DE10026180A1

DE10026180A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten von Objekten

Info

Publication number: DE10026180A1
Application number: DE2000126180
Authority: DE
Inventors: Thomas Theiler; Barbara Froeschle; Nicole Sacher
Original assignee: Steag RTP Systems GmbH
Current assignee: Steag RTP Systems GmbH
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-12-06

Abstract

Um eine gleichmäßige Beschichtung von Objekten vorzusehen, und eine Partikelbildung zu vermeiden, sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von Objekten, insnbesondere Halbleiterwafer vor, bei dem die Objekte thermisch behandelt werden, und wenigstens zwei Prozessgase getrennt voneinander derart in die Prozesskammer eingeleitet werden, dass sie sich im Wesentlichen an einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts miteinander vermischen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von Objekten, insbesondere Halbleiterwafern, bei dem die Objekte thermisch behandelt werden.

In der Halbleiterindustrie ist es bekannt, mittels thermisch unterstützter Gas phasenabscheidung Schichten auf Halbleitersubstraten auszubilden. Die hierfür verwendete Vorrichtung weist eine Prozesskammer zur Aufnahme der Substrate, eine Vorrichtung zum Heizen der Substrate sowie eine Vorrichtung zum Zuführen der notwendigen Prozessgase auf.

insbesondere in der Mikroelektronik gibt es einen Trend zu immer mehr Bau elementen auf immer kleineren Chipflächen, was nur dadurch erreicht werden kann, dass elektrisch voneinander isolierte Leiterbahnen übereinander ange ordnet werden. Diese Leiterbahnen werden in integrierten Schaltkreisen durch ganzflächige Beschichtungen von Halbleiterwafern mit anschließender photo lithographischer Strukturierung und nachfolgendem Ätzen hergestellt. Als Material für die Leiterbahnen wird Metall, vorzugsweise Aluminium oder Kup fer verwendet. Ein direkter Kontakt zwischen dem Grundmaterial der Wafer, insbesondere Silizium und dem Metall ist jedoch wegen der hohen Löslichkeit von Silizium in z. B. Aluminium nicht erwünscht. Daher wird zwischen dem Silizium und dem Metall eine trennende Zwischenschicht vorgesehen.

Die notwendige großflächige Waferbeschichtung wird entweder mittels Sput tern oder einer Abscheidung der Schicht aus einer gasförmigen Phase (CVD- chemical wafer deposition) erreicht. Ein Nachteil des Sputterns liegt in der schlechten Kantenabdeckung, welches ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Beschichtung ist, und zwar insbesondere bei schmalen und tief geätzten Strukturen. Daher wird in der Regel die Gasphasenabscheidung bevorzugt. Bei der Gasphasenabscheidung werden Prozessgase in die Prozesskammer eingebracht und durch Energiezufuhr, wie beispielsweise durch thermische Behandlung, zur Reaktion angeregt. Neben CVD-Reaktionen kann eine chemische Reaktion kann auch in der Gasphase oder an der Grenzfläche zwi schen Gas und Substrat oder an der Grenzfläche zwischen Substrat und einer abgeschiedenen Schicht erfolgen. Eine Reaktion in der Gasphase, die auch homogene Reaktion genannt wird, ist unerwünscht, da es dabei häufig zur Bildung von Partikeln kommt.

Ein für Diffusionsbarrieren in integrierten Schaltkreisen vorteilhaftes Material ist wegen seiner physikalischen Eigenschaften Titannitrid TiN, das als prakti sches Ausführungsbeispiel nachfolgend beschrieben wird. Für die Gaspha senabscheidung von TiN sind unterschiedliche Reaktionen bekannt: bei einer ersten Alternative erfolgt die Abscheidung gemäß der folgenden Gleichung:

2TiCl₄+ N₂+ 4H₂ → 2TiN + 8HCl

Für eine Abscheidung von TiN gemäß dieser Reaktion werden Temperaturen von mehr als 1000° Celsius benötigt, weshalb dieses Verfahren für die Mikro elektronik ungeeignet ist.

Bei einer anderen Alternative wird TiN aus metallorganischen Verbindungen abgeschieden, bei denen als Vorstufe Verbindungen gewählt werden, in de nen bereits eine Ti-N-Bindung vorhanden ist, z. B. Tetrakis(-dialkylamido) -titan:

Ti(NR₂)₄ → Ti(C, N) + organische Reste

R = Methyl, Ethyl

Es werden Titancarbonitnitride (Ti(C, N)) abgeschieden, deren Leitfähigkeit jedoch durch den Kohlenstoff erniedrigt ist. Der Hauptnachteil dieser Schich ten besteht darin, dass sie sich schon bei relativ niedrigen Temperaturen von unter 300°Celsius zersetzen.

