DE19851824C2 - CVD reactor - Google Patents

CVD reactor

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DE19851824C2 DE1998151824 DE19851824A DE19851824C2 DE 19851824 C2 DE19851824 C2 DE 19851824C2 DE 1998151824 DE1998151824 DE 1998151824 DE 19851824 A DE19851824 A DE 19851824A DE 19851824 C2 DE19851824 C2 DE 19851824C2
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen CVD-Reaktor.The present invention relates to a CVD reactor.

Aus der EP 0 537 854 A1 ist ein CVD-Reaktor bekannt, bei dem die Zufuhr des Spülgases seitlich der Gasdispersionseinrich­ tung erfolgt, so daß das Substrat und der Substratträger seitlich weitestgehend vom Spülgas umschlossen sind. Durch diese Kapselung mit Spülgas soll das Reaktionsgas auf den Be­ reich oberhalb des Substrats eingegrenzt werden, so daß es dort länger verweilen kann. Dazu ist es notwendig, daß das Spülgas einen entsprechenden Gegendruck zum einströmenden Re­ aktionsgas aufweist. Infolge dieser Druckbedingungen kann es jedoch insbesondere im Randbereich des Substrats zu Verwirbe­ lungen kommen, die eine gleichmäßige Prozessierung des Sub­ strats verhindern. Außerdem wird relativ viel Spülgas benö­ tigt.A CVD reactor is known from EP 0 537 854 A1, in which the supply of the purge gas to the side of the gas dispersion device tion takes place so that the substrate and the substrate carrier are largely enclosed on the sides by the purge gas. By this encapsulation with purge gas is the reaction gas on the loading be delineated above the substrate, so that it can stay there longer. For this it is necessary that the Purging gas a corresponding back pressure to the incoming Re action gas. As a result of these printing conditions, it may however, in particular in the edge region of the substrate lungs come, the even processing of the sub prevent strats. In addition, a relatively large amount of purge gas is required Untitled.

Ein weiterer CVD-Reaktor ist in der JP 06-136542 A beschrie­ ben. Dort wird ein Spülgas oberhalb des Substrats in die Pro­ zeßkammer eingeleitet. Das Spülgas dient dort der schnellen Fortbewegung des Reaktionsgases, um das Verweilen des Reakti­ onsgases in der Prozeßkammer zu unterdrücken. Dadurch soll die Bildung von granularem Silizium vermieden werden, das sich anderenfalls auf Reaktorwänden abscheiden könnte. Zur schnellen Fortbewegung des Reaktionsgases benötigt das Ver­ fahren gemäß der JP 06-136542 A jedoch relativ viel Spülgas. Gleichzeitig ist infolge des ständigen und erhöhten Fortspü­ lens des Reaktionsgases mit dessen erhöhtem Verbrauch zu rechnen. Die Reaktionsgase werden dabei nur unvollständig ge­ nutzt. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich infolge der ho­ hen Strömungsgeschwindigkeit unerwünschte Turbulenzen heraus­ bilden.Another CVD reactor is described in JP 06-136542 A. ben. There is a purge gas in the Pro above the substrate initiated zeßkammer. The purge gas is used there for fast Movement of the reaction gas to linger the reaction to suppress onsgases in the process chamber. This is supposed to the formation of granular silicon can be avoided otherwise could deposit on the reactor walls. to Ver requires rapid movement of the reaction gas drive according to JP 06-136542 A, however, a relatively large amount of purge gas. At the same time is due to the constant and heightened purging lens of the reaction gas with its increased consumption expected. The reaction gases are only incomplete uses. There is also a risk that as a result of the ho hen flow rate unwanted turbulence form.

Die DD 274 830 beschreibt einen CVD-Reaktor, bei dem Spülgas seitlich durch Kammerwandöffnungen eingeleitet wird. DD 274 830 describes a CVD reactor with the purge gas is introduced laterally through chamber wall openings.  

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden zum Aufbringen von dünnen und konformen Schichten auf Halbleiter­ strukturen CVD-Verfahren (chemical vapor deposition) einge­ setzt. Diese Verfahren weisen eine Reihe von Vorteilen gegen­ über anderen Abscheideverfahren auf. Mit CVD-Verfahren herge­ stellte Schichten weisen unter anderem eine gute Kantenbede­ ckung auf. Außerdem sind derartige Schichten relativ dicht, d. h. sie werden ohne Hohlräume und mit nur wenigen Fehlstel­ len ausgebildet. Prozeßtechnisch günstig sind die schnelle Prozessierung, die gute Stöchiometriekontrolle sowie ein Low- cost-of-ownership vieler CVD-Verfahren. Daher werden derarti­ ge CVD-Verfahren unter anderem zur Herstellung von Halblei­ terbausteinen eingesetzt, insbesondere zur Abscheidung rela­ tiv dünner Kondensatordielektrika.In the manufacture of semiconductor devices Application of thin and conformal layers on semiconductors structured CVD (chemical vapor deposition) process puts. These methods have a number of advantages over other deposition processes. With CVD process Layers have a good edge condition, among other things on. In addition, such layers are relatively dense, d. H. they are without voids and with only a few defects len trained. The fast ones are technically favorable Processing, good stoichiometry control and a low cost-of-ownership of many CVD processes. Therefore, such ge CVD process, among other things for the production of semi-lead used building blocks, especially for rela tiv thin capacitor dielectrics.

