DE10358909B4

DE10358909B4 - Plasma-CVD-Vorrichtung sowie Beschichtungsverfahren und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils unter Verwendung derselben

Info

Publication number: DE10358909B4
Application number: DE10358909A
Authority: DE
Inventors: Akira Gose Shimizu; Yuhsuke Fukuoka; Yasushi Soraku Fujioka; Katsushi Soraku Kishimoto; Katsuhiko Kashiwara Nomoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: US20040126493A1; DE10358909A1; JP3886046B2; US7195673B2; US20070131170A1; US7565880B2; JP2004200421A

Abstract

Plasma-CVD-Vorrichtung mit einer Anode und einer Kathode, wobei diese Vorrichtung zum Herstellen einer Dünnschicht auf einem Substrat durch Ausführen einer Plasmaentladung zwischen der Anode und der Kathode dient, mit:
– einem zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Substrathalter (3)
gekennzeichnet durch
– mindestens ein leitendes Element (11), das zwischen dem Substrathalter und entweder der Anode oder der Kathode angeordnet ist;
wobei
– das mindestens eine leitende Element so zwischen der einen Elektrode und dem Substrathalter vorhanden ist, dass im Wesentlichen der gesamte Raum zwischen der Elektrode und dem Substrathalter abgedeckt ist; und
– das mindestens eine leitende Element elektrisch mit der einen Elektrode und dem Substrathalter verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasma-CVD-Vorrichtung, die zur Herstellung einer Dünnschicht auf einem Substrat wie einem Halbleitersubstrat verwendet wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht und ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils unter Verwendung dieser Plasma-CVD-Vorrichtung (im Folgenden wird eine "Dünnschicht" synonym als "Dünnfilm" bezeichnet).

Plasma-CVD-Vorrichtungen werden zum Herstellen eines Dünnfilms auf einem Substrat verwendet wie im Fall des Herstellens eines Halbleiterbauteils wie eines Dünnschichttransistors (TFT) auf einem Halbleitersubstrat. Eine derartige Plasma-CVD-Vorrichtung ist z. B. im Dokument JP-A-2002 270600 offenbart.

Die 10 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung 400 zeigt. Diese Plasma-CVD-Vorrichtung 400 verfügt über eine plattenförmige Kathode 1, die in einem oberen Teil eines Behälters 10 in horizontaler Richtung angeordnet ist, und eine plattenförmige Anode 2, die in einem unteren Teil des Behälters 10 in horizontaler Richtung angeordnet ist (im Folgenden werden für die Begriffe "Kathode" und "Anode" synomym die Begriffe "Kathodenelektrode" und "Anodenelektrode" verwendet). Die Kathodenelektrode 1 und die Anodenelektrode 2 sind mit einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander angeordnet. Zwischen den zwei Elektroden ist ein Substrathalter 3 vorhanden. Ein Substrat 4 wird auf einer Fläche (einer Oberfläche) des Substrathalters 3 platziert und befestigt.

Die Kathodenelektrode 1 im oberen Teil des Behälters 10 kann auch als "Schauerplatte" dienen, d. h. als Verteilerplatte für gleichmäßige Belüftung zum gleichmäßigen Zuführen eines Rohmaterialgases. Die Anodenelektrode 2 im unteren Teil des Behälters 10 ist mit Masse verbunden. Integral mit der Anodenelektrode 2 ist ein Heizer vorhanden, um das durch den Substrathalter 3 gehaltene Substrat 4 zu beheizen.

Der Substrathalter 3 wird durch an der Anodenelektrode 2 vorhandene Rollen 5 in horizontaler Richtung verstellbar gehalten. Durch Verdrehen der Rollen 5 wird der das Substrat 4 haltende Substrathalter 3 in horizontaler Richtung in Bezug auf einen Bereich 8 zwischen der Kathodenelektrode 1 und der Anodenelektrode 2 verstellt.

Im Behälter 10 ist ein Abpumpsystem 6 vorhanden, durch das das Innere desselben in einen Hochvakuumzustand versetzt wird. In den unter Hochvakuum stehenden Behälter 10 wird ein Rohmaterialgas eingeleitet. Das in den Behälter 10 zu liefernde Rohmaterialgas wird zwischen der Kathodenelektrode 1 und der Anodenelektrode 2 mittels der als Schauerplatte dienenden Kathodenelektrode 1 zugeführt. Eine HF-Spannungsversorgung 7 legt eine Spannung hoher Frequenz zwischen die Kathodenelektrode 1 und die Anodenelektrode 2. Demgemäß tritt im Bereich 8 zwischen der Kathodenelektrode 1 und der Anodenelektrode 2 eine Plasmaentladung auf. Das im Bereich 8 erzeugte Plasma zersetzt das Rohmaterialgas. So wird auf einer Fläche des Substrats, das unter dem Bereich 8 angeordnet ist, ein Dünnfilm gebildet.

