DE19711267A1 - Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung mit induktiv gekoppeltem Plasma - Google Patents
Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung mit induktiv gekoppeltem PlasmaInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung mit
induktiv gekoppeltem Plasma ("inductively coupled plasma chemical vapor
deposition": ICP-CVD) gemäß Patentanspruch 1 und genauer eine ICP-CVD-
Vorrichtung, um eine Verunreinigung durch Fremdatome bzw. Verunreinigungen
von einer dielektrischen Abschirmung zu vermeiden, die Bestandteil einer
Reaktionskammer ist.
Die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Nr. 95-60704) offenbart
eine ICP-CVD-Vorrichtung, die eine dünne Schicht ausbilden bzw. abscheiden kann.
Diese ICP-CVD-Vorrichtung enthält eine ringförmige Antenne, an die ein
Radiofrequenz-Leistungssignal (RF) angelegt wird, eine dielektrische Abschirmung,
welche in der Nähe der Antenne angeordnet ist, eine Kammer, welche eine
dielektrische Abschirmung aufweist und die in der Lage ist, eine druckfeste bzw.
luftundurchlässige Abdichtung aufrechtzuerhalten, eine Substrathalterung zum
Aufheizen eines zu bearbeitenden Werkstückes, welche innerhalb der Kammer
angeordnet ist, eine Gaszuführeinheit, um zu der Kammer mindestens zwei oder
mehr reagierende Gase bzw. Reaktionsgase in vorbestimmten Mengen zuzuführen,
und eine Abgasabführungs- bzw. Absaugeinheit zum Abführen bzw. Absaugen der
Restgase innerhalb der Kammer.
Die oben genannte ICP-CVD-Vorrichtung arbeitet wie folgt. Falls ein
Radiofrequenz-Leistungssignal an die ringförmige Antenne angelegt wird, wird ein
Plasma auf der der dielektrischen Abschirmung gegenüberliegenden Seite induziert,
d. h. auf der Innenseite der Kammer. Die dielektrische Abschirmung besteht aus
Quarz und ist in der Nähe der Antenne angeordnet. Die Substrathalterung, die in der
Innenseite der Kammer angeordnet ist, und das Werkstück, das auf der Sub
strathalterung abgelegt wird, werden aufgeheizt. Die Abgasabsaugeinheit saugt die
Restgase innerhalb der Kammer ab und läßt dabei ein Vakuum zurück. Die
Gaszuführeinheit führt der Kammer dann mindestens zwei oder mehr Gase in
vorbestimmten Mengen zu.
In der ICP-CVD-Vorrichtung ist jedoch die dielektrische Abschirmung aus einem
Material hergestellt, das Sauerstoff enthält, wie zum Beispiel aus Quarz. Folglich
besteht ein Nachteil darin, daß Sauerstoff oder Fremdatome bzw. Verunreinigungen
aus der dielektrischen Abschirmung dissoziieren bzw. sich herauslösen, um die
Qualität der Schicht negativ zu beeinflussen.
Weil in der zuvor genannten ICP-CVD-Vorrichtung ein Einlaßanschluß der
Gaszuführeinheit an dem seitlichen Abschnitt und nicht an dem zentralen Abschnitt
der Vakuumreaktionskammer angeordnet ist, wird das Gas außerdem nicht
gleichförmig über einen großen Bereich verteilt bzw. versprüht, so daß kein
gleichförmiges Plasma von hoher Teilchendichte bzw. Dichte induziert wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die
den Nachteilen des Standes der Technik Abhilfe verschaffen kann, uns insbesondere
eine ICP-CVD-Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine dünne Schicht mit
hoher Qualität herzustellen, indem die Dissoziation von Sauerstoff oder Ver
unreinigungen aus der dielektrischen Abschirmung der ICP-CVD-Vorrichtung
vermieden bzw. unterbunden wird.