Ein weiterer ist beispielsweise in der US 5,624,499 offen­ bart. Der dortige CVD-Reaktor umfaßt eine Prozeßkammer, in der im oberen Bereich ein sogenannter Showerhead angeordnet ist. Dieser dient zum gleichmäßigen Verteilen von Reaktions­ gasen innerhalb der Prozeßkammer. Gegenüber dem Showerhead im unteren Bereich der Prozeßkammer ist ein Substratträger vor­ gesehen. Auf diesem wird ein zu prozessierendes Halbleiter­ substrat (Wafer) aufgelegt und mittels einer im Substratträger vorgesehenen Vakuumansaugung fixiert. Weiterhin sind im Substratträger Spülkanäle vorgesehen, durch die Spülgas bis zum Rand des Substrats geführt wird. Diese Maßnahme dient dazu, Reaktions­ gase von den Rändern sowie von der Rückseite des Substrats zu entfernen. Gleichzeitig wird durch die Spülgase das Ansaugen von Reaktionsgasen durch die Vakuumansaugung unterbunden, so daß sich in dieser keine Reaktionsgase niederschlagen können. Obwohl sich am Rand des Substrats eine Spülgaswalze als Schutzwall um das Substrat herum aufbaut, wird eine Verunrei­ nigung des Substrats durch von den Kammerwänden abfallende Partikel nicht in ausreichendem Maße unterdrückt. Derartige Partikel sind beispielsweise Folge von Reaktionsgasablagerun­ gen an den Kammerwänden. Sofern diese nicht in ausreichendem Maße entfernt bzw. deren Bildung unterdrückt wird, kann es zu Partikeleinbrüchen in dem CVD-Reaktor kommen, in deren Folge das Substrat verunreinigt wird.Another is open for example in US 5,624,499 beard. The CVD reactor there comprises a process chamber, in a showerhead is arranged in the upper area is. This is used to distribute the reaction evenly gases within the process chamber. Opposite the showerhead in In the lower area of the process chamber is a substrate carrier seen. A semiconductor to be processed is placed on this substrate (wafer)  placed on and provided in the substrate carrier Vacuum suction fixed. Furthermore are in the substrate carrier Purge channels provided through the purge gas to the edge of the Substrate is performed. This measure serves to respond gases from the edges as well as from the back of the substrate remove. At the same time, the purging gases suck in of reaction gases prevented by the vacuum suction, so that no reaction gases can precipitate in this. Although there is a purge gas roller on the edge of the substrate Protective wall builds up around the substrate, becomes a mess cleaning of the substrate by falling off the chamber walls Particles not sufficiently suppressed. such Particles are, for example, the result of reaction gas deposits on the chamber walls. If this is not sufficient Dimensions removed or their formation is suppressed, it may be Particle dips in the CVD reactor occur as a result the substrate becomes contaminated.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen CVD-Reaktor an­ zugeben, mit deren Hilfe eine Verunreinigung des zu prozes­ sierenden Substrats in ausreichendem Maße verhindert wird.It is therefore an object of the invention to provide a CVD reactor admit that the process is contaminated sufficient substrate is prevented.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegen­ stand der Unteransprüche.According to the invention, this object is achieved by the subject of Claim 1 solved. Preferred further developments are counter stood the subclaims.

Da verbrauchte Reaktionsgase in der Regel im unteren Bereich der Prozeßkammer abgesaugt werden, ist insbesondere ein Spü­ len der Kammerwände im oberen Bereich der Prozeßkammer emp­ fehlenswert. Dadurch können sich dort keine Prozeßrückstände, d. h. Reaktionsgase oder deren Folgeprodukte, anlagern und zu einer Partikelbildung beitragen. Die gespülten Bereiche soll­ ten sich daher günstigerweise oberhalb der zu prozessierenden Oberfläche des Substrats befinden, d. h. von diesen Bereichen aus ist die Oberfläche des Substrats sichtbar. Dazu zählen auch verdeckte Bereiche, beispielsweise Kammerwandbereiche hinter der Gasdispersionseinrichtung, so daß prinzipiell alle oberhalb der zu prozessierenden Substratoberfläche liegenden Bereiche dem Spülen zugänglich sind. Das Spülen der Kammer­ wände im unteren Bereich der Prozeßkammer, d. h. unterhalb des zu prozessierenden Substrats, ist ebenfalls empfehlens­ wert, da auch von dort durch Luftverwirbelungen Partikel auf die Oberfläche des Substrats geworfen werden können.Since the reaction gases used are generally in the lower range sucked off the process chamber is in particular a rinse len the chamber walls in the upper area of the process chamber emp missing value. As a result, there can be no process residues d. H. Reaction gases or their secondary products, accumulate and contribute to particle formation. The flushed areas should Therefore, they are favorably above those to be processed Surface of the substrate, i. H. from these areas the surface of the substrate is visible from. These include also hidden areas, for example chamber wall areas behind the gas dispersion device, so that in principle all  above the substrate surface to be processed Areas that are accessible for flushing. Rinsing the chamber walls in the lower area of the process chamber, d. H. below of the substrate to be processed is also recommended worth, because particles from there also from air turbulence the surface of the substrate can be thrown.

Empfehlenswert ist weiterhin, die Kammerwände in Abhängigkeit vom Belastungsgrad mit Ablagerungen zu spülen. So ist bei­ spielsweise an schwach oder nicht verschmutzten Bereichen ein Spülen nicht notwendig, hingegen sollte ein stärkeres Spülen in Bereichen höherer Belastung erfolgen.It is also recommended that the chamber walls depend on to be flushed with deposits depending on the degree of contamination. So is with for example in weak or not soiled areas Rinsing is not necessary, but more rinsing should be done take place in areas of higher stress.

