DE19943741A1

DE19943741A1 - Verfahren und Vorrichtung für die ICP-CVD-Beschichtung

Info

Publication number: DE19943741A1
Application number: DE1999143741
Authority: DE
Inventors: Klaus Wandel; Rainer Wolf
Original assignee: Sentech Instruments GmbH
Current assignee: Sentech Instruments GmbH
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2001-03-08

Abstract

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemischen Dampfabscheidung mit einer induktiv gekoppelten Plasmaquelle zur Abscheidung von Siliziumnitrid-Schichten auf einem Substrat, mit einem Gesamtgasstrom, der Reaktandenströme mit SiH 4 und NH 3 aufweist und einen inerten Trägergas-Anteil. Die Stromrate des Gesamtgasstroms beträgt dabei zwischen 50 sccm und 400 sccm und die Stromrate des Trägergases zwischen 25 sccm und 200 sccm. Damit ist es möglich, eine Beschichtung des Substrates mit Siliziumnitrid bei geringen Temperaturen vorzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ICP-CVD-Beschich tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrich tung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 20.

Die Anwendung von Plasmabeschichtungsverfahren ist eine Schlüsseltechnologie in der Oberflächenmodifizierung, Struk turgebung vom Mikrometer- bis zum Nanometerbereich und in der Erzeugung dünner Funktionsschichten.

Dabei werden in vielfältiger Form z. B. Siliziumnitridschich ten auf verschiedenste Substrate aufgebracht. In der Mikroelektronik und der Mikrosystemtechnik werden solche Beschichtungsverfahren seit über 20 Jahren eingesetzt. Es gelang jedoch bisher nicht, mit einfach beherrschbarer Technik qualitativ gute Schichten bei Prozeßtemperaturen wesentlich unterhalb von 300°C herzustellen.

Die Herabsetzung der thermischen Belastung durch den Be schichtungsprozeß ist jedoch von großer Bedeutung, wenn thermisch sensible Bauelemente wie z. B. Dünnschicht-Dis plays oder Solarzellen auf Polymersubstraten beschichtet werden sollen. Auch bei organischen Lichttransmittern, Mi krosystemen oder in der Nanotechnologie kann die thermische Belastung zu Problemen führen. So können insbesondere in komplexe Strukturen, die zu beschichten sind, bei hohen Temperaturen unerwünschte Gradienten auftreten.

Bekannt ist eine PECVD-Technik (PECVD: Plasma enhanced chemical vapour deposition), bei der in einem Parallelplat tenreaktor die HF-Energie für das Plasma kapazitiv eingekop pelt wird. Dabei wird ein Großteil der Energie in den Plas marandschichten umgesetzt. Derartige Plasmen sind durch eine relativ geringe Tonendichte (ca. 10⁹ bis 10¹⁰), einem kleinen Ionen-zu-Neutralteilchen Verhältnis (ca. 10^-4 bis 10^-3) und einem relativ hohem Plasmapotential (ca. 50-1000 V) gekennzeichnet.

Es ist nicht möglich, die Ionendichte des Plasmas durch Erhöhung der HF-Leistung beliebig zu steigern, da mit wach sender Leistung zunehmend nur die Ionenenergie in der Randschicht des Plasmas erhöht wird. Dies kann zu einer Schädigung der zu beschichtenden Substrate führen. Auch ist dies von unerwünschtem Sputtern begleitet.

Für die Schichtabscheidung sind dadurch Grenzen hinsicht lich des Drucks im Reaktorraum und die Leistung der HF-Quel le gesetzt. Bisher konnten z. B. gute Siliziumnitrid-Schich ten nur bei Temperaturen oberhalb von 200-240°C erzielt werden. Die Abscheiderate von annähernd stöchiometrischem Siliziumnitrid blieb dabei unterhalb von 30 nm/min. Bei einer Abweichung von diesen Verfahrensbedingungen wiesen die Schichten einen zu hohen Wasserstoffanteil und zu viele Hohlräume (voids) auf.

Will man brauchbare Schichten bei niedrigeren Temperaturen erhalten, so mußten die Reaktanden, die zur eigentlichen Beschichtung führen, sehr stark mit Edelgasen (z. B. Helium oder Argon) verdünnt werden. Dies führt zu einer ineffizien ten Verfahrensführung.

