DE3727542A1 - Device for forming a functional deposition layer by means of a microwave plasma deposition method - Google Patents

Device for forming a functional deposition layer by means of a microwave plasma deposition method

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Abstract

A known device for forming a functional deposition layer by means of a chemical microwave plasma deposition method, which has an essentially closed deposition chamber with a substrate carrier device, a feed device for gaseous starting material, an outlet device and a window which permits the introduction into the deposition chamber of a microwave coming from a microwave energy source as a wall-mounted component, is improved by providing, instead of this window, a window having a circular cavity resonance structure either of the TM01 wave type or of the TE01 wave type and consisting of a material which is transparent to microwaves, or a window which has a coaxial line cavity resonance structure of the TEM wave type and is produced using the material, and inside which electric fields and magnetic fields extend radially or concentrically. The window is produced from a dielectric material of an aluminium oxide ceramic of more than 95 % purity or with the use of such a material. Using the improved device, problems relating to damage to the dielectric microwave entrance window, which is caused by the occurrence of local overheating in the structural material of the window and the occurrence of thermal deformation of the window caused by such local overheating, and is to be detected in the case of the known device, in ... Original abstract incomplete.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, bei der ein mit Mikrowellen arbeitendes, plasmagestütztes chemi­ sches Dampfabscheidungsverfahren Mikrowellenplasma-CVD-Verfahren zur Bildung einer funktio­ nellen Abscheidungs- oder Aufdampfschicht, wie einer amor­ phen Siliziumschicht, zur Anwendung gelangt, wobei die Schicht bzw. das diese tragende Substrat insbesondere als ein photoleitfähiges Bauteil für Halbleitervorrichtungen, photoempfindliche Vorrichtungen zur Verwendung in der Elek­ trophotographie, Bildeingabe-Zeilenabtaster, Bildaufnahme­ vorrichtungen, photoelektromotorische Krafteinrichtungen od. dgl. verwendet wird.The invention relates to a device in which a plasma-based chemi working with microwaves cal vapor deposition process microwave plasma CVD process to form a functio nelle deposition or vapor deposition, such as an amor phen silicon layer, is used, the Layer or the substrate carrying this in particular as a photoconductive component for semiconductor devices, photosensitive devices for use in elec trophotographie, image input line scanner, image acquisition devices, photoelectromotive force devices or the like is used.

Bisher sind als das wesentliche Bauelement einer Halblei­ tervorrichtung, einer photoempfindlichen Vorrichtung zur Verwendung in der Elektrophotographie, eines Bildeingabe- Zeilenabtasters, einer Bildaufnahmevorrichtung oder anderer optischer Vorrichtungen eine Anzahl von amorphen Halbleiter­ schichten vorgeschlagen worden, z.B. eine amorphe Abschei­ dungsschicht, die aus einem amorphen Siliziummaterial besteht, das mit Wasserstoffatomen oder/und Halogenatomen, wie Fluor­ atomen oder Chloratomen kompensiert ist ("A-Si(H,X)" genannt). Einige dieser Schichten sind in der Praxis verwendet worden.So far, as the essential component of a semi-lead tervvorrichtung, a photosensitive device for  Use in electrophotography, an image input Line scanner, an image pickup device or other optical devices a number of amorphous semiconductors layers have been proposed, e.g. an amorphous parting layer made of an amorphous silicon material, that with hydrogen atoms and / or halogen atoms, such as fluorine atoms or chlorine atoms is compensated (called "A-Si (H, X)"). Some of these layers have been used in practice.

Zusammen mit diesen amorphen Halbleiterschichten wurden ver­ schiedene Verfahren zu ihrer Herstellung unter Anwendung einer plasmagestützten chemischen Bedampfungstechnik vorge­ schlagen, wobei ein Ausgangsmaterial zersetzt wird, indem es der Wirkung einer Energie eines Gleichstroms, von Hochfre­ quenz oder Mikrowellen unterworfen wird, um dadurch auf einem Substrat aus Glas, Quarz, hitzebeständigem Kunstharz, rost­ freiem Stahl oder Aluminium eine niedergeschlagene Schicht zu bilden. Ferner wurden auch verschiedene Vorrichtungen zur Umsetzung dieser Verfahren in die Praxis vorgeschlagen.Together with these amorphous semiconductor layers, ver different processes for their production using a plasma-assisted chemical vapor deposition technique beat, whereby a starting material is decomposed by it the effect of a direct current energy, high frequency quenz or microwaves is subjected to a Glass, quartz, heat-resistant synthetic resin, rust free steel or aluminum a deposited layer to build. Various devices have also been developed proposed to put these procedures into practice.

ln den letzten Jahren hat sich nun die allgemeine Aufmerksam­ keit auf ein plasmagestütztes chemisches Bedampfungsverfah­ ren mit Hilfe einer Mikrowellen-Glühentladungszersetzung, das hier der Kürze halber als "MW-PCVD-Verfahren" bezeichnet wird, auch auf industrieller Ebene konzentriert.General attention has now increased in recent years on a plasma-assisted chemical vapor deposition process with the help of a microwave glow discharge decomposition, for the sake of brevity, this is called the "MW-PCVD process" is also concentrated on an industrial level.

Eine repräsentative Vorrichtung zur Durchführung dieses MW-PCVD-Verfahrens weist die in Fig. 3 in einer perspekti­ vischen Darstellung schematisch gezeigte Konstruktion auf.A representative device for performing this MW-PCVD method has the construction shown schematically in FIG. 3 in a perspective view.

