DE112007001114T5

DE112007001114T5 - UV-unterstützte thermische Bearbeitung

Info

Publication number: DE112007001114T5
Application number: DE112007001114T
Authority: DE
Inventors: Joseph Michael San Jose Ranish; Yoshitaka San Jose Yokota
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2009-04-09
Also published as: TW200802615A; US7547633B2; WO2007130909A3; US20080067416A1; CN101437626B; JP5269769B2; TWI374506B; KR20090012348A; WO2007130909B1; CN101437626A; JP2009535858A; WO2007130909A2; KR101046014B1

Abstract

Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung eines Substrates, umfassend:
eine Kammer; und
eine UV-Strahlungsanordnung, die im Inneren der Kammer angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Halbleiterbearbeitungswerkzeug und insbesondere ein thermisches Bearbeitungswerkzeug mit einer UV-Strahlungsquelle.
Beschreibung des Standes der Technik
Rapid Thermal Processing (schnelle thermische Bearbeitung), allgemein als "RTP" bezeichnet, unterzieht ein Substrat einem sehr kurzen, intensiven Wärmestoß, der in Sekunden von Raumtemperatur bis zu etwa 1000°C gehen kann. Die RTP-Technologie wird zur Änderung der Eigenschaften eines abgeschiedenen Films oder eines Kristallgitters verwendet. RTP enthält im Allgemeinen Prozesse, wie Ausheilen, Silicidation und Oxidation einer Substratoberfläche.
Im Allgemeinen enthält eine RTP-Kammer eine strahlende Wärmequelle oder Lampe, ein Kammergehäuse und einen Substratträgerring. Die Lampe ist für gewöhnlich an einer oberen Oberfläche des Kammergehäuses montiert, so dass die Energie, die von der Lampe erzeugt wird, auf das Substrat strahlt, das von dem Substratträgerring in dem Kammergehäuse getragen wird. Für gewöhnlich ist ein Quarzfenster in der oberen Oberfläche des Kammergehäuses angeordnet, um die Übertragung von Energie von der Lampe zu dem Substrat zu erleichtern. Ein äußerer Motor wird für gewöhnlich zum Drehen des Trägerringes und des Substrates verwendet, um Schwankungen in der Strahlungsenergie, die von der Lampe erzeugt wird, auszugleichen, die das Substrat ungleichförmig erwärmen könnten. Für gewöhnlich wird ein schneller thermischer Prozess bei vermindertem Druck durchgeführt, um eine besserer Gleichförmigkeit zu erreichen.
Die thermische Oxidation wird allgemein verwendet, um eine sehr dünne Oxidschicht zu züchten, die als Gate-Oxid verwendet wird. Ein Oxidationsprozess, der in einer RTP-Kammer nach dem Stand der Technik durchgeführt wird, enthält für gewöhnlich das Erhöhen der Temperatur in der RTP-Kammer auf einen ausreichend hohen Wert, um Sauerstoff oder andere Spezies, die zur Bildung einer Oxidschicht verwendet werden, aufzubrechen und eine ausreichende Diffusion von Sauerstoff oder anderen Spezies auf der Substratoberfläche zu ermöglichen. Die Temperatur, die zum Aufbrechen von Sauerstoff oder anderen Spezies erforderlich ist, ist für gewöhnlich höher als die Temperatur, die zur Herbeiführung einer ausreichenden Diffusion erforderlich ist. Die höhere Temperatur, die zum Aufbrechen von Sauerstoff oder anderen Spezies erforderlich ist, erhöht die Wärmebelastung und fördert eine unerwünschte Diffusion im Inneren anderer Strukturen.