Mit einer an sich bekannten induktiven Plasmaquelle (ICP: inductively coupled plasma) lassen sich höhere Ionendichten erreichen (mehr als 10¹¹ cm^-3). Der Ionenanteil liegt dabei im Bereich von 10^-2. Das Plasmapotential kann kleiner als 20 V sein. Aber auch mit bisher bekanntgewordenen Plas maquellen dieses Typs ist es nicht ohne weiteres möglich, bei tiefen Substrattemperaturen hochwertige Beschichtungen effizient zu erzeugen; entsprechende Kombinationen von Be triebsparametern sind bisher unbekannt.

Grundsätzlich wird die Effizienz und Güte eines Plasmabe schichtungsverfahrens durch eine Vielzahl von Parametern bestimmt, insbesondere die Volumenströme der Trägergase, der Gesamtgasstrom, der Ammoniak-Anteil im Gesamtgastrom, der Prozeßdruck, die HF-Leistung der Plasmaquelle und die Substrattemperatur.

Mit Erniedrigung der Substrattemperatur erfolgen bei bisher bekannten Verfahren unterhalb von 200°C erhebliche negative Veränderungen der Schichteigenschaften.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Betriebsparameter so gewählt sind, daß eine effiziente Beschichtung hoher Güte durch eine dafür geeignete ICP-Quelle bei niedrigen Tempera turen möglich ist, so daß die negativen Auswirkungen einer Temperaturerniedrigung vermieden werden. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch eine Stromrate des Gesamtgasstroms zwischen 50 sccm und 400 sccm und einer Stromrate des Trägergases zwischen 25 sccm und 200 sccm können bei niedrigen Temperaturen gute Siliziumnitridschich ten erzeugt werden. Wobei insbesondere eine Stromrate des Gesamtgasstroms zwischen 250 sccm und 350 sccm und auch eine Stromrate des Trägergases zwischen 130 sccm bis 150 sccm vorteilhaft ist. Besonders vorteilhaft ist eine Stromrate des Gesamtgasstroms von 298 sccm und einer Strom rate des Trägergases von 139 sccm. Bei diesen Stromraten ist eine besonders effiziente, qualitativ hochwertige Tieftemperaturbeschichtung möglich.

Mit Vorteil werden als inerte Trägergase Stickstoff und Argon verwendet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahren weist ein erster Reaktandenstrom 1 bis 100 vol% SiH₄ auf, wobei der restliche Anteil von Helium eingenommen wird. Mit besonderem Vorteil weist der erste Reaktandenstrom einen Anteil von 3 bis 30 vol% SiH₄, insbesondere von 5 vol% Helium auf.

Dabei ist es vorteilhaft, daß der erste Reaktandenstrom eine Stromrate zwischen 100 sccm und 200 sccm aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Reaktanden strom eine Stromrate von 146 sccm aufweist. Bei diesen Betriebsbedingungen läßt sich auch noch bei tiefen Temperaturen eine einwandfreie Beschichtung mit Siliziumni trid sicherstellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfin dungsgemäßen Verfahrens weist ein zweiter Reaktandenstrom NH₃ auf, wobei die Stromrate zwischen 5 sccm und 30 sccm beträgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stromrate 13 sccm bis 15 sccm beträgt.

Mit Vorteil beträgt der Verfahrensdruck zwischen 0.1 Pa und 60 Pa, besonders vorteilhaft 15 Pa.

