DE2324719A1

DE2324719A1 - Inorganic dielectric film deposition - and post deposition processing using reactive gas

Info

Publication number: DE2324719A1
Application number: DE2324719A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dipl Chem Dr Fabian; Michael Dipl Chem Kleinert; Rainer Dipl Ing Moeller; Horst Dipl Chem Stelzer
Original assignee: Elektromat VEB
Current assignee: Elektromat VEB
Priority date: 1972-08-01
Filing date: 1973-05-16
Publication date: 1974-02-07
Also published as: DD97673A1

Abstract

The film covered substrate is placed in a reactive gas atmos. in an evacuated chamber, esp. the same chamber in which deposition was carried out, and a corona discharge is initiated to activate the gas (i.e. ionize its molecules). A potential difference (a steady dc voltage) is applied between the corona discharge path and the substrate so that the ionized reactive gas particles are accelerated towards, and penetrate the surface of the substrate. Relatively low temp. used increases product quality and reliability.

Description

"Verfahren zur Nachbehandlung dielektrischer, anorganischer Filme auf Unterlagen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung dielektrischer, anorganischer Filme, welche auf insbesondere aus halbleitendem material bestehende Unterlagen abgeschieden wurden, mittels eines Reaktionsgases und innerhalb eines abgeschlossenen evakuierbaren Reaktionsgefäßes. "Process for the aftertreatment of dielectric, inorganic films on documents "The invention relates to a method for the aftertreatment of dielectric, inorganic films, which are based in particular on semiconducting material Documents were deposited, by means of a reaction gas and within a closed evacuable reaction vessel.

Es ist bekannt, mit anorganischen Filmen Deschichtete Unterlagen zur Verbesserung der Eigenschaften des Filmes und der Grenzfläche Unterlage-Film innerhalb eines Reaktionsgefäßes in einem Reaktionsgas bei Temperaturen über 5000 zu tempern. Dabei finden entsprechende chemische Reaktionen von Bestandteilen des Reaktionsgases mit dem Filmmaterial statt.It is known to use layers coated with inorganic films Improvement of the properties of the film and the interface between the substrate and the film within a reaction vessel in a reaction gas at temperatures above 5000 to anneal. Corresponding chemical reactions of components of the Reaction gas with the film material instead.

Diesem Verfahren haftet der Mangel an, daß zur Erzielung der gewünschten chemischen Reaktion über längere Zeiträume hinweg hohe Gemperaturen erforderlich sind. Die somit auftretende hohe Temperaturbelastung der Unterlagen und des Reaktionsgefäßes kann einerseits zur Zerstörung der Struktur des abgeschiedenen Filmes, der Unterlagen, und der in die Unterlagen gegebenenfalls schon eingebrachten Bauelementestrukturen führen und bedingt andererseits die Verwendung von hochtempe rat;urfes-ten Rea#tionsgefäßen.This process is due to the lack of that to achieve the desired chemical reaction required high temperatures over long periods of time are. The resulting high temperature load on the substrates and the reaction vessel can lead to the destruction of the structure of the deposited film, the documents, and the component structures that may already have been included in the documents On the other hand, it leads and requires the use of high-temperature, ur-proof reaction vessels.

Weiterhin werden die Eigenschaften der Grenzfläche Unterlage-Film verschlechtert.Furthermore, the properties of the interface between the substrate and the film are determined worsened.

Zweck der Erfindung soll es deshalb sein, die Wachbehands lung in möglichst kurzer Reaktionszeit bei gleichzeitiger Reduzierung der thermischen Beanspruchung der Unterlagen und des Gefäßes durchzuführen# Der Erfindung liegt die Auf gabe zugrunde, ein Verfahren zur Nachbehandlung anorganischer Filme auf Unterlagen mittels eines Reaktionsgases zu schaffen, welches eine intensive chemische Reaktion innerhalb eines Niedertemperaturprozesses ermöglicht.The purpose of the invention should therefore be the Wachbehands treatment in The shortest possible response time while reducing the thermal load to carry out the documents and the vessel # The invention is based on the task of a process for the aftertreatment of inorganic films on substrates by means of a Reactive gas to create an intense chemical reaction within of a low temperature process.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem evakuierten Reaktionsgefäß eine Glimmentladung gezündet wird, welche das eingeleitete Reaktionsgas aktiviert.According to the invention the object is achieved in that in the evacuated Reaction vessel ignites a glow discharge, which is the introduced reaction gas activated.