Bei der in der 10 dargestellten Plasma-CVD-Vorrichtung 400 ist die Elektrode im unteren Teil des Behälters 10 mit Masse verbunden. Demgemäß wird die Elektrode im unteren Teil des Behälters 10 als Anodenelektrode 2 verwendet, während die Elektrode im oberen Teil des Behälters 10 als Kathodenelektrode 1 verwendet wird. Alternativ kann die Kathodenelektrode 1 im oberen Teil des Behälters 10 mit Masse verbunden sein. Ferner befindet sich der Substrathalter 3 dicht bei der Anodenelektrode 2 im unteren Teil des Behälters 10. Jedoch kann er sich dicht bei der Kathodenelektrode 1 im oberen Teil des Behälters 10 befinden.

Das Dokument JP-A-4-293782 offenbart einen Substrathalter, der in einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Herstellen eines Dünnfilms auf einem Substrat verwendet wird.

Bei einer kleinen Plasma-CVD-Vorrichtung 400 mit dem in der 10 dargestellten Aufbau ist der in horizontaler Richtung verstellbare Substrathalter 3 an einer Anodenelektrode 2 vorhanden, die einstückig mit dem Heizer ausgebildet ist. Das Substrat 4 wird am Substrathalter 3 befestigt und von ihm gehalten. Demgemäß ist ein Inline-Transport möglich, bei dem der Substrathalter 3, an dem das Substrat 4 befestigt ist, in den Behälter 10 überführt wird.

Wenn der in JP-A-2002-270600 beschriebene Substrathalter verwendet wird, wird er durch einen Inline-Transport in den Behälter überführt.

Jedoch ist bei einer Plasma-CVD-Vorrichtung, bei der der Substrathalter verstellbar ist und Inline-Transport möglich ist, zwischen ihm und der Anodenelektrode 2 ein Raum 9 ausgebildet. Dies führt zu einem Problem dahingehend, dass dann, wenn zwischen die Kathodenelektrode 1 und die Anodenelektrode 2 eine Spannung gelegt wird, im Raum 9 eine überflüssige Entladung erfolgt.

Wenn z. B. bei der in der 10 dargestellten Plasma-CVD-Vorrichtung 400 die auf der Anodenelektrode 2 vorhandenen Rollen 5 elektrisch mit dem Substrathalter 3 verbunden sind, konzentriert sich eine Entladung auf Abschnitte um die Rollen 5 herum. Demgemäß wird auf der Fläche des am Substrathalter 3 befestigten Substrats 4 und in Abschnitten nahe den Rollen 5 keine ungleichmäßige Entladung erzeugt.

Um das Auftreten einer überflüssigen Entladung zu verhindern, die sich in Abschnitten um die Rollen 5 herum konzentriert, wird es in Betracht gezogen, den Substrathalter so auszubilden, dass er selbst als Anodenelektrode dient. Ohne dass eine andere Anodenelektrode angebracht wird, erhält der Substrathalter selbst Elektrodenfunktion und wird mit Masse verbunden. So wird unter dem Substrathalter, der als Anodenelektrode dient, kein Raum gebildet, um dadurch das Auftreten einer überflüssigen Entladung zu verhindern.

Jedoch ist bei einem derartigen Aufbau, um den Substrathalter in horizontaler Richtung verstellbar zu machen, um den genannten Inline-Transport zu ermöglichen, nur ein begrenzter Teil des Substrathalters mit Masse verbunden. Demgemäß ist es möglich, dass er nicht ausreichend geerdet ist. Wenn der Substrathalter nicht vollständig ausreichend geerdet ist, wird zwischen ihm und der Kathodenelektrode die Plasmaentladung nicht gleichmäßig ausgebildet. Im Ergebnis kann auf dem am Substrathalter befestigten Substrat innerhalb der in der 10 dargestellten Plasma-CVD-Vorrichtung 400 eine ungleichmäßige Entladung ausgebildet werden.

Ferner wird nicht nur bei einem Aufbau, bei dem der Substrathalter verstellbar gemacht ist, sondern auch bei einem solchen, bei dem die Anodenelektrode und der Heizer getrennt vorhanden sind, um den Heizer verstellbar zu machen, zwischen dem Substrat und der Anodenelektrode ein Raum gebildet. Demgemäß besteht das Problem, dass auch in einem derartigen Raum eine überflüssige Entladung auftritt.

JP 61-163 280 A beschreibt einen Plasmareaktor, in dessen Innerem sich zwei Elektroden gegenüberliegen. Ein zu beschichtendes Substrat wird dabei auf einem Substrathalter montiert und der Substrathalter ist aus einem leitfähigen Material gitterförmig ausgebildet und liegt auf einer Elektrode.

DE 33 36 652 beschreibt eine Vorrichtung zum Auftragen von Materialien. Ein zu beschichtendes Substrat wird dabei auf die als Substrathalter dienende Abdeckung gelegt. Der mittlere Bereich der Abdeckung ist aus einer leitfähigen Kohlenstoffmodifikation hergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plasma-CVD-Vorrichtung mit gleichmäßiger Plasmaentladung sowie ein Filmbildungsverfahren und ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils unter Verwendung einer solchen Vorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich der Vorrichtung durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1, hinsichtlich des Filmbildungsverfahrens durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 13 und hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauteils durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 14 gelöst.

Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ersichtlich.

1 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau einer Plasma-CVD-Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

2 ist eine Draufsicht, die mehrere leitende Elemente mit einer Anodenelektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung 100 zeigt.

3 ist eine Seitenansicht, die mehrere leitende Elemente mit der Anodenelektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung 100 zeigt.

