DE3722944A1

DE3722944A1 - Duennschichtaufdampfvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE3722944A1
Application number: DE19873722944
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Itoh
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1987-07-10
Publication date: 1988-01-21
Also published as: JPS6318079A; US4817558A; JPH0830273B2; KR900005122B1; DE3722944C2; KR880002251A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ablagern bzw. Aufdampfen einer (eines) dünnen Schicht oder Films nach chemischer Aufdampf- bzw. CVD-Technik und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auf dampfen einer Dünnschicht unter Erwärmung eines Trägers (Substrats), auf den (das) die Schicht aufgedampft wird. Speziell betrifft die Erfindung eine Dünnschichtaufdampf vorrichtung, die für den selektiven CVD-Prozeß geeignet ist.

Der CVD-Prozeß stellt eine der Dünnschichtaufdampfmethoden dar, die für die Herstellung von integrierten Halbleiter schaltkreisen angewandt werden. Nach diesem Prozeß wird z.B. eine Dünnschicht aus polykristallinem Silizium aus Silan (SiH₄) als Ausgangsgas oder eine Siliziumdioxid-Dünn schicht aus Organosilan aufgedampft. In neuerer Zeit wurde der CVD-Prozeß als Methode zum Aufdampfen einer (eines) Aluminiumschicht oder -films aus einer Organoaluminiumver bindung oder von Dünnschichten aus feuerfestem Material und/oder Siliciden davon aus Halogeniden feuerfesten Me talls erprobt.

Der CVD-Prozeß wird nach zwei Methoden ausgeführt, nämlich einmal einer Atmosphärendruck-CVD-Methode, bei welcher eine Dünnschicht unter Atmosphärendruck aufgedampft wird, und zum anderen einer Niederdruck-CVD-Methode, bei welcher eine Dünnschicht unter reduziertem Druck aufgedampft wird. Derzeit wird die letztere Methode bevorzugt, weil sie eine höhere Produktionsleistung, eine höhere Gleichförmigkeit der Schichtgüte und eine bessere Stufenbedeckung (step coverage) gewährleistet.

Für das Dünnschichtaufdampfen nach dem CVD-Prozeß wurde herkömmlicherweise ein Chargensystem angewandt. Dabei wird eine Dünnschicht jeweils auf mehrere Träger gleichzeitig aufgedampft. Falls jedoch die Oberfläche jedes Trägers eine Mikrostruktur aufweist, kann das Chargensystem zu Schwankungen in der Schichtdicke auf den einzelnen Sub straten führen, was zeitweilig zu ungenügender Bedeckung (coverage) führt. Zur Vermeidung dieses Nachteils wurde sodann ein "Einplättchen"-System entwickelt, bei dem Träger jeweils einzeln für die Dünnschichterzeugung in eine Reak tionskammer eingeführt werden. Bei einem auf dem "Ein plättchen"-System basierenden CVD-Gerät erfolgt jedoch das Dünnschichtaufdampfen unter Erwärmung jedes auf einem Auf nehmer befindlichen Trägers zwecks Beschleunigung einer Film- oder Schichtbildungsreaktion auf der Trägerober fläche. Dies ist mit den nachstehend geschilderten Problemen verbunden.

Zum einen werden der den Träger tragende Aufnehmer (susceptor) und der dicht neben dem Träger befindliche Abschnitt eines Reaktionsgefäßes auf hohe Temperatur erwärmt, so daß eine Dünnschicht nicht nur auf die Oberfläche des Trägers, son dern auch auf die Oberflächen der erwärmten Abschnitte des Geräts aufgedampft wird. Dies bedeutet eine Vergeudung des Ausgangsgases für die Schichtaufdampfung mit erhöhten Kosten und einer Herabsetzung der Aufdampfgeschwindigkeit auf der Trägeroberfläche.

Zum anderen wächst die auf die erwähnte Weise auf die Ober fläche des Aufnehmers o.dgl. aufgedampfte Dünnschicht in jedem Zyklus des Schichterzeugungsvorgangs. Schließlich löst sich die Schicht von der Aufnahmeoberfläche und haf tet in Form niedergeschlagenen Staubs während der Dünn schichtaufdampfung an der Trägeroberfläche an, wodurch die Eigenschaften der Dünnschicht auf dem Träger beein trächtigt werden. Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltkreisen führt dies zu einem schwerwiegen den Defekt oder Fehler in solchen Schaltkreisen, durch den das Ausbringen ganz erheblich herabgesetzt wird. Dieses Problem tritt insbesondere bei der Anwendung des selek tiven CVD-Prozesses häufig auf.

Wenn weiterhin eine Schicht auf einen von der Trägerober fläche verschiedenen Bereich aufgedampft wird, entsteht in einem Reaktionsraum eine große Menge an Reaktionsneben produkt. Hierdurch erhält ein reaktionsfähiges Gas im Be reich der Trägeroberfläche eine so komplizierte (komplexe) Zusammensetzung, daß es schwierig wird, den CVD-Prozeß und die Güte der erzeugten Dünnschicht zu steuern. Dieses Problem entsteht häufig auch beim selektiven CVD-Prozeß. Bei letzterem wird zudem dessen Selektivität durch das Reaktionsnebenprodukt beeinträchtigt, so daß möglicher weise eine Dünnschicht auf einen unerwünschten Abschnitt der Trägeroberfläche aufgedampft wird.

