DE60023781T2 - Apparat und Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen - Google Patents

Apparat und Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen elektronsicher Geräte und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen elektronischer Geräte, die in der elektronischen Industrie für eine Plasma-erregte chemische Dampfabscheidevorrichtung (nachfolgend als "Plasma-CVD-Vorrichtung" bezeichnet) zur Erstellung eines Halbleiterfilms oder eines Isolierfilms, wie beispielsweise hydriertes amorphes Silizium (nachfolgend als "a-Si:H" bezeichnet) oder für eine Plasma-Ätzvorrichtung zum Bearbeiten einer Halbleitervorrichtung oder einer Flüssigkristallvorrichtung geeignet sind.
  • 2. Beschreibung der einschlägigen Technik
  • Plasma-CVD-Vorrichtungen zur Abscheidung eines dünnen Films in einer Gasatmosphäre, die durch Plasmaerregung und Zersetzung eines Gases erzeugt werden, und Plasma-Ätzvorrichtungen zum Bearbeiten einer Halbleitervorrichtung oder einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung sind für die Herstellung elektronischer Vorrichtungen, die die Bearbeitung eines Metallfilms, eines Halbleiterfilms und/oder eines dielektrischen Films oder eines Kristallwafers beinhalten, in breitem Einsatz.
  • Um einen höheren Durchsatz (Produktivität) bei diesen Herstellungsvorrichtungen zu erzielen, ist es besonders wichtig, mehrere Substrate gleichzeitig zu bearbeiten. Zu diesem Zweck werden die Größe einer Reaktionskammer, die Größen von Kathoden- und Anodenelektroden und die Anzahl der Kathoden- und Anodenelektroden gesteigert.
  • Es ist auch wichtig, die Bearbeitungsgeschwindigkeiten der Vorrichtungen zum Zwecke eines höheren Durchsatzes zu steigern. Eine bekannte Lösung für die Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit bei der Filmabscheidung ist es, eine Hochgeschwindigkeits- und Hochqualitäts- a-Si:H-Filmabscheidetechnik durch ein Kurzimpuls-VHF-Plasma-CVD-Verfahren zu verwenden (siehe beispielsweise ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 7(1995)-166358).
  • Die Bearbeitungsgeschwindigkeit einer Plasma-CVD-Vorrichtung kann durch Steigerung der elektrischen Energie, der Frequenz oder dergleichen für die Plasmaentladung erhöht werden. Wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit ein gewisses Niveau überschreitet, treten jedoch sehr leicht abnorme Entladungsphänomene, wie die Erzeugung von Partikeln (Pulver) und Entladungen in einem nicht gewollten Raum (dort, wo ein zu bearbeitendes Substrat nicht angeordnet ist) auf, was es unmöglich macht, den gewünschten Prozess auszuführen.
  • Es ist bekannt geworden, dass eine impulsmodulierte Entladung zur Unterdrückung der Erzeugung von Partikeln wirksam ist (Y. Watanabe et al., Appl. Phys. Lett., 57.1616 (1990)).
  • Der Pegel der elektrischen Energie, bei dem die abnorme Entladung aufzutreten beginnt, hängt von der Entladefrequenz, der Größe der Elektroden und dergleichen ab, die für die Entladung verwendet werden. Für einen höheren Durchsatz ist es notwendig, mehrere Substrate gleichzeitig zu bearbeiten, d. h. die Anzahl der Elektroden zu erhöhen.
  • Wenn eine Hochfrequenzenergie an mehreren Elektroden angewendet wird, die in einem einzelnen Raum (in einem Vakuumgefäß) angeordnet sind, tritt jedoch eine Plasmainterferenz auf, so dass die abnormen Entladungsphänomene sehr leicht auftreten. Dieses führt zu einer Verringerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit pro Elektrode im Vergleich zu einem Fall, in dem eine einzelne Elektrode verwendet wird.
  • ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Im Hinblick auf das Vorstehende ist die vorliegenden Erfindung darauf gerichtet, ein Herstellungsgerät und ein Herstellungsverfahren anzugeben, die die Herabsetzung der Bearbeitungsgeschwindigkeit pro Elektrode verhin dern, wenn mehrere Elektroden für die Bearbeitung mehrerer Substrate verwendet werden, um dadurch die Massenproduktivität elektronischer Vorrichtungen, wie Solarbatterien und Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, die a-Si:H-Dünnfilme in der Elektronikindustrie verwenden, drastisch zu verbessern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen elektronischer Geräte angegeben, die enthält: einen Vakuumbehälter, in der erste und zweite Paare gegenüberliegender Elektroden angeordnet sind; einen Gaseinlass zum Einführen eines Materialgases in den Vakuumbehälter; und erste und zweite Spannungsquellen zur Zuführung erster und zweiter Hochfrequenzspannungen zwischen das erste Paar Elektroden bzw. das zweite Paar Elektroden, um eine Plasmaentladung hervorzurufen, wobei die ersten und zweiten Hochfrequenzspannungen in Übereinstimmung mit ersten bzw. zweiten Impulswellen moduliert werden; wobei Einschaltperioden der ersten und zweiten Impulswellen so gesteuert werden, dass sie nicht zusammenfallen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung elektronischer Geräte angegeben, das folgende Schritte umfasst: Anordnen von zu bearbeitenden Komponenten zwischen ein erstes Paar gegenüberliegender Elektroden und zwischen ein zweites Paar gegenüberliegender Elektroden in einem Vakuumbehälter; Einführen eines Materialgases in den Vakuumbehälter; und Anlegen erster und zweiter Hochfrequenzspannungen zwischen. das erste Paar Elektroden bzw. das zweite Paar Elektroden, um eine Plasmaentladung hervorzurufen, wobei die ersten und zweiten Hochfrequenzspannungen in Übereinstimmung mit ersten bzw. zweiten Impulswellen moduliert werden; wobei die Einschalt-Perioden der ersten und zweiten Impulswellen so gesteuert werden, dass sie nicht zusammenfallen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Vorrichtung zum Herstellen elektronischer Geräte zeigt, die an einem Plasma-CVD-Gerät in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet ist; und
  • 2 ist ein Zeitdiagramm, das modulierende Impulsverläufe gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "erste und zweite Paare gegenüberliegender Elektroden" wenigstens zwei Paare gegenüberliegender Elektroden, so dass drei oder mehr Paare gegenüberliegender Elektroden verwendet werden können. Die gegenüberliegenden Elektroden sind beispielsweise Elektrodenplatten, die einander parallel gegenüberstehen.
  • Ein Bauelement, wie beispielsweise ein Wafer, das zu bearbeiten ist, wird auf einer der gegenüberliegenden Elektroden in jedem Paar angebracht. Die eine Elektrode, an der das Bauelement angebracht ist, wird allgemein als eine Kathodenelektrode bezeichnet, die geerdet ist. Die andere Elektrode wird als Anodenelektrode bezeichnet.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist der Vakuumbehälter so gestaltet, dass das Materialgas, das darin eingeführt wird, auf einem Druckpegel von etwa 10–1 Torr bis etwa 1 Torr gehalten werden kann.
  • Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als eine Plasma-CVD-Vorrichtung zur Ausbildung von a-Si:H-Filmen verwendet wird, dann wird SiH4, Si2H6, ein Gasgemisch, das SiH4 oder Si2H6 und eines der Gase CH4, C2H6, PH3, B2H6 und GeH4 enthält, oder ein Gasgemisch, das eines der Gase H2, He, Ar, Xe und Kr enthält, beispielsweise mit SiH4 oder Si2H6 verdünnt, als Materialgas verwendet. Zur Ausbildung eines Si-Oxidfilms wird beispielsweise ein SiH4-N2O-Gas als Materialgas verwendet.
  • Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als eine Plasmaätzvorrichtung verwendet wird, dann wird CF4, CF3, Cl, CF2, Cl2, CFCL3, CF3BR oder CCl4 als Reaktionsgas für die Bearbeitung einer Komponente auf Si-Basis verwendet, und CF4, C2F6, C3F8 oder CHF3 wird als Reaktionsgas zur Bearbeitung einer Komponente auf SiO2-Basis verwendet.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist der Gaseinlass dazu eingerichtet, das Gas in den Vakuumbehälter beispielsweise aus einem Gaszylinder zuzuführen. Die ersten und zweiten Spannungsquellen sind dazu eingerichtet, impulsmodulierte Hochfrequenzspannungen abzugeben, um eine Plasmaentladung zwischen dem ersten Elektrodenpaar bzw. dem zweiten Elektrodenpaar hervorzurufen. Die Hochfrequenzausgänge der ersten und zweiten Spannungsquellen haben vorzugsweise die gleiche Frequenz, können aber unterschiedliche Frequenzen haben.
  • Die Frequenz der Hochfrequenzspannung kann in einem Frequenzband zwischen Hf und UHF liegen, beispielsweise einschließlich einer Hf von 13,56 MHz, einer sehr hohen Frequenz (VHF der Größenordnung von einigen 10 MHz) und einer ultrahohen Frequenz (UHF in der Größenordnung einiger hundert MHz).