Es besteht daher ein Bedarf an einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Durchführung von Oxidations- oder anderen schnellen thermischen Prozessen, ohne eine erhöhte Kammertemperatur zu erfordern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung einer schnellen thermischen Bearbeitung eines Halbleitersubstrates bereit.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung eines Substrates bereit. Die Vorrichtung umfasst eine Kammer und eine UV-Strahlungsanordnung, die im Inneren der Kammer angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine äußere Strahlungsanordnung, die so gestaltet ist, dass sie Energie in die Kammer durch ein Quarzfenster auf der Kammer strahlt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung eines Substrates bereit. Die Vorrichtung umfasst eine Kammer mit einem oberem Fenster, einem Substratträger, der im Inneren der Kammer montiert ist, wobei der Substratträger so ausgebildet ist, dass er das Substrat derart trägt, dass eine Bearbeitungsfläche dem oberen Fenster zugewandet ist, eine erste Energieanordnung, die außerhalb der Kammer angeordnet ist, wobei die erste Energieanordnung so ausgebildet ist, dass sie Energie durch das obere Fenster strahlt, und eine zweite Energieanordnung, die im Inneren der Kammer über dem Substratträger angeordnet ist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren für eine thermische Bearbeitung eines Substrates bereit. Das Verfahren umfasst das Positionieren des Substrates in einer Kammer, das Anwenden einer ersten Energiequelle zum Zuleiten von Wärme zu der Kammer, und das Anwenden einer zweiten Energiequelle, um aktive Spezies in der Kammer zu erzeugen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein grundlegendes Verständnis der oben genannten Merkmale der vorliegenden Erfindung wird eine ausführlichere Beschreibung der Erfindung, die zuvor kurz zusammengefasst wurde, unter Bezugnahme auf Ausführungsformen gegeben, von welchen einige in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass die beiliegenden Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Erfindung zeigen und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten sind, da die Erfin dung andere gleichermaßen wirksame Ausführungsformen zulässt.
1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer thermischen Bearbeitungskammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer UV(Ultraviolett-)Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Schnittansicht einer thermischen Bearbeitungskammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Schnittansicht der thermischen Bearbeitungskammer von 3.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer UV-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Schnittansicht eines beispielhaften Reflektors, der in der UV-Anordnung von 5 verwendet wird.
7 zeigt eine Schnittansicht einer thermischen Bearbeitungskammer mit einer UV-Anordnung von 5.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung einer thermischen Bearbeitung eines Halbleitersubstrates bereit. Thermische Bearbeitungskammern der vorliegenden Erfindung umfassen zwei verschiedene Strahlungsenergiequellen, wie eine Infrarotstrahlungsquelle und eine UV-Strahlungsquelle. Die UV- Strahlungsquelle und die Infrarotstrahlungsquelle können alleine oder in Kombination verwendet werden, um Wärme zuzuleiten, elektronische Spezies zu aktivieren, oder aktive Spezies im Inneren der thermischen Bearbeitungskammer zu erzeugen. Mehrere Prozesse, wie die schnelle thermische Bearbeitung, das Ausheilen und die Oxidation, können in der thermischen Bearbeitungskammer mit verbesserten Ergebnissen ausgeführt werden. Die kombinierte Verwendung einer Infrarot- und UV-Strahlung ermöglicht oberflächenselektive Reaktionen, die bei Verwendung nur einer der Strahlungen nicht möglich sind.
1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer thermischen Bearbeitungskammer 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die thermische Bearbeitungskammer 100 umfasst im Allgemeinen eine Lampenanordnung 110 und eine Kammer 130, in der eine UV-Anordnung 120 angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist die Kammer 130 eine Vakuumkammer. In einer anderen Ausführungsform kann die Kammer 130 eine atmosphärische Kammer sein. Die Lampenanordnung 110 ist über der Kammer 130 positioniert und so gestaltet, dass Wärme zu der Kammer 130 über ein Quarzfenster 114 der Kammer 130 geleitet wird. Die Lampenanordnung 110 ist so gestaltet, dass sie eine Heizquelle, wie mehrere Wolfram-Halogenlampen, aufnimmt, die so gestaltet sind, dass sie ein angepasstes Infrarotheizmittel für ein Substrat 101, das in der Kammer 130 angeordnet ist, bereitstellen. Die UV-Anordnung 120 ist so gestaltet, dass sie eine UV-Quelle für die Kammer 130 bereitstellt, zum Beispiel um eine aktive Spezies für die Reaktion auf der Oberfläche des Substrates 101 in der Kammer 130 zu erzeugen.
Die Lampenanordnung 110 umfasst im Allgemeinen einer Strahlungsenergieröhrenanordnung 112 mit mehreren Lichtröhren 111. Die Lichtröhren 111 können aus rostfreiem Stahl, Messing, Aluminium oder einem anderen Metall bestehen. Jede der Lichtröhren 111 ist so gestaltet, dass sie eine Strahlungsenergiequelle, zum Beispiel eine Wolfram-Halogenlampe, aufnimmt. Die Enden der Lichtröhren 111 sind an Öffnungen in einer oberen Kühlungswand 116 und einer unteren Kühlungswand 117 hartgelötet oder geschweißt. Eine zylindrische Wand 118 ist an den Umfangsrand der oberen Kühlungswand 116 und der unteren Kühlungswand 117 hartgelötet oder geschweißt. In einer Ausführungsform können die Lichtröhren 111 in einer hexagonalen Anordnung angeordnet sein. Ein Kühlmittel kann zu der Lampenanordnung 110 durch einen Einlass 109 zirkuliert werden, um die Lichtröhren 111 zu kühlen und die Wände 116, 117 und 118 während des Prozesses kühl zu halten.