Daher wird in der Mikroelektronik die folgende Reaktion zur Abscheidung von Titannitrit bevorzugt:

6TiCl₄+ 8NH₃→ 6TiN + 24HCl + N₂

Titanchlorid und Ammoniak werden zusammen mit einem Trägergas, z. B. N₂ entweder in einer Mischkammer oder Gaszuführleitungen außerhalb der ei gentlichen Prozesskammer gemischt. Die gewünschte Reaktion zwischen Ti tantetrachlorid und Ammoniak setzt schon bei 300°Celsius ein. Parallel zu der erwünschten Reaktion laufen aber auch folgende Reaktionen ab:

TiCl₄ + xNH₃ → TiCl₄. xNH₃

x = 2, 4, 6

Die Addukte dieser Reaktion sind Feststoffe, die in der Form eines gelben Pulvers auftreten. Dieses Pulver kann sich auf dem Wafer sowie den Kam merwänden absetzen, störende Verunreinigungen verursachen und auch die auf dem Wafer aufgebrachten elektronischen Bauteile beschädigen. Das Pul ver kann zu unerwünschten Kurzschlüssen der mikroskopischen Leiterbahnen auf dem Substrat führen. Da die Bildung der Addukte eine sehr geringe Akti vierungsenergie besitzt und schon bei Raumtemperatur auftreten kann, treten die Kontaminationsprobleme schon beim ersten Kontakt von Titantetrachlorid mit Ammoniak auf.

Bei anderen Verfahren zum Beschichten von Silicium, werden hochreaktive Stickstoffradikale verwendet. Diese Verfahren besitzen den Vorteil, dass keine Nebenreaktionen auftreten, bei denen Partikel gebildet werden. Die verwen deten Radikale sind jedoch chemisch sehr aktiv und bei einem Kontakt mit Gegenständen wie z. B. den Kammerwänden kommt es zu einer Rekombinati on der Radikale. Die dabei entstehenden Moleküle stehen für den beabsich tigten Beschichtungsprozess nicht mehr zur Verfügung und daher ist der Be schichtungsvorgang schwer zu steuern.

Ausgehend von den oben genannten Verfahren liegt der vorliegenden Erfin dung daher die Aufgabe zugrunde, eine gleichmäßige Beschichtung von Ob jekten vorzusehen, und eine Partikelbildung und die damit verbundene Gefahr einer Kontamination der Objekte zu unterbinden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Beschichten von Objekten, insbesondere Halbleiterwafern, mit einer Prozesskammmer zum Aufnehmen des Objekts, einer Heizvorrichtung zum thermischen Behan deln des Objekts und wenigstens einem Gaseinlassystem zum Einleiten von wenigstens zwei Prozessgasen in die Prozesskammer dadurch gelöst, dass wenigstens zwei Einlässe zum getrennten Einlassen der Prozessgase vorge sehen sind. Durch das getrennte Einleiten der Prozessgase kommt es zu ei ner Vermischung der Prozessgase erst innerhalb der Prozesskammer, sodass der Zeitraum, in dem Nebenreaktionen auftreten können, reduziert wird. Das Gas kann dabei so eingeleitet werden, dass die für die chemische Reaktion benötigte Mischung im Wesentlichen an einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts erzeugt wird.

Um eine gleichmäßige Verteilung der Prozessgase über eine zu beschichten de Oberfläche des Objekts zu erreichen, sind wenigstens zwei Gruppen von Einlässen zum getrennten Einleiten der Prozessgase vorgesehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens einer der Einlässe im Wesentlichen parallel zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts ausgerichtet. Hierdurch wird erreicht, dass eine Vermischung der Ga se im Wesentlichen an der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts erfolgt. Dabei sind die Einlässe vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet, um eine im Wesentlichen laminare Strömung der beiden Gase bis zum Zeitpunkt der Durchmischung zu erreichen.

