NL8204404A - Afstandshouder voor het verhinderen van kortsluiting tussen geleidende platen in neerslaginrichtingen met radiofrequentieplasma. - Google Patents

Description

I % * N.O. 31.179 i

Afstamdshouder voor het verhinderen van kortsluiting tussen geleidende platen In neerslaginrichtingen met radiofrequen-tieplaima.

De octrooiaanvrage betreflStadeeaa verkwi^ze voor het met behulp van plasma neerslaan van silicium, ingediend op de-zelfde datum als de onderhavlge aanvrage, heeft betrekking op het onderwerp van de onderhavlge aanvrage* 5 De uihri|MUng heeff in het algemeen betrekking op inrichtlngen voor het neerslaan met radiofrequentieplasma, en meer i% het bijzonder op eigenschappen voor het verschaf-fen van verbeterde inrichtlngen voor het door plasma ver-sterkt chemisch neerslaan uit de dampfase (PVCND) voor het 10 neerslaan van geleidende films in met radiofrequentieplasma werkehde ^ctox^n.

In het verleden heeft men reactoren met radiofrequen-u tieplasma op grote schaal gebruikt bij verschillende pro-cesstappen in de fabrikage van halfgeleiderinrichtlngen, 15 zeals het verwijderen van fotolak, het etsen van silicium-verbindingen en meer recentelijk voor het neerslaan en het laten groeien van geleidende en diClektrische films. De plasmatechnologie (FVCND) heeft het voordeel schoon, uniform en gemakkelijk regelbaar te zijn en geschikt voor automati-20 serirng. Meer in het bijzonder is veel speurwerk verricht voor het ontwikkelen van reactoren met radio frequentiepla s-ma die een goede produktlekwaliteit leveren voor het neerslaan van geleidende films, zoals gedoopt polysilicium, en geleidende en epitaxfale films.

25 Oprspronkelijk bestonden reactoren met radiofrequentie- plasma voor het neerslaan van films tijdens de fabrikage van halfgeleiderinrichtingen, de zogenaamde Mglimontlading-reactoren", uit een geSvacueerde react!ekamer van kwarts waarin zich een verhitte stralende houder voor halfgeleider-30 substraten bevond, en een bron van radiofrequentie-energie die werd toegevoerd door een spoel met twee windingen die de reactor onmiddellijk boven de substraathouder omgaf. De reactiegassen, waarvan de elementen bepalen welk type film zal worden neergeslagen, werden gewoonlijk gemengd voordat 35 zij in het onderste deel van de kamer werden geleid.

De neerslagwerkwijze bestond uit het plaatsen van de 8204404 - · .¾¾1. .....'[I: . .¾.

* * - 2 - werkstukken op de houder, het evacueren van de reactiekamer en het opwekken van het plasmaveld (een gedeeltelijk geloni-seerd gas gelnduceerd door een sterk elektrisch veld en bestaande uit neutrals stoffen, ionen en elektronen) boven 5 het substraat door het inbrengen van het reactiegas in het radiofrequentieveld in de reactiekamer. Op deze wijze werd het reagens geloniseerd of konden verbindingen worden ge-vormd door het inleiden van opvolgende reagentia, waarbij de gewenste ionen, verbindingen of neutrale moleculen op 10 het blootliggende oppervlak van het schijfje werden neer-geslagen. De dikte van de film wordt geregeld door het on-afhankelijk veranderen van de temperatuur, de druk, de con-centratie van de reagentia en de sterkte van het radiofrequentieveld.