Vorteilhafterweise liegt der Leistungsbereich einer HF-Plas maquelle zwischen 350 W und 2500 W, besonders vorteilhaft sind 800 W.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die Temperatur des Substrathalters zwi schen 50°C und 200°C, besonders vorteilhafterweise liegt sie zwischen 50°C und 100°C. Zur Vermeidung von negativen thermischen Einwirkungen auf das Substrat ist es besonders vorteilhaft, eine Temperatur des Substrathalters von 50°C zu verwenden. Durch die niedrigen Temperaturen werden thermische Spannungen im Substrat vermieden. Auch lassen sich dreidimensionale Strukturen besser beschichten, da die Temperaturgradienten in der dreidimensionalen Struktur so gering bleiben.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Leitfähigkeitsmittel auf, mit dem das Substrat thermisch effektiv an einen temperierbaren Substrathalter koppelbar ist. Dadurch soll vermieden werden, daß sich zwischen Substrat und Substrathalter zu große thermische Unterschiede ergeben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle mit einer Antenne auf, die mindestens drei Arme aufweist.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Vorrichtung, bei der Arme der Antenne planar ange ordnet sind, da damit eine besonders kompakte Bauform möglich ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen HF-Generator zur Einstellung einer Vor spannung des Substrates aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren an mehreren Beispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine Darstellung des Einflusses des Gesamtgasstromes auf den Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 320 nm;

Fig. 1b eine Darstellung des Einflusses des Gesamtgasstromes auf die Abscheiderate der Siliziumnitridschicht;

Fig. 1c eine Darstellung des Einflusses des Gesamtgasstromes auf dem Extinktionswert bei einer Wellenlänge von 320 nm;

Fig. 1d eine Darstellung des Einflusses des Gesamtgasstromes auf den Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 633 nm;

Fig. 2a-d eine Darstellung des Einflusses einer Variation des NH₃-Flusses auf Schichtparameter analog zu Fig. 1a-d;

Fig. 3a-d eine Darstellung des Einflusses der Substrattem peratur auf Schichtparameter analog zu Fig. 1a-d;

Fig. 4a-d den Einfluß der HF-Leistung der Plasmaquelle auf Schichtparameter analog zu Fig. 1a-1d.

Fig. 5a-d eine Darstellung des Einflusses einer Variation des Druckes auf Schichtparameter analog zu Fig. 1a-d;

Fig. 6 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7 schematische Darstellung einer Antenne zur Ver wendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Im folgenden wird anhand von Beispielen gezeigt, in welcher Weise das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann.

Die Untersuchungen wurden mit einem PECVD-Reaktor SI 500D der SENTECH Instruments GmbH, Berlin durchgeführt. Dieser Reaktor weist eine ICP-Quelle auf. Bei induktiver Anregung des Plasmas entsteht nur eine geringe DC-Vorspannung (bias) des Substrats. Diese Vorspannung ist für die Energie der auf das Substrat auftreffenden Ionen verantwortlich, so daß die Schichteigenschaften über diese Vorspannung gesteuert werden können. Zur Einstellung der Vorspannung wird ein zweiter HF-Generator mit entsprechender Frequenz- und Phasendifferenz eingesetzt. Damit kann die Ionenenergie weitgehend unabhängig von der Ionendichte eingestellt werden.

Der Reaktor verfügt über ein Vakuumpumpensystem, eine programmierbare Computersteuerung für die Betriebsparameter und ein Datenerfassungssystem.

Im folgenden werden eine Reihe von Beispielen für das Verfahren aufgeführt. Dabei werden im wesentlichen folgende Gasströme für eine Beschichtung im Reaktor verwendet:

- Erster Reaktandenstrom (5 vol% SiH₄ in Helium)
- Zweiter Reaktandenstom (NH₃)
- Inerter Trägergasstrom (Stickstoff oder Argon)

Die Zuführung des ersten Reaktandenstrom in Richtung des Substrates erfolgt über einen Gasring, der 4 cm über dem Substrat angeordnet ist. Der Gaseinlaß für ein Trägergas und den zweiten Reaktandenstrom erfolgt in der ICP-Quelle. In einer alternativen Ausführungsform ist es aber auch möglich, die Gasströme an der Peripherie des Reaktors einströmen zu lassen.

Der maximale Gesamtgasfluß der hier dargestellten Beispiele betrug etwa 300 sccm. Im Reaktor werden dabei minimale Drücke von 2 Pa-3 Pa erreicht.

Um die Rückströmung des ersten Reaktandenstromes vom Gas ring in die ICP-Quelle möglichst klein zu halten, ist die Stromrate der in die Quelle eingespeiste Gase mindestens gleich der Stromrate des ersten Reaktandenstromes gesetzt. Grundsätzlich sollte aber angestrebt werden, die Stromraten der in die Quelle eingespeisten Gasströme wesentlich größer als den ersten Reaktandenstrom zu wählen.

