DE3853890T2

DE3853890T2 - Mit einem Plasma arbeitendes Gerät.

Info

Publication number: DE3853890T2
Application number: DE3853890T
Authority: DE
Inventors: Kiyosi Chiba; Takuya Fukuda; Yasuhiro Mochizuki; Naohiro Momma; Tadasi Sonobe; Kazuo Suzuki; Noboru Suzuki; Shigeru Takahashi
Original assignee: Hitachi Service Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Service Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1987-01-19
Filing date: 1988-01-19
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2008-01-20
Also published as: EP0275965B1; KR880009541A; KR960015609B1; EP0275965A2; DE3853890D1; EP0275965A3; US4876983A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Gerät ist aus Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 22, April 1983, Seiten L210-L212 bekannt. Das Gerät ist geeignet zum Durchführen einer Dünnschicht-Abscheidung auf eine Proben - oder Substratoberfläche, oder zum Ätzen und Sputtern oder für eine Plasmaoxidation der Probenoberfläche durch Verwenden eines mit Hilfe von Nikrowellenentladung erzeugten Plasmas.
Das mit einem Plasma arbeitende Gerät, in dem Plasma verwendet wird, das mit Hilfe von Mikrowellenentladung erzeugt wird, die in einem Magnetfeld auftritt, weist in einer Entladungsröhre (auch als Plasmaerzeugungskammer bezeichnet), die einen Teil des Entladungsraumes bildet, eine Position auf, bei der Elektronenzyklotronresonanz (ECR) durch das Magnetfeld und eine Mikrowelle erzeugt wird, und weist eine Verteilung der magnetischen Flußdichte auf, die ausgehend von der ECR- Bedingungs-Position in Richtung eines Probenständers abnimmt, der in einer Probenkammer angeordnet ist. Somit wird die Dichte des in der Nähe der Resonanzposition erzeugten Plasmas während seines Transportes von der Entladungsröhre zuin Probenständer um eine Größenordnung von eins oder zwei oder mehr verringert, und die Bearbeitung mit dem Plasma kann nicht mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden.
Fig. 1 stellt ein Gerät dar, das in "CVD utilizing ECR plasma", Transactions of 31st Semiconductor Integrated Circuit Symposium, abgehalten am 3. und 4. Dezember 1986, Seiten 49-54 offenbart ist und im folgenden als Beispiel A des Standes der Technik bezeichnet wird. Wenn in dem Beispiel A des Standes der Technik eine Mikrowelle 4 durch einen Wellenleiter 3 und ein Eintrittsfenster 5 in eine Entladungsröhre 2 eintritt, die von einer äußeren Magnetfeldspule umgeben ist, und die Elektronenzyklotronbewegung in einem durch die Magnetspule 1 verursachten Magnetfeld mit der Mikrowelle 4 bei der Resonanzposition resonant ist, stoßen resonante Elektronen mit Teilchen eines Plasmagases 6 zusammen und ionisieren das Gas 6, wodurch ein Plasma erzeugt wird. Unter dem Einfluß einer Divergenz des Magnetfeldes wird das erzeugte Plasma in eine Probenkammer 9 hinausgedrückt, die mit der Entladungsröhre 2 verbunden ist und in der ein Probenständer 8 zum Tragen oder Halten einer Probe 7 untergebracht ist. Dieses Plasma wird allein oder zusammen mit Atomen oder Molekülen eines Werkstoffgases 10, das zusätzlich in die Probenkammer 9 eingeführt wird und durch das Plasma angeregt oder ionisiert wird, zur Bearbeitung einer Oberfläche der Probe 7 verwendet. Fig. 2 zeigt eine Verteilung der magnetischen Flußdichte, die sich zwischen dem Mikrowelleneintrittsfenster 5 und dem Probenständer 8 ergibt, wobei die Ordinate den Abstand in der Richtung der Mittelachse gemessen vom Ursprung darstellt, der sich an der Grenze zwischen Entladungsröhre 2 und Probenkammer 9 befindet, und die Abszisse die magnetische Flußdichte darstellt. Im Falle dieses Beispiels A des Standes der Technik beträgt die magnetische Flußdichte Be, die wirksam ist, um Elektronenzyklotronresonanz bei einer Frequenz von 2,45 GHz der einfallenden Mikrowelle 4 zu erzeugen, 875 Gauß (87,5 mT), und Fig. 2 zeigt, daß die Position der Resonanzbedingung ungefähr 3 cm von dem Mikrowelleneintrittsfenster 5 axial entfernt ist. Unter Berücksichtigung der Ausbreitungseigenschaft der Mikrowelle durch das Plasma und der Resonanzabsorptionsbedingung für die Mikrowellenenergie erweist sich anschließend nur ein Bereich im Inneren der Entladungsröhre 2 und innerhalb einer Entfernung von 3 cm vom Mikrowelleneintrittsfenster 5 zur Plasmaerzeugung wirksam. Plasma, das in diesem Bereich erzeugt wird, wird unter dem Einfluß einer Kraft infolge der Magnetfelddivergenz und dem Einfluß von Polaritätsdiffusion über eine Entfernung von 35 cm in Richtung des Probenständers 8 transportiert. Bei diesem Transport bewirken die lange Transportentfernung und eine abrupte Abnahme des Magnetfeldes (magnetische Flußdichte) Verluste, und aufgrund dieser Verluste zeigt sich die Tendenz, daß die Dichte des Plasmas, das die Oberfläche der Probe 7 erreicht, kleiner ist als diejenige Dichte des Plasmas in der Nähe der Resonanzposition, bei der die Elektronenzyklotronresonanz auftritt.
Fig. 3 stellt ein weiteres Gerät dar, das in "Films of a - Si:H prepared by ECR plasma enhanced CVD", Transactions of 31st Semiconductor Integrated Circuit Technology Symposium, abgehalten am 3. und 4. Dezember 1986, Seiten 61-66 offenbart ist und im folgenden als Beispiel B des Standes der Technik bezeichnet wird, und Fig. 4 zeigt Verteilungen der magnetischen Flußdichte in dem Gerät aus Fig. 3. In Fig. 3 sind Elemente, die denjenigen Elementen aus Fig. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Das Niveau der in Fig. 4 dargestellten Verteilungen der magnetischen Flußdichte liegt im ganzen höher, wenn es mit der Verteilung der magnetischen Flußdichte des Beispiels A des Standes der Technik verglichen wird. Aus Fig. 4 ist ebenfalls ersichtlich, daß die Position für eine magnetische Flußdichte von 87,5 mT entsprechend der ECR-Position noch in der Entladungsröhre 2 liegt und daß eine magnetische Flußdichte, die über 87,5 mT hinausgeht, ebenfalls in der Entladungsröhre 2 auftritt, und es wird gezeigt, daß ein zur Mikrowellen-Resonanzabsorption wirksamer Bereich bei ihrem Maximum ungefähr 2/3 der Entladungsröhre 2 mißt. Zusätzlich wird die magnetische Flußdichte in Richtung des Probenständers 8 abrupt vermindert. Wie in dem Fall des Beispiels A des Standes der Technik, tendiert somit die Dichte des in der Nähe der Resonanzposition erzeugten Plasmas dazu, Verluste aufzuweisen und während der Diffusion des Plasmas in Richtung der Oberfläche der Probe 7 abzunehmen.
Fig. 5 stellt ein weiteres Gerät dar, das in JP-A-59- 3018 offenbart ist und im folgenden als Beispiel C des Standes der Technik bezeichnet wird, und Fig. 6 zeigt eine Verteilung der magnetischen Flußdichte in dem Gerät aus Fig. 5. In Fig. 5 sind Elemente, die denjenigen Elementen aus Fig. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Das Beispiel C des Standes der Technik ist auf die Anordnung mit Spiegelmagnetfeld bezogen, die häufig in dem Plasmaeinschließungs-Verfahren verwendet wird, in Hinblick auf Erhöhung der Plasmadichte, und weist zusätzlich einen ergänzenden Permanentmagneten 13 zum Erhöhen der magnetischen Flußdichte in der Nähe der Oberfläche der in der Probenkammer 9 untergebrachten Probe 7 auf. In diesem Beispiel C des Standes der Technik breitet sich die einfallende Mikrowelle 4 durch einen in Fig. 6 mit (I) bezeichneten Bereich aus, in dem die magnetische Flußdichte höher ist als diejenige Flußdichte bei der Resonanzposition, und die Mikrowelle wird anschließend einer Resonanzabsorption durch das Plasma unterzogen in der Nähe einer ersten Resonanzposition, die in Fig. 6 mit s bezeichnet ist. Es ist schwierig, zu bewirken, daß die die erste Resonanzposition erreichende Mikrowelle diese Position durchläuft und sich in einem in Fig. 6 mit (II) bezeichneten Bereich geringerer magnetischer Fluß dichte ausbreitet, da das Plasma dieser Tendenz der Mikrowelle Widerstand entgegensetzt. Wenn die Ausbreitung Leckverluste aufweist, um sich einer in Fig. 6 mit t bezeichneten zweiten Resonanzposition anzunähern, die sich in der Nähe zur Probe 7 auf dem Probenständer 8 befindet, und Plasma bei der zweiten Resonanzposition erzeugt wird, wird das Plasma aufgrund einer Magnetfelddivergenz, die in der Nähe der zweiten Resonanzposition auftritt, auf die Entladungsröhre gerichtet, mit dem Ergebnis, daß sich, wie in dem Fall der obigen Beispiele A und B des Standes der Technik, die Tendenz zeigt, daß die Dichte des auf die Probe 7 auftreffenden Plasmas kleiner ist als diejenige Dichte des Plasmas in der Nähe der ersten Resonanzposition.
In JP-A-56-155535 ist ein weiteres Gerät offenbart, bei dem wie in dem Beispiel A des Standes der Technik eine aktivierte Spezies des Plasmas in einer Plasmaerzeugungskammer erzeugt wird, und ein zu bearbeitendes Substrat, das von einem Bereich des maximalen Erzeugungswirkungsgrades der aktvierten Spezies ausreichend entfernt ist, wird zur Bearbeitung unter der Verwendung eines divergenten Magnetfeldes mit einem Plasmafluß beschossen, der von der aktivierten Spezies herrührt.
Des weiteren wird in einem bekannten mit einem Plasma arbeitenden Verfahren, wie es in LIP-A-57-79621 offenbart ist, beabsichtigt, den Wirkungsgrad zu verbessern, und in diesem Verfahren wird ein Magnet verwendet, der außerhalb einer Substratbearbeitungskammer angeordnet ist, und wird der Radius des Plasmaflusses begrenzt, um die Plasmadichte zu erhöhen.
Alle beschriebenen Beispiele des Standes der Technik berücksichtigen nicht eingehend das Problem, daß die Dichte des Plasmas, das durch die der Elektronenzyklotronresonanz ausgesetzten Mikrowelle erzeugt wird, während des Transportes des Plasmas zur Probenoberfläche Verluste aufweist, das heißt, das Problem der Lebensdauer der aktivierten Plasmaspezies oder der Deaktivierung der Plasmaspezies während ihres Transportes zum zu bearbeitenden Substrat, und in den Beispielen gelingt es nicht immer, den Wirkungsgrad der Bearbeitung mit dem Plasma zu verbessern. Ebenfalls können mit den Geräten des Standes der Technik keine ausgezeichneten Eigenschaften der erstellten Schichten erreicht werden, wie sie etwa durch Verdichtung, Kristallinität und Stöchiometrie der abgeschiedenen Schichten dargestellt werden können.
In US-A-4 559 100 ist vorgeschlagen, das Substrat in dem Entladungsbereich eines mit einem Plasma ätzenden Gerätes anzuordnen. Dieses Dokument berücksichtigt jedoch nicht den ECR-Einfluß auf die Plasmaerzeugung.
Weitere Literatur, die relevant für die vorliegende Erfindung ist, ist durch "Low Temperature Chemical Deposition Method Utilizing an Electron Cyclotron Resonance Plasma" von S. Matsuo und K. Kiuchi, Jpn. J. Appl. Phys. 22(4), L210, 1983 gegeben.