15 Een groot probleem bij de oorspronkelijke met radio- frequentieplasma werkende reactoren was het zeer beperkte aantal werkstukken dat tegelijkertijd kon worden behandeld. Ten slotte was de capaciteit van de radiofrequentieplasma-reactoren gelijk aan of groter dan die van de inrichtingen 20 voor thermisch neerslaan. Het inwendige van de reactiebui-zen bestond uit een groot aantal geleidende platen die elektrisch van elkaar waren gelsoleerd door afstandshouders van kwarts (of van soortgelijke, niet geleidende materialen). Radiofrequentie-energie werd aan elke tweede geleider toe-25 gevoerd voor het opwekken van een plasmaveld in de ruimte tussen aangrenzende geleiders. Aan de zijkant van elke geleider bevonden zich zakken waarin halfgeleiderschijfjes werden aangebracht. BiJ sommige grote inrichtingen konden meer dan 90 schijf^es in έέη enkele reactiebuis worden be-30 handeld. Een als voorbeeld dienende inrichting is beschre-ven in het Amerikaanse octrooischrift 4.223.048, uitgegeven 16 September 1980 ten name van George M. Engle Jr., die ook 66n van de uitvinders van de onderhavige uitvinding is.

De grotere radiofrequentieplasmareactoren met een 35 commerciSle capaciteit werkten volgens hetzelfde principe als de oudere inrichtingen van het type voor het FVCND.

Het was echter dikwijls onmogelijk om de reactoren langer dan een zeer korte tijd in bedrijf te houden, gedurende welke slechts een kleine neerslag op de halfgeleiderschijf-40 jes kon worden geproduceerd.

8204404 V' ’ » v Γ T ” ^ : - 3 -

Bit probleem verd meer in het bijzonder overheersend toen radiofrequentieplasmareactoren warden gebruikt voor het PVCND vbq geleidende films, en dit werd voornamelijk veroorzaakt door het thermisch neerslaan van het geleidende 5 materiaal op de afstandlbouders. Ala de radiofrequentiereac-toren gedmrende betrekkelijk langere tijden in bedrijf werden gehouden, hoopten de neergeslagen film zich op op de isolerende afstandshouders tussen aangrenzende geleidende platen. Ten gevoige hiervan, en meer in het bijzonder 10 ala geleidende films werden neergeslagen, warden aangrenzende geleidende platen kortgesloten door de opgehoopte geleidende film op de afstandshouders. Hierdoor viel het plasmaveld weg en stopt§ het neerslagproces. Zelfs als 66n enkele neerslagcyclus zonder storing kon worden voltooid, 15 was de voor reiniging noodzakelijke demontage van de in-riohting oorzaak van hoge kosten en een beperkte hoeveel-heid verwerkt materiaal*

Het probleem van d| verkorte productiecycli en de kortsluiting van de geliidende platen verhinderde dat de 20 meest geavanceerde met radiofrequentieplasma werkende reactoren werden toegepast in doeltreffende en op commerciSle schaal werkende inrichtingen voor het FVCND.

Er bestond een behoefte aan het verschaffen van midde-len voor het isoleren van en het voorkomen van kortsluiting 25 tussen naast elkaar gelegen geleidende platen in reactoren met radiofrequentieplasma, zodat het FVCND van geleidende of andere filmsjep halfgaleiderschiJfJes op commerciSle wijze kon worden uitgevoerd met beladingen van een commerciSle omvingr en een' groot aantal cycli kon worden 30 uitgevoerd zonder dat het noodzakelijk was de inrichting te demonteren en te reinigen.

Sen doel van de ultvinding is het verschaffen van een verbeterde afstandshouder voor het scheiden van en het voorkomen van kortsluiting tussen de geleidende platen in reac-35 toren met radiofrequentieplasma.

Een ander doel van de ultvinding is, dat de verbeterde afstandshouder voor het scheiden van en het voorkomen van kortsluiting tussen de geleidende platen een aanvaardbare vervanging vomit voor gebruikelijke typen van middelen voor 40 het scheiden van geleidende platen in reactoren met radio- 82β4I04 , , ‘ /in; ·\ -*r

ϊ V

- 4 - frequentieplasma.