Neben der Verhinderung der Partikelbildung weist der erfin­ dungsgemäße CVD-Reaktor einen weiteren Vorteil auf. Bei CVD- Prozessen werden üblicherweise mehrere Reaktionsgase als Re­ aktionsgasgemisch in die Prozeßkammer eingeleitet und dort beispielsweise in einer oxidierenden Atmosphäre verbrannt. Dabei können neben den gewünschten Endprodukten eine Reihe von Zwischen- und Nebenprodukten entstehen, die sich eben­ falls an den Kammerwänden bzw. an der Gasdispersionseinrich­ tung niederschlagen können. Dadurch entstehen chemisch unde­ finierte Oberflächen, an denen unterschiedliche Absorptions- und Desorptionsprozesse stattfinden, welche zu Prozeßinstabi­ litäten führen können. Aufgrund des üblicherweise stark ver­ minderten Arbeitsdrucks und der damit deutlich erhöhten frei­ en Weglänge der Gasmoleküle wirken sich die Prozeßinstabili­ täten an den Kammerwänden unter Umständen auch unmittelbar auf die Abscheidungsprozesse auf dem Substrat aus.In addition to preventing particle formation, the inventor points out CVD reactor according to the invention has another advantage. With CVD Processes are usually several reaction gases as Re Action gas mixture introduced into the process chamber and there burned in an oxidizing atmosphere, for example. In addition to the desired end products, a number can be used of intermediate and by-products that arise if on the chamber walls or on the gas dispersion device can precipitate. This creates chemical unde finished surfaces on which different absorption and desorption processes take place, which lead to process stabilization can lead. Because of the usually strong ver reduced working pressure and the significantly increased free The process instabilities affect the path length of the gas molecules under certain circumstances may also be done directly on the chamber walls on the deposition processes on the substrate.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen CVD-Reaktors lassen sich solche Instabilitäten vermeiden, da das Entstehen che­ misch undefinierter Oberflächen in der Prozeßkammer weitest­ gehend ausgeschlossen wird. Deswegen führt dieses Verfahren gerade auch bei empfindlichen CVD-Reaktionen, beispielsweise bei der Abscheidung von Metalloxiden, hervorragend zur Pro­ zeßstabilisierung, Metalloxidschichten werden insbesondere bei der Herstellung von hochintegrierten Speicherbausteinen als Kondensatordielektrikum mit hoher Dielektrizitätskonstan­ te bzw. mit ferroelektrischen Eigenschaften verwendet. Hoch­ dielektrika sind beispielsweise Barium-Strontium-Titanat (BST) und Tantaloxid (Ta2O5). Ferroelektrische Metalloxide sind beispielsweise Strontium-Wismut-Tantalat (SBT) sowie Blei-Zirkon-Titanat (PZT). Auch bei der Herstellung von sup­ raleitenden Oxiden, wie z. B. YBa2Cu3O7, führt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu besseren Prozeßergebnis­ sen.Such instabilities can be avoided by using the CVD reactor according to the invention, since the formation of chemically undefined surfaces in the process chamber is largely excluded. Therefore, this method leads especially to sensitive CVD reactions, for example in the deposition of metal oxides, to process stabilization, metal oxide layers are used in particular in the manufacture of highly integrated memory modules as a capacitor dielectric with high dielectric constant or with ferroelectric properties. High dielectric materials include barium strontium titanate (BST) and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ). Ferroelectric metal oxides are, for example, strontium bismuth tantalate (SBT) and lead zirconium titanate (PZT). Also in the production of sup raleitenden oxides such. B. YBa 2 Cu 3 O 7 , the application of the method according to the invention leads to better process results.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen CVD-Reaktors verringert sich der Wartungsaufwand für die CVD-Reaktoren, deren Stand­ zeit damit gleichzeitig verlängert wird. Da durch das konti­ nuierliche Spülen der Kammerwände auch ein Reinigen schwer zugänglicher Bereiche möglich ist, werden eventuell anfallen­ de Wartungsarbeiten erleichtert.Reduced when using the CVD reactor according to the invention the maintenance effort for the CVD reactors, their status time is extended at the same time. As through the conti Thorough rinsing of the chamber walls also difficult to clean accessible areas, may apply en Maintenance work made easier.

Besonders vorteilhaft ist das Spülen der Kammerwände und der Gasdispersionseinrichtung durch weitgehend gleichmäßiges Ver­ teilen des Spülgases auf den Kammerwänden bzw. auf der Gas­ dispersionseinrichtung. Hierdurch werden beispielsweise Ver­ wirbelungen vermieden.Flushing the chamber walls and the is particularly advantageous Gas dispersion device through largely uniform Ver divide the purge gas on the chamber walls or on the gas dispersion device. In this way, for example, Ver swirls avoided.

Bevorzugt wird ein wenig reaktives oder inertes Spülgas ver­ wendet. Ein solches bevorzugtes Spülgas ist beispielsweise Stickstoffgas (N2) oder Argon (Ar). Günstig ist weiterhin, daß Spülgas in Form eines im wesentlichen laminaren Stroms über die Kammerwände bzw. die Gasdispersionseinrichtung zu leiten. Laminare Ströme vermindern einerseits die Gefahr ei­ ner Wirbelbildung, andererseits ist durch diese ein effekti­ ver Abtransport der Reaktionsgase und deren Folgeprodukte von den Kammerwänden bzw. der Gasdispersionseinrichtung möglich. Bevorzugt sollte die Zufuhr des Spülgases so eingestellt sein, daß in unmittelbarer Nähe der freizuhaltenden Oberflä­ chen ein Überschuß an Spülgasen vorherrscht, der infolge ständiger Zufuhr von neuem Spülgas Reaktionsgase oder deren Folgeprodukte von diesen Oberflächen fernhält.A little reactive or inert purge gas is preferably used. Such a preferred purge gas is, for example, nitrogen gas (N 2 ) or argon (Ar). It is also favorable that the purge gas in the form of an essentially laminar flow is passed over the chamber walls or the gas dispersion device. Laminar streams reduce the risk of vortex formation on the one hand, and on the other hand this enables the reaction gases and their secondary products to be effectively removed from the chamber walls or the gas dispersion device. Preferably, the supply of the purge gas should be set so that in the immediate vicinity of the surfaces to be kept there is an excess of purge gases which, due to the constant supply of new purge gas, keeps reaction gases or their secondary products away from these surfaces.

Bei diesem CVD-Reaktor kann durch die weiteren Spülgäsdüsen, die sich im Bereich bzw. in der Nähe der Kammerwände befin­ den, ein Spülgas zum Spülen der Kammerwände in die Prozeßkam­ mer eingeleitet werden. Dadurch werden die Kammerwände insbe­ sondere während der eigentlichen CVD-Abscheidung, d. h. wäh­ rend des Einleitens der Reaktionsgase, ständig mit sauberem Spülgas gespült, so daß an den betroffenen Kammerwänden eine Ablagerung von Reaktionsgasen weitestgehend ausgeschlossen wird.With this CVD reactor, the additional flushing gas nozzles, located in the area or near the chamber walls a purging gas for purging the chamber walls came into the process be initiated. As a result, the chamber walls in particular especially during the actual CVD deposition, d. H. currency After introducing the reaction gases, constantly with clean Purged gas, so that a on the chamber walls concerned Deposition of reaction gases is largely excluded becomes.

