DD145116A1

DD145116A1 - DEVICE FOR IN-SITU PRE-TREATMENT AND COATING OF SUBSTRATES WITH THIN LOOKS

Info

Publication number: DD145116A1
Application number: DD21456979A
Authority: DD
Inventors: Hartmut Schreiber; Reinhard Voigt; Matthias Clauss; Manfred Gommlich
Original assignee: Hartmut Schreiber; Reinhard Voigt; Matthias Clauss; Manfred Gommlich; Schade Klaus; Teschner Goetz; Kosch Wolfgang
Priority date: 1979-07-24
Filing date: 1979-07-24
Publication date: 1980-11-19

Abstract

Ziel der Erfindung ist; es, ein Verfahren zu ermöglichen, welches gestattet, die plasmachemische Vorbehandlung von Substratoberflächen vor der Beschichtung in einer verkürzten Prozeßschrittfolge vorzunehmen. und damit durch eine, eine Oxid- bzw. Verunreinigungsschicht hervorrufende Unterbrechung des Vakuums zwischen dem als Vorbehandlüng dienenden Plasmaätzen und Beschichten zu vermeiden, wodurch günstigere Ausgangsparameter für die Herstellung von Halbleitern geschaffen werden. Dazu wird die'Plasmaatzstation so gestaltet, daß sie in eine Durchlaufanlage eingegliedert wird. Die Homogenität der Raumverteilung des Ätzgases wird durch Gaseinleit- bzw. -absaugvorrichtungen gewährleistet, die über ihre Saug- oder Einströmfläche gleiche Saug- bzw. Druckleistung aufweisen. Die Konstanz der Ätzrate über die Ätzfiäche wird dadurch erreicht, daß die Substrathalterung selbst als Elektrode dient und Aussparungen aufweist, die den Ätzflächen der Substrate kongruent sind. Zur weiteren Beeinflussung des Ätzens kann eins Zusatzelektrode eingebracht werden. — Fig.1 —The aim of the invention is; it to allow a procedure which allows the plasmachemical Pretreatment of substrate surfaces before coating in a shortened process sequence make. and thus by an interruption causing an oxide or impurity layer to avoid the vacuum between pretreatment plasma etching and coating whereby more favorable output parameters for the production of semiconductors are created. This will be DiePlasmaatzstation designed so that it is incorporated into a continuous flow system. The homogeneity of Space distribution of the etching gas is ensured by Gaseinleit- or -absaugvorrichtungen over their Suction or inflow have the same suction or pressure performance. The constancy of the etching rate over the Ätzfiäche is achieved in that the substrate holder itself serves as an electrode and recesses which are congruent to the etching surfaces of the substrates. To further influence the etching can one additional electrode are introduced. - Fig.1 -

Description

Vorrichtung zu in - situ - Vorbehandlung und zur Be~ schichtung von Substraten mit dünnen SchichtenDevice for in situ pretreatment and coating of substrates with thin layers

Die Erfindung betrifft die plasmachemisch^ Vorbehandlung von Substraten und die Kombination dieser Vorrichtungen mit Beschichtungsstationen zum Bedampfen, Zerstauben einschließlich Hochratezerstäuben und zur Plasma-CVD-Abscheidung.The invention relates to the plasma chemical preparation of substrates and the combination of these devices with coating stations for vapor deposition, sputtering, including high rate sputtering and plasma CVD deposition.

Durch eine solche Kombination wird ein definierter Ausgangszustand der Substratoberfläche vor der Beschichtung geschaffen, eier die elektronischen, mechanischen und optischen Eigenschaften der (irenzi lache und der aufzubringenden Schicht zu deren Vorteil beeinflußt«,By such a combination, a defined initial state of the substrate surface is provided before the coating, so that the electronic, mechanical and optical properties of the (irrigation and the applied layer to their advantage is influenced,

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Vorrichtungen zur Beschichtung von Substraten existieren in zwei wesentlichen Ausführungsioriaen, als Chargen- und als Durchlaufanlagen.Devices for coating substrates exist in two major Ausführungsioriaen, as batch and as continuous systems.

