DD227560A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von substrattraegern fuer halbleitersubstrate - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Substrattraegern fuer Anlagen zum niederdruck- oder plasmachemischen Abscheiden von Schichten zur Herstellung elektronischer Bauelemente. Zur Durchfuehrung des Verfahrens wird ein Substrattraeger in einem separaten Reaktor einem Aetzprozess unterzogen, bei dem die unerwuenschten Schichtaufbauten auf dem Traegermaterial bei einem Druck von 0,1 bis 15 KPa bei Einwirkung von Waerme in einem Fluorwasserstoffglas abgeaetzt werden. Nach dem Spuelen des Reaktorraumes nach Beendigung des Aetzprozesses ist der Substrattraeger fuer den Beschichtungsprozess einsetzbar. Die erfindungsgemaesse Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem rohrfoermigen Reaktor mit Anschluessen fuer die Gaszu- und -abfuehrung sowie einer Heizeinrichtung. Figur

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Substratträgern für Halbleitersubstrate

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Reinigung von Substrattägern für Halbleitersubstrate, die in Fiederdruck- oder plasmachemischen Beschichtungsanlagen zum Auftragen von Leiter- oder Isolationsschichten eingesetzt sind. Die Erfindung ist vorzugsweise auf dem Gebiet der Halbleitertechnik einsetzbar, wobei auch Anwendungsgebiete möglich sind, in denen unerwünschte Werkstoffablagerungen, beispielsweise auf Werkstückträgern oder -halteeinrichtungen für Glas oder metallische Werkstoffe, beseitigt werden müssen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Pur die Beschichtung von Halbleitersubstraten mit leitenden oder nichtleitenden Werkstoffen werden vorzugsweise Niederdruck-·oder plasmachemische Beschichtungseinrichtungen und -anlagen eingesetzt. Pur den Beschichtungsvorgang werden dazu die Halbleitersubstrate an Halteeinrichtungen, sogenannten Substratträgern, befestigt und in die entsprechende Beschichtungseinrichtung gegeben. Die Beschichtung selbst erfolgt je nach Art des Verfahrens innerhalb des Reaktionsbehälters oder Reaktors durch den Einlaß eines

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Reaktionsgases, in einem bestimmten Temperaturbereich oder zusätzlich durch Plasmaeinwirkung. Dadurch werden außer den Substratoberflächen auch die Halteeinrichtungen bzw. die Substratträger mit beschichtet, wobei deren Schichtaufbau nach mehreren Einsätzen so groß wird, daß diese zu Partikelbildung führen, den Abscheideprozeß beeinflussen, die Partikel auf den Halbleitersubstraten abgelagert werden und dort Fehler verursachen. Des weiteren beeinträchtigt der wachsende Schichtaufbau auf den Substratträgern die Halterung der Halbleitersubstrat β.

Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Substratträger sowie die Reaktionsbehälter in zyklischen Abständen einer Reinigung zu unterziehen und die Schichten zu entfernen.