Bevorzugt sind die weiteren Spülgäsdüsen in den Kammerwänden angeordnet. Dabei kann die Abstrahlrichtung der Spülgasdüsen etwa senkrecht oder abwärts geneigt bezüglich der Kammerwände ausgerichtet sein. Im einfachsten Fall weisen die Kammerwände eine Vielzahl von Öffnungen auf, durch die hindurch Spülgas tritt. Sofern die Öffnungen in den Kammerwänden abwärts ge­ neigt sind, wird in vorteilhafterweise ein abwärts gerichte­ ter laminärer Strom angetrieben, der besonders effektiv die Reaktionsgase von den Kammerwänden entfernt hält. Außerdem kann dann auf das Anbringen von Spülgasdüsen im unteren Be­ reich der Kammerwände verzichtet werden, da der laminare Spülstrom von oben kommend auch die unteren Kammerwandberei­ che überstreicht.The further flushing gas nozzles in the chamber walls are preferred arranged. The direction of radiation from the flushing gas nozzles can be changed approximately inclined vertically or downwards with respect to the chamber walls be aligned. In the simplest case, the chamber walls face a variety of openings through which purge gas occurs. If the openings in the chamber walls are ge down tend to be a downward facing The laminar current is driven, which is particularly effective Keeps reaction gases away from the chamber walls. Moreover can then on the attachment of purge gas nozzles in the lower loading range of the chamber walls can be dispensed with, since the laminar Flushing stream coming from above also the lower chamber wall area che sweeps over.

Günstig ist weiterhin, die Spülgasdüsen gleichmäßig in den Kammerwänden bzw. in Abhängigkeit vom Belastungsgrad mit Pro­ zeßrückständen verteilt anzuordnen. Insbesondere beim Anord­ nen der Spülgasdüsen in Abhängigkeit vom Belastungsgrad wird die Ablagerung von Prozeßgasen spülgassparend und effektiv vermieden.It is also beneficial to flush the purging gas nozzles evenly Chamber walls or depending on the degree of loading with Pro Arrange zeß remainders. Especially with the arrangement purging gas nozzles depending on the load level the deposition of process gases saves purging gas and effectively avoided.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen CVD-Reaktors ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spülgas­ düsen im oberen Bereich der Kammerwände, der sich oberhalb eines im CVD-Reaktor befindlichen und zu prozessierenden Sub­ strats erstreckt, angeordnet sind, und die Abstrahlrichtung der Spülgasdüsen etwa parallel zu den Kammerwänden ausgerich­ tet ist.Another advantageous embodiment of the invention ß CVD reactor is characterized in that the purge gas nozzles in the upper area of the chamber walls, which is above  a sub located in the CVD reactor and to be processed strats extends, are arranged, and the direction of radiation the purge gas nozzles are aligned approximately parallel to the chamber walls is.

Weiterhin wird bevorzugt, die Spülgasdüsen in einem Ring ent­ lang der Kammerwände zusammenzufassen. Dieser Ring kann bei­ spielsweise Öffnungen in unterschiedliche Richtungen aufwei­ sen, so daß einerseits die senkrechten Kammerwände mit paral­ lel zu diesen ausgerichteten Spüldüsen bespült werden sowie auch oberhalb des Rings angeordnete Kammerwände dem Spülgas zugänglich sind.It is further preferred to ent the purge gas nozzles in a ring long along the chamber walls. This ring can be for example openings in different directions sen, so that on the one hand the vertical chamber walls with paral be flushed to these aligned rinsing nozzles as well also chamber walls arranged above the ring to the purge gas are accessible.

Beim erfindungsgemäßen CVD-Reaktor weist die Gasdispersions­ einrichtung zwischen den Gaseinlaßdüsen, die zum Einleiten des Reaktionsgases vorgesehen sind, jeweils eine oder mehrere Spülgasdüsen auf. Das durch diese Spülgasdüsen strömende Spülgas verteilt sich gleichmäßig über die Oberfläche der Gasdispersionseinrichtung, d. h. im wesentlichen über die un­ tere Seite der Gasdispersionseinrichtung, die dem zu prozes­ sierenden Substrat gegenüberliegt und die Gaseinlaßdüsen trägt, und verhindert dort das Ablagern von Reaktionsgasen. Dadurch wird gleichzeitig ein Verstopfen der Gaseinlaßdüsen unterbunden.In the CVD reactor according to the invention, the gas dispersion has device between the gas inlet nozzles to be introduced of the reaction gas are provided, in each case one or more Purge gas nozzles on. The flowing through these purge gas nozzles Purge gas is distributed evenly over the surface of the Gas dispersion device, d. H. essentially about the un tere side of the gas dispersion device, the process opposing substrate and the gas inlet nozzles and prevents the deposition of reaction gases there. This also clogs the gas inlet nozzles prevented.

Bevorzugt ermöglichen die Spülgasdüsen eine etwa gleichmäßige Verteilung des Spülgases über die Oberfläche der Gasdispersi­ onseinrichtung. Dies kann einerseits durch geeignete Düsen­ formen, beispielsweise durch nach außen hin sich konisch öff­ nende Düsen, erreicht werden.The flushing gas nozzles preferably enable an approximately uniform one Distribution of the purge gas over the surface of the gas dispersion onseinrichtung. On the one hand, this can be done using suitable nozzles shape, for example by opening conically to the outside nozzles.