Eine Durchlaufanlage, wie in der DE-AS 21 14 470 beschrieben, beinhaltet eine Vorbehanalungs-, eine Beschichtungsund eine Ifachbehandiungskammer.A continuous-flow plant, as described in DE-AS 21 14 470, includes a pre-treatment, a coating and an after-treatment chamber.

Die Vorbehandlung des zu beschichtenden Gutes erfolgt im wesentlichen durch Ausglühen, welches keine besonderen Ansprüche an eine Umgebungsatmosphäre stellt. Somit kannThe pretreatment of the material to be coated is carried out essentially by annealing, which makes no special demands on an ambient atmosphere. Thus, can

die Trennung der Kammern durch Spalte erfolgen, die einen großen Strömungswiderstand aufweisen. Mit dem Ausglühen als Vorbehandlung werden jedoch nicht alle Verunreinigungen und Schichten auf der Substratoberfläche beseitigt und ein anderes Vorbehandlungsverfahren ist mit dieser Vorx^ichtung nicht möglich. Mit einer Chargenanlage werden andere Vorbehandlungsverfahren ermöglicht, da Vorbehandlungs- beziehungsweise Reinigungsanlagen als Sinzelgeräte existieren,, So ?d.rd in der DE-PS 15 15 311 und der Zusatzanmeldung DE-AS 16 90 eine Vorrichtung zu einem plasmachemischen Behandlungsverfahren beschrieben. In dem durch diese Schriften beschriebenen Stand der Technik ist eine plasmachemische Behandlung nur in Chargenanlagen möglich, da für dieses Verfahren eine gleichmäßige homogene Atmosphäre im Inneren des vakuumdichten Behälters (Rezipienten), ein besonderer Aufbau der Substrathaiterung und der Elektrodenanordnung notwendig ist. So ist der Rezipient als zylinderförmiger Behälter ausgebildet, in dem die Elektroden der Behälterform angepaßt angeordnet sind. Diese runde Ausführung des Rezipienten bietet einige wesentliche Vorteile. So kann die homogene Atmosphäre durcheizie zentral gelagerte Absaug- und Einströmvorrichtung ermöglicht, eine gleichmäßige Beschichtung der Substrate durch einfaches Drehen der Substrathalterung erreicht und Strömungswirbel beziehungsweise Feldstärkekonzentrationen ira Inneren des Rezipienten vermieden werden.the separation of the chambers are made by column, which have a large flow resistance. However, annealing as a pre-treatment does not eliminate all contaminants and layers on the substrate surface, and another pretreatment process is not possible with this pre-treatment. With a batch plant, other pretreatment processes are possible, since pretreatment or purification plants exist as single units. Thus, in DE-PS 15 15 311 and the additional application DE-AS 16 90, a device for a plasma-chemical treatment process is described. In the prior art described by these documents, a plasma-chemical treatment is possible only in batch systems, since a uniform homogeneous atmosphere inside the vacuum-tight container (recipient), a special structure of the substrate superconducting and the electrode assembly is necessary for this method. Thus, the recipient is formed as a cylindrical container, in which the electrodes of the container shape are arranged adapted. This round design of the recipient offers some significant benefits. Thus, the homogeneous atmosphere durcheizie centrally mounted suction and inflow allows a uniform coating of the substrates achieved by simply rotating the substrate holder and flow vortex or field strength concentrations are avoided inside the recipient.

Ein solcher Behälter kann natürlich nicht an nachfolgende Behandlungskammern odor Durchlaufanlagen angeschlossen werden. Damit wird ein Aussetzen des Beschichtungsgutes· einer Atmosphäre, die für das Beschichtungsgut Nachteile durch-Verunreinigungen und unerwünschter Schichtbildung bringtj notwendig.Of course, such a container can not be connected to subsequent treatment chambers odor flow systems. This exposes the coating material to an atmosphere which causes disadvantages for the coating material as a result of contamination and undesired layer formation.

