DD206687A3 - Verfahren und vorrichtung zur gasfuehrung fuer lp cvd prozesse in einem rohrreaktor - Google Patents

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Abstract

DIE ERFINDUNG DIENT ZUM BESCHICHTEN VON SCHEIBENFOERMIGEM MATERIAL MITTELS LP CVD-PROZESSEN (NIEDERDRUCK CVD) INSBESONDERE ZUM BEARBEITEN VON HALBLEITERSUBSTRATEN. ZIEL DER ERFINDUNG IST ES, EINE GROSSE STUECKZAHL SUBSTRATE AUF OEKONOMISCHE WEISE GLEICHMAESSIG ZU BESCHICHTEN UND EINE VERUNREINIGUNG DER SCHICHTEN UND DER ANLAGE ZU VERMEIDEN. DIE ERFINDUNG SIEHT VOR, DASS DER PROZESSGASSTROM UNMITTELBAR NACH DER DURCHSTROEMUNG DER ZWISCHENRAEUME DER SUBSTRATE IN STROEMUNGSRICHTUNG ABGESAUGT UND AUSSERHALB DER SUBSTRATBEREICHE AUS DEM ROHRREAKTOR ABGELEITET WIRD.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Gasführung für LP CVD Prozesse in einem Rohrreaktor
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung dient zum Beschichten von scheibenförmigen Material mittels LP CVD-Prozessen (Niederdruck CVD), insbesondere zum Bearbeiten von Halbleitersubstraten.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Rohrreaktoren haben insbesondere durch die Einführung der chemischen Dampfphasenabscheidung (CVD) bei erniedrigtem Druck sowie durch die Methode des Plasmaätzens an Bedeutung gewonnen. Ein einfacher Rohrreaktor ist in der DE-AS 2460 211 (US 3.9OO.597) beschrieben. Die zu beschichtenden Substrate stehen mit ihrer F-lächennormalen parallel zur Rohrachse zentrisch im Reaktor; Gaseingang und G-asausgang befinden sich an den jeweils entgegengesetzten Stirnseiten des Reaktorrohres. Besondere Maßnahmen zur Gasführung existieren nicht. Während dieser Reaktor mit Erfolg für relativ reaktionsträge Prozesse eingesetzt wird, ist sein Einsatz für sehr reaktionsfreudige Prozesse, bei denen vor allem die Gefahr des Auftretens einer eine hochqualitative Schichtabscheidung sehr beeinträchtigenden starken homogenen Gasphasenreaktion existiert, nicht möglich. Bei diesen Prozessen müssen das hochreaktive Gas bzw. die Komponenten eines Gasgemisches bis unmittelbar in die Reaktionszone, in der sich die Substrate befinden, durch spezielle Maßnahmen geführt werden.
232136 U
Bekannte Lösungen (z.B. DE-OS 2750 882 oder DD WP 121975 - Normaldruck CVD) bestehen darin, daß die Reaktionsgase mittels dünner Rohre bis in den Substratbereich geführt und dort über Düsen, deren Gasströme in die Zwischenräume zwischen den Substratoberflächen gelenkt werden. Sind mehrere Reaktionskomponenten an der Schichtabscheidung beteiligt, so werden diese auch in getrennten Rohren in der beschriebenen Weise in den Substratbereich gebracht und erst in unmittelbarer Scheibennähe gemischt. Zur Abführung der verbrauchten, mit Reaktionsprodukten undPartikeln verunreinigten Gase werden keine besonderen Maßnahmen getroffen; sie erfolgt durch eine am Reaktorausgang angeschlossene Pumpe.
Bei dieser Lösung ist es nachteilig, daß die Gasströmung in Richtung Rohrachse zum Reaktorausgang abgelenkt wird, wodurch inhomogene Beschichtungen entstehen, die nur durch erhöhte Gasströmungsmengen ausgeglichen werden können. Ein großer Nachteil besteht vor allem darin, daß die verbrauchten, mit Reaktionsnebenprodukten und Partikeln verunreinigten Gase nach dem erfolgten Überströmen der Substrate noch für eine gewisse Zeit im Reaktionsraum verbleiben, indem sie längs des Spaltes zwischen Substratstapel und Rohrwand fließen und auch in die Substratzwischenräume eindringen. Das ist eine erhebliche Verunreinigungsquelle für die Substrate, die durch niedrige Konzentrationen der Prozeßgase - was geringe Abscheideraten zur Folge hat - zurückgedrängt werden muß.
