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Gebiet der vorliegenden
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Prozessanlagen, die zur Herstellung integrierter Schaltungen anwendbar
sind, und betrifft insbesondere Abscheideanlagen, etwa chemische
Dampfabscheide-(CVD)Anlagen zum Abscheiden von Silizium enthaltenden
dielektrischen Schichten auf einem Substrat, wobei ein Reinigungsprozess
periodisch ausgeführt
wird, um Abscheidereste von den Wänden der Prozesskammer und
anderen in der Prozesskammer angeordneten Komponenten zu entfernen.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Die Herstellung integrierter Schaltungen
erfordert das Abscheiden und anschließende Strukturieren von Materialschichten,
um Schaltungselemente in Übereinstimmung
mit Entwurfsanforderungen herzustellen. Da einzelne Strukturelemente
elektrisch voneinander zu isolieren sind, werden dielektrische Schichten
während
diverser Herstellungsstadien abgeschieden, um die erforderliche
Isolation in einer spezifizierten Prozessebene und/oder bezüglich darüber liegender
und darunter liegender Prozessebenen zu gewährleisten. Die meisten kommerziellen integrierten
Schaltungen sind auf der Grundlage von Silizium enthaltenden Substraten
aufgebaut und daher werden Silizium enthaltende dielektrische Materialien
erfolgreich als dielektrische Materialien aufgrund der überlegenen
Eigenschaften von Grenzflächen
zwischen Silizium oder polykristallinem Silizium und dem Silizium
enthaltenden dielektrischen Material, etwa Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid,
als dielektrische Materialien verwendet.
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Daher sind eine Vielzahl unterschiedlicher Techniken
und entsprechend angepasster Prozessanlagen zum Abscheiden dielektrischer
Materialien verfügbar.
Zu derartigen Techniken können
chemische Dampfabscheide-(CVD)Verfahren, etwa plasmaverstärkte CVD-Techniken,
physikalische Dampfabscheide-(PVD)Techniken, etwa die Sputterabscheidung
und dergleichen gehören.
Beim Herstellen dielektrischer Schichten auf einem Halbleitersubstrat hat
sich das plasmaverstärkte
CVD als eine wertvolle Abscheidetechnik erwiesen. Unter Verwendung
eines Ausgangsgases, etwa Silan, Tetraethylorthosilikat (TEOS),
Diborsilan und anderen, wird in einer Prozesskammer ein Plasma erzeugt und
es werden die erforderlichen dielektrischen Verbindungen, etwa Siliziumdioxid,
gebildet. Das in der Prozesskammer vorherrschende Plasma hilft ferner,
die Richtung der beteiligten Ionen und Moleküle in verbesserter Weise zu
steuern, so dass die erforderlichen Eigenschaften der abzuscheidenden
dielektrischen Schicht entsprechend ausgewählt werden können, indem
Prozessparameter, die den Abscheidevorgang definieren, eingestellt
werden, etwa die Durchflussrate der Ausgangsgase und von Zusatzgasen,
dem Druck innerhalb der Prozesskammer, der Temperatur des Substrats
während
der Abscheidung, der Leistung, die einer Hochfrequenz-(RF)Einrichtung
und einer Niederfrequenz-(LF)Einrichtung oder einer Gleichspannungseinrichtung
zugeführt
wird, die zum Aufbau des Plasmas und zum Einstellen der Richtungsabhängigkeit
der Ionen und Moleküle
vorgesehen sind, der Abscheidezeit, der Temperatur des Substrats
und dergleichen.
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Obwohl diese Prozessparameter optimiert werden
können,
um eine hochqualitative Schicht mit den erforderlichen Eigenschaften
zu erhalten, können
Teile der Prozesskammer und Komponenten, die in der Prozesskammer
angeordnet sind, ebenso eine dielektrische Schicht erhalten, da
die Wärme,
die hauptsächlich
dem Substrat zugeführt
wird, ebenso die Temperatur der gesamten Prozesskammer ansteigen
lassen kann, und reaktive Teilchen in dem Plasma können ebenso
die Wände
der Prozesskammer und in der Prozesskammer angeordnete Komponente
treffen. Daher nimmt die Dicke des dielektrischen Materials, das
sich an den Wänden
der Prozesskammer und an den Komponenten ansammelt, während einer
Prozesssequenz zu, so dass die Prozessbedingungen sich im Laufe
der Zeit aufgrund einer Reihe von Faktoren deutlich ändern können, wenn
eine große
Anzahl an Substraten bearbeitet wird. Beispielsweise können die
reaktiven Teilchen in dem Plasma die Kammerwände und die Komponenten mit
dem darauf gebildeten dielektrischen Material treffen und Atome
des dielektrischen Materials erneut herausschlagen, wodurch unterschiedliche
Prozessbedingungen geschaffen werden, abhängig von der Dicke des an den
Kammerwänden
und den Komponenten angesammelten Material.