Die Kammer 130 umfasst im Allgemeinen eine kreisförmige Seitenwand 140, die ein Kammervolumen 139 mit dem Quarzfenster 114 und einer Bodenwand (nicht dargestellt) definiert. Die Seitenwand 140 kann einen Einlass 131 und einen Auslass (nicht dargestellt) aufweisen, die so gestaltet sind, dass sie das Kammervolumen 139 mit einer Gasquelle und einer Pumpe verbinden. Ein Schlitzventil kann an eine Öffnung 137 an der Seitenwand 140 angeschlossen sein, so dass ein Roboter das Substrat 101 auf einen Substratträger 138, der in dem Kammervolumen 139 positioniert ist, fallen lassen und von diesem wieder aufnehmen kann. Der Substratträger 138 kann so gestaltet sein, dass er sich vertikal bewegt und um eine Mittelachse dreht.
Die UV-Anordnung 120 ist im Allgemeinen an einem oberen Abschnitt des Kammervolumens 139 angeordnet. In einer Ausführungsform kann die UV-Anordnung 120 die Form eines Moduls annehmen, das an die Kammer 130 "angesteckt" werden kann. Verschiedene Konstruktionen von UV-Anordnungen können austauschbar an die Kammer 130 angesteckt werden, um verschiedenen Designs gerecht zu werden. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der UV-Anordnung 120, die in der thermischen Bearbeitungskammer 100 von 1 verwendet wird. Die UV-Anordnung 120 umfasst im Allgemeinen einer Oberseite 124, eine Unterseite 125 und Seitenwände 121, die darin ein UV-Volumen 129 definieren. Eine Öffnung 126b an der Unterseite 125 ist so gestaltet, dass sie das UV-Volumen 129 mit dem Kammervolumen 139 der Kammer 130 verbindet, die in 1 dargestellt ist. Eine Öffnung 126a an der Oberseite 124 gibt das UV-Volumen 129 zu dem Quarzfenster 114 von 1 frei, wodurch ein Durchgang für die Strahlungsenergie von der Lampenanordnung 110 zu dem Kammervolumen 139 während des Prozesses bereitgestellt wird.
Die UV-Anordnung 120 umfasst des Weiteren mehrere Quarzröhren 123, von welchen beide Enden aus gegenüber liegenden Seitenwänden 121 der UV-Anordnung 120 ragen. An jedem Ende der Quarzröhren 123 kann eine entfernbare Kappe 127 für einen dichten Verschluss verwendet werden. Jede der Quarzröhren 123 ist so gestaltet, dass sie eine UV-Lampe 122 aufnimmt (die in 1 dargestellt ist).
Die UV-Lampen 122 können abgedichtete Plasmabirnen enthalten, die mit einem oder mehreren Gasen, wie Xenon (Xe) oder Quecksilber (Hg), zur Anregung durch eine Energiequelle gefüllt sind. In einer Ausführungsform kann die Energiequelle eine herkömmliche UV-Energiequelle sein oder ein oder mehrere Transformatoren, so dass die Filamente der Magnetrone mit Energie versorgt werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Energiequelle Funkfrequenz-(RF-)Energiequellen einführen, die zur Anregung der Gase in den Birnen der UV-Lampen imstande sind. In einer Ausführungsform kann die Birne der UV-Lampe eine Niederdruck-Hg- oder eine andere Niederdruck-UV-Entladungslampe sein, um eine Strahlung von 254 nm und 185 nm zu erzeugen.
In einer Ausführungsform kann die UV-Lampe 122 in einer der Quarzröhren 123 derart positioniert sein, dass die Elektroden von UV-Lampen 122 aus dem UV-Volumen 129 nach außen ragen oder zumindest durch die Oberseite 124 vor der Strahlungsenergie der Lampenanordnung 110 geschützt sind, um die Elektroden vor einer Übererwärmung zu bewahren und den Druck in der UV-Lampe 122 zu steuern.