Gegenwärtig werden die aus Quarzglas, Edelstahl oder Graphit bestehenden Substratträger mittels einer Ätzlösung behandelt, die im allgemeinen als Hauptkomponenten Flußsäure und Salpetersäure enthalten. Zu deren Anwendung sind spezielle Vorrichtungen erforderlich und der Reinigungsprozeß muß in gesonderten Räumen durchgeführt werden, um Schädigungen an Personen und der Umwelt zu vermeiden. Das durchgeführte Ätzverfahren bringt nur bei Substrattägern aus Quarzglas und Edelstahl zufriedenstellende Ergebnisse, Graphit kann mit den genannten Säuren nur bedingt behandelt werden, da dessen Oberfläche aufgerauht wird. Die rauhe Oberfläche wiederum beeinflußt den Schichtaufbau auf den Halbleitersubstraten. Des weiteren ist es möglich, daß sich beim Einsatz von reinen Graphitträgern Bestandteile der Ätzlösung in den Poren des Graphits absetzen, die beim Wiedereinsetzen des gereinigten Graphitträgers nur durch ein langwieriges Ausheizen zu entfernen sind, wobei wiederum die Graphitplatten des Substratträgers zerstört werden können.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem störende Schichtablagerangen an Substratträgern innerhalb der PlasmabeSchichtungsanlage entfernt v/erden, indem unmittelbar in der Anlage Fluorkohlenwasserstoff- oder ähnliche Verbindungen unter Einwirkung eines Plasmas über den Substratträger geleitet werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Schichtabtrag nur dort erfolgt, wo das Plasma direkt einwirkt, wobei an bestimmten Flächen nur teilweise oder überhaupt nicht geätzt · wird. Das hat zur Folge, daß an den ungeätzten Stellen ein unkontrollierter Schichtaufbau erfolgt, der bei Erreichen einer bestimmten Grenzschichtdicke abplatzt und somit den Beschichtungsprozeß auf den Halbleitersubstraten negativ beeinflußt und somit die Produktivität der Anlage mindert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Substratträger für Niederdruck- und Plasmadampfphasenabscheidungsanlagen (LPCVD- und Plasma-CVD-Anlagen) gleichmäßig und reproduzierbar so zu reinigen, daß die Ausbeute und die Produktivität der Anlagen sowie die Qualität der Schichtabscheidung auf den Halbleitersubstraten erhöht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen-von Substratträgern für Halbleitersubstrate für Anlagen zum niederdruck- oder plasmachemischen Abscheiden von Schichten zur Herstellung elektronischer Bauelemente zu schaffen, die es ermöglicht, die Substratträger gleichmäßig und reproduzierbar in einer von der Abscheidungsanlage getrennten Vorrichtung zu reinigen.

Srfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Substratträger in einen auf eine Temperatur von 200 bis 600° C erwärmten, säurefesten separaten Reaktionsbehälter eingesetzt, dieser vakuumdicht verschlossen und evakuiert wird. Anschließend wird der Reaktionsbehälter von der Vakuumpumpe getrennt und mit einem Ätzgas oder Ätzgasgemisch dosiert beschickt, wobei der Druckbereich innerhalb des Reaktionsbehälters von 0,1 bis 15 KPa vor- * gesehen und als quasistatisch.es System gehalten wird. Der Reinigungsprozeß wird beendet, wenn der Druck im· Reaktionsbehälter einen konstanten Wert innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes erreicht hat und beibehält bzw. wenn der Druck bis zu seinem Minimalwert abgefallen ist. Danach wird der Reaktionsbehälter belüftet, indem reiner Stickstoff oder ümgebungsluft in denselben eingelassen und das Ätzgas oder -gemisch aus der Vorrichtung verdrängt wird. Dieser Spülvorgang wird wenigstens zweimal wiederholt, bis die Ätzgas- oder -gemischreste aus dem Reaktor entfernt sind. Danach kann die Reaktionskammer geöffnet und der gereinigte Substratträger für den weiteren Bearbeitungsprozeß in einer entsprechenden Beschichtungsanlage entnommen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als rohrförmiger Reaktor ausgebildet, der an seinen geschliffenen Stirnseiten mittels an Druckringen befestigten und mit Dichtringen versehenen Flanschen abgedichtet ist. Die Plansche sind einerseits als Beschickungs- und Beschickungsöffnung mit einer Vorrichtung zum Gaseinlaß beweglich und andererseits fest angeordnet. An dem festen Plansch sind der Gasaiislaß, der für den Vakuumanschluß und das Ätzmittel ausgebildet ist, sowie ein weiterer Gaseinlaß vorgesehen. Die Außenwandung des Reaktors weist eine wendelförmig ausgebildete, elektrische Widerstandsheizung auf. .