Gemäß Fig. 3 hat eine im wesentlichen um- oder geschlossene zylindrische Bedampfungs- oder Aufdampfkammer 1 (nicht ge­ zeigte) Rohgaszufuhreinrichtungen und ein kreisförmiges Mikrowellen-Einführfenster (TE11-Resonanzwellentyp), das aus einem dielektrischen Material von Aluminiumoxidkeramik oder geschmolzener Silika gefertigt ist. Ein Wellenleiter 3 der Kammer 1 wird elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Mikrowellen-Energiequelle verbunden, von der Mikrowellen 4 ausgehen. Ein Auslaßrohr 5 ist über ein Auslaßventil (Hauptabsperrorgan) mit einer (nicht gezeigten) Absaugein­ richtung (Vakuumpumpe) verbunden. Auf einem Substrat 6, das auf einem Substratträger mit einer (nicht gezeigten) Heiz­ einrichtung gehalten ist, soll die Abscheidungsschicht ge­ bildet werden. Ein Film- oder Schichtbildungsraum (Plasma­ erzeugungsraum) 7 hat eine Resonanzstruktur.Referring to FIG. 3 has a substantially closed cylindrical tip or vapor deposition or vapor deposition chamber 1 (not shown ge) Rohgaszufuhreinrichtungen and a circular microwave introducing window (TE 11 -Resonanzwellentyp), which is made of a dielectric material of aluminum oxide ceramics or molten silica. A waveguide 3 of the chamber 1 is electrically connected to a microwave energy source (not shown) from which microwaves 4 emanate. An outlet pipe 5 is connected via an outlet valve (main shut-off device) to a (not shown) suction device (vacuum pump). On a substrate 6 , which is held on a substrate support with a heating device (not shown), the deposition layer is to be formed. A film or layer formation space (plasma generation space) 7 has a resonance structure.

Der Schichtbildungsvorgang in der in Fig. 3 gezeigten Vor­ richtung wird z.B. in der folgenden Weise ausgeführt.The layer formation process in the direction shown in FIG. 3 is carried out, for example, in the following manner.

Durch Öffnen des Hauptabsperrorgans im Auslaßrohr 5 wird die Luft aus dem Schichtbildungsraum 7 abgezogen, um in die­ sem ein vorbestimmtes Vakuum zu erzeugen. Dann wird die in den Substratträger eingebaute Heizeinrichtung in Betrieb genommen, um das Substrat 6 auf eine vorbestimmte Tempera­ tur aufzuheizen, auf der dieses gehalten wird.By opening the main shut-off device in the outlet pipe 5 , the air is withdrawn from the layer formation space 7 in order to generate a predetermined vacuum in the sem. Then the heater built into the substrate carrier is put into operation to heat the substrate 6 to a predetermined temperature at which it is held.

Zur selben Zeit werden Ausgangsmaterialgase, z.B. Silangas (SiF4-Gas) und H2-Gas im Fall der Ausbildung einer amorphen Siliziumschicht, durch die Gaszufuhreinrichtungen jeweils mit vorgegebener Durchsatzmenge in den Schichtbildungsraum 7 der Aufdampfkammer 1 eingeführt, während der Raum auf einem Vakuum von weniger als 1,33 × 10-2 mbar gehalten wird. An­ schließend wird die Mikrowelle 4, z.B. von 2,45 GHz, von der Mikrowellen-Energiequelle durch einen Isolator, Lei­ stungsmonitor, eine Abstimmstichleitung (die nicht gezeigt sind), dann durch den Wellenleiter 3 sowie das Mikrowellen- Einführfenster 2 in den Schichtbildungsraum 7 der Bedamp­ fungskammer 1 eingeführt. Die auf diese Weise in den Schicht­ bildungsraum 7 eingebrachte Mikrowellenenergie wird wirksam zu Plasma umgesetzt und wegen der Resonanzstruktur des Rau­ mes absorbiert. Infolgedessen werden die Ausgangsmaterialga­ se angeregt und aufgespalten, um neutrale Radikalteilchen, Ionenteilchen. Elektronen u. dgl. zu bilden sowie chemische Reaktionen unter diesen hervorzurufen, was die Bildung einer auf dem Substrat 6 abgeschiedenen Schicht zum Ergebnis hat.At the same time, starting material gases, for example silane gas (SiF 4 gas) and H 2 gas in the case of the formation of an amorphous silicon layer, are introduced into the layer formation space 7 of the vapor deposition chamber 1 by the gas supply devices in each case with a predetermined throughput quantity, while the space is at a vacuum of is kept less than 1.33 × 10 -2 mbar. At closing, the microwave 4 , for example of 2.45 GHz, from the microwave energy source through an insulator, performance monitor, a tuning stub (not shown), then through the waveguide 3 and the microwave insertion window 2 into the layer formation room 7 the vaporization chamber 1 introduced. The microwave energy introduced in this way into the layer formation chamber 7 is effectively converted into plasma and absorbed because of the resonance structure of the room. As a result, the raw material gases are excited and split to neutral radical particles, ion particles. Electrons and To form. As well as to cause chemical reactions among them, which results in the formation of a layer deposited on the substrate 6 .

Eine andere repräsentative Vorrichtung zur Durchführung des oben genannten MW-PCVD-Verfahrens weist den in einer per­ spektivischen Darstellung in Fig. 4 schematisch gezeigten Aufbau auf.Another representative device for carrying out the above-mentioned MW-PCVD method has the structure shown schematically in a perspective view in FIG. 4.