Vorzugsweise sind die Einlässe oberhalb einer zu beschichtenden Oberflä che, und insbesondere in zwei Ebenen angeordnet, um ein vordefiniertes Strömungsprofil, welches laminare und/oder turbulente Bereiche umfassen kann, in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats zu errei chen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Einlässe auf eine zu beschichtende Oberfläche des Objekts gerichtet, um direkt im Bereich dieser Oberfläche eine Durchmischung der Prozessgase zu erreichen. Dabei sind die Einlässe vorzugsweise unter einem spitzen Winkel relativ zur Objek toberfläche auf die Oberfläche des Objekts gerichtet, um starke Verwirbelun gen zu vermeiden. Für eine gute Abdeckung der gesamten zu beschichtenden Oberfläche des Substrats, sind die Einlässe jeder Gruppe von Einlässen vor zugsweise auf unterschiedliche Bereiche der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts gerichtet.

In einer Ausführungsform ist wenigstens einer der Einlässe koaxial zu einem weiteren Einlass angeordnet, um koaxiale innere und äußere Gasströmungen zu erzeugen. Dabei ist der koaxial äußere Einlass vorzugsweise ein Träger gaseinlass und der innere Einlass ein Prozessgaseinlass. Somit wird beim Einleiten der Gase erreicht, dass das Prozessgas zunächst vom Trägergas umgeben und somit gegenüber dem anderen Prozessgas isoliert ist.

Vorzugsweise kann wenigstens eines der Prozessgase Radikale enthalten, welche vorteilhaft den Abscheidungsvorgang beeinflussen. Zum Erzeugen der Radikale wird vorzugsweise eine Radikalenquelle mit einem Hohlleiter, mit einem Auskoppelungsstift eines Magnetrons, der sich zumindest teilweise in den Hohlleiter erstreckt und mit mindestens einem Stableiter verwendet, der im Hohlleiter eine Auskoppelvorrichtung aufweist, und mit einem dielektri schen Material zur Kammer abgedichtet ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Gasdruck der ein geleiteten Gase regelbar, um die Strömungsverhältnisse innerhalb der Pro zesskammer zu beeinflussen und eine gute Durchmischung der Prozessgase im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts zu erreichen. Zum weiteren Einstellen der Strömungsverhältnisse ist vorzugsweise der Strö mungsquerschnitt wenigstens eines Einlasses regelbar.

Vorzugsweise sind alle Einlässe in einer Seitenwand der Prozesskammer ausgebildet, um eine gleichmäßige von dieser Wand ausgehende Strömung zu erzeugen. Um die Strömung innerhalb der Kammer zu steuern, ist vor zugsweise wenigstens eine Absaugöffnung zum Absaugen der Prozessgase aus der Prozesskammer vorgesehen. Dabei ist die Absaugöffnung vorzugs weise in der den Einlässen gegenüberliegenden Seitenwand der Prozess kammer ausgebildet, um auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten zwi schen den Einlässen und der Absaugöffnung eine im Wesentlichen laminare Strömung zu gewährleisten. Um eine gute Strömung der Prozessgase über die zu beschichtende Oberfläche des Objekts zu erreichen, liegt die Absau göffnung im Wesentlichen auf der Höhe der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts. Vorteilhafterweise ist die Absaugöffnung gegenüber einer Bela deöffnung der Prozesskammer angeordnet, um zu verhindern, dass sich ge gebenenfalls im Bereich der Absaugöffnung entstehende Partikel im Be- und Entladebereich der Objekte ansammeln.

Für eine gute Verteilung der Prozessgase auf der zu beschichtenden Oberflä che des Objekts ist vorzugsweise wenigstens einer der Einlässe in einer Ebe ne parallel zur zu beschichtenden Oberfläche des Objekts bewegbar. Dabei ist der Einlass im Wesentlichen auf einer Kreislinie um die Mittelachse der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts bewegbar, um eine spiralförmige Strömung auf der Oberfläche des Objekts zu erhalten. Dabei weisen die Ein lässe vorzugsweise entgegengesetzt zu deren Bewegungsrichtung, um eine möglichst laminare Strömung der Prozessgase zu erreichen. Vorzugsweise ist hierbei eine das Objekt konzentrisch umgebende Absaugöffnung vorgesehen, um eine gute und gleichmäßige radial nach außen gerichtete Absaugung der Prozessgase zu erreichen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch bei einem Verfahren zum Beschichten von Objekten, insbesondere Halbleiterwafern, in einer Prozesskammer, bei der die Objekte thermisch behandelt werden, dadurch ge löst, dass wenigstens zwei Prozessgase getrennt voneinander derart in die Prozesskammer eingeleitet werden, dass sie sich im Wesentlichen an einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts miteinander vermischen. Durch das erfindungsgemäße Einleiten der Prozessgase entsteht die für die Ab scheidung benötigte Gasmischung vorteilhafterweise direkt im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts. Nebenreaktionen, welche zu einer Partikelbildung führen können, werden auf ein Minimum reduziert. Vorzugs weise wird in der Prozesskammer eine im Wesentlichen laminare Strömung der Prozessgase erzeugt, um die Durchmischung der Prozessgase gut zu steuern. Dabei wird wenigstens eines der Prozessgase im Wesentlichen par allel zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts eingeleitet. Vorteil hafterweise werden auch die Prozessgase im Wesentlichen parallel zueinan der eingeleitet.