3 zeigt eine Schnittansicht einer thermischen Bearbeitungskammer 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt eine Schnittansicht der thermischen Bearbeitungskammer 200 von 3 entlang 4-4. Die thermische Bearbeitungskammer 200 umfasst im Allgemeinen eine Lampenanordnung 210 und eine Kammer 230, in der eine UV-Anordnung 220 angeordnet ist. Die Lampenanordnung 210 ist über der Kammer 230 angeordnet und so gestaltet, dass sie Wärme zu der Lampe 230 über ein Quarzfenster 214 der Kammer 230 leitet. Die Lampenanordnung 210 ist so gestaltet, dass sie eine Heizquelle, wie mehrere Wolfram-Halogenlampen, aufnimmt, die so gestaltet sind, dass ein angepasstes Infrarotheizmittel für ein Substrat 201, das in der Kammer 230 angeordnet ist, bereitgestellt ist. Die UV-Einheit ist so gestaltet, dass sie eine UV-Quelle für die Kammer 230 bereitstellt, zum Beispiel, um aktive Spezies für eine Reaktion auf der Oberfläche des Substrates 201 in der Kammer 230 zu erzeugen.
Die Lampenanordnung 210 umfasst im Allgemeinen mehrere Lichtröhren 211. Die Lichtröhren 211 können aus rostfreiem Stahl, Messing, Aluminium oder einem anderen Metall bestehen. Jede der Lichtröhren 211 ist so gestaltet, dass sie eine Strahlungsenergiequelle 208, zum Beispiel eine Wolfram-Halogenlampe, aufnimmt, um Wärme für das Kammervolumen 239 in Form einer Infrarotstrahlung bereitzustellen. Die Enden der Lichtröhren 211 sind an Öffnungen in einer oberen Kühlungswand 216 und einer unteren Kühlungswand 217 hartgelötet oder geschweißt. Eine zylindrische Wand 218 ist an den Umfangsrand der oberen Kühlungswand 216 und der unteren Kühlungswand 217 hartgelötet oder geschweißt. In einer Ausführungsform können die Lichtröhren 211 in einer hexagonalen Anordnung angeordnet sein. Ein Kühlmittel kann zu der Lampenanordnung 210 durch einen Einlass 209 zirkuliert werden, um die Wände während des Prozesses kühl zu halten. Jede der Strahlungsenergiequellen 208 kann an eine Steuerung 207 angeschlossen sein, die den Energiepegel jeder Strahlungsenergiequelle 208 steuert, um ein gleichförmiges oder angepasstes Erwärmungsprofil für das Kammervolumen 239 zu erreichen. In einer Ausführungsform können die Strahlungsenergiequellen 208 in mehreren radialen Bändern gruppiert sein. In einer anderen Ausführungsform können die Strahlungsenergiequellen 208 einzeln gesteuert werden.
Die Kammer 230 umfasst im Allgemeinen eine kreisförmige Seitenwand 240, die ein Kammervolumen 239 mit dem Quarzfenster 214 und einer Bodenwand (nicht dargestellt) definiert. Die Seitenwand 240 kann einen Einlass 231 aufweisen, der an eine Gasquelle 235 angeschlossen ist, die so gestaltet ist, dass sie ein oder mehrere Gase für das Kammervolumen 239 bereitstellt. Ein Auslass 234, der im Allgemeinen an einer gegenüber liegenden Seite der Seitenwand 240 zu dem Einlass 231 angeordnet ist, ist an eine Pumpe 236 angeschlossen. Ein Schlitzventil (nicht dargestellt) kann an eine Öffnung 237 (in 4 dargestellt) an der Seitenwand 240 angeschlossen sein, so dass ein Roboter das Substrat 201 auf einen Substratträger 238, der in dem Kammervolumen 239 positioniert ist, fallen lassen und von diesem wieder aufnehmen kann. Der Substratträger 238 kann so gestaltet sein, dass er sich vertikal bewegt und um eine Mittelachse dreht.
