NL8102172A - Plasma filmopdamp-inrichting. - Google Patents

Description

* l VÖ~19Ö2~ j~- · - 1 I MM Ell 981 j

Plasmaf ilmopdamp-inrichting.

k

De uitvinding heeft betrekking op een plasmafiliaopdamp^ - inrichting waarbij diverse materialen in gasvorm worden ingevoerd en afgezet op een substraatmonster door middel van een plasmareactie ter vorming van een dunne film van bij voorbeeld Si, Si^N^, SiO^, MoSi^, - 5. WSig, ,en dergelijke en die wordt toegepast ter vervaardiging van ver- ... schillende elektronische onderdelen, zoals geïntegreerde halfgeleider-schakelingen.

Bekend is een chemische filmopdamp (CVD) inrichting die veelvuldig wordt toegepast voor het vormen van dunne films in een 10 geïntegreerde halfgeleiderketen, zoals films van Si^Ii^, SiOg, Si en dergelijke, van grote zuiverheid en hoge kwaliteit. In heb reactieproces ter vorming van een dunne film wordt een reactievat, waarin de sub-straatmonstars zijn aaagebracht,. verhit tot hoge temperaturen, zoals 500 - 1000~C. Het te deponeren uitgangsmateriaal wordt aan het vat tce-15 gevoerd in de vorm van een gasvormige samenstelling, waarbij de gasvormige moleculen in het gas thermisch worden gedissocieerd en op het oppervlak van het monster gecombineerd onder vorming van een dunne film.

Ih deze werkwijze wordt de thermische reactie bij hoge temperaturen uitgevoerd, zodat het type substraat waarop een dunne film 20 kan worden afgezet beperkt is tot substraten die bestand zijn tegen hoge temperaturen en waarvan de eigenschappen door de hoge temperaturen niet nadelig worden beïnvloed. De CVTS-inrichting heeft aldus een zeer beperkt toepassingsgebied. Een ander nadeel is dat het moeilijk is de eigenschappen van de gevormde film in de hand te houden, zoals de in-25 wendige spanning.

Om deze nadelen te vermijden is onlangs een verbeterde plasma-CVD-inrichting ontwikkeld waarin de plasmareactie kan worden benut voor het uitvoeren van een reactie die analoog is aan die van de CVD-inrichting maar bij relatief lagere temperaturen ter vorming van een 30 dunne film. Deze verbeterde CVD-inrichting is b.v. toegelicht door R.S.

Rosier et al in "A Production Reactor for Low Temperature Plasma-Enhanced Silicon Nitride Deposition", Solid State Technology, juni 19T6, blzn. h5 - 50. A. K. Sinha et al beschrijven tevens de verbeterde CVD in "Reactive Plasma Deposited Si-IT films for Mos-LSI Passivation", «102172 # '· - * 2 J. Electrochem. Soc.; Solid-State Science and Technology, april 1978, . tlzn. 601 - 6o8. Deze plasma CVD-inrichting "bestaat uit een monsterkamer, een gasinvoersysteem en een afvoersysteem. Binnen de monsterkamer zijn een radiofrequentie-elektrode en een monstertafel tegenover elkaar op-5 gesteld. Deze monstertafel bevat een verhittingsmechanisme. Er zal nu een toelichting worden gegeven van een voorbeeld van de vorming van een siliciumnitridefilm. Silaangas (SiH^) en ammoniakgas (NH^) worden als *-'·‘r· ·?·" ·>^^j^gsÉatfè^alén’-'T^lï'-^ëb· "gasinvoersysteéin in ‘de-mönstérk'amer -inge-: ; -1' --'’**" voerd. Terwijl deze gassen uit het uitlaatsysteem worden afgevoerd wordt 10 de gasdruk in de monsterkamer binnen een gebied van 0,1 - 10 Torr constant gehouden. Radiofrequentievermogen wordt aan de monsterkamer toegevoerd om plasma te vormen. De gas vormige SiH^- en ÏÏH^-moleculen worden in het plasma gedissocieerd. Onder invloed van botsingen van ionen en elektronen en als gevolg van de dissociatie in het plasma wordt si-15 liciumnitride op het oppervlak'van een substraat op de monstertafel afgezet. De monstertafel wordt echter verhit tot 300 - 500°C terwijl het tevens noodzakelijk is een thermische reactie bij hoge temperaturen toe te passen. Aldus is de plasma-CVD-inrichting nog niet bevredigend voor de lage temperatuurvorming van een dunne film. Tevens is de dissociatie 20 van SiH^ en niet voldoende zodat H in de gevormde film wordt opgenomen of de Si-N binding is onvoldoende. Als gevolg daarvan wordt geen dunne film met goede kwaliteit verkregen. Hieruit volgt tevens dat de plasma-CVD—inrichting niet goed bruikbaar is voor de vervaardiging van die geïntegreerde halfgelèiderketens waarbij een monstersubstraat met 25 lage warmteweerstand en een film van hoge kwaliteit nodig zijn.

Een andere methode waarbij plasma wordt toegepast is de plasmastroom-transportmethode. Deze methode is b.v. toegelicht door Takashi Tsuchimoto in ’’Plasma Stream Transport Method (1) Fundamental Concept and Experiment", J. Vac. Sci. Technol. 15 (1)» Jan/Feb:. 1978, 30 blzn. 70 - 73 en "Plasma Stream Transport Method (2) Use of Charge

Exchange Plasma Source", J. Vac. Sci. Technol. 15 (5)s Sept/0kt. 1978, blzn. 1730 - 1733. Deze artikelen beschrijven onderzoekingen betreffende de vorming en regeling van de plasmastroom voor het transporteren van materiaal. Deze methode wordt zowel toegepast voor het vormen van 35 een dunne film als voor etsen. De inrichting voor deze methode is opgebouwd uit een plasmabron, die gebruik maakt van microgolf ontlading, en 8102172 ψ % * - - ' -ϊ -'•Λ - · 3 ν een monsterkamer waarin een evenwijdig magnetisch veld wordt aangelegd.

Door toepassing van het magnetische pijpeffect van het evenwijdige magnetische veld wordt de plasmastroom nit de plasmabron getransporteerd naar een oppervlak van het monster via thermische diffusie, waardoor 5 een film op het monster wordt afgezet. Fanneer deze methode echter wordt toegepast voor filmvorming wordt de plasmastroom slechts door thermische diffusie getransporteerd, terwijl het effect van invallende r;·:- :’ ''v'ën· Bótsende’’ionen'’èh'èlëktrónëii- etc. óp ;dé 'fxlm^oimiiigsrèactie :aan’' het" ' : -*· monster oppervlak vrijwel niet wordt benut. Aldus is het tevens in de 10 plasmastroomr·transportmethode noodzakelijk het monster te verhitten tot een temperatuur van 300 — 500°C en tegelijk door middel van de warmt e-energie een thermische reactie toe te passen. Tevens wordt door de plasmabron, die in de plasmastroom-transportmethode wordt toegepast, gebruik gemaakt van microgolfontlading met een ontladingskamer van co-15 axiale opbouw of micro-ontlading in een cilinder van een golf geleider.

Bijgevolg is de diameter van de plasmastroom slechts ongeveer 2 cm en is het gebied waar een film kan worden gevormd klein. Dit leidt tot het nadeel dat de produktiviteit aanzienlijk verlaagd wordt. Bovendien is het bij deze methode noodzakelijk de gasdruk in de monsterkamer te ver-20 lagen om de dichtheid van het plasma dat het monsteroppervlak bereikt niet te verdunnen. Set is verder noodzakelijk de binnenkant van de plasmabron op een gasdruk te brengen die voor ontlading geschikt is.

Om deze redenen kan de diameter aan de opening voor het invoeren van het plasma niet worden vergroot waardoor het moeilijk is de diameter van 25 de plasmastroom te verhogen.

Verder werd getracht de plasmastroom af te tasten door toepassing van een magnetische aftast spoel teneinde het gebied waar een film kan worden gevormd te vergroten. Bij deze methode wordt de filmvor-mingssnelheid evenredig verkleind en de produktiviteit niet verbeterd.