Die Fig. 4 zeigt eine im wesentliche abgeschlossene zylindri­ sche Aufdampf- oder Bedampfungskammer 1, ein kreisförmiges Mikrowellen-Einführfenster 2 des TE11-Resonanzwellentyps, das aus einem dielektrischen Material einer Aluniumoxidkeramik oder geschmolzener Silika gefertigt ist, einen Wellenleiter 3, eine von einer (nicht gezeigten) Mikrowellen-Energiequelle ausgehende Mikrowelle 4, ein über ein Absperrorgan an eine (nicht gezeigte) Vakuumpumpe angeschlossenes Auslaßrohr 5, ein Substrat 6 in zylindrischer Gestalt, das an einem mit einer elektrischen Heizeinrichtung 9 versehenen Substrat­ träger angebracht ist, einen Schichtbildungsraum 7 und eine Gaszufuhrleitung 8, die mit einer Anzahl von Gasabgabelöchern versehen und mit (nicht gezeigten) Gasspeichern verbunden ist. Fig. 4 shows a substantially closed cylindrical evaporation or evaporation chamber 1 , a circular microwave insertion window 2 of the TE 11 resonance wave type, which is made of a dielectric material of an aluminum oxide ceramic or fused silica, a waveguide 3 , one of a ( (Not shown) microwave energy source outgoing microwave 4 , an outlet pipe 5 connected via a shut-off device to a (not shown) vacuum pump, a substrate 6 in a cylindrical shape which is attached to a substrate provided with an electric heating device 9 , a layer formation space 7 and a gas supply line 8 provided with a number of gas discharge holes and connected to gas reservoirs (not shown).

Der Schichtbildungsvorgang in der in Fig. 4 gezeigten Vor­ richtung läuft in der gleichen Weise ab, wie zum vorherigen Fall (mit Bezug auf Fig. 3) erläutert wurde.The layer formation process in the device shown in FIG. 4 proceeds in the same manner as was explained in the previous case (with reference to FIG. 3).

Es ist zu bemerken, daß als kreisförmiges Mikrowellen-Ein­ führfenster 2 bei beiden Vorrichtungen üblicherweise ein solches des TE11-Resonanzwellentyps zur Anwendung gelangt, wie schon erwähnt wurde. It should be noted that, as a circular microwave insertion window 2, a device of the TE 11 resonance wave type is usually used in both devices, as has already been mentioned.

Bekannte Vorrichtungenzur Durchführung des MW-PCVD-Verfah­ rens werfen jedoch Probleme insofern auf, als das Mikrowel­ len-Einführfenster häufig während des Schichtbildungsvor­ gangs beschädigt wird. Auch bestehen bei diesen bekannten Vorrichtungen Probleme insofern, als die Verteilung in der Abscheidungsleistung für eine aufzubringende Schicht oftmals auf der Substratoberfläche ungleichmäßig wird, was letztlich die als Ergebnis erhaltene Abscheidungs- oder Bedampfungs­ schicht ungleichmäßig werden läßt, und zwar nicht nur in der Dicke der Schicht, sondern auch in der Schichtqualität.Known devices for performing the MW-PCVD process However, rens pose problems in that the microwave len insertion window often during layer formation is damaged. Also exist in these known Devices problems in that the distribution in the Deposition performance for a layer to be applied often on the substrate surface becomes uneven, which ultimately the deposition or vapor deposition obtained as a result layer becomes uneven, and not just in the thickness of the layer, but also in the layer quality.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Probleme, die sich bei den bekannten Vorrichtungen herausgestellt haben, zu beseitigen und eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, eine funktionelle Abscheidungs- oder Auf­ dampfschicht, die als ein Bauteil für Halbleiterelemente, für photoempfindliche Vorrichtungen zur Verwendung in der Elektrophotographie, für photoelektromotorische Kraftein­ richtungen, für andere elektronische und für optische Vor­ richtungen verwendbar ist, mit einer hohen Schichtbildungs­ geschwindigkeit unter Anwendung des MW-PCVD-Verfahrens zu bilden.The invention has for its object the problems that have been found in the known devices, eliminate and create an improved device which enables a functional deposition or on vapor layer that as a component for semiconductor elements, for photosensitive devices for use in the Electrophotography, for photoelectromotive forces directions, for other electronic and for optical devices directions can be used with a high layer formation speed using the MW-PCVD process form.

Ein ganz wesentliches Ziel der Erfindung liegt darin, zu verhindern, daß das Mikrowellen-Einführfenster in der be­ kannten Vorrichtung zur Durchführung des MW-PCVD-Verfahrens beschädigt wird.A very important aim of the invention is to prevent the microwave insertion window in the be knew device for performing the MW-PCVD process is damaged.