Das obige Problem ist bei Anwendung der Niederdruck-CVD- Methode besonders auffällig. Der Grund hierfür besteht darin, daß bei dieser Methode der Druck zwischen einem Schicht-Träger, auf den eine Dünnschicht aufgedampft wer den soll, und einem den Träger tragenden Aufnehmer redu ziert ist. Infolgedessen wird der Wirkungsgrad der (des) Wärmeübertragung oder -übergangs zwischen Aufnehmer und Träger so niedrig, daß die Wärme nicht ohne weiteres vom Aufnehmer auf den Träger übertragen werden kann. Demzu folge steigt die Oberflächentemperatur des Aufnehmers über diejenige des Trägers hinaus an, so daß sich eine Schicht leicht auf der Aufnehmeroberfläche bilden kann.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Dünn schichtaufdampfvorrichtung, in welcher ein Substrat oder Träger, auf das bzw. den eine Dünnschicht aufgedampft wer den soll, zur Beschleunigung der Dünnschichtaufdampfung erwärmt wird und in welcher eine Aufdampfreaktion auf der Oberfläche eines vom Träger verschiedenen Teils, z.B. auf einem den Träger tragenden Teil, wie dem Aufnehmer, gehemmt oder verhindert wird, so daß eine Dünnschicht hoher Güte mit hohem Wirkungsgrad auf die Oberfläche des Trägers auf gedampft werden kann.

Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung auch die Schaffung eines Dünnschichtaufdampfverfahrens, mit dem die Selektivität der Dünnschichtaufdampfung nach dem selektiven CVD-Prozeß verbessert werden kann.

Die obige Aufgabe wird bei einer Dünnschichtaufdampfvor richtung, umfassend ein Reaktionsgefäß zur Aufnahme eines Ausgangsgases für eine Dünnschicht- oder Dünnfilmaufdampf reaktion, ein im Reaktionsgefäß in einer vorbestimmten Lage angeordnetes Träger-Halteelement zum Auflegen eines Substrats oder Trägers, auf das bzw. den eine Dünnschicht aufgedampft werden soll, und eine Heizeinrichtung zum Er wärmen des Träger-Halteelements für das Aufdampfen der Dünnschicht unter Erwärmung des Trägers, erfindungsgemäß gelöst durch ein Abdeckelement, das mit Berührung oder be rührungsfrei die Gesamtoberfläche des Träger-Halteelements, mit Ausnahme einer Träger-Lagerfläche, auf welche der Träger auflegbar ist, abdeckt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Dünnschichtaufdampf verfahren unter Verwendung einer Dünnschichtaufdampfvor richtung mit einem Reaktionsgefäß zur Aufnahme eines Aus gangsgases für eine Dünnschichtaufdampfreaktion, einem im Reaktionsgefäß in einer vorbestimmten Lage angeordneten Träger-Halteelement zum Auflegen eines Substrats oder Trägers, auf das bzw. den eine Dünnschicht aufgedampft werden soll, einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Träger- Halteelements für das Aufdampfen der Dünnschicht unter Erwärmung des Trägers und einem Abdeckelement, das mit Berührung oder berührungsfrei die Gesamtoberfläche des Träger-Halteelements, mit Ausnahme eines Abschnitts, auf den der Träger auflegbar ist, abdeckt, wobei bei diesem Verfahren die Dünnschicht auf den auf das Träger-Halteele ment aufgelegten Träger aufgedampft wird, der einen vorbe stimmten, die Dünnschichtaufdampfreaktion des Ausgangs gases beschleunigenden Oberflächenbereich aufweist, so daß die Dünnschicht selektiv nur auf den vorbestimmten Ober flächenbereich des Trägers aufgedampft wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Abdeckelement berührungsfrei die Gesamtoberfläche des Träger-Halteelements, mit Ausnahme des Abschnitts, auf den der Träger aufgelegt werden soll, abdeckt.

Erfindungsgemäß ist der Wärmeübergangsgrad zwischen dem Träger-Halteelement und dem Abdeckelement, das einen Teil der Oberfläche des Halteelements abdeckt, sehr gering, obgleich die beiden Elemente miteinander in Berührung stehen. Demzufolge ist die Oberflächentemperatur des Ab deckelements niedriger als diejenige des Träger-Halteele ments, und sie kann durch zweckmäßige Wahl der Bedingungen niedriger als die Oberflächentemperatur des Trägers einge stellt werden.

Auf diese Weise kann die Aufdampfung einer Schicht auf ein vom Träger verschiedenes Element, wie Träger-Halteelement oder Innenwand des Reaktionsgefäßes, im Bereich des Trägers gehemmt oder verhindert werden. Als Folge können die ver schiedenen, bei Verwendung des herkömmlichen Geräts auf tretenden Probleme ausgeräumt werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Dünnschichtaufdampf vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines bei der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendeten Abdeckelements,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Aufdampfgeschwin digkeit (Kurve I) bei der Vorrichtung nach Fig. 1 bei ihrem tatsächlichen Einsatz zum Aufdampfen einer Dünnschicht aus Wolfram im Vergleich zur entsprechenden Geschwindigkeit (Kurve II) bei einer herkömmlichen Vorrichtung,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Dünnschichtaufdampf vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Dünnschichtaufdampf vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Hauptteils bei einer Dünnschichtaufdampfvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Hauptteils bei einer Dünnschichtaufdampfvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Dünnschicht aufdampfvorrichtung, die als Niederdruck-CVD-Vorrichtung eines jeweils ein Plättchen behandelnden Typs (leaf-by-leaf type) ausgelegt ist.

