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Etre
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CES
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Tre
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Sepa
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Cou
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Tric
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Molecule
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DES
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silicon
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depo
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SEMI
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Physical
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de 0,5 mm
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15,9 mm
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7,9 mm
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6,35 mm
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Generic
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cation
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Disease
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Rupture
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2516339A1
Family ID 2055476
Probable Assignee Asm America Inc
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title APPAREIL A PLASMA A RADIOFREQUENCE POUR DEPOSER DES COUCHES
CONDUCTRICES
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UNE ENTRETOISE PERFECTIONNEE DESTINEE A SEPARER
LES PLAQUES CONDUCTRICES D'UN REACTEUR A PLASMA A RADIOFREQUENCE ET A
EMPECHER AINSI LA FORMATION DE COURTS-CIRCUITS ENTRE CES PLAQUES.
L'ENTRETOISE 1 COMPREND UN CORPS CYLINDRIQUE 4 EN MATIERE ISOLANTE
POSITIONNE ENTRE DEUX PLAQUES CONDUCTRICES ADJACENTES 10 ET DONT LES
EXTREMITES 8 FORMENT DES GORGES CIRCONFERENTIELLES 7 EMPECHANT LA
FORMATION D'UN TRAJET ELECTRIQUE CONDUCTEUR DIRECT ENTRE LES PLAQUES
10.
DOMAINE D'APPLICATION: FORMATION DE COUCHES CONDUCTRICES SUR DES
SUBSTRATS SEMI-CONDUCTEURS.
Description
_________________________________________________________________
L'invention concerne d'une maniere generale des dispositifs de
deposition
de plasma a radiofrequence, et plus particulierement un
perfectionnement apporte a des dispositifs de deposition en phase
vapeur assistee par plasma, destines a deposer des pellicules
conductrices
dans des reacteurs a plasma a radiofrequence.
Dans le passe, des reacteurs a plasma a radio-
frequence ont ete largement utilises dans diverses etapes de
traitement entrant dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs
telles que l'elimination de reserves photochimiques, la gravure de
composes de silicon et
plus recemment la deposition et la croissance des pelli-
cules conductrices et dielectriques La technologie du plasma
(deposition chimique en phase vapeur assitee par plasma) a pour
avantages d'etre propre, uniforme, aisement regulee et bien adaptee a
l'automatisation En particulier, d'importantes recherches ont porte
sur le developpement de reacteurs a plasma a radiofrequence de qualite
convenant a
la production, pour la deposition de pellicules conduc-
trices telles que des couches de polysilicium dope, des
couches conductrices et des couches epitaxiales.
A l'origine, des reacteurs a plasma a radiofre-
quence utilises pour deposer des couches pendant la fabri-
cation de dispositifs semi-conducteurs, ces reacteurs etant appeles
"reacteurs a decharge d'effluves", etaient constitues d'une chambre a
reaction en quartz, vide d'air, a l'interieur de laquelle etait place
un porte-substrat semi-conducteur chauffe par rayonnement, et une
source
d'energie a radiofrequence a bobine a deux spires entou-
rant le reacteur, immediatement au-dessus du porte-
substrat Les gaz reactionnels, dont les elements deter-
minent le type de couche deposee, etaient habituellement melanges
avant d'etre introduits dans le fond de la chambre. Le processus de
deposition consistait a placer les pieces sur le porte-substrat, a
faire le vide dans la chambre de reaction et a declencher le champ de
plasma
(un gaz partiellement ionise induit par un champ electri-
que puissant et comprenant des especes neutres, des ions et des
electrons) au-dessus du substrat, par introduction
du gaz reactionnel dans le champ a radiofrequence a l'in-
terieur de la chambre de reaction De cette maniere, le corps
reactionnel est ionise, ou des composes peuvent
etre produits par l'introduction d'autres corps reaction-
nels, deposant les ions, composes ou molecules neutres souhaites sur
la surface apparente de la tranche On
regle l'epaisseur de la couche en faisant varier indepen-
damment les unes des autres la temperature, la pression, la
concentration de corps reactionnels et la force du
champ a radiofrequence.
Un probleme important pose par les premiers reac-
teurs a plasma a radiofrequence etait le nombre tres
limite de pieces pouvant etre traitees a la fois Finale-
ment, la capacite des reacteurs a plasma a radiofrequence est devenue
egale ou superieure a celle des dispositifs de deposition thermique
L'interieur des tubes du reacteur
comprenait plusieurs plaques conductrices, isolees elec-
triquement les unes des autres par des entretoises en quartz (ou en
matieres non conductrices similaires) De l'energie radiofrequence
etait appliquee a des conducteurs alternes pour produire un champ de
plasma dans l'espace compris entre des conducteurs adjacents Des
alveoles se
trouvaient sur le cote de chaque conducteur pour permet-
tre la mise en place des tranches semi-conductrices.