  • Die ersten und zweiten Spannungsquellen sind dazu eingerichtet, die Hochfrequenzspannungen in Übereinstimmung mit ersten bzw. zweiten Impulswellen zu modulieren und die impulsmodulierten Spannungen zwischen die entsprechenden Elektrodenpaare zu legen. Dabei werden die Einschaltperioden der modulierenden Impulswellen durch die ersten und zweiten Spannungsquellen so gesteuert, dass sie nicht zusammenfallen. Dieses verhindert die Plasmaentladungsinterferenz zwischen dem ersten Paar Elektroden und dem zweiten Paar Elektroden, selbst wenn die Spannung für die Plasmaentladung erhöht wird. Demgemäß kann die abnorme Entladung verhindert werden.
  • Die Einschaltperiode der modulierenden Impulswellen kann von 1 μs bis 100 μs sein, und die Ausschaltperiode der Impulswellen kann von 5 μs bis 500 μs sein. Ein Tastverhältnis von nicht mehr als 20% für die modulierenden Impulswellen verhindert weiterhin wirksam die abnorme Entladung.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail anhand einer dargestellten Ausführungsform erläutert.
  • 1 ist eine Schemazeichnung, die den Aufbau einer Herstellungsvorrichtung für elektronische Geräte zeigt, und 2 ist ein Zeitdiagramm von modulierenden Impulswellen zum Modulieren der Hochfrequenzspannungen, die zwischen entsprechenden Elektrodenpaaren in der Vorrichtung angelegt werden. Die Herstellung für elektronische Geräte wird hier als eine Plasma-CVD-Vorrichtung verwendet.
  • Wie in 1 gezeigt, sind zwei Anodenelektroden 2A und 2B und zwei Kathodenelektroden 3A und 3B parallel zueinander in einem Vakuumbehälter 1 angeordnet. Zu bearbeitenden Substrate (zu bearbeitende Komponenten) 6A und 6B sind jeweils an den Kathodenelektroden 3A bzw. 3B angebracht. Die Kathodenelektroden 3A, 3B sind elektrisch am Vakuumbehälter 1 geerdet, und daher haben deren Potentiale Erdpotential.
  • Ein Gaseinlass 7 ist oben am Vakuumbehälter 1 vorgesehen, und ein Materialgas wird in den Vakuumbehälter 1 von einem Gaszylinder 10 durch ein Ventil 11 und den Gaseinlass 7 eingeführt. Das in den Vakuumbehälter 1 eingeleitete Gas wird über ein Hauptventil 8 durch eine Vakuumpumpe 9 herausgezogen.
  • Impulsmodulierte Hochfrequenzspannungsgeneratoren 4A und 4B sind mit den Anodenelektroden 2A bzw. 2B über Leitungen verbunden, die sich durch zentrale Abschnitte rechter und linker Wände des Vakuumbehälters 1 erstrecken. Durch eine Impulssignalverzögerungsschaltung 5 werden die Einschaltperioden der modulierenden Impulswellen für die Modulation der den betreffenden Anodenelektroden 2A, 2B zugeführten Hochfrequenzspannungen so gesteuert, dass sie nicht zusammenfallen.
  • Der Vakuumbehälter 1 hat eine Querschnittsfläche von 1,6 m × 1,6 m, gemessen parallel zur Oberfläche der Elektroden. Die Anodenelektroden 2A, 2B und die Kathodenelektroden 3A, 3B haben jeweils eine Größe von 700 mm × 700 mm.
  • Ein Gasgemisch aus Silan und Wasserstoff wird als Materialgas verwendet. Die anzuwendenden Entladungsparameter sind eine Frequenz von 27,12 MHz, eine Einschaltperiode der modulierenden Impulswellen von 10 μs und ein Tastverhältnis von 20%.
  • Unter solchen Bedingungen kann eine Plasmaentladung zwischen den Elektroden 2A und 3A und zwischen den Elektroden 2B und 3B stattfinden, wobei das Materialgas in den Vakuumbehälter 1 eingeführt wird, um a-Si:H-Filme auf den betreffenden Substraten 6A und 6B zu bilden. In einem Experiment trat abnorme Entladung bei einer Entladungsleistung von 500 W auf, wenn die Einschaltperioden der modulierenden Impulswellen für die Modulation der Hochfrequenzspannungen, die den Anodenelektroden 2A und 2B zugeführt wurden, zusammenfallen durften.