- 5 Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie einer Zeichnung näher erläutert. Zur Durchführung des Reinigungsprozesses eines Substratträgers 3 wird dieser in einen von einer BeSchichtungseinrichtung getrennt vorhandenen und vorgewärmten,- rohrförmigen Reaktor 1 durch-dessen Verschluß 4 eingesetzt und mit den Planschen 6„; 8 vakuumdicht verschlossen. Im Anschluß daran wird der Reaktorinnenraum durch den Gasabsaugstutzen 12 evakuiert und nach Abschaltung der Vakuumpumpe durch einen Gaseinlaß 11 mit einem Ätzgas oder Ätzgasgemisch, das aus Fluorwasserstoff oder einem ähnlichen Mittel besteht, beschickt« Die Beschickung erfolgt bis zu einem Druck, der zwischen 0,1 und 15 KPa beträgt, wobei für den Ätzprozeß selbst ein quasistatisches System im Reaktor gehalten wird. Bei Erreichen des Enddruckes wird die Gaszufuhr gestoppt, und der Ätzprozeß wird über die Änderung des Druckes im Reaktor 1 verfolgt. Bei Erreichen eines konstanten Druckes innerhalb eines bestimmten Zeitraumes ist der Ätzprozeß beendet und das Ätzgas oder die Ätzgasreste werden durch mehrmaliges, wenigstens jedoch durch zweimaliges Belüften des Reaktors 1 aus demselben entfernt. Zur Belüftung kann entweder Umgebungsluft oder Stickstoff eingesetzt werden, die über die entsprechenden Gaseinlässe 11; 13 dem Reaktor zugeführt werden. Bei Erreichen des Normaldruckes wird der Substratträger 3 nach Öffnen des Verschlusses 4 entnommen. Durch die Belüftung wird außer der Herstellung des Normaldruckes erreicht, daß dem zum Abpumpen des Ätzgases oder der Ätzgasreste eingesetzten Pumpsystem keine schädigenden Bestandteile zugeführt werden. Eine weitere, vorteilhafte Ausführung des Verfahrens bei einem mit SiO^ behafteten Substratträgers 3 besteht darin, daß der auf eine Temperatur von 400° c erwärmte Reaktor 1 nach Beschickung mit dem Substratträger 3 und

r, -. ; ^ O ^ O - _Λ C

Schließen des Verschlusses 4 etwa 5 Minuten im Normaldruck gehalten wird, um eine schnellere Erwärmung des Substratträgers 3 zu erzielen, lach der genannten Zeit hat der Substratträger 3 die Temperatur des Reaktors 1 angenommen und der Reaktor 1 wird bis zu einem Druck von etwa 1 Pa evakuiert. ITach Abschalten der Vakuumpumpe wird der Reaktor 1 über den vorhandenen Gaseinlaß 11 mit dem Ätzgas beschickt, bis ein Druck von 3 KPa erreicht ist. Die Gaszufuhr wird gestoppt, so daß sich wiederum ein quasistatisches System einstellt. Der Ätzprozeß beginnt sofort mit dem Einleiten des Gases und ist daran zu erkennen, daß nach Beendigung der Gaszufuhr ein allmählicher Druckabfall zu verzeichnen ist. Das Ende des Ätzprozesses wird dadurch kenntlich, daß der Druck im Reaktor 1 nach einer gewissen Zeit konstant auf einem Minimalwert verharrt und somit keine Reaktion mehr stattfindet. Die weiteren Schritte des Verfahrens können somit wie bereits beschrieben, durchgeführt werden.