3Q Tevens is een gecompliceerde samenstelling vereist. Bovendien bestaat het nadeel wanneer men b.v. ITg-gas in de plasmabron of Siïï^-gas in de monsterkamer wil invoeren ter vorming van een siliciumnitridefilm (met het doel verstrooiing van uitgangsgassen of de vorming van schadelijke afzettingen in de plasmabron te vermijden), dat de interaktie tussen de 35 H^-plasmastroom en het SiH^-gas onvoldoende is zodat geen hoge kwaliteits-film met groot rendement kan worden gevormd. De oorzaak hiervan is dat 8102 172 * I k de diameter van de plasmastroom klein is en tevens· de gasdruk van SiH^ in de monsterkamer niet kan worden opgevoerd.

De uitvinding heeft als hoofddoel te voorzien in een plasmaopdamp-inricht'ing waarmee met goede produktiviteit een dunne film 5 met grote kwaliteit over een groot oppervlak kan worden aangehracht, terwijl het monstersubstraat op lage temperatuur wordt gehouden, door : toepassing van de respectieve bijzonderheden van de conventionele plasma-*' opdêin^inricïttingen έύ,’έ i>oven'rêrmej&V''®tóe&· opw^ sterk ' " '·* v actieve plasma en bevordering van.· de reactie van het plasma van ionen 10 en elektronen aan het oppervlak van het monster.

Het is een ander doel van de uitvinding te voorzien in een plasmaopdamp-inrichting waarmede efficiënt een dunne film van hoge kwaliteit bij een lage temperatuur kan worden gevormd door het plasma, dat door een micro golf ontlading via elektronencyclotronresonan-15 tie wordt gevormd, met behulp van de actieve werking van een divergent magnetisch veld op te stuwen en op een oppervlak van een monster te rich- ·-. -ten.

Volgens een aspect van de uitvinding wordt in een piasmaf ilmopdamp-inrichting, waarin gassen in een vacuumvat worden inge-20 voerd, plasma gevormd, worden de moleculen in het plasma geactiveerd en in reactie gebracht op een monstersubstraat met het doel een dunne film op dit monstersubstraat af te zetten, welke inrichting een monsterkamer omvat, waarin een monstertafel voor het daarop aanbrengen: van· het monstersubstraat is opgesteld, alsmede een plasmavormingskamer die afzonderlijk 25 van de monsterkamer is opgesteld met het doel de gassen te vormen die tot de piasmatoestand moeten worden geactiveerd, waarbij, de plasmavormingskamer is voorzien van een microgolfinvoervenster, een microgolf-invoerorgaanen een plasma-afvoeropening die in de wand tegenover het microgolfinvoervenster is gevormd en waardoor de plasmastroom in de 30 monsterkamer wordt afgevoerd, waarbij aan de omtrek van de plasmavormingskamer een magnetische keten is aangebracht ter vorming van een magnetische flux dichtheid die noodzakelijk is om een elektronencyclotron-resonantie in de plasmavormingskamer tot stand te brengen en in de monsterkamer een divergent magnetisch veld te vormen, waarbij de intensi-35 teit van de magnetische fluxdichtheid met een geschikte gradiënt vanaf de plasmavormingskamer naar de monstertafel in de monsterkamer afneemt.

8102172 > » ' . wdb 5

In deze plasmafilmopdamp-inrichting heeft het de voorkeur dat de plasmavormingskamer wordt ingesteld op een vorm en afmeting die voldoen aan de voorwaarden van een microgolftrilholteresonator.

De plasmafilmopdamp-inrichting kan worden voorzien van 5 een gasinvoersysteea voor de plasmavormingskamer en een gasinvoersysteem voor de monsterkamer.

- - - Het heeft tevens de voorkeur dat de piasmafilmopdamp- ‘^ · ^^^--^diirïchting' 'een “sluitar-bezit- die- kan worden geopend'en -gesloten met--.het..;. - ---- · -doel de plasmastroom te onderbreken en die is opgesteld tussen de plasma-10 afvoeropening en de monstert af el. Bij voorkeur kan de plasma-afvoer-opening een metalen roosterplaat bevatten. Het heeft tevens de voorkeur dat aan de monstertafel een radiofrequentievermogen wordt toegevoerd teneinde een negatieve voorspanning bij het oppervlak van het monster te genereren. Verder kan de monstertafel in een elektrisch niet-gelei-15 dende toestand zijn.

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt voorzien in een plasmaopdamp-inrichting die een plasmavormingskamer en een monsterkamer bevat waarin een monstertafel voor het daarop aanbrengen van een monster is opgesteld, waarbij plasma-uitgangsmateriaien en 20 microgolfvermogen in de plasmavormingskamer worden ingevoerd om plasma te genereren, welke plasmavormingskamer is voorzien met een vlakke eindplaat die een plasma-afvoeropening bezit voor het af voeren van de plasma als een plasmastroom in de monsterkamer, waarbij een magnetische keten' is geïnstalleerd bij de omtrek van de plasmavormingskamer, welke 25 magnetische keten dient ter vorming van een magnetische fluxdichtheid met een intensiteit die noodzakelijk is om het rendement van de plasma-vorming in de plasmavormingskamer te verhogen en in de monsterkamer een divergent magnetisch veld te vormen, waarin de intensiteit van de magnetische fluxdichtheid met een geschikte gradiënt vanaf de plasmavormings-30 kamer naar de monstertafel in de monsterkamer afneemt, waarbij de plasmavormingskamer de structuur van een trilholt;eresonator heeft met betrekking tot de ingevoerde microgolf energie ter vorming van het plasma, en de vlakke eindplaat een beweegbare structuur heeft zodat de trilholte-resonantieomstandigheden van de microgolven kunnen worden ingesteld.

35 In een voorkeursuitvoeringsvorm van een plasmaopdamp- inrichting volgens de uitvinding kan de monstertafel een koelmechanisme 8102172 ^ 6 bevatten. De magnetische keten kan een magnetische spoel bezitten die het divergente magnetische veld genereert nodig voor de vorming van het plasma en voor het afvoeren van het plasma, terwijl een materiaal met hoge permeabiliteit is aangebracht aan de omtrek van een magnetische 5 spoel, zodat de verdeling van het magnetische veld in de plasmavormings-kamer en de monsterkamer door middel van de opstelling en de vorm van het materiaal met hoge permeabiliteit kan worden ingesteld. Het heeft ^aarb’ij^de^vobfkeW’da^ dë plasma^afvöeropening eeh'· concentrische 'ci#-'rï··': keivormige opening is, de monstertafel is gevormd door een cilinder die 10 ciaxiaal is met de centrale as van de magnetische spoel, zodat ten minste een monster bij het binnenoppervlak van de cilinder kan worden aangebracht, terwijl een buitenkast gemaakt van een materiaal met hoge permeabiliteit zich uitstrekt vanaf de omtrek van de magnetische spoel tot aan de omtrëk van de monsterkamer.

15 Fig. 1 is een doorsnede die de configuratie van een ge bruikelijke plasma-CVD-inriehting weergeeft, waarin .wordt gebruik ge-. maakt. van. radiofrequentie-ontlading; . .

fig. 2 is een doorsnede die de configuratie van een gebruikelijke plasmastroombransportinrichting weergeeft, waarin gebruik 20 wordt gemaakt van een microgolf ontlading; fig. 3 is een doorsnede die een uitvoeringsvorm van een plasmadepositie-inrichting volgens de uitvinding weergeeft; ·. - . fig. U. is een doorsnede die een modificatie van een plasmadepositie-inrichting volgens de uitvinding weergeeft; 25 fig. 5 is een diagram die de elektrische veldverdeling van de microgolven in de plasmavormingskamer van een plasmadepositie-inrichting volgens de uitvinding weergeeft; figuren 6 en 7 zijn resp. een dwarsaanzicht en een ke-tendiagram die modificaties van de uitvinding weergeven; 30 fig. 8 is een karakteristiek kromme diagram die het ver band tussen de Ngi-Ar mengverhouding en de brekingsindex weergeeft; fig. 9 is een karakteristiek krommediagram dat het verband tussen de monstert afelplaats met betrekking tot de plasmavormingskamer en de negatieve potentiaal weergeeft; 35 fig. 10 is een doorsnede die een andere uitvoerings vorm van de plasma-depositie-inrichting volgens de uitvinding weergeeft; 8102 172 - tr ‘ ** - - - ·-·«*.

T

fig. 11 is een diagram voor het toelichten van de uitvoeringsvorm van fig. 10; fig. 12 is een doorsnede die een modificatie van de uitvoeringsvorm van fig. 10 volgens de uitvinding weergeeft, terwijl 5 figuren 13 en 1¾ diagrammen zijn die twee voorbeelden van het koelsysteem voor de monstert af el weergeven.

Beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen __ ._ . _ , „___ -S' -*~-νΛ λv · " Be. prineipestructuur-van·' een· plasma-CVD-inrichting in - · ·/·„>:.· de vorm van een gebruikelijke plasmaopdamp-inrichting wordt weergegeven 10 in fig. 1. In fig. 1 is de plasmaopdamp-inrichting samengesteld uit een monsterkamer 1, een gasinvoersysteem 2 en een uitlaat systeem 3· Een radiofrequentie-elektrode h voor het opwekken van plasma en een monster-tafel 5 zijn in de monsterkamer 1 opgesteld. De monstertafel 5 bevindt zich tegenover de radiofrequentie-elektrode h en is voorzien van een 15 verhittingsmechanisme. Radiofrequentie-vermogen wordt geleverd uit een radiofrequentie-energietoevoer J aan de elektrode U; plasma 8 wordt algemeen gevormd bij een gasdruk van 0,1- 10 Torr, terwijl een dunne film op het monster sub straat 6 dat op tafel 5 is aangebracht wordt gevormd. B.v. wordt een siliciumnitridefilm als boven toegelicht gevormd.

20 Zoals in het geval van een gebruikelijke CVD-inrichting worden silaan-gas (SiEi } en ammoniakgas (2TH,,) uit het gasinvcersysteem 2 ingevoerd.

De gasdruk wordt constant gehouden terwijl de gassen uit het gasuitlaatsysteem 3 worden afgevoerd. Radiofrequentievermogen wordt uit de radio-frequentiebron J naar de radiofrequentie-elektrode k toegevoerd, waar-25 door plasma 8 wordt gevormd en Siïï^ en wt>rden gedissocieerd. Tevens vinden onder" de inwerking van de invallende ionen en elektroden naast de dissociatie in het plasma een reactie en combinatie aan het oppervlak van het monster 6 plaats en wordt siliciumnitride op het oppervlak gedeponeerd. Daarbij wordt de monstertafel 5 tot 300 - 500°C verhit. Met 30 een dergelijke plasmaopdamp-inrichting is het mogelijk bij een aanzienlijk lage temperatuur vergeleken met een gebruikelijke CVD-inricht ing, die een tenqperatuur van 800 — 900°C vereist, een film te vormen. Bij deze inrichting is echter de dissociatie van SiH^ en ÏÏH^ niet voldoende, zodat Ξ in de gedeponeerde film wordt opgenomen of de Si N binding niet 35 voldoende is. Aldus heeft dit apparaat het nadeel dat geen film met hoge kwaliteit kan worden verkregen.

8102172 -- - 8 .

Daarentegen heeft Takashi Tsuchimoto een inrichting voor het vormen van een dunne film onder toepassing van het via een mi-crogolfontlading gevormde plasma als weergegeven in fig. 2, voorgesteld. Deze plasmastroom-transportinrichting is samengesteld uit een plasma-5 hron 11 en een monsterkamer 12 die voorzien is van een evenwijdig magnetisch veld. Op een monster 6 wordt een film afgezet door een plasma-. stroom 13 uit de plasmabron 11 naar het oppervlak van het monster 6 te v-a,-**’^τ^·^θη»ροΛ€§«ι“via*tfiérmisché 'd'i'ffTisxeÏ Têrwi3zingstèkën‘'lft is^de magnè-' "v\ tische 'spoel voor het opwekken van het evenwijdige magnetische veld, IQ terwijl 15 de microgolfgeleidercilinder is. Bij deze methode is de gasdruk laag; en kan een plasma met een hoge activiteit worden gevormd. Deze methode heeft derhalve het voordeel dat in plaats van Nïï^ stikstofgas (Ng) &an worden toegepast ter vorming van een silieiumnitridefilm in combinatie met SiH^. Bij deze methode wordt echter een evenwijdig magne-15 tisch veld toegepast voor het invoeren van de plasmastroom 13 uit de plasmabron 11 door middel van thermische diffusie. Derhalve is de inwerking van. de elektronen en de ionen van het plasma op het oppervlak van het monster niet voldoende. Als gevolg daarvan heeft deze methode het nadeel dat het noodzakelijk is het monster tot een temperatuur van 20 300 - 500°C te verhitten, zoals bij de gebruikelijke plasmadepositie- inrichting. Tevens wordt de toegepaste plasmabron 11 opgewekt door toepassing van een ontlading binnen de microgolfgeleidingscilinder 15 zodat de diameter-van de plasmastroom 13 maar ongeveer 2 cm is. Het is - aldus een nadeel dat het gebied waar een film kan worden gevormd zo ex-25' treem klein is vergeleken met de gebruikelijke plasmadepositie-inrich-ting, waardoor de produktiviteit laag wordt.

De basisconfiguratie van een plasmaopdamp-inrichting volgens de uitvinding wordt geïllustreerd in fig.. 3.· In fig. 3 betreft verwijzingsteken 21 een plasmavormingskamer en 22 een monsterkamer. Ver-30 wijzingsteken 23 geeft een microgolfinvoervenster aan. Venster 23 kan van een silcaglasplaat zijn gemaakt. Als microgolfbron (niet weergegeven} kan b.v. een magnetron met een frequentie van 2,1(-5 GHz-worden toegepast. De microgolfbron zal met een rechthoekige geleidergolfpijp 2k worden verbonden, die buiten het microgolfinvoervenster 23 uitsteekt via 35 een aanpasinrichting, een microgolfenergiemeter en een isolator, die in de figuur niet worden weergegeven. De plasmavormingskamer 21 is gemaakt 8102172 -------------------- - - 9 van roestvrij staal en wordt gekoeld met water via een watertoevoer-poort 35 en een waterafvoerpoort 36 met het doel temperatuurstijging veroorzaakt door de plasmavorming te voorkomen. Het gasinvoersysteem omvat twee systemen. Het eerste gasinvoersysteem 25 wordt toegepast om 5 het gas in de plasmavormingskamer 21 in te voeren. Het tweede gasinvoersysteem 26 bezit een cirkelvornige roestvrij stalen pijp 26a, die op - ' . - verschillende plaatsen voorzien is van kleine doorlopende gaten teneinde ' - Λ:.: ‘ het-'gas ‘in ^demohsterkamèr' 22· in' rt e: voerèn' en het gas' direct naar het r. : '·· : .

oppervlak van het monster 28 op de monstertafel 27 te geleiden, die is 10 opgesteld in de monsterkamer 22. In de plasmavormingskamer 21 is een plasmaafvoeropening-30 voor het afvoeren van een plasmastroom 29 opgesteld aan het- uiteinde tegenover het microgolfinvoervenster 23.

Onder de plasma-afvoeropening 30 kan een sluiter 31, als weergegeven in fig. k, worden opgesteld zodat de plasmastroom kan 15 worden onderbroken. De sluiter 31 is via een hefboom 32 vastgemaakt aan een roteerbare as 33, zodat de roteerbare as 33 vanaf de buitenkant van de monsterkamer 22 kan worden bediend om het openen en sluiten van sluiter 31 met betrekking tot opening 30 te regelen. Het is voldoende dat de sluiter 31 zodanig is opgesteld dat de plasmastroom 29 tussen de 20 opening 30 van de plasmavormingskamer 21 en de monstertafel 27 wordt onderbroken. Aldus kan de sluiter 31 volgens de ontwerpomstandigheden hetzij stroomopwaarts of stroomafwaarts van de cirkelvormige roestvrij stalen pijp 2βΑ worden opgesteld. Het heeft de voorkeur dat het openen en sluiten van de sluiter als volgt wordt geregeld: Bij toepassing van 25 de inrichting wordt de sluiter 31 eerst gesloten gehouden tot de instelling van de verschillende omstandigheden voltooid is. Sluiter 31 wordt geopend nadat de instelling voorbij is en de plasmastroom 29 de stationaire toestand heeft bereikt. Nadat op het monster een dunne film is gevormd wordt sluiter 31 gesloten en worden de omstandigheden 30 vrij gegeven. Bij het uitvoeren van een massaproduktie van dunne films heeft het verder de voorkeur dat de sluiter 31 wordt geopend en gesloten om de achtereenvolgende toevoer van plaatjes op de monstertafel 27 te regelen.

