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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Mikrowellenplasmas,
sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Halbleitersubstraten
mit einem Mikrowellenplasma. Insbesondere sollen entsprechend der
erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren
fehlerfreie dielektrische Schichten im Mikrowellenplasma bei Raumtemperatur
oder leicht erhöhter Temperatur auf Halbleiterprozeßscheiben
erzeugt werden.
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Bei
der Herstellung von elektronischen Bauelementen, wie Speicherchips,
Mikroprozessoren, kundenspezifischen Schaltungsausführungen
oder Logikbauelementen sind sehr präzise und zuverlässig
arbeitende Halbleiterfertigungsgeräte erforderlich. Das
zu fertigende Produkt, in vielen Fällen ein Halbleiterbauelement,
für dessen Herstellung oft mehrere hundert Einzelprozeßschritte
durchgeführt werden müssen, soll elektrisch zuverlässig
arbeiten und reproduzierbare elektrische und physikalische Eigenschaften
aufweisen. Dabei stellt der Trend zu immer kleineren Strukturen,
oder mit anderen Worten die immer größere Anzahl
von Halbleiterbauelementen pro Quadratzentimeter die Halbleiterfertigungsgerätehersteller
vor immer neue Herausforderungen. Damit bei 45 nm-Halbleiterstrukturen,
bei 32 nm-Halbleiterstrukturen und darunter noch Halbleiterbauelemente,
bespielsweise Logikbausteine mit einer ebenso zuverlässigen
elektrischen Funktionsweise, wie dies bei 65 nm Logik-Halbleiterstrukturen der
Fall ist, hergestellt werden können, ist die Herstellung
von fehlerfreien Isolatorschichten bei niedrigen Temperaturen ein
vordringliches Problem. So wird zum Beispiel von der Automobilindustrie
gefordert, dass die dort eingesetzten elektronischen Bauelemente über
einen langen Zeitraum fehlerfrei funktionieren, da von deren zuverlässigen
Funktionsweise Menschenleben abhängen können.
Um diesen Anforderungen zu entsprechen muss die Zuverlässigkeit
der Bauelemente entsprechend verbessert werden, wobei unter Anderem
ein wesentlicher Ansatz darin besteht, dass dielektrische Schichten
fehlerfrei erzeugt oder durch entsprechende Nachbehandlung in einen
fehlerfreien Zustand versetzt werden können.
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Ein
weitere Forderung der gegenwärtigen Halbleitertechnologie
besteht, wie bereits oben erwähnt, in der Senkung des thermischen
Budgets bei der Herstellung von beispielsweise thermischen Oxidschichten,
oder anderer dielektrischer Schichten.
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Weiterhin
sind beispielsweise neue Forderungen in der Transistorentwicklung
mit sogenannten „metal-gates” von Mikroprozessoren
zu erfüllen. So soll beispielsweise eine selektive Oxidation
von Silizium zu den Materialien Wolfram, Wolframsilizid, Tantalnitrid,
Titannitrid etc. bei geringer Temperatur erfolgen können.
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Eine
weitere Forderung ist eine gleichmäßige Oxidation
von Halbleiterstrukturen bestehend aus unterschiedlich dotiertem
Silizium und die Oxidation von Siliziumnitrid. Darüber
hinaus erfordert die Herstellung zuverlässig arbeitender
Halbleiterbauelemente die Erzeugung von fehlerfreien Schichten mit großer
Dielektrizitätskonstante auf Tantal, Niob bzw. Tantalnitrid,
Niobnitrid und ähnlichen Materialien so wie die Nachbehandlung
von fehlerhaften Schichten, die durch CVD- bzw. ALD-Verfahren abgeschieden wurden.
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Bisher
werden dielektrische Schichten durch thermische Oxidation im Ofen
oder in RTP-Reakoren, bzw. durch CVD- oder neuerdings durch ALD-Verfahren
erzeugt, die jedoch insgesamt aufgrund ihrer jeweiligen Herstellungsverfahren
im Hinblick auf ihre elektrischen Eigenschaften nicht fehlerfreie
Schichten erzeugen. So können bei der thermischen Oxidation
Verunreinigungen bzw. Störungen der Kristallstruktur zu
elektrisch fehlerhaften Schichten führen. Bei CVD- und
ALD Schichten sind, insbesondere bei dünnen Schichten,
Bekeimungsprobleme Ursache für elektrische Schwachstellen,
ebenso Einschlüsse von Partikeln.
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Ein
weiterer Nachteil der thermischen Oxidation ist das sogenannte thermische
Budget, unter dem man das Produkt aus Temperatur multipliziert mit
der dabei verstrichenen Zeit versteht. Bei sehr vielen Prozessen
der Halbleiterfertigung, wie thermische Oxidation oder auch Nitridierung
ist das thermische Budget zum erforderlichen Schichtaufbau so groß,
dass beim Schichtaufbau signifikante Schädigungen des Halbleiterbauelements
verursacht werden können. So werden z. B. bei zu großem
Temperaturbudget die Diffusionsprofile der Dotierstoffe verwaschen,
was die Zuverlässigkeit der Bauelemente verschlechtert.
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Ein
anderer Nachteil der thermischen Oxidation besteht darin, dass unterschiedlich
dotiertes und kristallin orientiertes Silizium mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
oxidiert wird, was z. B. zu einer kristallorientierungsabhängigen
unterschiedlichen Durchbruchspannung des Oxids führen kann.
Dies stellt ein erhebliches Problem in der Halbleiterfertigung dar.
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Ein
anderer Nachteil der thermischen Oxidation besteht darin, dass bei
der Oxidation von Silizium das Siliziumnitrid nur minimal oxidiert
wird. Bei gegenwärtig eingesetzten Halbleiterbauelementen
gibt es Strukturen, bei denen sich unmittelbar neben der Siliziumoberfläche
ein Siliziumnitrid befindet. Bei solchen Strukturen können
thermische Oxidationsprozesse nur begrenzt zum Einsatz kommen, bzw. überhaupt
nicht angewendet werden, da sich bei derartigen Oxidationsprozessen
im Übergangsbereich zwischen der Siliziumoberfläche
und der Siliziumnitridschicht keine Oxidschicht, oder nicht die
gewünschte Oxidschicht ausbildet.