Unter den hier beschriebenen Bedingungen ergibt sich maxi mal ein Strom von 150 sccm für den ersten Reaktandenstrom und von 150 sccm für den zweiten Reaktandenstrom und den Trägergasstrom.

Für eine aus in etwa stöchiometrischem SiN bestehende Schicht wird daher ein Reaktandenverhältnis von

NH₃ : SiH₄ = 3 : 1 . . . 2 : 1

benötigt. Somit ergibt sich bei 5 vol% SiH₄ in Helium (erster Reaktandenstrom) ein Bedarf von ca. 7.5 sccm SiH₄ und 15-23 sccm NH₃.

Als Startarbeitspunkt werden daher folgende Stromraten verwendet:
SiH₄ in 5 vol% Helium: 146 sccm
NH₃: 13 sccm
Trägergas (Ar oder N₂): 139 sccm

Als Betriebsdruck des Startarbeitspunktes werden 15 Pa, als Leistung der HF-Quelle werden 800 W gewählt. Wenn nicht anders angegeben, werden diese Werte den im folgenden darge stellten Messungen zugrundegelegt.

Im folgenden wird der Einfluß des Trägergases (hier Argon oder Stickstoff) und die Variation des Gesamtflusses auf das Beschichtungsergebnis beschrieben.

In der Fig. 1a-1d wird der Einfluß der Stromrate des Ge samtgasstroms auf verschiedene Parameter der Beschichtung dargestellt. Die Messungen der Schichtparameter wurden mit einem Ellipsometer durchgeführt.

In jeder Darstellung der Fig. 1 sind die Versuchsergebnisse für Stickstoff als Trägergas (Kreise) und Argon als Träger gas (ausgefüllte Kreise) wiedergegeben.

Der Gesamtgasstrom wurde dabei unter Beibehaltung der obengenannten Reaktandenverhältnisse zwischen 50 sccm und 300 sccm variiert. Fig. 1a zeigt dabei den Einfluß auf den Brechungsindex (n₃₂₀) für eine Wellenlänge von 320 nm. Mit zunehmendem Gesamtgasstrom zeigt sich ein langsamer Anstieg dieses Brechungsindexes, was damit zusammenhängen könnte, daß mit steigenden Stromraten Reaktionsprodukte abtranspor tiert werden und Wasserstoff, der durch die Reaktion mit Ammoniak entsteht, verdrängt wird. In Fig. 1d zeigt sich ein sehr ähnlicher Verlauf für die Messung des Brechungsin dexes (n₆₃₃) für eine Wellenlänge von 633 nm. Die erzielten Brechungsindizes unter Verwendung von Stickstoff als Träger gas sind deutlich kleiner (n = 1,54-1,75) als bei der Verwendung von Argon als Trägergas (n = 1,9-2,05).

Es ist bekannt, daß Stickstoff im Gegensatz zu Argon in der Ouelle ammoniakhaltige Radikale bilden kann, die zu einem erhöhtem Einbau von N-H Gruppen in die Schicht führen. Auch ist der Stickstoff möglicherweise in der Lage, mit einer vorhandenen Feuchtschicht auf dem Substrat NO-Gruppen zu bilden und freizusetzen. Auch erzielt Argon durch das niedrige Plasmapotential keine "Sputterwirkung". Aus diesem Grund wird in den weiteren Untersuchungen (Fig. 2 bis 4) Argon als Trägergas verwendet.

Fig. 1b zeigt ein stetes Anwachsen der Abscheiderate (r_w) mit zunehmenden Gesamtgasstrom, wobei dies für beide Träger gase zutrifft. Offensichtlich ist bei dem hier gewähltem Arbeitspunkt die Abscheidung von der angebotenen Teilchen zahl pro Zeiteinheit bestimmt. Bei der Verwendung von Stickstoff als Trägergas ergab sich eine höhere Abscheidera te als bei Argon.