Het heeft bovendien, in fig. 3, de voorkeur dat de mcn-35 stertafel 27 wordt opgesteld in een elektrisch niet-geleidende ("floating") toestand met betrekking tot de plasmavormingskamer 21 en dat een verhit- 8102 172 ·· IQ .

. ter (niet weergegeven 1 als hulporgaan wordt opgenomen ter verhitting van het monstersubstraat 28. De monsterkamer 22 is verbonden met een uitlaatsysteem 3¼. Het uitlaatsysteem 3^ kan b~v. worden samengesteld uit een: oliediffusiepomp met een afvoer capaciteit, van 2.1*00 liter/seconde 5 en een roterende oliepomp met een afvoercapaciteit van 500 liter/minuut.

Wat betreft de omstandigheden van een microgolfcavi-. teitsresonantie dient de plasmavormingskamer 21 te voldoen aan de vol- ..

' ·* ' : ;;gendé'vboiw^rden:Vat'* betreft^ de ïengtë''van dé'cafatëit'-(i)‘: -‘•'''''‘v ' -·:·’·"\· 1 = ( X g/2) x n , 10 . ) . .

waarin A g de golflengte m de golf geleider is wanneer aangenomen wordt dat kamer 21 een cilindrische golfpijp is, en. n een positief getal is.

. De waarde ' X g kan. worden voor gesteld door:

Xg * λ/ V1 - ( λ/ Ac)2', 15 waarin A de golflengte in de vrije ruimte en \c de af gesneden golflengte is. B.v. is Al2,2l* cm wanneer de microgolffrequentie 2,1*5 GHz , is en is Xc 3k·, 1 cm wanneer de· golf in de· TE 1 ^ mode in een cirkel- ' vormige golfpijp wordt ingevoerd (met een binnendiameter van 20 cm). In • een dergelijk geval is Ag 13,1 cm en de lengte (l) van de caviteitsreso-20 nator 19,7 cm, indien n = 3, zoals blijkt uit de boven gegeven vergelijking. Bijgevolg maakt voor de TE^q mode in de rechthoekige golfpijp 2h de plasmavormingskamer 21 gebruik van de cirkelvormige trilhoogteresonan-tiemode TE^^ (n = 3), die een elektrische veldverdeling heeft als weergegeven in fig. 5, en een cilindrische vorm met een diameter van 20 cm 25 en een hoogte van 20 cm uitgedrukt in binnenafmetingen, als een voorbeeld waarbij wordt voldaan aan de voorwaarden van de microgolftril-holte-resonator. Op deze wijze wordt de elektrische veldsterkte van de microgolven verhoogd en het rendement van de microgolfontlading verbe-. terd. Voor de plasmavormingskamer 21 met een binnendiameter van 20 cm 30 wordt de plasma-afvoeropening 30 gevormd als een cirkelvormige opening met een diameter van 10 cm, zodat deze in de configuratie van de micro-golfketen de rol speelt van een iris, waardoor een reflectieoppervlak voor de microgolven wordt gevormd en de plasmavormingskamer 21 kan functioneren als een microgolftrilholteresonator. Haar keuze kan in plaats 35 van de plasma-afvoeropening 30 de metalen roosterplaat i*1 als weergegeven in fig. 6 worden opgesteld. In dit geval is de roosterruimte in 8102172 ' · - - -*x 11 de roosterplaat fc-1 zodanig vast gesteld dat dit de microgolven naar de binnenkant van de plasmavormingskamer 21 reflecteert, maar de plasma-stroom 29 doorlaat. Het rooster dient bij voorkeur grof te zijn onder voorwaarde dat de roosterruimte voldoende klein is vergeleken met de 5 golflengte van de microgolven. De roosterruimte is 1 - 3 cm voor een microgolffrequentie van 2,^5 GHz. Wanneer een dergelijke roosterplaat U-1 wordt toegepast kan een uniforme afzetting worden bereikt , door de •. · ^'monsfcèrfcafèl'"27'te 'iaten' draaien^- waardoor de piOdüktiviteit wordt .ver- * r-v-y v:· beterd.

10 Rondom de omtrek van de plasmavormingskamer 21 zijn tweedelige magnetische spoelen 37 en 38 opgesteld die een zodanig sterk magnetisch veld opwekken dat binnen kamer 21 de voorwaarden voor een eléktronencyclotronresonantie door de microgolven tot stand worden gebracht. D.w.z. dat de cyclotronresonantie tot stand wordt gebracht wan-15 neer de eyclotronhoekfrequentie u>c van. de elektronen in het magnetische veld ( = e3/m, waarin e de lading, B de magnetische fLuxdichtheid en c m de massa is) gelijk is aan de waarde ü) van de microgolven wanneer het elektrische veld loodrecht staat op het magnetische veld. De waarde it)wordt als volgt uitgedrukt: dU « 2 TF f. Voor microgolven met een fre* 20 quentie f van 2,^5 GEz worden de magnetische spoelen 37 en 38 b.v. zodanig ingesteld dat een maximale magnetische fluxdichtheid van ongeveer 1000 G kan worden verkregen, omdat voor de elektronencyclotron-resonantie een magnetische fluxdichtheid van 875 G vereist is. In meer bijzonderheden toegelicht: de magnetische spoelen 37 en 38 worden zoda-25 nig opgesteld dat de top van de plasmavormingskamer 21 in het gebied ligt waar de magnetische veldsterkte maximaal en bij benadering uniform is, d.w.z. in het gebied van het centrale derde deel in de verticale richting (in de figuur) van de magnetische spoelen 37 en 38 in fig. 3. In deze toestand wordt de magnetische veldsterkte in dit gebied ingesteld 30 op 875 G of groter wanneer f = 2,U5 GHz.

De geschikte diameter van de plasmavormingskamer 21 is 10 - 30 cm. De afmeting moet in dit gebied liggen en de trilholte-resonantieomstandigheden Agn/2 als boven beschreven moeten worden gekozen. Uit het oogpunt van een uniforme plasmavorming heeft het de voor-35 keur dat n = 1 *»5- Indien. de diameter van de plasmavormingskamer 21 groter is dan 30 cm zijn extreem grote magnetische spoelen 37 en 38 8102172 j 12 vereist. De vorm van kamer 21 is niet beperkt tot een cilindrische vorm. Aldus, kan kamer 21 ook rechthoekig zijn.

Toepassing van het magnetische veld als beven vermeld heeft, niet alleen het effect dat via de elektronencyclotronresonantie 5 doeltreffend, energie aan de elektronen wordt overgedragen maar tevens dat verhinderd wordt. dat de gevormde elektronen en ionen loodrecht op het magnetische veld worden verstrooid. In de magnetische veldrichting •: . y·· ‘.t-.noèat*4het'/waarvan ~dë' s&eirkbevin de” r'i'cb-i 1" ting, van.de plasma-opening 30 afneemt zodanig toegepast dat het plasma 10 doeltreffend uit de plasma-uittree-opening. 30 kan worden af gevoerd. Als de basisstructuur wat betreft de bovenvermelde plasmavorming kan bij benadering hetzelfde ontwerp worden toegepast als beschreven, in de Japanse octrooiaanvrage k.853.5/1979.

Het systeem is zodanig opgebouwd dat het door de mag-15 netische spoelen'37 en 38 opgewekte magnetische veld voor de elektronencyclotronresonantie in de plasmavormingskamer 21. kan worden toegepast . en dat het,., tevens de . monsterkamer 22 kan bereiken,, ü.w.z. dat- de bodem van kamer 21 bij benadering in .een. lijn. is gebracht met de onderkant van de magnetische spoel 38 zodat de verdeling van het magnetische veld 2Q in de plasma-uittreeopening 30 en de monsterkamer 22 gelijkt op die van een spoel met een luchtspleet, en aldus een divergent magnetisch veld met een voor genoemd doel geschikte veldgradiënt wordt gevormd. Op deze . wijze wordt het magnetische veld gevormd,.waarbij de magnetische veldsterkte ^magnetische flurdichtheid) in. de monsterkamer 22 met een ge-25' sehikte gradiënt .vanaf de plasma-uittreeopening 30 tot de monstert af el 27 verder afneemt. Ih het algemeen wordt in het divergente magnetische veld aan de geladen deeltjes een cirkelvormige beweging gegeven, waarvan de energie.wordt omgezet in kinetische energie in.de richting van het divergente magnetische veld onder behoud van het. hoekmoment. De ge-30 laden deeltjes worden in de richting van de magnetische krachtlijnen waarlangs de magnetische veldsterkte afneemt versneld. Op grond van dit principe wordt het plasma, doeltreffend getransporteerd naar de monster-tafel 27 terwijl tevens de diameter van de plasmastroom 29 toeneemt naarmate deze stroom 29 dichter bij monstertafel 27 komt. Wanneer wordt 35 aangenomen dat de elektronen en ionen een kinetische energie van ongeveer respectievelijk 10 en 0,1 e7 bezitten, zijn de stralen van de cir- 8102172 13 keivormige "beweging van de elektronen en de ionen in liet plasma slechts resp. ongeveer 0,1mmen1-3mm (voor een magnetische fluxdichtheid van 875 G). Aldus kan worden aangenomen dat het plasma als zodanig langs de magnetische krachtlijnen wordt af gevoerd. In deze uitvoeringsvorm 5 is de intensiteit van de magnetische fluxdichtheid hij de monstertafel 27 ongeveer 200 g en vertoont de plasmastroom 29, af gevoerd met een diameter van 10 cm, een verhoogde diameter van ongeveer 20_cm hij _de mon-