4A ist eine Seitenansicht, die den Aufbau der leitenden Elemente zeigt.

4B ist eine Draufsicht, die den Aufbau der leitenden Elemente zeigt.

5 ist eine Draufsicht, die mehrere leitende Elemente von einem anderen Typ mit der Anodenelektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung 100 zeigt.

6A ist eine Seitenansicht, die einen anderen beispielhaften Aufbau der leitenden Elemente zeigt.

6B ist eine Draufsicht, die einen anderen beispielhaften Aufbau der leitenden Elemente zeigt.

7A ist eine Seitenansicht, die einen anderen beispielhaften Aufbau der leitenden Elemente zeigt.

7B ist eine Draufsicht, die einen anderen beispielhaften Aufbau der leitenden Elemente zeigt.

8 ist eine Schnittansicht, die eine Plasma-CVD-Vorrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

9 ist eine Schnittansicht, die eine Plasma-CVD-Vorrichtung 300 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

10 ist eine Schnittansicht, die eine herkömmliche Plasma-CVD-Vorrichtung 400 zeigt.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei mit der in der 1 dargestellten ersten Ausführungsform begonnen wird.
Die in der 1 dargestellte Plasma-CVD-Vorrichtung 100 verfügt über einen Behälter 10; eine plattenförmige Kathodenelektrode 1, die in einem oberen Teil des Behälters 10 mit horizontaler Ausrichtung angeordnet ist; eine plattenförmige Anodenelektrode 2, die in einem unteren Teil des Behälters 10 mit horizontaler Ausrichtung angeordnet ist; einen Substrathalter 3; Rollen 5; ein Abpumpsystem 6; eine HF-Spannungsversorgung 7; mehrere leitende Elemente 11; und eine Zugeinstellfeder 12. Die Kathodenelektrode 1 und die Anodenelektrode 2 sind parallel zueinander mit einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand angeordnet. Die Anodenelektrode 2 ist mit Masse verbunden. Die Rollen 5 sind an der Anodenelektrode 2 im unteren Teil des Behälters 10 vorhanden. Der Substrathalter 3 ist mit horizontaler Ausrichtung auf den Rollen 5 auf in horizontaler Richtung verstellbare Weise angebracht. Der Substrathalter 3 wird durch Drehen der Rollen 5 in horizontaler Richtung verstellt. Er ist zwischen der Kathodenelektrode 1 und der Anodenelektrode 2 angeordnet und trägt ein Substrat 4. Das Substrat 4 wird z. B. mit horizontaler Stellung auf dem Substrathalter 3 montiert und an ihm befestigt.
Die HF-Spannungsversorgung 7 ist mit der Kathodenelektrode 1 im oberen Teil des Behälters 10 verbunden. Durch sie fließt ein durch die HF-Spannungsversorgung 7 gelieferter hochfrequenter Strom. Im Ergebnis wird zwischen die Kathodenelektrode 1 und die Anodenelektrode 2 eine hochfrequente Spannung gelegt.
In den Behälter 10 wird von dessen Außenseite her ein Rohmaterialgas eingeleitet. Dieses einzuleitende Rohmaterialgas wird gleichmäßig, als Schauer, mittels der Kathodenelektrode 1 einem Raum zwischen dieser und der Anodenelektrode 2 zugeführt. Integral mit der Anodenelektrode 2 ist im unteren Teil des Behälters 10 ein Heizer ausgebildet.
Das Abpumpsystem 6 ist mit dem Behälter 10 verbunden, um dessen Inneres in einen Hochvakuumzustand zu versetzen. Wenn das Innere des Behälters 10 in einen Hochvakuumzustand versetzt ist und das Rohmaterialgas zwischen der Kathodenelektrode 1 und der Anodenelektrode 2 in den Behälter 10 geleitet wird und die HF-Spannungsversorgung 7 eine hochfrequente Spannung zwischen die Kathodenelektrodel und die Anodenelektrode 2 legt, tritt im Bereich 8 zwischen diesen beiden Elektroden eine Plasmaentladung auf. So wird das Rohmaterialgas zersetzt, und auf einer Fläche des Substrats wird ein Dünnfilm gebildet.
Die an der Anodenelektrode 2 vorhandenen Rollen 5 bilden zwischen dieser und dem Substrathalter 3 einen Raum. In diesem Raum sind mehrere leitende Elemente 11 vorhanden, von denen jedes elektrisch mit der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 verbunden ist.
Die mehreren leitenden Elemente 11 sind mit der Zugeinstellfeder 12 verbunden (an dieser angebracht). Diese Zugeinstellfeder 12 wird unten detaillierter beschrieben.
Die 2 ist eine Draufsicht, die mehrere der leitenden Elemente 11 mit der Anodenelektrode 2 zeigt. Die 3 ist eine zugehörige Seitenansicht. Mehrere leitende Elemente 11 sind jeweils entlang der Verstellrichtung des über der Anodenelektrode 2 angeordneten Substrathalters 3 angeordnet, wobei zwischen ihnen in einer Richtung rechtwinklig zur Verstellrichtung des Substrathalters 3 ein geeigneter Abstand eingehalten ist.
Die 4A ist eine schematische Seitenansicht, die eines der von der Anodenelektrode 2 getrennten leitenden Elemente 11 zeigt. Die 4B ist eine zugehörige schematische Seitenansicht.