Ten slotte is het een doel van de uitvinding dat de verbeterde afstandshouder voor het scheiden van en het voorkomen van kortsluiting tussen de geleidende platen 5 het mogelijk maakt dat de reactor met radiofrequentie-plasma langere tijden in bedrijf is, zodat grotere dikten van de geleidende films en/of een groter aantal neerslag-cycli kan worden verkregen met praktische product!eniveaus.

Deze en andere doeleinden worden bereikt met een 10 reactor met radiofrequentieplasma voor het neerslaan van geleidende films met behulp van het PVCND, waarbij een isolerende afstandshouder wordt gebruikt voor het op een zekere afstand van elkaar houden van naast elkaar gelegen geleidende platen in de reactor met radiofrequentieplasma, 15 welke geleidende platen een radiofrequentieplasmaveld op-wekken, en waarbij de isolerende afstandshoudergegroefd is ter voorkoming van het neerslaan van de geleidende films over de gehele isolerende afstandshouder. Het neerslaan van de geleidende films op de afstandshouder wordt voorkomen 20 door het ontstaan van het plasmaveld hoofdzakelijk te ver-hinderen in het gebied in de buurt van de groeven. Ten gevolge hiervan vormt zich geen directe elektrische weg tussen naast elkaar gelegen geleidende platen en het neer-slagproces kan gedurende langere bedrijfstijden worden 25 voortgezet.

De hierboven genoemde en andere doeleinden, kenmerken en voordelen zullen duidelink worden uit de hiernavolgende, meer specifieke beschrijving van voorkeursuitvoeringen van de uitvinding die in de bi^gevoegde tekeningen zijn weer-30 gegeven.

Fig. 1 is een zijaanzicht van de uitgevonden afstandshouder die is aangebracht tussen delen van twee geleidende platen die in doorsnede zijn weergegeven en zich in een reactor met radiofrequentieplasma bevinden; 35 fig. 2 is een zijaanzicht van de afstandshouder, dat overeenkomt met dat van fig. 1, met bovendien een radiale groef in het midden over de lengte van de afstandshouder; en fig, 3 is een bovenaanzicht van de uitgevonden afstandshouder van fig. 1.

40 In fig. 1 is de isolerende afstandshouder in het 8204404 ; * -:·· -9 - ' net algemeen aangegeven door referentiegatal 1. In een facul-tatleve boring 2 past ean aligneringsas die het mogelijk maakt de afstandshouder 1 aan te brengen tussen twee ge-leidende platen 10. Als een groot aantal paren van ge-5 leldende platen 10 wordt toegepast, kan de as dienen voor bet in de julste positie brengen van alle platen en de er-tussen aangebrachte afstandshouders 4. De geleidende platen 10 zijn verbonden me?*?niet in de tokening weergegeven) radiofrequentiegenera tor en wekken een radiofrequentie-10 plasmaveld op In het gelled 5. Radiale groeven 7 in de beide uiteinden van de afstandshouder 1 vormen delen met een gereduceerde omtrek 8. De groeven 7 voorkomen de vor-mlng van een plasmaveld In het gebled dat zich in de buurt bevindt van de delen met een gereduceerde omtrek 8 in het 15 niet geleidende material)! 4. Ten gevolge hlervan wordt, als een geleidende film wordt neergeslagen op de werkstukken, het neerslaan van een film voorkomen op het oppervlakte-gebied dat zich in de buurt bevindt van de radiale groef 7 in het niet geleidende iateriaal 4. Op deze wijze zal 20 slechts een directe geleidende elektrische weg op het oppervlak van het ziiet geleidende materiaal 4 tussen de geleidende platen 10 worden gevormd met een zeer sterk verlaagde snelheid vergeleken met afstandshouders volgens de stand van de techniek. De in de lengterichting lopende 25 elektrische weg over het oppervlak van het isolerende materiaal 4 van de afstands||ouder 1 is van weinig belang voor het voorkomen van kortslulting, voorzover het vreemde neergeslagen materiaal bi^ de neerslagtemperatuur voldoende geleidend is voor het veroorzaken van een doeltreffende 30 kortslulting. Men gelooft meer, dat de breedte W van de groef 7 overeenkomt met de minimale afstand die nodig is voor het opwekken van het plasma, de zogenaamde donkere afstand, bepaald door de weglengte van de ionisatie van de gasvormige stof. De afmeting W ligt bij voorkeur in de 35 grootte-orde van 0,50 mm. Er kunnen ook andere dan radiale groeven worden toegepast, bijvoorbeeld een schroefvormige groef die loopt langs de afstandshouder.