De elektronen die via de elektronencyclotronresonantie 10 cirkelvormige hewegingsenergie hehhen verkregen (waarvan aangenomen wordt dat de gemiddelde waarde ongeveer 10 - 30 eV is) bereiken de monstertafel 27 waarbij 70 - Q0% van de cirkelvormige hewegings energie wordt omgezet in kinetische energie in de richting van de magnetische krachtlijnen door het bovenvermelde divergente magnetische veld. Dit 15 percentage zal enigszins af nemen wanneer men het energieverlies door botsingen met gasvormige moleculen gedurende de beweging in aanmerking neemt.

In het door de microgolf ontlading via de elektronencyclotronresonantie gevormde plasma bezitten de elektronen een hoge 20 energie. Aldus worden door de elektronen niet alleen de gasvormige moleculen sterk gedissocieerd en geïoniseerd, d.w. z. een hoog activerings-rendenent, maar worden de elektronen tevens sterk versneld in de richting van. het divergente magnetische veld waardoor zij de monstertafel 27 bereiken. Wanneer een isolator als het oppervlaktemateriaal van de mon-25 stertafel 27 wordt toegepast of wanneer de monstertafel 27 wordt ingesteld in een elektrisch niet-geleidende ("floating") toestand, wordt tafel 27 negatief geladen door de invallende elektronen. De negatieve potentiaal versnelt de ionen in het plasma naar de monstertafel 27 en verhoogt de invallende hoeveelheid ionen. Het aantal invallende elektro-30 nen neemt af bij het genereren van een negatieve potentiaal zodat derhalve een evenwichtstoestand zal intreden wanneer de hoeveelheid invallende elektronen gelijk is aan die van de invallende ionen.

D.w.z. dat in de plasmastroom 29 een zodanige elektrostatisch veld wordt geïnduceerd dat door het effect van het divergente 35 magnetische veld het aantal invallende ionen wordt vermeerderd en het aantal invallende elektronen verminderd. Met andere woorden wordt de 8102172

A

' 'r _ ' 1 " " 1 Ί" * """* “··-·· · · 1C -•wi

1U

cirkelvorm gé bewegingsenergie van de elektronen omgezet in de kinetische energie van de ionen in de richting van het divergente magnetische veld» en worden niet alleen de elektronen maar tevens de ionen versneld en bereiken zij tafel 27· Dit effect wordt in het gebied van de 5 kernfusie "plasmaversnelling" genoemd. In dit geval hebben de invallende elektronen nog steeds 20 - 30$ van de oorspronkelijke cirkelvormige be-wegingsenergie en zorgen derhalve effectief voor een verbeterde kwali-" “.··.£* v» dé''-Ke^iÉmêt^réftibstriw^ 28-‘afgezette film 'in combinatie· net’s··· het bombardementseffect van de als boven vermelde op het monsteropper-10 vlak invallende ionen.

Behalve een dergelijk elektrostatisch veld veroorzaakt door het: divergente magnetische veld is tot op zekere hoogte een elektrisch veld op het oppervlak van het monster 28 aanwezig, veroorzaakt door de thermische beweging van de elektronen. Dit plasmagebied aan het 15 oppervlak wordt "ionenmantel" genoemd. De kinetische energie "van de ionen die het oppervlak van het monster 28 bereiken is de som van de . kinetische energie .die door deze elektrische velden wordt opgewekt en. heeft een extreem groot effect op de depositiereactie waarbij de dunne film wordt gevormd.

20 Omdat bovendien het plasma langs de magnetische kracht lijnen van het divergente magnetische veld wordt afgevoerd zal de met een diameter van 10 cm afgevoerde plasmastroom 20 op de monstertafel 27 een verbrede, diameter van ongeveer 20 cm hebben verkregen. Hierdoor wordt naast het effect van de filmvormingsreactie een.film met een groot 25 oppervlak tot stand gebracht.

Voor sommige te vormen films zal het ionenbombardement met een energieniveau dat hoger ligt dan de bovengenoemde ioneninval effectief zijn. In een dergelijk geval is het b.v. mogelijk een radiofrequent! evermogen van de 13,56MHz radiofrequentiekrachtbron 42 (met 30 inbegrip van een compensatieketen) toe te voeren aan de monstertafel 27 via de condensator 43 en een negatieve voorspanning op het oppervlak van het monster 28 te genereren volgens dezelfde principes als een radio-frequentiekathodeverstuivingsinrichting, waardoor het effect van het ionenbombardement wordt vergroot. Het is tevens mogelijk hetzelfde effect 35 te bereiken door een gelijkspanningsbron met de monstertafel te verbinden en een gelijkspanning te leveren. Toepassing van radiofrequentiever- 8102172 15 — ' ; •'•Xr mogen is echter effectiever wanneer een film van isolatiemateriaal moet worden gevormd.

Als. boven beschreven omvat het gasinvoersysteem een eerste gasinvoersysteem 25 dat wordt toegepast voor het invoeren van het 5 gas in de plasmavormingskamer 21 en een tweede gasinvoersysteem 26 dat wordt toegepast voor het rechtstreeks invoeren van het gas in de monsterkamer 22. Op deze wijze kan de gasinvoermethode worden ingesteld --· . "-afhankelijk van het type te vormen .film en de gasvormige uitgangsmate- , rialen die worden toegepast. Wanneer men b.v. een siliciumnit ride film 10 wenst te vormen wordt het stabiele lig-gas door het eerste gasinvoersysteem 25 en het SiH^-gas dat gemakkelijk wordt gedissocieerd door het tweede gasinvoersysteem 26 ingevoerd. Dit SiH^-gas wordt door de inwerking van de plasmastroom gedissocieerd en geïoniseerd en bereikt het oppervlak van het monster 28. De reactie vindt in hoofdzaak plaats aan 15 het oppervlak van het monster 28 waar een siliciumnitridefilm wordt gevormd. De ionen en de elektronen in het plasma, dat door het divergente magnetisch veld is opgestuwd, botsen op het oppervlak van het monster 28 en bevorderen de filmvormende reactie, onder dissociatie en vrijmaking van het in het uitgangsgas SiH^ aanwezige H, onder versterking va® 20 de Si-H binding. Aldus kan volgens de uitvinding een sterk hechtende dunne film van hoge kwaliteit worden af gezet, waarbij het niet meer nodig is de reactie door warmtetoevoer te bevorderen.

Het is tevens mogelijk een siliciumfilm te vormen door in plaats van het ïïg-gas Ar-gas in het eerste gasinvoersysteem 25 in te 25 .voeren. Eiguur 8 toont het verband tussen de Ar : mengverhouding en de brekingsindex bij invoering van een mengsel van Ar en gas in het eerste gasinvoersysteem 25. Volgens figuur 8 kan men de vorming van een Si-film tot en met een Si^N^-film instellen door toepassing van een 200 W microgolfvermogen en door invoering van het SiH^-gas met een snelheid 30 van 10 cc/minuut en het + Ar-gasmengsel met een snelheid van 20 cc/ minuut, zonder monstertafel 27 te verhitten. De Si-film wordt verkregen wanneer en de Si^W^-film wanneer N2 20% bedraagt.