Ein leitendes Element 11 verfügt über eine plattenförmige Halteplatte 11b, die in horizontaler Stellung über der Anodenelektrode 2, im Wesentlichen parallel zu dieser, angeordnet ist. Mehrere blattfederartige leitende Platten 11c, die jeweils an der Oberseite oder der Unterseite der Halteplatte 11b in einer Reihe entlang der Bewegungsrichtung des Substrathalters 3 angeordnet sind; mehrere Haltelemente (Kopplungswerkzeuge) 11a; mehrere Anbringungswerkzeuge 11d; und mehrere Fixierwerkzeuge 11e. Jedes der leitenden Elemente 11 hat denselben Aufbau.
Die Halteplatte 11b jedes der leitenden Elemente 11 ist z. B. eine Platte aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 1 mm mit Leitfähigkeit. Die Halteplatte 11b überbrückt die Anodenelektrode 2 in horizontaler Stellung, wobei sie durch an den beiden Seitenenden der Anodenelektrode 2 angeordnete Halteelemente 11a geeignet von der Oberfläche der Anodenelektrode 2 beabstandet gehalten wird. Die Enden der Halteplatte 11b sind durch mehrere der Anbringungswerkzeuge 11d jeweils an den Halteelementen 11a angebracht und fixiert.
Eine Anzahl der leitenden Platten 11c ist an der Oberseite der Halteplatte 11b (Fläche der Halteplatte 11b, die dem Substrathalter 3 zugewandt ist) und der Unterseite der Halteplatte 11b (Fläche der Halteplatte 11b, die der Anodenelektrode 2 gegenübersteht) vorhanden. Die leitenden Platten 11c sind Platten aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,1 mm, die zu Bogenformen gekrümmt sind. Ränder der leitenden Platten 11c am selben Ende in der Verstellrichtung des Substrathalters 3 sind durch die Fixierwerkzeuge 11e an der Oberseite oder der Unterseite der Halteplatte 11b fixiert (angebracht) (3). Ränder der leitenden Platten 11c, die von den Rändern abgewandt sind, die durch die Fixierwerkzeuge 11e fixiert sind, sind geeignet von der Ober- oder der Unterseite der Halteplatte 11b beabstandet. Demgemäß bilden die geeignet von der Halteplatte 11b beabstandeten Ränder Blattfedern, die eine Rückstellkraft aus der Ebene der Halteplatte 11b heraus ausüben können.
Die auf der Unterseite der Halteplatte 11b angeordneten leitenden Platten 11c stehen durch die Rückstellkraft mit der Oberseite der Anodenelektrode 2 in Kontakt. Die leitenden Platten 11c sind elektrisch mit der Anodenelektrode 2 verbunden. Die auf der Oberseite der Halteplatte 11b angeordneten leitenden Platten 11c stehen durch eine Aktivierungskraft mit der Unterseite des Substrathalters 3 in Kontakt. Die leitenden Platten 11c sind elektrisch mit dem Substrathalter 3 verbunden. Die leitenden Platten 11c stehen mit der Unterseite des Substrathalters 3 in Gleitkontakt, wenn dieser in horizontaler Richtung verstellt wird. Demgemäß verformen sich, wenn sich der Substrathalter 3 bei seiner Verstellung in vertikaler Richtung windet, die leitenden Platten 11c, um den Zustand aufrecht zu erhalten, dass sie mit dem Substrathalter 3 und der Anodenelektrode 2 in Kontakt stehen.
Im Ergebnis sind die Anodenelektrode 2 und der Substrathal ter 3 sicher in solchem Zustand verbunden, dass sie elektrisch durch die leitenden Elemente 11 angeschlossen sind, zu denen die leitenden Platten 11c an der Unterseite der Halteplatte 11b, die Halteplatte 11b selbst und die leitenden Platten 11c auf dieser gehören.
Das Kopplungswerkzeug 11a, an dem ein Ende der Halteplatte 11b in horizontaler Stellung angebracht ist, ist an eine Endfläche der Anodenelektrode 2 geschraubt. Das Kopplungswerkzeug 11a, an dem das andere Ende der Halteplatte 11b angebracht ist, ist selbst durch die Zugeinstellfeder 12 an der anderen Endfläche der Anodenelektrode 2 angebracht. Die Zugeinstellfeder 12 ist an die andere Endfläche der Anodenelektrode 2 angeschraubt.
Wie oben beschrieben, ist der Heizer integral an der Anodenelektrode 2 angebracht. Da das eine Ende des leitenden Elements 11 mittels der Zugeinstellfeder 12 an der Anodenelektrode 2 angebracht ist, bleibt der auf das leitende Element 11 ausgeübte Zug selbst dann konstant, wenn sich die Zugeinstellfeder 12 aufgrund einer durch den Heizer verursachten Temperaturänderung in der Anodenelektrode 2 verformt. Im Ergebnis wirkt auf das leitende Element 11 eine Kraft entsprechend der Differenz zwischen den Wärmeexpansionskoeffizienten des leitenden Elements 11 selbst und der mit dem Heizer versehenen Anodenelektrode 2. Die auf das leitende Element 11 wirkende Kraft wird durch die Zugeinstellfeder 12 absorbiert. Demgemäß werden Verformungen, Brüche oder dergleichen des leitenden Elements 11 verhindert. Auch können mechanische Belastungen, wie sie aufgrund des Temperaturzyklus des Heizers im leitenden Element 11 erzeugt werden, minimiert werden.