Die zuvor genannte Aufgabe wird gelöst durch Abscheiden eines sauerstofffreien
siliciumhaltigen Materials auf der Oberfläche einer dielektrischen Abschirmung, die
einen Bestandteil einer Vakuumreaktionskammer einer ICP-CVD-Vorrichtung
darstellt, wie es in dem Patentanspruch 1 beansprucht wird.
Eine ICP-CVD-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält folgende
Merkmale: eine Vakuumreaktionskammer, die einen Innenraum aufweist, der
teilweise durch eine dielektrische Abschirmung begrenzt wird, wobei die dielektri
sche Abschirmung mit einer sauerstoffarmen bzw. -freien Siliciumschicht überzogen
bzw. ausgekleidet ist, welche auf ihrer Innenfläche bzw. der dem Innenraum
zugewandten Fläche ausgebildet ist; eine Gaseinführungseinheit zum Einführen eines
Prozeßgases in den Innenraum der Vakuumreaktionskammer; eine Antenne, an die
ein Radiofrequenz-Leistungssignal angelegt wird, wobei die Antenne außerhalb der
Vakuumreaktionskammer und in der Nähe der dielektrischen Abschirmung
angeordnet ist; eine Kopplungseinheit um eine Radiofrequenz-Leistungsquelle an die
Antenne anzukoppeln, eine Substrathalterung im Innenraum der Vakuumreaktions
kammer zum Heizen eines zu bearbeitenden Werkstückes; und eine
Abgasabführungs- bzw. Absaugeinheit zum Abführen bzw. Absaugen von Restgasen
aus dem Innenraum der Vakuumreaktionskammer.
Vorzugsweise ist die sauerstoffarme bzw. freie Siliciumschicht eine Schicht aus
amorphem Silicium, Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid. Die Gaseinführungseinheit
zum Einführen eines Reaktionsgases kann zumindest zwei oder mehr Reaktionsgase
in vorbestimmten Mengen in die Vakuumreaktionskammer einführen. Außerdem ist
die Antenne vorzugsweise eine spiralförmige ausgebildete Antenne, um eine
Plasmadichte von 1×10¹¹-1×10¹² cm-3 zu erzielen.
Bei der Herstellung eines Dünnschichttransistor-Flüssigkristalldisplays (TFT-2CD)
einschließlich einer amorphen Siliciumschicht und einer Siliciumnitridschicht unter
Verwendung der ICP-CVD-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hat man
herausgefunden, daß die erzielte amorphe Siliciumschicht exzellente elektrische und
optische Eigenschaften in Bereichen wie z. B. der Photoempfindlichkeit, Leitfähig
keit, Aktivierungsenergie und optischen Bandlücke aufweist. Außerdem besitzt die
gleichmäßige amorphe Siliciumschicht exzellente Eigenschaften z. B. hinsichtlich der
Feldeffekt-Ladungsträgerbeweglichkeit und Schwellenwert-Spannung. Darüberhinaus
hat man eine gleichmäßige Siliciumnitridschicht erhalten, die exzellente Schichteigen
schaften in Bereichen wie z. B. der Leitfähigkeit, Durchbruchspannung und
Stromdichte aufweist. Folglich kann bei Verwendung der ICP-CVD-Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung ein hochqualitativer TFT-Flüssigkristalldisplay hergestellt
werden.
Die Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung können besser unter
Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung, die beigefügten Patent
ansprüche und die beigefügten Figuren verstanden werden.