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Es hat sich daher ein standardmäßiges Verfahren
entwickelt, um Reste von den Kammerwänden und den inneren Komponenten
durch Reinigen der Prozesskammer zu entfernen. Häufig wird ein so genannter
In-situ-Reinigungsvorgang in Betracht gezogen, in dem ein Kammerreinigungsvorgang
ausgeführt
wird, unmittelbar nachdem der Abschei devorgang für ein Substrat abgeschlossen
ist. Auf diese Weise können
im Wesentlichen gleiche Prozessbedingungen für jedes in der Prozesskammer
zu bearbeitende Substrat erreicht werden. Aufgrund der gewünschten
In-situ-Natur des Reinigungsvorganges, der nach jedem Substrat oder
nach einigen Substraten ausführbar
ist, werden die so genannten Nassreinigungsprozesse lediglich nach
einigen tausend Substraten angewendet. Beim Nassreinigungsvorgang
ist es erforderlich, die Prozesskammer und die Komponenten zum Reinigen
in einer geeigneten Ätzlösung auseinander
zu bauen. Daher wurden die so genannten Trockenreinigungsrezepte
entwickelt, wobei spezielle reinigende Vorstufengase in die Prozesskammer
unter spezifizierten Bedingungen eingeführt werden, um das dielektrische
Material von den Kammerwänden
und den Komponenten durch Errichten eines geeigneten Plasmas in
der Prozesskammer zu entfernen. Obwohl dieses Verfahren zur Entfernung
der dielektrischen Reste in effizienter Weise anwendbar sind, so
werden doch Plasmaerzeugungseinrichtungen benötigt und weisen damit diese
Reinigungsverfahren als nicht praktikabel für wärmeinduzierte CVD-Reaktoren aus, in
denen keine plasmaerzeugenden Einrichtungen vorhanden sind. Ferner
ist der Reinigungsvorgang relativ aggressiv in der Hinsicht, dass
die dielektrischen Reste im Wesentlichen durch einen Sputtervorgang
anstatt durch eine chemische Reaktion entfernt werden, so dass folglich
die Kammerwände,
die in Vergleich zu anderen Gebieten in der Prozesskammer mit relativ dünnem dielektrischem
Material bedeckt sind, ebenso dem Sputtervorgang unterzogen werden,
woraus ein deutlicher Abtrag des Wandmaterials resultiert, was zu
einem vorzeitigen Ausfall der Prozessanlage führen kann. Ferner steigt die
Kammertemperatur während
eines In-situ-Plasmareinigungsvorganges an
und bewirkt Dickenschwankungen während
des Abscheidevorgangs (dies gilt insbesondere für TEOS).
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Als Folge davon wurde ein so genannter Femreinigungsvorgang
entwickelt, wobei ein aktiviertes Reinigungsgas in einem entfernten
Reaktor aus geeigneten Vorstufengasen erzeugt wird und wobei das
aktivierte Gas zu der zu reinigenden Prozesskammer geführt wird,
so dass die dielektrischen Reste durch chemische Reaktion im Wesentlichen
ohne Sputterereignisse entfernt werden können. Dieses Fernreinigungsrezept
kann auf Prozesskammern mit und ohne Plasmaerzeugungseinrichtung
angewendet werden.
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Mit Bezug zu 1 wird nun ein typischer Femreinigungsvorgang
beschrieben. Anzumerken ist dabei, dass die Prozesskammer und die
entfernte Reinigungsgasquelle in einer sehr vereinfachten Weise
dargestellt sind, um die wichtigen Merkmale dieser Erfindung herauszustellen.
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In 1 umfasst
ein plasmaverstärktes CVD-System 100 eine
Prozesskammer 110 und einen Fernreaktor 150, der
mittels einer Versorgungsleitung 101, die eine zum Zuführen von
Gas von dem Fernreaktor 150 zu der Prozesskammer 110 geeignete
Länge und
Durchmesser aufweist, an die Prozesskammer 110 gekoppelt
ist. In der Prozesskammer 110 ist eine erste Platte 102 vorgesehen
und so ausgestaltet, um ein zugeführtes Gas zu empfangen und
zu verteilen. Der Einfachheit halber sind notwendige Versorgungsleitungen
zum Zuführen
der Gas während
des Abscheidevorganges in 1 nicht
gezeigt. Die erste Platte 102 kann ferner so ausgestaltet sein,
um als eine Elektrode zur Errichtung einer RF-, LF- oder DC-Vorspannung
innerhalb der Prozesskammer 110 zu dienen. Von der ersten
Platte 102 beabstandet und dazu gegenüberliegend ist eine zweite Platte 103 vorgesehen,
die an einen Antriebsmechanismus 104 gekoppelt ist, der
die zweite Platte 103 vertikal bewegt, wie dies durch den
Pfeil 105 dargestellt ist. Die zweite Platte 103 kann
so ausgestaltet sein, um ein Substrat während des Abscheidevorgangs
zu halten und kann ferner eine Heizeinrichtung (nicht gezeigt) beinhalten,
mit der die zweite Platte 103 und damit das Substrat auf
einer erforderlichen Temperatur gehalten werden kann. Die zweite
Platte 103 umfasst mehrere Hebestifte 106, die
beweglich an der zweiten Platte 103 angebracht sind, und
von einer ersten Position, in der die Hebestifte 106 zumindest
teilweise freigelegt sind, in eine zweite Position, in der die Hebestifte 106 versenkt
sind, d.h. im Wesentlichen zu der oberen Oberfläche der zweiten Platte 103 bündig sind,
bewegbar sind. Das Bewegen der Hebestifte 106 von der ersten
Position in die Position und umgekehrt ist durch den Pfeil 107 dargestellt.
Der Einfachheit halber ist ein geeigneter Mechanismus zum Bewegen
der Hebestifte 106 in 1 nicht
gezeigt.