Entsprechend einer Abmessung der Anodenelektrode 2 in der Breitenrichtung, die rechtwinklig zur Verstellrichtung des Substrathalters 3 verläuft, besteht keine Beschränkung auf einen Aufbau, bei dem mehrere leitende Elemente 11 zwischen dem Substrathalter 3 und der Anodenelektrode 2 vorhanden sind, um im Wesentlichen den gesamten Raum zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 zu überdecken. Alternativ kann zwischen dem Substrathalter 3 und der Anodenelektrode 2 ein einzelnes leitendes Element 11 mit einer Abmessung in der Breitenrichtung vorhanden sein, die im Wesentlichen den gesamten Raum zwischen dem Substrathalter 3 und der Anodenelektrode 2 überdeckt.
Bei der Plasma-CVD-Vorrichtung 100 wird das in horizontaler Stellung auf dem Substrathalter 3 montierte Substrat 4 durch einen Inline-Transport in den Behälter 10 transportiert. Der in den Behälter 10 transportierte Substrathalter 3 wird durch die Rollen 5 in horizontaler Richtung verstellt und auf den auf der Anodenelektrode 2 angeordneten leitenden Elementen 11 platziert. Demgemäß steht der Substrathalter 3 mit den an der Oberseite der Halteplatte 11b im leitenden Element 11 vorhandenen leitenden Platten 11c.
In diesem Fall ist, da die an der Unterseite der Halteplatte 11b im leitenden Element 11 vorhandenen leitenden Platten 11c mit der Oberseite der Anodenelektrode 2 in Kontakt stehen, der Substrathalter 3 durch die leitenden Platten 11c an der Unterseite der Halteplatte 11b, die Halteplatte 11b selbst und die leitenden Platten 11c an der Oberseite der Halteplatte 11b elektrisch mit der Anodenelektrode 2 verbunden. Demgemäß werden das Potenzial des Substrathalters 3 und das Potenzial der Anodenelektrode 2 gleich. Das auf dem Substrathalter 3 montierte Substrat 4 verfügt über seine Gesamtheit über dasselbe Potenzial wie die Anodenelektrode 2.
Der Substrathalter 3 wird durch die Rollen 5 in horizontaler Richtung verstellt. Die leitenden Platten 11c an der Ober seite der Halteplatte 11b, die mit dem Substrathalter 3 in Kontakt stehen, sind blattfederförmig ausgebildet. Demgemäß verformen sich die leitenden Platten 11c, wobei der Zustand erhalten bleibt, dass sie elektrisch mit dem Substrathalter 3 verbunden sind. Demgemäß wird das Substrat 4 auf dem Substrathalter 3 sicher auf demselben Potenzial wie dem der Anodenelektrode 2 gehalten.
Unter diesen Bedingungen wird das Innere des Behälters 10 durch das Abpumpsystem 6 in einen Hochvakuumzustand versetzt. Von außerhalb des Behälters 10 wird ein Rohmaterialgas in dessen Inneres geleitet. Die HF-Spannungsversorgung 7 legt eine hochfrequente Spannung zwischen die Kathodenelektrode 1 und die Anodenelektrode 2. Ferner wird das Substrat 4 durch den an der Anodenelektrode 2 vorhandenen Heizer erwärmt. Demgemäß tritt in einem Bereich zwischen der Kathodenelektrode 1 und der Anodenelektrode 2 eine Plasmaentladung auf. Das Rohmaterialgas wird zersetzt, und auf einer Fläche des Substrats 4 wird ein Dünnfilm gebildet.
In diesem Fall verfügt das Substrat 4 über den Bereich 8 hinweg über dasselbe Potenzial wie die Anodenelektrode 2. Die Leitfähigkeitseigenschaften zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 sind verbessert. Eine überflüssige Plasmaentladung zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 ist unterdrückt, und die Entladungsleistung ist über den gesamten Substrathalter 3 hinweg gleichmäßig. Demgemäß tritt eine Plasmaentladung gleichmäßig über den gesamten Bereich 8 hinweg auf. Im Ergebnis wird auf der Oberfläche des Substrats 4 ein Dünnfilm mit gleichmäßiger Dicke über seinen gesamten Verlauf hinweg ausgebildet, ohne dass jemals eine ungleichmäßige Entladung entstünde.
