In Anbetracht des Vorherigen ist es im Allgemeinen vorteilhaft, negative
Ionen zu bilden. Die Koronaentladung, die durch das Anlegen einer
negativen Spannung hervorgerufen wird, neigt zur Bildung von Ozon.
Daher ist es vorteilhaft, die negative Spannung anzulegen, wenn
der Bestandteil für
eine Dünnschicht
mit Ozon reagiert. Wenn das Ozon vorzugsweise nicht anwesend ist,
kann die positive Spannung angelegt werden. Die Auswahl, ob positive
Ionen oder negative Ionen als Ionen zu bilden sind, hängt von
den Arten der zu ionisierenden Substanzen ab.
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Wenn
negative Ionen gebildet werden, um den Bestandteil für eine Dünnschicht
mit negativen Ladungen aufzuladen, wird eine positive Spannung an
die Sammelelektrode 52 angelegt. Wenn andererseits positive Ionen
gebildet werden, wird eine negative Spannung an die Sammelelektrode 52 angelegt.
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In 7 weist
die Entladungselektrode 30 eine nadelähnliche Aufbauform auf, wobei
die gegenüberliegende
Elektrode 40 eine plattenartige Aufbau form aufweist. Diese
können
jedoch auch gitterartige, gerade, kugelförmige, gewellte, sickenförmige oder
kammförmige
Aufbauformen aufweisen. Eine angelegte Spannung zur Durchführung der
Koronaentladung reicht im Allgemeinen von 1 bis 80 kV.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer CVD-Vorrichtung mit einem alternativen Verfahren der Bildung
von ionisiertem Gas, das nicht durch die vorliegende Erfindung abgedeckt
ist. Ozon 4, das als oxidierendes Gas dient, wird über einen
zentralen Durchlass in die Vorrichtung eingeleitet. TEOS 2,
das als Bestandteil für
eine Dünnschicht
dient, wird neben He, das als Trägergas
dient, über
einen weiteren Durchlass, der ringförmig den zentralen Durchlass
umgibt, in die CVD-Vorrichtung eingeleitet. TEOS 2 verbindet
sich zum Ionisieren mit Ionen 11, wobei die ionisierten
TEOS-Ionen 3 mit Ozon 4 vermischt werden, um ein
Oligomer 14 von TEOS zu bilden.
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9 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer CVD-Vorrichtung mit einem alternativen Verfahren der Bildung
von ionisiertem Gas, das nicht durch die vorliegende Erfindung abgedeckt
ist. Ozon 4 wird über
einen zentralen Durchlass in die Vorrichtung eingeleitet. TEOS 2 wird über einen
weiteren Durchlass, der ringförmig den
zentralen Durchlass umgibt, in die CVD-Vorrichtung eingeleitet. TEOS 2 verbindet
sich mit Ionen 11, um TEOS-Ionen 3 zu bilden,
während
die Oxidation durch Ozon fortgesetzt wird, wodurch ein Oligomer 14 von TEOS
entsteht. In diesem Fall kann die Oxidation durch Ozon der Ionisierung
von TEOS vorausgehen. Alternativ kann sich Ozon 4 zur Bildung
von Ozon-Ionen mit Ionen 11 verbinden, woraufhin die Ozon-Ionen TEOS oxidieren
können.
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10 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer CVD-Vorrichtung mit einem alternativen Verfahren der Bildung
von ionisiertem Gas, das nicht durch die vorliegende Erfindung abgedeckt
ist. Ozon 4 wird über einen
zentralen Durchlass in die Vorrichtung eingeleitet. TEOS 2 wird über einen
weiteren Durchlass, der ringförmig
den zentralen Durchlass umgibt, in die CVD-Vorrichtung eingeleitet. TEOS 2 verbindet
sich mit Ionen 11, um TEOS-Ionen zu bilden, woraufhin die
somit ionisierten TEOS-Ionen 3 zur Oxidation mit Ozon 4 gemischt
werden, wodurch ein Oligomer 4 von TEOS gebildet wird.