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Der Fernreaktor 150 ist
mit einer Quelle für ein
Vorstufengas 151 mittels einer Versorgungsleitung 152 einschließlich einer
Ventileinrichtung 153, die eine Durchflussrate des Vorstufengases
steuert, verbunden. Ferner ist der Fernreaktor 150 mit
einer geeigneten Anregungseinrichtung gekoppelt, die als 155 bezeichnet
wird, wobei die Kopplung durch die Pfeile 156 angedeutet
ist, um anzuzeigen, dass eine geeignete Kopplung zu verwenden ist,
die von der Art der verwendeten Anregungseinrichtung abhängt. Als Anregungseinrichtung
können
RF-, LF-, DC-Generatoren verwendet werden, um ein Plasma in dem Fernreaktor 150 zu
erzeugen, wobei die Kopplung 156 durch induktives Ankoppeln oder
kapazitives Ankoppeln erreicht werden kann, wenn ein RF-Generator
für die
Anregung des Vorstufengases sorgt. Des Weiteren kann eine Mikrowellenquelle
zusammen mit einem entsprechenden Wellenleiter für die erforderliche Aktivierung
der Vorstufengase vorgesehen sein. Die Prozesskammer 110 ist
ferner an eine Vakuumquelle 109 angeschlossen, die ausgebildet
ist, um einen vordefinierten Druck in der Prozesskammer 110 steuerbar
zu errichten.
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Während
des Betriebs sind typischerweise ein oder mehrere Substrate in der
Prozesskammer 110 durch Zuführen von beispielsweise TEOS
in die Prozesskammer und durch Erzeugen eines Plasmas im Wesentlichen
zwischen der ersten Platte 102 und der zweiten Platte 103 zur
Abscheiden einer dielektrischen Schicht, etwa einer Siliziumdioxidschicht,
auf dem Substrat, das auf der zweiten Platte 103 gehalten
wird, prozessiert worden. Nach Beendigung des Abscheidevorganges
wird das Substrat mittels eines geeigneten Transfermechanismus (nicht
gezeigt) aus der Prozesskammer entfernt, ein vordefinierten Druck
in der Prozesskammer 110, beispielsweise ungefähr 700 Torr,
eingestellt, und die zweite Platte 103 wird auf einer vordefinierten
Temperatur, beispielsweise bei ungefähr 400°C gehalten. Es wird ein Vorstufengas
aus der Quelle 151 in den Fernreaktor 150 eingeleitet,
wobei die Durchflussrate durch die Steuereinrichtung 153 eingestellt
werden kann. In einem typischen Reinigungsprozess können Stickstofffluorid
(NF3), das in Argon (Ar) verdünnt ist,
als ein Vorstufengas verwendet werden, das in aktiviertes Gas durch
Zuführen
von Leistung von der Anregungseinrichtung 155 umgewandelt
wird. Vor dem Zuleiten des aktivierten Gases zu der Prozesskammer 110 wird
die Platte 103 auf eine Position abgesenkt, in der der
Abstand zwischen der ersten Platte 102 und der zweiten
Platte 103 außerhalb
des Bereiches ist, der während
des Abscheidevorganges angewendet wird, und die Hebestifte 106 befinden
sich in der ersten Position, d.h. die Hebestifte 106 sind
freigelegt. Ferner wird der Druck in der Prozesskammer 110 typischerweise
auf ungefähr
4.0 Torr abgesenkt und das aktivierte Reinigungsgas, d.h. das aktivierte
mit Argon verdünnte
Stickstofffluorid (NF3) wird in die Prozesskammer 110 eingeleitet.
Die Durchflussrate des Vorstufengases und damit des aktivierten
Gases kann auf ungefähr
1400 sccm für
Stickstofffluorid (NF3) und auf ungefähr 2800
sccm für
Argon eingestellt werden. Typischerweise wird die Durchflussrate
des Stickstofffluorids (NF3) schrittweise
auf die endgültige Durchflussrate
in einem oder mehreren so genannten Rampenschritten vor dem eigentlichen
Reinigungsprozess gesteigert, um eine Stickstofffluorid-(NF3)-Ansammlung während des Reinigungsprozesses
zu vermeiden. An zumerken ist, dass der Druck innerhalb der Prozesskammer 110 und
die Durchflussrate von Argon zur Verdünnung des Stickstofffluorids
(NF3) vorzugsweise entsprechend zu der Art
der Anregungseinrichtung 115, die zur Aktivierung des Vorstufengases
in dem Fernreaktor 150 angewendet wird, ausgewählt wird.
Die zuvor genannten Druck- und Durchflussratenwerte beziehen sich auf
eine Plasmaaktivierung, wohingegen typischerweise bei Mikrowellenaktivierung
die Verdünnung des
Stickstofffluorid-(NF3)-Gases nicht notwendig
ist und eine Durchflussrate von ungefähr 1400 sccm des Stickstofffluorids
(NF3) bei einem Druck von ungefähr 2.0 Torr
angewendet wird. In diesem Falle ist eine typische Reinigungszeit
von 90 und mehr Sekunden für eine
gewöhnliche
Abscheidung eines Zwischenschichtdielektrikums erforderlich, um
den notwendigen Grad an Reinheit in der Prozesskammer 110 zu erreichen.