Een voorbeeld van een plasma-opdamp-inrichting volgens de uitvinding wordt hierna toegelicht. Bij invoering van W2-gas in het 35 eerste gasinvoersysteem 2$ en activering en vorming van de plasmastroom 29, kan in de monsterkamer 22 een stabiele ontlading tot stand worden 810 2 172 % ***· — . & ν·3 ' , 16 getracht over een breed gasdrukgebied van 3 x 10*"^ Torr of hoger. Het . . . -5 -3 • optimale gasdrukgebied is 5 x 10 - 3 x 10 Torr. De gegevens m figuur 9 tonen aan dat de methode van het op stuwen van de plasmastroom 29 door een divergent magnetisch veld bijzonder effectief is. Deze geeft 5 . het verband tussen afstand (cm) vanaf de plasma-afvoer opening 30 tot de monstertafel 27 en de negatieve potentiaal (V) die bij de monstertafel 27» die op die afstand is opgesteld, wordt opgewekt bij toepassing -".vën· een 200'W microgölfvermogen.. Ni-gas ?werd toegepast-en de .gasdruk - d ' was 2x10 Torr. De negatieve potentiaal bij de monstertafel 27 neemt 10 toe naarmate de afstand toeneemt of het effect van het divergentè magnetische veld toeneemt.

De negatieve potentiaal bedroeg 13 - 14 V bij een afstand van 20 cm. De energie van de ionen die het oppervlak van het monster 28 bereikten was ongeveer 15 - 30 eV omdat de versnellingsenergie veroorzaakt door de 15 door de thermische beweging van de elektronen (ionenmantel) geïnduceerde negatieve potentiaal daarbij komt. Een negatieve potentiaal van een der-. gelijke grootte heeft bij de filmvormende werkwijze bijzondere voorkeur.

Negatieve potentiaalwaarden in figuur 8 betekenen tevens dat niet alleen de elektronen maar ook de ionen effectief door het divergente magnetische 20 veld worden afgevoerd.

Hierna worden de resultaten wat betreft de vorming van de siliciumnitridefilm met de inrichting van de uitvinding verder toegelicht. Ha het evacueren van de monsterkamer 22 tot een vacuum van 8 x -6 - .

10 Torr werd het H^-gas m het eerste gasinvoersysteem 25 met een snel- 25 heid van 15—20 cc/minuut en het SiH^-gas in het tweede gasinvoersysteem 26 met een snelheid van 10 cc/minuut ingevoerd. De gasdruk in de monster- -k kamer 22 werd ingesteld op ongeveer 2 x 10 Torr en er werd een film gevormd bij een 100 - U00 W microgolfvermogen. De monstertafel 27 was op een afstand van 18 cm aangebracht, waar de negatieve potentiaal bijna 30 niet meer toenam. De monstertafel 27 werd niet verhit en de plasmadeposi-tie bij normale temperatuur begonnen. De siliciumnitridefilm werd op efficiënte wijze gevormd bij een opdampsnelheid van 10-35 nanometer/ minuut. De brekingsindex van de opgedampte siliciumnitridefilm was 1,9 - 2,0, gemeten volgens de ellipsometrische analyse. Bij infrarood-absorp-35 tieanalyse werd het absorptiespectrum van de Si-N binding duidelijk waargenomen, terwijl het spectrum van de Si-0-binding door zuurstof-onzui- 8102 172 - . , ---- ---—----------------- - ,-, :X,

IT

verheden niet werd waargenomen. Bij meting van de ets snelheid van de gebufferde waterstoffluorideoplossing ter evaluering van de zuurbestendigheid bleek deze slechts 10 nanometer/minuut of minder te zijn. Aldus werd door de metingen aangetoond dat een silieiumfilm met zeer hoge kwa-5 liteit was gevormd. Verder was vergeleken met een siliciumnitridefilm gevormd met de gebruikelijke CVD-inrichting de inwendige spanning van de volgens de uitvinding verkregen film aanzienlijk verlaagd. Derhalve.

-- " kon óp stabiele wijze een film" mét een dikte van 2 micrometer of meer : ;*· worden gevormd zonder dat scheuren of afhelling ontstonden.

10 ' Behalve voor siliciumnitridefilms kan een plasma- opdampinrichting volgens de uitvinding tevens met succes worden toegepast voor het afzetten van diverse andere films, zoals silicium, sili-ciumdioxyde, fosfor-silicaatglas, molybdeensilicide en wolfraamsilicide.

Bij vorming van de silicium (Si-film) wordt b.v. het SiH^-gas in het 15 eerste gasinvoersysteem 25 ingevoerd of naar keuze wordt een inert gas zoals Ar in het eerste gasinvoersysteem 25 ingevoerd en SiH^ in het tweede gasinvoersysteem 26. Voor siliciumdioryde (Si02) films wordt 0^ in het eerste gasinvoersysteem 25 ingevoerd en SiH^ in het tweede gasinvoersysteem 26. Voor fosfor-silicaatglas (PSG) films wordt 0^ in het 20 eerste gasinvoersysteem 25 en een mengsel van Siïï^ en PH^ gassen in het tweede gasinvcersysteem 26 ingevoerd. Ter vorming van molybdeensilicide (MoSig) films worden ZioFg en SiH^ resp. in het eerste gasinvcersysteem 25 en het tweede gas invoersysteem 2 6 ingevoerd. Het is bovendien mogelijk het type en de kwaliteit van de films te regelen door extra andere 25 gassen in de eerste en tweede gasinvoersystemen 25 en 26 in te voeren.

Als boven omschreven maakt de uitvinding gebruik van microgolfontlading bij elektronencyclotronresonantieomstandigheden ter vorming van plasma, waarbij de plasmastroom op doeltreffende wijze door het divergente magnetische veld zodanig wordt afgevoerd dat de film op 30 een gebied met groot oppervlak kan worden gedeponeerd. Derhalve kan hoog actief plasma bij een lage gasdruk worden verkregen en verkrijgt men via het bombarderingseffect van de ionen en elektronen een hoge kvaliteits-film bij een lage temperatuur. Tevens kan via het dubbele gasinvoersysteem in de plasmavormingskamer en de monsterkamer uitsluitend een 35 bepaald gas worden geactiveerd. Volgens de uitvinding wordt de plasma-strocm toegepast zonder dat het plasma in contact komt met het vandopper- 8102172 f-:.......- ---------------------- ------— -—*--—---^ ! 18 vlak van de monsterkamer. Als gevolg daarvan is het-nadelige effect . van bijvoorbeeld vocht minimaal. Behalve deze voordelen is de uitvinding'tevens geschikt voor automatisering van de filmvormingswerkwijze en een procesregeling opdat de plasmavormingskamer afzonderlijk van de 5 monsterkamer is aangebracht.

De uitvinding kan tevens voor plasma-etsen worden toegepast door halogeen-bevattende gassen, zoals CF^, in te voeren.

- Hierna volgt een beschrijving-van de plasmaopdamp- .

inrichting van de uitvinding aangegeven in figuur 3: 10 1) De afmetingen van de plasmavormingskamer die voldoen aan de voorwaarden van de microgolftrilholteresonator zullen enigszins afhankelijk zijn van het type gas, de gasdruk of de microgolfenergie in de plasmavormingskamer 21.

2) Zelfs wanneer voor de filmvormende reactie geen:ther-15 mische energie wordt benut zal de temperatuur van het monster sub straat in sommige gevallen stijgen tot ongeveer 150 - 200°C door het verhit-tingseffect van het plasma, zodat de inrichting niet kan worden toegepast voor een monstersubstraat met een zeer lage warmteweerstand.

3) Bij het ontwerpen van het divergente magnetische 20 veld is het in sommige gevallen noodzakelijk het plasmavormingsrendement, het afvoerrendement en de uniformiteit van de plasmastroom te verhogen en tevens het depositiegebied, naar gelang van de toepassing, te veranderen.

Figuur 10 toont een voorbeeld van een plasmaopdamp-25 inrichting volgens de uitvinding waarin de eerdervermelde problemen worden opgelost. Figuur 10 toont in detail een doorsnede die overeenkomt met de bovenste helft van de inrichting van figuur 3. In figuur 10 wordt de vlakke eindplaat 51s die de plasma-afvoeropening 30 bevat, zodanig ingesteld dat deze verticaal kan bewegen (zie de figuur) in gering con-30 tact met het binnenoppervlak van cilinder 52 die de plasmavormingskamer 21 begrenst. De onderste sectie van cilinder 52, die de plasmavormingskamer 21 voorstelt, is voorzien van een schroef (niet weergegeven). Door deze schroef is het mogelijk de verticale afmeting van de cilinder 25 die de plasmavormingskamer 21 begrenst in te stellen. Een 35 magnetische spoel 53 wordt om de omtrek van de plasmavormingskamer geïnstalleerd.