  • Wenn die Einschaltperioden der Impulswellen gegeneinander um 25 μs versetzt sind, ist eine normale Entladung (zwischen den Anodenelektroden und den Kathodenelektroden) bei einer Entladungsleistung von bis zu 950 W sichergestellt. Daher erlaubt die Vorrichtung die Filmausbildung mit hoher Geschwindigkeit, selbst wenn zwei Substrate gleichzeitig bearbeitet werden, wodurch die Massenproduktivität verbessert wird.
  • Obgleich eine Erläuterung am Beispiel eines Falles gegeben worden ist, bei dem die Herstellungsvorrichtung für elektronische Geräte an der Plasma-CVD-Vorrichtung in dieser Ausführungsform angewendet wurde, ist die Herstellungsvorrichtung für elektronische Geräte an einer Plasma-Trockenätzvorrichtung zum Ätzen eines Films mit einer Spezie, die durch Plasmapartikel und Plasmaerregung aktiviert werden, anwendbar und liefert die gleichen Wirkungen.
  • Wenn die Herstellungsvorrichtung für elektronische Geräte gemäß der vorliegenden Erfindung an einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Bearbeiten mehrerer Substrate unter Verwendung mehrerer Elektrodenpaare angewendet wird, kann die Herabsetzung der Bearbeitungsgeschwindigkeit pro Elektrodenpaar verhindert werden, wodurch die Massenproduktivität elektronischer Geräte wie beispielsweise Solarbatterien und Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, wie a-Si:H-Dünnfilme in der elektronischen Industrie verwenden, verbessert wird.
  • Wenn die Herstellungsvorrichtung für elektronische Geräte gemäß der vorliegenden Erfindung an einer Plasmaätzvorrichtung zum Ätzen eines Films mit einer Spezies, die durch Plasmapartikel und Plasmaerregung aktiviert wird, angewendet wird, kann die Massenproduktivität elektronischer Geräte, wie Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, verbessert werden.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Herstellung elektronischer Geräte mit: einem Vakuumbehälter (1), in dem ein erstes (2A, 3A) und zweites (2B, 3B) Paar von gegenüberliegenden Elektroden angeordnet ist, wobei die zu verarbeitenden Komponenten (6A, 6B) zwischen den Elektroden eines jeden Paars angeordnet werden können, einem Gaseinlass (7) zum Einführen eines Materialgases in den Vakuumbehälter; und einer ersten und einer zweiten Spannungsquelle (4A, 4B) zum Anlegen einer ersten und einer zweiten Hochfrequenzspannung zwischen dem ersten Paar von Elektroden bzw. zwischen dem zweiten Paar von Elektroden, um eine Plasmaentladung zu bewirken, wobei die erste und die zweite Hochfrequenzspannung in Übereinstimmung mit einer ersten bzw. zweiten Impulswelle moduliert wird; wobei "An"-Zeiträume der ersten und zweiten Impulswelle so gesteuert werden, dass sie nicht zusammenfallen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sowohl die erste als auch die zweite Hochfrequenzspannung eine Frequenz in einem Frequenzband zwischen einer Radiofrequenz und einer Ultrahochfrequenz besitzt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die "An"-Zeiträume der ersten und zweiten Impulswelle von 1 μs bis 100 μs dauern, und die "Aus"-Zeiträume der ersten und zweiten Impulswelle von 5 μs bis 500 μs dauern.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Impulswelle eine relative Einschaltdauer von nicht mehr als 20% besitzen.
  5. Verfahren zur Herstellung elektronischer Geräte mit folgenden Schritten: Anordnen von zu verarbeitenden Komponenten zwischen einem ersten Paar von gegenüberliegenden Elektroden und einem zweiten Paar von gegenüberliegenden Elektroden in einem Vakuumbehälter; Einführen eines Materialgases in den Vakuumbehälter; und Anlegen einer ersten und einer zweiten Hochfrequenzspannung zwischen dem ersten Paar von Elektroden bzw. zwischen dem zweiten Paar von Elektroden, um eine Plasmaentladung zu bewirken, wobei die erste und die zweite Hochfrequenzspannung in Übereinstimmung mit einer ersten bzw. einer zweiten Impulswelle moduliert wird; wobei "An"-Zeiträume der ersten und zweiten Impulswelle so gesteuert werden, dass sie nicht zusammenfallen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jede der Hochfrequenzspannungen eine Frequenz in einem Frequenzband zwischen einer Radiofrequenz und einer Ultrahochfrequenz besitzt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die "An"-Zeiträume der ersten und zweiten Impulswelle von 1 μs bis 100 μs dauern, und "Aus"-Zeiträume der Impulswellen von 5 μs bis 500 μs dauern.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste und zweite Impulswelle eine relative Einschaltdauer von nicht mehr als 20% besitzen.
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