Durch Anlegen einer elektrischen Gleichspannung zwischen Glimmentladungsstrecke und Unterlagen wird ein elektrisches Gleichfeld erzeugt, derart, daß die aktivierten Bestandteile des Reaktionsgases auf die Unterlage hin beschleunigt werden und in diese eindringen.By applying an electrical direct voltage between the glow discharge path and documents a constant electric field is generated, so that the activated Components of the reaction gas are accelerated towards the base and in these penetrate.

ZweckaBigerweise wird die Nachbehandlune; cles abUeschiedenen Filmes in demselben Reaktionsgefäß durchgeführt wie die Beschichtung.Appropriately, the aftercare whim; the separated film carried out in the same reaction vessel as the coating.

Besonders effektiv wird das Verfahren dann, wenn die Nachbehandlung in den Beschichtungsprozeß so eingegliedert wird, daß sie jeweils nach Abscheidung eines Teilfilmes erfolgt, welcher dünner ist als der insgesamt abzuscheidende Film.The procedure is particularly effective when the follow-up treatment is incorporated into the coating process so that they are each after deposition a partial film takes place, which is thinner than the total film to be deposited.

Lie Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind darin zu sehen, daß das eindringen der Bestandteile des Gases in den Film nicht mehr temperaturabhängig nach dem Diffusionsgesetz erfolgt, sondern durch Veränderung des Gleichfeldes zwischen Unterlage und Glimmentladung beeinflußt werden kann. Weiterhin wird ein wesentlich höherer Nachbehandlungseffekt durch die aktivierten, eine wesentlich höhere Reaktivität als im neutralen Zustand aufweisenden Bestandteile des Reaktionsgases erzielt, so daß die Reaktionszeit wesentlich verringert werden kann.Lie advantages of the solution according to the invention are to be seen in the fact that the penetration of the constituents of the gas into the film no longer depends on the temperature takes place according to the law of diffusion, but by changing the constant field between Base and glow discharge can be influenced. Furthermore, one becomes essential higher post-treatment effect due to the activated, a significantly higher reactivity than achieved in the neutral state having constituents of the reaction gas, so that the response time can be reduced significantly.

Die ruf'windung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The ruf'windung will be described in more detail below using an exemplary embodiment explained.

Als Beispiel soll die Nachbehandlung eines Siliziumdioxidfilmes auf einer Siliziumunterlage dienen.As an example, the aftertreatment of a silicon dioxide film is given serve a silicon base.

Der Siliziumdioxidfilm weise nach der Abscheidung, die nach einem beliebigen Verfahren erfolgte, beispielsweise Einschlüsse von nicht oxidierten Siliziumatomen und von Siliziummonoxid auf, durch welche aie elektrischen Sigenschaften der Anordnung Unterlage-Film stark verschlechtert werden. Um diese störenden Einschlüsse zu beseitigen, wird die beschichtete Unterlage innerhalb eines evakuierten #eaktionsgefäßes, welches mit dem Reaktionsgefäß, in dem uie abscheidung erfolgte, identisch sein kann, an den positiven Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen.The silicon dioxide film wise after deposition, which after a any method took place, for example inclusions of non-oxidized silicon atoms and silicon monoxide, through which the electrical properties of the device Underlay film will be greatly deteriorated. To remove these annoying inclusions, the coated substrate is placed inside an evacuated reaction vessel, which may be identical to the reaction vessel in which the deposition took place the connected to the positive pole of a DC voltage source.

