DE60104753T2

DE60104753T2 - Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht auf einem Halbleitersubstrat

Info

Publication number: DE60104753T2
Application number: DE60104753T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Tama-shi Fukuda; Hiroki Tama-shi Arai
Original assignee: ASM Japan KK
Current assignee: ASM Japan KK
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2021-03-20
Also published as: KR20010090570A; DE60104753D1; US20010037769A1; EP1138801A1; JP2001274102A; JP3549188B2; KR100720060B1; US6524955B2; EP1138801B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung einer Plasma-CVD-Apparatur, insbesondere ein Verfahren zur Verhinderung, daß das Halbleitersubstrat auf einem Suszeptor adsorbiert wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Plasma-CVD-Gerät war allgemein bekannt und wurde verwendet, um einen dünnen Film auf einem Halbleitersubstrat zu bilden oder zu entfernen oder die Oberfläche eines zu behandelnden Materials zu modifizieren. Eine Grundtechnik der Bildung des dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat (zum Beispiel Silizium) oder auf einem Glassubstrat oder Ätzen des dünnen Films ist nun unerläßlich, besonders für die Herstellung von Memory-Chips oder -Geräten, CPUs oder anderen Halbleitervorrichtungen oder Flüssigkristalldisplays (LCD).
Ein Plasma-CVD-Verfahren schließt Stufen einer Einführung verschiedener Gase in einen evakuierten Reaktionsbehälter, Anlegen einer Radiofrequenz an den Behälter, um ein Plasma darin zu erzeugen und Bildung verschiedener Filme auf dem Halbleitersubstrat ein.
Die Plasma-CVD-Apparatur besteht allgemein aus einer Reaktionskammer, einer oberen Radiofrequenzelektrode (Duschkopf), die auch als eine Gasdispersionsplatte für eine gleichmäßige Verteilung des Reaktionsgases sorgt und einer unteren Radiofrequenzelektrode, die als Suszeptor zum Halten des Halbleiters dient. Eine Reaktionskammer ist mit der Überführungskammer über ein Gitter-Ventil verbunden. Ein Beförderungsroboter für das Transportieren des Halbleitersubstrats in die oder aus der Reaktionskammer ist innerhalb der Überführungskammer installiert. Wenigstens drei Hebestifte gehen vertikal durch den Suszeptor. Wenn der Suszeptor sich abwärts bewegt, stoßen diese Hebestifte auf das Halbleitersubstrat, das auf dem Suszeptor angeordnet ist.
Im allgemeinen fördert der Transportroboter ein Halbleitersubstrat auf einen Suszeptor, von dort, was das Projekt der Hebestifte ist, und plaziert das Halbleitersubstrat langsam auf den Hebestiften. Danach, wenn der Suszeptor sich aufwärtsbewegt und die Hebestifte sich abwärtsbewegen in Bezug auf den Suszeptor, wird das Halbleitersubstrat auf der Oberfläche des Suszeptors gehalten, und dabei beginnt eine filmbildende Behandlung. Wenn die filmbildende Behandlung beendet ist, bewegt sich der Suszeptor abwärts, und die Hebestifte, die aus dem Suszeptor herausragen, lösen das Halbleitersubstrat von dem Suszeptor, um das Halbleitersubstrat in Luft zu halten. Schließlich befördert der Transportroboter das behandelte Halbleitersubstrat zu der Überführungskammer aus der Reaktionskammer.
Gewöhnlich wird das Halbleitersubstrat einer Plasmabehandlung unterzogen und wird dabei elektrostatisch mit Plasma geladen und elektrostatisch zu der Oberfläche des Suszeptors hin angezogen. Wenn das elektrostatisch adsorbierte Halbleitersubstrat mit Gewalt von dem Suszeptor durch die Hebestifte gelöst wird, verschiebt sich die Position des Halbleitersubstrats aufgrund des Aufpralls während des Loslösens, und das Halbleitersubstrat kann nicht automatisch durch den Beförderungsroboter bewegt werden. Wenn der Schlag zu stark ist, zerbricht manchmal auch das Halbleitersubstrat.