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In
der Literatur sind Verfahren bekannt, welche diese Nachteile versuchen,
zu beheben. So beschreibt die
EP
1018150 beispielsweise ein Verfahren zur Bildung eines
Oxids, wobei ein Substrat auf eine Temperatur aufgeheizt wird, welche
ausreichend hoch ist, eine Rekation zwischen einem sauerstoffhaltigen
Gas und Wasserstoffgas in einer Prozeßkammer in der Nähe
des Substrats zu initiieren. Bei diesem bekannten Verfahren wird
bei einem Druck von ca. 1/100 des Atmosphärendrucks gleichzeitig
Wasserstoff und Sauerstoff auf die erhitzte Silizumscheibe geleitet
und so bei erhöhter Temperatur ab ca. 850 Grad Celsius
eine dünne Oxidschicht auf Silizum und Siliziumnitrid erzeugt.
Diese Art der Oxidation, auch unter dem Namen in-situ Naßoxidation in
der Literatur bekannt, liefert jedoch allenfalls geringe Oxidschichtdicken
und benötigt darüber hinaus eine in vielen Fällen
inakzeptabel hohe Temperatur.
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Mit
derartigen Verfahren ist beispielsweise keine selektive Oxidation
von Silizium zu Metallen bei Zimmertemperatur bzw. einer Temperatur
von wenigen hundert Grad Celsius möglich.
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Schichten
mit großer Dielektrizitätskonstante, insbesondere
kristalline Schichten können auf großen Flächen
nicht fehlerfrei abgeschieden werden.
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Derzeit
gibt es Vorrichtungen, mit denen versucht wird, eine Oxidation von
Silizium auf Basis von RF-Anregung eines Plasmas zu erreichen. So
offenbart beispielsweise die
US
7,214,628 ein Verfahren zur Gateoxidation, wobei eine Vorrichtung
verwendet wird, in welcher ein mit gepulster Mikrowellenstrahlung
betriebenes induktiv erzeugtes Plasma verwendet wird. Das Plasma
wird bei diesem Verfahren bewusst in einem hinreichend großen
Abstand zum Substrat gehalten, damit ionengenerierte Defekte in einer
sich bildenden Oxidschicht möglichst vermieden werden.
Das Plasma wird an- und ausgeschaltet. Während der Off-Intervalle
können Ionen aus dem Plasma auf das Substrat gelangen.
Während der Bildung der Oxidschicht werden Kammerdruck
und Pulszyklus so limitiert, daß die durch das Ionenbombardement
in der Oxidschicht induzierten Defekte möglichst klein
gehalten werden. Das in dieser Vorrichtung verwendete Plasma erreicht
jedoch nicht die Dichte an niederenergetischen Ionen und Elektronen,
die erforderlich ist, um die gewünschten Effekte zu erzielen,
d. h. um innerhalb kurzer Zeit eine Schicht mit einer hinreichenden
Dicke auf dem Substrat zu erzeugen.
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Die
US 2007/0221294 A1 beschreibt
ebenfalls eine auf Mikrowellenbasis arbeitende plasmaerzeugende
Vorrichtung zur Erzeugung eines Oxid- oder Nitridfilms. Bei dieser
Vorrichtung wird, um möglichst homogene Oxid- bzw. Nitridschichten
zu erzeugen, ein Mikrowellenplasma durch eine vom zu behandelnden
Substrat beabstandete Verteilerplatte auf das Substrat gelenkt.
Auch dieses Mikrowellenplasma weist, auf Grund der Art seiner Zuführung
in die Prozeßkammer nicht die zur Erzielung der gewünschten
Effekte notwendige Plasmadichte auf.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bereitzustellen, die
ein Mikrowellenplasma mit einer sehr hoher Dichte an niederenergetischen Ionen
und Elektronen erzeugt, so daß das mit einer dielektrischen
Schicht, wie beispielsweise mit einer Oxidschicht zu versehende
Substrat eine starke negative Aufladung seiner Oberfläche
erhält. Auf diese Weise wird es möglich, bereits
bei niedrigen Temperaturen unterhalb von 800 Grad Celsius innerhalb kurzer
Zeit hinreichend dicke dielektrische Schichten, wie beispielsweise
Oxidschichten auf einem Substrat, vorzugsweise einem Halbleitersubstrat
zu bilden. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Erzeugung fehlerfreier und möglichst homogener dielektrischer
Schichten in einem Mikrowellenplasma vorzugsweise bei niedrigen
Temperaturen bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe löst die Erfindung durch eine Vorrichtung und durch
ein Verfahren nach einem oder mehreren der nachfolgenden Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen
offenbart.
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Die
erfinderische Mikrowellenplasmavorrichtung, umfaßt wenigstens
eine Elektrode, die mit wenigstens einem Mikrowellengenerator verbunden werden
kann, wobei die wenigstens eine Elektrode einen koaxialen Innenleiter
aus elektrisch leitendem Material, sowie einen diesen zumindest
teilweise umgebenden und von ihm beabstandeten koaxialen Außenleiter
aus elektrisch leitendem Material aufweist. Die wenigstens eine
Elektrode kann vorzugsweise eine Plasmazündvorrichtung
aufweisen, die mit dem koaxialen Innenleiter, vorzugsweise mit dem
Ende des koaxialen Innenleiters verbunden ist. Der koaxiale Außenleiter
weist wenigstens einen ersten Teilbereich auf, in welchem er den
koaxialen Innenleiter entlang dessen Längsachse vollständig
umgibt, und wenigstens einen weiteren Teilbereich, in welchem er den
koaxialen Innenleiter teilweise so umgibt, daß eine vom
Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellenstrahlung in diesem wenigstens
einen weiteren Teilbereich senkrecht zur Längsachse des
koaxialen Innenleiters austreten kann. Der koaxiale Innenleiter kann
beispielsweise rohrförmig ausgeführt sein. In diesem
weiteren Teilbereich ist der koaxiale Außenleiter längs
des koaxialen Innenleiters geöffnet, das heißt,
der koaxiale Innenleiter ist in diesem Bereich nicht vollständig
vom koaxialen Außenleiter umgeben, bzw. ummantelt. Jede
Elektrode ist vorteilhafterweise mit einem Mikrowellengenerator
elektrisch verbunden. Dem weiteren Teilbereich kann sich ein zusätzlicher
Teilbereich anschließen, der dadurch gekennzeichnet ist,
daß der koaxiale Innenleiter in diesem zusätzlichen
Teilbereich nicht vom koaxialen Außenleiter umgeben ist.