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Obwohl die zuvor beschriebenen Prozesse ein
wirkungsvolles Reinigen der Prozesskammer 110 erlauben,
gibt es dennoch Platz für
Verbesserungen in diesem Prozess hinsichtlich des Durchsatzes und der
umweltgefährdenden
Nebenprodukte des Reinigungsprozesses. Das heißt, obwohl die entfernte Erzeugung
des aktivierten Reinigungsgases, d.h. des aktivierten Stickstofffluorids
(NF3) oder des verdünnten Stickstofffluorid(NF3)-Gases, zu einer Erzeugung angeregter Stickstoff-
und Fluorionen führt,
wovon ein Hauptteil mit den aus der Prozesskammer 110 zu entfernendem
dielektrischen Material ohne Erzeugung von Ozon zerstörenden Verbindungen
reagiert, ist es dennoch höchst
wünschenswert,
die Menge dieser Verbindungen aufgrund von Umweltgesichtspunkten
weiter zu reduzieren, während
die Anzahl der Reinigungsprozesse beibehalten oder sogar gesteigert
werden kann, die mit einer spezifizierten Menge an Stickstofffluorid-(NF3)-Quellengas
angesichts der eingeschränkten
Verfügbarkeit
von Stickstofffluorid (NF3) durchführbar sind.
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Folglich besteht ein Bedarf für einen
verbesserten Reinigungsvorgang, in dem das teurere und eingeschränkt verfügbare Stickstofffluorid-(NF3)-Quellengas effizienter eingesetzt wird.
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Überblick über die
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung richtet
sich an ein Verfahren zum Reinigen einer Prozesskammer, vorzugsweise
einer Prozesskammer für
plasmaverstärktes
CVD, wobei Stickstofffluorid (NFs) als ein Quellengas für den Reinigungsvorgang
in höchst
effizienter Weise angewendet wird, wobei spezifische Prozessparameter,
etwa der Kammerdruck, der Abstand der ersten und zweiten Platten
in einer Prozesskammer, wie sie in 1 beschrieben
ist, die Durchflussrate des Quellengases oder der Gase, sowie die
Position der Hebestifte berücksichtigt
und optimiert wird, um den Quellengasverbrauch zu minimieren. Entsprechend
der Erkenntnisse des Erfinders führt der
Kammerdruck in Kombination mit der Anordnung der ersten und zweiten
Platten zu einer deutlichen Verbesserung des Reinigungswirkungsgrades,
was wiederum zu einem reduzierten Stickstofffluorid-(NF3)-Verbrauch
und ebenso zu einer kleineren Reinigungszeit mit einem deutlich
höheren
Durchsatz führt.
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Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen einer
Abscheidekammer nach der Abscheidung einer siliziumenthaltenden
dielektrischen Schicht auf ein Substrat bereitgestellt, wobei die
Abscheideprozesskammer eine erste Platte und eine zweite Platte
aufweist, wobei die zweite Platte so bewegbar ist, dass der Abstand
zwischen der ersten und der zweiten Platte einstellbar ist. Des
Weiteren sind mehrere Hebestifte bewegbar an die zweite Platte gekoppelt,
wobei die Hebestifte eine erste Position aufweisen, so dass diese
teilweise freigelegt sind, und eine zweite Position aufweisen, in
der die Hebestifte im Wesentlichen nicht über einer Oberfläche der
zweiten Platte freigelegt sind. Das Verfahren umfasst das Erzeugen
eines aktivierten Reinigungsgases aus einem Vorstufengas einschließlich Argon und
Stickstofffluorid (NF3) in einer Fernplasmaquelle. Das
aktivierte Reinigungsgas wird dann zu der Prozesskammer zugeführt, in
der ein Druck im Bereich von ungefähr 3.0–3.5 Torr aufrechterhalten
wird. Die zweite Platte wird für
eine erste Reinigungszeitdauer unter einem vorbestimmten Abstand
zu der ersten Platte positioniert, wobei die Hebestifte in der zweiten Position
angeordnet sind. Ferner werden die Hebestifte in der ersten Position
für eine
zweite Reinigungszeitdauer positioniert, die kürzer als die erste Reinigungszeitdauer
ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen einer
Abscheideprozesskammer nach Abscheidung einer Silizium enthaltenden
dielektrischen Schicht auf einem Substrat bereitgestellt. Die Abscheideprozesskammer
umfasst eine erste Platte und eine zweite Platte, wobei die zweite
Platte bewegbar ist, um den Abstand zwischen der ersten Platte und
der zweiten Platte einzustellen. Des Weiteren sind mehrere Hebestifte
bewegbar mit der zweiten Platte verbunden, wobei die Hebestifte
an einer ersten Position positionierbar sind, so dass diese teilweise
freigelegt sind, und an einer zweiten Position positionierbar sind,
so dass diese in der zweiten Platte versenkt sind. Das Verfahren
umfasst das Erzeugen eines aktiven Reinigungsgases unter Verwendung
einer Mikrowellenanregung aus einem Vorstufengas einschließlich Stickstofffluorid
(NF3) und Zuführen des aktivierten Reinigungsgases
zu der Prozesskammer. Ein Druck in der Prozesskammer wird im Bereich
von ungefähr
2.5–3.0
Torr gehalten und die zweite Platte wird für eine erste Reinigungszeitdauer
unter einem vorbestimmten Abstand zu der ersten Platte positioniert,
wobei die Hebestifte in der zweiten Position sind. Anschließend werden
die Hebestifte in der ersten Position für eine zweite Reinigungszeitdauer
positioniert, wobei die zweite Reinigungszeitdauer kürzer als
die erste Reinigungszeitdauer ist.