Als weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung zur Durchführung des MW-PCVD- Verfahrens herauszustellen, die eine gleich-förmige Vertei­ lung der erzeugten Plasmen über den gesamten, die Oberflä­ che eines Substrats umgebenden Flächenbereich, auf dem eine Schicht aufgebracht werden soll, ermöglicht, um dadurch als Ergebnis zu erreichen, daß die Schicht auf der gesamten Oberfläche des Substrats mit einer gleichförmigen Abschei­ dungsleistung in gleichmäßiger Weise aufgebracht wird.Another object of the invention is to provide a improved device for performing the MW-PCVD Procedure to expose a uniform distribution plasmas generated over the entire surface surface area of a substrate on which a Layer to be applied allows to thereby Achieve that layer on the whole  Surface of the substrate with a uniform deposit performance is applied in a uniform manner.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine verbesser­ te Vorrichtung zur Ausbildung einer funktionellen Abschei­ dungs- oderAufdampfschicht unter Anwendung des MW-PCVD-Ver­ fahrens geschaffen, die mit einer Substrattrageinrichtung, Ausgangsmaterialgaszufuhreinrichtungen, einer Auslaßeinrich­ tung sowie einem eine Übertragung oder einen Durchgang einer Mikrowelle von einer Mikrowellen-Energiequelle erlaubenden Fenster als ein wesentliches Wandbauteil der Bedampfungs­ oder Aufdampfkammer versehen ist, wobei das eine kreisförmi­ ge Hohlraumresonanzstruktur von entweder einem TM01-Wellen­ typ oder TE01-Wellentyp aufweisende Fenster aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material ist oder das eine Koaxial­ leitung-Hohlraumresonanzstruktur des TEM-Wellentyps aufwei­ sende Fenster unter Verwendung eines Materials gefertigt ist, in dem elektrische Felder bzw. Magnetfelder sich radial oder konzentrisch erstrecken.To achieve the object, an improved device for forming a functional deposition or vapor deposition layer using the MW-PCVD method is created according to the invention, the device with a substrate support device, starting material gas supply devices, an outlet device and a transmission or passage of a microwave Window allowing microwave energy source is provided as an essential wall component of the vapor deposition or vapor deposition chamber, which is a circular cavity resonance structure of either a TM 01 -wave type or TE 01 -wave-type window made of a material permeable to microwaves or which is a coaxial line- Cavity resonance structure of the TEM wave-type window is made using a material in which electrical fields or magnetic fields extend radially or concentrically.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die oben her­ ausgestellten Probleme in bezug auf Schäden an dem dielek­ trischen Mikrowellen-Einführfenster, die auf das Auftreten einer lokalen Überhitzung im Werkstoff des Fensters oder auf das Auftreten einer Wärmeverformung des Fensters auf Grund einer solchen lokalen Überhitzung bei den bekannten Vorrichtungen zurückzuführen sind, in völlig zufriedenstel­ lender Weise beseitigt. Dadurch besteht nun die Möglichkeit, kontinuierlich eine hohe Mikrowellenenergie oder -leistung in einem stabilen Zustand in den Schichtbildungs- oder Be­ schichtungsraum für einen verlängerten Zeitraum einzuführen, um dadurch wirksam und leistungsfähig ein MW-PCVD-Verfahren für die Bildung einer Abscheidungs- oder Aufdampfschicht durchzuführen. Darüber hinaus wird im Schichtbildungsraum der verbesserten Vorrichtung gemäß der Erfindung das insge­ samt erzeugte Plasma in einer gewünschten, gleichförmigen Dichte über den gesamten, die Oberfläche des Substrats umge­ benden Flächenbereich verteilt, so daß eine gewünschte, funktionelle Abscheidungs- oder Bedampfungsschicht, die eine gleichförmige Schichtstärke sowie eine gleichmäßige Schicht­ qualität hat und in vielen praktisch anwendbaren sowie in der Praxis bedeutsamen Kennwerten oder Eigenschaften sehr wertvoll ist, produziert wird.In a device according to the invention, the above Issues related to damage to the dielectric trical microwave insertion window that is based on the occurrence local overheating in the material of the window or on the occurrence of thermal deformation of the window Because of such local overheating in the known Devices can be traced back to completely satisfied lenderly eliminated. This now gives you the opportunity continuously high microwave energy or power in a stable state in the layer formation or loading to introduce stratification space for an extended period, to make an MW-PCVD process effective and efficient for the formation of a deposition or vapor deposition layer perform. In addition, in the stratification room  the improved device according to the invention in total together with generated plasma in a desired, uniform Density all over, the surface of the substrate vice versa distributing surface area so that a desired, functional deposition or vapor deposition layer, the one uniform layer thickness and an even layer has quality and in many practical uses as well as in very important parameters or properties in practice is valuable, is produced.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be described with reference to the drawings explained. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Mikrowellen- Einführfensters des TM01-Resonanzwellentyps, das bei der Vorrichtung zur Durchführung des MW-PCVD- Verfahrens gemäß der Erfindung zur Anwendung kommt; Fig. 1 is a schematic representation of a microwave insertion window of the TM 01 resonance wave type, which is used in the device for performing the MW-PCVD method according to the invention;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Mikrowellen- Einführfensters des TE11-Resonanzwellentyps, das bei der bekannten Vorrichtung zur Durchführung des MW-PCVD-Verfahrens verwendet wird; Fig. 2 is a schematic representation of the microwave introducing window 11 of the TE -Resonanzwellentyps used in the known device for carrying out the MW-PCVD process;

Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht einer repräsen­ tativen bekannten Vorrichtung zur Durchführung des MW-PCVD-Verfahrens; Figure 3 is a schematic perspective view of a representative known device for performing the MW-PCVD method.

Fig. 4 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren repräsentativen und bekannten Vorrichtung zur Durchführung des MW-PCVD-Verfahrens. Fig. 4 is a schematic perspective view of another representative and known device for performing the MW-PCVD method.

Repräsentative Ausführungsformen einer verbesserten Vorrich­ tung zur Ausbildung einer funktionellen Abscheidungsschicht mittels des MW-PCVD-Verfahrens gemäß der Erfindung werden im folgenden erläutert, wobei die Beschreibung den Rahmen der Erfindung in keiner Weise beschränkt. Representative embodiments of an improved device to form a functional deposition layer using the MW-PCVD method according to the invention explained below, the description being the framework the invention in any way limited.  

Um die oben herausgestellten Probleme der bekannten Vorrich­ tungen zur Ausbildung einer funktionellen Abscheidungs- oder Bedampfungsschicht mit Hilfe des MW-PCVD-Verfahrens zu besei­ tigen sowie die Aufgabe der Erfindung zu lösen und die ge­ setzten Ziele zu erreichen, hat der Erfinder umfassende Untersuchungen vorgenommen und auf Grund der im folgenden erwähnten Ergebnisse sowie Tatsachen festgestellt, daß das Auftreten eines Schadens an dem dielektrischen Fenster bei der bekannten Vorrichtung zur Ausbildung einer funktionel­ len Abscheidungsschicht mit Hilfe des MW-PCVD-Verfahrens in erster Linie durch die Hitzeverformung des Fensters zur Zeit des Einführens von Mikrowellenenergie in den Schicht­ bildungs- oder Beschichtungsraum hervorgerufen wird.To the problems highlighted by the well-known Vorrich for the formation of a functional separation or Evaporation layer using the MW-PCVD process term and to solve the problem of the invention and the ge To achieve set goals, the inventor has comprehensive Investigations made and based on the following Results mentioned as well as facts found that the Damage to the dielectric window occurs the known device for forming a functional len deposition layer using the MW-PCVD process primarily due to the heat deformation of the window Time of introducing microwave energy into the layer education or coating room is caused.