Dieser zusätzliche Teilbereich kann sich auch direkt an
den wenigstens einen ersten Teilbereich anschließen, und/oder
den wenigstens einen weiteren Teilbereich ersetzen. Ein Vorteil
dieser Ausführung besteht darin, daß eine mit
der erfinderischen Mikrowellenplasmavorrichtung betriebene Vorrichtung
zum Behandeln von Halbleitersubstraten leicht auf Substratdurchmesser
von 450 mm und mehr skaliert werden kann.
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Die
wenigstens eine Elektrode ist zumindest entlang des Teilbereichs,
in welchem der Außenkoaxialleiter geöffnet ist,
entlang der Längsachse des jeweiligen koaxialen Innenleiters
vorteilhafterweise von einem nicht leitenden Material umgeben. Dieses
Material kann beispielsweise Quarzglas, Aluminiumoxid oder Saphir
sein. Es ist vorteilhafterweise als Hohlzylinder ausgebildet. Der
Hohlzylinder kann die Elektrode aufnehmen, oder zumindest den Teilbereich
der Elektrode aufnehmen, in welchem der Außenleiter entlang
der Längsachse des koaxialen Innenleiters geöffnet
ist. Besonders vorteilhafterweise umschließt das nicht
leitende Material jedoch auch noch das Ende der Elektrode, welches
nicht mit dem Mikrowellengenerator verbunden wird. Die Mikrowellenabstrahlleistung
der wenigstens einen Elektrode kann, vorteilhafterweise steuerbar
und/oder oder regelbar sein.
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Zwischen
dem nicht leitenden Material, das einen Teil der Elektrode umschließt
und der Elektrode selbst kann ein Raum ausgebildet sein, in welchem sich
Umgebungsluft bei Normaldruck befindet. In diesem Raum kann sich
jedoch auch ein anderes Gas unter reduziertem Druck befinden. Der
Raum kann beispielsweise ein Prozeßgas, wie Sauerstoff,
Wasserstoff, Stickstoff, N2O, und/oder ein Edelgas, oder eine Mischung
aus diesen Gasen aufweisen. Der Druck in diesem Raum kann zwischen
Null Bar und mehreren Bar liegen. Der Raum kann jedoch auch mit
einem flüssigen oder festen dielektrischen Material ausgefüllt
sein. Der Druck in diesem Raum ist jedoch vorzugsweise so zu wählen,
daß sich kein Plasma zwischen der Elektrode und dem sie
umschließenden Isolatorrohr ausbildet.
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Der
koaxiale Außenleiter kann im wenigstens einen weiteren
Teilbereich so ausgebildet sein, daß er am einen Ende dieses
Teilbereichs den koaxialen Innenleiter vollständig umgibt,
und sich vom einen Ende zum anderen Ende dieses Teilbereichs öffnet
und stetig verjüngt. Er ist vorteilhafterweise derart gestaltet,
dass er über dem Randbereich des Halbleitersubstrats geöffnet
wird und sich zum gegenüberliegenden Rand des Halbleitersubstrats
in seinem Querschnitt stetig verjüngt. Der koaxiale Außenleiter kann
in dem wenigstens einen weiteren Teilbereich beispielsweise aber
auch mehrere Öffnungen entlang der Längsachse
des koaxialen Innenleiters aufweisen. Er kann elliptisch oder raurtenförmig
aufgeschnitten sein. Er kann den Innenleiter ummanteln, beispielsweise
zylindrisch, und er kann mehrere geöffnete Teilbereiche
entlang dieses Mantels aufweisen, die beispielsweise elliptisch,
rautenförmig oder rechteckig ausgeschnitten sind. Der Mantel
des Außenleiters kann jedoch auch schräg abgeschnitten sein,
so dass er entlang der Längsachse des Innenleiters einen
offenen Bereich aufweist, Der Mantel kann V-förmig aufgeschnitten
sein, er kann einen oder mehrere V-förmige, rechteckige,
oder U-förmige Einschnitte aufweisen. Er kann aber beispielsweise auch
so aufgeschnitten sein, dass er sich längs des wenigstens
einen weiteren Teilbereichs spiralenförmig um den Innenleiter
windet.
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Die
Zündvorrichtung kann als Induktivität am Ende
des inneren Koaxialleiters ausgebildet sein. Der innere Koaxialleiter
kann zu diesem Zweck beispielsweise an seinem Ende eine gekrümmte
Form aufweisen. Die Zündvorrichtung ist vorteilhafterweise als
linearer Hertzscher Oszillator ausgebildet, wobei die Wellenlänge
dieses linearen Hertzschen Oszillators gleich der halben Wellenlänge
des Mikrowellengenerators entspricht, und/oder einem ganzzahligen Vielfachen
davon. Der Mikrowellengenerator weist vorteilhafterweise eine Mikrowellenfrequenz
von 2,45 GHz, 5,4 GHz, 915 MHz oder 13–14 GHz auf. Er kann
aber auch jede andere Frequenz aufweisen.
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Die
Mikrowellenplasmavorrichtung kann Bestandteil einer Vorrichtung
zur Plasmabehandlung von Halbleitersubstraten beispielsweise in
der Halbleiterprozeßtechnologie sein. Die Mikrowellenplasmavorrichtung
kann beispielsweise einen von einem Metallkasten umschlossenen Prozeßraum
aufweisen, wobei der Metallkasten eine verschließbare Öffnung
zum Einführen des Halbleitersubstrats aufweist, wobei Mittel
zum Kühlen und/oder Heizen des Metallkastens vorgesehen
sein können. Sie kann einen im Prozeßraum angeordneten
Substrathalter zur Aufnahme des Halbleitersubstrats beinhalten,
und sie weist vorzugsweise wenigstens ein im Prozeßraum
angeordnetes Isolatorrohr auf, welches vorteilhafterweise gegenüber
dem Prozeßraum vakuumdicht abgeschlossen ist und in welchem
wenigstens der Teil der wenigstens einen Elektrode eingeführt
ist, der den geöffneten Koaxialaußenleiter aufweist.
Weiterhin weist der Metallkasten wenigstens eine, vorzugsweise jedoch
mehrere Öffnungen zum Einleiten von Prozeßgas
auf, sowie wenigstens eine, vorzugsweise jedoch mehrere weitere Öffnungen
zum Ausleiten des Prozeßgases auf. Die Öffnungen
zum Ausleiten des Prozeßgases sind vorzugsweise mit einer Vakuumpumpe
fest verbunden. Der Prozeßgasdruck im Prozeßraum
ist vorzugsweise im Bereich zwischen einem Millitorr und 20 Torr
einstellbar und/oder regelbar. Der Metallkasten kann beispielsweise
aus Aluminium bestehen.