Eine Methode, zu verhindern, daß ein Fehler während der Beförderung auftritt oder zu verhindern, daß ein Halbleitersubstrats zerbricht, ist beispielweise in der Japanischen Patentschrift 2890494 und der US-Patentschrift 5,380,566 beschrieben. Die beschriebene Methode enthält Stufen einer Unterbrechung eines Materialgases, welches an der Filmbildung unmittelbar nach Beendigung der Filmbildungsbehandlung unter Verwendung von Plasma teilhat. Dadurch hält das Filmwachstum an und senkt allmählich die Radiofrequenz, um die Ladung des Halbleitersubstrats zu reduzieren. Eine andere Methode der Verhinderug von Beförderungsfehlern oder Halbleitersubstratbrüchen ist in der japanischen Offenlegungsschrift 340896/1998 beschrieben, wo die Suszeptoroberfläche mit Unregelmäßigkeiten versehen ist und die Kontaktfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und der Halbleiteroberfläche so reduziert wird, daß das Halbleitersubstrat daran gehindert wird, zu der Oberfläche des Suszeptors hin angezogen zu werden.
Andererseits bestand mit Verstärkung der Dichte einer Halbleitereinrichtung eine Notwendigkeit, Metallverunreinigung, die durch einen metallischen Suszeptor oder eine Heizeinrichtung verursacht wurde, zu verhindern. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein keramischer Erhitzer vorgeschlagen. Der Erhitzer wird aus Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃) oder Aluminiumnitrid (AlN) hergestellt, welche widerstandsfähig gegen das Plasma sind, so daß Verunreinigung vermindert wird. Der keramische Erhitzer dient auch als der Suszeptor für das direkte Halten des Halbleitersubstrats, und ein Widerstandsheizdraht und eine Radiofrequenzelektrode werden in den Erhitzer eingebettet. Die Radiofrequenzelektrode wird in einer Tiefe von mehreren Hundertsteln bis zu mehreren Tausendsteln eines Mikrometers von der Oberfläche des Erhitzers aus, welche direkt in Berührung mit dem Halbleitersubstrat steht, eingebettet.
Die EP-A-0 780 488 beschreibt ein Verfahren zur Vorkonditionierung der Oberfläche einer Abscheidekammer für die anschließende Abscheidung von Wolframsilizid auf aktiven Substraten darin nach einer vorherigen Reinigung der Oberflächen dieser Abscheidekammer, welche die Bildung einer ersten Wolframsilizidabscheidung auf den Oberflächen dieser Abscheidungskammer umfaßt, indem in diese Abscheidekammer Gase strömen, die eine gasförmige Wolframquelle und ein nicht-chloriertes Gas auf Silanbasis enthält, worin die erste Wolframsilizidabscheidung durchgeführt wird, bis eine Dicke von wenigstens etwa 200 Ångström sich über den Kammeroberflächen gebildet hat.
Patent Abstracts of Japan, Band 1999, Nr. 8, 30. Juni 1999, JP-11060356 beschreibt einen AlN-Verbundbasiskörper, der für einen hitzeerzeugenden AlN-Verbundkörper, elektrostatisches Spannfutter und ein elektrostatisches Spannfutter mit Heizeinrichtung verwendet wird. Der Basiskör per, der aus einem AlN-Sinterkörper und einer SiC-Beschichtungsschicht, die auf der Oberfläche des gesinterten Körpers durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) gebildet wird.