Eine bevorzugte Ausführungsform des CVD-Reaktors ist weiter­ hin dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich der Gasdisper­ sionseinrichtung ein Ring angeordnet ist, in dem eine Viel­ zahl von Spülgasdüsen zum Einleiten eines Spülgases vorgese­ hen ist, wobei die Abstrahlrichtung dieser Spülgasdüsen etwa parallel zu den Kammerwänden der Prozeßkammer verläuft oder auf die Kammerwände gerichtet ist.A preferred embodiment of the CVD reactor is further hin characterized in that in the edge region of the gas disper Sionseinrichtung a ring is arranged in which a lot Number of purge gas nozzles for introducing a purge gas hen is, the direction of radiation of these purge gas nozzles approximately  runs parallel to the chamber walls of the process chamber or is directed towards the chamber walls.

Der um die Gasdispersionseinrichtung herumgeführte Ring ist mit einer Vielzahl von Spülgasdüsen versehen, durch die die Kammerwände mit einem Spülgas angeblasen werden können. Der Ring kann entweder fest mit der Gasdispersionseinrichtung verbunden oder von ihr getrennt und separat in der Prozeßkam­ mer fixiert sein.The ring around the gas dispersion device is provided with a large number of purge gas nozzles, through which the Chamber walls can be blown with a purge gas. The Ring can either be fixed with the gas dispersion device connected or separated from it and separately in the process always be fixed.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels erläutert und in Figuren schematisch dargestellt. Es zeigen:In the following, the invention is illustrated by means of an embodiment game explained and shown schematically in figures. It demonstrate:

Fig. 1 eine Übersicht über einen exemplarischen CVD-Reaktor, Fig. 1 is an overview of an exemplary CVD reactor,

Fig. 2 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele von Spülgasdüsen in den Kammerwänden, FIGS. 2 to 4 different embodiments of Spülgasdüsen in the chamber walls,

Fig. 5 eine Gasdispersionseinrichtung mit integ­ rierten Spülgasdüsen und Fig. 5 shows a gas dispersion device with integrated purge gas nozzles and

Fig. 6 die Gasdispersionseinrichtung mit integ­ riertem Spülgasring in Draufsicht. Fig. 6 shows the gas dispersion device with integrated purge gas ring in plan view.

Zunächst soll die Funktionsweise eines CVD-Reaktors am Bei­ spiel einer SBT-Abscheidung erläutert werden. Dazu wird auf Fig. 1 verwiesen. Der dort dargestellte CVD-Reaktor 5 umfaßt eine Prozeßkammer 10, in die über einen Schleusenbereich 15 ein Substrat 20 eingebracht werden kann. Das eingebrachte Substrat 20, beispielsweise eine Siliziumscheibe, liegt in der Prozeßkammer 10 auf einem Träger 25 und wird auf diesen beispielsweise durch Unterdruck festgesaugt. Unterhalb des Trägers 25 befindet sich eine Heizung 30 zum Temperieren des Trägers 25 und des Substrats 20. Bei der hier vorliegenden Ausführungsform wird eine elektrische Heizung 30 mit Anschlüssen 35 verwendet. Gegenüber dem Träger 25 ist im oberen Bereich der Prozeßkammer 10 eine Gasdispersionseinrichtung 40 angeordnet. Diese dient einerseits zum Vermischen von Reakti­ onsgasen mit oxidierenden Gasen sowie andererseits zum gleichmäßigen Verteilen des entstandenen Reaktionsgasgemi­ sches innerhalb der Prozeßkammer 10 und insbesondere in der Nähe des Substrats 20.First, the operation of a CVD reactor will be explained using the example of an SBT deposition. For this purpose, reference is made to FIG. 1. The CVD reactor 5 shown there comprises a process chamber 10 , into which a substrate 20 can be introduced via a lock area 15 . The introduced substrate 20 , for example a silicon wafer, lies in the process chamber 10 on a carrier 25 and is sucked onto it, for example by negative pressure. A heater 30 for tempering the carrier 25 and the substrate 20 is located below the carrier 25 . In the present embodiment, an electrical heater 30 with connections 35 is used. A gas dispersion device 40 is arranged opposite the carrier 25 in the upper region of the process chamber 10 . This serves on the one hand for mixing reaction gases with oxidizing gases and on the other hand for evenly distributing the resulting reaction gas mixture within the process chamber 10 and in particular in the vicinity of the substrate 20th

Die Gasdispersionseinrichtung 40 weist zwei Einlaßöffnungen auf. Durch die erste Einlaßöffnung 45 wird das sogenannte Precursorgas der Gasdispersionseinrichtung 40 zugeführt. Das Precursorgas enthält bei einer SBT-Abscheidung flüchtige Strontium-, Bismut- und Tantalkomplexe, die bevorzugt β- Diketonate enthalten. Damit dieses Gemisch gasförmig vor­ liegt, muß es zunächst verdampft werden. Dazu sind die zu­ nächst fest vorliegenden Komplexe in einem geeigneten Lö­ sungsmittel, beispielsweise in Oktan und Dekan, gelöst und werden in einem sogenannten Flashverdampfer einer Verdampfung unterzogen und mit einem Trägergas (Ar) versetzt. Das ent­ standene gasförmige Gemisch gelangt nachfolgend zur Gasdis­ persionseinrichtung 40. In dieser wird das Gemisch mit einem Oxidationsgas aus Argon und Sauerstoff versetzt. Sauerstoff wird zum Verbrennen der Komplexe benötigt, damit sich auf der Oberfläche 50 des Substrats 20 eine Metalloxidschicht bilden kann.The gas dispersion device 40 has two inlet openings. The so-called precursor gas is supplied to the gas dispersion device 40 through the first inlet opening 45 . During an SBT deposition, the precursor gas contains volatile strontium, bismuth and tantalum complexes, which preferably contain β-diketonates. So that this mixture is gaseous, it must first be evaporated. For this purpose, the complexes which are initially solid are dissolved in a suitable solvent, for example in octane and decane, and are subjected to evaporation in a so-called flash evaporator and mixed with a carrier gas (Ar). The resulting gaseous mixture subsequently arrives at the gas dispersion device 40 . An oxidizing gas of argon and oxygen is added to the mixture in this. Oxygen is required to burn the complexes so that a metal oxide layer can form on the surface 50 of the substrate 20 .