Die UV-Anordnung 220 ist im Allgemeinen an einem oberen Abschnitt des Kammervolumens 239 angeordnet. In einer Ausführungsform kann die UV-Anordnung 220 die Form eines Moduls annehmen, das an die Kammer 230 "angesteckt" werden kann. Die UV-Anordnung 220 kann ähnlich der UV-Anordnung von 2 sein. Mehrere Quarzröhren 223 können parallel angeordnet sein, wobei beide Enden aus den gegenüber liegenden Seitenwänden 221 der UV-Anordnung 220 ragen. In einer Ausführungsform kann die UV-Anordnung 220 etwa 15 Quarzröhren 223 enthalten, die gleichmäßig auf einer horizontalen Ebene verteilt sind. Eine UV-Lampe 222 kann in jeder der Quarzröhren 223 angeordnet sein, um eine gewünschte UV-Ressource bereitzustellen. Unter Verwendung der Quarzröhren 223, die die UV-Lampen 222 umgeben, kann eine Partikelverunreinigung oder eine andere Beschädigungen an der Kammer 230 infolge einer gebrochenen UV-Lampe 222 verhindert werden. Unter Bezugnahme auf 4 ragt jede der mehreren Quarzröhren 223 aus den Seitenwänden 221 heraus. Die UV-Lampe 222 im Inneren jeder Quarzröhre 223 ist derart angeordnet, dass sich zwei Elektroden 241 der UV-Lampe 222 außerhalb des Kammervolumens 239 befinden. Die Elektroden 241 sind an eine Energieversorgung 206 angeschlossen, die so gestaltet ist, dass sie eine Energiequelle unabhängig für jede der UV-Lampen 222 bereitstellt. Zum Verschließen der Quarzröhren 223 können Kappen 227 verwendet werden. Dichtungen 242 können nahe der Grenzfläche jeder Quarzröhre 223 und der Seitenwand 221 verwendet werden, um das Kammervolumen 239 abzudichten.
Die UV-Anordnung 220 und die Lampenanordnung 210 können alleine oder in Kombination zur Zuleitung von Wärme, Aktivierung von Oberflächenstellen oder zur Erzeugung aktiver Spezies im Inneren der Kammer 230 verwendet werden. Mehrere Prozesse, wie die schnelle thermische Bearbeitung, das Ausheilen und die Oxidation, können in der thermischen Bearbeitungskammer 200 ausgeführt werden.
Während eines Oxidationsprozesses kann die Lampenanordnung 210 zur Bereitstellung von Wärme in Form einer Infrarotstrahlung für das Substrat 201 verwendet werden, das in dem Kammervolumen 239 angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann die Lampenanordnung 210 so eingestellt sein, dass sie das Substrat 201 rasch gleichmäßig auf eine Temperatur erwärmt, die eine Diffusion von Sauerstoff durch die Siliziumdioxidproduktschicht in dem Substrat 201 ermöglicht. Die UV-Anordnung 220 kann zur Bereitstellung einer UV-Strahlung verwendet werden, um aktive Spezies aus Vorläufern zu erzeugen, die dem Kammervolumen 239 durch den Einlass 231 zugeleitet werden. Es sollte festgehalten werden, dass, wenn der Druck im Inneren der UV-Lampen 222 gering genug ist, die UV-Lampen 222 eine sehr begrenzte Menge an Strahlungsenergie von der Lampenanordnung 210 absorbieren würden, selbst wenn die UV-Lampen 222 in dem Strahlungsweg der Lampenanordnung 210 positioniert sind. Die Quarzröhren 223 können etwas Strahlungsenergie von der Lampenanordnung 210 absorbieren. In einer Ausführungsform können die Quarzröhren 223 rechteckige Querschnitte aufweisen, um die Störung des Strahlungsenergieprofils von der Lampenanordnung 210 zu minimieren.
Die UV-Strahlung von der UV-Anordnung 220 kann zum Bestrahlen eines Vorläufers verwendet werden, der imstande ist, die erwünschte aktive Spezies zu erzeugen, um einen Film auf dem Substrat zu behandeln. Zum Beispiel können die Vorläufer Stickstoff, Sauerstoff oder Fluor umfassen oder aus diesen bestehen. Es können jedoch andere aktive Spezies oder Vorläufer verwendet werden. Die UV-Strahlungsquelle kann zur Erzeugung verschiedener aktiver Spezies angepasst sein. In einer Ausführungsform kann die Anpassung der UV-Strahlungsquelle erreicht werden, indem der Gasdruck im Inneren einer Birne einer UV-Lampe zur Ausstrahlung einer UV-Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge eingestellt wird.
In einer Ausführungsform kann die UV-Strahlung zur Erzeugung hoch reaktiver oxidanter Spezies nahe einer reaktiven Oberfläche aus Sauerstoff (O₂), Ozon (O₃), Stickstoffoxid (N₂O), Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (CO₂), Wasser (H₂O) oder Kombinationen davon in einer thermischen Bearbeitungskammer mit einer Infrarotstrah lungsquelle verwendet werden, um die reaktive Oberfläche, wie die thermische Bearbeitungskammer 200 von 3, zu erwärmen.