ZUSAMMENFASSUNG DES ERFINDUNGSGEDANKENS

Es ist ein erstes Ziel dieser Erfindung, ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät zu schaffen, das die Eigenschaften von mit derartigen Geräten erstellten Schichten verbessern und die Bearbeitungsgeschwindigkeiten erhöhen kann, indem der Verwendungswirkungsgrad des erzeugten Plasmas verbessert wird.
Ein zweites Ziel dieser Erfindung ist, ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät zu schaffen, das eine in hohem Maße wirksame Bearbeitung mit einem Plasma erzielen kann, indem die Deaktivierung einer aktivierten Spezies des Plasmas berücksichtigt wird.
Ein drittes Ziel dieser Erfindung ist, eine in hohem Maße wirksame Bearbeitung mit einem Plasma zu erzielen, bei der ausgezeichnete Eigenschaften der erstellten Schichten erreicht werden können, wie sie etwa durch Verdichtung, Kristallinität und Stöchiometrie der abgeschiedenen Schichten dargestellt werden können.
Diese Ziele werden mit Hilfe eines mit einem Plasma arbeitenden Gerätes gemäß Anspruch 1 erreicht.
Ein erstes Merkmal dieser Erfindung beruht darauf, daß in einem mit einem Plasma arbeitenden Gerät die Verteilung der magnetischen Flußdichte ausgehend von einer Plasmaerzeugungskammer (Entladungsröhre) zu einem Probenständer hin so gebildet wird, daß sie monoton abnimmt, um dadurch ein divergentes Magnetfeld zu schaffen, und daß sich eine Position, bei der ein ECR-Bedingungs-Magnetfeld erzeugt wird und die Plasmaerzeugungs-Wahrscheinlichkeit hoch ist, wenigstens teilweise in einer Probenkammer befindet, um den Abstand zwischen der Position, bei der Plasma hoher Dichte erzeugt wird, und einer Oberfläche einer Probe zu verringern.
Ein zweites Merkmal dieser Erfindung beruht darauf, daß in einem mit einem Plasma arbeitenden Gerät ein divergentes Magnetfeld vorgesehen ist, und daß ein zu bearbeitendes Substrat bei dem Maximum 150 mm oder weniger, vorzugsweise weniger als 70 mm, von einer ECR-Position entfernt ist, bei der die Erzeugung einer aktivierten Plasmaspezies maximiert wird. Der Abstand zwischen der ECR-Position und dem zu bearbeitenden Substrat kann geregelt werden, indem die magnetische Fluß dichte in der Plasmaerzeugungskammer erhöht wird oder die magnetische Flußdichte mit hoher Genauigkeit eingestellt wird.
Ein drittes Merkmal dieser Erfindung beruht darauf, daß in einem mit einem Plasma arbeitenden Gerät ein divergentes Magnetfeld vorgesehen ist, und daß sich ein Bereich, in dem der Betrag der magnetischen Flußdichte ungefähr das 1,0 bis 1,1-fache desjenigen Betrages der magnetischen Flußdichte beträgt, die mit der TE&sub0;&sub1;-Mode (zirkulare Polarisation) einer Mikrowelle zusammenwirkt, um Elektronenzyklotronresonanz zu erzeugen, kontinuierlich in der Richtung eines Plasmaflusses über eine Entfernung vom Ausmaß der mittleren freien Weglänge einer aktivierten Spezies erstreckt, d.h. wenigstens 50 mm oder mehr oder einen Entfernungsbereich, für den die aktivierte Spezies einen längeren Zeitraum als ihre mittlere Lebensdauer zum Durchlaufen benötigt. Der Bereich der magnetischen Flußdichte mit dem obigen Betrag kann durch Anordnen einer Mehrzahl von Teilmagneten, die in Richtung der Mittelachse einer Vakuumsystemkammer ausgerichtet sind, oder durch Einstellen der magnetischen Flußdichte mit hoher Genauigkeit gebildet werden.
Erfindungsgemäß kann das Plasma hoher Dichte zur Oberfläche der zu bearbeitenden Probe transportiert werden, und eine dünne Schicht von hoher Güte kann auf der Probenoberfläche innerhalb eines kurzen Zeitraumes erzeugt werden. Des weiteren kann der von der Schichtabscheiderate und dergleichen abhängige Bearbeitungs-Wirkungsgrad verbessert werden, um den Durchsatz des Herstellungsverfahrens zu verbessern. Zusätzlich können sogar bei niedrigen Temperaturen auf dem zu bearbeitenden Substrat Schichten erzeugt werden, die Eigenschaften wie etwa Kristallinität und Verdichtung aufweisen, welche vergleichbar sind mit denjenigen Eigenschaften von Schichten, die durch eine Bearbeitung unter Verwenden chemischer Reaktionen bei hohen Temperaturen erstellt werden.
Weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein gebrochener Querschnitt, der ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät gemäß des ersten Beispiels des Standes der Technik darstellt.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Verteilung der magnetischen Flußdichte in Richtung der Mittelachse in dem Gerät aus Fig. 1 zeigt.
Fig. 3 ist ein gebrochener Querschnitt, der ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät gemäß des zweiten Beispiels des Standes der Technik darstellt.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die Verteilungen der magnetischen Flußdichte in Richtung der Mittelachse in dem Gerät aus Fig. 3 zeigt.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, daß ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät gemäß des dritten Beispiels des Standes der Technik zeigt.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die eine Verteilung der magnetischen Flußdichte in Richtung der Mittelachse in dem Gerät aus Fig. 5 zeigt.
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, das ein mit einem Plasma arbeitendes System gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 8 ist ein Graph, der Verteilungen der magnetischen Flußdichte in der Achsenrichtung in dem Gerät aus Fig. 7 zeigt.
Fig. 9 ist ein Graph, der das Abscheideratenverhältnis, das während eines Abscheidens mittels des Gerätes aus Fig. 7 erhalten wird, bezüglich der Form der Verteilungen der magnetischen Flußdichte und dem damit verbundenen Elektronendichteverhältnis darstellt.
Fig. 10 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Ätzratenverhältnis für abgeschiedene dünne Schichten, die mit Hilfe des Gerätes aus Fig. 7 erhalten werden, und der magnetischen Flußdichte darstellt.
Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm, das ein mit einem Plasma arbeitendes System gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 12 ist ein Graph, der eine Verteilung der magnetischen Flußdichte in dem Gerät aus Fig. 11 darstellt.
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm, das ein mit einem Plasma arbeitendes System gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 14 ist ein Graph, der eine Verteilung der magnetischen Flußdichte in dem Gerät aus Fig. 13 darstellt.
Fig. 15 ist ein schematisches Diagramm, das ein mit einem Plasma arbeitendes System gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 16 ist ein ähnliches Diagramm einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 17 ist ein ähnliches Diagramm einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 18 ist ein ähnliches Diagramm einer siebten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 19 ist ein ähnliches Diagramm einer achten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 20 ist ein Graph, der Verteilungen der magnetischen Flußdichte in der Achsenrichtung in dem Gerät aus Fig. 19 zeigt.
Fig. 21a bis 21h sind Graphen, die verschiedene experimentelle Daten zeigen, die mittels des Gerätes aus Fig. 19 erhalten werden.
Fig. 22a bis 22h sind Graphen, die weitere experimentelle Daten zeigen, die mittels des Gerätes aus Fig.19 erhalten werden.
Fig. 23a und 23b, 24a und 24b, 25a und 25b und 26a und 26b sind Graphen, die weitere experimentelle Daten zeigen, die mittels des Gerätes aus Fig. 19 erhalten werden.
Fig. 27 ist ein schematisches Diagramm, das ein mit einem Plasma arbeitendes System gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 28a und 28b sind Graphen, die axiale Verteilungen der magnetischen Flußdichte in dem Gerät aus Fig. 27 darstellen.
Fig. 29a bis 29h sind Graphen, die experimentelle Daten zeigen, die mittels des Gerätes aus Fig. 27 erhalten werden, um dessen Eigenschaften nachzuweisen.
Fig. 30a bis 30d sind Graphen, die weitere experimentelle Daten zeigen, die mittels des Gerätes aus Fig. 27 erhalten werden.