Das einen Durchgang einer Mikrowelle in den Beschichtungs­ raum ermöglichende Fenster, das bei der bekannten Vorrich­ tung zur Bildung einer funktionellen Abscheidungsschicht mittels des MW-PCVD-Verfahrens verwendet wird, ist vom TE11-Resonanzwellentyp, wie die Fig. 2 zeigt, in der die Zustände der elektrischen Felder E und der magnetischen Fel­ der H, die auf der Ebene des dielektrischen Fensters verlau­ fen sollen, dargestellt sind. Bei diesem dielektrischen Fen­ ster fließt ein elektrischer Strom parallel zu einer elektri­ schen Kraftlinie und wird innerhalb des dielektrischen Werk­ stoffs des Fensters in Wärmeenergie umgewandelt. Dadurch erfolgt lokal eine Wärmeerzeugung in der maximalen Radial­ richtung parallel zum elektrischen Feld im dielektrischen Fenster des TE11-Wellentyps, wodurch eine Hitzeverformung in den Teilen zwischen dieser Richtung und einer anderen, dazu rechtwinkligen Richtung hervorgerufen wird.The window allowing a passage of a microwave into the coating room, which is used in the known device for forming a functional deposition layer by means of the MW-PCVD method, is of the TE 11 resonance wave type, as shown in FIG. 2, in which the States of the electric fields E and the magnetic field of the H , which are to pass on the plane of the dielectric window, are shown. In this dielectric window, an electric current flows parallel to an electrical line of force and is converted into thermal energy within the dielectric material of the window. As a result, heat is generated locally in the maximum radial direction parallel to the electric field in the dielectric window of the TE 11 -wave type, which causes heat deformation in the parts between this direction and another, perpendicular direction.

Diese Erscheinung fordert häufig das Auftreten von Schäden an diesem Fenster auf Grund von Wärmespannungen heraus, wo­ durch ernsthafte Probleme auf seiten der Vorrichtung her­ vorgerufen werden, und zwar vor allem in dem Fall, wenn der Reflexionsgrad einer Mikrowelle am dielektrischen Fenster oder wenn der Verlustwinkel des dielektrischen Materials des Fensters groß sind.This phenomenon often requires damage to occur out on this window due to thermal stresses where due to serious problems on the part of the device  be called, especially in the case when the Reflectance of a microwave at the dielectric window or if the loss angle of the dielectric material of the window are large.

Eine andere Feststellung hat ergeben, daß die Hitzeverfor­ mung durch eine lokale Hitzeerzeugung hervorgerufen wird, die auf die Ungleichförmigkeit in der Verteilung der Magnet­ felder einer Mikrowelle zurückzuführen ist.Another finding has shown that the heat deformation generation is caused by local heat generation, the on the non-uniformity in the distribution of the magnet fields of a microwave.

Ferner wurde festgestellt, daß diese Ungleichförmigkeit in der Verteilung der Magnetfelder einer Mikrowelle auf eine ungleichförmige Verteilung der Dichte der im Beschichtungs­ raum erzeugten Plasmen im Bereich, der die Oberfläche des Substrats umgibt, hinausläuft, wodurch die Abscheidungslei­ stung oder der Abscheidungsgrad einer Schicht ungleichmäßig und die Bildung einer unerwünschten Abscheidungsschicht, die in bezug auf ihre Dicke und Qualität mäßig ist, hervor­ gerufen wird.It has also been found that this non-uniformity in the distribution of the magnetic fields of a microwave on one non-uniform distribution of density in the coating Plasmas generated in the area covering the surface of the Surrounds substrate, resulting in the Ableiungslei or the degree of deposition of a layer is uneven and the formation of an undesirable deposition layer, which is moderate in thickness and quality is called.

Insbesondere ist in diesem Zusammenhang festzustellen, daß das durch die Wirkung der Mikrowellenenergie dissoziierte Elektron durch das Magnetfeld H eine Lorentz-Kraft empfängt und eine Driftbewegung ausführt. Deshalb wird das resultie­ rende Plasma im horizontalen Querschnitt des Beschichtungs­ raumes so verteilt, daß es zum Magnetfeld H parallel ist, was zum Ergebnis hat, daß die Verteilung in den Abscheidungs­ graden für eine auf dem Substrat niederzuschlagende Schicht demzufolge ungleichmäßig wird.In particular, it should be noted in this connection that the electron dissociated by the action of the microwave energy receives a Lorentz force through the magnetic field H and executes a drift movement. Therefore, the resulting plasma is distributed in the horizontal cross section of the coating space so that it is parallel to the magnetic field H , which has the result that the distribution in the deposition degrees for a layer to be deposited on the substrate is consequently uneven.