In einer anderen Ausführungsform kann die UV-Strahlung zur Erzeugung hoch reaktiver Nitrierungsspezies nahe einer reaktiven Oberfläche aus Ammoniak (NH₃), Stickstoffgas (N₂), Hydrazinen, Aminen oder Kombinationen davon in einer thermischen Bearbeitungskammer mit einer Infrarotstrahlungsquelle verwendet werden, um die reaktive Oberfläche, wie die thermische Bearbeitungskammer 200 von 3, zu erwärmen.
In einer anderen Ausführungsform kann die UV-Strahlung zur Erzeugung hoch reaktiver Oxidations-/Nitrierungsspezies nahe einer reaktiven Oberfläche aus Distickstoffoxid oder Stickstoffmonoxid in einer thermischen Bearbeitungskammer mit einer Infrarotstrahlungsquelle verwendet werden, um die reaktive Oberfläche, wie die thermische Bearbeitungskammer 200 von 3, zu erwärmen.
In einer anderen Ausführungsform kann die UV-Strahlung zur Erzeugung hoch reaktiver fluorinierter Spezies nahe einer reaktiven Oberfläche aus NF₃, F₂, CF₄, SF₆, C₂F₆, CCl₄, C₂Cl₆ oder Kombinationen davon in einer thermischen Bearbeitungskammer mit einer Infrarotstrahlungsquelle verwendet werden, um die reaktive Oberfläche, wie die thermische Bearbeitungskammer 200 von 3, zu erwärmen. Wenn UV-Strahlungsenergie zur Erzeugung reaktiver fluorinierter Spezies verwendet wird, können die Quarzröhren 223 durch Röhren aus fluorbeständigen Materialien ersetzt werden.
Die kombinierte Verwendung von Infrarot- und UV-Strahlung ermöglich oberflächenselektive Reaktionen, die durch die Verwendung einer einzigen der Strahlungen nicht möglich sind. In einem Aspekt können oberflächenselektive Reaktionen durch Kombination einer UV-Aktivierung und einer differenziellen Oberflächenerwärmung infolge geplanter Differenzen im Emissionsvermögen erreicht werden.
Es gibt mehrere Vorteile dieser Konfiguration einer thermischen Bearbeitungskammer mit sowohl einer UV-Strahlungsquelle als auch einer Infrarot-Strahlungsquelle. In einem Aspekt kann die Verwendung sowohl der UV- wie auch Infrarotstrahlung bei einigen Prozessen, wie der Oxidation, die Prozesszeit verkürzen, da der Temperaturanstieg des Substrates durch Verwendung der UV-Strahlung gesenkt werden kann, um aktive Spezies zu erzeugen, anstatt die Infrarotstrahlung zur Erzeugung aktiver Spezies zu verwenden.
In einem anderen Aspekt verbessern die unabhängigen Steuerungen der UV-Strahlungsquelle und der Infrarot-Strahlungsquelle die Gleichförmigkeit der Prozessergebnisse. Insbesondere ermöglicht die Infrarot-Strahlungsquelle, wie die Lampenanordnung 210 von 3, eine rasche, flexible Substrattemperatursteuerung durch die angepasste Infrarotstrahlungsverteilung, während die UV-Strahlungsquelle, wie die UV-Anordnung 220 von 3, die unabhängige angepasste UV-Verteilung für die Erzeugung aktiver Spezies und aktiver Stellen ermöglicht.
In einem anderen Aspekt ermöglicht die Konfiguration, eine UV-Strahlungsquelle innerhalb der Infrarotstrahlungsregion zu positionieren, eine bessere Optimierung der Gleichförmigkeit beider Strahlungsarten auf der Substratbearbeitungsfläche und in der Gasphase in der Kammer.
Zusätzlich erzeugt diese Konfiguration, durch die Verwendung der UV-Strahlung im Inneren der Kammer zur Bestrahlung der Gasphase, aktive Spezies in der Nähe der Substratoberfläche, wodurch die Erzeugung einer sehr aktiven Spezies nahe der Verwendungsstelle und die Minimierung des Verlustes durch Rekombination oder andere unerwünschte Reaktionen möglich wird.