Bei der in der 1 dargestellten Plasma-CVD-Vorrichtung 100 ist die Elektrode im unteren Teil des Behälters 10 mit Masse verbunden. Demgemäß wird die Elektrode im unteren Teil des Behälters 10 als Anodenelektrode 2 verwendet, und diejenige im oberen Teil des Behälters 10 wird als Kathodenelektrode 1 verwendet. Alternativ kann die Kathodenelektrode 1 im oberen Teil des Behälters 10 mit Masse verbunden werden. Ferner befindet sich der Substrathalter 3 dicht bei der Anodenelektrode 2 im unteren Teil des Behälters 10. Jedoch kann er sich dicht bei der Kathodenelektrode 1 im oberen Teil des Behälters 10 befinden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das leitende Element dadurch gehalten, dass ein Rand jeder der dünnen leitenden Platten 11c, die bogenförmig gekrümmt sind, an der Halteplatte 11b fixiert wird, um als Blattfeder zu wirken. Jedoch ist die Konstruktion des leitenden Elements 11 nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel sind, wie es in den 5, 6A und 6B dargestellt ist, die bogenförmig gekrümmten leitenden Platten 11c an der Oberseite und der Unterseite der Halteplatte 11b vorhanden. Die Ränder beider Enden der leitenden Platten 11c können durch mehrere Fixierwerkzeuge 11e an der Halteplatte 11b angebracht und fixiert sein. In diesem Fall sind die leitenden Platten 11c wellenförmig an der Oberseite und der Unterseite der Halteplatte 11b ausgebildet. Der Kontakt der leitenden Platten 11c in den gekrümmten Teilen der Bogenformen mit der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 ist gewährleistet. Darüber hinaus sind, da sich die leitenden Platten 11c an der Oberseite der Halteplatte 11b entsprechend einer Bewegung des Substrathalters 3 verformen, die elektrischen Verbindungen zwischen dem Substrathalter 3 und den leitenden Platten 11c an der Oberseite der Halteplatte 11b gewährleistet.
Wie es in den 7A und 7B dargestellt ist, können mehrere leitenden Abschnitte 11f dadurch ausgebildet werden, dass mehrere Metalldrähte zu einer Bürstenform zusammengebunden werden. Es können mehrere der leitenden Abschnitte 11f in einer Breitenrichtung der Anodenelektrode 2 zur Halteplatte 11b in mehreren Reihen angeordnet sein. In diesem Fall sind die leitenden Abschnitte 11f an der Halteplatte 11b fixiert, während sie diese in vertikaler Richtung durchdringen. Die leitenden Abschnitte 11f stehen von der Oberseite und der Unterseite der Halteplatte 11b nach oben und unten über. Die leitenden Abschnitte 11f stehen mit dem Substrathalter 3 darüber und der Anodenelektrode 2 darunter in Kontakt, und sie sind jeweils elektrisch verbunden. Demgemäß hat der Substrathalter 3 dasselbe Potenzial wie die Anodenelektrode 2. Ferner ist selbst dann, wenn sich der Substrathalter 3 bewegt, Gleitkontakt zwischen den leitenden Abschnitten 11f mit Bürstenform und dem Substrathalter 3 gewährleitet. Demgemäß ist es gewährleistet, dass sich der Substrathalter 3 auf demselben Potenzial wie die Anodenelektrode 2 befindet.
Wie oben beschrieben, sind die Leitungseigenschaften zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 dadurch verbessert, dass leitende Elemente 11 im Zwischenraum zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 angebracht sind, die elektrisch mit diesen beiden verbunden sind. Demgemäß wird eine überflüssige Plasmaentladung unterdrückt, wie sie zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 auftreten könnte. Im Ergebnis ist die Entladungsleistung über die Gesamtheit des Substrathalters 3 hinweg gleichmäßig, und es besteht keine Möglichkeit, dass sich am Substrat 4 eine ungleichmäßige Entladung ausbildet.
Es kann jedes beliebige leitende Element verwendet werden, sei es organisch oder anorganisch, solange die Leitungseigenschaften zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 verbessert werden können. Es kann jedes beliebige Material verwendet werden, das für ausreichende leitfähigkeit sorgt, z. B. Aluminium, rostfreier Stahl, Kupfer oder dergleichen. Insbesondere sind für die leitenden Element 11 Platten aus rostfreiem Stahl und Kupferplatten bevorzugt, da sie selbst bei hoher Temperatur und im Hochvakuum für gute Leitfähigkeit sorgen.
Ferner besteht für die Formen, Anbringungsarten oder dergleichen der leitenden Elemente 11 keine Beschränkung. Wie oben beschrieben, können die leitenden Elemente 11 aus leitenden Platten 11c mit Blattfeder- oder Wellenform und/oder bürstenförmigen, leitenden Abschnitten 11f bestehen, und sie können z. B. auch leitende Abschnitte vom Bewegungskontakttyp sein, die beweglich mit der Anodenelektrode 2 und dem Substrathalter 3 verbunden sind.
Beim Plasma-CVD-Vorrichtung 100 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform sind die leitenden Elemente 11 mittels der Zugeinstellfeder 12 an der Anodenelektrode 2 angebracht. Jedoch können die leitenden Elemente 11, wie bei einer in der 8 dargestellten Plasma-CVD-Vorrichtung 200, mittels der Zugeinstellfeder 12 am Substrathalter 3 angebracht sein. In diesem Fall kann die Designänderung für die Plasma-CVD-Vorrichtung minimiert werden, die dazu erforderlich ist, für die leitenden Elemente 11 zu sorgen. Ferner kann, wenn ein leitendes Element 11 abgenutzt ist, der Vorgang zum Austauschen desselben leicht ausgeführt werden.