Die US-Patentschrift 5,942,282 beschreibt eine filmbildende Methode, bei der man

a) eine Vorverfahrensstufe, in der man ein erstes titanhaltiges filmbildendes Vorbeschichtungsgas in eine Prozeßkammer einführt, in welcher ein Suszeptor sich befindet, um einen zu behandelnden Gegenstand zu unterstützen, der dort angeordnet ist, und gleichzeitig den Suszeptor zu erhitzen und dabei auf dem Suszeptor, der den filmbildenden Vorbeschichtungsgas ausgesetzt ist, einen ersten Titanfilm zu bilden,
b) eine Aufnahmestufe vorsieht, um den zu verarbeitenden Gegenstand in die Prozeßkammer zu führen, nachdem die Vorverfahrensstufe (a) abgeschlossen ist und den Gegenstand direkt auf einem Teil des ersten Titanfilms, der auf dem Suszeptor gebildet wurde, befestigt,
c) eine filmbildende Stufe durchführt, in der man ein filmbildendes Gas mit einem Titangehalt in die Prozeßkammer führt, wobei man gleichzeitig den Suszeptor erhitzt und dabei auf dem Gegenstand einen zweiten Titanfilm bildet, und
d) eine Entleerungsstufe vorsieht, in der man den Gegenstand mit dem darauf gebildeten zweiten Titanfilm aus der Prozeßkammer entfernt.

Zusammenfassung der Erfindung
Wenn jedoch eine solche Heizeinrichtung verwendet wird, wird das Halbleitersubstrat stark elektrostatisch zu dem Suszeptor hin angezogen, und häufig tritt der Beförderungsfehler ein. In diesem Fall kann bei der Methode der allmählichen Senkung der Radiofrequenzenergie, wie in dem japanischen Patent 2890494 und dem US-Patent 5,380,566 beschrieben, die Ladung des Halbleitersubstrats nicht ausreichend vermindert werden. Außerdem wurde auch herausgefunden, daß selbst in der Methode, bei der die Unregelmäßigkeiten auf der Suszeptoroberfläche vorkommen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 340996/1998 beschrieben, die Adsorption des Halbleitersubstrats auf dem Suszeptor nicht ausreichend verhindert werden.
Außerdem hat das Verfahren des allmählichen Senkens der Radiofrequenzenergie, wie in dem japanischen Patent 2890494 und dem US-Patent 5,380,566 beschrieben ist, einen Nachteil, da die Produktivität mit Zeitverbrauch abnimmt, was nicht der Filmbildung zuzuschreiben ist.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Bildung eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat derart zu bekommen, daß ein Halbleitersubstrat nicht zu einer Suszeptoroberfläche hin angezogen wird und kein Beförderungsfehler eintritt.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bildung eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat mit geringer Verunreinigung zu liefern.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Methode zur Bildung eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat mit hoher Produktivität zu bekommen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erhält man ein Verfahren zur Bildung eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung einer Plasma-CVD-Apparatur mit den Stufen, in denen man:
mit den Halbleitersubstraten aufstromwärts von einer Reaktionskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung beschickt,
durch Plasmareaktion unter Verwendung eines Reaktionsgases eine Oberflächenschicht auf einem Suszeptor in der Reaktionskammer bildet, um statische Anhaftung zwischen dem Suszeptor und einem darauf anzuordnenden Halbleitersubstrat zu verhindern, wobei diese Oberflächenschicht (i) einen um den Faktor gleich wie oder weniger als 10^–5 geringeren elektrischen spezifischen Widerstand als derjenige der Suszeptoroberfläche hat, (ii) eine Dicke von 5 bis 20 nm besitzt und durch Reaktorreinigung entfernt wird und (iii) aus einem Material besteht, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus amorphem Silicium, Polysilicium und Siliciumcarbid besteht, von dort ein Halbleitersubstrat in die Reaktionskammer einspeist und
durch Plasmareaktion unter Verwendung eines Reaktionsgases einen dünnen Film auf dem Halbleitersubstrat, das auf dem Suszeptor mit der Oberflächenschicht angeordnet ist, bildet und anschließend das Halbleitersubstrat mit darauf gebildetem dünnem Film aus der Reaktionskammer entfernt
So schließt die vorliegende Erfindung eine Methode zur Verwendung einer Plasma-CVD-Apparatur ein, die eine Reaktionskammer und einen Suszeptor zur Bildung eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat umfaßt, wobei die Methode eine Vorbehandlungsstufe einschließt, in der eine Oberflächenschicht auf dem Suszeptor ausgebildet wird, so daß elektrostatische Adsorption des Halbleitersubstrats auf dem Suszeptor durch die Oberflächenschicht verhindert wird.