Dans des appareils de plus grande dimension, plus de 90 tranches
pouvaient etre traitees a l'interieur d'un seul tube de reacteur Un
exemple d'un tel appareil est decrit
dans le brevet des Etats-Unis d'Amerique N O 4 223 048.
Les reacteurs a plasma a radiofrequence de plus grande dimension,
convenant a la production industrielle, fonctionnent sur le meme
principe que les appareils de deposition chimique en phase vapeur,
assistee par plasma, de type plus ancien Cependant, il est souvent in
Xossible de faire fonctionner les reacteurs au-dela d'une periode de
temps tres courte pendant laquelle seule une faible
deposition peut etre realisee sur les tranches semi-
conductrices Ce probleme devient particulierement prepon-
derant lorsque des reacteurs a plasma a radiofrequence sont utilises
pour la deposition chimique en phase vapeur assistee par plasma de
couches conductrices, et il resulte
largement de la deposition thermique de la matiere conduc-
trice sur les elements d'entretoisement Si les reacteurs a
radiofrequence fonctionnent pendant des periodes de temps relativement
plus longues,-la couche deposee s'accumule
sur les entretoises isolantes, entre les plaques conduc-
trices adjacentes Par consequent, et notamment lors de la
deposition de couches conductrices, des plaques conductri-
ces adjacentes peuvent etre mises en court-circuit par la couche
conductrice accumulee sur les entretoises Ceci provoque une rupture du
champ de plasma et l'arret du processus de deposition Meme dans le cas
o une seule operation de deposition peut etre achevee sans
defaillance, le demontage de l'appareil pour nettoyage eleve les couts
et limite la production.
Le probleme pose par les temps de travail reduits
et la formation de courts-circuits entre les plaques conduc-
trices a empeche les reacteurs a plasma a radiofrequence les plus
perfectionnes d'etre utilises dans des appareils de deposition
chimique en phase vapeur assistee par plasma,
a des cadences de production efficace.
Il est devenu necessaire de disposer de moyens concus pour isoler et
empecher la formation de courts-circuits entre les plaques
conductrices adjacentes dans des reacteurs a plasma a radiofrequence,
de maniere que la deposition chimique en phase vapeur, assistee par
plasma, de couches conductrices ou autres sur des tranches
semi-conductrices puisse etre effectuee a une cadence et sur des lots
de production, et afin que plusieurs passes puissent etre realisees
sans qu'il soit necessaire de demonter et de
nettoyer l'appareil.
L'invention a pour objet un dispositif perfectionne d'entretoisement
destine a separer les plaques
conductrices utilisees dans des reacteurs a plasma a radio-
frequence et a empecher la formation de courts-circuits
entre ces plaques Le dispositif perfectionne d'entretoise-
ment selon l'invention constitue un moyen compatible de
remplacement des types actuels d'elements destines a sepa-
rer les plaques conductrices dans des reacteurs a plasma a
radiofrequence L'invention a egalement pour objet de permettre
au-reacteur-a plasma a radiofrequence utilisant le dispositif
perfectionne d'entretoisement de fonctionner pendant de plus longues
periodes afin que des couches conductrices de plus grande epaisseur
et/ou un plus grand nombre de passes de deposition puissent etre
realisees a
des niveaux de production pratiques.
Les objets indiques ci-dessus ainsi que d'autres
objets sont atteints dans un reacteur a plasma a radio-
frequence pour la deposition de couches conductrices par deposition
chimique en phase vapeur, assistee par plasma, ce reacteur comprenant
un dispositif d'entretoisement isolant destine a separer les unes des
autres des plaques conductrices adjacentes placees a l'interieur du
reacteur
a plasma a radiofrequence, les plaques conductrices produi-
sant un champ de plasma a radiofrequence, et le dispositif
d'entretoisement isolant presentant des gorges empechant le depot de
couches conductrices sur toute la surface de ce dispositif isolant On
previent la deposition de la couche conductrice sur le dispositif de
separation en
empechant dans une large mesure le champ de plasma d'at-
teindre la zone proche des gorges Par consequent, il ne se forme pas
de trajet electrique direct entre des plaques conductrices adjacentes
et le processus de deposition peut se poursuivre pendant de plus
longues periodes de production. L'invention sera decrite plus en
detail en regard du dessin annexe a titre d'exemples nullement
limitatifs et sur lequel: la figure 1 est une elevation de
l'entretoise selon l'invention placee entre deux parties de plaques
conductrices qui sont representees en coupe et disposees dans un
reacteur a plasma a radiofrequence; la figure 2 est une elevation
analogue a celle
de la figure 1, d'une variante de l'entretoise selon l'in-
vention presentant une gorge radiale supplementaire en son milieu,
avec un element de separation; et la figure 3 est une vue en bout de
l'entretoise
de la figure 1.