Fig. 1c zeigt den Einfluß auf den Extinktionswert (k₃₂₀) für eine Wellenlänge von 320 nm, der in jedem Fall kleiner als 10^-2 ist. Daraus läßt sich schließen, daß kaum Über schußsilizium in die Schichten eingebaut worden ist. Die Ex tinktionswerte sind bei Stickstoff als Trägergas kleiner als bei der Verwendung von Argon als Trägergas.

In Fig. 2a-2d ist der Einfluß der Variation der Ammoniak- Zugabe auf die gleichen Schichtparameter wie in Fig. 1a-1d dargestellt. Variiert wurde dabei das Verhältnis der Stromraten von SiH₄ zu NH₃. über die Variation der Ammnoni ak-Zugabe wird vor allem die Stöchiometrie der Nitridschicht gesteuert.

Die Fig. 2a und 2c zeigen wiederum die Brechungsindizes für die Wellenlängen 320 nm (Fig. 2a) und 633 nm (Fig. 2c), wobei die Meßbereiche gegenüber den Fig. 1a und 1c vergrößert wurden. Das Siliziumnitrid ist von einem stickstoffreichen Bereich bis zum Einbau von Überschußsilizium dagestellt.

Fig. 2a und 2c zeigen eine Änderung der Brechungsindizes von 1,9 bis <2,3. Durch die Variation des Ammoniak-Flusses läßt sich der Brechungsindex von 1,9 bis über 2 einstellen.

Wie man anhand Fig. 2b erkennen kann, fällt die Wachstumsra te (Abscheiderate r_w) deutlich für einen geringeren Ammoni akfluß, d. h. mit einem steigendem SiH₄ : NH₃ Verhältnis. Für größere Ammoniakflüsse geht die Abscheiderate in eine Sättigung über.

Aus Fig. 2c, die den Verlauf des Extinktionswertes (k₃₂₀) für 320 nm darstellt, und Fig. 2d, die den Brechungsindex (n₆₃₃) für 633 nm darstellt, würde sich ungefähr eine optima le Ammoniakstromrate von 14-15 sccm ergeben. Das Verhältnis von SiH₄: NH₃ sollte etwas kleiner als 1 : 2 gewählt wer den.

Die Extinktionswerte von größer als 10^-2 und die Brechungs indizes von größer als 2 zeigen, daß in diesen Bereichen ein Einbau von Überschußsilizium stattfindet.

In Fig. 3a-3d ist der Einfluß der Subtrattemperatur auf die Schichtparameter wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Variation der Temperatur soll Aufschluß darüber geben, inwieweit gute Siliziumnitrid-Beschichtungsergebnisse erreichbar sind. Die Temperatur wurde dabei von 50° bis 320°C variiert. Üblicherweise wird in einem Parallelplatten reaktor mit fallender Temperatur extrem viel Wasserstoff über N-H Gruppen in die Schicht eingebaut. Durch die gerin gere Dichte führt dies zu Brechungsindizes, die kleiner als 1,9 sind. Auch aufgrund hoher Ätzraten sind bei herkömmli chen Verfahren diese tiefen Temperaturen für gute Beschich tungsergebnisse nicht praktikabel.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den hier verwendeten Betriebsparametern läßt sich aber auch bei tieferen Temperaturen ein gutes Beschichtungsergebnis erzielen. So zeigt Fig. 3b eine relativ konstante Abscheide rate im gesamten Temperaturbereich. Auch die Brechungsindi zes (andere Y-Achsen-Skalierung als in Fig. 1 und 2) und die Extinktionswerte sind über den Temperaturbereich rela tiv konstant. Dies sind Anzeichen dafür, daß auch bei niedrigen Temperaturen im Bereich zwischen 50°C und 100°C, insbesondere auch bei 50°C gute Siliziumnitridbeschichtungs ergebnisse erreicht werden. So konnten mit diesem Niedertem peraturnitrid-Verfahren Lackstrukturen von ca. 5 µm be schichtet werden.

Durch Kontrolluntersuchungen wurde festgestellt, daß die HF-Leistung der ICP-Quelle nur zu einer Erhöhung der Substrattemperatur um ca. 30 W führt.