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Der
Substrathalter ist vorzugsweise um wenigstens eine Achse, die vorteilhafterweise
senkrecht zur Halbleitersubstratoberfläche eines im Substrataufnahmebereich
des Substrathalters aufgenommenen Halbleitersubstrats ist, drehbar
im Prozeßraum angeordnet. Der Abstand zwischen dem Substrathalter
und dem wenigstens einen Isolatorrohr kann veränderbar
sein, so daß während eines Prozesses ein gewünschter
Abstand zwischen dem Substrat und den Mikrowellenenergie abstrahlenden
Elektroden eingestellt werden kann. Der Substrathalter kann kühlbar
und/oder heizbar sein. Er kann wenigstens teilweise aus entweder
Aluminiumnitrid, und/oder Siliziumnitrid, und/oder Quarz, und/oder
Saphir und/oder Siliziumkarbid bestehen. Bei runden Substraten,
wie beispielsweise Halbleiterwafern kann der Substrataufnahmebereich
von einem zusätzlichen ringförmigen Bereich umgeben
sein, welcher einen ringförmig um den Substrataufnahmebereich
angeordneten sogenannten erweiterten Substratbereich aufweist, welcher
ringförmig um das Substrat angeordnete Elemente aus Substratmaterial
beinhalten kann. Der Substrataufnahmebereich kann einen Suszeptor
zur Aufnahme des Halbleitersubstrats aufweisen, wobei der Suszeptor
beispielsweise mit wenigstens einem Thermoelement zur Messung der
Temperatur des Substrates verbunden sein kann.
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Es
kann auch wenigstens eine Temperaturmeßvorrichtung zur
Messung der Temperatur eines im Substrataufnahmebereich des Substrathalters aufgenommenen
Halbleitersubstrats vorgesehen sein. Eine solche Temperaturmessung
kann beispielsweise pyrometrisch erfolgen.
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Der
Prozeßraum weist zumindest eine Elektrode, vorteilhafterweise
jedoch ein oder mehrere zueinander im wesentlichen parallel in einer
Ebene oberhalb und/oder in einer Ebene unterhalb des Substrataufnahmebereiches
angeordnete Isolatorrohre auf, wobei jedes Isolatorrohr vorzugsweise
eine Elektrode umschließen kann, welche zumindest jedoch den
wenigstens einen weiteren Teilbereich der jeweils wenigstens einen
Elektrode umschließt, welcher den für den Austritt
der Mikrowellenstrahlung vorgesehenen Teilbereich des Koaxialleiters,
also zumindest den Teilbereich, in welchem der äußere
Koaxialleiter entlang der Längsachse des koaxialen Innenleiters
geöffnet ist, aufweist. Der innere Koaxialleiter kann jedoch
beispielsweise zusätzlich oder anstatt des wenigstens einen
weiteren Teilbereichs in seinem Endbereich auch einen Mikrowelle
abstrahlenden zusätzlichen Teilbereich aufweisen, welcher nicht von
einem äußeren Koaxialleiter umgeben ist. In diesem
Fall umschließt das Isolatorrohr vorzugsweise auch diesen
zusätzlichen Teilbereich der Elektrode.
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Der
koaxiale Außenleiter der wenigstens einen Elektrode ist
vorteilhafterweise über dem Randbereich eines sich im Substrataufnahmebereichs
des Substrathalters befindenden Halbleitersubstrats, und besonders
vorteilhafterweise über dem gesamten erweiterten Substratbereich
geöffnet. Weist die Vorrichtung mehrere Elektroden auf,
so sind diese Elektroden, zumindest jedoch Teile der die elektromagnetische
Energie abstrahlenden Bereiche dieser Elektroden vorzugsweise jeweils
einzeln in Isolatorrohren untergebracht. Die Isolatorrohre sind
vorzugsweise im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, wobei ”im
wesentlichen parallel zueinander” bedeuten soll, daß die
Längsachsen der Isolatorrohre zueinander einen Winkel von
weniger als 10 Grad einschließen. Die oberhalb des Substrataufnahmebereichs
im Prozeßraum angeordneten Isolatorrohre sind vorzugsweise
alle in der gleichen Ebene angeordnet. Sind mehrere Isolatorrohre
unterhalb des Substrataufnahmebereichs im Prozeßraum angeordnet,
so sind diese ebenfalls vorzugsweise in einer Ebene angeordnet.
Die abstrahlenden Bereiche der in den Isolatorrohren untergebrachten
Elektroden überdecken besonders vorteilhafterweise den
gesamten Substrataufnahmebereich, vorzugsweise auch noch den erweiterten
Substratbereich. Die Mikrowellenabstrahlleistung der Elektroden
kann, sofern die Vorrichtung mehrere Elektroden aufweist, vorteilhafterweise
für jede Elektrode einzeln und/oder für eine vorgegebene
Anzahl von Elektroden, die zu einer Gruppe zusammengefaßt
werden, gruppenweise entweder gesteuert oder geregelt, oder gesteuert und
geregelt werden. Vorteilhafterweise können, um die Homogenität
des Plasmas zu erhöhen, einander benachbarte Elektroden
auf einander gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Isolatorrohrs
mit der jeweiligen Mikrowellenquelle verbunden sein. Die Elektroden
können einzeln oder gruppenweise mit unterschiedlichen
Mikrowellenquellen verbunden sein, wobei die unterschiedlichen Mikrowellenquellen
mit gleichen, oder vorteilhafterweise mit unterschiedlichen Abstrahlfrequenzen
Mikrowellenenergie abstrahlen können.
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Unterhalb
und/oder oberhalb des Substrataufnahmebereichs können zusätzliche
Heizelemente im Prozeßraum angeordnet sein. Diese Heizelemente
können beispielsweise Halogenlampen und/oder Bogenlampen
sein. Sie können vom Prozeß raum durch Quarzglas
und/oder einem mit Fremdatomen dotiertem Quarzglas, und/oder Quarzglas,
welches einen mit Fremdatomen dotierten Bereich aufweist, getrennt
sein.
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An
der Oberseite des Metallkastens kann eine Isolatorplatte so angeordnet
sein, dass ein Kontakt des Plasmas mit der Metallwand verhindert
wird. Der Metallkasten kann beispielsweise auf seiner dem Prozeßraum
zugewandten Seite Oberflächenbereiche aus anodisiertem
Aluminium aufweisen. Der Prozeßraum kann weiterhin eine
vom Metallkasten beabstandete Elektrode oberhalb und/oder unterhalb des
Substrataufnahmebereichs aufweisen, wobei vorteilhafterweise die
beabstandete Elektrode mit der Isolatorplatte fest verbunden ist.