Fig. 1 ist eine Schemazeichnung, die eine ICP-CVD-Vorrichtung gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2A ist ein Schemabild, das den Aufbau einer in der ICP-CVD-Vor
richtung nach Fig. 1 verwendeten Antenne zeigt;
Fig. 2B ist ein Schemabild, das den Aufbau einer alternativen Antenne zeigt,
die in der ICP-CVD-Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3 ist ein Kurvendiagramm, das die Fouriertransformations-Infrarot-
Eigenschaft ("Fourier transform infrared"; FT-IR) einer amorphen
Siliciumschicht zeigt, die mit der ICP-CVD-Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeschieden wurde;
Fig. 4 ist ein Kurvendiagramm, das die Leitfähigkeit einer amorphen
Siliciumschicht zeigt, die mit der ICP-CVD-Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeschieden wurde;
Fig. 5 ist ein Kurvendiagramm, das die optische Bandlückeneigenschaft einer
amorphen Siliciumschicht darstellt, die mit der ICP-CVD-Vorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeschie
den wurde;
Fig. 6 ist ein Kurvendiagramm, das den Kristallisationsgrad und die
Halbwertsbreite (FWHM) zeigt, die durch Ramanstreuung an einer
mikrokristallinen Siliciumdünnschicht erhalten wurden, welche die mit
der ICP-CVD-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung abgeschieden wurde;
Fig. 7 ist ein Kurvendiagramm, das die FT-IR-Eigenschaft einer Siliciumni
tridschicht darstellt, die unter Verwendung der ICP-CVD-Vorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeschie
den wurde; und
Fig. 8 ist ein Kurvendiagramm, das die Spannungs-Strom-Kernlinie einer
Siliciumnitridschicht darstellt, die unter Verwendung der ICP-CVD-
Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung abgeschieden wurde.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur chemischen Dampfabscheidung mit induktiv
gekoppeltem Plasma, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Die
ICP-CVD-Vorrichtung enthält eine Vakuumreaktionskammer 11. Die Vakuumre
aktionskammer 11 besteht aus einer zylinderförmigen Seitenplatte 12, einer oberen
Platte 13 und einer Bodenplatte 14. Um die Vakuumreaktionskammer 11 in einem
luftundurchlässigen bzw. druckfesten Zustand zu halten, sind O-förmige Ring
abdichtungen 15A und 15B (im folgenden als O-Ring bezeichnet) zwischen der
zylinderförmigen Seitenplatte 12 und der oberen Platte 13 sowie zwischen der
zylinderförmigen Seitenplatte 12 und der Bodenplatte 14 vorgesehen.
Die obere Platte 13 stellt eine dielektrische Abschirmung dar, die aus Quartz bzw.
aus einem quarzhaltigen Material hergestellt wird. Ein isolierendes keramisches
Material wie zum Beispiel Al₂O₃ kann für die obere Platte 13 (die im folgenden als
dielektrische Abschirmung 13 bezeichnet wird) verwendet werden. Al₂O₃ weist unter
anderem die Eigenschaft auf, daß sie für ein Radiofrequenzsignal (RF) durchlässig
ist, aber zugleich undurchlässig für Infrarotstrahlung.
Um zu verhindern, daß die dielektrische Abschirmung 13 angeätzt wird und dabei
Sauerstoff und andere Fremdatome bzw. Verunreinigungen in die Vakuumreaktions
kammer 11 während der Abscheidung einer ausgewählten Dünnschicht in der
Vakuumreaktionskammer 11 abgibt, ist eine sauerstofffreie Siliciumschicht 16 auf
der Innenfläche bzw. auf der dem Innenraum der Vakuumreaktionskammer
zugewandten Oberfläche der dielektrischen Abschirmung 13 der Vakuumreaktions
kammer 11 vorgesehen. Die Siliciumschicht 16 besteht aus amorphem Silicium, das
eine Stärke von etwa 1000 Å aufweist. Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid können
auch anstelle des amorphen Siliciums verwendet werden. Die Verwendung der
sauerstofffreien Siliciumschicht 16 stellt ein wichtiges Merkmal der vorliegenden
Erfindung dar.
Eine Antenne 17 ist an der Außenfläche der dielektrischen Abschirmung 13
angeordnet. Vorzugsweise ist die Antenne 17 spiralförmig ausgebildet, was das
Anlegen einer Radiofrequenzleistung an einen großen Bereich erleichtert, was zu
einer überlegenen und gleichmäßigeren Verteilung der RF-Leistung führt und die
relativ einfach in ihrer Form ist.