Bei einer alternativen Ausführungsform werden die Prozessgase unter einem Winkel, insbesondere einem spitzen Winkel, auf die zu beschichtende Ober fläche des Objekts geleitet, um dort eine Vermischung der Prozessgase zu erreichen. Zum Steuern der Vermischung wird vorzugsweise der Winkel ver ändert. Eine gute Strömungssteuerung lässt sich auch dadurch erreichen, dass der Druck wenigstens eines Prozessgases und/oder der Strömungs querschnitt wenigstens eines Einlasses verändert wird.

Vorteilhafterweise wird wenigstens eines der Prozessgase zusammen mit ei nem Trägergas eingeleitet. Vorteilhafterweise ist das Trägergas Stickstoff, Argon, Wasserstoff oder Sauerstoff. In einer Ausführungsform wird das Trä gergas koaxial zum Prozessgas eingeleitet, wobei dies z. B. durch koaxial an geordnete Einlassdüsen geschehen kann, wobei vorteilhafterweise das Pro zessgas durch eine innere Düse von wenigstens zwei koaxialen Düsen ein geleitet werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Prozessgasdüse von benachbarten Trägergasdüsen wenigstens teilweise umgeben werden.

Um die Verweildauer der Prozessgase in der Prozesskammer zu minimieren, und somit den Zeitraum für eventuelle Nebenreaktionen zu verringern, werden die Prozessgase vorzugsweise während des Prozesses abgesaugt. Um eine Kontamination des Be- und Entladebereichs der Kammer zu vermeiden, wer den die in der Kammer befindlichen Gase vorzugsweise auch während des Be- und Entladens der Prozesskammer abgesaugt.

Für eine gute Verteilung der Prozessgase auf der zu beschichtenden Oberflä che des Objekts kann wenigstens einer der Einlässe in einer Ebene parallel zur zu beschichtenden Oberfläche des Objekts bewegt werden. Dabei wird der Einlass im Wesentlichen auf einer Kreislinie um die Mittelachse der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts bewegt. Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren enthält vorzugsweise wenigstens eines der Prozess gase Titantetrachlorid, Ammoniak oder SiH₄.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Beschich tungsvorrichtung im Schnitt;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Beschich tungsvorrichtung gemäß Fig. 1 im Schnitt;

Fig. 3 eine Verteilung der Teilchengeschwindigkeit der Gase auf der Höhe der Waferoberfläche eines scheibenförmigen Wafers;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Gas-Einlassdüse.

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer drehbaren Gas-Einlassvor richtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils unterschiedliche Ansichten einer Prozess kammer 1, die Teil einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung ist. Die Prozesskammer 1 weist ein Gehäuse 3 mit einer Durchgangsöffnung 5 auf. Zur Bildung eines Behandlungsraums 7 ist die Durchgangsöffnung 5 an ihrem oberen und ihrem unteren Ende jeweils mit einer Quarzplatte 8 abge deckt, die in geeigneter Weise an dem Gehäuse 3 befestigt sind. In dem Behandlungsraum 7 sind nicht dargestellte Haltevorrichtungen für einen Kom pensationsring 10 sowie einen Wafer 12 vorgesehen.

Oberhalb und unterhalb des Behandlungsraums 7 sind Heizvorrichtungen zum Erwärmen des im Behandlungsraum 7 befindlichen Wafers 12 vorgesehen. Die Heizvorrichtungen können beispielsweise durch Lampenbänke gebildet werden.

In einer ersten Seite des Gehäuses 3 ist eine Be- und Entladeöffnung 15 vor gesehen, die in bekannter Art und Weise verschließbar ist, und über die eine Be- und Entladung des Wafers 12 erfolgt. Oberhalb der Be- und Entladeöff nung 15 ist ein Gas-Einlasssystem mit einer ersten Vielzahl von Gas- Einlassdüsen 17 für ein erstes Prozessgas, sowie einer zweiten Vielzahl von Gas-Einlassdüsen 19 für ein zweites Prozessgas vorgesehen. Die Gas- Einlassdüsen 17 sind in einer ersten Ebene angeordnet und die Gas- Einlassdüsen 19 sind in einer zweiten Ebene unterhalb der ersten Ebene an geordnet. Wie am besten in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Gas-Einlassdüsen 17 über eine fächerartige Zuleitung 20 mit einem ersten Prozessgas beauf schlagbar. Die in der zweiten Ebene angeordneten Einlassdüsen 19 sind in gleicher Weise über eine fächerartige Zuleitung mit einem zweiten Prozess gas beaufschlagbar.