Die Vorbehandlungsstufe umfaßt vorzugsweise die Stufen, in denen man in die Reaktionskammer ein Gas einführt, welches das gleiche Gas wie jenes für die Verwendung in einer filmbildenden Behandlung enthält, worin der dünne Film auf dem Halbleitersubstrat in der Reaktionskammer gebildet wird, und die Oberflächenschicht auf der Oberfläche des Suszeptors mit einem CVD-Verfahren bildet.
Die Vorbehandlungsstufe kann vorzugsweise in der Reaktionskammer durchgeführt werden, und zwar unmittelbar bevor wenigstens ein Halbleitersubstrat einer filmbildenden Behandlung unterzogen wird.
Außerdem kann die Vorbehandlungsstufe vorzugsweise jederzeit eine Reinigungssequenz in den Reaktionskammerenden ausführen.
Die Oberflächenschicht wird aus einem Material gebildet, das eine geringere Widerstandsfähigkeit als die Suszeptoroberfläche hat, speziell ein Material, dessen elektrischer Widerstand das 10^–5-fache oder weniger als diejenige der Suszeptoroberfläche ist.
Speziell wird die Oberflächenschicht von einem Material gebildet, das aus der Gruppe amorphes Silicium, Polysilicium und Siliciumcarbid ausgewählt wird.
Zu Zwecken einer Zusammenfassung der Erfindung und der gegenüber dem Stand der Technik mit ihr erzielten Vorteilen wurden oben bestimmte Aufgaben und Vorteile der Erfindung beschrieben. Natürlich ist dies so zu verstehen, daß nicht notwendigerweise alle derartigen Ziele oder Vorteile mit irgendeiner speziellen Ausführungsform der Erfindung erreicht werden können. So wird beispielsweise der Fachmann erkennen, daß die Erfindung in einer Weise dargestellt oder ausge führt werden kann, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen erreicht oder optimiert, wie hier gelehrt wird, ohne daß notwendigerweise andere Ziele oder Vorteile erreicht werden, wie hier gezeigt und vorgeschlagen werden kann.
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die folgen, deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, die dazu dienen, die Erfindung zu erläutern und nicht zu beschränken.
1 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Plasma-CVD-Apparatur zur Durchführung eines Verfahrens, das bei der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist.
2A ist eine vergrößerte Vertikalschnittdarstellung eines Suszeptors gemäß 1, und 2B zeigt ein Beispiel einer Abwandlung des Suszeptors.
3 zeigt (A) eine herkömmliche Plasma-CVD-Sequenz, und (B) eine Plasma-CVD-Sequenz der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm einer Plasma-CVD-Apparatur vom Parallelflachplattentyp für die Durchführung eines Verfahrens, das in die vorliegende Erfindung einbezogen ist. Eine Plasma-CVD-Apparatur 1 besteht aus einer Reaktionskammer 2, einem Suszeptor 3, der im Inneren der Reaktionskammer 2 angeordnet ist, und einem Duschkopf 4, der gegenüber dem Suszeptor 3 in der Reaktionskammer 2 angeordnet ist. Die Reaktionskammer 2 ist mit einer Überführungskammer 17 über ein Absperrventil 19 verbunden. Ein Beförderungsroboter 18 zur Beförderung eines Halbleitersubstrats 11 in die oder aus der Reaktionskammer 2 ist in der Überführungskammer 17 installiert. Die Reaktionskammer 2 ist mit einer Abgasöffnung 15 ausgestattet, und die Abgasöffnung 15 ist mit einer äußerlichen Vakuumpumpe (nicht gezeigt) über ein Konduktanz-Einstellventil 16 verbunden. Der Duschkopf 4 ist mit einer entfernten Plasmaabgabeapparatur 13 über eine Leitung 14 verbunden. Eine Reinigungsgasbombe (nicht gezeigt) ist mit der entfernten Plasmaabgabeapparatur 13 über eine Leitung 12 verbunden. Eine Reaktionsgasbombe (nicht gezeigt) ist mit der Leitung 14 über eine Leitung 5 und ein Ventil 6 verbunden. Ein Frequenztransmitter 8 ist mit dem Duschkopf 4 über ein Auslaßkabel 9 und einen Rektifikationskreis 10 verbunden.