In Fig. 1 ist ein aus Metall, wie rostfreier Stahl, herge stelltes Reaktionsgefäß 1 dargestellt, das in seinem Inneren einen Reaktionsraum 2 festlegt, in welchem eine Dünnschicht nach der Niederdruck-CVD-Methode aufdampfbar ist. Reaktionsgas-Speiserohre 4 a, 4 b und 4 c führen von der Außenseite des Gefäßes 1 in den Raum 2, wobei das Rohr 4 c außerhalb des Reaktionsraums 2 in das Rohr 4 a mündet. Die Rohre 4 a-4 c sind jeweils außerhalb des Gefäßes 1 mit Ven tilen 3 a, 3 b bzw. 3 c versehen. An die innerhalb des Reak tionsraums 2 befindlichen Enden der Rohre 4 a und 4 b sind jeweils ringförmige Düsen bzw. Düsenringe 5 a bzw. 5 b ange schlossen, die ihrerseits jeweils eine Anzahl von nach unten gerichteten Gasausblasöffnungen aufweisen. Im Boden des Raums 2 angeordnete Absaugöffnungen 6 sind mit einem nicht dargestellten Absaugsystem verbunden.

Am Boden des Reaktionsraums 2 befindet sich weiterhin ein Träger-Halte- oder -Aufnahmeelement 7, das durch Hoch ziehen des Bodenabschnitts des Reaktionsgefäßes 1 auf die in Fig. 1 gezeigte Weise gebildet ist. Das Halteelement 7 liegt somit im wesentlichen in Form eines umgedrehten Zy linders mit geschlossenem Boden vor. Das Halteelement 7 weist eine flache Träger-Lagerfläche 8 auf, die ein Sub strat oder einen Träger (z.B. ein Siliziumplättchen) 9, auf das bzw. den eine Dünnschicht aufgedampft werden soll, trägt. Zum Positionieren des Trägers 9 dienende Positionier oder Ausrichtzapfen 10 (bei der dargestellten Ausführungs form drei Ausrichtzapfen) ragen vom Umfangsrandbereich der Lagerfläche 8 nach oben. Eine Substrat-Einlaß/Auslaßöffnung 12 ist in der Seitenwand des Gefäßes 1 vorgesehen und mit tels einer Tür 11 verschließbar. Im Inneren des Halte elements 7 sind eine Infrarotlampe 13 und ein Reflektor 13′ angeordnet, die eine Wärmequelle zum Erwärmen des Trägers 9 bilden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist weiterhin ein aus einem Material (z.B. Quarz) einer niedrigen Wärmeleit fähigkeit bestehendes Abdeckelement 14 vorgesehen, welches die Gesamtoberfläche des Träger-Halteelements 7, mit Aus nahme der Träger-Lagerfläche 8, bedeckt. Das Abdeckele ment 14 umfaßt drei ringförmige Platten 15 a, 15 b und 15 c eines L-förmigen Querschnitts und unterschiedlicher Durch messer sowie ein die ringförmigen Platten einheitlich mit einander verbindendes Verbindungselement 16. Aufgrund die ser Ausgestaltung legt das Abdeckelement 14 in seinem Inneren drei Räume oder Kammern fest, die miteinander über nicht dargestellte, die ringförmigen Platten als Trenn wände durchsetzende Bohrungen miteinander in Verbindung stehen. Diese Kammern sind mit einem Druckbelüftungs-Absaugssystem 19 über eine Rohr-Leitung 17, die von einer Entlüftungsleitung im Boden des Gefäßes 1 abgeht, und ein Ventil 18 ver bunden. Die im Inneren des Abdeckelements 14 festgelegten Kammern können außerdem über eine Rohr-Leitung 17′ mit einem Gas, wie Stickstoff oder Argon, beschickt werden. Bei dieser Anordnung kann der in einem vom Abdeckelement 14 umschlossenen Innenraum herrschende Druck unabhängig vom Innendruck des Reaktionsraums 2 variiert werden, und zwar zwischen einem reduzierten Druck und einem höheren, durch z.B. Stickstoff- oder Argongas erzeugten Druck.