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In
den Vorrichtungen der 7 bis 10 kann
anstatt des Einleitens des Bestandteils für eine Dünnschicht (in diesem Fall TEOS)
in Durchlässe,
in denen die Entladungselektrode 30 angeordnet ist (der
obere Durchlass in 7 und die äußeren, ringförmigen Durchlässe in den 8 bis 10),
Ozon in die Durchlässe
eingeleitet werden, wobei der Bestandteil für eine Dünnschicht in den anderen Durchlass
eingeleitet werden kann, in dem die Entladungselektrode nicht vorhanden
ist (der untere Durchlass in 7 und die
zentralen Durchlässe
in den 8 bis 10). In diesem Fall verbindet
sich das Ozon mit Ionen 11, um Ozon-Ionen zu bilden. Die
Ozon-Ionen werden mit einer TEOS-Strömung in der Reaktionskammer 21 gemischt.
Gleichzeitig wird TEOS durch die Ozon-Ionen oxidiert und ionisiert,
um ein Oligomer 14 von TEOS zu bilden. Das Oligomer 14 wird
elektrostatisch auf einer Oberfläche
des Wafers abgeschieden.
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Die
obenerwähnten
Ausführungsformen
verwenden TEOS und SiH4 als Bestandteile
einer Dünnschicht.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann sich jedoch auf weitere Bestandteile einer Dünnschicht
beziehen. Zutatenbestandteile werden im Folgenden erläutert. Zutatenbestandteile
zur Herstellung einer Halbleiterdünnschicht umfassen SiH4, Si2H6,
SiH2Cl2, SiH4-xClx (wobei x gleich
0, 2, 3 oder 4 ist), SiCl4, SiHCl3. Zutatenbestandteile zur Herstellung einer
metallischen Schicht umfassen WF6, ein Gemisch
aus WF6 und SiH4,
ein Gemisch aus WF6 und SiH2Cl2, Cr(C2H3CH(CH3)2),
ein Gemisch aus WF4 und GeH4, Al(C4H9)3,
(C2H5)2Ru
und (C5H7O2)3Ir. Zutatenbestandteile
zur Herstellung einer isolierenden Dünnschicht umfassen SiH4, SiH2Cl2, Si(OC2H5)4, Si(CH3O)4, [(CH3)2SiO-]4,
das als OMCTS bezeichnet wird, ein Gemisch aus SiH4 und
PH3, ein Gemisch aus Si(OC2H5)4 und PO(OCH3)3, ein Gemisch
aus SiH4 und B2H6, Ba(DPM)2, Sr(DPM)2, Ti(i-OC3H7)4, Pb(DPM)2, Zr(DPM)4, TiO(DPM)2, Bi(C6H5)3, Ta(O-n-C6H11)5.
Eine Art eines reaktionsfähigen
Gases, das zusammen mit diesen Zutatenbestandteilen in die Reaktionskammer
eingeleitet wird, und eine Temperatur in der Reaktionskammer und
dergleichen werden geeignet ausgewählt, um Zusammensetzung und
Eigenschaften der herzustellenden Dünnschicht anzupassen.
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Im
Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die vorliegende Erfindung wird jedoch nicht durch die Beispiele
eingeschränkt.
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Beispiele
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Beispiel 1
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Bei
Verwendung einer in
2 gezeigten Umgebungsdruck-CVD-Vorrichtung wird
TEOS, das als ein Bestandteil einer Dünnschicht dient, unter den
folgenden Bedingungen für
die Herstellung einer SiO
2-Schicht auf einem
Wafer verwendet. Gleichzeitig wird eine Herstellungsrate der Schicht
in Abhängigkeit
von einer zwischen der Elektrode
51 und der Elektrode
52 angelegten
Spannung in der Reaktionskammer bestimmt. Die angelegte Spannung
ist eine Spannung zur Bildung eines elektrischen Feldes.