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In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform
wird ein Verfahren zum Reinigen einer Abscheideprozesskammer nach
Abscheiden einer Silizium enthaltenden dielektrischen Schicht auf
einem Substrat bereitgestellt. Die Abscheideprozesskammer umfasst
eine erste Platte und eine zweite Platte, wobei die zweite Platte
so bewegbar ist, um den Abstand zwischen der ersten Platte und der
zweiten Platte einzustellen, wobei mehrere Hebestifte bewegbar mit
der zweiten Platte verbunden sind. Die Hebestifte besitzen eine
erste Position, so dass diese teilweise freigelegt sind, und eine
zweite Position, wobei die Stifte im Wesentlichen nicht über einer Oberfläche der
zweiten Platte freigelegt sind. Das Verfahren umfasst das Erzeugen
eines aktivierten Reinigungsgases aus einem Vorstufengas mit Argon und
Stickstofffluorid (NF3) in einer Fernplasmaquelle und
das Zuführen
des aktivierten Reinigungsgases zu der Prozesskammer. Ein Druck
in der Kammer wird in einem Bereich von ungefähr 2.0 – 4.0 Torr gehalten. Das Verfahren
umfasst ferner das Positionieren der zweiten Platte unter einem
Abstand von der ersten Platte für
eine erste Zeitdauer, der zur Abscheidung der dielektrischen Schicht
geeignet ist, wobei die Hebestifte in der zweiten Position sind.
Die Hebestifte werden anschlie ßend
in die erste Position für
eine zweite Zeitdauer gebracht, wobei die zweite Zeitdauer kürzer als
die erste Zeitdauer ist.
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In einer noch weiteren Ausführungsform
wird ein Verfahren zum Reinigen einer Abscheideprozesskammer nach
dem Abscheiden einer Silizium enthaltenden dielektrischen Schicht
auf einem Substrat bereitgestellt. Die Abscheideprozesskammer umfasst
eine erste Platte und eine zweite Platte, wobei die zweite Platte
bewegbar ist, um einen Abstand zwischen der ersten Platte und der
zweiten Platte einzustellen, wobei mehrere Hebestifte bewegbar mit der
zweiten Platte verbunden sind. Die Hebestifte besitzen eine erste
Position, so dass diese teilweise freigelegt sind, und eine zweite
Position, so dass diese in Bezug auf die zweite Platte versenkt
sind. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines aktivierten Reinigungsgases
durch Mikrowellenanregung aus einem Vorstufengas mit Stickstofffluorid
(NF3) und das Zuführen des aktivierten Reinigungsgases
zu der Prozesskammer. Ein Druck in der Prozesskammer wird in einem
Bereich von ungefähr
2.0– 4.0
Torr gehalten und die zweite Platte wird für eine erste Zeitdauer unter
einem Abstand zu der ersten Platte positioniert, der zur Abscheidung
der dielektrischen Schicht geeignet ist, wobei sich die Hebestifte
in der zweiten Position befinden. Die Hebestifte werden dann in
der ersten Position für
eine zweite Zeitdauer positioniert, wobei die zweite Zeitdauer kürzer als
die erste Zeitdauer ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird; es zeigen:
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1 eine
vereinfachte schematische Ansicht einer CVD-Prozessanlage mit einem
Reaktor zum Ausführen
eines Fernreinigungsvorganges;
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2 eine
schematische Ansicht, die einen Graphen eines Endpunktsignals zeigt,
der den Reinigungsprozess entsprechend einer anschaulichen Ausführungsform
mit Bezug zu einem herkömmlichen
Beispiel kennzeichnet;
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3 einen
Graphen, der Endpunktsignale in einer weiteren anschaulichen Ausführungsform
mit Bezug zu einem entsprechenden konventionellen Beispiel darstellt;
und
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4 einen
Graphen, der die Reinigungszeit der Ausführungsform aus 3 mit Bezug zu dem konventionellen Beispiel
gegenüber
der Dicke des dielektrischen Materials zeigt, das vor dem Reinigungsvorgang
abgeschieden worden ist.
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Detaillierte
Beschreibung
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Anzumerken ist, dass obwohl die vorliegende
Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben
ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung und in
den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, es jedoch nicht beabsichtigt
ist, dass die detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen die
vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen
einschränken,
sondern die beschriebenen Ausführungsformen
sollen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung
darstellen, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im Folgenden werden diverse spezielle
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei auf eine CVD-Anlage
mit einer Prozesskammer und einen entfernten Reaktor für aktiviertes
Gas, wie dies schematisch in 1 dargestellt
ist, Bezug genommen wird. Sofern dies in der Beschreibung und in
den Ansprüchen
nicht anders ausgedrückt
ist, können
die hierin beschriebenen Ausführungsformen
in Kombination mit einer CVD-Anlage mit den Merkmalen, wie sie mit
Bezug zu 1 dargestellt
sind, ausgeführt
werden.