Die obigen Untersuchungsergebnisse haben auf seiten des Er­ finders zur Erkenntnis geführt, daß es, um eine gleichmäßi­ ge Verteilung der Magnetfelder einer Mikrowelle zu erlangen, am wirksamsten ist, nicht nur das dielektrische Mikrowellen- Einführfenster von den genannten Problemen in bezug auf das Auftreten von Schäden freizumachen, sondern auch die resul­ tierenden Plasmen gleichförmig über den gesamten, die Ober­ fläche des Substrats im Schichtbildungsraum umgebenden Be­ reich zu verteilen. Der Erfinder hat festgestellt, daß es, um eine gleichmäßige Verteilung der magnetischen Felder einer Mikrowelle zu erlangen, für den Resonanzwellentyp des dielektrischen Mikrowellen-Einführfensters notwendig ist, daß dieser ein TEM-Wellentyp, ein TE01-Wellentyp oder ein TM01-Wellentyp ist.The above test results have led to the finding on the part of the inventor that, in order to obtain an even distribution of magnetic fields of a microwave, it is most effective not only the dielectric microwave insertion window of the above-mentioned problems with respect to the occurrence of damage free, but also to distribute the resulting plasmas uniformly over the entire area surrounding the surface of the substrate in the layer formation area. The inventor has found that in order to obtain a uniform distribution of the magnetic fields of a microwave, the resonance wave type of the dielectric microwave insertion window is required to be a TEM wave type, a TE 01 wave type or a TM 01 wave type .

Auf der Grundlage der obigen Darstellungen wurde die Erfin­ dung konzipiert, die sich mit Verbesserungen an den bekann­ ten Vorrichtungen zur Ausbildung einer funktionellen Abschei­ dungsschicht mittels des MW-PCVD-Verfahrens befaßt und da­ durch gekennzeichnet ist, daß ein spezielles Mikrowellen- Einführfenster zur Anwendung gelangt.Based on the above representations, the inven conceived, which could make improvements to the Devices for the formation of a functional separation layer covered by the MW-PCVD process and there is characterized by the fact that a special microwave Introducer window is used.

Im folgenden wird die verbesserte Vorrichtung gemäß der Er­ findung, die ein besonderes Mikrowellen-Einführfenster hat, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.In the following the improved device according to the Er invention that has a special microwave insertion window, explained with reference to the drawings.

Die Fig. 1 zeigt eine repräsentative Ausführungsform eines speziellen dielektrischen Mikrowellen-Einführfensters des TM01-Resonanzwellentyps, das bei der erfindungsgemäßen Vor­ richtung zur Anwendung kommt. Fig. 1 shows a representative embodiment of a special dielectric microwave insertion window of the TM 01 resonance wave type, which is used in the device according to the invention.

Das dielektrische Mikrowellen-Einführfenster von Fig. 1, das eine zirkulare Hohlraumresonanzstruktur des TM01-Wellen­ typs hat, soll als dielektrisches Mikrowellen-Einführfen­ ster 2 entweder bei der Vorrichtung von Fig. 3 oder bei der­ jenigen von Fig. 4 Verwendung finden.The dielectric microwave insertion window of FIG. 1, which has a circular cavity structure of the TM 01 wave type, is intended to be used as the dielectric microwave insertion window 2 in either the device of FIG. 3 or that of FIG. 4.

In Fig. 1 sind eine elektrische Kraftlinie E und eine magne­ tische Kraftlinie H dargestellt. In Fig. 1, an electrical line of force E and a magnetic line of force H are shown.

Bei dem dielektrischen Mikrowellen-Einführfenster des TM01- Resonanzwellentyps, das die Fig. 1 zeigt, verlaufen die ma­ gnetischen Felder radial vom Zentrum aus und sind die elek­ trischen Felder konzentrisch verteilt, wobei sie zu den magnetischen Feldern rechtwinklig sind. Deswegen erfolgt die Hitzeerzeugung in diesem Fenster auf Grund der Absorp­ tion einer Mikrowellenenergie durch dieses Fenster gleich­ mäßig in der radialen Richtung vom Zentrum aus. Insofern treten die vorher genannten Probleme in bezug auf eine Hitze­ verformung, die bei der bekannten Vorrichtung festzustellen sind, nicht auf, weshalb das dielektrische Mikrowellen-Ein­ führfenster der Vorrichtung zur Ausbildung einer funktionel­ len Abscheidungsschicht mit Hilfe des MW-PCVD-Verfahrens ständig schadenfrei gehalten werden kann, wenn dieses Fen­ ster des TM 01-Resonanzwellentyps als das dielektrische Mi­ krowellen-Einführfenster 2 bei der Vorrichtung von Fig. 3 oder derjenigen von Fig. 4 zur Anwendung kommt.In the dielectric microwave introducing the TM. 01 - resonant mode, which is shown in FIG 1, extending the ma-magnetic fields radially from the center and the elec tric fields are distributed concentrically, they are perpendicular to the magnetic fields. Therefore, the heat generation in this window is due to the absorption of microwave energy through this window evenly in the radial direction from the center. In this respect, the above-mentioned problems with regard to heat deformation, which can be found in the known device, do not occur, which is why the dielectric microwave insertion window of the device for forming a functional deposition layer using the MW-PCVD process is kept constantly free of damage can be when this window of the T M 01 resonance wave type is used as the dielectric microwave insertion window 2 in the device of FIG. 3 or that of FIG. 4.