Obwohl die Gas-Einlassdüsen so beschrieben wurden, dass alle in der einen Ebene liegenden Düsen 17 für ein Prozessgas vorgesehen sind, und die in der zweiten Ebene liegenden Einlassdüsen für ein anderes Prozessgas vor gesehen sind, ist es auch möglich, innerhalb der jeweiligen Ebenen unter schiedliche Gase einzuleiten. Bezeichnet A den Gas-Einlass für ein Prozess gas und B den Gas-Einlass des anderen Prozessgases, so lassen sich die Gas-Einlässe unter anderem nach dem folgenden Muster anordnen:

AAAAAAAAAA

BBBBBBBBBB

ABABABABAB

BABABABABA

AABBAABBAA

BBAABBAABB

Natürlich sind auch andere Anordnungsmuster für die Einlassdüsen möglich. Es ist auch möglich, mehr als nur zwei unterschiedliche Gas-Einlassdüsen in mehr als zwei Ebenen vorzusehen, sowie die Gaseinlaßdüsen der einzelnen Ebenen jeweils gegeneinander versetzt anzuordnen.

Die jeweiligen Einlassdüsen 17, 19 sind im Wesentlichen parallel zur Oberflä che, bzw. in einem spitzen Winkel auf die Oberfläche des Wafers 2 gerichtet. Die Düsen sind ferner parallel zueinander ausgerichtet, um ein möglichst pa ralleles Einströmen der unterschiedlichen Prozessgase in den Behandlungs raum 7 zu ermöglichen. Um eine Durchmischung der Prozessgase zu vermei den, bevor sie auf die Waferoberfläche treffen, ist es notwendig, Turbulenzen im Gasfluss auszuschließen und eine möglichst laminare Gasströmung zu er reichen. Dies kann über die Anzahl der Düsen und deren Ausrichtung, insbe sondere in Abhängigkeit von der Behandlungsraum-Geometrie erreicht wer den. Zum Erreichen einer laminaren Gasströmung ist der Druck der eingelei teten Gase, sowie der Strömungsquerschnitt der Einlassdüsen 17 einstellbar. Dabei kann für jede einzelne Düse eine entsprechende Steuer- und Regelvor richtung vorgesehen werden, oder die Düsen können gruppenweise ange steuert werden. Eine Verringerung des Strömungsquerschnitts führt zu höhe ren Strömungsgeschwindigkeiten, was die Verweilzeit der Gase im Behand lungsraum, und somit unerwünschte Nebenreaktionen verringern kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Winkel zwischen den Einlassdü sen und dem Substrat veränderbar, um unterschiedliche Bereiche des Wafers mit den Prozessgasen anzuströmen.

Auf der den Einlassdüsen 17 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 3 ist eine Vielzahl von Absaugöffnungen 24 im allgemeinen Gasabflußöffnungen vorgesehen, die z. B. mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden sind, um die eingeleiteten Prozessgase aus dem Behandlungsraum 7 abzusaugen. Das Anordnen der Absaugöffnungen 24 auf der den Einlassdüsen 17 gegenüber liegenden Seite des Gehäuses 3 fördert eine geradlinige Strömung der ein geleiteten Prozessgase durch den Behandlungsraum, wodurch übermäßiger Kontakt der Prozessgase mit den Kammerwänden verhindert wird. Wie am besten in Fig. 1 zu erkennen ist, liegen die Absaugöffnungen 24 auf der Höhe der zu beschichtenden Oberfläche des Wafers 12, um eine gute Führung der Prozessgase über die zu beschichtende Oberfläche zu erreichen.