Diese beabstandete Elektrode kann beispielsweise mit einer Gleichspannung
oder mit einer gepulsten Gleichspannung beaufschlagt werden, um
eine anodisierte Oxidation durchzuführen. Sie kann auch
mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden. Wechselspannung ist
geeignet, das Plasma und/oder die Oberflächenladung des
zu behandelnden Substrats, beispielsweise des Halbleiterwafers zu
modulieren und kann auf diese Weise zu einer Verbesserung der Prozeßergebnisse
beitragen. Es ist in diesem Zusammenhang auch möglich,
diese Elektrode nur zeitweise, z. B. gepulst mit einer Gleichspannung
zu beaufschlagen, während der Plasmaprozeß stattfindet.
Auch ist es möglich, den Plasmaprozeß selbst gepulst
und/oder zeitlich moduliert durchzuführen. Der Fachmann
wird Ausgestaltungen und Kombinationen dieser Möglichkeiten
in Betracht ziehen, um gewünschte Prozeßergebnisse
zu erreichen.
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Die
Behandlung eines Halbleitersubstrats in einer solchen Vorrichtung
weist vorzugsweise folgende Schritte auf:
- a)
Einführen des Halbleitersubstrats in den Prozeßraum
und Ablage des Halbleitersubstrats auf dem im Prozeßraum
angeordneten Substrathalter
- b) Abpumpen des Prozeßraums
- c) Einleiten von Prozeßgas in den Prozeßraum
- d) Einleitung von Mikrowellenstrahlung über die Elektrode/die
Elektroden der Mikrowellenplasmavorrichtung in den Prozeßraum
und Erzeugen eines Mikrowellenplasmas im Prozeßraum
- se) Abschalten der Mikrowellenstrahlung
- f) Belüften des Prozeßraums, bzw. der Prozeßkammer
- g) Herausnehmen des Halbleitersubstrats aus dem Prozeßraum
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Zwischen
Schritt a) und Schritt g) kann das Halbleitersubstrat dabei vor
und/oder während und/oder nach Schritt d) des Prozesses
vorteilhafterweise auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt werden.
Diese vorbestimmte Temperatur liegt vorzugsweise zwischen Raumtemperatur
und 650 Grad Celsius.
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Das
Prozeßgas kann beispielsweise Argon, Helium, Sauerstoff,
Wasserstoff, Stickstoff, H2O (Wasserdampf), Deuterium, D2O (schweres
Wasser in Dampfform) und oder Distickstoffoxid aufweisen, jedoch
auch eine Mischung aus diesen Gasen. Es kann jedoch beispielsweise
auch NF3, CF4 oder Cl2 aufweisen oder eine Mischung aus diesen Gasen. Dies
kann bei Reinigungsvorgängen vorteilhaft sein.
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Mit
der erfinderischen Vorrichtung können auch fehlerfreie
dielektrische Schichten erzeugt werden. Die negative Aufladung der
Substratoberfläche ist dabei die treibende Kraft bei der
Erzeugung einer fehlerfreien dielektrischen Schicht, da der Schichtaufbau
an allen Bereichen der Oberfläche so lange fortgeführt
wird, bis eine der Ladung äquivalente Schichtdicke erreicht
ist.
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Vorteile
des erfinderischen Verfahrens bei der Oxidation beispielsweise liegen
darin, dass im Gegensatz zur thermischen Oxidation, welche, aufgrund
der erforderlichen hohen Temperatur diffusionskontrolliert ist,
hier ein Verfahren zum Oxidieren zum Einsatz kommt, das aufgrund
des elektrischen Feldes, das durch die Oberflächenladung
erzeugt wird, zu einer Oxidschichtbildung führt. Bei CVD-
und ALD Verfahren sind hingegen maßgeblich die jeweiligen
chemischen Potentiale der Substratoberflächen für
ein fehlerfreies Schichtwachstum erforderlich, welche schwierig
zu kontrollieren sind.
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Da
die Oxidation durch das elektrische Feld der durch das Mikrowellenplasma
erzeugten negativen Aufladung verursacht wird, kann nun die Oxidation
bereits bei Zimmertemperatur oder leicht erhöhter Temperatur
durchgeführt werden. Die Oxidation ist unabhängig
von der Substrattemperatur und es kann die Substrattemperatur nun
so eingestellt werden, dass optimale Prozessergebnisse erzielt werden. Des
weiteren ist die Oxidation auch unabhängig von der Dotierstoffspezies
und der Dotierstoffkonzentration im Silizium. Mit dem erfinderischen
Verfahren ist es möglich, auch Silizumnitrid gut bei Zimmertemperatur
zu oxidieren. Die Zugabe von Wasserstoff hat auf das Wachstum der
Oxidschicht bis ein in den hohen Prozentbereich von Wasserstoff
im Prozeßgas kaum merklichen Einfluss auf die Oxidschichtdicke, was
eine selektive Oxidation von Silizium zu Metallen und Metallnitriden
ermöglicht.
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Neben
der Oxidation von Silizium ist auch die Oxidation von Tantal, Niob,
Aluminium und deren Nitriden möglich. Durch die Oxidation
der Metalle bzw. deren Nitride können, im Gegensatz zu
CVD und ALD-Verfahren, bei Zimmertemperatur fehlerfreie hochwertige
dielektrische Schichten für beipielsweise MIM-Capacitors
abgeschieden werden, die für „RF” und „DECOUPLING”-Anwendungen,
sowie für eine Vielzahl von Automotive, Communication und andere
Logik-Geschäftsgebieten Anwendung finden.
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Die
erfinderische Vorrichtung und das erfinderische Verfahren ermöglicht
die Erzeugung eines Mikrowellenplasmas mit einer sehr hoher Dichte
an niederenergetischen Ionen und Elektronen, wobei bekanntlich der
Ionisationsgrad des anzuregenden Gases mit dem Quadrat der Anregungsfrequenz
zunimmt. Beim Mikrowellenplasma ist bei einer Anregungsfrequenz
von beispielsweise 2,45 GHz ein Ionisationsgrad von ca. 80% erreichbar,
wenn die eingestrahlte Leistung zur Sättigung des Plasmas
ausreicht. Wegen des Unterschieds der Massen der Elektronen zu den
positiv geladenen Ionen von ca. 4 Zehnerpotenzen und des geringen
Stoßquerschnitts der niederenergetischen Elektronen ist
die mittlere freie Weglänge der Elektronen im Plasma um
bis zu 2 Zehnerpotenzen größer als die der Ionen.