Das Vermischen der gasförmigen. Komplexe mit dem Oxidationsgas findet innerhalb der Gasdispersionseinrichtung 40 im Bereich der Vermischungszone 55 statt, die sich seitlich von soge­ nannten Trennplatten 60 befinden. Unterhalb der Vermischungs­ zone 55 liegen die Gaseinlaßdüsen 65, durch die hindurch das entstandene Reaktionsgasgemisch in die Prozeßkammer 10 ge­ langt.Mixing the gaseous. Complexes with the oxidation gas take place within the gas dispersion device 40 in the area of the mixing zone 55 , which are located on the side of so-called partition plates 60 . Below the mixing zone 55 are the gas inlet nozzles 65 , through which the resulting reaction gas mixture in the process chamber 10 ge reaches.

Seitlich der Gasdispersionseinrichtung 40 befindet sich im oberen Bereich der Prozeßkammer 10 ein umlaufender Ring 70, der mit einer Vielzahl von Spülgasdüsen 75' versehen ist. On the side of the gas dispersion device 40 there is a circumferential ring 70 in the upper region of the process chamber 10 , which ring is provided with a multiplicity of flushing gas nozzles 75 '.

Durch diese hindurch wird ein inertes Spülgas, beispielsweise Stickstoff, in die Prozeßkammer 10 eingeleitet, wobei die Spülgasdüsen 75' so ausgerichtet sind, daß sie die Kammerwän­ de 80 der Prozeßkammer 10 anblasen. Dadurch wird von den Kam­ merwänden 80 das in die Prozeßkammer 10 eingeleitete Reakti­ onsgasgemisch ferngehalten, so das sich dort keine Prozeß­ rückstände ablagern können. Im wesentlichen werden die ober­ halb des Substrats 20 liegenden Bereiche 85 der Kammerwände 80 mit Spülgas versorgt. Das sind hauptsächlich die Bereiche, von denen aus die Oberfläche 50 des Substrats 20 gesehen wer­ den kann, bzw. die sich oberhalb des Substrats 20 befinden. Da der allgemeine Gasstrom innerhalb der Prozeßkammer 10 von oben nach unten gerichtet ist, ist das Anblasen dieser Berei­ che 85 ausreichend, um die Gefahr einer Verunreinigung der Oberfläche 50 des Substrats 20 auszuschließen. Zusätzlich zu dem über den Ring 70 eingeleiteten Spülgas wird auch Spülgas durch Öffnungen 90 unterhalb des Trägers 25 sowie Öffnungen 95 im Bereich des Schleusenbereichs 15 eingeleitet.Through this an inert purge gas, for example nitrogen, is introduced into the process chamber 10 , the purge gas nozzles 75 'being oriented such that they blow on the chamber walls 80 of the process chamber 10 . As a result, the onsgas mixture introduced into the process chamber 10 is kept away from the chamber walls 80 so that no process residues can be deposited there. Essentially, the regions 85 of the chamber walls 80 lying above the substrate 20 are supplied with purge gas. These are mainly the areas from which the surface 50 of the substrate 20 can be seen, or which are above the substrate 20 . Since the general gas flow within the process chamber 10 is directed from top to bottom, the blowing on these areas 85 is sufficient to exclude the risk of contamination of the surface 50 of the substrate 20 . In addition to the purge gas introduced via the ring 70 , purge gas is also introduced through openings 90 below the carrier 25 and openings 95 in the area of the lock area 15 .

Bei Abscheidung einer SBT-Schicht muß das Substrat 20 auf Temperaturen zwischen 250°C und 650°C erwärmt werden. Demge­ genüber liegt die Temperatur der Kammerwände 80 sowie der Gasdispersionseinrichtung 40 bei einer Temperatur von etwa 200°C. Um auf diesen relativ kalten Oberflächen eine undefi­ nierte Abscheidung zu verhindern wird kontinuierlich während des Einleitens des Reaktionsgasgemisches Spülgas auf die betreffenden Oberflächen geblasen. Durch Absaugrohre 100 mit großem Querschnitt, die im unteren Bereich der Prozeßkammer 10 mit dieser in Verbindung stehen, werden die verbrauchten Prozeßgase sowie die an den Kammerwänden abfallenden Spülgase abgesaugt. Die in der Gasdispersionseinrichtung 40 integrier­ ten Spülgasdüsen 75' werden im Detail in späteren Figuren er­ klärt.When an SBT layer is deposited, the substrate 20 must be heated to temperatures between 250 ° C. and 650 ° C. In contrast, the temperature of the chamber walls 80 and the gas dispersion device 40 is at a temperature of approximately 200 ° C. In order to prevent an undefi ned deposition on these relatively cold surfaces, purging gas is continuously blown onto the relevant surfaces during the introduction of the reaction gas mixture. The used process gases and the purging gases falling off the chamber walls are sucked off through suction pipes 100 with a large cross section, which are connected to the latter in the lower region of the process chamber 10 . The flushing gas nozzles 75 'integrated into the gas dispersion device 40 ' are explained in detail in later figures.

Im folgenden werden verschiedene Möglichkeiten der Spülgasdü­ sen sowie deren Anordnung in den Kammerwänden erklärt. In Fig. 2 ist ein Ausschnitt einer Kammerwand 80 im oberen Bereich einer Prozeßkammer dargestellt. Die Kammerwand 80 ist mit einer Vielzahl von Spülgasdüsen 75" versehen, deren Ab­ strahlrichtung 105 senkrecht zu der Kammerwand 80 ausgerich­ tet ist. Die Kammerwand 80 ist durch einen Mantel 110 um­ hüllt, der zur Zuführung des Spülgases dient. Dazu befinden sich am Mantel 110 geeignete Rohrleitungen 115.In the following, various possibilities of flushing gas nozzles and their arrangement in the chamber walls are explained. In FIG. 2 a section of a chamber wall 80 is shown in the upper portion of a process chamber. The chamber wall 80 is provided with a plurality of Spülgasdüsen 75 ", whose From the beam direction is tet be rich 105 perpendicular to the chamber wall 80. The chamber wall 80 is to enveloped, which is used by a jacket 110 for feeding the purge gas. These are located on the casing 110 suitable piping 115 .