2A ist eine vergrößerte vertikal geschnittene Darstellung des Suszeptors 3. Der Suszeptor 3 wird von einem keramischen zylindrischen Block von AlN, Al₂O₃ oder dergleichen gebildet. Eine RF-Elektrode 21 und ein Widerstandsheizelement 22 sind in den Suszeptor 3 eingebettet. Die RF-Elektrode 21 ist elektrisch über einen Metallstab 24 geerdet. Das Widerstandsheizelement 22 ist mit Metallstäben 23, 25 verbunden, und Wechselstrom wird zwischen den gegenüberliegenden Stä ben angelegt. 2B ist eine vertikal geschnittene Darstellung, die ein Abwandlungsbeispiel des Suszeptors 3 zeigt, d. h.: eines Suszeptors, der von einer Aluminiumlegierung gebildet wird, die bisher verwendet wurde. Ein Suszeptor 3' ist ein Suszeptor vom Trennungstyp, in welchem eine obere Suszeptorplatte 32 mit einer anodisierten Al-Legierungsoberfläche an einem zylindrischen Heizblock 31 einer Al-Legierung (zum Beispiel A6061) über eine Schraube 36 fixiert ist. Ein Widerstandsheizelement 33 ist in den Erhitzerblock 31 eingebettet, und Wechselstrom wird an gegenüberliegende Enden 34, 35 des Widerstandsheizelements angelegt.
Ein Verfahren zur Bildung eines dünnen Films unter Verwendung der Plasma-CVD-Apparatur 1 wird nun beschrieben. Zuerst werden die Reaktionskammer 2 und die Überführungskammer 17 durch die äußere Vakuumpumpe evakuiert. Danach wird das Schieberventil 19 geöffnet, und der Beförderungsroboter 18 legt das Halbleitersubstrat 11 auf den Suszeptor 3, der auf Reaktionstemperatur in einem Bereich von 300°C bis 650°C gehalten wird. Ein Reaktionsgas zur Bildung des dünnen Films auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 wird mit einem Massenflußkontrollgerät (nicht gezeigt) gesteuert, so daß das Reaktionsgas mit einer vorbestimmten Fließgeschwindigkeit in den Duschkopf 4 über die Leitung 5, das Ventil 6 und eine obere Öffnung 7 der Reaktionskammer 2 kontrolliert. Das Reaktionsgas wird gleichmäßig auf das Halbleitersubstrat 11 aus dem Duschkopf 4 bedüst. Der Druck im Inneren der Reaktionskammer 2 wird in einem Bereich von 0,5 Torr bis 10 Torr (66,5 bis 1330 Pa) durch Kontrollieren des Öffnungsgrades des Konduktanz-Einstellungsventils 16 eingestellt. Anschließend wird RF-Strom von einem Radiofrequenz-Transmitter 8 zwischen gegenüberliegenden Elektroden des Duschkopfes und des Suszeptors angelegt. Das Reaktionsgas eines Raums zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden wird durch eine RF-Energie ionisiert, und ein Plasmazustand wird erzeugt. Eine chemische Reaktion erfolgt in der Nachbarschaft des Halbleitersubstrats 11, und verschiedene dünne Filme werden gemäß dem Reaktionsgas gebildet. Nach den Behandlungsenden einer Dünnfilmbehandlung wird die Reaktionskammer 2 evakuiert, das Absperrventil 19 geöffnet und der Beförderungsroboter 18 befördert das Halbleitersubstrat 11 aus der Reaktionskammer 2.