In der Grenzzone des Plasmas zum Substrat erreichen dadurch die
Elektronen die Oberfläche des Substrats viel schneller
und es entsteht eine starke negative Aufladung auf dem Substrat.
Die Aufladung kommt erst dann zum Stillstand wenn genügend
positive Ionen aus dem Plasma angezogen werden. Ein Teil der positiven
Ionen, im vorliegenden Fall beispielsweise im wesentlichen ein Teil
der einfach positiv geladenen Sauerstoffionen, d. h. der durch das
Plasma erzeugte, einfach positiv geladene Sauerstoff wird neutralisiert
und kehrt in den Plasmaraum zurück. Ein anderer Teil der
einfach positiv geladenen Sauerstoffionen nimmt jeweils 2 oder 3
Elektronen auf und wird dadurch einfach oder zweifach negativ geladen.
Dieser Teil wird nun durch die negative Oberflächenladung
auf dem Substrat vom Substrat abgestoßen. Ein Teil des
negativ geladenen Sauerstoffs wird ebenfalls in den Plasmaraum zurück
transportiert. Ein anderer Teil des negativ geladenen Sauerstoffs kann,
wenn er die negative Ladungszone des Plasmas durchstoßen
hat, zur Oxidation des Substrats und zum Aufbau des Dielektrikums
beitragen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren werden nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Dabei sind gleich wirkende Elemente in unterschiedlichen Figuren
mit den gleichen Zahlen gekennzeichnet. Dem Fachmann sind jedoch
Ausgestaltungen und Abwandlungen der Beispiele, sowie Kombinationen
der offenbarten Ausführungsformen möglich, ohne
daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung ist insbesondere auch im Zusammenhang mit anderen Einsatzgebieten
oder Verfahren, als den hier beschriebenen, mit Vorteil einsetzbar.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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Die 1, 1a, 1b, 2, 3 verschiedene
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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Die 4 verschiedene
Ausführungsformen 4a, 4b, 4c des
koaxialen Außenleiters und 4d, 4e, 4f, 4g verschiedene Ausführungsformen
des koaxialen Innenleiters der Elektrode
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Die 5, 6, 7 und 8 Oxidationsergebnisse
verschiedener auf Halbleitersubstraten mit Hilfe der erfinderischen
Vorrichtung aufgebrachten Oxide
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Die 9 ein
Beispiel für ein fehlerhaftes Dielektrikum auf einem Substrat,
welches mittels anodischer Oxidation im Plasma repariert wurde.
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Die 1, 1a und 1b stellen
einen Querschnitt der erfinderischen Vorrichtung dar. Sie zeigen
einen Metallkasten 10, welcher eine beispielsweise mit
einer Tür verschließbare Öffnung (nicht eingezeichnet)
aufweist, und einen Prozeßraum umschließt. Der
Metallkasten 10 ist mit Isolatorrohren 11 verbunden.
Die Isolatorrohre 11 sind vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden
Seiten des Metallkastens 10 über vorzugsweise
den Prozeßinnenraum gegen die Umgebungsatmosphäre
hermetisch abdichtende Dichtungen mit dem Metallkasten 10 verbunden
und erstrecken sich durch den gesamten Prozeßraum. Die
Isolatorrohre 11 bestehen vorzugsweise aus Quarz oder Aluminiumoxid.
Die Dichtungen sind vorzugsweise so ausgeführt, daß,
wenn der Prozeßraum abgepumpt ist, keine Umgebungsatmosphäre
durch diese Dichtungen in den Prozeßraum eindringen kann.
Ein Teil der Isolatorrohre 11 kann beispielsweise Heizelemente 12,
wie beispielsweise Halogenlampen oder Bogenlampen aufweisen. Wie in 1 dargestellt
ist, kann ein vorzugsweise drehbar mit einem Antrieb versehener
und um die Antriebsachse 13 rotierender und axial verschiebbarer im
Prozeßraum angeordneter Substrathalter 14 zum Halten
des Substrats 15 auf beispielsweise Pins in einem Substrataufnahmebereich
in der Prozeßkammer vorgesehen sein. Im Prozeßraum
angeordnet kann jedoch auch ein eine Kühl- und/oder Heizflüssigkeit 16 aufweisender
Substrathalter 14 angeordnet sein, wie dies beispielsweise
in den 1a und 1b dargestellt
ist. In diesem Fall kann das Substrat 15 flächig
auf dem Substrathalter 14 angeordnet sein, um einen möglichst
guten thermischen Kontakt zum Substrathalter zu gewährleisten.
Die Heizelemente 12 (Halogenstrahler, Gasentladungslampen etc.)
zur möglichen Erwärmung des Suszeptors bzw. Substrats
auf eine gewünschte Prozesstemperatur sind unterhalb des
zu bearbeitenden Substrats 15 angebracht. Der Metallkasten
weist wenigstens einen, vorzugsweise jedoch mehrere Gaseinlässe 18 für
den Einlaß von Prozeßgas, sowie wenigstens einen
Gasauslaß 19, der vorzugsweise mit einer Vakuumpumpe
verbunden ist, auf. Die oberhalb des Substrataufnahmebereichs angeordneten
Isolatorrohre 11 beinhalten die mit wenigstens einem Mikrowellengenerator 20 verbundenen
Elektroden 21, 22, 23. Die Elektroden 21, 22, 23 weisen
einen dünnen, rohrförmigen koaxialen Innenleiter 21 aus
elektrisch leitendem Material, sowie einen diesen zumindest teilweise
umgebenden und von ihm beabstandeten koaxialen Außenleiter 22 aus
elektrisch leitendem Material auf, sowie eine Plasmazündvorrichtung 23,
die mit dem koaxialen Innenleiter 21 verbunden ist. Das
Mikrowellenplasma 24 entsteht außerhalb des Isolatorrohres 11 im
Prozeßraum. Die Isolatorrohre 11 bestehen vorzugsweise
aus Quarzglas und weisen in ihrem Innenraum beipielsweise Luft unter
Normaldruck auf. Der obere Teil des Metallkastens 10 kann,
wie dies in den 1, 1a und 1b dargestellt
ist, vorteilhafterweise mit einem isolierenden Material 25 versehen
sein, um zu verhindern, daß das Plasma 24 Metallkontaminationen
auf dem Halbleitersubstrat 15 verursacht. 1b zeigt
eine Ausführungsform, bei der eine Elektrode 26 mit
dem isolierenden Material 25 fest verbunden ist. Mittels
dieser Elektrode 26 kann eine zusätzliche Spannung
zwischen Halbleitersubstrat und Elektrode angelegt werden und eine anodische
Oxidation durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, daß dickere
Schichten erzeugt werden können. Der koaxiale Außenleiter 22 der
Elektrode 21, 22, 23 weist wenigstens
einen ersten Teilbereich 31 auf, in welchem er den koaxialen
Innenleiter 21 entlang dessen Längsachse vollständig
umschließt. Er weist darüber hinaus wenigstens
einen weiteren Teilbereich 32 auf, in welchem er den koaxialen
Innenleiter 21 teilweise so umschließt, daß eine
vom Mikrowellengenerator 20 erzeugte Mikrowellenstrahlung
in dem wenigstens einen weiteren Teilbereich 32 im Wesentlichen
senkrecht zur Längsachse des koaxialen Innenleiters 21 austreten
kann, sofern die Elektrode 21, 22, 23 mit
dem Mikrowellengenerator 20 verbunden ist.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der erfinderischen Vorrichtung.