Die angeführte Normaldruck-CVD-Vorrichtung (DD WP 121975) erfordert zusätzlich einen Inertgasstrom, der am Reaktoreingang eingespeist wird, um die Toträume im Reaktor zu spülen und die Verweilzeit der Gase im Reaktor zu verkürzen.
Eine spezielle Gasabführung aus einem Normaldruck-Rohrreaktor ist in dem DD WP 111 935 beschrieben. Hierbei sind im Reaktorraum parallel zu den Substrathalterungen dünne Gasauslaßrohre, die mit Schlitzen versehen sind, angeordnet.
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In IP CVD-Prozessen wird das Prozeßgas durch Vakuumpumpen abgesaugt. Der Abfall der Saugleistung in den dünnen geschlitzten Rohren ist sehr groß und könnte nur durch stark überdimensionierte Pumpen kompensiert werden. Diese Maßnahmen wären jedoch unökonomisch und technisch schwer realisierbar.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, eine große Stückzahl Substrate auf ökonomische Weise gleichmäßig in hoher Qualität zu beschichten und den Reinigungsaufwand des Rohrreaktors zu senken.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gasführung für IP CVD-Prozesse zu schaffen, die eine erhebliche Verringerung des Prozeßgasbedarfes und eine Verringerung des Partikelbefalls der Schichten ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Prozeßgasstrom unmittelbar nach der Durchströmung der Zwischenräume zwischen den Substraten in Strömungsrichtung abgesaugt und außerhalb der Substratbereiohe aus dem Rohrreaktor abgeleitet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gasführung zeichnet sich dadurch aus, daß die Substrathaiterung im Rohrreaktor durch ein topfförmiges Innenrohr umgeben ist, in dem die Gaszuführungsrohre in bekannter W^ise zur Einleitung der Prozeßgase in die Zwischenräume der, Substrate angeordnet sind, wobei auf der gegenüberliegenden Seite der Gaszuführungsrohre das Innenrqhr mit einem %ach Maßgabe der Substrathalterung versehenen Gasauslaßschlitz ausgerüstet ist. Dabei ist das Innenrqhr im Rohrreaktor so angeordnet, daß zwischen Innenrohr und Rohrreaktor ein Zwischenraum vor-
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handen ist»
Vorzugsweise ist das Innenrohr exzentrisch im Rohrreaktor angeordnet, so daß der Zwischenraum im Bereich des Gasauslaßschlitses größer ist, als an den übrigen Stellen zwischen Innenrohr und Rohrreaktor.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen lösung bestehen darin, daß durch ihre Anwendung das sehr produktive Rohrreaktorprinzip für reaktionsträge Prozesse auch für reaktionsfreudige Prozesse eingesetzt werden kann
Darüber hinaus sichert der kurze Gasweg in der Reaktionszone eine gleichmäßige Beaufschlagung aller Substrate einer Charge mit frischem Prozeßgas und sichert gegenüber anderen lösungen eine erhöhte Abscheiderate bei niedrigem Gasverbrauch. Dadurch können die Produktivität der Beschichtung gesteigert und die notwendige Pumpleistung verringert werden.
Der kurze Gasweg in der Reaktionszone drängt gleichzeitig die unerwünschte homogene Gasphasenreaktion zurück und sichert eine hohe Ausnutzung der eingesetzten Prozeßgase, lerner wird eine sehr gleichmäßige Beschichtung der gesamten Charge erreicht.