Fig. 3 zeigt die Verteilung der Teilchengeschwindigkeit der eingeleiteten Gase auf der Höhe der zu beschichtenden Waferoberfläche eines scheibenförmigen Wafers 12. Mit der zuvor genannten Anordnung der Einlassdüsen lässt sich die Gaskonzentration und die Strömung der Prozessgase auf der Höhe der Waferoberfläche einstellen. Dies beeinflusst die Reaktionskinetik der chemi schen Reaktion zwischen den Gasen und den Wafern, die in Abhängigkeit von dem jeweiligen Beschichtungsvorgang gesteuert werden kann.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform für eine Gas-Einlassdüse, wie beispielswei se der Gas-Einlassdüse 17. Die Einlassdüse 17 weist einen inneren Gas- Einlass 26 für das Prozessgas, sowie einen den inneren Gas-Einlass 26 koa xial umgebenden äußeren Gas-Einlass 28 für ein weiteres Gas, insbesondere ein inertes Gas wie z. B. N₂ oder Argon, auf. Bei dieser Art von Einlassdüse wird die Prozessgas-Strömung zunächst von einer Strömung eines inerten Gases umgeben und somit abgeschirmt, um eine frühzeitige Vermischung und Reaktion der Prozessgase zu verhindern.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist neben den beiden oben genannten Zuführsystemen für die Prozessgase ein weiteres Zuführsystem für ein inertes Puffergas vorgesehen. Die Einlässe für das inerte Puffergas sind dabei in ei ner dritten Ebene, zwischen den beiden oben beschriebenen Ebenen der Gas-Einlassdüsen der Prozessgase vorgesehen, um zunächst eine Trennung der Prozessgasströmung vorzusehen. Alternativ können sie auch innerhalb der Ebenen in einem beliebigen Muster zwischen den Einlassdüsen für die unterschiedlichen Prozessgase angeordnet sein.

Fig. 5 zeigt eine alternative Gas-Einlassvorrichtung für die Prozessgase. Um eine gleichmäßige Prozessgas-Strömung und -Konzentration auf der zu be schichtenden Oberfläche des Wafers zu erreichen, ist eine bewegbare Gas- Einlassvorrichtung 30 vorgesehen. Die Gas-Einlassvorrichtung 30 weist einen balkenförmigen Grundkörper 32 auf, an dem eine erste Vielzahl von Gas- Einlassdüsen 34, sowie eine zweite Vielzahl von Gas-Einlassdüsen 36 vorge sehen ist. Die erste und zweite Vielzahl von Düsen 34 und 36 weist in entge gengesetzte Richtungen des Grundkörpers 32. Im Inneren des Grundkörpers 32 ist ein entsprechendes Leitungssystem vorgesehen, um Prozessgase zu den Einlassdüsen 34 bzw., 36 zu leiten. Dabei ist die erste Gruppe von Ein lassdüsen 34 mit einem Zuleitungssystem für das erste Prozessgas und die zweite Gruppe von Einlassdüsen 36 mit einem Zuleitungssystem für das zweite Prozessgas verbunden. Natürlich können die Düsen der ersten und zweiten Vielzahl von Düsen 34, 36 abwechselnd mit dem einen und dem an deren Prozessgas verbunden sein, wie zuvor für die Einlassdüsen 17 und 19 beschrieben wurde. Am Grundkörper 32 können auch zwei Ebenen von Ein lassdüsen, wie zuvor beschrieben, vorgesehen sein.

Der Grundkörper 32 ist um eine Drehachse 38, die senkrecht auf der zu be schichtenden Oberfläche des Wafers steht, drehbar. Die Gas-Einlassdüsen 34 bzw. 36 sind so angeordnet, dass sie bei einer Drehung des Grundkörpers 32 die komplette Oberfläche des Wafers 12 gleichmäßig mit Prozessgasen be aufschlagen. Die jeweiligen Düsengruppen 34, 36 weisen dabei entgegen der Drehrichtung des Grundkörpers 32, um Verwirbelungen beim Einleiten der Prozessgase zu vermeiden. Für eine gleichmäßige Absaugung der derart ein geleiteten Prozessgase kann eine den Wafer radial umgebende Absaugvor richtung vorgesehen werden.

Statt der drehbaren Gas-Einlassvorrichtung 30 ist es auch möglich, eine linear bewegbare Gas-Einlassvorrichtung vorzusehen, die sich beispielsweise gemäß Fig. 1 von rechts nach links durch den Behandlungsraum 7 bewegt und dabei gleichmäßig Prozessgase über die gesamte Oberfläche des Wafers 12 aufbringt. Eine derartige Gas-Einbringvorrichtung kann gut in Verbindung mit den Absaugöffnungen 24 verwendet werden, da eine Strömung in einer Rich tung erzeugt wird.