Hier ist im Vergleich zu den Ausführungsformen in den 1, 1a und 1b der
Suszeptor 14 durch eine Transportrolle 14a, die
das Halbleitersubstrat 15 durch den Metallkasten transportiert,
ersetzt.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der erfinderischen Vorrichtung.
Hier befinden sich die Elektroden 21, 22 für
die Erzeugung des Mikrowellenplasmas zwischen einem Halbleitersubstrat 15 und
einem weiteren Halbleitersubstrat 15a im Prozeßraum.
Die Heizelemente 12 sind jeweils oberhalb beider Halbleitersubstrate
und unterhalb beider Halbleitersubstrate im Prozeßraum
angeordnet.
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Verschiedene
Ausführungsformen des Koaxialaußenleiters sind
in den 4a, 4b und 4c beschrieben.
Dargestellt in den 4a, 4b und 4c sind
die ersten Teilbereiche 31, in welchen der koaxiale Außenleiter 22 den
koaxialen Innenleiter vollständig umschließt,
sowie die weiteren Teilbereiche 32, in welchen der koaxiale
Außenleiter 22 den koaxialen Innenleiter teilweise
umschließt. 4a zeigt einen elliptisch aufgeschnittenen
Koaxialaußenleiter. 4b zeigt
einen rautenförmig aufgeschnittenen koaxialen Außenleiter
und 4c zeigt einen sechseckig aufgeschnittenen Koaxialaußenleiter.
Diese Gestaltungen des koaxialen Außenleiters sind vorteilhaft,
da die elektomagnetische Welle zwischen dem Innen- und Außenleiter
transportiert wird und durch die Öffnung 32 des
Außenleiters 22 austreten kann, um die Plasmawolke 24 zu
erzeugen. Es entsteht dadurch eine Begrenzung der Plasmawolke 24 in
axialer Richtung und es wird verhindert, dass sich das Plasma bis
zu den Einlassungen des Isolatorrohrs 11 in den Metallkasten 10 (siehe
z. B. 1) ausbreitet und Metallkontamination verursacht.
Außerdem wird durch diese vorteilhafte Gestaltung des Außenleiters 22 verhindert,
dass die elektrische Leitfähigkeit des Substrats und sein
Abstand zu den Elektroden einen Einfluß auf die Ausbildung
der Plasmawolke ausüben kann.
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Die 4d, 4e, 4f und 4g zeigen
vorteilhafte Ausführungsformen der vorzugsweise am Ende
des koaxialen Innenleiters 21 angebrachten Plasmazündvorrichtungen 23.
Die Zündvorrichtung 23 der MW-Plasmavorrichtung
ermöglicht zuverlässiges Zündverhalten
sowohl bei niedrigem als auch bei hohem Druck in der Vorrichtung
und kann als linearer Hertzscher Oszillator mit der halben Wellenlänge
bzw. einem vielfaches der halben Wellenlänge der Mikrowelle
ausgebildet werden. Des weiteren kann die Zündvorrichtung 23 als
Induktivität am Ende des Innenleiters 20 ausgebildet
sein, wobei die Induktivität dann aus wenigen Windungen
des Innenleiters gebildet wird.
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Die
erfinderische Vorrichtung funktioniert folgendermaßen:
Das
Mikrowellenplasma wird bei einem Unterdruck von ca. 1/10.000 bis
1/1000 des Atmosphärendrucks durch Einleiten von oxidierenden,
neutralen und/oder reduzierenden Gasen in die Prozeßkammer
und Anregung selbiger durch Mikrowellenenergie über einen Mikrowellengenerator 20,
in der Regel bei 2,45 GHz, erzeugt. Das zu behandelnde Substrat 15 wird über die
Dreh- und Hubeinrichtung 13, und dem Substrathalter 14, 14a,
zu den Elektroden 21, 22 des Mikrowellenkoaxialeiters
in einem gewünschten Abstand (ca. 1 cm bis 15 cm) gehalten
und rotiert. Durch eine entsprechende Einstellung von Druck, Gaszusammensetzung,
Mikrowellenleistung und Elektrodenabstand kann damit eine gewünschte
Plasma- bzw. Ladungsdichte am Substrat erzeugt werden, wodurch die
gewünschten Prozessergebnisse erzielt werden können.
Zur Erzeugung eines Plasmas unabhängig von der Leitfähigkeit
des Substrats, sowie des Abstands zu den Elektroden ist es notwendig,
dass die zwischen dem Koaxial-Innenleiter 21 und dem Koaxialaußenleiter 22 eingeleitete
Mikrowellenenergie gleichmäßig über eine Öffnung
des koaxialen Außenleiters 22 austritt und die
Mikrowellenenergie gleichmäßig in die Plasmazone
eingeleitet wird, wo sie absorbiert wird. Dies wird durch eine entsprechende
Gestaltung des Koaxialen Außenleiters 22, um den,
oder entlang des koaxialen Innenleiters 21 mit dem entsprechenden
Abschluss, bzw. mit der entsprechenden Zündvorrichtung
erreicht. Eine Plasmaanregung nur über den Innenleiter,
wie sie üblicherweise bei stabförmiger Plasmaanregung
gebräuchlich ist, kann nicht verwendet werden, da die Mikrowelle
sich über ein leitfähiges Substrat fortpflanzen kann
und damit zu unkontrollierbaren Effekten führt. Ein Abschluss
des Koaxialsinnenleiters 21 durch eine Plasmazündvorrichtung 23 ist
vorgesehen, damit das Gas sowohl bei sehr geringen als auch besonders
großen Drücken zuverlässig gezündet
werden kann.