Fig. 31a und 31b sind Graphen, die weitere experimentelle Daten zeigen, die mittels des Gerätes aus Fig. 27 erhalten werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im allgemeinen ist eine Mikrowelle, die sich durch ein Magnetfeld ausbreitet, um Elektronenzyklotronresonanz zu erzeugen, im Uhrzeigersinn zirkular polarisiert, und diese Mikrowelle wird begrenzt durch ein Magnetfeld mit einem Betrag der magnetischen Flußdichte, der kleiner ist als derjenige Betrag der magnetischen Flußdichte, der zum Erzeugen der Elektronenzyklotronresonanz benötigt wird, und die Mikrowelle kann sich somit nicht durch das erstere Magnetfeld ausbreiten. In der vorliegenden Erfindung wird diese Erscheinung ausgenutzt, und die Erfindung ist derart aufgebaut, daß der Betrag der magnetischen Flußdichte am Eintrittsrand einer Entladungsröhre größer wird als der Betrag der magnetischen Flußdichte bei der ECR-Position und die erstere magnetische Flußdichte eine Verteilung aufweist, die ausgehend von der Entladungsröhre zu einem Probenständer hin allmählich abnimmt, daß sich eine Position, bei der das Magnetfeld und die Mikrowelle zusammenwirken, um die Elektronenzyklotronresonanz zu erzeugen, in einer Probenkammer befindet, um einen Bereich zu schaffen, der sich in die Probenkammer erstreckt und in dem der Betrag der magnetischen Flußdichte größer ist als der Betrag der magnetischen Flußdichte der Resonanzbedingung, um dadurch Plasma hoher Dichte zu erzeugen, und daß die Entfernung, über die Plasma, das unter dem Einfluß einer Magnetfelddivergenz hinausgedrückt wird, zum Probenständer hin transportiert wird, minimiert oder im Extremfall auf null gesetzt wird. Um bei dem obigen Aufbau in einem Bereich, in dem der Betrag der magnetischen Flußdichte kleiner ist als der Betrag der magnetischen Flußdichte der Resonanzbedingung, den Nachteil der abrupt abnehmenden Plasmadichte zu vermeiden, kann der Abstand zwischen der Resonanzposition und dem Probenständer ausreichend minimiert werden, um zu ermöglichen, daß Plasma hoher Dichte zu einer Oberfläche einer Probe transportiert wird.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welches für das oben erwähnte erste Merkmal relevant ist, wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 7, 8, 9 und 10 beschrieben.
Diese Ausführungsform eines mit einem Plasma arbeitenden Gerätes ist wie in Fig. 7 gezeigt aufgebaut, um eine Probenoberflächenbearbeitung (Abscheidung) auf der Basis von Magnetfeld/Mikrowellen-Entladung durchzuführen. Bei der Bearbeitung tritt eine Mikrowelle 4 durch einen Wellenleiter 3 in eine Entladungsröhre 2 ein, die von einer äußeren Magnetfeldspule 1 umgeben ist, und ein Plasmagas 6 wird unter dem Einfluß der Elektronenzyklotronresonanz angeregt oder ionisiert, welche durch die Elektronenzyklotronbewegung in einem Magnetfeld aufgrund der Magnetfeldspule 1 und die Mikrowelle 4 erzeugt wird, wodurch Plasma erzeugt wird. Unter dem Einfluß einer Divergenz des Magnetfeldes, das von der Magnetfeldspule 1 erzeugt wird, wird das erzeugte Plasma anschließend in eine Probenkammer 9 hinausgedrückt, die mit der Entladungsröhre 2 verbunden ist und in der ein Probenständer 8 zum Tragen oder Halten einer zu bearbeitenden Probe 7 untergebracht ist. Dieses Plasma wird zusammen mit einem Materiegas 10, das zusätzlich in Richtung der Vorderseite der Probe 7 im Inneren der Probenkammer 9 zugeführt wird und von dem Plasmafluß angeregt oder ionisiert wird, zur Oberfläche der Probe 7 transportiert, um so eine dünne Schicht, die Bestandteile des Plasmagases 6 und Materiegases 10 enthält, auf der Oberfläche der Probe 7 abzuscheiden.
Fig. 8 zeigt Verteilungen der magnetischen Flußdichte in der Achsenrichtung des Gerätes aus Fig. 7 zwischen der Entladungsröhre 2 und dem Probenständer 8, wobei die Ordinate den Abstand in der Achsenrichtung und die Abszisse die magnetische Flußdichte darstellt. Die Form der Verteilungen, die in Fig. 8 mit Hilfe der Kurven 1 und 2 dargestellt ist, ist eine Eigenschaft dieser Erfindung, die Form der Verteilung der magnetischen Flußdichte, die in Fig. 8 mit Hilfe der Kurve 3 dargestellt ist, wird bei einem Beispiel erhalten, bei dem sich die Position des ECR-Bedingungs-Magnetfeldes an der Grenze zwischen Entladungsröhre 2 und Probenkammer 9 befindet, und ein Beispiel der Verteilung der magnetischen Flußdichte, die in Fig. 8 mit Hilfe der Kurve 4 dargestellt ist, ist auf die oben erwähnte Literatur von S. Matsuo und K. Kiuchi bezogen.
In Fig. 7 befindet sich die Position (Position a in Fig. 7) entsprechend der magnetischen Flußdichte der Resonanzbedingung (Be = 87,5 mT) gemäß Kurve 1 in der Probenkammer 9, und die Mikrowelle 4 (2,45 GHz), die durch den Wellenleiter 3 in die Entladungsröhre 2 eintritt, breitet sich daher durch einen Bereich im Inneren der Entladungsröhre 2 hindurch aus, in dem die magnetische Flußdichte die magnetische Flußdichte der Resonanzbedingung übersteigt. Während die Mikrowelle in die Probenkammer 9 eintritt und sich der Resonanz-Bedingungs- Position annähert, werden unter dem Einfluß der Elektronenzyklotronresonanz Ionisation und Anregung wirksam, und im Verhältnis dazu wird die Plasmadichte bei der Probenposition erhöht, um eine Plasmaerzeugungs-Wahrscheinlichkeit zu schaffen, die bei der Resonanzposition maximiert wird. Aufgrund der im Uhrzeigersinn zirkularen Polarisationsart, die zum Erzeugen von Elektronenzyklotronresonanz wirksam ist, wird die Mikrowelle, die die Tendenz zeigt, durch den Bereich hoher magnetischer Flußdichte zu laufen und sich in einem Magnetfeld auszubreiten, das eine magnetische Flußdichte aufweist, die kleiner ist als die magnetische Flußdichte der Resonanzbedingung (87,5 mT in dieser Ausführungsform), begrenzt und am Ausbreiten gehindert, mit der Folge, daß ein Anteil der Mikrowelle, der nicht durch die Resonanz in dem Plasma absorbiert wurde, an der Resonanz-Bedingungs-Position reflektiert wird. Es folgt daraus, daß beinahe keine Plasmaerzeugung in dem Bereich geringer magnetischer Flußdichte stattfindet, der von der Resonanzposition in Richtung des Probenständers versetzt ist. Das Plasma, das die Oberfläche der Probe 7 erreicht, enthält Plasma, das durch eine mit dem allmählich abnehmenden Magnetfeld verbundene Polaritätsdiffusion ausgehend von der Resonanzposition zum Probenständer 8 hin transportiert wurde, sowie Atome und Moleküle des Materiegases 10, das in der Nähe der Resonanzposition zugeführt und von dem Plasmafluß ionisiert und angeregt wird. Dementsprechend zeitigt die Verteilung der Plasmadichte ausgehend von der Resonanzposition zum Probenständer 8 hin eine abrupte Abnahme. Jedoch kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Abstand zwischen der Resonanzposition und der Probenoberfläche derart geregelt werden, daß er minimiert wird oder im Extremfall auf null gesetzt wird, so daß die Probenoberfläche vor einer Position angeordnet werden kann, bei der die Plasmadichte damit beginnt, abrupt abzunehmen. Als Folge davon wird die Bearbeitungsrate, die im wesentlichen proportional zur Elektronendichte in der Nähe der Oberfläche der Probe 7 ist, nicht verringert, und außerdem kann die Ionendichte, die zu dem Beschuß mit Ionen beiträgt, der die Verdichtung der abgeschiedenen Schichten beeinflußt, passend ausgewählt werden, wodurch sichergestellt ist, daß innerhalb eines kurzen Zeitraumes eine dünne Schicht von hoher Güte abgeschieden werden kann. Der Betrag des magnetischen Flusses aufgrund der Magnetfeldspule 1 der vorliegenden Ausführungsform wird offensichtlich so ausgewählt, um die Resonanz-Bedingungs-Position zu schaffen, die in der Probenkammer 9 liegt.
Fig. 9 zeigt die Abscheiderate zum Abscheiden dünner Schichten auf der Probenoberfläche mittels des Gerätes der vorliegenden Ausführungsform. Es werden Werte unter der Bedingung gemessen, daß die Schichtzusammensetzung konstant ist. In Fig. 9 stellt die untere Abszisse die Form der Verteilung der magnetischen Flußdichte dar, in bezug auf die in Fig. 8 gezeigten Kurven 1 bis 4, die obere Abszisse stellt entsprechend den jeweiligen Punkten 1 bis 4 in willkürlicher Skala das Elektronendichteverhältnis an der Probenoberfläche dar, und die Ordinate stellt das Abscheideratenverhältnis in willkürlicher Skala dar. Fig. 9 zeigt deutlich, daß die Elektronendichte erhöht wird, wenn sich die Resonanzposition in der Probenkammer befindet, wie mit Hilfe der Punkte 1 und 2 in Fig. 9 angegeben, um insbesondere im Verhältnis zum Grad der Annäherung der Resonanzposition an die Oberfläche der Probe 7 das Abscheideratenverhältnis zu erhöhen.
Fig. 10 zeigt das Ätzratenverhältnis, das die Verdichtung dünner Schichten darstellt, die auf der Probenoberfläche mittels des Gerätes der vorliegenden Ausführungsform abgeschieden werden, wobei die untere Abszisse die Form der Verteilung der magnetischen Flußdichte darstellt, in bezug auf die in Fig. 8 gezeigten Kurven 1 bis 4, die obere Abszisse die magnetische Flußdichte am Rand der Entladungsröhre 2 darstellt, der an der Grenze zwischen der Entladungsröhre 2 und der Probenkammer 9 liegt, in bezug auf den Betrag ue der magnetischen Flußdichte bei der Resonanz-Bedingungs-Position, und die Ordinate das Ätzratenverhältnis in willkürlicher Skala darstellt. Fig. 10 zeigt deutlich, daß das Ätzratenverhältnis klein ist, wenn die Resonanzposition in die Probenkammer 9 gezogen wird, wie mit Hilfe der Punkte 1 und 2 in Fig. 10 angegeben, um nachzuweisen, daß sehr dichte Schichten erstellt werden und die Plasmadichte in der Nähe der Probenoberfläche hoch ist, um ausreichende Wirkung des Beschusses mit Ionen während des Schichtabscheidens herbeizuführen.
Wie oben beschrieben kann erfindungsgemäß das Plasma hoher Dichte in der Nähe der Probenoberfläche erzeugt werden, und es können sehr dichte Dünnschichten bei hohen Abscheideraten erstellt werden, indem ausgehend von der Entladungsröhre zum Probenständer hin die monoton abnehmende Form der Verteilung der magnetischen Flußdichte ermöglicht wird, und indem die Position, bei der das Magnetfeld der ECR-Bedingung erzeugt wird, wenigstens teilweise in der Probenkammer festgelegt wird.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