AUu>ewal door plasma gelnduceerd neerslaan in sterke mate wordt verhinderd door de groef 7, kan thermisch neer-40 slaan vangeleidend materiaal in de groef 7 leiden tot het 8204404 - 6 - t- niet goed functioneren van de isolator 1. De neerslagwerk-wijze moet derhalve zodanig worden gekozen dat de thermi-sche ontleding minimaal is, zoals meer gedetailleerd is beschreven in de hierboven genoemde octrooiaanvrage die met 5 de onderhavige samenhangt. Met zulk een werkwijze samen met de isolerende afstandshouder volgens de uitvinding in de inrichting zijn meer dan twintig cycli uitgevoerd zonder dat het noodzakelijk was het apparaat te demonteren en te reinigen. De groef 7 kan ook helpen bij het onderdrukken 10 van thermische ontleding, doordat de gemiddelde vrije weg-lengte van de gasvormige stof langer is dan de dimensie W.

De geleidende films kunnen derhalve met voordeel worden neergeslagen in een met plasma werkende neerslaginrichting met een grote capaciteit.

15 In fig. 2 is een tweede uitvoering weergegeven van de isolerende afstandshouder die in het algemeen is aangeduid met het referentiegetal 1A. Evenals in fig. 1 maakt een boring 2A het mogelijk dat met een cilindrische alignerings-as de afstandshouder 1A wordt aangebracht tussen twee 20 geleidende platen 10A. Een longitudinale serie van radiale groeven 7A, 7B en 7C voorkomt de vorming van een plasmaveld bij een groot aantal lengten met een gereduceerde omtrek 8A, 8B en 8C van het niet geleidende materiaal 4A. Ten gevolge hiervan wordt de vorming van de geleidende film niet alleen 25 voorkomen bij de beide uiteinden van het niet geleidende materiaal, zoals in fig. 1, maar ook bij het centrale ge-deelte ervan.

In fig. 3 is de isolerende afstandshouder in het algemeen aangegeven door het referentiegetal 1A. Verschillen-30 de afmetingen zijn weergegeven door A (buitendiameter), B (diameter van de groef), en C (diameter van de boring). Als voorbeelden van de waarden van de afmetingen A, B en C kunnen respectievelijk worden opgegeven: 15,88 mm, 7,82 mm en 6,35 mm.

35 Alhoewel de uitvinding speciaal is beschreven en weer gegeven aan de hand van voorkeursuitvoeringen ervan, zal de vakman begrijpen dat verschillende veranderingen van devorm en van details kunnen worden aangebracht en delen kunnen worden weggelaten zonder dat men buiten de geest en de omvang 40 van de uitvinding komt. De isolerende afstandshouder 1 wordt k.

8204404 ...... I I |||||| I || /,11 V "" y * bijvoorbeeld bij voorkeur vervaardigd van aluminiumoxyde, maar men kan ook andere isolerende materialen gebruiken, zoals kwarts.

8204404

Claims (13)

1. Isolerende afstandshouder voor het op afstand van elkaar houden van geleidende platen aangebracht in een met radiofrequentieplasma werkende inrichting voor het neer-slaan van geleidende films met het door plasma versterkt 5 chemisch neerslaan uit de dampfase (FVCND), welke geleidende platen een radiofrequentieplasmaveld opwekken, met het kenmerk, dat ten minste een deel van het oppervlak van het isolerende afstandstuk is voorzien van 46n of meer groeven voor het verhinderen van het neerslaan 10 van de genoemde geleidende films over de gehele isolerende afstandshouder, ten einde op deze wijze elektrische kort-sluiting van naast elkaar gelegen geleidende platen te voorkomen.