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5 zeigt
die auf einem Siliziumsubstrat aufgewachsene Oxiddicke in Abhängigkeit
vom Abstand zwischen dem Substrat und der Mikrowellenplasmavorrichtung
bei einer Plasmabrenndauer von 120 Sekunden, einem Prozeßgasdruck
von 100 Millitorr und bei einer Mikrowellenabstrahlleistung von 500
Watt. Als Prozeßgas wurde Sauerstoff genommen. Die aufgewachsene
Oxiddicke folgt einem Exponentialgesetz.
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6 zeigt
die Wachstumskurve des Plasmaoxids bei Raumtemperatur für
unterschiedliche Substrate und unterschiedliche Prozeßgasdrücke
in der erfinderischen Vorrichtung als Funktion der Brenndauer des
Plasmas in Sekunden. Kurve 112 mit den quadratischen Symbolen
zeigt die Oxiddicke von mit Bor dotiertem p-Silizium bei einem Prozeßgasdruck
von 100 Millitorr Sauerstoff im Prozeßraum. Kurve 114 mit
den Kreuz-Symbolen zeigt die Oxiddicke von mit Phosphor dotiertem
n-Silizium bei einem Prozeßgasdruck von 100 Millitorr.
Kurve 116 mit den runden Symbolen zeigt. die Oxiddicke
von mit Bor dotiertem p-Silizium bei einem Prozeßgasdruck
von 500 Millitorr. Kurve 118 mit den sternförmigen
Symbolen zeigt die Oxiddicke von mit Phosphor dotiertem n-Silizium
bei einem Prozeßgasdruck von 500 Millitorr. Die Abbildung
zeigt, daß das Siliziumdioxid Wachstum unabhängig
von der Substratgrunddotierung ist. Dieses Beispiel zeigt, daß durch
das erfindungsgemäße Verfahren ein Mikrowellenplasma
mit einer sehr hohen Dichte an niederenergetischen Ionen und Elektronen
erzeugt wird, das dazu führt, daß die Oxidation
bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 700 Grad Celsius sowohl
zu einer orientierungsunabhängigen, als auch zu einer dotierungsunabhängigen
und weitestgehend substratunabhängigen Oxidation von beispielsweise
Silizium führt.
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7 zeigt
die gewachsene Oxiddicke in Angstrom in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in Abhängigkeit von der Plasmaleistung pro
Elektrode in Watt bei einer Plasmabrenndauer von 60 Sekunden, sowie
einem Prozeßgasdruck von 100 Millitorr. Als Prozeßgas
wurde eine Mischung aus 50% Wasserstoff in Wasserstoff und Sauerstoff
genommen. Kurve 120 mit den quadratischen Symbolen zeigt
die Oxiddicke von mit Bor dotiertem p-Silizium in Abhängigkeit
von der Mikrowellenleistung, Kurve 122 mit den sternförmigen
Symbolen zeigt die Oxiddicke von mit Phosphor dotiertem n-Silizium,
sowie den möglichen Meßfehler bei jeder Messung.
Diese Abbildung zeigt, daß das Oxidwachstum unabhängig
von der Substratdotierung ist und stetig mit der Erhöhung
der eingebrachten Plasmaleistung zunimmt.
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8 zeigt
die Abhängigkeit der Oxiddicke von der Wasserstoffbeimischung
zu Sauerstoff. Als sauerstoffreicher Bereich 130 wird ein
Bereich definiert, in dem das Mischungsverhältnis von Wasserstoff
zu Sauerstoff kleiner als 2:1 ist. Als wasserstoffreicher Bereich 135 wird
ein Bereich definiert, in dem das Mischungsverhältnis von
Wasserstoff zu Sauerstoff größer als 2:1 ist.
Als stöchiometrisches Mischungsverhältnis von
Wasserstoff zu Sauerstoff wird ein wird ein Mischungsverhältnis
von 2 Teilen Wasserstoff auf 1 Teil Sauerstoff bezeichnet. Kurve 137 zeigt
die Oxiddicke in Angstrom, die auf einer Siliziumscheibe innerhalb
einer Plasmabrenndauer von 60 Sekunden aufwächst. Bis zu
einer Beimischung von Wasserstoff im stoechiometrischen Mischungsverhältnis
bleibt die Oxiddicke innerhalb des Meßfehlers konstant.
Bei weiter erhöhter Wasserstoffkonzentration nimmt die
Oxiddicke erwartungsgemäß ab. Dieses Beispiel
zeigt den besonderen Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens zwischen selektiver und nicht-selektiver Oxidation. Durch
Wahl des Sauerstoff-Wasserstoff-Mischungsverhältnisses
können beliebige Prozeßbedingungen bei Raumtemperatur eingestellt
werden. Auf diese Weise kann beispielsweise bei der selektiven Oxidation
das Abdampfen des Metalls weitestgehend vermieden werden, und es
wird auf diese Weise eine selektive Oxidation von Silizium mit beispielsweise
Wolfram, Niob, Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid oder mit
anderen Nitriden möglich, bei der das zu oxidierende Silizium
nahezu die gleiche Oxidationsrate aufweist, wie dies der Fall bei
einer nicht selektiven Oxidation von Silizium mit beispielsweise
Wolfram, Niob, Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid oder mit
anderen Nitriden ist.
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9 zeigt
ein Substrat 150 aus Silizium, auf dem sich ein fehlerhaftes
Dielektrikum 151 mit Fehlern 152a, 152b befindet,
welches durch anodische Oxidation im Plasma mit SiO2 bzw. Ta2O5
Halbkugeln 153a, 153b repariert wurde. So können
Durchbruchspannungen von bis zu 14 Volt realisiert werden. Die anodische
Oxidation kann auch vorteilhaft bei anderen Substraten, wie beispielsweise
Ta, TaN verwendet werden. Durch Anlegen von Gleichspannung an beispielsweise
die Elektrode 26 kann die anodische Oxidation durchgeführt
werden und dickere dielektrische Schichten können auf diese
Weise auf dem Substrat erzeugt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1018150 [0010]
- - US 7214628 [0013]
- - US 2007/0221294 A1 [0014]