In Fig. 11 ist ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im Vergleich mit der Ausführungsform aus Fig. 7 enthält diese zweite Ausführungsform aus Fig. 11 zusätzlich eine außerhalb der Probenkammer 9 angeordnete ergänzende Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 (bzw. Magnetfelderzeugungsmittel) zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der Probenkammer 9, das unterstützend wirkt, um die Position, bei der das Magnetfeld der ECR-Bedingung erzeugt wird, in der Probenkammer 9 festzulegen. Fig. 12 zeigt eine Verteilung der magnetischen Flußdichte in der Achsenrichtung des Gerätes aus Fig. 11. In Fig. 12 stellt die gestrichelte Kurve 6 eine Verteilung der magnetischen Flußdichte dar, die nur mit der in Fig. 11 gezeigten Magnetfeldspule 1 erreicht wird, und stellt die gestrichelte Kurve 7 eine Verteilung der magnetischen Flußdichte dar, die nur mit der ergänzenden Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 erreicht wird.
In dem Gerät aus Fig. 11 werden dementsprechend die Kurven 6 und 7 übereinandergelegt, um eine Verteilung der magnetischen Flußdichte zu schaffen, welche mit Hilfe der durchgezogenen Kurve 5 in Fig. 12 dargestellt ist, wodurch die Position des ECR-Bedingungs-Magnetfeldes in Fig. 20 in Pfeilrichtung gezogen wird, um sie in der Probenkammer 9 festzulegen. Die ergänzende Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 ist erforderlich, um eine magnetische Flußdichte eines Betrages von ungefähr 5 mT oder mehr zu liefern, welche wirksam ist, um die Resonanz-Bedingungs-Position in der Probenkammer 9 festzulegen. In dieser Ausführungsform ist vorteilhaft, daß die Magnetfeldspule 1 in der Größe vermindert werden kann, um die gleiche Wirkung wie mit der Ausführungsform aus Fig. 7 zu erzielen, und zusätzlich kann durch Regeln der ergänzenden Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 die Position des Resonanz-Bedingungs-Magnetfeldes einstellbar bewegt werden, ohne die von der Magnetfeldspule 1 erzeugte Magnetfeld-Verteilung im Inneren der Entladungsröhre 2 stark zu beeinflussen, und es können der Radius und die Dichte des Plasmas, das durch die ergänzende Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 angezogen wird, eingestellt werden.

DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 13 stellt ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dar, wobei die gleiche ergänzende Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 wie diejenige, die in der Ausführungsform aus Fig. 11 verwendet wird, außerhalb der Probenkammer 9 im wesentlichen in einer Zwischenstellung zwischen Entladungsröhre 2 und Probenkammer 9 angeordnet ist. Fig. 14 zeigt eine Verteilung der magnetischen Flußdichte in der Achsenrichtung des Gerätes aus Fig. 13. In dieser Ausführungsform werden ein Magnetfeld infolge der Magnetfeldspule, wie mittels der gestrichelten Kurve 9 in Fig. 14 dargestellt, und ein Magnetfeld infolge der ergänzenden Magnetfelderzeugungseinrichtung 21, wie mittels der gestrichelten Kurve 10 in Fig. 14 daifgestellt, miteinander überlagert, um so eine Verteilung der magnetischen Flußdichte zu schaffen, wie mittels der durchgezogenen Kurve 8 in Fig. 14 dargestellt ist. Somit wird mit der dritten Ausführungsform die gleiche Wirkung erzielt wie mit der zweiten Ausführungsform aus Fig. 11.

VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM

Wie in Fig. 15 dargestellt, weist eine vierte Ausführungsform der Erfindung eine ergänzende Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 auf, die im Inneren der Probenkammer 9 angeordnet ist, um die gleiche Wirkung wie mit den vorhergehenden Ausführungsformen zu erzielen.

FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM

Wie in Fig. 16 dargestellt, weist eine fünfte Ausführungsform der Erfindung einem ergänzende Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 auf, die an der Rückseite des Probenständers 8 in der Probenkammer 9 angeordnet ist, wobei die gleiche Wirkung wie mit den vorhergehenden Ausführungs formen erzielt wird.

SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Wie in Fig. 17 dargestellt, weist eine sechste Ausführungsform der Erfindung eine ergänzende Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 auf, um die Aufgabe des Probenständers 8 in der Probenkammer 9 zu übernehmen und als ein Probenständer 8a mit ergänzender Magnetfelderzeugüngseinrichtung zu dienen. Mit Hilfe der sechsten Ausführungsform, die wie oben angegeben aufgebaut ist, kann ebenfalls die gleiche Wirkung wie mit den vorhergehenden Ausführungsformen erzielt werden.

SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM

Eine siebte Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 18 dargestellt, wirkt als Ätzgerät. Das Plasmagas 6 dient ebenfalls als Ätzgas. Da die Position des Resonanz-Bedingungs- Magnetfeldes, bei der die Plasmaerzeugungs-Wahrscheinlichkeit hoch ist, mit Hilfe der ergänzenden Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 so eingestellt werden kann, daß sie sich in der Probenkammer 9 befindet, insbesondere zwischen den in Fig. 18 gezeigten Positionen a und b , kann die ordnungsgemäße Ätzbedingung für die zu bearbeitende Probe 7 vorteilhaft eingestellt werden.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird das Magnetfeld so beschrieben, daß es die Form einer Verteilung der magnetischen Flußdichte aufweist, welche im wesentlichen ausgehend vom Entladungsraum, in den die Mikrowelle eintritt, zum Probenständer hin monoton abnimmt, zusammenfassender gesagt, die Verteilung kann so gebildet werden, um zu verhindern, daß die Resonanz-Bedingungs-Position auf einer gekrümmten Oberfläche in der Probenkammer liegt. Als weitere Möglichkeit kann der Abstand zwischen der Probe und der Resonanz-Bedingungs- Position durch Bewegen des Probenständers verkleinert werden. In dem Gerät der vorhergehenden Ausführungsformen ist der Druck in der Plasmaerzeugungskammer nicht auf 1,33 Pa (1 x 10&supmin; ² Torr) oder weniger beschränkt, im Gegensatz zu dem Gerät des Standes der Technik, welches in Verbindung mit den Fig. 1 bis 6 beschrieben wurde.
Da bei dem mit einem Plasma arbeitende Gerät gemäß der vorherigen Ausführungsformen die Verteilung der magnetischen Flußdichte so gebildet ist, daß sie monoton abnimmt, und sich die Position des ECR-Bedingungs-Magnetfeldes, bei der die Plasmaerzeugungs-Wahrscheinlichkeit hoch ist, in der Probenkammer befindet, und außerdem der Abstand zwischen der Position zur Erzeugung von Plasma hoher Dichte und der Probenoberfläche verkleinert wird, kann eine sehr wirksame Bearbeitung mit dem Plasma erzielt werden, wobei das Plasma hoher Dichte zur Probenoberfläche transportiert werden kann, um dünne Schichten von hoher Güte bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten zu erstellen.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die für das oben erwähnte zweite Merkmal relevant ist.
Das Reaktionsgas wird durch Mikrowellen-Plasma-Entladung aktiviert, am wirksamsten insbesondere in der Nähe der ECR-Position. Eine aktivierte Spezies, die dabei erzeugt wird, weist aufgrund von Energiedispersion einen Verlust ihrer Aktivität auf, oder gelegentlich wird sie infolge ihres Zusammenstoßens mit anderen Teilchen deaktiviert. Dementsprechend kann ein verringerter Abstand zwischen der zu bearbeitenden Substrat- oder Probenoberfläche und der ECR-Position es zulassen, daß die aktivierte Plasmaspezies das Substrat erreicht, während die Aktivität der aktivierten Plasmaspezies auf hohem Niveau gehalten wird. Dies führt zu einer in hohem Maße wirksamen Bearbeitung mit dem Plasma und zu verbesserten Bearbeitungseigenschaften. Wenn die Abscheidung einer Schicht auf dem Substrat vorgenommen wird, ist beispielsweise die Wahrscheinlichkeit, daß die Moleküle oder Atome in dem Plasma keine Haufen bilden bzw. die einzelnen Moleküle oder Atome als Einzelteilchen bestehenbleiben, umso höher, je höher die Schwingungskraft zwischen mit Hilfe von Elektronenenergie gebundenen Atomen und die Rotations- und Translationsenergie der ab zuscheidenen Moleküle oder Atome sind. Unter dieser Bedingung nähert sich die abgeschiedene Schicht vorteilhaft einer Schicht an, die mit Hilfe thermischer chemischer Reaktion erstellt wird. Aufgrund der hohen kinetischen Energie weist des weiteren die aktivierte Spezies, die auf dem Substrat abgeschieden wird, eine hohe Wahrscheinlichkeit ihrer Neuanordnungs- und Neuausrichtungsbewegung auf, in Richtung einer vorher auf dem Substrat vorhandenen molekularen Schicht, bis die Energie der aktivierten Spezies bei einem Ziel der Neuanordnungs- und Neuausrichtungsbewegung minimiert wird. Daher können Verdichtung und Kristallinität der abgeschiedenen Schicht erhöht werden. Zusätzlich wird das stöchiometrische Verhältnis der abgeschiedenen Schicht demjenigen Verhältnis einer mit Hilfe von thermischer chemischer Reaktion erstellten Schicht angenähert.
Wenn andererseits die Magnetfeldverteilung B(Z), wobei Z eine Koordinatenposition in einem Koordinatensystem der Vakuum-Kammer-Mittelachsen ist, das positiv ist in der Plasmaflußrichtung, nicht monoton abnimmt, gibt es eine Position, die db/dZ > 0 erfüllt und bei der die Mikrowelle am Ausbreiten gehindert wird, und der Erzeugungs- oder Produktions- Wirkungsgrad der aktivierten Plasmaspezies wird nachteilhaft erniedrigt.

ACHTE AUSFÜHRUNGSFORM

Ein mit einem Plasma arbeitendes Gerät gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 19 schematisch dargestellt. Das Gerät enthält ,eine Plasmaerzeugungskammer 104, einen Mikrowellenleiter 107 (ein Oszillator für eine Mikrowelle ist nicht dargestellt), ECR-Magnetfeldspulen 109 und 113, eine Bearbeitungs(Proben)-Kammer 102, ein Evakuierleitungsrohr 112 (ein Evakuiersystem ist nicht dargestellt), Reaktionsgas-Zuführungsdüsen 105 und 111 (ein Reaktionsgas-Zuführungssystem ist nicht dargestellt) und einen Substrathalter (Probenständer) 103. Die Plasmaerzeugungskammer 104 ist aus farblosem Quartz hergestellt und weist einen Durchmesser von 240 mm und eine Länge von 250 mm auf, wobei ihre Kegel spitze als ein Mikrowelleneintrittsfenster 108 dient. Die ECR-Magnetfeldspulen 109 und 113 umgeben jeweils die Plasmaerzeugungskammer und die Bearbeitungskammer und sind betreibbar, um in der Plasmaerzeugungskammer ein Maximum der magnetischen Flußdichte von 0,26 T (2,6 K Gauß) zu schaffen. Die Spulen 109 und 113 sind jeweils in drei und zwei Teilspulen unterteilt, die einzeln geregelt werden können, um die magnetische Flußdichte einzustellen. Die Bearbeitungskammer 102 ist aus nichtrostendem Stahl hergestellt und weist einen Durchmesser von 240 mm auf. Der Substrathalter 103, der einen Durchmesser von 120 mm aufweist und in der Bearbeitungskammer aufgestellt ist, ist aus Aluminium hergestellt, und seine Position ist entlang der Plasmafluß-Richtung (in der rechten und linken Richtung in der Zeichnung) variierbar. Fig. 20 zeigt graphisch Verteilungen der magnetischen Flußdichte in der Mikrowellenausbreitungsrichtung. Verschiedene Verteilungen j bis m können durch Regeln der ECR-Magnetfeldspulen 109 und 113 erzeugt werden, und der Abstand zwischen dem Substrat und der ECR-Position kann durch regulierbares Einstellen der Position des Substrathalters 103 eingestellt werden.
Als zu bearbeitendes Substrat 101 wird ein Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 100 mm verwendet, und eine Siliziumoxid-Schicht wird auf dem Wafer erzeugt. Sauerstoff wird bei einer Durchsatzrate von 40 ml/min durch das erste Gaseinlaßrohr 105 in die Plasmaerzeugungskammer 104 eingelassen, und eine Mikrowelle 106 von 2,45 GHz, die sich durch den Wellenleiter 107 hindurch ausbreitet, tritt durch das Mikrowelleneintrittsfenster 108 in die Plasmaerzeugungskammer 104 ein. Anschließend wird ein Magnetfeld von 87,5 mT oder mehr von den Spulen 109 und 113 zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes erzeugt, welche Spulen beide außerhalb und konzentrisch mit der Plasmaerzeugungskammer angeordnet sind, um einen Plasmafluß 110 zu erzeugen, und Monosiliziumwasserstoff (SiH&sub4;) wird bei einer Durchsatzrate von 6 ml/min durch das zweite Gaseinlaßeinlaßrohr 111 in die Bearbeitungskammer 102 eingelassen, die mit Hilfe des Evakuiersystems bis zu einem verminderten Druck von 0,13 Pa (1 m Torr) evakuiert wird. Die Verteilung der magnetischen Flußdichte wird durch Regeln der Betrages der Ströme eingestellt, die durch die Spulen 109 und 113 zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes geflossen sind, oder der Abstand zwischen der ECR-Position und dem zu bearbeitenden Substrat wird einstellbar verändert durch Einstellen der Position des Substrathalters. Mit Bezug auf den ECR-Position/Substrat-Abstand d sind die SiO&sub2;-Schicht-Abscheiderate und der Streuungsbetrag der Abscheiderate in dem Substrat in den Fig. 21a und 21b graphisch dargestellt, sind die Atzrate für die unter Ätzen mit einer Pufferätzlösung (ein Gemisch aus 1-mol HF und 6-mol NH&sub4;F) abgeschiedene Schicht und der Streuungsbetrag der Ätzrate in dem Substrat in den Fig. 21c und 21d graphisch dargestellt, sind der Brechungsindex der abgeschiedenen Schicht und der Streuungsbetrag des Brechungsindex in dem Substrat in den Fig. 21e und 21f graphisch dargestellt, und sind das durch Augerelektronen-Spektroskopie gemessene Si/O-Atomverhältnis in der abgeschiedenen Schicht und der Streuungsbetrag des Si/O-Atomverhältnisses in dem Substrat in den Fig. 21g und 21h graphisch dargestellt. In diesen Figuren stellen gestrichelte Kurven Ergebnisse dar, die erhalten werden, wenn das Substrat in der Plasmaerzeugungskammer positioniert ist. Fig. 21a zeigt, daß die Abscheiderate in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 150 mm relativ hoch ist, insbesondere fängt sie an, ungefähr bei d - 100 mm zuzunehmen, und Fig. 21b zeigt, daß der Streuungsbetrag der Abscheiderate in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 70 mm klein ist, was auf ausgezeichnete Gleichmäßigkeit hinweist. Fig. 21c zeigt, daß die Ätzrate in dem Bereich niedrig ist, der sich über einen Abstand d von 150 mm oder weniger erstreckt, was darauf hinweist, daß in diesem Bereich Schichten hoher Verdichtung erstellt werden können, und Fig. 21d zeigt, daß in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 70 mm ausgezeichnete Gleichmäßigkeit erreicht werden kann. Fig. 21e zeigt, daß die abgeschiedene Schicht in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 150 mm einen Brechungsindex aufweist, der ungefähr gleich demjenigen Brechungsindex einer mit Hilfe thermischer Oxidation erstellter Schicht ist, und Fig. 21f zeigt, daß in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 70 mm ausgezeichnete Gleichmäßikeit erreicht werden kann. Fig. 219 zeigt, daß das Si/O-Atomverhältnis in dem Bereich, der sich über einen Abstand d von 0 (null) oder mehr erstreckt, 0,5 beträgt, und Fig. 21h zeigt, daß die Gleichmäßigkeit ausgezeichnet ist.
Wenn der Abstand d zwischen der ECR-Position und dem zu bearbeitenden Substrat in der Bearbeitungskammer verändert wird, indem die Position des Substrathalters geregelt wird, während die Verteilung der magnetischen Flußdichte unverändert gehalten wird, können die gleichen Ergebnisse wie die oben beschriebenen Ergebnisse erreicht werden. Wenn das Substrat in der Plasmabearbeitungskammer positioniert ist, im spezielleren zwischen dem ersten und dem zweiten Gaseinlaßrohr, unterscheiden sich die Ergebnisse von denjenigen Ergebnissen, die bei dem Substrat erhalten werden, das in der Bearbeitungskammer positioniert ist, wie in den Fig. 21a bis 21h mit Hilfe der gestrichelten Kurven dargestellt, die insbesondere eine Abnahme in der Abscheiderate und eine verschlechterte Verteilung der Abscheiderate zeitigen. Im Hinblick auf die oben beschriebenen experimentellen Daten, die sich auf den Abstand zwischen der ECR-Position und dem zu bearbeitenden Substrat beziehen, kann gefolgert werden, daß eine abgeschiedene Schicht erstellt werden kann, die die mit den obigen Daten vergleichbare ausgezeichnete Beschaffenheit aufweist. Das bedeutet, daß die Eigenschaft der Schichtabscheidung durch Mikrowellen-Plasma-Entladung stark von dem Maximumerzeugungs-Bereich für die aktivierte Spezies des Plasmas abhängt, das heißt, von dem Abstand zwischen der ECR-Position und dem Substrat in dem Gerät. Des weiteren ergibt sich, daß der erwünschte Wert des Abstandes d der unabhängig ist vom Einfluß der Deaktivierung der aktivierten Spezies infolge ihrer Lebensdauer und Wechselwirkung, wie etwa Zusammenstöße mit inaktiven Molekülen, geringer ist als die mittlere freie Weglänge der aktivierten Spezies. Weiterhin wurde nachgewiesen, daß in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 70 mm die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schichten und Schichtbeschaffenheit ausgezeichnet ist, und dieser Bereich koinzidiert mit dem Bereich der Deaktivierungszeit einer derartigen aktivierten Spezies wie SiH&sub2;&spplus; des Monosiliziumwasserstoffs. In dem letzteren Bereich entspricht der Bereich der Deaktivierungszeit dem Bereich der Lebensdauer, wobei die aktivierte Spezies innerhalb der Lebensdauer einen Übergang aus einem hoch angeregten Zustand in den Grundzustand der Nullelektronenenergie durchführt.