Das Abdeckelement 14 ist so angeordnet, daß die Oberseite seiner äußersten ringförmigen Platte 15 a praktisch bündig mit der Träger-Lagerfläche 8 des Träger-Halteelements 7 abschließt. Während der Dünnschichtaufdampfung ist daher die Lagerfläche 18 des Halteelements 7 mit dem Träger 9 bedeckt, während die anderen Oberflächenabschnitte des Halteelements 7 durch das Abdeckelement 14 abgedeckt sind. Die auf hoher Temperatur befindliche Oberfläche des Halte elements 7 ist somit vor dem unmittelbaren Einfluß einer für die Dünnschichtaufdampfung benutzten Atmosphäre ge schützt. Die den äußersten Teil des Abdeckelements 14 bil dende ringförmige Platte 15 a ist dabei so angeordnet, daß ihre Innenkante mit dem Halteelement 7 nicht in Berührung steht. Infolgedessen kann das Abdeckelement 14 auf einer niedrigeren Oberflächentemperatur gehalten werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist außerdem die Innenkante der äußersten ringförmigen Platte 15 a so hoch gezogen und abgewinkelt, daß sie den Träger 9 auf dessen Ebene umschließt. Ein Spalt G zwischen der Innenkante der Platte 15 a und dem Träger 9 bestimmt sich zu 0<G≦1 mm. Mit dieser Anordnung soll nicht nur die Oberflächentempera tur des Abdeckelements 14 unter der Temperatur des Trägers 9 gehalten, sondern auch das Ausgangsgas an einem Hinter strömen des Trägers und damit an der Bildung eines Films oder einer Schicht auf der Rückseite des Trägers gehindert werden. Bei dieser Anordnung kommt somit das Ausgangsgas an der Stelle, an welcher es den Träger 9 hinterströmt, unter Reaktion mit den im Spalt G freiliegenden Seiten flächen des Trägers in Berührung, so daß eine Dünnschicht auf diese Seitenflächen aufgedampft wird. Auf diese Weise wird das reaktionsfähige Gas an den Seitenflächen abge fangen, so daß die Aufdampfung einer Schicht auf die Rück seite des Trägers 9 verhindert wird. Der Spalt G ist auf eine Weite von 1 mm oder weniger beschränkt; wenn er näm lich weiter ist als 1 mm, kann die Abfang- oder Einschluß wirkung möglicherweise zu gering sein, um das Aufdampfen einer Schicht auf die Rückseite des Trägers 9 zu ver hindern.

Im folgenden ist ein Verfahren zum selektiven Aufdampfen einer Dünnschicht aus Wolfram auf einen vorbestimmten Oberflächenbereich eines Siliziumplättchens mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erläutert.

Vor dem Aufdampfen der Dünnschicht werden zunächst der Reaktionsraum 2 über die Absaugöffnung 6 evakuiert und das Belüftungs- Absaugsystem 19 zum Evakuieren des Inneren des Abdeck elements 14 betätigt. Sodann wird das Ventil 4 c geöffnet, um über die Ringdüse oder den Düsenring 5 a gasförmiges Argon mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 500 cm³/min zuzuführen, wodurch der Innendruck des Raums 2 auf 1333 Pa (10 Torr) eingestellt wird. Gleichzeitig wird gasförmiges Argon in einer Strömungsmenge von 50 cm³/min über die Lei tung 17′geführt und damit der Druck im Innenraum des Abdeckelements 14 auf 1999,5 Pa (15 Torr) eingestellt. Unter diesen Bedingungen wird die Infrarotlampe 13 einge schaltet. Daraufhin wird das Träger-Halteelement 7 un mittelbar beheizt, so daß auch der Träger 9 durch Wärme übertragung vom Halteelement 7 erwärmt wird. Da der Innen druck (15 Torr) des Abdeckelements 14 höher ist als der jenige (10 Torr) des Reaktionsraums, erfolgt die Wärme übertragung vom Halteelement 7 zum Abdeckelement 14 wirk samer als zum Träger 9. Infolgedessen steigt die Tempera tur des Abdeckelements 14 über die Temperatur des Trägers 9 an. Aufgrund der Strahlungswärme vom Abdeckelement wird daher der Träger 9 schneller auf eine vorbestimmte Tempera tur (z.B. etwa 400°C) erwärmt.

Nach den beschriebenen Vorbereitungen für die CVD-Reaktion wird die Dünnschichtaufdampfung wie folgt durchgeführt: Zunächst wird das Ventil 3 c zur Beendigung der Zufuhr von gasförmigem Argon geschlossen, worauf die Ventile 3 a und 3 b geöffnet werden, so daß WF₆-Gas und gasförmiger Wasser stoff über die Rohre 4 a bzw. 4 b unter Drücken im Bereich von 13,33 bis 666,5 Pa (0,1-5 Torr) bzw. 66,65-1333 Pa (0,5-10 Torr) in den Reaktionsraum 2 eingeführt werden. Das WF₆-Gas und der Wasserstoff werden dabei über die ring förmigen Düsen 5 a bzw. 5 b in den Raum 2 eingeblasen. Gleich zeitig wird das Absaugsystem 19 betätigt, um den Innen raum des Abdeckelements 14 auf einen reduzierten Druck (z.B. 1 Millitorr oder weniger) zu evakuieren. Wenn der genannte Innendruck erreicht ist, nimmt die vom Träger- Halteelement 7 auf das Abdeckelement 14 übertragene Wärme menge beträchtlich ab. Die Oberflächentemperatur des Ab deckelements 14 wird daher auf einer Temperatur gehalten, die ausreichend niedriger ist als die Temperatur (etwa 700°C) des Trägers 9. Bei der beschriebenen Ausführungsform be sitzt das Abdeckelement 14 insbesondere einen Dreifach aufbau, bei dem die Oberfläche der äußersten ringförmigen Platte 15 a wirksamer als dann auf einer niedrigen Tempera tur gehalten wird, wenn die ringförmigen Platten 15 b und 15 c nicht innerhalb der Platte 15 a vorgesehen wären. Da der Wärmeübergang zum Abdeckelement 14 unterdrückt wird, wird das Halteelement 7 auf eine höhere Temperatur erwärmt, wodurch ein wirksamer Wärmeübergang auf den Träger 9 sicher gestellt wird.