In Fig. 3 sind schräg zur Kammerwand 80 ausgerichtete Spül­ gasdüsen dargestellt. Deren Abstrahlrichtung 105 ist nach un­ ten gerichtet, so daß das eingeleitete Spülgas von Anfang an einen nach unten gerichteten laminaren Gasstrom bildet. Be­ vorzugt sind die Spülgasdüsen 75" in einem regelmäßigen Mus­ ter in der Kammerwand angeordnet. Dies ist in dem in Fig. 4 dargestellten Kammerwandausschnitt gezeigt.In Fig. 3 80 oriented rinsing gas nozzles are shown obliquely from the chamber wall. Their direction of radiation 105 is directed to un th, so that the purge gas introduced forms a downward laminar gas stream from the beginning. The flushing gas nozzles 75 ″ are preferably arranged in a regular pattern in the chamber wall. This is shown in the chamber wall section shown in FIG. 4.

Die Anordnung der Spülgasdüsen 75 in der Gasdispersionsein­ richtung 40 ist in Fig. 5 dargestellt. Im unteren Bereich der Gasdispersionseinrichtung 40 befinden sich zwischen den Gaseinlaßdüsen 65 die Spülgasdüsen 75. Diese sind in einem Flachkammersystem 120 untergebracht, das eine seitliche Ein­ laßöffnung 125 zur Zuführung des Spülgases aufweist. Das Flachkammersystem 120 wird von vielen Kanälen 130 durchsetzt, die eine Verbindung zwischen dem Innenraum 135 der Gasdisper­ sionseinrichtung 40 und der Prozeßkammer 10 herstellen, je­ doch gegenüber dem Flachkammersystem 120 abgedichtet sind. Diese Kanäle 130 gehen in ihrem, der Prozeßkammer 10 zuge­ wandten Ende in die Gaseinlaßdüsen 65 über. Zwischen jeweils einer Gaseinlaßdüse 65 befindet sich eine Spülgasdüse 75, die durch eine einfache, zur Prozeßkammer 10 gewandten Öffnung im Flachkammersystem 120 gebildet wird. Das aus den Spülgasdüsen 75 strömende Spülgas verteilt sich zunächst relativ gleichmä­ ßig über die Oberfläche 140 der Gasdispersionseinrichtung 40. Im Bereich der Gaseinlaßdüsen 65 wird es nun mit dem einstö­ mendem Reaktionsgasgemisch fortgespült. Damit wird ein Über­ streichen der Oberfläche, 140 mit Reaktionsgasen vermieden.The arrangement of the flushing gas nozzles 75 in the Gasdispersionsein direction 40 is shown in Fig. 5. In the lower region of the gas dispersion device 40 , the purge gas nozzles 75 are located between the gas inlet nozzles 65 . These are housed in a flat chamber system 120 , which has a lateral inlet opening 125 for supplying the purge gas. The flat chamber system 120 is penetrated by many channels 130 , which create a connection between the interior 135 of the gas dispersion device 40 and the process chamber 10 , but are sealed against the flat chamber system 120 . These channels 130 go in their, the process chamber 10 facing end into the gas inlet nozzles 65 . Between each gas inlet nozzle 65 there is a purge gas nozzle 75 which is formed by a simple opening in the flat chamber system 120 facing the process chamber 10 . The purge gas flowing from the purge gas nozzles 75 is initially distributed relatively uniformly over the surface 140 of the gas dispersion device 40 . In the area of the gas inlet nozzles 65 , it is now flushed away with the reacting gas mixture. This avoids over painting the surface 140 with reaction gases.

Die zweidimensionale Anordnung der Spülgasdüsen sowie der Gaseinlaßdüsen ist in Fig. 6 dargestellt. Beide Düsenarten sind in einem gleichen, jedoch gegeneinander versetzten Mus­ ter angeordnet. In Draufsicht auf die Gasdispersionseinrich­ tung 40 ist in ihrem Randbereich 145 weiterhin ein die Gas­ dispersionseinrichtung 40 umlaufender Ring 70 mit integrier­ ten Spülgasdüsen 75' zu erkennen. Diese dienen zum Anblasen der Kammerwände und zur Bildung eines gleichmäßigen und lami­ naren Stromes entlang der Kammerwände. Sofern diese Spülgas­ düsen 75' in ausreichendem Maße um die Gasdispersionseinrich­ tung 40 verteilt sind und ein gleichmäßiges Bespülen der Kam­ merwände erreicht wird, kann auf die Spülgasdüsen in den Kam­ merwänden verzichtet werden. Der Randbereich 145 erstreckt sich im wesentlichen seitlich der Gasdispersionseinrichtung 40 bis zu den Kammerwänden 80 der Prozeßkammer 10, so daß auch der in Fig. 1 dargestellte Ring 70 im Randbereich 145 der Gasdispersionseinrichtung 40 liegt. The two-dimensional arrangement of the purge gas nozzles and the gas inlet nozzles is shown in FIG. 6. Both types of nozzles are arranged in the same, but staggered pattern. In plan view of the Gasdispersionseinrich device 40 is in its edge region 145 continues to see the gas dispersion device 40 encircling ring 70 with integrated purging gas nozzles 75 '. These serve to blow on the chamber walls and to form a uniform and laminar flow along the chamber walls. If these purging gas nozzles 75 'are sufficiently distributed around the Gasdispersionseinrich device 40 and a uniform purging of the chamber walls is achieved, the purging gas nozzles in the chamber walls can be dispensed with. The edge area 145 extends essentially to the side of the gas dispersion device 40 up to the chamber walls 80 of the process chamber 10 , so that the ring 70 shown in FIG. 1 also lies in the edge area 145 of the gas dispersion device 40 .