NEUNTE AUSFÜHRUNGSFORM

In dem in Fig. 19 dargestellten Gerät wird der Plasmaerzeugungskammer Stickstoffgas bei einer Durchsatzrate von 40 ml/min durch das erste Gaseinlaßrohr zugeführt, der Operationskammer wird Monosiliziumwassersstoff (SiH&sub4;) bei einer Durchsatzrate von 6 ml/min durch das zweite Gaseinlaßrohr zugeführt, und eine Si&sub3;N&sub4;-Schicht wird in der Bearbeitungskammer, die auf einen Druck von 0,13 Pa (1m Torr) evakuiert ist, abgeschieden. Ergebnisse werden in den Fig. 22a bis 22h graphisch dargestellt. Wie in dem Fall der SiO&sub2;-Schicht-Abscheidung, der mit Bezug auf die Fig. 21a bis 21h beschrieben wurde, hängen die Abscheiderate, die Ätzrate für die Schicht, der Brechungsindex, das stöchiometrische Verhältnis, und deren Streuungsbeträge in dem Substrat stark von dem Abstand d zwischen der ECR-Position und dem Substrat ab. In dem Bereich, der einen Abstand d von null oder mehr umfaßt, ist das stöchiometrische Verhältnis (Si/N-Molverhältnis) konstant, und in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 150 mm können die gleiche oder ungefähr gleiche Ätzrate für die abgeschiedene Schicht und der gleiche oder ungefähr gleiche Brechungsindex der Schicht wie diejenige Ätzrate bzw. derjenige Brechungsindex einer stickstoffhaltigen thermischen Schicht erreicht werden, und die Abscheiderate ist hoch. In dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 70 mm ist wie in dem Fall der abgeschiedenen SiO&sub2;-Schicht die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht in dem Substrat relativ hoch.

ZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM

In dem in Fig. 19 gezeigten Gerät wird der Plasmaerzeugungskammer durch das erste Gaseinlaßrohr ein Wasserstoffgas zugeführt, der Bearbeitungskammer wird durch das zweite Gaseinlaßrohr ein Monosiliziumwasserstoff (SiH&sub4;)-Gas zugeführt, und eine polykristalline Siliziumschicht wird im Inneren der Bearbeitungskammer durch Beibehalten des Substrates bei einer Temperatur von 320ºC abgeschieden. Ergebnisse werden in den Fig. 23a und 23b graphisch dargestellt. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 150 mm die Abscheiderate hoch ist und die durch Röntgenstrahlbeugung untersuchte Kristallkorngröße des polykristallinen Siliziums groß ist, womit ausgezeichnete Kristallinität gezeitigt ist.

ELFTE AUSFÜHRUNGSFORM

In dem Gerät aus Fig. 19 wird Wasserstoffgas durch das erste Gaseinlaßrohr zugeführt, wird Wolframhexafluorid (WF&sub6;)- Gas durch das zweite Gaseinlaßrohr zugeführt, und eine Wolframschicht wird im Inneren der Bearbeitungskammer, die einen verminderten Druck von 0,04 Pa (0,3 m Torr) aufweist, abgeschieden.
Wie in den Fig. 24a und 24b graphisch dargestellt, kann in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 150 mm eine Schicht mit geringem Widerstand wirksam abgeschieden werden, welche Schicht einen spezifischen Widerstand von 4,0 uΩ/cm aufweist, der ungefähr gleich demjenigen spezifischen Widerstand eines Bahnwiderstandes ist. Bei dem verminderten Druck weist eine aktivierte WH&sub6;-Spezies innerhalb ihrer Lebensdauer eine mittlere freie Weglänge auf, die ungefähr gleich derjenigen mittleren freien Weglänge einer aktivierten SiH&sub4;-Spezies ist, und die Beschaffenheit der abgeschiedenen Schicht erweist sich in dem Bereich der Deaktivierungszeit als ausgezeichnet.

ZWÖLFTE AUSFÜHRUNGSFORM

In dem Gerät aus Fig. 19 wird ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Stickstoff durch das erste Gaseinlaßrohr zugeführt, Trichloraluminium (Alcl&sub3;), das von einem N&sub2;-Träger mitgeführt wird, wird durch das zweite Gaseinlaßrohr zugeführt, und Aluminiumnitrid wird im Inneren der Bearbeitungskammer abgeschieden. Meßergebnisse der Abscheiderate und Durchschlagsspannung der abgeschiedenen Schicht sind in den Fig. 25a und 25b graphisch dargestellt. In dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 150 mmm kann ein ausgezeichneter Isolator mit einer Durchschiagsspannung von 5 MV/cm oder mehr wirksam erstellt werden. Die Oberflächenzustandsdichte dieser abgeschiedenen Schicht ist ausgezeichnet, wobei 10¹&sup0; cm&supmin;² gemessen werden.

DREIZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM

In dem Gerät aus Fig. 19 wird Schwefelhexafluorid (SF&sub6;)-Gas durch das erste Gaseinlaßrohr zugeführt, um so polykristallines Silizium zu ätzen. Meßergebnisse der Ätzrate für das polykristalline Silizium und des Ätzungs-Auswahlverhältnisses (Si/SiO&sub2;) sind in den Fig. 26a und 26b graphisch dargestellt. In dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 150 mm kann das polykristalline Silizium sehr gezielt und wirksam geätzt werden.
Die vorhergehenden achten bis dreizehnten Ausführungsformen zeigen, daß der Wirkungsgrad der Bearbeitung mit Mikrowellen und die Beschaffenheit der abgeschiedenen Schichten stark von dem Abstand d zwischen der ECR-Position und dem zu bearbeitenden Substrat abhängen, das heißt, von der Lebensdauer der plasmaaktivierten Spezies und dem Deaktivierungsgrad der Elektronenenergie der aktivierten Spezies infolge von Wechselwirkung, wie etwa Zusammenstoß mit einer inaktiven Spezies, oder dem Grad der Abnahme von Schwingungs-, Rotations- und Translationsenergie, und als Folge davon können in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 150 mm die ausgezeichnete Abscheiderate und Schichtbeschaffenheit erhalten werden. Insbesondere ergeben sich in dem Bereich des Abstandes d von 0 bis 70 unter dem Einfluß der Verteilungen der Lebensdauer der aktivierten Plasmaspezies und des Deaktivierungsgrades hohe Gleichmäßigkeit der Abscheiderate und Schichtgüte.
Gemäß dieser Ausführungsformen wird somit der Abstand zwischen der ECR-Position und dem Substrat kleiner als 150 mm gemacht, wodurch sichergestellt ist, daß die Schichtabscheiderate bei der Bearbeitung mit Mikrowellen und einem Plasma verbessert werden kann, um eine konsequente Verbesserung im Durchsatz zu verwirklichen, und daß Schichten, deren Kristallinität und Verdichtung vergleichbar ist mit der Kristallinität und Verdichtung von Schichten, die mit Hilfe von chemischer Reaktion bei hoher Temperatur erstellt werden, sogar bei tiefen Temperaturen auf dem bearbeiteten Substrat abgeschieden werden können.
Die vorhergehenden Ausführungsformen wurden mit Hilfe eines Beispiels der ECR-Bedingungs-Position beschrieben, deren Verteilung so gebildet wird, daß sie auf einer gekrümmten Oberfläche liegt.
Bei den Ausführungsformen, die anschließend beschrieben werden sollen, wird insbesondere die Verteilungsform der Resonanz-Bedingungs-Position diskutiert.
Die folgenden Ausführungsformen sind somit relevant für das oben erwähnte dritte Merkmal der vorliegenden Erfindung.
Das Elektron weist eine Rotationskreisfrequenz ωe auf, die bekanntlich ωe = eB/me in dem statischen Magnetfeld beträgt, wobei ω die Kreisfrequenz einer verwendeten Mikrowelle, B die magnetische Flußdichte eines statischen Magnetfeldes und me die Elektronenmasse ist. Wenn die Bedingung ω = ωe erfüllt ist, wird dem Elektron kontinuierlich Energie der Mikrowelle zugeführt, und der Plasmaionisations- Wirkungsgrad wird beträchtlich erhöht. Als Folge davon wird der Erzeugungs-Wirkungsgrad einer aktivierten Spezies des Plasmas ebenfalls beträchtlich erhöht. Insbesondere da, wo das Magnetfeld ein divergentes Magnetfeld ist, das eine Verteilung der magnetischen Flußdichte in der Achsenrichtung des Gerätes aufweist, wobei der Betrag der magnetischen Flußdichte am Rand der Plasmaerzeugungskammer maximal ist und zur Bearbeitungskammer hin monoton abnimmt, wird eine ECR- Oberfläche, die im wesentlichen orthogonal zum Plasmafluß steht, an einer Position im Inneren des Gerätes aufgebaut, bei der B (Z, r) = ωe me/e erfüllt ist, wenn die Hauptmode einer Verteilung eines elektrischen Feldes der Mikrowelle gleich der TE&sub0;&sub1;-Mode ist. In der obigen Formel ist Z eine Koordinatenposition in einem Koordinatensystem der Vakuum- Kammer-Mittelachsen, das positiv ist in der Plasmaflußrichtung, ist r der Radius der Rotationsbewegung des Elektrons und ist e die elektrische Ladung des Elektrons.
Da die einfallende Mikrowelle weitere Moden der Verteilung des elektrischen Feldes enthält und die Ausbreitungsoberfläche Unregelmäßigkeiten in bezug auf die Durchlässigkeit aufweist, wird die ECR-Oberfläche tatsächlich zu einem wirksamen ECR-Bereich mit einer ECR-Wirkungsgrad-Verteilung in der Ausbreitungsrichtung erweitert. In der Nähe dieses wirksamen ECR-Bereiches wird ein Bereich eines hohen Erzeugungswirkungsgrad der aktivierten Plasmaspezies aufgebaut, welcher eine Verteilung ähnlich der ECR-Wirkungsgrad-Verteilung aufweist. Wenn der Bereich eines hohen Erzeugungswirkungsgrades vergrößert werden kann, können dementsprechend die Konzentration der aktivierten Plasmaspezies und somit der Bearbeitungswirkungsgrad für das bearbeitete Objekt erhöht werden. Die Eigenschaften der Bearbeitung mit einem Plasma betreffend, ist beispielsweise, wenn die Abscheidung einer Schicht auf dem Substrat vorgenommen wird, die Wahrscheinlichkeit, daß in dem Plasma die Moleküle oder Atome keine Haufen bilden und die Einzelteilchen-Konzentration zunimmt, umso höher, je größer das Niveau und die Wirkungsdauer der Elektronenenergie, Energie der Schwingung zwischen gebundenen Atomen und Rotations - und Translationsenergie von Molekülen oder Atomen sind. Unter dieser Bedingung kann die abgeschiedene Schicht der Stöchiometrie der thermischen chemischen Reaktion angenähert werden. Wenn eine aktivierte Spezies mit der obigen hohen kinetischen Energie abgeschieden wird, weist diese aktivierte Spezies des weiteren eine hohe Wahrscheinlichkeit ihrer Neuanordnungs - und Neuausrichtungs-Bewegung in Richtung einer molekularen oder atomaren Schicht auf, die auf dem Substrat vorher existiert, bis die Energie der aktivierten Spezies bei einem Ziel der Neuanordnungs- und Neuausrichtungs-Bewegung minimiert wird. Je höher die Konzentration der abgeschiedenen aktivierten Spezies mit der hohen kinetischen Energie ist, desto mehr können daher die Verdichtung und Kristallinität der abgeschiedenen Schicht verbessert werden. Zusätzlich wird das stöchiometrische Verhältnis der abgeschiedenen Schicht demjenigen stöchiometrischen Verhältnis einer durch thermische chemische Reaktion erstellten Schicht angenähert.
Durch Verringern des Abstandes zwischen dem ECR-Bereich und dem bearbeiteten Substrat kann zusätzlich der Deaktivierungsgrad der aktivierten Plasmaspezies infolge zwischenmolekularer Wechselwirkung, basierend etwa auf Zusammenstößen, vermindert werden, und es ist daher zu erwarten, daß die Bearbeitung wirksamer und genauer durchgeführt werden kann.
Wenn andererseits die Verteilung des Magnetfeldes B (Z) nicht monoton abnimmt, wird die Mikrowelle am Ausbreiten bei einer Position gehindert, die db/dZ > 0 erfüllt, und der Produktions-Wirkungsgrad der aktivierten Plasmaspezies wird nachteilig erniedrigt.

VIERZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM

Der wesentliche Teil eines mit einem Plasma arbeitenden Gerätes gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 27 schematisch dargestellt. Das Gerät enthält eine Plasmaerzeugungskammer 204, einen Mikrowellenleiter 207 (ein Oszillator für eine Mikrowelle 206 ist nicht dargestellt), ECR-Magnetfeldspulen 209, eine Bearbeitungskammer 202, ein Evakuierleitungsrohr 212 (ein Evakuiersystem ist nicht dargestellt), Reaktionsgas-Zuführungsdüsen 205 und 211 (ein Reaktionsgas-Zuführungssystem ist nicht dargestellt) und einen Substrathalter 203. Die Plasmaerzeugungskammer 204 ist aus farblosem Quartz hergestellt und weist einen Durchmesser von 240 mm und eine Länge von 250 mm auf, wobei ihre Kegelspitze als ein Mikrowelleneintrittsfenster 208 dient. Die ECR-Magnetfeldspulen 209 umgeben jeweils die Plasmaerzeugungskammer und die Bearbeitungskammer und sind betreibbar, um in der Plasmaerzeugungskammer ein Maximum der magnetischen Flußdichte von 0,3 T (3,0 K Gauß) zu schaffen. Die ECR-Magnetfeldspulen 209 sind jeweils in fünf und drei Teilspulen unterteilt. Betrag und Richtung der Ströme, die diesen Teilspulen zugeführt werden, können einzeln geregelt werden, um die magnetische Flußdichte einzustellen. Die Bearbeitungskammer 202 ist aus nichtrostendem Stahl hergestellt und weist einen Durchmesser von 240 mm auf. Der Substrathalter 203, der einen Durchmesser von 120 mm aufweist und in der Bearbeitungskammer aufgestellt ist, ist aus Aluminium hergestellt, und seine Position ist entlang der Plasmafluß-Ricntung (in der rechten und linken Richtung in der Zeichnung) variierbar. Verschiedene Verteilungen können durch Regeln der ECR-Magnetfeldspulen 209 und durch regulierbares Einstellen der Position des Substrathalters 203 aufgebaut werden, um den Abstand zwischen dem Substrat und der ECR-Position konstant zu halten (bei welcher Position die magnetische Flußdichte gleich dem magnetischen Fluß B&sub0; der Resonanzbedingung ist, unter der Annahme, daß die Mikrowellenausbreitung und -anregung gleichförmig sind und nur die TE&sub0;&sub1;-Mode der Mikrowelle berücksichtigt wird). Die Fig. 28a und 28b stellen graphisch Verteilungen der magnetischen Flußdichte B(Z) dar, wobei Z eine Koordinatenposition in einem Koordinatensystem der Vakuum-Kammer-Mittelachsen ist, das positiv in der Plasmaflußrichtung ist und dessen Ursprung im Falle von Fig. 28a bei dem Substrat und im Falle von Fig. 28b am Rand der Plasmaerzeugungskammer liegt. Insbesondere zeigt Fig. 28a Beispiele von Magnetfeldverteilungen, die erzeugt werden, wenn eine Verteilung vorherbestimmter Form verändert wird, indem die Magnetfeldstärke bei einer gleichförmigen Rate verändert wird, und Fig. 28b zeigt Beispiele von Magnetfeldverteilungen, die erzeugt werden, wenn eine Verteilung, die für ein im wesentlichen konstantes gemessenes B/Be-Verhältnis von ungefähr 1,1 erhalten wird, durch Verändern des Abstandes zwischen der ECR-Position und dem Substrat verändert wird.
Als zu bearbeitendes Substrat 208 wird ein Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 100 mm verwendet, und eine Siliziumoxid-Schicht wird auf dem Wafer erzeugt. Sauerstoff (O&sub2;) wird bei einer Durchsatzrate von 40 ml/min durch das erste Gaseinlaßrohr 205 in die Plasmaerzeugungskammer 204 eingelassen, eine Mikrowelle 206 von 2,45 GHz tritt in die Plasmaerzeugungskammer ein, ein Magnetfeld von 87,5 mT (875 Gauß) oder mehr wird von den Spulen 209 zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes erzeugt, um einen Plasmafluß 210 zu erzeugen, Monosiliziumwasserstoff (SiH&sub4;) wird bei einer Durchsatzrate von 6 ml/min durch das zweite Gaseinlaßeinlaßrohr 211 in die Bearbeitungskammer 202 eingelassen, die mit Hilfe des Evakuiersystems bis zu einem verminderten Druck von 0,13 Pa (1 m Torr) evakuiert wird. Die Verteilung der magnetischen Flußdichte wird durch Regeln der Betrages der Ströme eingestellt, die durch die Spulen 209 zur Erzeugung eines statischen Nagnetfeldes fließen. Eine SiO&sub2;-Schicht wird abgeschieden, indem, wie in Fig. 28a gezeigt, der Betrag der magnetischen Flußdichte erhöht wird, um so den ECR-Bereich zu ändern, oder indem, wie in Fig. 28b gezeigt, der Abstand zwischen dem Substrat und der ECR-Position verringert wird, während der Betrag der magnetischen Flußdichte im wesentlichen konstant gehalten wird. Fig. 29a stellt graphisch die Abhängigkeit der SiO&sub2;-Abscheiderate von der magnetischen Flußdichte dar, die den wirksamen ECR-Bereich beeinflußt, und Fig. 29b stellt graphisch die Abhängigkeit der Abscheiderate von der Länge des wirksamen ECR-Bereiches dar. Die Fehler in den Fig. 29a und 29b sind maximale Fehler für das gleiche Substrat. Fig. 29c stellt graphisch die Abhängigkeit der Ätzrate für die abgeschiedene Schicht unter Atzen mit einer Pufferätzlösung (ein Gemisch aus l-mol HF und 6-mol NH&sub4;F) von der magnetischen Flußdichte für den wirksamen ECR-Bereich dar, Fig. 29d stellt die Abhängigkeit der Ätzrate von der Länge des wirksamen ECR-Bereiches dar, Fig. 29e stellt die Abhängigkeit des optischen Brechungsindex der abgeschiedenen Schicht von der magnetischen Flußdichte dar, Fig. 29f stellt die Abhängigkeit des optischen Brechungsindex der abgeschiedenen Schicht von der Länge dar, Fig. 299 stellt die Abhängigkeit des durch Augerelektronen- Spektroskopie gemessenen Si/O-Molverhältnisses in der abgeschiedenen Schicht von der magnetischen Flußdichte dar, und Fig. 29h stellt die Abhängigkeit des Si/O-Molverhältnisses von der Länge dar. Der Wert von B/B&sub0; wird für den Abstand zwischen der ECR-Position und dem Substrat, der 100 mm beträgt, gemessen, und der Abstand Δl wird für B/B&sub0; ≈ 1,0 bis 1,1 gemessen.
Die Fig. 29a und 29b zeigen, daß für B/B&sub0; gleich 1,0 bis 1,1 und für Δl gleich 50 mm oder mehr die Abscheiderate in hohem Maße wirksam ist. Die Fig. 29c und 29d zeigen, daß ebenfalls für B/B&sub0; gleich 1,0 bis 1,1 und für Δl gleich 50 mm oder mehr die Ätzrate niedrig ist, was darauf hinweist, daß sich die abgeschiedene Schicht von hoher Verdichtung erweist. Des weiteren zeigen die Fig. 29e, 29f, 299 und 29h, daß für B/B&sub0; gleich 1,0 bis 1,1 und Δl gleich 50 mm oder mehr eine abgeschiedene Schicht erstellt werden kann, die mit einer thermisch oxidierten Schicht vergleichbar ist. Es wird daher gefolgert, daß der wirksame ECR-Bereich bei der Bearbeitung mit Mikrowellen und einem Plasma existiert, und daß durch Vergrößern des wirksamen ECR-Bereiches in hohem Maße wirksame Bearbeitungen und abgeschiedene Schichten hoher Güte erhalten werden können.

FÜNFZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM

In dem in Fig. 27 dargestellten Gerät wird der Plasmaerzeugungskammer Wasserstoff durch das erste Gaseinlaßrohr 205 zugeführt, Monosiliziumwasserstoff (SiH&sub4;)-Gas wird in die Bearbeitungskammer durch das zweite Gaseinlaßrohr 211 eingelassen, und eine polykristalline Siliziumschicht wird auf dem Substrat abgeschieden, das bei einer Temperatur von 320ºC belassen wird. Die Fig. 30a und 30b stellen graphisch die Ergebnisse dar, die zeigen, daß für B/Be gleich 1,0 bis 1,1 und Δl gleich 50 mm oder mehr die Abscheiderate hoch ist. In Untersuchungen auf der Basis von Röntgenstrahlbeugung wird nachgewiesen, daß das unter den obigen Bedingungen erstellte polykristalline Silizium eine große Korngröße aufweist, wie in den Fig. 30c und 30d gezeigt, womit ausgezeichnete Kristallinität gezeitigt ist.

SECHZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM

In dem Gerät aus Fig. 27 wird Schwefelhexafluorid (SF&sub6;) durch das erste Gaseinlaßrohr zugeführt, um eine polykristalline Siliziumschicht zu ätzen. Die Fig. 31a und 31b stellen Ergebnisse dar, die zeigen, daß wie in dem Fall der vierzehnten und fünfzehnten Ausführungsformen, für B/Be gleich 1,0 bis 1,1 und Δl gleich 50 mm oder mehr gezieltes Ätzen für polykristallines Siliziummaterial durchgeführt werden kann, welches erforderlich ist zum Ätzen von LST-Gate-Materialien.
Es ergibt sich aus den vorherigen vierzehnten bis sechzehnten Ausführungsformen, daß der Wirkungsgrad der Bearbeitung mit Mikrowellen und einem Plasma und die Bearbeitungseigenschaften stark von der Breite des wirksamen ECR-Bereiches abhängen. Dementsprechend kann die Konzentration der aktivierten Plasmaspezies durch Vergrößern des wirksamen ECR-Bereiches erhöht werden, um den Wirkungsgrad der Bearbeitungen mit einem Plasma zu verbessern, und daher können ausgezeichnete Beschaffenheit der abgeschiedenen Schichten oder ausgezeichnete Ätzeigenschaften erreicht werden, indem der Zustand hoher Energie der aktivierten Spezies für einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird, wodurch die Bearbeitung mit einem Plasma optimiert wird. Die obigen Vorteile können durch Erzeugen des kontinuierlichen Bereiches, in dem der Betrag der magnetischen Flußdichte das 1,0 bis 1,1-fache der für die theoretische ECR- Bedingung in der TE&sub0;&sub1;-Mode der Mikrowelle erforderlichen magnetischen Flußdichte beträgt, und durch Einstellen der Länge dieses Bereiches auf 50 mm oder mehr erzielt werden.
Somit können gemäß dieser Ausführungs formen bei der Bearbeitung mit Mikrowellen und Plasma die Schichtabscheiderate und der Bearbeitungswirkungsgrad verbessert werden, und folglich kann der Durchsatz des Herstellungsverfahrens verbessert werden. Des weiteren können bei der Schichtabscheidung Schichten, die eine Kristallinität und Verdichtung aufweisen, die vergleichbar sind mit der Kristallinität und Verdichtung von Schichten, die durch chemische Reaktion bei hohen Temperaturen erstellt werden, auf dem bearbeiteten Substrat sogar bei niedrigen Temperaturen abgeschieden werden.

Claims

1. Mit einem Plasma arbeitendes Gerät mit;

- einer Vakuumkammer (2, 9; 102, 104);

- einer an der Vakuumkainmer vorgesehenen Reaktionsgaszufuhrdüse (105, 111);

- einem an der Vakuumkammer vorgesehenen Mikrowelleneintrittsfenster (108);

- einem in der Vakuumkainmer vorgesehenen Halter (108, 103) zum Tragen eines zu bearbeitenden Substrates (7,

- um die Vakuumkammer angeordneten Magnetfelderzeugungsmitteln (1, 109, 113) zum Erzeugen eines Magnetfelds in der Vakuumkammer;

- wobei das Magnetfeld ausreicht, um ein Plasma durch Elektronenzyklotronresonanz (ECR) in der Vakuumkammer (2, 9; 102, 104) zu erzeugen; und

- das Magnetfeld ausgehend von einer Elektronenzyklotronresonanzposition zum Halter (8, 103) hin monoton abnimmt;

dadurch gekennzeichnet, daß

das Substrat (7, 101) in einem Bereich bearbeitet wird, der sich von der Elektronenzyklotronresonanzposition über 150 mm oder weniger erstreckt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (7, 101) in einem Bereich bearbeitet wird, der sich von der Elektronenzyklotronresonanzposition über die mittlere freie Weglänge der aktiven Spezies oder weniger erstreckt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des bearbeiteten Substrats in Einfallsrichtung der Mikrowelle einstellbar bewegbar ist.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenzyklotronresonanzposition durch Einstellen der Magnetfeldverteilung einstellbar ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ergänzende Felderzeugungsmittel zum Einstellen der Elektronenzyklotronresonanzposition an einer der folgenden Stellen vorgesehen sind:

- außerhalb der Bearbeitungskammer (9) und parallel zum Substrathalter (8)

- innerhalb der Bearbeitungskammer (9) und im wesentlichen parallel zum Substrathalter (8), oder

- an der Rückseite des Substrathalters (8).

6. Gerät nach einem der Ansprüche , bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich, in dem der Betrag der magnetischen Flußdichte das 1,0 bis 1,1-fache der zur Erzeugung der Elektronenzyklotronresonanz erforderlichen magnetischen Flußdichte beträgt, kontinuierlich über eine Strecke von 50 mm oder mehr in Richtung eines Plasmaflusses (210) zwischen dem Mikrowelleneintrittsfenster (108) und der Elektronenzyklotronresonanzposition aufgebaut wird.