In Fig. 4a-4d ist dargestellt, wie sich in den Fig. 1 bis 3 bereits beschriebenen Schichtparameter unter dem Einfluß der HF-Leistung verändern. Die HF-Leistung wurde dabei im Bereich von 300 W bis 1000 W variiert.

Wie Fig. 4b zeigt, steigt die Abscheiderate (r_w) etwas schwächer als die Quadratwurzel aus der HF-Leistung an. Die Wachstumsleistung der Schichtdicke ist daher etwa proportio nal zur Stromstärke. Auch zeigt sich, daß mit kleiner werdender Leistung der Beschichtungsvorgang unvollständig abläuft. Anhand der Verläufe der Brechungsindizes in Fig. 4a und 4d, jeweils für die Wellenlängen 320 nm bzw. 633 nm, und des Extinktionswerts k₃₂₀ zeigt sich, daß bei kleineren Leistungen Überschußsilizium in die Schichten eingebaut wird. Eine Drosselung des Flusses bzw. eine Senkung des Be triebsdrucks würde dieses Problem lösen.

In Fig. 5a-5d ist dargestellt, wie sich in den Fig. 1 bis 4 bereits beschriebenen Schichtparameter unter dem Einfluß des Drucks verändern. Die der Druck wurde dabei im Bereich von 2 bis 40 Pa variiert.

Die Brechungsindizes für die Wellenlängen von 320 nm und 633 nm zeigen gemäß Fig. 5a und Fig. 5d einen jeweils anstei genden Verlauf. Signifikant ist der Abfall der Abscheidera te in Fig. 5b bei steigendem Druck. Nach Fig. 5c ist ein steigender Verlauf des Extinktionswertes mit steigendem Druck zu verzeichnen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß bei Temperaturen unterhalb von 150°C eine Siliziumschicht mit den folgenden Eigenschaften erreicht werden kann:
Brechungsindex für Wellenlänge 633 nm: 1,9-2,05
Extinktionswert: < 10^-2
Abscheiderate: 30 nm/min-55 nm/min
Stress (tensil): 0,3.10⁹ dyn/cm³- 1.10⁹ dyn/cm³
Maximale Schichtdicke: < 10 µm

Dabei lagen folgende Ätzraten vor:
KOH: 30% KOH, 70% H₂O bei einer Temperatur von 85°C: Ätzrate < 0,07 nm/min
BHF: 6,5% HF, 35% NH₄F, 58,5% H₂O bei einer Temperatur von 25°C: Ätzrate < 4 nm/min

Dabei ist es möglich, auch auf dreidimensionalen Strukturen eine isotrope Beschichtung aufzubringen. Auch ist der SiH₄-Umsatz am Substrat mit ca. 30% sehr hoch, so daß nur eine relativ geringe Gasmenge zu entsorgen ist.

Die erfindungsgemäße Reaktorkammer weist eine an sich aus Plasmabeschichtungsreaktoren bekannte Reaktorkammer und eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle auf. Die wichtigsten Komponenten sind in Fig. 6 dargestellt. Dabei haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung: 10 Reaktorraum
12 Vakuumflansch
20 Substrathalter
22 Substrathalteroberfläche
24 Substrathalterheizung
25 elektrische Anschlüsse
26 Kühlreservoir
27 Zuleitung/Ableitung Kühlmittel für Substrathalter
30 induktive Plasmaquelle
32 Antenne
33 Gegenelektrode
34 dielektrisches Einkoppelfenster
36 erster Gasanschluß
37 Gas-Eintrittsöffnungen
38 Anpaßnetzwerk
39 Quellenabdecklung
40 Gaseinlaßmodul
42 Gasringdusche
43 zweiter Gasanschluß
44 Eintrittsöffnungen
50 HF-Generator der Quelle
60 Vakuumsystem mit geregeltem Saugvermögen

Als Antenne 32 dient eine Antenne mit drei planaren Armen (siehe Fig. 7) und eine Vorrichtung zur Impedanzanpassung 38.

Der Substrathalter 20 ist temperierbar und weist eine gute thermische Ankopplung für das hier nicht dargestellte zu beschichtende Substrat auf.