Ferner hat diese Konfiguration auch die Vorteile, den Verlust flüchtiger Materialien von der Substratoberfläche zu verzögern, da diese Konfiguration die Erzeugung aktiver Spezies bei höherem Druck als bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik ermöglicht, wie bei der Verwendung von Plasmen. Der Verlust flüchtiger Materialien von der Substratoberfläche ist allgemein unerwünscht, da er zu einem Verlust der gewünschten Oberflächenmerkmale, zu einer Kondensatverschmutzung optischer Oberflächen und zur Partikelerzeugung führt. Höhere Drücke sind häufig bei der Verzögerung des Verlustes flüchtiger Materialien von der Substratoberfläche nützlich. Nach dem Stand der Technik erfordern jedoch Verfahren zur Erzeugung aktiver Spezies, wie Plasmen, im Allgemeinen niedere Gesamtgasdrücke, so dass die aktiven Spezies außerhalb der ionisierten Region des Plasmen freigesetzt werden können, während das Substrat außerhalb der ionisierten Region gehalten wird. Hochdichte Plasmen weisen häufig Kontaminationsprobleme auf, die auf die Belastung des Materials mit sehr hoher Temperatur zurückzuführen sind, was bei der hoch thermischen Bearbeitung häufig der Fall ist.
Ferner kann die Verwendung der UV-Strahlung zum Bestrahlen sowohl der Substratoberfläche wie auch der Gasphase zu einer verstärkten Kinetik durch die gleichzeitig Erzeugung aktivierter Stellen und aktivierter Spezies führen.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer UV-Anordnung 320 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die UV-Anordnung 320 kann zur Bereitstellung einer UV-Strahlung für eine thermische Bearbeitungskammer verwendet werden, wie zum Beispiel die thermische Bearbeitungskammer 100 von 1 und 200 von 3. Die UV-Anordnung 320 umfasst im Allgemeinen meh rere Seitenwände 321, die durch mehrere Verbindungen 324 verbunden sind, um ein Polygon zu bilden. In einer Ausführungsform ist das Polygon quadratisch, wie in 5 dargestellt ist. Eine UV-Lampe 322, die von einer Quarzröhre 323 umschlossen ist, ist im Allgemeinen im Inneren jeder der mehreren Seitenwände 321 angeordnet. Jede der UV-Lampen 322 und der Quarzröhren 323 erstreckt sich in zwei benachbarte Verbindungen 324, in welchen Elektroden der UV-Lampen 322 vor jeder Strahlung im Inneren der Kammer, in der sich die UV-Anordnung 320 befindet, abgeschirmt sein können. Diese Konfiguration lenkt die UV-Strahlungsenergie eher zu der Gasphase und weniger zu der Substratoberfläche. In dieser Konfiguration können UV-Lampen mit einem einzigen Ende, wie XERADEX^® Lampen, verwendet werden.
Mehrere Reflektoren 327 sind im Allgemeinen entlang jeder der mehreren Seitenwände 321 angeordnet, um UV-Strahlung von der entsprechenden UV-Lampe 322 in gewünschter Weise zu reflektieren. Die Reflektoren 327 haben im Allgemeinen eine bestimmte Querschnittsform, um eine gewünschte Funktion zu erreichen. In einer Ausführungsform, wie in 6 dargestellt, ist die Querschnittsform jedes der Reflektoren 327 eine parabolische Kurve. Der Mittelpunkt der entsprechenden UV-Lampe 322 ist an einem Brennpunkt 328 der parabolischen Kurve angeordnet. Wenn Strahlen 329 von der UV-Lampe 322 den Reflektor 327 erreichen, reflektiert der Reflektor 327 die Strahlen 329 in das Innere des Polygons, das durch die UV-Lampen 322 gebildet wird, und möglicherweise parallel zu der Substratbearbeitungsfläche. Die Querschnittsform der Reflektoren 327 kann auch elliptisch oder andersartig sein. Die Reflektoren 327 können eine reflektierende Oberfläche haben, die aus Metall, wie Aluminium oder Silber, oder aus einem Stapel dielektrischer Filme besteht, der effektiv die UV-Strahlung reflektiert. Die Verwendung von Reflektoren 327 kann zur Minimierung der UV-Belastung an der Oberfläche des bearbeiteten Substrats verwendet werden. In einer Ausführungsform können die Reflektoren 327 auch als Mikrowellenhohlräume für UV-Lampen verwendet werden, die von der Mikrowellenenergiequelle gespeist werden.
7 zeigt eine Schnittansicht einer thermischen Bearbeitungskammer 300 mit der UV-Anordnung 320 von 5. Die thermische Bearbeitungskammer 300 ist ähnlich der thermischen Bearbeitungskammer 200 von 3 mit Ausnahme der UV-Anordnung 220, die durch die UV-Anordnung 320 ersetzt ist. Wie in 7 dargestellt ist, befinden sich die UV-Lampen 322 außerhalb der Strahlungsregion der Lampenanordnung 210. Diese Konfiguration minimiert die UV-Strahlung auf dem Substrat 201 und die Energieabsorption durch die Quarzröhren 323 während des Prozesses.