Zwei Arten von spiralförmig ausgebildeten Antennen, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können, sind in den Fig. 2A und 2B dargestellt,
nämlich zum einen mit einer quadratischen bzw. rechteckigen Außenkontur und zum
anderen mit einer kreisförmigen Außenkontur, von denen jede mit gleicher Präferenz
verwendet werden kann, um eine Plasmadichte von 1×10¹¹-1×10¹² cm-3 zu
erzielen. In den Zeichnungen bezeichnen die Bezugszeichen 17a und 17a′ Anschluß
pole zum Anlegen einer RF-Leistung und das Bezugszeichen 17b eine Wicklung.
Die Antenne 17 wird auch an eine Anpassungsbox 18 angeschlossen. Die An
passungsbox 18 wird an eine RF-Quelle 19 angeschlossen.
Eine Substrathalterung 20 wird in einem zentralen Abschnitt der Bodenplatte 14
angeordnet. Ein Werkstück wie zum Beispiel ein Glassubstrat 21 wird auf der
Substrathalterung 20 angebracht. Eine Auslaßleitung 22 zum Abführen bzw.
Absaugen von Gasen aus der Vakuumreaktionskammer 11 ist an einer vorbestimmten
Stelle der Bodenplatte 14 vorgesehen. Die Substrathalterung 20 ist von der
Bodenplatte 14 isoliert und so ausgelegt, daß sie abgekühlt bzw. aufgeheizt werden
kann, was zur Plasmaabscheidung erforderlich ist.
Reaktionsgase werden mit Hilfe von einem oder mehr Gaszuführungsrohren in die
Vakuumreaktionskammer 11 eingespeist. Die vorliegende Ausführungsform zeigt die
Verwendung von zwei Gaszuführungsrohren 24 und 25. Eine Anzahl von Gas
speicherbehältern 23 ist mit den Gaszuführungsrohren 24 und 25 verbunden, um
zwei oder mehr Reaktionsgase zuzuführen.
Die Gaszuführungsrohre 24 und 25 enthalten ringförmige Abschnitte 24A und 25A,
die ausgebildet sind, um in dem zentralen Abschnitt der Vakuumreaktionskammer
11 und oberhalb der Substrathalterung 20 angeordnet zu werden, und um den
Zuführungsbereich für Reaktionsgase großflächig und gleichförmig zu gestalten. An
vorbestimmten Abschnitten der entsprechenden ringförmigen Teile 24A und 25A sind
eine Anzahl von Düsen 24B und 25B vorgesehen, die voneinander in einem
konstanten Abstand getrennt entlang des Randes bzw. der Oberfläche angeordnet
sind.
Bei der Abscheidung einer Schicht wird eine RF-Leistung an die spiralförmige
Antenne 17 angelegt und zuvor ausgewählte Reaktionsgase werden den Gaszufüh
rungsrohren 24 und 25 von den Gasspeicherbehältern 23 zugeführt. Anschließend
werden die zugeführten Gase in den Gaszuführungsrohren 24 und 25 durch die
Anzahl von Düsen 24B und 25B der ringförmigen Teile 24A und 25A eingeführt,
in die Vakuumreaktionskammer 11 was zu der Ausbildung eines induktiv gekoppel
ten Plasmas führt, das eine hohe Spitzenionisationsdichte von 1×10¹¹-1×10¹² cm-3
aufweist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein siliciumhaltiges Ausgangsgas wie zum
Beispiel SiH₄, Si₂H₆, SiH₂Cl₂ und dergleichen verwendet, um eine Dünnschicht aus
amorphem Silicium auszubilden, die aus dem induktiv gekoppelten Plasma gebildet
wird, während ein siliciumnitridhaltiges Ausgangsgas wie zum Beispiel SiH₄/N₂,
SiH₄/NH₃, SiH₂Cl₂/NH₃/H₂ und dergleichen verwendet wird, um eine Siliciumnitrid
schicht auszubilden.