Das Gaszuleitungssystem weist mindestens eine Gasringdusche 42 auf, über die Reaktanden und Trägergase wahlweise einge speist werden können. Der Abstand zum Substrat wird dabei so eingestellt, daß eine für das Schichtwachstum optimale Dissoziation und Ionisation gewährleitet ist. Üblich sind z. B. 4 cm Abstand zwischen Gasringdusche 42 und Substrat.

Die Gase werden geregelt aus dem Reaktorraum 10 abgesaugt. Auch verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine hier nicht dargestellte Beladungsvorrichtung für den Substrathalter unter Vakuum.

Fig. 7 zeigt in einer Draufsicht die Antenne 32, die planar oberhalb des Reaktorraums 10 angeordnet ist. Durch die Anordnung und Form der Arme der Antenne 32 läßt sich eine besonders effektive Abstrahlung in den Reaktorraum 10 erreichen. Dabei erstrecken sich die drei Arme symmetrisch radial vom Zentrum, an dem die hier nicht dargestellte HF-Zuführung liegt. Ab einer gewissen Länge weisen die Arme eine Krümmung auf, so daß die Arme so geformt sind, daß sie auf einer Kreisumfangslinie um das Zentrum liegen. Dadurch liegt eine einfach zu fertigende Antenne mit einer effizien ten Abstrahlcharakteristik vor.

In einer alternativen Ausführungsform ist sind die Arme rechteckig gebogen um den Mittelpunkt angeordnet.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispie le. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausfüh rungen Gebrauch machen.

Claims

1. Verfahren zur chemischen Dampfabscheidung mit einer induktiv gekoppelten Plasmaquelle zur Abscheidung von Siliziumnitrid-Schichten auf einem Substrat, das auf einem Substrathalter angeordnet ist, mit einem Gesamtgasstrom, der als Reaktandenströme mindestens einen SiH₄-Strom und einen NH₃-Strom und einen inerten Trägergas-Anteil aufweist, gekennzeichnet durch eine Stromrate des Gesamtgasstroms zwischen 50 sccm und 400 sccm und einer Stromrate des Trägergases zwischen 25 sccm und 200 sccm.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stromrate des Gesamtgasstroms zwischen 250 sccm und 350 sccm.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einer Stromrate des Trägergases zwischen 130 sccm bis 150 sccm.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Stromrate des Gesamtgasstroms von 298 sccm und einer Stromrate des Trägergases von 139 sccm.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger gas Argon oder Stickstoff verwendet wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Reaktandenstrom einen Anteil von 1 bis 100 vol% SiH₄ aufweist, wobei der restliche Anteil von Helium eingenommen wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reaktandenstrom einen Anteil von 3 bis 30 vol% SiH₄ in Helium aufweist.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reaktandenstrom einen Anteil von 5 vol% Helium aufweist.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Re aktandenstrom eine Stromrate zwischen 100 sccm und 200 sccm aufweist.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reaktandenstrom eine Stromrate von 146 sccm auf weist.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Reaktandenstrom aus NH₃ besteht, wobei der zweite Reaktandenstrom eine Stromrate zwischen 5 sccm und 30 sccm aufweist.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reaktandenstrom eine Stromrate von 13 sccm bis 15 sccm aufweist.

13. Verfahren nach mindestens einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfah rensdruck zwischen 0,1 Pa und 60 Pa liegt.

14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfah rensdruck 15 Pa beträgt.

15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lei stungsbereich einer HF-Plasmaquelle zwischen 350 W und 2500 W liegt.

16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der HF-Plasmaquelle 800 W beträgt.

17. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempera tur des Substrathalters zwischen 20°C und 200°C liegt.

18. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempera tur des Substrathalters zwischen 20°C und 100°C liegt.

19. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempera tur des Substrathalters 50°C beträgt.

20. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Leitfähigkeitsmittel zur thermischen Ankopplung des Substrates auf einem Substrathalter (20).

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine induktive Plasmaquelle mit einer Antenne mit mindestens drei Armen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich net, daß die Arme der Antenne im wesentlichen planar angeordnet sind.

23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 22, gekennzeichnet durch einen HF-Generator zur Einstellung einer Vorspannung des Substrates.