Für Abscheidungsprozesse, welche Radikale, insbesondere Stickstoff- Radikale verwenden, kann eine Radikalen-Quelle an die Vorrichtung ange schlossen werden. Ein Beispiel für eine bevorzugte Radikalen-Quelle ist aus der WO-A-99/09583 bekannt, die um Wiederholungen zu vermeiden, insofern zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird. Die in der Radi kalen-Quelle erzeugten Radikale werden über ein zusätzliches oder ein ge trenntes Zuführsystem in den Behandlungsraum 7 eingebracht. Dabei werden die Radikale in dem Zuleitungssystem derart geführt, dass ein Kontakt mit Wänden des Zuleitungssystems auf ein Minimum reduziert wird. Beim Einlei ten der Radikale werden diese direkt auf die Waferoberfläche geleitet, um ei nen Kontakt mit Kammerwänden und eine damit verbundene, unerwünschte Rekombination der Radikale zu verhindern.

Nachfolgend wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Ein Halbleiterwafer 12 wird über die Be- und Entladeöffnung 15 in den Be handlungsraum 7 eingeführt und auf der nicht dargestellten Ablagevorrichtung abgelegt. Während des Beladens wird kein Prozessgas über die Düsen 17 bzw. 19 eingeleitet. Jedoch ist die Absaugvorrichtung auch während des Be- und Entladens der Wafer in Betrieb, um zu vermeiden, dass sich gegebenen falls in der Kammer befindliche Partikel im Bereich der Be- und Entladeöff nung ansammeln und den Wafer verunreinigen.

Die Be- und Entladeöffnung 15 wird verschlossen und der Wafer 12 wird durch die nicht dargestellte Heizvorrichtung auf seine Behandungstemperatur gebracht. Anschließend werden die unterschiedlichen Prozessgase über die Düsen 17 und 19 in den Behandlungsraum 7 eingebracht. Dabei werden die Prozessgase mit einer im Wesentlichen laminaren Strömung in den Behand lungsraum 7 eingebracht. Die Düsen sind so auf die zu beschichtende Ober fläche des Wafers 12 gerichtet, dass die jeweiligen Strömungen sich jeweils erst im Bereich der Waferoberfläche miteinander vermischen. Auf der den Einlassdüsen 17 gegenüberliegenden Seite des Behandlungsraums 7 werden die gemischten Prozessgase abgesaugt. Nach Beendigung des Beschich tungsvorgangs wird das Einleiten der Prozessgase gestoppt, während die Ab saugvorrichtung weiterhin in Betrieb bleibt. Um gegebenenfalls entstandene Partikel aus dem Behandlungsraum 7 heraus zu spülen, kann vor dem Entla den des Wafers 12 ein inertes Gas in den Behandlungsraum 7 eingeleitet werden, das über die Absaugvorrichtung abgesaugt wird. Anschließend wird die Be- und Entladeöffnung 15 geöffnet und der Wafer 12 entnommen. Auch beim Entladen des Wafers 12 ist die Absaugvorrichtung in Betrieb, um eine Gasströmung in Richtung der Absaugvorrichtung aufrechtzuerhalten, um eine Ansammlung von Partikeln im Bereich der Be- und Entladeöffnung 15 zu ver hindern.

Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Er findung beschrieben, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die beschriebe nen Prozessgase und die dargestellten Reaktionsmechanismen beschränkt. Auch ist die Vorrichtung nicht auf die Form oder Ausgestaltung der Behand lungsvorrichtung beschränkt. Wesentlich für die Erfindung ist, dass für unter schiedliche Behandlungsgase getrennte Gas-Einlässe vorgesehen sind, um eine Vermischung der Gase erst in dem Bereich der zu beschichtenden Ober fläche eines Substrats zu erreichen. Insbesondere können die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung miteinander kombiniert werden.

Claims

1. Vorrichtung (1) zum Beschichten von Objekten (12), insbesondere Halbleiterwafern, mit einer Prozesskammer (7) zum Aufnehmen des Objekts (12), einer Heizvorrichtung zum thermischen Behandeln des Objekts und wenigstens einem Gaseinlaßsystem zum Einleiten von we nigstens zwei Prozessgasen in die Prozesskammer, dadurch gekenn zeichnet, dass wenigstens zwei Einlässe (17, 19) zum getrennten Ein lassen der Prozessgase vorgesehen sind.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenig stens zwei Gruppen von Einlässen (17, 19; 34, 36) zum getrennten Ein lassen der Prozessgase vorgesehen sind.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Einlässe (17, 19; 34, 36) im wesentlichen parallel zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts (12) ausgerichtet ist.