Im folgenden werden zahlreiche Eigenschaften für Dünnschichten beschrieben, die
mit Hilfe der Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung mit induktiv
gekoppeltem Plasma gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wurde.
Fig. 3 zeigt die FT-IR-Eigenschaft (Fouriertransformations-Infrarotspektroskopie)
einer Dünnschicht aus amorphem Silicium, die gemäß der vorliegenden Ausführungs
form hergestellt wurde. Hierbei wurde der Transmissionsgrad in einem Infrarot-
Spektralbereich für eine Probe gemessen, wobei eine Dünnschicht aus amorphem
Silicium auf einem monokristallinen Siliciumsubstrat abgeschieden wurde. Die zur
Messung verwendete Vorrichtung ist ein FT-IR-Spektroskopiegerät mit dem Namen
BOMEN 100, das von der Firma BOMEN Company hergestellt wurde. Die
erhaltenen Meßwerte im Infrarot-Spektralbereich zeigen, daß die Streckschwingungs-
Mode der Si-H-Bindung bei einer Wellenzahl von 2000 cm-1 auftritt und die
Biegeschwingungs-Mode der Si-H-Bindung bei einer Wellenzahl von 610 cm-1
auftreten. Aus diesem Resultat ermittelt man, daß die gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ausgebildete Schicht eine typische Dünnschicht aus amorphem
Silicium ist. Unterdessen ist die Si-H₂-Bindung nicht in der gemäß dieser Aus
führungsform ausgebildeten Schicht dargestellt bzw. nachgewiesen. Der Wasserstoff
gehalt wurde aus der Si-H-Bindung zu 14 Atom-% berechnet.
Fig. 4 ist ein Kurvendiagramm, das die elektrische Leitfähigkeit in der amorphen
Siliciumschicht zeigt, wobei die Schicht mit Hilfe einer Vorrichtung mit induktiv
gekoppeltem Plasma gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
hergestellt wurde. Hierbei wurde das Material Corning 7059 als Substrat verwendet.
Auf dem Substrat wird eine amorphe Siliciumschicht mit Hilfe des oben genannten
Verfahrens abgeschieden. Auf die amorphe Siliciumschicht werden Elektroden
schichten aus Aluminium aufgebracht, die in dem koplanaren Aufbau mit Hilfe eines
thermischen Abscheidungsverfahrens ausgebildet werden. Anschließend wird das
Substrat in eine feste Position auf der Substrathalterung 20 der chemischen
Dampfabscheidungsvorrichtung mit induktiv gekoppeltem Plasma nach Fig. 1
gebracht. Anschließend wird die elektrische Leitfähigkeit als eine Funktion der
Temperatur unter Verwendung eines Keithley-Elektrometers 617 und eines Keithley-
Multimeters 195A gemessen. Aus den erhaltenen Meßwerten wird die elektrische
Dunkelleitfähigkeit bei Raumtemperatur und die Photoleitfähigkeit unter einer
Bedingung gemäß AM-1 berechnet, wobei der erste Wert 4,3×10-12 Ω-1 cm-1 und der
letztgenannte Wert 1,4×10-6 Ω-1 cm-1 beträgt. Bei der Bedingung gemäß AM-1 wird
die Probe mit Licht von 100 mW/cm² bestrahlt. Außerdem wird die Aktivierungs
energie aus der Steigung der Kennlinie aus Fig. 4 erhalten. Die erhaltene
Aktivierungsenergie bzw. -leistung wurde so zu 1,05 eV bestimmt. Die Photo
empfindlichkeit einer abgeschiedenen Dünnschicht aus amorphem Silicium beträgt
3×10-6, so daß man festgestellt hat, daß die gemäß der vorliegenden Erfindung
erhaltene Dünnschicht aus amorphem Silicium verbesserte physikalische Eigen
schaften besitzt.