In dieses Reaktionsgefäß wird Sauerstoff als Reaktionsgas bis zu einem Druck von ca 10 Torr eingeleitet und durch eine von außen elektrodenlos gezündete Hochfrequenz-C-limrLentladalrlv a1'r#A##r#, rt;,so daß negative Sauerstoffionen entstehen. Durch Anlegen des negativen Poles der Gleichspannungsquelle an die Glimmentladungsstrecke vermittels einer Sonde, welche in die Glimmentladungsstrecke hineinragt, wird ein elektrisches Gleichfeld zwischen Unterlage und Glimmentladungsstrecke aufgebaut.In this reaction vessel, oxygen is used as a reaction gas up to one Pressure of approx. 10 Torr initiated and ignited by an externally electrodeless High frequency C-limrLentladalrlv a1'r # A ## r #, rt; so that negative oxygen ions develop. By applying the negative pole of the DC voltage source to the glow discharge path by means of a probe which protrudes into the glow discharge path, a Electric constant field built up between the base and the glow discharge path.

Dieses Feld beschleunigt die negativen Sauerstoffionen in Richtung auf die Unterlage und ermöglicht das Eindringen der Ionen in den abgeschiedenen Film ohne zusätzliche thermische Energie zufuhr.This field accelerates the negative oxygen ions towards on the base and allows the ions to penetrate into the deposited Film without supplying additional thermal energy.

Auf Grund ihrer großen Reaktivität gehen die Ionen im Film chemische Reaktionen mit den eingeschlossenen Siliziumatomen ein und oxidieren sie zu Siliziumdioxid.Because of their high reactivity, the ions in the film are chemical Reactions with the enclosed silicon atoms and oxidize them to silicon dioxide.

Gleichermaßen können auch Filme mit Einschlüssen von Frematomen oder Atomgruppierungen wie z.B. C, CH, OH oder NH nachbehandelt werden. Diese Nachbehandlung erfolgt mittels eines Reaktionsgases, welches mit den Einschlüssen zu einer gasförmigen Verbindung reagiert, so daß diese den Film verlassen können.Films with inclusions of frematomes or Atom groups such as C, CH, OH or NH are treated afterwards. This aftercare takes place by means of a reaction gas, which with the inclusions to a gaseous Connection reacts so that they can leave the film.

Um sowohl die elektrischen Eigenschaften als auch die Haftfestigkeit des Filmes auf der Unterlage zu verbessern, kann die Nachbehandlung so lange fortgesetzt werden, bis auch eine sehr dünne Schicht der Unterlage oxidiert ist.To both the electrical properties and the adhesive strength To improve the film on the base, the post-treatment can continue for so long until a very thin layer of the substrate is oxidized.

Wird die Nachbehandlung in demselben Reaktionsgefäß durchgeführt wie die Beschichtung aer Unterlagen, kann sie auf Grund dessen, daß mehrere dünne Filme bei gleichem Effekt schneller nachzubeha-ndel4sind als ein Film einer entsprechenden Gesamtdicke, besonders effektiv dadurch gestaltet werden, daß der Beschichtungsprozeß von Zeit zu Zeit unterbrochen und jeweils eine Nachbehandlung durchgeführt wird.If the aftertreatment is carried out in the same reaction vessel as the coating of the substrates, it can be due to the fact that several thin films with the same effect can be treated more quickly than a film of a corresponding one Total thickness, can be made particularly effective in that the coating process Interrupted from time to time and a follow-up treatment is carried out in each case.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet auch vorteilhaft eine Stoffumwandlung von Schichten des abgeschiedenen Filmes, wie z.B. die Umwandlung der Oberfläche eines Si3 N4-Filmes zu SiO2 mittels Sauerstoff als Reaktionsgas.The method according to the invention also advantageously allows a conversion of substances of layers of the deposited film, such as the transformation of the surface a Si3 N4 film to SiO2 using oxygen as the reaction gas.

Claims

1. Process for post-treatment of dielectric deposited on substrates, inorganic films by means of a reaction gas within an evacuable reaction vessel, characterized in that there is a glow discharge in the evacuated reaction vessel is ignited, which activates the introduced reaction gas and that by applying an electrical direct voltage between the glow discharge path and the documents a DC electric field is generated, such that the activated components of the reaction gas are accelerated towards the base and penetrate into it.

2. The method according to claim 1, characterized in that the aftertreatment the deposited films take place in the same reaction vessel as the deposition of the movies.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the Post-treatment of the deposited film after each partial film has been deposited takes place, which is thinner than the total film to be deposited.