Le dispositif d'entretoisement isolant selon
l'invention est indique globalement en 1 sur la figure 1.
Un alesage facultatif 2 permet le passage d'un axe d'ali-
gnement et permet a l'entretoise 1 d'etre positionnee entre deux
plaques conductrices 10 Lorsqu'un grand nombre de paires de plaques
conductrices 10 est utilise, l'axe peut positionner toutes les plaques
et les entretoises
intermediaires 4 Les plaques conductrices 10 sont connec-
tees a un generateur radiofrequence (non represente) et produisent un
champ de plasma a radiofrequence dans la zone 5 Des gorges radiales 7,
situees aux deux extremites de l'entretoise 1, forment des parties de
circonference reduite 8 Les gorges 7 empechent la formation d'un champ
de plasma dans la zone proche des parties de circonference
reduite 8, dans la matiere non conductrice 4 Par conse-
quent, lorsqu'une couche conductrice est en cours de depo-
sition sur les pieces, la deposition de la couche est empechee sur la
zone de surface proche de la gorge radiale 7 de la matiere non
conductrice 4 De cette maniere, un trajet electrique conducteur direct
ne se forme qu'a une
vitesse tres reduite, par rapport aux entretoises ante-
rieures, sur la surface de la matiere non conductrice 4, entre les
plaques conductrices 10 Le trajet electrique longitudinal sur la
surface de la matiere isolante 4 du dispositif 1 d'entretoisement est
largement sans rapport avec l'inhibition de la formation de
courts-circuits, attendu que la matiere deposee exterieure est
suffisamment
conductrice, aux temperatures de deposition, pour provo-
quer un court-circuit effectif Par contre, on pense que la largeur W
des gorges 7 est analogue a l'ecartement minimal demande pour
declencher le plasma, l'espace dit d'obscurite, determine par la
longueur du trajet d'ionisa- tion des especes gazeuses La dimension W
est de preference de l'ordre de 0,5 mm Il est possible d'utiliser
d'autres
moyens que des gorges radiales, par exemple une gorge heli-
coldale s'etendant le long de l'entretoise.
Quand bien meme la deposition induite par plasma est largement
empechee par les gorges 7, une deposition thermique de matiere
conductrice dans les gorges 7 peut
encore conduire a une defaillance du dispositif isolant 1.
Ainsi, le procede de deposition doit etre choisi pour mini-
miser la decomposition thermique, comme decrit plus en detail dans la
demande de brevet des Etats-Unis d'Amerique n' 320 451, deposee le 12
novembre 1981 sous le titre "Improved Plasma Deposition of Silicon",
au nom de Richard S Rosler, et collaborateurs La mise en oeuvre de ce
procede avec le dispositif d'entretoisement isolant selon l'invention
dans l'appareil decrit permet d'effectuer vingt passes sans qu'il soit
necessaire de demonter et de nettoyer l'appareil Les gorges 7 peuvent
tendre egalement a empecher la deposition thermique, car le trajet
libre moyen des especes gazeuses est plus grand que la dimension W
Ainsi, des couches conductrices peuvent etre deposees de facon
avantageuse dans un appareil de deposition a
plasma a grande capacite.
La figure 2 represente une seconde forme de realisation du dispositif
d'entretoisement isolant, ce
dispositif etant indique globalement par la reference nume-
rique l A De meme que sur la figure 1, un alesage 2 A per-
met a un axe cylindrique d'alignement de positionner l'en-
tretoise 1 entre deux plaques conductrices 1 OA Une serie
longitudinale de gorges radiales 7 A, 7 B et 7 C empeche la formation
d'un champ de plasma dans plusieurs troncons de circonference reduite
8 A, 8 B et 8 C de la matiere non conductrice 4 A Par consequent, on
empeche non seulement la couche conductrice de se former aux deux
extremites de la matiere non conductrice, comme sur la figure 1, mais
egalement sur son troncon central.