Fig. 5 ist ein Kurvendiagramm, das die optische Bandlücke bzw. die Bandlücke für
einen optischen Übergang einer Dünnschicht aus amorphem Silicium zeigt, die mit
Hilfe einer CVD-Vorrichtung mit induktiv gekoppeltem Plasma gemäß der
vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde. Der optische Absorptionskoeffizient α
für eine Dünnschicht aus amorphem Silicium, die auf dem Glassubstrat aus Corning-
7059 abgeschieden wurde, wurde unter Verwendung eines UV/VIS-Spektrometers
gemessen. Unter Verwendung des optischen Absorptionskoeffizienten erhält man die
optische Bandlücke aus der folgenden Gleichung:
(αh)½= B (E-Eg opt),
wobei B eine Konstante darstellt, die einer Steigung des Bandes entspricht, h die
Energie eines einfallenden Photons ist, α der optische Absorptionskoeffizient ist und
Eg opt die optische Bandlücke darstellt.
Wie in Fig. 5 gezeigt, beträgt die optische Bandlücke 178 eV und der Wert deutet
an, daß die ausgebildete Dünnschicht aus amorphem Silicium typische Eigenschaften
aufweist.
Fig. 6 ist ein Kurvendiagramm, das den Kristallisationsgrad und die Halbwerts
breite (FWHM) zeigt, die aus einer Raman-Streuung an einer Dünnschicht aus
mikrokristallinem Silicium erhalten wurden, wobei die Schicht gemäß dem Verhältnis
H₂/SiH₄ in einer CVD-Vorrichtung mit induktiv gekoppeltem Plasma der vorliegen
den Erfindung abgeschieden worden ist.
Hierzu ist eine Probe vorgesehen, bei der die Dünnschicht aus mikrokristallinem
Silicium auf einem Glassubstrat aus Corning 7059 abgeschieden wurde. Der
Kristallisationsgrad und die Halbwertsbreite der ausgebildeten mikrokristallinen
Siliciumschicht werden mit Hilfe von Raman-Spektroskopie (siehe H. Kakinuma et
al., Jpn. J. Appl. Phys. 70, 7374, 1991) gemessen. Die Körnungsgröße der
ausgebildeten mikrokristallinen Siliciumschicht beträgt 200 bis 400 Å und der
Kristallisationsgrad beträgt 70 bis 73%, wie in Fig. 6 gezeigt. Wenn man bedenkt,
daß eine typische monokristalline Siliciumschicht eine Korngröße von 30 bis 200 Å
und einen Kristallisationsgrad im Bereich von 2% bis 70% aufweist, deutet die
Korngröße und der Kristallisationsgrad, wie sie in der vorliegenden Erfindung erzielt
wurden, daraufhin, daß die ausgebildete mikrokristalline Siliciumschicht verbesserte
physikalische Eigenschaften besitzt.
Fig. 7 zeigt eine FT-IR-Eigenschaft einer Siliciumnitrid-Dünnschicht. Hierzu wurde
der Transmissionsgrad in einem Infrarot-Spektralbereich für eine Probe gemessen,
bei der eine Siliciumnitrid-Dünnschicht auf einem monokristallinen Siliciumsubstrat
abgeschieden wurde. Das zur Messung verwendete Gerät war ein von der BOMEN
Company hergestelltes FT-IR-Spektroskopiegerät. Die gemessenen spektralen
Meßwerte im infraroten Spektralbereich zeigen eine Streckschwingungs-Mode einer
N-H-Bindung bei einer Wellenzahl von 3340 cm-1 und eine Biegeschwingungs-Mode
einer N-H-Bindung bei einer Wellenzahl von 1150 cm-1. Außerdem ist eine
Wagging-Mode der Si-N-Bindung bei einer Wellenzahl von 840 cm-1 gezeigt (siehe
"Plasma Deposited Thin Films" herausgegeben von CRC, S. 35, J. Mort und F.