In dem Fall, wenn eine solche Aluminiumoxidkeramik, die eine Reinheit von mehr als 95% hat, zur Bildung des genannten Fensters des TM01-Resonanzwellentyps verwendet wird, kann die Wärmeableitung ganz bedeutend begünstigt werden. In die­ sem Fall kann das dielektrische Mikrowellen-Einführfenster in einem gewünschten, stabilen Zustand, ohne eine Hitzever­ formung zu erleiden, gehalten werden, selbst wenn ein lange Zeit andauernder Beschichtungsvorgang ausgeführt wird. Fer­ ner werden darüber hinaus im Fall der Verwendung des erläu­ terten dielektrischen Mikrowellen-Einführfensters des TM01- Wellentyps die durch die Wirkung der durch dieses Fenster in den Beschichtungsraum eingeführten Mikrowellenenergie erzeugten Plasmen konzentrisch in einer gewünschten, gleich­ mäßigen Dichte über den gesamten, die Oberfläche des Sub­ strats im Schichtbildungsraum umgebenden Bereich verteilt, wodurch wirksam und leistungsfähig eine gewünschte Abschei­ dungsschicht von gleichförmiger Schichtdicke und gleichför­ miger Schichtqualität erhalten wird. In the case when such an alumina ceramic, which has a purity of more than 95%, is used to form the above-mentioned window of the TM 01 resonance wave type, the heat dissipation can be significantly promoted. In this case, the dielectric microwave insertion window can be kept in a desired, stable state without undergoing heat distortion even if a long-term coating operation is carried out. Furthermore, in the case of using the dielectric microwave insertion window of the TM 01 - wave type, the plasmas generated by the action of the microwave energy introduced into the coating space through this window are concentrated in a desired, uniform density over the entire surface of the substrate in the stratification area surrounding area, which effectively and efficiently a desired deposition layer of uniform layer thickness and uniform layer quality is obtained.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch eine zir­ kulare Hohlraumresonanzstruktur des TE01-Wellentyps und eine Koaxialleitung-Hohlraumresonanzstruktur des TEM-Wellentyps als dielektrisches Mikrowellen-Einführfenster verwendet werden.In the device according to the invention, a circular cavity resonance structure of the TE 01 wave type and a coaxial line cavity resonance structure of the TEM wave type can also be used as a dielectric microwave insertion window.

Im Fall der Verwendung des Fensters vom TE01-Resonanzwellen­ typ sind die elektrischen Felder konzentrisch verteilt, während das Magnetfeld radial verläuft. Dewegen tritt eine Wärmeerzeugung im dielektrischen Werkstoff des Fensters gleichmäßig in der Umfangsrichtung auf und eine Hitzeverfor­ mung des Fensters erfolgt nicht. Die im Beschichtungsraum zu erzeugenden Plasmen werden deshalb mit einer gewünschten, gleichmäßigen Dichte über den gesamten, die Oberfläche des Substrats im Beschichtungsraum umgebenden Bereich verteilt, wie es auch bei dem Fenster des TM01-Resonanzwellentyps der Fall ist.In the case of using the window of the TE 01 resonance wave type, the electric fields are distributed concentrically, while the magnetic field is radial. Because of this, heat generation in the dielectric material of the window occurs uniformly in the circumferential direction and heat deformation of the window does not take place. The plasmas to be generated in the coating room are therefore distributed with a desired, uniform density over the entire area surrounding the surface of the substrate in the coating room, as is also the case with the window of the TM 01 resonance wave type.

Bei dem oben erwähnten Fenster des TEM-Resonanzwellentyps ist es erforderlich, ein metallisches Leiterbauteil als den zentralen Leiter zu verwenden.In the TEM resonance wave type window mentioned above it is necessary to use a metallic conductor component as the to use central ladder.

Durch Ausbilden eines gewünschten Fensters mit einer geeig­ neten abgeschlossenen Vakuumkonstruktion unter Verwendung eines solchen metallischen Leiterbauteils und eines dielek­ trischen Materials kann ein gewünschtes dielektrisches Mikro­ wellen-Einführfenster mit einer Koaxialleitung-Hohlraumreso­ nanzstruktur vom TEM-Wellentyp geschaffen werden, das die­ selben Wirkungen wie mit einem Fenster des TM01-Resonanzwel­ lentyps oder des TE01-Resonanzwellentyps erreichen läßt.By forming a desired window with a suitable sealed vacuum structure using such a metallic conductor member and a dielectric material, a desired dielectric microwave insertion window can be provided with a coaxial line cavity resonance structure of the TEM wave type, which has the same effects as with one Windows of the TM 01 resonance wave type or the TE 01 resonance wave type can be reached.

Beispiel zur Ausbildung einer funktionellen Abscheidungs­ schicht unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung. Example for the formation of a functional separation layer using the Vorrich invention tung.  

Bei diesem Beispiel wurde eine gegenüber der Vorrichtung von Fig. 3 abgewandelte Vorrichtung verwendet, wobei anstel­ le des üblichen dielektrischen Mikrowellen-Einführfensters 2 ein kreisförmiges Fenster mit einer zirkularen Hohlraum­ resonanzstruktur des TM01-Wellentyps, das aus einer Alumi­ niumoxidkeramik mit mehr als 95% Reinheit gefertigt war, zum Einsatz kam.In this example, a device which was modified compared to the device of FIG. 3 was used, instead of the usual dielectric microwave insertion window 2, a circular window with a circular cavity resonance structure of the TM 01 wave type, which was made from an aluminum oxide ceramic with more than 95% Purity was made, was used.

Der Schichtbildungsvorgang mit der obigen Vorrichtung wurde unter den folgenden Beschichtungsbedingungen durchgeführt:The film formation process with the above device was carried out under the following coating conditions:

Verwendetes GasDurchsatzmengeGas flow rate used

SiF₄-Gas500 SCCM H₂-Gas200 SCCMSiF₄-Gas500 SCCM H₂-Gas200 SCCM

Aufzubringende Mikrowellenenergie: 1 kW (2,45 GHz)
Temperatur des Substrats: 250°C
Entladedauer: 2 hMicrowave energy to be applied: 1 kW (2.45 GHz)
Temperature of the substrate: 250 ° C
Discharge time: 2 h

Es wurden 10 Probestücke einer Abscheidungsschicht durch Wiederholen des obigen Beschichtungsvorgangs gefertigt.10 test pieces of a deposition layer were carried out Repeat the above coating process.

Danach wurde das verwendete Fenster des TM01-Resonanzwel­ lentyps untersucht. Das Ergebnis war, daß das Fenster noch immer in seinem ursprünglichen stabilen Zustand war und keinerlei Beschädigung aufwies.Then the window used of the TM 01 resonance wave type was examined. The result was that the window was still in its original stable condition and showed no damage.