2. Afstandshouder volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat de isolerende afstandshouder een cilin- drisch stuk bevat van niet geleidend materiaal, welk cilin-drisch stuk voorzien is van een axiale boring voor het op-nemen van positioneringsmiddelen die behoren tot de geleidende platen.

3. Isolerende afstandshouder volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het cilindrische stuk van niet geleidend materiaal is aangebracht op positioneringsmiddelen tussen twee naast elkaar gelegen geleidende platen.

4. Isolerende afstandshouder volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het gegroefde onderdeel is voorzien van radiale groeven bij ten minste έέη uiteinde van het cilindrische stuk van niet geleidend materiaal, welke radiale groeven delen vormen met een aanzienlijk ge-30 reduceerde omtrek in het cilindrische stuk van niet geleidend materiaal.

5. Isolerende afstandshouder volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de afstandshouder voorts een longitudinale serie van radiale groeven bevat 35 die lopen langs het cilindrische stuk van niet geleidend materiaal, welke longitudinale serie van radiale groeven een groot aantal delen met gereduceerde omtrek in het cilindrische stuk van niet geleidend materiaal vormt. L 8204404 0 ·. . .1 ................ ................ :'ψ'~·: 'ν· - c _ ;----9 -

6. Isolerende afstandshouder volgens conclusie 4 of 5, m e t ·1ι· e h m e r k, dat de groef of de groeven het ontstaan van het plasmaveld voorkomen in een gebied in de buurt van de stukken met de gereduceerde omtrek, waar- 5 doorwcadtverhinderd dat geleidende films neerslaan op een oppervlaktegebied in de buurt van de radiale groef of groeven in het oiidadrische stuk van niet geleidend materiaal.

7. Isolerende afstandshouder volgens conclusie 2, met het k e n m e r k, dat de groeven bestaan uit 10 een longitudinale serie van radiale groeven in het cilin-drische stuk van niet geleidend materiaal.

8. Isolerende afstandshouder volgens conclusie 7, met h e t k e n m e r k, dat de groeven de vorming van het plasmaveld voorkomen in een gebied in de buurt van 15 de longitudinale eerie van radiale groeven waardoor neer-slag wordt voorkomen van de geleidende films op een opper-vlaktegebied in de buurt van de longitudinale groeven in het cilindrische stuk v|n niet geleidend materiaal.

9* Isolerende afstandshouder volgens conclusie 6 of 8, 20. e t he t k e n m e r k, dat de groef of groeven de neerslag verhinderen van een elektrische weg in de vorm van een geleidende film op het oppervlak van het cilindrische stuk van niet geleidend materiaal.

10. Isolerende afstandshouder volgens conclusie 9, 25 met het k e n m e r k, dat het cilindrische stuk van niet geleidend materiaal uit kwarts bestaat.

11. Isolerende afsfandshouder volgens conclusie 1, m e t h e t ken me r k, dat ten minste έέη groef aanwezig is met een breidte in een richting loodrecht op de 30 platen, die klein is vergeleken met de diepte van de groef.

12. Isolerende afstandshouder volgens conclusie 9, m e t het k e n m e r k, dat het cilindrische stuk van niet geleidend materiaal uit aluminiumoxyde bestaat.

13* Inrichting voor het met behulp van radiofrequentie-35 plasma neerslaan van geleidende films, welke inrichting is voorzien van geleidende platen, met het ken-m e r k, dat zich tussen de geleidende platen isolerende afstandshouders bevinden volgens 6έη of meer van de voor- ' . " gaande conclusies. 8204404 V . , ^ . ,·;· . ; f.- - " -v:·