Ferner können, wie bei der in der 9 dargestellten Plasma-CVD-Vorrichtung 300, die zwischen dem Substrathalter 3 und der Anodenelektrode 2 angeordneten leitenden Elemente 11 mittels der Zugeinstellfeder 12 an einer Innenseite des Behälters 10 angebracht sein. In diesem Fall befinden sich die leitenden Elemente 11 auf Masse, wenn der Behälter 10 mit Masse verbunden wird. Demgemäß können sich die Anodenelektrode 2 und der Substrathalter 3 über die leitenden Elemente 11 auf Massepotenzial befinden. Demgemäß ist es möglich, den an der Anodenelektrode 2 vorhandenen Heizer aus einem Material mit niedriger Leitfähigkeit, wie Kohlenstoff oder dergleichen, herzustellen. Wenn die leitenden Elemente 11 mittels der Zugeinstellfeder 12 an der Innenseite des Behälters 10 angebracht werden, können zum Austauschen des Heizers erforderliche Vorgänge im Vergleich zum Fall vereinfacht werden, bei dem die leitenden Elemente 11 an der mit dem Heizer versehenen Anodenelektrode 2 fixiert sind.
Bei den Plasma-CVD-Vorrichtungen 200 und 300 ist die Elektrode im unteren Teil des Behälters 10 mit Masse verbunden. Demgemäß wird die Elektrode im unteren Teil des Behälters 10 als Anodenelektrode 2 verwendet, während diejenige im oberen Teil als Kathodenelektrode 1 verwendet wird. Alternativ kann die Kathodenelektrode 1 im oberen Teil des Behälters 10 mit Masse verbunden sein. Ferner befindet sich der Substrathalter 3 dicht bei der Anodenelektrode 2 im unteren Teil des Behälters 10. Jedoch kann er sich auch dicht bei der Kathodenelektrode 1 im oberen Teil des Behälters 10 befinden. Wenn sich der Substrathalter 3 dicht bei der Kathodenelektrode 1 befindet, sind die leitenden Elemente 11 zwischen dem Substrathalter 3 und der Kathodenelektrode 1 vorhanden.
Die Plasma-CVD-Vorrichtungen 100, 200 und 300 gemäß der Erfindung können in einem großen Gebiet von Anwendungen genutzt werden, und es ist möglich, verschiedene Arten von Dünnfilmen auszubilden. Zum Beispiel kann dem Behälter 10 mittels der als Schauerplatte dienenden Kathodenelektrode 1 ein Mischgas von Silan und Wasserstoff zugeführt werden, und zwischen die Anodenelektrode 2 und die Kathodenelektrode 1 wird mittels der HF-Spannungsversorgung 7 eine Spannung angelegt, wobei der Druck innerhalb des Behälters 10 geeignet eingestellt wird. So kann auf dem auf dem Substrathalter 3 platzierten Substrat 4 ein Dünnfilm aus amorphem Silicium hergestellt werden.
In den Plasma-CVD-Vorrichtungen 100, 200 und 300 gemäß der Erfindung können verschiedene Typen von Dünnfilmen hergestellt werden, wie solche von Siliciumnitrid, Siliciumoxid, mikrokristallinem Silicium, polykristallinem Silicium, Siliciumcarbid, Diamant und dergleichen, wenn der Innendruck im Behälter 10 und die HF-Leistung geändert werden.
Wenn die Plasma-CVD-Vorrichtung 100, 200 oder 300 gemäß der Erfindung verwendet wird, wird zwischen der Anodenelektrode 2 und der Kathodenelektrode 1 ein Rohmaterialgas zugeführt, und zwischen die Anodenelektrode 2 und die Kathodenelektrode 1 wird eine Spannung gelegt. Dann tritt zwischen diesen Elektroden eine Plasmaentladung auf, und auf dem Halbleitersubstrat werden mehrere Dünnfilme ausgebildet. So ist es möglich, ein Halbleiterbauteil wie eine Dünnschicht-Solarbatterie, einen Dünnschichttransistor (TFT) und dergleichen herzustellen.
In den Plasma-CVD-Vorrichtungen 100, 200 und 300 gemäß der Erfindung sind die Kathodenelektrode 1 und die Anodenelektrode 2 in horizontaler Stellung angeordnet, was auch für das Substrat 4 gilt. Die Erfindung ist nicht auf einen derartigen Aufbau beschränkt. Die Kathodenelektrode 1, die Anodenelektrode 2 und das Substrat 4 können in vertikaler Stellung oder einer vorbestimmten geneigten Stellung angeordnet sein.
Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Plasma-CVD-Vorrichtung zwischen dem Substrathalter und entweder der Anodenelektrode oder der Kathodenelektrode mit leitenden Elementen versehen, die elektrisch mit beiden verbunden sind. Demgemäß kann über den gesamten Substrathalter hinweg ein gleichmäßiges Entladungspotenzial erzielt werden. Im Ergebnis kann eine ungleichmäßige Plasmaentladung unter drückt werden, und die Entladungsleistung wird gleichmäßig. So kann die Effizienz der Energieausnutzung verbessert werden. Die Dicke des herzustellenden Films kann vergleichmäßigt werden, was die Filmqualität verbessert. Ferner können, gemäß der Erfindung, unter Verwendung. einer derartigen Plasma-CVD-Vorrichtung, Dünnfilme und Halbleiterbauteile guter Qualität hergestellt werden.