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

55

CVD-Reaktor
CVD reactor

1010

Prozeßkammer
process chamber

1515

Schleusenbereich
lock area

2020

Substrat
substratum

2525

Träger
carrier

3030

Heizung
heater

3535

Anschlüsse der Heizung
Heating connections

4040

Gasdispersionseinrichtung
Gas dispersion means

4545

erste Einlaßöffnung
first inlet opening

4747

zweite Einlaßöffnung
second inlet opening

5050

Oberfläche des Substrats
Surface of the substrate

5555

Vermischungszone
mixing zone

6060

Trennplatte
separating plate

6565

Gaseinlaßdüsen
Gas inlet nozzles

7070

Ring
ring

7575

, .

7575

', '

7575

" Spülgasdüsen
"Purge gas nozzles

8080

Kammerwände
chamber walls

8585

Bereiche der Kammerwände
Areas of the chamber walls

9090

, .

9595

Öffnungen
openings

100100

Absaugrohre
suction pipes

105105

Abstrahlrichtung
radiation direction

110110

Mantel
coat

115115

Rohrleitungen
piping

120120

Flachkammernsystem
Flat-chamber system

125125

Einlaßöffnung
inlet port

130130

Kanäle
channels

135135

Innenraum
inner space

140140

Oberfläche der Gasdispersionseinrichtung
Surface of the gas dispersion device

145145

Randbereich der Gasdispersionseinrichtung
Edge area of the gas dispersion device

Claims (3)

1. CVD-Reaktor mit einer Prozeßkammer (10) die Kammerwände (80), eine Gasdispersionseinrichtung (40) zum Einleiten eines Reaktionsgases oder eines Reaktionsgasgemisches in die Pro­ zeßkammer (10) und einen Träger (25) zum Halten eines zu pro­ zessierenden Substrats (20) aufweist, wobei im Bereich der Kammerwände (80) eine Vielzahl von Spülgasdüsen (75) zum Ein­ leiten eines Spülgases in die Prozeßkammern (10) angeordnet sind, und wobei die Spülgasdüsen (75) so ausgerichtet sind, daß zumindest einige Bereiche der Gasdispersionseinrichtung (40), die sich oberhalb der zu prozessierenden Oberfläche (50) des Substrats (20) befindet, einer Zufuhr von Spülgas unterliegen,
wobei die Spülgasdüsen (75) in der Gasdispersionseinrichtung (40) zwischen Gaseinlaßdüsen (65) zum Einleiten eines Spülga­ ses angeordnet sind,
wobei die Spülgasdüsen (75) in einem Flachkammersystem (120) untergebracht sind, das von einer Mehrzahl von Kanälen (130) durchsetzt ist, die eine Verbindung zwischen einem Innenraum (135) der Gasdispersionseinrichtung (40) und der Prozeßkammer (10) bilden und gegenüber dem Flachkammersystem (120) abge­ dichtet sind,
wobei die Kanäle (130) in ihren, der Prozeßkammer (10) zuge­ wandten Enden in die Gaseinlaßdüsen (65) übergehen und,
wobei sich zwischen zwei Gaseinlaßdüsen (65) eine Spülgasdüse (75) befindet, die durch eine zur Prozeßkammer (10) gewandte Öffnung im Flachkammersystem (120) gebildet ist.
1. CVD reactor with a process chamber ( 10 ) the chamber walls ( 80 ), a gas dispersion device ( 40 ) for introducing a reaction gas or a reaction gas mixture into the process chamber ( 10 ) and a carrier ( 25 ) for holding a substrate to be processed ( 20 ), wherein in the region of the chamber walls ( 80 ) a multiplicity of purging gas nozzles ( 75 ) for introducing a purging gas into the process chambers ( 10 ) are arranged, and wherein the purging gas nozzles ( 75 ) are oriented such that at least some areas of the gas dispersion device ( 40 ), which is located above the surface ( 50 ) of the substrate ( 20 ) to be processed, are subject to a supply of purge gas,
wherein the flushing gas nozzles ( 75 ) are arranged in the gas dispersion device ( 40 ) between gas inlet nozzles ( 65 ) for introducing a flushing gas,
wherein the purge gas nozzles ( 75 ) are accommodated in a flat chamber system ( 120 ) which is penetrated by a plurality of channels ( 130 ) which form a connection between an interior ( 135 ) of the gas dispersion device ( 40 ) and the process chamber ( 10 ) and opposite the flat chamber system ( 120 ) are sealed,
the channels ( 130 ) merging into the gas inlet nozzles ( 65 ) in their ends facing the process chamber ( 10 ) and,
wherein between two gas inlet nozzles ( 65 ) there is a flushing gas nozzle ( 75 ) which is formed by an opening in the flat chamber system ( 120 ) facing the process chamber ( 10 ).
2. CVD-Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich (145) der Gasdispersionseinrichtung (40) ein Ring (70) angeordnet ist, in dem eine Vielzahl von weiteren Spülgasdüsen (75') zum Einleiten eines Spülgases vorgese­ hen ist, wobei die Abstrahlrichtung (105) dieser weiteren Spülgasdüsen (75') etwa parallel zu den Kammerwänden (80) der Prozeßkammer (10) verläuft oder auf die Kammerwände (80) ge­ richtet ist.2. CVD reactor according to claim 1, characterized in that in the edge region ( 145 ) of the gas dispersion device ( 40 ) a ring ( 70 ) is arranged, in which a plurality of further flushing gas nozzles ( 75 ') is provided for introducing a flushing gas, wherein the radiation direction ( 105 ) of these further flushing gas nozzles ( 75 ') runs approximately parallel to the chamber walls ( 80 ) of the process chamber ( 10 ) or is directed towards the chamber walls ( 80 ). 3. CVD-Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Spülgasdüsen (75") in den Kammerwänden (80) an­ geordnet sind, wobei die Abstrahlrichtung (105) dieser weite­ ren Spülgasdüsen (75") etwa senkrecht oder abwärts geneigt bezüglich der Kammerwände (80) ausgerichtet ist.3. CVD reactor according to claim 1, characterized in that further purge gas nozzles ( 75 ") are arranged in the chamber walls ( 80 ), the radiation direction ( 105 ) of these wide ren purge gas nozzles ( 75 ") inclined approximately vertically or downwards with respect to Chamber walls ( 80 ) is aligned.
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