8102172

·- ·-- --X

: 19

Bovendien wordt een smoorspoelstructuur die reeds in een sterische microgolfschakeling teleend is geïnstalleerd aan de eind-plaat 51 zodat geen abnormale ontlading door het elektrische veld door de microgolven bij het contactgedeelte tussen de plaat 51 en liet binnen-5 oppervlak van cilinder 52 kan worden opgewekt. Een dergelijke abnormale ontlading zou een nadelige invloed op de plasmavorming hebben of onnodig microgolf energie verspillen. D.w.z. dat bij de eindplaat 51 een .structuur met een omgebogen groef 5^» met de lengte van Xg/b voor de golf- 7 ; lengte Xg van de in de plasmavormingskamer 21 opgewekte microgolven, is 10 gevormd. Op deze wijze wordt de plasmavormingskamer 21 zodanig ingesteld dat deze optimaal als een microgolftrilholteresonator voor alle verschillende plasmavormingsomstandigheden kan functioneren. Tevens is het noodzakelijk de microgolven, die door de rechthoekige golfgeleider 23 zijn voortgeplant in de plasmavormingskamer 21 efficient om te zetten 15 in de caviteitsresonantiemode. Yoor dit doel is de irisstructuur 55 bij het microgolfinvoervenster 23 gemonteerd teneinde de impedantie aan te passen.

Teneinde het plasma effectief het elektrische miero-golfveld dat door de holteresonantie is versterkt te laten absorberen is 20 het noodzakelijk de magnetische veldverdeling, die belangrijk is voor de resonantieemstandigheden van het cyclotron, te corrigeren en een uniform magnetisch veld te vormen in het bovenste gebied in de plasmavormingskamer 21. Voor dit doel wordt een cirkelvormig orgaan 56 gemaakt van een materiaal met hoge permeabiliteit, b.v. week ijzer, opgesteld 25 boven hét microgolfinvoerende venster 23. In deze uitvoeringsvorm wordt een schijf met een diameter van 15 cm en een dikte van 3 cm en voorzien van een rechthoekige opening met dezelfde vorm als de buitenste door-snedevorm van de rechthoekige golfgeleider 2k als het cirkelvormig orgaan 56 toegepast. Dit cirkelvormig orgaan wordt bevestigd aan de recht-30 hoekige golfgeleider 2b.

Teneinde de verdeling van het divergente magnetische . veld, die belangrijk is voor het efficiënt benutten van de magnetische spoel 53 en voor het afvoeren van het plasma, in te stellen wordt een buitenkast 57 van een materiaal met hoge permeabiliteit zodanig opge-35 steld dat de zijkanten en de top van de magnetische spoel 53 worden bedekt. Hoewel in de uitvoeringsvorm van figuur 3 gebruik wordt gemaakt 8102172 20 .

*'·.-··· ... -.--3 van de twee gesplitste magnetische spoelen 37 en 38 voor een gemakke- lijke vervaardiging van de inrichting, is het tevens mogelijk een enkele ' magnetische spoel 53 als veergegeven in figuur 10 toe te passen. Figuur 11 toont het patroon van de magnetische krachtlijnen wanneer de'buiten-. 5 kast 57j gemaakt van een. materiaal met hoge permeabiliteit, is opgesteld. Door een dergelijke configuratie wordt belet dat het magnetische veld onnodig naar de buitenkant van de inrichting weglekt terwijl tevens ·-:"·-·? - dè-gelljkspannihg die door de' magnétische 'spoel 53 wordt verbruikt.wordt - verminderd.

10 In een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding aan gegeven in figuur 12, wordt een van een materiaal van hoge permeabiliteit gemaakte buitenkast 61 opgesteld, die zich uitstrékt over de omtrek van de magnetische spoel 53 naar het onderste gedeelte van de omtrek van de monsterkamer 22. Door een geschikte opstelling en vorm van 15 deze buitenste kast te kiezen wordt de verdeling van het divergente magnetische veld zodanig ingesteld, dat een divergent magnetisch veld tot .stand wordt gebracht waarvan het eindgedeelte van de magnetische krachtlijnen draait in een richting die bijna loodrecht staat op de centrale as van de magnetische spoel 53. In deze uitvoeringsvorm wordt een con-20 centrische cirkelvormige plasma-afvoeropening 62 toegepast, waarbij een veelvoud van monsters 63 bij het cilindrische binnenoppervlak van de cilindrische monstert af el 6k zijn opgesteld. In deze uitvoeringsvorm kunnen tegelijkertijd op vele monsters 63 films worden aangebracht. In een dergelijk. geval kan het optreden van fouten door het neerdalen van 25 stof op de monsteroppervlakken worden verminderd omdat .de oppervlakken van de monsters bijna verticaal zijn. De constructie als weergegeven in figuur 12 is met voordeel toepasbaar voor de uitvoeringsvormen van de uitvinding van figuur 3 of 10.

Teneinde te verhinderen dat stof op het monsteropper-30 vlak valt is het tevens mogelijk de boven en onderkanten van de configuratie van de inrichting,als weergegeven in figuren 3 en 10, om te keren. In dit geval dient echter het uitlaatsysteem 3¾ te worden verbonden met het zij gedeelte van de monsterkamer 22 en dient de monster-tafel 27 te worden gewijzigd in een vorm van een monsterhouder die het 35 monster 28 kan vasthouden. De resultaten van filmvormingsproeven met de plasmaopdamp-inrichting volgens de uitvinding met verbeterde capaciteit, 8102 1 72

------*-----------1 ^ -.*-X

21 als weergegeven in figuren 10 en 12, wordt hierna "beschreven. Als voorbeeld werd Bg-gas in het eerste gas in voer systeem 25 ingevoerd met een snelheid van 10 cc /minuut, SiH^-gas in het tweede gas invoersysteem 26 met een snelheid van 10 cc/minunt, terwijl de gasdruk in de monsterkamer 5 22 werd ingesteld op 2 x 10 Torr en een 200 W microgolf vermogen werd toegepast ter vorming van de siliciumnitridefilm. Het monstersuhstraat 28 werd niet verwarmd en de temperatuur gedurende de filmvorming werd --op· 100°C.of lager gehouden-door middel van een warmt e -opnemend vast... -systeem. Ih deze proef was de opdampsnelheid 30 nanometer/minuut, de 10 gelijkmatigheid van de opgedampte film in het gebied met een diameter • van 20 cm + 5%t waarbij een extreem vaste opgedampte film op het silicium of siliciumdioxydesübstraat werd verkregen. De brekingsindex van deze film was 2,0 volgens de ellipsometrische analyse en de weerstand tegen waterstoffluoride was extreem goed (3 nanometer/minuut of minder 15 voor de gebufferde waterstoffluorideoplossing).

3ij de gebruikelijke plasma-CVD en plasmastroomtrans-portinrichtingen was de activering onvoldoende en werd de monstertafel verhit om deze onvoldoende activering te compenseren. Bij de plasma-opdamp-inrichting volgens de uitvinding verviel daarentegen de noodzaak 20 thermische energie voor de opdampreactie (of de filmvormende reactie) te benutten en werden doeltreffend films met een extreem goede kwaliteit over een groot gebied gevormd.

Volgens de uitvinding is het noodzakelijk het monster-substraat 28 voor de filmvormingsreactie te verhitten en derhalve is het 25 mogelijk te verhinderen dat de temperatuur (100- 200°C) van het monster 28 stijgt door de plasmawerking door bij de monstertafel 27 een koel-mechanisme te installeren zoals b.v. aangegeven in figuur 3 of 10, in plaats van een verwarmingsmechanisme zoals bij de gebruikelijke inrichting. Door toepassing van de van het koelmechanisme voorziene mon-30 sterfcafel is het mogelijk op stabiele wijze gedurende lange tijdsperioden films te vormen waarbij het monstersuhstraat op een extreem lage temperatuur van de orde van beneden 100°C wordt gehouden.

