159832. lajstromszámú szabadalom • Berendezés tárgyak kezelésére, főleg bevonására gázplazma alkalmazásával

159832 3 4 lálmány szerinti berendezés kiviteli alakjának perspektivikus nézetét mutatja. Az ábrán látható berendezés vákuumkamrája 10 fő-reakciókamrából és két, elektródokat tartalmazó 11 és 12 oldalkamrából áll. A 10 fő-reakciókamra 13 tartót tartalmaz és ezen helyezkedik el a 14 szubsztrátum. A 13 aljzat anyaga sokféle lehet. Előnyös, ha ez az anyag jó hővezető. Szilícium, alumínium, molibdén, szén és sárgaréz, valamint vörösréz, amennyiben hűtést kap, megfelelő. A félvezető szubsztrátum szennyezésének elkerülésére előnyös, ha a tartó és a szubsztrátum azonos anyagból vannak. Rádiófrekvenciás 15 melegítő van elhelyezve a vákuumkamra kvarc falán kívül és induktív úton van csatolva a tartóval a szubsztrátum hevítése céljából. A 11 oldalkamrában van a 16 anód, amely pusztán egy vezető anyagból, például alumíniumból kiképzett tömb. A 12 oldalkamra tartalmazza a 17 katódot, amely tetszőleges megfelelő elektronkibocsátó anyag lehet. Ez az elektród hasonló lehet az anódhoz, de lehet izzókatód is. A katód összetétele és szerkezete nem kritikus. A két elektródnak egyedül az a szerepe a találmány szerinti berendezésnél, hogy a reagens gázplazmát fenntartsák. Egyik elektród sem vesz részt a kémiai reakcióban és egyik sem irányítja a szabad ionok áramlását. Következésképpen a két elektród elszigetelhető a reakció tartománytól. Ezt az elszigetelést azáltal érjük el, hogy védőgáz atmoszférát létesítünk mindkét elektród körül, amelyet a 10 fő-reakciókamra felé a reagens gázplazma határol. Ennek a kialakításnak több fontos előnye van. Az elektródokon vagy az elektródokban levő szennyezések nem juthatnak el a szubsztrátum környezetébe és nem szennyezhetik a lerakott réteget. Még fontosabb, hogy maguk az elektródok nem fogynak, nem korrodálódnak vagy passziválódnak azáltal, hogy közvetlenül érintkeznek a reagens gázplazmával. Az elektródok számára a védőgázt az ábra szerinti készüléknél azáltal biztosítjuk, hogy megfelelő védőgázt, például argont, héliumot, vagy nitrogént áramoltatunk a 18 és 19 beömlő nyílásokon át az elektródokat tartalmazó 11 és 12 oldalkamrákba. Más közömbös gázt is használhatunk erre a célra. Széndioxid, levegő, vagy más gázok, amelyek viszonylag közömbösek az elektródok anyagával szemben, ugyancsak jól használhatók. Megjegyezzük, hogy a közömbös gáz jelenléte a katódkamrában lehetővé teszi hagyományos izzókatód használatát. A gázreagenseket a plazma számára a 20 beömlő nyíláson át bocsátjuk be. A reagenseket a kívánt reakciónak megfelelően választjuk meg. Az elektródokat burkoló védőgáz és a reagens gázplazma között azáltal tartjuk fenn a belső határfelületet, hogy e gázok áramlását és így nyomását a közös 21 és 22 kiömlő nyílásokon át egy vákuumszivattyú útján szabályozzuk. A plazma nyalábot könnyen fel lehet ismerni szemléléses megfigyeléssel és szabályozni lehet azáltal, hogy a viszonylagos áramlási sebességet mindaddig változtatjuk, amig a belső határfelület a kívánt helyzetet el nem éri. Előnyös, ha olyan plazma nyalábbal dolgozunk, amely a 21 és 22 kiömlő nyílások közelében van. Az alábbi példa vékony sziliciumnitrid réteg lerakására szolgáló eljárásra vonatkozik; ezt a réteget szilicium alaptestre rakjuk le a szemléltetett találmány szerinti berendezés alkalmazásával. A fényesre polírozott szilicium szubsztrátumokat szilicium tartóra helyezzük és hermetikusan a 10 fő-reakciókamrába zárjuk. A tartót mágneses hajtás segítségével forgatjuk, hogy a réteglerakás egyenletességét biztosítsuk. A szubsztrátumokat kb. 350 °C-ra hevítjük RF hevítés útján és a 18 és 19 beömlő nyílásokon keresztül argon gázt vezetünk be. Változatként argon helyett védőgáz céljára igen hatásos a nitrogén használata. Előnyös ennél az eljárásnál a nitrogén használata azért is, mert a nitrogén egyik reagensként van alkalmazva. Sziliciumtetrabromid és nitrogén keverékét vezetjük be a 20 beömlő nyíláson keresztül, úgy hogy a teljes nyomás 0,8 torr legyen. A gáznyomás — részben — meghatározza a plazma sűrűségét. A nyomás, amely használható plazmát ad, 0,1 torr és 10 torr közötti tartományban írható elő. A SiBr4

mennyisége 0,1% a nitrogén gáz térfogatára vonatkoztatva. Azt találtuk, hogy ez a paraméter 0,01%-tól 1%,-ig változhat, hogy kielégítő eredményeket kapjunk. A plazmát Tesla tekercs segítségével gyújtjuk be vízhűtéses alumínium anód, 200 V elektródfeszültség és 1 amperes áram mellett. A katód 5U4 típusú elektroncső fűtőszál, amely 5 volt mellett 10 amperes áramot vezet. Az argon gáz áramlási sebességét addig szabályozzuk, amig a plazma közelítően a két 21 és 22 kiömlő nyílás között terjed szét. A gáz molekulák rövid közepes szabad útja ezen a nyomáson és az ellenáramú argongáz megakadályozza, hogy a reagens gázok bediffundáljanak az anód és katód oldalkamrákba. A szilicium szubsztrátumot úgy helyezzük el, hogy az teljesen belemerüljön a plazmába. A fő-reakciókamra tetejére alnico mágnest szerelünk, amely mágnes 2000—3000 gauss erősségű mágneses teret ad, és ezzel térítjük el a plazmát a szubsztrátum irányába. Ez egy lehetséges megoldás, amely mindenkor a használt berendezés geometriájától függ. Természetesen, ha a plazma szükségtelenül túlterjed a szubsztrátum tartományán, fölösleges teljesítmény- és gázreagens felhasználás történik. Ha a réteg lerakást 20 percen keresztül folytatjuk a plazma begyújtása után, fél mikron vastagságú, kitűnő minőségű és egyenletes vastagságú sziliciumnitrid réteget kapunk. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60