Die Wirkung des Abdeckelements ist nachstehend näher er läutert. Fig. 2 veranschaulicht die jeweiligen Oberflächen temperaturen des Träger-Halteelements 7 (aus rostfreiem Stahl), des Trägers 9 (Siliziumplättchen) und des Abdeck elements 14 (aus Quarz), die unter Änderung des Argon drucks im Inneren des Abdeckelements ermittelt wurden. Gemäß Fig. 2 bleibt unabhängig vom Innendruck die Ober flächentemperatur des Abdeckelements 14 stets niedriger als diejenige des Trägers 9. Die Daten gemäß Fig. 2 wurden mit einer Anordnung ermittelt, bei welcher das Abdeckele ment 14 nur aus der ringförmigen Platte 15 a bestand. Von der das Abdeckelement des Dreifachaufbaus verwendenden ersten Ausführungsform können noch bessere Ergebnisse er wartet werden.

Wenn die selektive CVD-Reaktion unter Verwendung von WF₆ und Wasserstoff bei einer niedrigen Oberflächentemperatur des Abdeckelements durchgeführt wird, wird die Bildung einer Wolframschicht auf der Oberfläche jedes vom Träger 9 verschiedenen Elements verhindert. Auf diese Weise kann ohne Vergeudung des Ausgangsgases die Wolframschicht wirk sam auf die Oberfläche des Trägers 9 aufgedampft werden. Zur Beendigung der Dünnschichtaufdampfung werden zunächst die Ventile 3 a und 3 b zur Unterbrechung der Ausgangsgas zufuhr geschlossen, worauf das Ventil 3 c geöffnet wird, um gasförmiges Argon in einer Strömungsmenge von 500 cm³/min in den Reaktionsraum einströmen zu lassen. Anschließend werden die Infrarotlampe 13 abgeschaltet und das Ventil 3 c zur Beendigung der Argonzufuhr über die Leitung 17 bzw. das Rohr 4 c geschlossen.

Im folgenden ist ein mittels der Vorrichtung gemäß der be schriebenen Ausführungsform durchgeführter Versuch er läutert. Dabei wurde eine Dünnschicht aus Wolfram selektiv auf die freiliegende Oberfläche eines Siliziumträgers auf gedampft, der in den beschriebenen vorhergehenden Arbeitsschritten teil weise mit einer Siliziumoxidschicht überzogen wurde. Dabei betrugen die Einführungsdrücke des WF₆-Gases und des gas förmigen Wasserstoffs 26,66 Pa (0,2 Torr) bzw. 133,3 Pa (1 Torr), während die Aufdampftemperatur bei 350°C lag. Zum Vergleich wurde unter den oben angegebenen Bedingungen eine Wolfram-Dünnschicht selektiv mittels einer herkömm lichen Vorrichtung aufgedampft, die - mit Ausnahme des Fehlens des Abdeckelements 14 - denselben Aufbau wie die Vorrichtung gemäß Fig. 1 besaß.

Zunächst wurde die Beziehung zwischen der Aufdampfzeit und der Schichtdicke für die erste Ausführungsform der Er findung und das Vergleichsbeispiel untersucht. Die Unter suchungsergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt, in denen die Kurven I und II für die Schichtbildungseigenschaften der Vorrichtungen gemäß der ersten Ausführungsform bzw. gemäß dem Vergleichsbeispiel stehen. Wie aus diesen Er gebnissen hervorgeht, ist die Wolframschicht-Aufdampfge schwindigkeit bei der ersten Ausführungsform der Erfindung verbessert, weil nur eine sehr geringe Menge des Ausgangs gases auf der Oberfläche des Träger-Halteelements ver geudet wird.

Nach der Schichterzeugungsoperation mittels der erfindungs gemäßen Vorrichtung und der Vergleichsvorrichtung wurden die beiden Vorrichtungen bezüglich der Zahl von Wolfram teilchen miteinander verglichen, die auf die Silizium oxidschicht des Plättchens aufgedampft wurden. Hierbei zeigten sich folgende Ergebnisse:
Erfindungsgemäß: 5 Teilchen/cm²
Vergleichsbeispiel: 5×10⁴ Teilchen/cm²

Diese Ergebnisse belegen, daß die Selektivität der Schicht aufdampfung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung verbessert ist. Die Verbesserung der Selektivität beruht auf dem im folgenden genannten Grund. Die Selektivität der selektiven Vakuumaufdampfung wird durch die Wirkung von HF herabgesetzt, das als Reaktionsnebenprodukt ent steht, wenn Wolfram mittels der Reaktion zwischen WF₆ und Wasserstoff aufgedampft wird. Insbesondere bewirkt HF das Anätzen der Oberfläche einer SiO₂-Schicht nach folgendem Schema:

SiO₂+4 HF→SiF₄+2 H₂O

Eine bei dieser Ätzreaktion abgelagerte SiF₄-Schicht be schleunigt die Reduktion von WF_6, wodurch die Selektivität der Wolframschichtaufdampfung herabgesetzt wird. Bei dem Verfahren gemäß dem beschriebenen ersten Ausführungsbei spiel wird die Ablagerung der Wolframschicht oder des Wolframfilms auf vom Träger 9 verschiedenen unerwünschten Abschnitten verhindert, so daß die Gesamtmenge an HF, als Nebenprodukt der Schichtbildungsreaktion, vermindert wird. Demzufolge wird die Ablagerung oder Aufdampfung von SiF₄, welche die Selektivität der Wolframschichtaufdampfung ver mindert, unterdrückt, so daß die Selektivität beim ersten Ausführungsbeispiel größer ist als beim Vergleichsbeispiel.

Die Erfindung ist nicht auf das Aufdampfen eines Wolfram films beschränkt, sondern auch auf das Aufdampfen einer SiO₂-Schicht, einer polykristallinen Siliziumschicht usw. anwendbar. Für das Aufdampfen einer SiO₂-Schicht wird die Temperatur des Trägers 9 auf z.B. 500-800°C eingestellt, wobei gasförmiges TEOS (Tetraethylorthosilikat) und gas förmiger Stickstoff in Strömungsmengen von 1-200 cm³/min bzw. 100-1000 cm³/min zugeführt werden. Für das Auf dampfen einer polykristallinen Siliziumschicht wird ande rerseits die Trägertemperatur auf 800-1100°C eingestellt; dabei werden SiH₄-Gas, gasförmiger Wasserstoff und gas förmiger Stickstoff unter Drücken von 13,33-133,3 Pa (0,1-1 Torr), 133,3-1333 Pa (1-10 Torr) bzw. 133,3- 13332 Pa (1-100 Torr) zugeführt. In jedem Fall läßt sich mit hohem Wirkungsgrad bzw. hoher Leistung eine Dünn schicht hoher Güte aufdampfen, sofern die sonstigen Be dingungen dieselben sind wie beim ersten Ausführungsbei spiel.

Im folgenden ist eine zweite Ausführungsform der erfindungs gemäßen Dünnschichtaufdampfvorrichtung beschrieben.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Dabei dient ein Belüftungs-Absaugsystem für den Reaktionsraum gleichzeitig auch als Absaugsystem für den Innenraum des Abdeckelements. Insbesondere ist dabei anstelle des Abdeckelements 14 mit dem Dreifachaufbau ge mäß Fig. 1 ein Abdeckelement 21 eines U-förmigen Quer schnitts vorgesehen. Der vom Abdeckelement 21 und dem Boden des Reaktionsgefäßes 1 umschlossene Innenraum des Abdeckelements 21 steht mit Absaugöffnungen 6 des Reak tionsraums 2 in Verbindung. Die Oberseite des Abdeckele ments 21 ist mit der Öffnung 22 versehen, die in Form einer durchgehenden ringförmigen Öffnung oder einer An zahl einzelner Öffnungen vorliegt. Die Innenräume von Ab deckelement 21 und Reaktionsraum 2 stehen über die Öffnung 22 miteinander in Verbindung. Das Abdeckelement 21 und das Träger-Halteelement 7 stehen ohne einen Zwischenraum G zwischen sich in gegenseitiger Berührung. Bezüglich der anderen Einzelheiten entspricht die zweite Ausführungs form im wesentlichen der zuerst beschriebenen Ausführungs form.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird in dem Augen blick, in welchem der Reaktionsraum 2 während des Dünn schichtaufdampfvorgangs über die Absaugöffnungen 6 evaku iert wird, auch der Innenraum des Abdeckelements 21 evaku iert. Als Ergebnis wird ein Wärmeübergang vom Träger-Halte element 7 zum Abdeckelement 21 unterdrückt, so daß das Ab deckelement 21 auf einer niedrigeren Oberflächentemperatur als der Träger 9 gehalten werden kann.

Fig. 5 veranschaulicht im Schnitt eine Dünnschichtauf dampfvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein umhüllter Widerstandsdraht 33 anstelle der Infrarotlampe 13 bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen als Wärmequelle verwendet wird. Gemäß Fig. 5 ist außerdem das Träger-Halteelement 31 unabhängig vom Reaktionsgefäß 1 angeordnet. Das Halteelement 31 weist eine Träger-Lagerfläche 32 auf. Im Inneren des Halteele ments 31 ist ein Raum festgelegt, in welchem sich die Wärmequelle, d.h. eine Glühplatte 34 mit einem umhüllten oder ummantelten Widerstandsdraht 33 an ihrer Unterseite, befindet. Die aus Metall, wie Kupfer, bestehende Platte 34 dient zur gleich mäßigen Ubertragung der Wärme vom Widerstandsdraht 33 zum Halteelement 31. Der Widerstandsdraht 33 ist mit einer Heizstromquelle über Zuleitungen 36 a und 36 b verbunden, welche durch zwei Rohre 35 a bzw. 35 b verlaufen, die ihrer seits mit dem Boden des Halteelements 31 verbunden sind. Die Außenseite des Halteelements 31 ist von einem zy lindrischen Abdeckelement 37 umhüllt, dessen Oberseite im wesentlichen mit der Träger-Lagerfläche 32 bündig ab schließend angeordnet und mit einer Öffnung versehen ist, über welche die Lagerfläche 32 nach außen hin freiliegt. Der auf der Lagerfläche 32 befindliche Träger 9 ist somit von der Kante der Öffnung im Abdeckelement 37 umschlossen. Ein einheitlich mit dem Bodenteil des Abdeckelements 37 verbundenes Rohr 38 steht mit dem Innenraum des Abdeck elements 37, d.h. dem Raum zwischen den Elementen 37 und 31, in Verbindung. Das Rohr 38 ist außerdem über ein Ven til 18 mit dem Absaugsystem 19 verbunden.