Zdel der ErfindungZdel the invention

Ziel der Erfindung ist es, durch die Vorrichtung ein Verfahren zu ermöglichen, welches gestattet, die piasmachemische Vorbehandlung der Substratoberf.lache in einer verkürzten Prozeßschrittfolge vorzunehmen und damit günstigere Ausgangsparameter für die Herstellung von Halbleitern zu schaffen und die Produktion effektiver und mit besserer Qualität zu gestalten.The aim of the invention is to allow the device a method which allows to carry out the piasmachemische pretreatment of Substratoberf.lache in a shortened process step sequence and thus to provide more favorable output parameters for the production of semiconductors and to make the production more effective and with better quality ,

Darlegung des Wesens der- ErfindungExplanation of the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur in - situ - Vorbehandlung und Beschichtung zu schaffen, die es ermöglicht, die Beschichtung von Substraten mit dünnen Schichten, insbesondere von Halbleitermaterialien mit den entsprechenden Vorbehandiungsschritten so durchzuführen, daß eine, eine Oxid- bzw. Verunreinigungsschicht hervorrufende Unterbrechung des Vakuuras durch Anschluß der als Vorbehandlungsstation arbeitenden Plasmaätzstation an die Beschichtungsstation beziehungsweise Eingliederung in Durchlaufanlagen, vermieden wird. Dabei soll die Homogenität der Ätzgasverteilung und Flächenkonstanz der Ätzrate, die nach dem bekannten Stand der Technik durch die runde beziehungsweise zylindrische Fora der als Chargenanlagen arbeitenden Plasmaätzstationen gewährleistet ist, erhalten bleiben und die Parameter des Plasmaätzens verbessert werden, .ftrfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Behälter die Form eines Quaders hat und an zwei gegenüberliegenden Seiten Kammerventile aufweist, welche so ausgebildet sind, daß eine horizontal transportierbare Substrathalterung durch diese K.aminerv entile hindurch transportiert werden kann. Diese Substrathalterung ist als Pailettenwagen ausgebildet und weist zur Gewährleistung der Flächenkors tanz der Atzrate entsprechend der Form des zu behandelnden Substrates Aussparungen auf,The invention has for its object to provide a device for in situ pretreatment and coating, which makes it possible to perform the coating of substrates with thin layers, in particular of semiconductor materials with the corresponding pretreatment steps so that one, an oxide or Impurity layer causing interruption of the Vakuuras by connecting the working as a pretreatment station plasma etching to the coating station or integration in continuous systems, is avoided. In this case, the homogeneity of the etching gas distribution and surface constancy of the etching rate, which is ensured in the known state of the art by the round or cylindrical shape of the plasma etching stations operating as batch systems, should be retained and the parameters of the plasma etching improved. According to the invention, this object is achieved by that the container has the shape of a cuboid and on two opposite sides chamber valves, which are designed so that a horizontally transportable substrate holder can be transported through these K.aminerv valves through. This substrate holder is formed as a sequin car and has to ensure the Flächenkors dance the Atzrate according to the shape of the substrate to be treated on recesses,

deren Form alternierend der Oberfläche der Substrate icongruent ist oder einen Mindestabstand zur Substratoberfläche aufweist.· Gegenüber aer Transportvorrichtung ist diese Substrathalterung elektrisch isoliert und zur Beaufschlagung mit einem definierten elektrischen Potential mit einem Schleifkontakt versehen.the form of which alternates with the surface of the substrates is icongruent or has a minimum distance to the substrate surface. Compared to the transport device, this substrate holder is electrically insulated and provided with a sliding contact for application to a defined electrical potential.

Gegenüber der als Elektrode dienenden Substrathalterung befindet sich eine Gegenelektrode. Zwischen Gegenelektrode und Substrathalterung kann bedarfsweise eine Zusatzelektrode eingebracht werden. Sowohl Gegenelektrode, Substrat halterung als auch Zusatzelektrode sind wahlweise mit einem Hi-Generator oder einem anderen Potentialträger elektrisch leitend verbundeneOpposite the serving as an electrode substrate holder is a counter electrode. If necessary, an additional electrode can be introduced between the counter electrode and the substrate holder. Both counter electrode, substrate holder and additional electrode are optionally electrically connected to a Hi-generator or another potential carrier