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Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann eine Siliziumscheibe in der Prozesskammer 110 so
prozessiert werden, um ein Zwischenschichtdielektrikum zu empfangen,
das im Wesentlichen Siliziumdioxid mit einer Dicke im Bereich von
ungefähr
600 – 1400
Angström
aufweist, und das aus TEOS gebildet ist. Nach dem Entfernen der
Halbleiterscheibe aus der Prozesskammer 110 kann der Druck
in der Prozesskammer 110 auf ungefähr 720 Torr eingestellt werden. Der
Druck kann jedoch auch in einem Bereich von 650 – 730 Torr liegen. Ferner wird
die Durchflussrate von Argon aus der Vorstufengasquelle 151 auf
ungefähr
3600 sccm durch entsprechendes Steuern der Durchflusssteuereinrichtung 153 eingestellt.
Die Anregungseinrichtung 155 – in dieser Ausführungsform eine
Plasmaerzeugungseinrichtung, etwa eine Plasmaerzeugungseinrichtung
mit einer RF-Einrichtung – wird
eingeschaltet, um das aus der Vorstufengasquelle 151 ankommende
Argon zu aktivieren und dieses zu der Prozesskammer 110 mittels
der Zufuhrleitung 101 zuzuführen. In anderen Ausführungsformen kann
die Durchflussrate des Argons auf einen Bereich von ungefähr 3000 – 4000 sccm
festgelegt werden. Nach einer vordefinierten Zeitdauer von beispielsweise
ungefähr
5 Sekunden kann die Vorstufenquelle 151 angesteuert werden,
um zusätzlich Stickstofffluorid
(NF3) mit einer Durchflussrate von ungefähr 100 sccm
zu liefern, wobei in aufeinanderfolgenden Schritten die Stickstofffluorid-(NF3)-Durchflussrate auf 200 und 300 sccm erhöht wird,
wobei jeder Schritt beispielsweise ungefähr eine Sekunde dauert.
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Als nächstes wird der Druck in der
Prozesskammer 110 auf ungefähr 3.0 – 3.5 Torr, und in einer speziellen
Ausführungsform
auf ungefähr
3.3 Torr reduziert. Nach oder kurz vor oder gleichzeitig zur Einstellung
dieses Druckes wird die Stickstofffluorid-(NF3)-Durchflussrate
auf ungefähr
1400 sccm erhöht,
um die erforderliche Reinigungsaktivität in der Prozesskammer 110 zu
gewährleisten.
Vor der Zeitdauer mit dem reduzierten Reinigungsdruck im Bereich
von 3.0 – 3.5
Torr wird die zweite Platte 103 so positioniert, dass ein
Abstand zwischen der ersten Platte 102 und der zweiten
Platte 103 in einem Bereich ist, der auch während des
Abscheidevorganges benutzt wird, d.h. die zweite Platte 103 wird
auf einen typischen Prozesszustand anstatt auf eine zurückgezogene
Position gefahren, die zum Einladen eines Substrats auf die zweite
Platte 103 geeignet ist. In einer speziellen Ausführungsform
wird die zweite Platte 103 so positioniert, dass der Abstand
in einem Bereich von ungefähr
600 mil (15.24 mm) bis 700 mil (17.78 mm) liegt, und vorzugsweise
beträgt
der Abstand ungefähr
650 mil (16.51 mm).
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Ferner sind die Hebestifte 106 in
der zweiten Position, d.h. die Hebestifte 106 sind im Wesentlichen
bündig
zu der Oberfläche
der zweiten Platte 103, d.h. die Hebestifte sind im Wesentlichen
nicht freigelegt, so dass in diesem Zustand des Reinigungsvorganges
die Prozesskammer 110 und insbesondere das entsprechende
Prozessgebiet in einem Zustand gereinigt wird, der ähnlich ist
zu jenem eines Abscheidevorganges. Die zweite Platte 103 und
die Hebestifte 106 werden in dieser Position für ungefähr 40 bis
60 Sekunden gehalten und vorzugsweise für ungefähr 45 Sekunden, wenn eine Abscheidung von Siliziumdioxid
(SiO2) und einer Dicke im Bereich von 1600–10.000
A an dem zuvor prozessierten Substrat ausgeführt worden ist. Für andere
Dicken können
andere Prozesszeiten erforderlich sein, wie dies später beschrieben
wird.
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Anschließend werden die Hebestifte 106 in ihre
erste Position gebracht, so dass diese im Wesentlichen der reaktiven
Umgebung ausgesetzt sind und somit wird restliches Dielektrikum
von den Hebestiften 106 entfernt. Um die Hebestifte 106 in
die erste Position zu bewegen, kann die zweite Platte 103 in eine
tiefere Position gebracht werden, oder ein geeigneter Mechanismus
kann vorgesehen sein, der ein Überführen der
Hebestifte 106 von der zweite in die erste Position erlaubt,
unabhängig
von der tatsächlichen
Position der zweiten Platte 103. Da für gewöhnlich die Oberfläche der
Hebestifte 106 deutlich weniger mit dielektrischen Resten
des vorhergehenden Abscheideprozesses kontaminiert ist, ist eine
Reinigungszeitdauer zum Reinigen der Hebestifte 106 deutlich
kleiner und wird auf ungefähr
3 – 7
Sekunden und vorzugsweise auf ungefähr 5 Sekunden festgelegt. Anschließend wird
die Anregungseinrichtung 155 deaktiviert und die Stickstofffluorid-(NF3)-Zufuhr und die Argonzufuhr werden unterbrochen.