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (17, 19; 34, 36) im wesentlichen par allel zueinander ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (17, 19; 34, 36) oberhalb einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts (12) angeordnet sind.

6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (17, 19; 34, 36) in zwei Ebenen an geordnet sind.

7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (17, 19; 34, 36) auf eine zu be schichtende Oberfläche des Objekts (12) gerichtet sind.

8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (17, 19; 34, 36) unter einem spitzen Winkel auf die Oberfläche des Objekts (12) gerichtet sind.

9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (17, 19; 34, 36) jeder Gruppe auf unterschiedliche Bereiche der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts (12) gerichtet sind.

10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Einlässe (17) zwei koaxial zueinander angeordnete Einlaßöffnungen (26, 28) aufweist.

11. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Prozessgase Radikale ent hält.

12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Radika lenquelle mit einem Hohlleiter, mit einem Auskopplungsstift eines Ma gnetrons, der sich zumindest teilweise in den Hohlleiter erstreckt und mit mindestens einem Stableiter, der im Hohlleiter eine Auskoppel vorrichtung aufweist, in die Prozesskammer ragt und mit einem dielektri schen Material zur Kammer abgedichtet ist.

13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck der eingeleiteten Gase regelbar ist.

14. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt wenigstens eines Ein lasses (17, 19; 34, 36) regelbar ist.

15. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (17, 19) in einer Seitenwand der Pro zesskammer (7) ausgebildet sind.

16. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch wenigstens eine Absaugöffnung (24) zum Absaugen der Prozessgase aus der Prozesskammer (7).

17. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugöffnung (24) in der den Einlässen (17, 19) gegen überliegenden Seitenwand der Prozesskammer (7) ausgebildet ist.

18. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugöffnung (24) im wesentlichen auf der Höhe einer zu be schichtenden Oberfläche des Objekts (12) liegt.

19. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, dass die Absaugöffnung (24) gegenüber einer Beladeöffnung (15) der Prozesskammer (7) angeordnet ist.

20. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Einlässe (34, 36) in einer Ebene parallel zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts (12) bewegbar ist.

21. Vorrichtung (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaß (34, 36) im wesentlichen auf einer Kreislinie um die Mittelachse der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts (12) bewegbar ist.

22. Vorrichtung (1) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (34, 36) entgegengesetzt zu deren Bewegungsrich tung weisen.

23. Vorrichtung (1) nach einem Ansprüche 20 bis 22 und 16, dadurch ge kennzeichnet, dass die Absaugöffnung das Objekt konzentrisch umgibt.

24. Verfahren zum Beschichten von Objekten, insbesondere Halbleiterwa fern, in einer Prozesskammer, bei dem die Objekte thermisch behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Prozessgase getrennt voneinander derart in die Prozesskammer eingeleitet werden, dass sie sich im wesentlichen an einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts miteinander vermischen.

25. Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine im wesentli chen laminare Strömung der Prozessgase in der Prozesskammer.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeich net, dass wenigstens eines der Prozessgase im wesentlichen parallel zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts eingeleitet wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeich net, dass die Prozessgase im wesentlichen parallel zueinander einge leitet werden.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24, 25 oder 27, dadurch gekenn zeichnet, dass die Prozessgase unter einem Winkel, insbesondere ei nem spitzen Winkel, auf eine zu beschichtende Oberfläche des Objekts geleitet werden.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel verändert wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeich net, dass ein Druck wenigstens eines Prozessgases verändert wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeich net, dass der Strömungsquerschnitt wenigstens eines Einlasses verän dert wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeich net, dass wenigstens eines der Prozessgase zusammen mit einem Trä gergas eingeleitet wird.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Trä gergas koaxial zum Prozessgas eingeleitet wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch gekennzeich net, dass das Trägergas Stickstoff, Argon, Wasserstoff oder Sauerstoff ist.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 34, dadurch gekennzeich net, dass die Prozessgase während des Prozesses abgesaugt werden.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekennzeich net, dass die in der Kammer befindlichen Gase während des Be- und Entladens der Prozesskammer abgesaugt werden.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 36, dadurch gekennzeich net, dass wenigstens einer der Einlässe in einer Ebene parallel zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Objekts bewegt wird.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 37, dadurch gekennzeich net, dass der Einlaß im wesentlichen auf einer Kreislinie um die Mitte lachse der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts bewegt wird.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 38, dadurch gekennzeich net, dass wenigstens eines der Prozessgase Titantetrachlorid, Ammoni ak oder SiH₄ enthält.