Zur Ex¹ZeUgUiIg einer homogen verteilten Gasfüllung im Inneren des Behälters ist gegenüber der Substrathalterung eine flächenhaft ausgebildete Gaseinlexteinrichtung und as zwei gegenüberliegenden Wänden die Gasabsaugeinrichtungen, die so gestaltet sind_s daß über die gesamte Länge der Absaugeinrichtung die Saugleistung konstant ist, angeordnet*For Ex ¹ ZeUgUiIg a homogeneously distributed gas filling the inside of the container with respect to the substrate holder is an areally formed Gaseinlexteinrichtung and as two opposite walls of the Gasabsaugeinrichtungen, which are designed to _s that over the entire length of the suction device, the suction power is constant, arranged *

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die Substrafehalterung mit Substraten bei Normalatmosphäre beladen wird und durch das eingangsseitig befindliche Kammerventii. hindurch in den Behälter gezogen beziehungsweise transportiert wird. Dann wird das Eingabeventil geschlossen und'die Kammer über die Gasabsaugvorrichtung evakuiert· Bei Erreichen eines Minimaldruckes wird über die Gasexnleitvorrichtung Prozeßgas in den Reaktor eingeblasen. Durch Anlegen einer HF-Spannung zwischen der als Elektrode dienenden Substrathalterung und der Gegenelek~ trode beziehungsweise zwischen der Gegenelektrode und der Zusatzelektrode wird im Inneren des Behälters ein Plasma gezündet. Damit beginnt der Ätzvorgang zum Beseitigen von Verunreinigungen auf der Substratoberfläche. Während des Itavorgangeo wird über Gasabsaug- und Gaseinleitvorricbtungen ständig die optimale Ätzatmosphäre aufrecht erhalten. ITaeh. Beendigung des Ätzvorganges wird die Gas zu-The operation of the device can be seen in the fact that the Substrafiestalterung is loaded with substrates in normal atmosphere and through the input side located Kammerventii. is pulled through or transported into the container. Then the input valve is closed and the chamber is evacuated via the gas suction device. When a minimum pressure is reached, process gas is blown into the reactor via the gas expander device. By applying an HF voltage between the substrate holder serving as the electrode and the counterelectrode or between the counterelectrode and the additional electrode, a plasma is ignited in the interior of the container. Thus, the etching process begins to remove contaminants on the substrate surface. During the Itavorgangeo, the optimum etching atmosphere is constantly maintained via gas suction and gas introduction preparations. ITaeh. Completion of the etching process, the gas is added

fuhr über die Gaseinleiteinrichtung angehalten und über die Gasabsaugvorrichtung die Atmosphäre auf die entsprechend der in der nachfolgend angeordneten Beschichtungsstation herrschenden Atmosphäre evakuiert. Nach Abschluß der Evakuierung wird das Kammerventil an der Ausgabeseite des Behälters geöffnet und die Substrathalterung in die Beschichtungsstation transportiert. Damit erfolgt die Übergabe der Substrate ohne Vakuumunt erbrechung.drove stopped via the gas inlet and evacuated via the Gasabsaugvorrichtung the atmosphere to the prevailing in the subsequently arranged coating station atmosphere. Upon completion of the evacuation, the chamber valve is opened on the discharge side of the container and the substrate holder is transported to the coating station. Thus, the transfer of the substrates takes place without Vakuumunt refraction.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden* In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäßeThe invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment * In the accompanying drawings: FIG. 1 shows a longitudinal section through the invention

Vorrichtung Fig. 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße VorrichtungDevice Fig. 2 shows a cross section through the device according to the invention