Danach kann der Zustand in der Prozesskammer 110 durch Einführen von
Zufuhrgasen, etwa von Helium und Sauerstoff, stabilisiert werden,
wobei die zweite Platte 103 in eine Prozessposition gebracht
werden kann, mit einem Abstand, der deutlich kleiner als der während des
Reinigungsvorganges angewendete Abstand ist. Das heißt, die
erste und die zweite Platte 102 und 103 sind näher zusammen.
Während
der gesamten Prozesssequenz wird die Temperatur der zweiten Platte 103 im
Bereich von ungefähr
350 – 450
und insbesondere bei ungefähr
400°C gehalten.
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Folglich kann eine effektive Reinigung
der Prozesskammer 110 mit einer Gesamtreinigungszeit im
Bereich von 50 – 65
Sekunden im Vergleich zu ungefähr
75 Sekunden einer konventionellen Sequenz für die oben spezifizierte Schichtdicke
erhalten werden. Somit kann der Reinigungsprozess entsprechend den
oben beschriebenen Ausführungsformen als
eine Zweischrittreinigung betrachtet werden, wobei in einem ersten
Schritt die zweite Platte 103 in einer typischen Prozessposition
angeordnet ist und die Hebestifte 106 nicht freigelegt
sind, wohingegen in einem zweiten kürzeren Schritt die Hebestifte 106 gereinigt
werden.
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Im Vergleich zu einem typischen konventionellen
Reinigungskonzept, in dem ein höherer
Kammerdruck von ungefähr
4.0 Torr angewendet wird und die zweite Platte 103 in einer
abgesenkten Position ist, wobei die Hebestifte 106 freigelegt
sind, wird im Wesentlichen die gleiche Stickstofffluorid-(NF3)-Durchflussrate angewendet, wobei jedoch die
Argondurchflussrate im Gegensatz zu den vorbeschriebenen Ausführungsformen
auf ungefähr
2800 sccm verringert ist. Als Folge davon erreichen die zuvor beschriebenen
Ausführungsformen
eine deutliche Verbesserung hinsichtlich des Stickstofffluorid-(NF3)-Verbrauchs
und hinsichtlich des Durchsatzes, d.h. aufgrund einer Reinigungszeitreduzierung von
bis 20 % kann der Stickstofffluorid-(NF3)-Verbrauch
bis zu 20 % reduziert werden, wobei gleichzeitig der Durchsatz der
Abscheideanlage 100 bis zu 10 % ansteigt.
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Für
einen weitergehenden Vergleich zu dem konventionellen Vorgang wird
nunmehr auf 2 verwiesen.
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In 2 zeigt
ein schematisches Diagramm einen Graphen eines typischen konventionellen
Reinigungsvorganges und eines typischen Reinigungsvorganges in Übereinstimmung
mit einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Ausgangsspannung
eines Endpunktdetektionssystems (in 1 nicht
gezeigt) gegenüber
der Prozesszeit aufgetragen ist. Ein konventioneller Prozess wird durch
eine Kurve A repräsentiert,
wohingegen eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durch eine Kurve B dargestellt ist. Wie
aus dem Graphen aus 2 ersichtlich
ist, tritt in einem frühen
Stadium des Reinigungsvorganges, d.h. in der Zeitdauer, nachdem
der Kammerdruck auf einen für
das entsprechende Prozessrezept erforderlichen Wert reduziert worden
ist, ein relativ steiler Anstieg auf, der mit Bezugszeichen 201 für die Kurve
B und mit Bezugszeichen 206 für die Kurve A bezeichnet ist.
Ein typischer Gradient beträgt
200 Millivolt pro Sekunde für die
Kurve B, wohingegen der maximale Gradient ungefähr 80 Millivolt pro Sekunde
für die
Kurve A beträgt.
Mit fortschreitender Zeitdauer des Reinigungsprozesses, was durch
202 und 205 gekennzeichnet ist, flachen beide Kurven ab, wobei die
Kurve B ein deutlicheres stufenähnliches
Verhalten als die Kurve A zeigt. Folglich zeigt die Kurve B ein
im Wesentlichen horizontales Fortschreiten ab einer Zeit, die durch
203 gekennzeichnet ist, und die ungefähr 50 Sekunden entspricht,
wohingegen die Kurve A einen im Wesentlichen horizontalen Verlauf
bei einer Zeit 204 erreicht, die mehr als 60 Sekunden und
typischerweise 75 Sekunden beträgt.
Es ist somit offensichtlich, dass in der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung das Ende des Reinigungsvorganges nach deutlich weniger
Zeit als gemäß den durch
die Kurve A repräsentierten
konventionellen Beispiel erreicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird dem Fernreaktor 150 Mikrowellenleistung
zugeführt,
wobei Stickstofffluorid-(NF3)-Gas mit einer
Durchflussrate im Bereich von 1000–1600 sccm und vorzugsweise
mit einer Durchflussrate von ungefähr 1400 sccm dem Fernreaktor 150 zugeführt wird.