Jansen). Aus diesen Meßwerten hat man für den in der vorliegenden Ausführungs
form ausgebildeten Schicht eine Siliciumnitrid-Dünnschicht mit typischen Eigen
schaften ermittelt (siehe P. Paduschek et. al., Thin Solid Films, 110, 291, 1983).
Fig. 8 ist ein Kurvendiagramm, das die Strom-Spannungs-Beziehung einer
Dünnschicht aus Siliciumnitrid zeigt, die in einer CVD-Vorrichtung mit induktiv
gekoppeltem Plasma der vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde.
Nachdem die Dünnschicht aus Siliciumnitrid mit einer Stärke von etwa 1000 Å auf
einem monokristallinen Siliciumsubstrat vom p-Typ mit einem spezifischen
elektrischen Widerstand von 10-15 Ωcm abgeschieden wurde, wurde eine
Aluminiumschicht mit einem Durchmesser von 1 mm auf der Dünnschicht aus
Siliciumnitrid unter Vakuum und mit Hilfe eines thermischen Abscheidungs
verfahrens ausgebildet. Mit Hilfe der oben genannten Verfahren wurde eine Probe
mit MIS-Aufbau (Metall-Isolator-Halbleiter) zur Verwendung bei der Messung der
Strom-Spannungs-Charakteristik hergestellt. Die Strom-Spannungs-Charakteristik der
Probe wurde mit Hilfe eines Keithley-Elektrometers 617 gemessen. Aus der
Messung, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, wurde eine Durchbruchspannung von 7 MV
und eine Stromdichte von 10-10 A/cm² bei 1 MV/cm ermittelt.
Wie in den vorliegenden Ausführungsformen beschrieben, kann die CVD-Vor
richtung mit induktiv gekoppeltem Plasma gemäß der vorliegenden Erfindung ein
gleichförmiges Plasma mit hoher Teilchendichte in bzw. aus der Reaktionskammer
ausbilden, weil die Vorrichtung eine sauerstofffreie Siliciumschicht aufweist, welche
Siliciumschicht auf einer dielektrischen Abschirmung ausgebildet ist. Außerdem sind
ringförmige Teile, die mit Gaszuführungseinrichtungen verbunden sind, so
angeordnet, daß sie in einem zentralen Abschnitt der Reaktionskammer oberhalb der
Substrathalterung angeordnet sind, wobei die ringförmigen Teile eine Anzahl von
Gaszuleitungs-Düsen aufweisen, die an ihrem Rand in konstanten Abständen
ausgebildet sind. Demgemäß kann die vorliegende Erfindung eine Dünnschicht aus
amorphem Silicium herstellen, die verbesserte Eigenschaften in Bereichen wie zum
Beispiel der Photoempfindlichkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der Aktivierungs
energie und der optischen Bandlücke aufweisen, wobei die Stärke gleichmäßig über
ihre gesamte Oberfläche ist. Man erhält auch eine Dünnschicht aus Siliciumnitrid,
die verbesserte Eigenschaften in Bereichen wie zum Beispiel der Durchbruch
spannung und der Stromdichte aufweist, wobei die Stärke gleichmäßig über ihre
gesamte Oberfläche ist. Außerdem erhält man eine Dünnschicht aus mikrokristalli
nem Silicium, wobei die Korngröße sehr klein ist und die Stärke gleichmäßig über
ihre gesamte Oberfläche ist. Außerdem kann die vorliegende Erfindung einen
Dünnschicht-Transistor (TFT) schaffen, der eine Dünnschicht aus amorphem
Silicium enthält und verbesserte elektrische Eigenschaften in Bereichen wie z. B. der
Feldeffekt-Beweglichkeit und Schwellenwertspannung aufweist, so daß es möglich
ist, einen hochwertigen Dünnschichttransistor-Flüssigkristalldisplay (TFT-LCD)
herzustellen.