La figure 3 represente le dispositif d'entretoi- sement isolant sous
la reference numerique generale 1 A. Diverses dimensions sont
indiquees en A (diametre exterieur),
B (diametre des gorges) et C (diametre de l'alesage).
Les dimensions A, B et C peuvent avoir comme valeurs respec-
tives, indiquees a titre d'exemples: 15,9 mm, 7,9 mm et
6,35 mm.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportees au
dispositif d'entretoisement
isolant decrit et represente sans sortir du cadre de l'in-
vention Par exemple, le dispositif d'entretoisement isolant 1 est de
preference realise en alumine; cependant, d'autres matieres isolantes
telles que du quartz peuvent egalement
etre utilisees.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Appareil a plasma a radiofrequence pour depo-
ser des couches conductrices par deposition chimique en phase vapeur,
assistee par plasma, appareil dans lequel un dispositif
d'entretoisement isolant ( 1) maintient des plaques conductrices
adjacentes ( 10) espacees les unes des autres a l'interieur de
l'appareil, lesdites plaques
conductrices produisant un champ de plasma a radiofre-
quence, l'appareil etant caracterise en ce qu'au moins une partie de
la surface du dispositif d'entretoisement isolant presente des gorges
( 7) destinees a empecher la deposition de couches conductrices sur
toute la surface du dispositif d'entretoisement isolant et a prevenir
ainsi la formation de courts-circuits electriques entre
lesdites plaques conductrices adjacentes.
2 Appareil selon la revendication 1, caracte-
rise en ce que le dispositif d'entretoisement isolant comprend en
outre une longueur cylindrique de matiere non conductrice ( 4),
presentant un alesage axial ( 2) destine a recevoir un organe de
positionnement provenant
des plaques conductrices.
3 Appareil selon la revendication 2, caracte-
rise en ce que ladite longueur cylindrique de matiere
non conductrice est placee sur ledit organe de positionne-
ment entre deux plaques conductrices adjacentes.
4 Appareil selon la revendication 2, caracte-
rise en ce que les gorges comprennent des gorges radiales-
menagees dans au moins chacune des extremites de la longueur
cylindrique de matiere non conductrice, lesdites gorges
radiales constituant des parties de circonference sensi-
blement reduite ( 8) sur ladite longueur cylindrique de
matiere non conductrice.
Appareil selon la revendication 4, caracte- rise en ce que les gorges
comprennent en outre une serie longitudinale de gorges radiales ( 7 A,
7 B, 7 C) situees le
long de ladite longueur cylindrique de matiere non conduc-
trice ( 4 A), ladite serie longitudinale de gorges radiales formant
plusieurs parties de circonference reduite ( 8 A, 8 B, 8 C) dans
ladite longueur cylindrique de matiere non conductrice.
6 Appareil selon l'une des revendications 4 et
5, caracterise en ce que les gorges s'opposent au champ
de plasma dans une zone proche desdites parties de circon-
ference reduite, interdisant ainsi la deposition de cou-
ches conductrices sur une zone de surface proche desdites gorges
radiales menagees dans la longueur cylindrique de
matiere non conductrice.
7 Appareil selon la revendication 2, caracte-
rise en ce que les gorges comprennent une serie longitu-
dinale de gorges radiales ( 7 A, 7 B, 7 C) menagees dans
ladite longueur cylindrique ( 4 A) de matiere non conduc-
trice.
8 Appareil selon la revendication 7, caracte-
rise en ce que lesdites gorges s'opposent au champ de plasma dans une
zone proche de ladite serie longitudinale de gorges radiales,
interdisant ainsi la deposition de couches conductrices sur une zone
de surface proche
desdites gorges longitudinales menagees dans ladite lon-
gueur cylindrique de matiere non conductrice.
9 Appareil selon l'une des revendications 6 et
8, caracterise en ce que les gorges empechent la deposi-
tion d'une couche conductrice, formant un circuit elec-
tric, sur la surface de ladite longueur cylindrique
de matiere non conductrice.
Appareil selon la revendication 9, caracte-
rise en ce que ladite longueur cylindrique de matiere non
conductrice est constituee de quartz ou d'alumine.
11 Appareil selon la revendication 1, caracte-
rise en ce que lesdites gorges comprennent au moins une gorge ayant
une largeur, mesuree perpendiculairement aux
plaques, qui est faible par rapport a sa profondeur.
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