Beim Aufdampfen einer Dünnschicht mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 5 wird der Innenraum des Abdeckelements 37 vor der Schichterzeugung auf der Oberfläche des Trägers 9 zu nächst unter Druck gesetzt und sodann während der Schicht aufdampfung dekomprimiert bzw. evakuiert. Auf diese Weise kann dieselbe Wirkung wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 erzielt werden.

Fig. 6 zeigt in Schnittansicht den Hauptteil einer Dünn schichtaufdampfvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungs form der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Ab deckelement eine in Doppelaufbau ausgeführte Abwandlung des Abdeckelements 37 bei der Ausführungsform nach Fig. 5. Das Doppelaufbau-Abdeckelement besteht insbesondere aus einem inneren oder ersten Abdeckelementteil 37 a und einem äußeren oder zweiten Abdeckelementteil 37 b. Durch den ersten Teil 37 a wird der Innenraum des Abdeckelements in zwei Kammern unterteilt. Die beiden Kammern stehen über eine nicht dargestellte, im Teil 37 a vorgesehene durch gehende Bohrung in Verbindung miteinander. Rohre oder Lei tungen 38 a und 38 b für Druckbelüftung (suction) und Absaugung (exhaust) sind jeweils an den Bodenab schnitten von erstem bzw. zweitem Abdeckelementteil 37 a bzw. 37 b angeformt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 kann der Wärmeüber gangsgrad vom Träger-Halteelement 31 zur Oberfläche des zweiten Abdeckelementteils 37 b durch Evakuieren der bei den genannten, durch die Abdeckelementteile 37 a und 37 b sowie das Halteelement 31 festgelegten Kammern sehr klein gehalten werden. Infolgedessen kann die Oberflächentempera tur des im Inneren des Reaktionsraums 2 exponierten Ab deckelements niedriger gehalten werden als bei der Aus führungsform gemäß Fig. 5. Hierdurch wird die erfindungs gemäß erreichte Wirkung noch verstärkt.

Fig. 7 veranschaulicht in Schnittansicht den Hauptteil einer Dünnschichtaufdampfvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Abdeckele ment 44 zwei aus Quarz bestehende ringförmige Platten 45 und 46 eines L-förmigen Querschnitts aufweist, die mitein ander verklebt (pasted) sind. Hierbei ist die Wärmeleit fähigkeit der Platten 45 und 46 niedrig, während der Wärme leitwiderstand an der Grenzfläche zwischen den beiden Platten hoch ist. Infolgedessen kann die Oberflächentempera tur des Abdeckelements 44 ohne Evakuierung des Innenraums des Abdeckelements ausreichend niedrig gehalten werden. Dabei kann ohne die Notwendigkeit für eine spezielle Evaku iereinrichtung die Oberflächentemperatur der inneren Platte 45 um 50°C oder mehr unterhalb der Oberflächentemperatur des Träger-Halteelements 48 gehalten werden. Ebenso kann die Oberflächentemperatur der äußeren Platte 46 um 50°C oder mehr unter der Oberflächentemperatur der Platte 45 gehalten werden. Infolgedessen kann eine Schichterzeugung bzw. -bildung auf der Oberfläche des Abdeckelements 44 wirksam verhindert werden, so daß eine Dünnschicht hoher Güte wirksam und wirtschaftlich auf die Oberfläche des Trägers 9 aufgedampft werden kann. Die beschriebene An ordnung oder Ausbildung des Abdeckelements bei der fünften Ausführungsform ist auch auf die anderen Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 6 übertragbar.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung keineswegs auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich ist.

Beispielsweise kann die Oberflächentemperatur des Abdeck elements dadurch unterhalb der Oberflächentemperatur des Trägers gehalten werden, daß ein Kühlgas, wie gekühlter gasförmiger Stickstoff, in den Innenraum des Abdeckele ments eingeführt oder eine Flüssigkeit konstanter Tempera tur, deren Temperatur unterhalb derjenigen des Trägers 9 liegt, über eine Rohrleitung in diesen Raum eingeleitet wird, anstatt diesen Innenraum zu evakuieren. Wahlweise kann diese Temperatureinstellung auch unter Verwendung eines Peltier-Effektelements erreicht werden.