Während sich das Vorhergesagte auf Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezieht, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung konstruiert werden, ohne von deren grundlegendem Umfang abzuweichen, und ihr Umfang ist durch die folgenden Ansprüche festgelegt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung thermischer Verfahren an einem Halbleitersubstrat bereit. Thermische Bearbeitungskammern der vorliegenden Erfindung umfassen zwei verschiedene Energiequellen, wie eine Infrarotstrahlungsquelle und eine UV-Strahlungsquelle. Die UV-Strahlungsquelle und die Infrarotstrahlungsquelle können alleine oder in Kombination verwendet werden, um Wärme zuzuleiten, elektronische Spezies zu aktivieren, oder aktive Spezies im Inneren der thermischen Bearbeitungskammer zu erzeugen.

Claims

Vorrichtung zur thermischen Bearbeitung eines Substrates, umfassend: eine Kammer; und eine UV-Strahlungsanordnung, die im Inneren der Kammer angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine äußere Strahlungsanordnung, die so gestaltet ist, dass Energie in die Kammer durch ein Quarzfenster auf der Kammer gestrahlt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die äußere Strahlungsanordnung mehrere Infrarotstrahlungsquellen umfasst, die in einer hexagonalen Anordnung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die UV-Strahlungsanordnung mehrere UV-Lampen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei jede der mehreren UV-Lampen von einer Quarzröhre umschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die mehreren UV-Lampen parallel zueinander liegen und gleichmäßig über eine Bearbeitungsfläche des Substrates verteilt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei Elektroden der mehreren UV-Lampen außerhalb der Kammer angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die mehreren UV-Lampen entlang einem Polygon angeordnet sind, das eine Bearbeitungsfläche des Substrates umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die UV-Strahlungsanordnung des Weiteren mehrere Reflektoren umfasst, wobei jeder der mehreren Reflektoren so gestaltet ist, dass er UV-Strahlung von einer entsprechenden UV-Lampe im Wesentlichen parallel zu dem Substrat reflektiert.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die mehreren Reflektoren einen parabolischen Querschnitt aufweisen, wobei die entsprechende UV-Lampe in einem Brennpunkt des parabolischen Querschnitts angeordnet ist.
Vorrichtung zum thermischen Bearbeiten eines Substrates, umfassend: eine Kammer mit einem oberen Fenster; einen Substratträger, der im Inneren der Kammer angeordnet ist, wobei der Substratträger so gestaltet ist, dass er das Substrat derart trägt, dass eine Bearbeitungsfläche dem oberen Fenster zugewandt ist; eine erste Energieanordnung, die außerhalb der Kammer angeordnet ist, wobei die erste Energieanordnung so gestaltet ist, dass sie Energie durch das obere Fenster strahlt; und eine zweite Energieanordnung, die im Inneren der Kammer über dem Substratträger angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die zweite Energieanordnung so gestaltet ist, dass sie eine Ultraviolettenergie bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite Energieanordnung mehrere UV-Lampen umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei jede der mehreren UV-Lampen individuell steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite Energieanordnung mehrere UV-Lampen umfasst, die in einem Polygon angeordnet sind, das die Bearbeitungsfläche des Substrates umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die zweite Energieanordnung des Weiteren mehrere Reflektoren umfasst, wobei jeder der mehreren Reflektoren so gestaltet ist, dass die UV-Strahlung von einer entsprechenden UV-Lampe im Wesentlichen parallel zu der Bearbeitungsfläche des Substrates reflektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Energieanordnung mehrere Lampen umfasst, die eine hexagonale Anordnung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Energieanordnung so gestaltet ist, dass sie Infrarotenergie bereitstellt, und die zweite Energieanordnung so gestaltet ist, dass sie UV-Energie für die Kammer bereitstellt.
Verfahren zur thermischen Bearbeitung eines Substrates, umfassend: Positionieren des Substrates in einer Kammer; Anwenden einer ersten Energiequelle, um Wärme zu der Kammer zu leiten; und Anwenden einer zweiten Energiequelle, um aktive Spezies in der Kammer zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die erste Energiequelle mehrere Heizlampen umfasst und die zweite Energiequelle mehrere UV-Lampen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, des Weiteren umfassend: Positionieren der ersten Energiequelle außerhalb eines Quarzfensters der Kammer; und Positionieren der zweiten Energiequelle im Inneren der Kammer.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Anwenden der zweiten Energiequelle das Anpassen der Strahlungsverteilung für die Erzeugung aktiver Spezies umfasst.