Es wird dem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann ersichtlich sein, daß zahlreiche
Abänderungen und Änderungen an der Vorrichtung zur chemischen Dampf
abscheidung mit induktiv gekoppeltem Plasma der vorliegenden Erfindung
vorgenommen werden können, ohne die Lösungsidee oder den Schutzbereich der
Erfindung zu verlassen. Es ist somit beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung die
Abänderungen und Änderungen dieser Erfindung mit abdeckt, vorausgesetzt, daß
diese innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Patentansprüche und ihrer
Äquivalente liegen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung mit
induktiv gekoppeltem Plasma, die eine Vakuumreaktionskammer enthält, welche
einen Innenraum aufweist, der teilweise durch eine dielektrische Abschirmung
begrenzt wird, wobei die dielektrische Abschirmung mit einer sauerstofffreien
Siliciumschicht überzogen ist, die auf ihrer Innenfläche ausgebildet ist, eine
Gaseinführungseinheit zum Einführen eines Reaktionsgases in den Innenraum der
Vakuumreaktionskammer, eine Antenne, an die ein Radiofrequenzsignal angelegt
wird, wobei die Antenne außerhalb der Vakuumreaktionskammer und in der Nähe
der dielektrischen Abschirmung angeordnet ist, eine Kopplungseinheit, um eine
Radiofrequenz-Leistungsquelle an die Antenne zu koppeln, eine Substrathalterung
zum Aufheizen eines im Innenraum der Vakuumreaktionskammer zu bearbeitenden
Werkstückes, und eine Abgasabführungs- bzw. Absaugeinheit zum Abführen bzw.
Absaugen von Restgasen aus dem Innenraum der Vakuumreaktionskammer. Die
sauerstoffarme Siliciumschicht kann entweder aus amorphem Silicium, aus
Siliciumnitrid oder aus Siliciumcarbid bestehen.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung mit induktiv gekoppeltem Plasma,
welche umfaßt:
- - eine Vakuumreaktionskammer (11), die einen Innenraum aufweist, der teilweise durch eine dielektrische Abschirmung (13) begrenzt wird, welche dielektrische Abschirmung (13) mit einer auf ihrer Innenfläche ausgebildeten sauerstofffreies Siliciumschicht (16) überzogen bzw. ausgekleidet ist,
- - eine Einrichtung (24, 25) zum Einführen eines Reaktionsgases bzw. reagierenden Gases in den Innenraum der Vakuumreaktionskammer (11);
- - eine Antenne (17), an die ein Radiofrequenzleistungssignal angelegt wird, welche Antenne (17) außerhalb der Vakuumreaktionskammer (11) und in der Nähe der dielektrischen Abschirmung (13) angeordnet ist;
- - eine Einrichtung (18), um eine Radiofrequenz-Leistungsquelle (19) an die Antenne (17) zu koppeln;
- - eine Substrathalterung (20) zum Aufheizen eines zu bearbeitenden Werk stückes innerhalb des Innenraumes der Vakuumreaktionskammer (11); und
- - eine Abgasabführungs- bzw. Absaugeinrichtung (22) zum Abführen bzw. Absaugen des Restgases aus dem Innenraum der Vakuumreaktionskammer (11).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die sauerstofffreie Siliciumschicht (16) eine
Schicht aus amorphem Silicium ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die sauerstofffreie Siliciumschicht (16) eine
Schicht aus Siliciumnitrid ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die sauerstofffreie Siliciumschicht (16) eine
Schicht aus Siliciumcarbid ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der eine Anzahl von Düsen (24B, 25B) in
regelmäßigen Abständen auf dem Rand des ringförmigen Abschnittes (24A, 25A) der
Einrichtung (24, 25) zum Einführen eines Reaktionsgases ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Antenne (17)
spiralförmig ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Antenne (17)
spiralförmig und mit quadratischer Außenkontur ausgebildet ist.
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