Nach einem kurzen Übergangsschritt
mit einem erhöhten
Kammerdruck von ungefähr
720 Torr wird der Kammerdruck auf ungefähr 2.5–3.0 Torr, und in einer speziellen
Ausführungsform auf
ungefähr
2.7 Torr reduziert. Für
das Positionieren der zweiten Platte 103 und der Hebestifte 106 gelten die
gleichen Gesichtspunkte, wie sie zuvor mit den oben beschriebenen
Ausführungsformen
dargelegt sind. Die Mikrowellenleistung wird also eingeschaltet, wobei
die zweite Platte 103 in einer Prozessrichtung mit nicht
freigelegten Hebestiften 106 angeordnet ist, und nach einer
Reinigungsdauer von ungefähr
55–75 Sekunden
(für die
gleiche Schichtdicke wie in den vorhergehenden Ausführungsformen)
und gemäß einer
speziellen Ausführungsform
von ungefähr
65 Sekunden, werden die Hebestifte 106 freigelegt, möglicherweise
durch Absenken der zweiten Platte 103 oder durch Anheben
der Stifte 106 unabhängig
von der zweiten Platte 103, für ungefähr 3–7 Sekunden und vorzugsweise
für ungefähr 5 Sekunden.
Anschließend
wird die Mikrowellenleistung abgeschaltet, die Stickstofffluorid-(NF3)-Zufuhr wird unterbrochen und die Prozesskammer 110 kann
dann allmählich
an die Prozessbedingungen angepasst werden, die für den nächsten Abscheidevorgang
erforderlich sind. Die Temperatur der zweiten Platte 103 kann
bei ungefähr
350–450
und vorzugsweise bei ungefähr 400°C gehalten
werden.
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Im Gegensatz dazu kann ein konventioneller Prozess
im Wesentlichen die gleiche Stickstofffluorid-(NF3)-Durchflussrate
anwenden, wohingegen im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform
der Kammerdruck auf ungefähr
2.0 Torr abgesenkt wird, während
die zweite Platte 103 außerhalb eines Prozessbereiches
gehalten wird, wobei die Hebestifte 106 freigelegt sind.
Um einen gewünschten
Grad an Reinheit zu erreichen, ist typischerweise eine Reinigungszeit
von ungefähr
90 Sekunden erforderlich. Die restlichen Parameter hinsichtlich
der Temperatur und den Prozessschritten nach Beendigung der Reinigung
können
so gewählt sein,
wie in den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
ein schematisches Diagramm entsprechender Endpunktkurven, wobei
die Kurven A und B den konventionellen Prozess und die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung repräsentieren.
Wie aus 3 hervorgeht,
zeigt die durch Kurve B repräsentierte
Ausgangsspannung des Endpunktdektionssystems einen relativ deutlichen
Knick bei 301, wohingegen die Kurve A eine Steigung 302 zeigt,
die andeutet, dass der Prozess der Materialentfernung noch in Gange
ist. Das heißt
also, dass zur Zeit 303 die Kurve B bereits abgeflacht
ist, wodurch das Ende des Reinigungsvorganges angedeutet wird, wohingegen
der Endpunkt des Reinigungsvorganges, der durch 304 gekennzeichnet
ist, in Kurve A deutlich später
erreicht wird, beispielsweise in der Größenordnung von 15–20 Sekunden
später.
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Das heißt also, die Gesamtreinigungszeit
der erfindungsgemäßen Ausführungsformen
auf der Basis der Mikrowellenanregung von Stickstofffluorid (NF3) ist deutlich reduziert, wobei in einem
ersten Reinigungsschritt der Hauptbereich der Prozesskammer 110 gereinigt
wird und in dem zweiten deutlich kürzeren Schritt die Hebestifte 106 gereinigt
werden. Im Vergleich zu dem konventionellen Beispiel wird eine Stickstofffluorid-(NF3)-Reduktion
von ungefähr 22
% erreicht, wobei die Verbesserung des Durchsatzes ungefähr 8 % erreicht.
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4 zeigt
ein Diagramm, das die Abhängigkeit
zwischen der dielektrischen Schichtdicke, die vor dem Reinigungsprozess
abgeschieden wird, in Bezug zu der Reinigungszeit für das konventionelle Prozessrezept
für Mikrowellenanregung
und für
eine spezielle Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Anwendung von Mikrowellenanregung darstellt.
In 4 repräsentiert
eine Kurve A eine Fitkurve, die den konventionellen Prozess repräsentiert, wohingegen
Bezugszeichen B die Fitkurve gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Es ist offensichtlich, dass
für den
gesamten Bereich von 1000 Angström
bis 18.000 Angström
Schichtdicke des vor dem Reinigungsvorganges auf dem Substrat abgeschiedenen dielektrischen
Materials eine kürzere
Reinigungszeit erforderlich ist, so dass die für die zuvor beschriebenen Ausführungsformen
(ungefähr
8000 Angström Siliziumdioxiddicke)
auch bei anderen Schichtdicken erhalten werden. Somit sind die Prozessrezepte
gemäß den bislang
beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen
auch für
eine große
Anzahl an dielektrischen Schichtdicken gültig und somit können diese
Rezepte für
eine beliebige dielektri sche Schicht, die in einem beliebigen Herstellungsstadium einer
integrierten Schaltung erforderlich ist, angewendet werden.
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Anzumerken ist, dass gemäß spezieller
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wie sie zuvor beschrieben sind, eine
plasmaverstärkte CVD-Anlage
von "Applied Materials", die unter dem Namen
ProducerTM System erhältlich ist, als besonders vorteilhaft
beim Erreichen günstiger
Reinigungsergebnisse ist.
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Weitere Modifikationen und Variationen
der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser
Beschreibung offenkundig. Folglich ist diese Beschreibung lediglich
als anschaulich und für
die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art des Ausführens der
vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind
die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als
die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen zu
betrachten.