Die verschiedenen Prüfungen an den gefertigten 10 Probestük­ ken haben als Ergebnis gezeigt, daß jedes Probestück eine gleichförmige Schichtdicke sowie eine gleichförmige Schicht­ qualität hat und viele praktisch anwendbare Eigenschaften oder Kennwerte zeigt. The various tests on the 10 test pieces Results have shown that each sample has a uniform layer thickness and a uniform layer has quality and many practical properties or shows characteristic values.  

Als Vergleich wurde versucht, unter den obigen Beschich­ tungsbedingungen mit der in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung eine Abscheidungsschicht zu bilden, wobei die Vorrichtung mit einem bekannten dielektrischen Fenster des TE11-Resonanzwellentyps versehen war. Nur 20 Minuten nach dem Beginn des Beschichtungsvorgangs war das Fenster über­ hitzt sowie beschädigt und letzlich nicht mehr brauchbar.As a comparison, an attempt was made to form a deposition layer under the above coating conditions with the conventional device shown in Fig. 3, which device was provided with a known dielectric window of the TE 11 resonance wave type. Only 20 minutes after the start of the coating process, the window was overheated and damaged and ultimately no longer usable.

Durch die Erfindung wird eine bekannte Vorrichtung zur Bil­ dung einer funktionellen Bedampfungsschicht mittels eines chemischen Mikrowellen-Plasma-Bedampfungsverfahrens, die eine im wesentlichengeschlossene Beschichtungskammer mit einer Substrattrageinrichtung, eine Ausgangsmaterialgas-Zu­ fuhreinrichtung, eine Auslaßeinrichtung und ein die Einfüh­ rung einer Mikrowelle von einer Mikrowellen-Energiequelle als ein Wandbauteil der Beschichtungskammer zulassendes Fen­ ster aufweist, verbessert, indem anstelle dieses Fensters ein Fenster mit einer zirkularen Hohlraumresonanzstruktur von entweder dem TM01-Wellentyp oder dem TE01-Wellentyp, das aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material be­ steht, oder ein Fenster mit einer Koaxialleitung-Hohlraum­ resonanzstruktur des TEM-Wellentyps, das unter Verwendung des Materials gefertigt wird, innerhalb welchem elektrische Felder und magnetische Felder jeweils radial oder konzen­ trisch verlaufen, vorgesehen wird. Das Fenster wird aus einem dielektrischen Material einer Aluminiumoxidkeramik von mehr als 95% Reinheit oder unter Verwendung eines solchen Materi­ als hergestellt. Mit der verbesserten Vorrichtung werden Probleme in bezug auf Schäden am dielektrischen Mikrowellen- Einführfenster, die durch das Auftreten einer lokalen Über­ hitzung im Baumaterial des Fensters und das Auftreten von aufeiner solchen lokalen Überhitzung beruhenden Hitzeverformung des Fensters hervorgerufen werden und bei der bekannten Vorrich­ tung festzustellen sind, in zufriedenstellender Weise be­ seitigt.The invention provides a known device for forming a functional vapor deposition layer by means of a chemical microwave plasma vapor deposition process, which comprises a substantially closed coating chamber with a substrate support device, a starting material gas supply device, an outlet device and an introduction of a microwave from a microwave oven. Enabling energy source as a wall member of the coating chamber window improved, by instead of this window, a window with a circular cavity resonance structure of either the TM 01 -wave type or the TE 01 -wave type, which consists of a microwave-permeable material, or a window with a coaxial line cavity resonance structure of the TEM wave type, which is manufactured using the material within which electric fields and magnetic fields are each radial or concentric, is provided. The window is made of a dielectric material of an alumina ceramic of more than 95% purity or using such a material. With the improved device, problems related to damage to the dielectric microwave insertion window caused by the occurrence of local overheating in the building material of the window and the occurrence of heat distortion of the window due to such local overheating are found in the known device , eliminated in a satisfactory manner.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Bildung einer funktionellen Bedampfungs­ schicht mittels eines chemischen Mikrowellen-Plasma- Bedampfungsverfahrens, wobei die Vorrichtung eine im we­ sentlichen geschlossene Beschichtungskammer (1) mit einer ein Substrat (6) tragenden Einrichtung, eine Ausgangs­ materialgas-Zufuhreinrichtung, eine Auslaßeinrichtung (5) und ein einen Durchgang einer Mikrowelle (4) von einer Mikrowellen-Energiequelle zulassendes Fenster (2) als ein Wandbauteil der Beschichtungskammer umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (2) eine zirku­ lare Hohlraumresonanzstruktur aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material, in welchem elektrische Felder bzw. magnetische Felder radial oder konzentrisch gerichtet sind, hat. 1. Device for forming a functional evaporation layer by means of a chemical microwave plasma evaporation process, the device being a substantially closed coating chamber ( 1 ) with a substrate ( 6 ) carrying means, an initial material gas supply device, an outlet device ( 5th ) and a passage of a microwave ( 4 ) from a microwave energy source window ( 2 ) as a wall component of the coating chamber, characterized in that the window ( 2 ) has a circular cavity resonance structure made of a microwave-permeable material in which electrical Fields or magnetic fields are directed radially or concentrically. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster aus einer Aluminiumoxidkeramik mit einer Reinheit von mehr als 95% gebildet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the window made of an alumina ceramic with a Purity of more than 95% is formed. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Fenster ein Feldbild des TEM-Resonanzwel­ lentyps, des TE01-Resonanzwellentyps oder des TM01- Resonanzwellentyps aufweist und eine Mikrowellen-Reso­ nanzstruktur hat.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the window has a field image of the TEM resonance wave type, the TE 01 resonance wave type or the TM 01 - resonance wave type and has a microwave resonance structure.
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