Das erfindungsgemäß verwendete Abdeckelement ist nicht auf ein plattenförmiges Element beschränkt, sondern kann wahl weise auch die Form eines (Ziegel-)Steins oder Blocks auf weisen.

Obgleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen be schrieben sind, bei denen eine Dünnschicht aus Wolfram auf die Oberfläche eines Siliziumträgers oder -substrats aufgedampft wird, ist die Erfindung auch auf die Auf dampfung von Dünnschichten aus anderen geeigneten Materialien nach dem CVD-Prozeß anwendbar.

Claims

1. Dünnschichtaufdampfvorrichtung, umfassend ein Reaktions gefäß (1) zur Aufnahme eines Ausgangsgases für eine Dünnschicht- oder Dünnfilmaufdampfreaktion, ein im Reaktionsgefäß (1) in einer vorbestimmten Lage ange ordnetes Träger-Halteelement (7) zum Auflegen eines Substrats oder Trägers (9), auf das bzw. den eine Dünn schicht aufgedampft werden soll, und eine Heizeinrich tung (13, 14) zum Erwärmen des Träger-Halteelements (7) für das Aufdampfen der Dünnschicht unter Erwärmung des Trägers (9), gekennzeichnet durch ein Abdeckelement (14), das mit Berührung oder berührungs frei die Gesamtoberfläche des Träger-Halteelements (7), mit Ausnahme einer Träger-Lagerfläche (8), auf welche der Träger (9) auflegbar ist, abdeckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abdeckelement (14) und dem Träger- Halteelement (7) ein Raum vorhanden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Abdeckelement (14, 15 a) und dem Träger-Halteelement (7) durch ein anderes Abdeck element (15 b, 15 c) in mehrere Kammern unterteilt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (19), um den Raum zwischen dem Abdeck element (14) und dem Träger-Halteelement (7) auf einem Druck zu halten, der niedriger ist als der im Inneren des Reaktionsgefäßes (1) herrschende Druck, dem der Träger (9) ausgesetzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit des Abdeck elements (14) geringer ist als diejenige des Träger- Halteelements (7).

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Abdeckelement (14) und dem Träger-Halteelement (7) mit dem Innenraum (2) des Reak tionsgefäßes (1) kommuniziert, in welchem der Träger (9) freiliegt bzw. exponiert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger-Halteelement (7) von der Bodenfläche des Reaktionsgefäßes (1) nach oben ragend ausgebildet ist und das Abdeckelement (14) so ange ordnet ist, daß seine Oberseite praktisch bündig mit der Träger-Lagerfläche (8) des Träger-Halteelements (7) abschließt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das äußerste Ende des Abdeckelements (15 a) so hoch gezogen ist, daß es den Träger (9) mit einem Spalt einer vorbestimmten Weite zwischen diesem äußersten Ende und dem Träger (9) umschließt oder umgibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt eine Weite von 1 mm oder weniger auf weist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Infrarot lampe (13) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung einen um hüllten oder ummantelten Widerstandsdraht (33) auf weist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (14) auch den in der Nähe des Träger-Halteelements (7) gelegenen Ab schnitt der Innenfläche des Reaktionsgefäßes (1) ab deckt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (6) zum Dekompri mieren bzw. Evakuieren des Inneren des Reaktionsge fäßes (1) vorgesehen ist.

14. Dünnschichtaufdampfverfahren unter Verwendung einer Dünnschichtaufdampfvorrichtung mit einem Reaktionsge fäß (1) zur Aufnahme eines Ausgangsgases für eine Dünn schichtaufdampfreaktion, einem im Reaktionsgefäß (1) in einer vorbestimmten Lage angeordneten Träger-Halte element (7) zum Auflegen eines Substrats oder Trägers (9), auf das bzw. den eine Dünnschicht aufgedampft werden soll, einer Heizeinrichtung (13, 14) zum Er wärmen des Träger-Halteelements (7) für das Aufdampfen der Dünnschicht unter Erwärmung des Trägers (9) und einem Abdeckelement (14), das mit Berührung oder be rührungsfrei die Gesamtoberfläche des Träger-Halte elements (7), mit Ausnahme eines Abschnitts, auf den der Träger (9) auflegbar ist, abdeckt, wobei bei diesem Verfahren die Dünnschicht auf den auf das Träger-Halteelement (7) aufgelegten Träger (9) aufgedampft wird, der einen vorbestimmten, die Dünnschichtaufdampfreaktion des Ausgangsgases beschleunigenden Oberflächenbereich auf weist, so daß die Dünnschicht selektiv nur auf den vorbestimmten Oberflächenbereich des Trägers (9) auf gedampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (14) be rührungsfrei die Gesamtoberfläche des Träger-Halteele ments (7), mit Ausnahme des Abschnitts, auf den der Träger (9) aufgelegt werden soll, abdeckt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abdeckelement (14) und dem Träger- Halteelement (7) ein Raum vorgesehen wird, wobei der in diesem Raum herrschende Druck auf eine Größe unter halb des im Inneren des Reaktionsgefäßes (1) herrschen den Drucks, dem der Träger (9) ausgesetzt ist, redu ziert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dünnschichtaufdampfung nach dem Niederdruck-CVD-Prozeß durchgeführt wird.