Die notwendige Reaktionszeit für die Reinigung eines Substratträgers 3 hängt im wesentlichen von der auf ihm haftenden Schichtdicke, von seiner Oberfläche, vom Volumen des Reaktors 1 und vom Startdruck ab. Bei einer Oberfläche des Substratträgers 3 von beispielsweise

12 000 cm beträgt das Volumen des Reaktors 1 etwa 50 Liter. Bei einem Startdruck von 6 KPa und einer Schichtdicke von 10 ,um SiOp ist der Ätzprozeß nach 30 Minuten beendet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus e-inem rohrförmigen Reaktor 1, dessen Baden 2 im Bedarfsfall eine geschliffene Oberfläche aufweisen. Als Werkstoff für den Reaktor 1 ist vorzugsweise säurefeste Keramik vorgesehen. An der Mantelfläche des Reaktors 1 ist eine elektrische Widerstandsheizung 5 vorgesehen, die wendelförmig angeordnet und mit einer nicht-

dargestellten Spannüngsquelle verbunden ist. Die Enden 2 des Reaktors 1 sind mit Planschen 6; 8 verschließbar, indem sie mit Druckringen 7; 9 und Dichtringen 10 in vVirkungsverbindung stehen. Der Flansch 6 ist als Gaseinlaß 11 ausgebildet und weist gleichzeitig einen Verschluß 4 zum Beschicken des Innenraumes des Reaktors 1 mit einem Substratträger 3 sowie für dessen Entnahme auf. Der Plansch 8 ist mit einem weiteren Gaseinlaß 13 sowie einem Gasabsaugstutzen 12 versehen, der mit einem nichtdargestellten Absperrventil sowie einem Vakuumpumpsyst em verbunden ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtung ergeben sich insbesondere dadurch, daß die Standzeit der aus Graphit bestehenden Substratträger durch die allseitige Behandlung erhöht und der Substratträger selbst geschont wird. Durch den separaten Reinigungsvorgang kann die Beschichtungsanlage in der gleichen Zeit für die Produktion eingesetzt werden, womit eine Produktivitätssteigerung möglich ist. Des weiteren kann der Verbrauch an Ätzgas bei einer unwesentlichen Steigeruns des Energieverbrauchs durch die Ausbildung eines quasistatischen Systems gesenkt werden.

Claims (7)

Srfindungsanspruch

1. Verfahren zum Reinigen von. Substrat trägern für Halbleitersubstrate für Anlagen zum niederdruck- oder plasmachemischen Abscheiden von Schichten zur Herstellung elektronischer Bauelemente, bei dem die Substratträger innerhalb der Beschichtungsanlagen einem plasmachemischen Ätzprozeß unter Einwirkung aktiver Ätzmittel unterzogen werden, gekennzeichnet dadurch, daß der Substratträger innerhalb eines separaten, beheizbaren Reaktionsbehälters behandelt wird, indem der Reaktionsbehälter nach Einsatz des zu reinigenden Substratträgers vakuumdicht verschlossen und evakuiert, anschließend mit einem Ätzgas oder -gemisch innerhalb eines Druckbereiches von 0,1 bis 15 KPa dosiert be-, schickt und in Abhängigkeit von dem zu entfernenden Belag in einem Bereich von 200° G bis 600° G erwärmt sowie nach Beendigung des Abtragungsprozesses belüftet wird.

2. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Ätz- bzw. Abtragungsprozeß beendet wird, wenn der Druck im Reaktionsbehälter innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes konstant bleibt bzw. seinen Minimalwert erreicht hat.

3. Verfahren gemäß der Punkte 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Ätzgas oder als Bestandteil des Ätzgasgemisches Fluorwasserstoff eingesetzt wird«

4. Verfahren gemäß Punkt 1, daß die Belüftung mittels Stickstoff oder-Umgebungsluft erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der

Reaktionsbehälter als rohrförmiger Reaktor (1) ausgebildet ist, der an seinen geschliffenen Stirnseiten mittels an Druckringen (7; 9) befestigten und mit Dichtringen (10) versehenen Flanschen (6; 8) abgedichtet ist.

6· Vorrichtung gemäß Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Plansche (6; 8) als Gaseinlaß (11) und Gasauslaß (12) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung gemäß der Punkte 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß der rohrförmige Reaktor (1) eine elektrische Widerstandsheizung (5) aufweist, die wendelförmig um die Außenwandung des Reaktors (1) angeordnet ist.

- Hierzu 1 Blatt Zeichnung -