Die Vorrichtung zur in - situ - Vorbehandlung und zur Beschichtung von Substraten mit dünnen Schichten entsprechend Fig. 1 und Fig.2 ist mit einem nicht näher dargestellten HF-Generator und einer ebenfalls nicht näher dargestellten Vakuumpumpe versehen. Außerhalb des vakuumdichten Behälters 1 wird bei normaler Umgebuttgsatmosphäre der Substratträger 4 mit den Substraten 3 bestückt. Über die Eingabeklappe 7 wird der Substratträger 4 in das Innere des vakuumdichten Behälters 1 geschoben, von der Transportvorrichtung 3 erfaßt und in das Innere des vakuumdichten Behälters 1 gezogen. Die Eingabeklappe 7» üas Kaminerventil 2 und das Gaseinleitventil 14 werden vakuumdicht verschlossen und das Innere des Behälters 1 über die Gasabsaugleitung 1^> evakuiert. Nach Erreichen eines Einiiaaldruckes wird das Gas ei nl ei t ventil 14 georrnet und über die Gaseinleiteinrichtung 11 strömt infolge eier über die Länge verteilten konstanten Saug- beziehungsweise Einblasleistung der Absaug- beziehungs-The apparatus for in-situ pretreatment and for coating substrates with thin layers according to FIG. 1 and FIG. 2 is provided with an HF generator and a vacuum pump (also not shown). Outside the vacuum-tight container 1, the substrate carrier 4 is equipped with the substrates 3 in a normal ambient atmosphere. About the input door 7, the substrate carrier 4 is pushed into the interior of the vacuum-tight container 1, detected by the transport device 3 and pulled into the interior of the vacuum-tight container 1. The input flap 7 »üas chimney valve 2 and the gas inlet valve 14 are sealed vacuum-tight and the interior of the container 1 via the Gasabsaugleitung 1 ^> evacuated. After reaching a Einiiaaldruckes the gas egg nel ei t valve 14 is georrnet and via the gas inlet device 11 flows due to eggs over the length distributed constant suction or blowing power of Absaug- relationship-

weise luftleiteinrichtung 11, 12 in homogener Verteilung Prozeßgas in den Behälter 1. Durch Erzeugung eines Hu-Spannungsfeiaes zwischen der als Mektrode dienenden Substrathaiterung 4 über die Kontaktzunge 8 und der Gegenelektrode 6 beziehungsweise zwischen der Gegenelektrode 6 und einer Zusatzelektrode y wird ein .Plasma gezündet und der Vorgang des Plasmaätzens setzt ein. Nach erfolgter Beseitigung aer Verunreinigungen auf der Oberfläche der Substrate 3 wird· das Gaseinleitventil14 geschlossen und das Innere des Behälters 1 auf den zur Beschichtung der Substrate 3 in der Beschichtungskammer erforderlichen Druck über die Gasabsaugeinrichtung ΛΖ und üasabsaugieitung 15 evakuiert. Nach erreichen des erforderlichen Druckes wird das Kaimnerveritil 2 geöffnet und die Substrathalterung 4- mit den Substraten 3 mittels der Transportvorrichtung i> in die Beschichtungskammer 1Ü transportiert;, wo sich weitere Bearbeitungsschritte anschließen.In a homogeneous distribution of process gas into the container 1. By generating a Hu-Spannungsfeiaes between serving as Mehtard substrate superconductor 4 via the contact blade 8 and the counter electrode 6 and between the counter electrode 6 and an additional electrode y a .Plasma ignited and the plasma etching process begins. After removal of aer contaminants on the surface of the substrates 3, the gas inlet valve 14 is closed and the interior of the container 1 is evacuated to the pressure required to coat the substrates 3 in the coating chamber via the gas suction device 15 and the suction outlet 15. After reaching the required pressure, the Kaimnerveritil 2 is opened and the substrate holder 4- transported with the substrates 3 by means of the transport device i> in the coating chamber 1Ü, where followed by further processing steps.

Claims

Erfindungsanspru.cn

1. Apparatus for in situ pretreatment and for coating substrates with thin layers, in particular of semiconductor materials, consisting of a vacuum-tight container, an HF voltage generator, vacuum pumps, suction and discharge valves and electrodes arranged in parallel with electrical power supply lines, a substrate holder and a transport device, characterized in that the substrate holder is designed as a pallet truck and has recesses, that the substrate holder with respect to the transport device is electrically insulated and electrically connected via a contact tongue with an electric potential carrier and that in the interior of the container gas supply and -abfuhreinrichtungen are arranged, which consist of a plurality of tubes having openings whose opening cross-section is not constant over the Rohrlängsachse.verlaufende direction.

2. Device according to item 1, characterized in that between the substrate holder and the counter electrode, an additional electrode is arranged, which consists of conductive perforated material.

3. Device according to item 1, characterized in that the substrate holder has recesses whose shape is the surface of the substrates congruent.

4. Device according to item 1, characterized in that the substrate holder is designed as a metal grid, in the interstices support angle for substrates are arranged.