Claims

Plasma-CVD-Vorrichtung mit einer Anode und einer Kathode, wobei diese Vorrichtung zum Herstellen einer Dünnschicht auf einem Substrat durch Ausführen einer Plasmaentladung zwischen der Anode und der Kathode dient, mit: – einem zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Substrathalter (3) gekennzeichnet durch – mindestens ein leitendes Element (11), das zwischen dem Substrathalter und entweder der Anode oder der Kathode angeordnet ist; wobei – das mindestens eine leitende Element so zwischen der einen Elektrode und dem Substrathalter vorhanden ist, dass im Wesentlichen der gesamte Raum zwischen der Elektrode und dem Substrathalter abgedeckt ist; und – das mindestens eine leitende Element elektrisch mit der einen Elektrode und dem Substrathalter verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere leitende Elemente (11) vorhanden sind, die parallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (2) und die Kathode (1) plattenförmig sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – die als Verteilerplatte dienende Kathode (1) zum Zuführen eines Rohmaterialgases zwischen die Kathode (1) und Anode (2); und – eine HF-Spannungsversorgung (7) zum Anlegen einer Spannung hoher Frequenz zwischen die Kathode (1) und die Anode (2).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – das mindestens eine leitende Element (11) eine Halteplatte (11b) im Wesentlichen parallel zur einen Elektrode sowie mehrere leitende Platten (11c) aufweist, die an der Oberseite und der Unterseite der Halteplatte (11b) vorhanden sind; – die Oberseite der Halteplatte (11b) dem Substrathalter gegenüber steht; – die Unterseite der Halteplatte (11b) der einen Elektrode gegenüber steht; – die mehreren an der Oberseite der Halteplatte (11b) vorhandenen leitenden Platten mit dem Substrathalter in Kontakt stehen; – die mehreren an der Unterseite der Halteplatte (11b) vorhandenen leitenden Platten mit der einen Elektrode in Kontakt stehen; – die mehreren an der Ober- und der Unterseite der Halteplatte (11b) vorhandenen leitenden Platten blattfederförmig sind; – die mehreren leitenden Platten dadurch an der Ober- und der Unterseite der Halteplatte (11b) angebracht sind, dass ein Rand jeder derselben an der Halteplatte (11b ) angebracht ist; und – der andere Rand jeder der mehreren leitenden Platten von der Halteplatte (11b) beabstandet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – das mindestens eine leitende Element (11) eine Halteplatte (11b) im Wesentlichen parallel zur einen Elektrode sowie mehrere leitende Platten (11c) aufweist, die an der Oberseite und der Unterseite der Halteplatte (11b) vorhanden sind; – die Oberseite der Halteplatte (11b) dem Substrathalter gegenüber steht; – die Unterseite der Halteplatte (11b) der einen Elektrode gegenüber steht; die mehreren an der Oberseite der Halteplatte (11b) vorhandenen leitenden Platten mit dem Substrathalter in Kontakt stehen; – die mehreren an der Unterseite der Halteplatte (11b) vorhandenen leitenden Platten mit der einen Elektrode in Kontakt stehen; – die mehreren an der Ober- und der Unterseite der Halteplatte (11b) vorhandenen leitenden Platten bogenförmig gekrümmt sind; und – die mehreren leitenden Platten dadurch an der Ober- und der Unterseite der Halteplatte (11b) angebracht sind, dass ein Rand und der andere Rand in jeder derselben an der Halteplatte (11b) angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – das mindestens eine leitende Element (11) eine Halteplatte (11b) im Wesentlichen parallel zur einen Elektrode sowie mehrere leitende Platten (11c) aufweist, die an der Oberseite und der Unterseite der Halteplatte (11b) vorhanden sind; – die Oberseite der Halteplatte (11b) dem Substrathalter gegenüber steht; – die Unterseite der Halteplatte (11b) der einen Elektrode gegenüber steht; – die mehreren an der Oberseite der Halteplatte (11b) vorhandenen leitenden Platten mit dem Substrathalter in Kontakt stehen; – die mehreren an der Unterseite der Halteplatte (11b) vorhandenen leitenden Platten mit der einen Elektrode in Kontakt stehen; und – die mehreren leitenden Platten an der Ober- und der Unterseite der Halteplatte (11b) bürstenförmig sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizer integral an der einen Elektrode angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine leitende Element (11) an der einen Elektrode angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine leitende Element am Substrathalter (3) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Behälter (10), in dem die Anode (2), die Kathode (1), der Substrathalter (3) und das mindestens eine leitende Element (11) enthalten sind, und wobei das mindestens eine leitende Element an einer Innenseite des Behälters angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Zugeinstellelement (12), wobei das mindestens eine leitende Element (11) an diesem angebracht ist.
Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht auf einem Substrat unter Verwendung einer Plasma-CVD-Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: (a) Einleiten eines Rohmaterialgases zwischen die Anode (2) und die Kathode (1); und (b) Ausführen einer Plasmaentladung zwischen der Anode und der Kathode durch Anlegen einer Spannung zwischen diese beiden Elektroden.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils, gekennzeichnet durch das Verwenden des Verfahrens gemäß dem Anspruch 13 zum Herstellen mehrerer Dünnschichten auf dem Substrat (4).