Durch die vom Substratbereich getrennte Abgasführung wird eine hochqualitative Schichtabscheidung auch hinsichtlich des Partikelbefalls gesichert und der Reinigungszyklus des Rohrreaktors wesentlich vergrößert.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch dargestellter Rohrreaktor Fig. 2 Schnitt A-A von Fig. 1
Im Rohrreaktor 1 ist ein topfförmiges Innenrohr 2 angeordnet, das die Substrathalterung 4- umgibt. Im Innenrohr 2 sind die Gaszuführungsrohre 3 angeordnet. Über nicht dar-
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gestellte Düsen wird der Erozeßgasstrom zwischen die senkrecht stehenden Substraten 5 geleitet. Das Innenrohr 2 ist mit einem G-asauslaßschlitz 8 versehen. Der Gasauslaßschlitz 8 erstreckt sich über die gesamte länge der Substrathalterung 4 und ist den Gaszuführungsrohren 3 gegenüberliegend angeordnet. Die Substrathalterung 4 ist über die Drehdurchführung 6 und das Gegenlager 7 drehbar im Innenrohr 2 gelagert. Die Absaugung des Rohrreaktors erfolgt über den Auslaßstutzen 9 mittels einer Vakuumpumpe. Der Rohrreaktor 1 ist in einem nicht dargestellten Diffusionsofen angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung erläutert. Der Rohrreaktor 1 wird zunächst bis auf einen vorgewählten niedrigen Druckpegel ausgepumpt und auf die Reaktionstemperatur erwärmt. Nachfolgend wird über die GaszufUhrungsrohre 3 Erozeßgas in Zwischenräume 4«r Substrate 4 geleitet. Der Prozeßgasstrom wird unmittelbar nach der Durchströmung der Zwischenräume in Strömungsrichtung über den Gasauslaßschlitz 8 abgesaugt und außerhalb der Substratbereiche im Zwischenraum 10 zwischen Rohrreaktor 1 und Innenrohr 2 dem Auslaßstutzen ,9 zugeführt. Zur besseren Abgasführung ist das Innenrohr 2 exzentrisch im Rohrreaktor angeordnet, so daß der Zwischenraum 10 unterhalb des Gasauslaßschlitzes 8 zwischen Innenrohr 2 und Rohrreaktor 1 größer ist als an den übrigen Stellen. Zur Verbesserung der Homogenität der Schichtabscheidung wird die Substrathalterung 4 während des AbScheidungsprozesses gedreht
Versuche mit der erfindungsgemäßen Lösung erbrachten bei der Schichtabscheidung von SiO2 aus SiH. (40 ml/min) und O2 (40 ml/min) bei 450 0C auf einer Charge von 25 Stück eine Abscheiderate im Bereich von 50 - 100 nm/min.

Claims (3)

  1. -6- 232136 A
    Erfindungsansprueh
    1„ Verfahren zur Gasführung für IP CVD-Prozeßße in einem Rohrreaktor, in dem die zu beschichtenden Substrate parallel und im gleichen Abstand zueinander senkrecht stehend angeordnet sind und das Proseßgas bzw. Prozeßgasgemisch in die Zwischenräume der Substrate eingeleitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Pro-• zeßgasstrom unmittelbar nach der Burchströmung der Zwischenräume in Strö'mungsrichtung abgesaugt und außerhalb der Substratbereiche aus dem Rohrreaktor abgeleitet wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Gasführung für IP CVD-Prozesse in einem Rohrreaktor, der mit Gaszuführung, Gasabsaugung, Heizeinrichtung und mit einer Substrathalterung zur Aufnahme von parallel senkrecht zueinander stehenden Substraten versehen ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Substrathalterung (4) im Rohrreaktor (1) durch ein topfförmiges Innenrohr (2) umgeben ist, in dem die Gaszuführungsröhre (3) in bekannter Weise zur Einleitung der Prozeßgase in die Zwischenräume der Substrate (5) angeordnet sind, wobei auf der gegenüberliegenden Seite der Gaszuführungsrohre (3) das Innenrohr (2) mit einem nach Maßgabe der Substrathalterung (4) versehenen Gasauslaßschlitz (8) ausgerüstet ist und daß zwischen Innenrohr (2) und Rohrreaktor (1) ein Zwischenraum (1O) vorhanden ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Inn®nrohr (2) so exzentrisch im Rohrreaktor (1) angeordnet ist, daß der Zwischenraum (10) im Bereich des Gasauslaßschlitzes (8) größer als an den übrigen Stellen ist.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnung
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