Als koelmechanisme voor de monstertafel 27 is het mogelijk normaal water of een luchtkoelsysteem toe te passen. Figuur 13 toont het voorbeeld 35 van een waterkoelsysteem waarbij koelwater aan de binnenkant van de monstertafel 27 wordt toegevoerd uit de watertoevoerpoort 71 en via de af- 81 02 172 : 22 V κ laatpoort 72 wordt afgevoerd. Figuur 1U toont een voorbeeld van bet luchtkoelsysteem waarin 'een warmt est ralingsradiat or 73 wordt geïnstalleerd aan de bovenkant 27 A van de monstertafel 27 en koellucht wordt ingevoerd en af gevoerd via .de koellucht inlaat /uitlaat 7^» 5 Door toepassing van een monstertafel voorzien van een dergelijk koelmeehanisme is het mogelijk films aan te brengen op een -materiaal met een'zeer lage warmt'ebestendigheid, zoals een halfgeleider-·· •••--•--substraat mët éeh rëservëpatrooh eb 'op diverse substraten films' met hoge· *·;,-·-kwaliteit te vormen, zoals samengestelde halfgeleiders met lage warrnte-10 weerstand, supergeleidende materialen en kunststoffen. In het bijzonder kan de vorming van de films van hoge kwaliteit op de reservepatroons worden toegepast met de "lift-off" techniek, die reeds in de half gelei-dervèrvaardigingstechniek bekend is. Aldus kan deze worden toegepast voor een bijzonder breed gebied van toepassingen.

15 Als boven vermeld wordt volgens de uitvinding de micro- golftrilholteresonator-opbouw van de plasmavormingskamer meer doeltreffend in..werking gesteld en worden de verdeling en de samenstelling van. een divergente magnetisch veld, dat belangrijk is voor de elektronen-cyclotronresonantie-ontlading, via de microgolven en de plasma-afvoer 20 verbeterd. Het is derhalve mogelijk in grote hoeveelheden sterk actief plasma op te wekken en het monster te laten bestralen door het plasma waarbij het reactie-effect over een breed gebied wordt vergroot. Aldus kunnen films met grote kwaliteit reeds door de inwerking van het plasma zonder behulp van thermische energie worden gevormd. Voorts kunnen vol-25 gens de uitvinding films van hoge kwaliteit met hoge produktiviteit worden gevormd op monstersubstraten met een extreem lage warmteweerstand door toepassing van een met een koelmeehanisme voorziene monstertafel.

In de voomoemde beschrijving is de toelichting in hoofdzaak gegeven met betrekking tot siliciumnitride Si^H^ als het film-30 vormingsmateriaal. Het zal echter duidelijk zijn dat de uitvinding tevens kan worden toegepast voor de vorming van films van diverse andere materialen zoals silicium Si, siliciumdioxyde SiO^, molybdeensilicide MoSig» molybdeen Mo en aluminium Al.

8102 172

—- ' 1 — ------ 1,1 —1 ~—A

23

CONCLUSIES

1. Piasmafilmopdajiqp-inrichting ingericht om gassen in een vacuumvat in te roeren, plasma te vormen, moleculen in genoemd plasma te activeren en in reactie te brengen op een monstersubstraat, waarop een film moet worden aangebracht, omvattende een monsterkamer waarin een ‘ 5- -monstert af el voor het daarop plaatsen van het monstersubstraat is op- .

gesteld, alsmede een plasmavormingskamer die afzonderlijk van de monsterkamer is opgesteld om de te activeren gassen in de plasmatoestand te brengen, welke plasmavormingskamer is voorzien van een microgolf invoer-venster, een micro golfinvoerorgaan en een plasma-afvoer opening in de 10 wand tegenover het genoemde microgolf invoervenster teneinde de plasma-stroom in de genoemde monsterkamer te leiden, waarbij een magnetische schakeling aan de omtrek van de plasmavormingskamer is geïnstalleerd met het doel een magnetische fluxdichtheid op te leveren noodzakelijk om de elektronische cyclotronresonantie in genoemde plasma-vormende ka-15 mer tot stand te brengen en in genoemde monsterkamer een divergent magnetisch veld té vormen, waarbij de intensiteit van de magnetische flux-dichtheid met een geschikte gradiënt vanaf de plasmavormingskamer naar de monstertafel in de monsterkamer afneemt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 20 de plasma-vormende kamer een dusdanige vorm en afmeting heeft dat voldaan wordt aan de voorwaarden van een mierogolftrilholteresonator.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een gasinvoersysteem voor de plasmavormingskamer en'een gasinvoersysteem voor de monsterkamer aanwezig zijn.

25 h. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een sluiter, die kan worden geopend en gesloten om de plasmastroom te onderbreken, tussen de plasmaafvoeropening en de monstertafel is opgesteld.

5· Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat r 30 de plasma-afvoeropening is voorzien van een metalen roosterplaat.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat radiofrequentievermogen wordt toegevoegd aan de monstertafel met het doel een negatieve voorspanning op het oppervlak van het monster tot 8102172

Claims (7)

1. 7. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de monstertafel in een elektrisch niet-geleidende toestand is.
2. 8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 5 de monstertafel een koelmechanisme bevat.
3. 9. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de magnetische schakeling een magnetische spoel bevat die een divergent • . " 'magnétisch''veld vormt dat op ^ijn beurt het plasma-vormt, welke spoel '·-··-· ·· . · tevens het plasma afvoert, waarbij een materiaal met hoge permeabiliteit 10 aan de omtrek van de magnetische spoel is aangebracht, zodat de verdeling van het magnetische veld in de plasmavormingskamer en de monsterkamer door middel van de opstelling en de vorm van het materiaal met hoge permeabiliteit kan worden ingesteld.
4. 10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat 15 de plasma-afvoeropening een concentrische cirkelvormige opening heeft, de monstertafel is gevormd door een cilinder die coaxiaal is met de centrale, as van de magnetische spoel, zodat ten minste één monster op. het binnenoppervlak van de cilinder kan worden opgesteld, alsmede een buitenkast gemaakt van een materiaal van hoge permeabiliteit die zich 20 uitstrekt vanaf de omtrek van de magnetische spoel naar de omtrek van de monsterkamer.
5. 11. Plasmafilmopdamp-inrichting met een plasmavormingskamer en een- monsterkamer waarin een monstertafel voor het daarop plaatsen van een monster is aangebracht, waarbij de plasma-uitgangsmaterialen 25 en het microgolfvermogen worden ingevoerd in de plasmavormingskamer voor het opwekken van plasma, welke plasmavormingskamer is voorzien van een vlakke eindplaat die een plasma-afvoeropening heeft voor het afvoeren van het plasma als een plasmastroom in de monsterkamer, waarbij een magnetische schakeling bij de orntrék van de plasmavormingska-30 mer is opgesteld, welke magnetische schakeling dient voor het leveren van een magnetische fluxdichtheid met een intensiteit die noodzakelijk is voor het verhogen van het rendement van de plasmavorming in de plasmavormingskamer en voor het in de monsterkamer vormen van een divergent magnetisch veld waarin de intensiteit van de magnetische fluxdichtheid 35 met een passende gradiënt vanaf .de plasmavormingskamer naar de monstertafel in de monsterkamer afneemt, waarbij de plasmavormingskamer 8102172 - " ' ... ·Λ % de structuur heeft van een trilholteresonator met betrekking tot de microgolf energie die wordt ingevoerd ter vorming van het plasma, waarbij genoemde eindplaat een beweegbare structuur heeft zodat de trilhol-teresonantie-omstandigheden van de microgolven kunnen worden ingesteld.
6. 12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de monstert af el een koelmechanisme bevat.
7. 13. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat ... ----- - - de magnetische schakeling, een· magnetische spoel.bezit die e.en divergent ~ magnetisch veld vormt dat op zijn beurt het plasma vormt en die het 10 plasma af voert, waarbij een materiaal met hoge permeabiliteit bij de omtrek van de magnetische spoel is opgesteld, .waarbij de verdeling van het magnetische veld in de plasmavormingskamer en de monsterkamer kan worden ingesteld door middel van de opstelling en de vorm van het materiaal met hoge permeabiliteit. 15 1¾. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de plasma-afvcercpening een concentrische cirkelvormige opening bezit, de monstertaf el is gevormd door een cilinder die coaxiaal is met de centrale as van de magnetische spoel, zodat ten minste een monster kan worden opgesteld bij het binnenoppervlak van de cilinder, alsmede een bui-20 tenkast die gemaakt is van materiaal met hoge permeabiliteit en die zich uitstrekt vanaf ie cmtrek van de magnetische spoel tot aan de omtrek van de monsterkamer. 8102 1 72