Volumen
der Vorrichtung: | etwa
5 Liter; |
Zuführungsmenge
eines Gemisches aus TEOS und He (Trägergas): | 400
ml pro Minute; |
TEOS-Konzentration: | 1,0 × 10–5 mol
pro Liter; |
Zuführungsmenge
eines Gemisches aus Ozon und Sauerstoff (Trägergas): | 600
ml pro Minute; |
Ozon-Konzentration: | 1,5 × 104 mol pro Liter; |
Temperatur
des Ofens: | 300 °C; |
Elektrodenmaterial
zur Herstellung einer Dünnschicht
oder zur elektrostatischen Abscheidung: | SUS
in gitterartigen Aufbauformen; |
angelegte
Spannung zur Herstellung einer Dünnschicht: | 0
bis 5 kV; |
Photoelektronen-Emitter: | Mit
Au beschichtetes Quarzglas; |
Ultraviolettlampe: | Quecksilberlampe
(254 nm); |
Elektrodenmaterial
zum Emittieren von Photoelektronen: | SUS
mit Aug-Plattierung; |
elektrisches
Feld zum Emittieren von Photoelektronen: | 150
V pro cm; |
Durchmesser
eines Wafers: | 5
Zoll; |
Verfahren
zur Bestimmung einer Herstellungsrate einer Dünnschicht: | Schichtdicke,
bestimmt durch Ellipsometer und Zeit zur Herstellung einer Dünnschicht;
und |
Verfahren
zur Bestimmung einer Zusammensetzung einer Dünnschicht: | FT-IR; |
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Ergebnis
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11 zeigt
einen Zusammenhang zwischen der angelegten Spannung der Elektroden
zur Herstellung einer Dünnschicht
und einer Herstellungsrate einer Dünnschicht. Wenn die Spannung
ansteigt, steigt die Herstellungsrate einer Dünnschicht. Das Ergebnis bestätigt, dass
das Ionisieren von TEOS die Dünnschicht bildet.
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Dünnschichten,
die bei angelegten Spannungen von 1 kV, 2 kV und 5 kV hergestellt
werden, werden mittels FT-IR auf ihren Aufbau hin untersucht, wobei
keine der Schichten eine Verbindung enthält, die ein Ethoxy-Radikal
oder ein Hydroxy-Radikal aufweist, und wobei die Schichten qualitativ
hochwertig und frei von Verunreinigungen sind. Die Topologie der
Dünnschichten
werden mittels SEM untersucht, wobei die Oberflächen eben sind.
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Beispiel 2
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Bei
Verwendung einer in 2 gezeigten Umgebungsdruck-CVD-Vorrichtung wird
TEOS, das als ein Bestandteil einer Dünnschicht dient, unter den
folgenden Bedingungen für
die Herstellung einer SiO2-Schicht auf einem
Wafer verwendet. Gleichzeitig wird eine Herstellungsrate der Schicht
in Abhängigkeit
einer zwischen der Elektrode 51 und der Elektrode 52 angelegten
Spannung in der Reaktionskammer bestimmt. Die angelegte Spannung
ist eine Spannung zur Bildung eines elektrischen Feldes.
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Das
Experiment wurde unter den gleichen Bedingungen wie Beispiel 1 ausgeführt, außer dass
anstatt des Photoelektronen-Emitters in Beispiel 1 die Entladungselektrode
mit nadelartigen Aufbauformen und die gegenüberliegende Elektrode mit plattenähnlichen
Aufbauformen verwendet wurden, um negative Ionen zu erzeugen, und
dass eine Koronaspannung an die Entladungselektrode angelegt wurde,
um ein elektrisches Feld von 2,5 kV pro Zentimeter zwischen den
Elektroden zu erzeugen.
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Ergebnis
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12 zeigt
einen Zusammenhang zwischen der angelegten Spannung der Elektroden
zur Herstellung einer Dünnschicht
und einer Herstellungsrate einer Dünnschicht. Wenn die Spannung
ansteigt, steigt die Herstellungsrate einer Dünnschicht an. Das Ergebnis
bestätigt,
dass das Ionisieren von TEOS die Dünnschicht bildet.
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Ergebnisse
der Untersuchung der Dünnschichten
mittels FT-IR hinsichtlich deren Aufbau und Ergebnisse der Beobachtung
der Dünnschichten
mittels SEM sind dieselben wie diejenigen von 1 und
bestätigen,
dass die Schichten hochwertig sind.