Ein Verfahren zur Durchführung der Reinigung in einem entfernten Reaktor (zum Beispiel Plasmareinigung) wird zunächst beschrieben. Nachdem die gewünschte Zahl von Substraten der Dünnfilmbehandlung unterzogen wird, werden das Absperrventil 19 und das Ventil 6 geschlossen. Ein Reinigungsgas (zum Beispiel C₂F₆ + O₂, NF₃ + Ar), dessen Fließgeschwindigkeit auf eine vorbestimmte Fließgeschwindigkeit eingestellt wird, wird zu der entfernten Plasmaabgabeapparatur 13 über die Leitung 12 geführt. Das Reinigungsgas wird durch die entfernte Plasmaabgabeapparatur 13 aktiviert und durch die Öffnung 7 über die Leitung 14 eingeführt. Das aktivierte Reinigungsgas wird gleichmäßig in die Reaktionskammer 2 über den Duschkopf 4 von der Öffnung 7 aus zugeführt. Für die Reinigung der inneren Oberfläche des Behandlungscontainers kann eine Radiofrequenzenergiequelle und Radiofrequenzelektrode für die Verwendung bei einer Behandlung des dünnen Films auf dem Halbleitersubstrat benutzt werden, um ein Reinigungsverfahren in situ zu bekommen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren zur Verwendung der Plasma-CVD-Apparatur, welche die Reaktionskammer und den Suszeptor enthält, um dünnen Film auf dem Halbleitersubstrat zu bilden, eine Vorbehandlungsstufe zur Bildung einer Oberflächenschicht 20 auf dem Suszeptor, so daß elektrostatische Adsorption des Halbleitersubstrats auf dem Suszeptor durch die Oberflächenschicht 20 eliminiert wird. Die Oberflächenschicht 20 hat eine Funktion, die elektrostatische Adsorption der Halbleiteroberfläche 11 auf dem Suszeptor 3 zu verhindern. Die Oberflächenschicht 20 wird direkt auf der Oberfläche des Suszeptors gebildet, bevor die Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 der Filmbildungsbehandlung unterzogen wird. Speziell wird die Vorbehandlungsstufe ausgeführt, während das Halbleitersubstrat 11 in der Atmosphäre bereitgestellt wird, die in eine Beladungshaltekammer (nicht gezeigt) eingeführt zu werden, um zu der Vakuumüberführungskammer 17 transportiert zu werden. Daher zeigt die Vorbehandlungsstufe keinen wesentlichen Einfluß auf die Produktivität auf die Plasma-CVD-Apparatur 1.
Bei einer Ausführungsform enthält die Vorbehandlungsstufe Schritte, in denen man in die Reaktionskammer 2 ein Gas einführt, welches das gleiche Gas wie jenes für die Verwendung bei der Behandlung zur Bildung des dünnen Films auf dem Halbleitersubstrat hat, und die Oberflächenschicht auf der Oberfläche des Suszeptors 3 sich durch Plasma-CVD-Verfahren bildet. Beispielsweise wenn ein amorpher Siliciumfilm als die Oberflächenschicht gebildet wird, wird SiH₄ oder Si₂H₆ als ein stoffliches Gas mit Ar, He, N₂ und dergleichen gebildet. Wenn außerdem ein Siliciumcarbid (SiC)-Film als die Oberflächenschicht gebildet wird, werden SiH(CH₃)₃ und He als das stoffliche Gas verwendet. Da das gleiche Gas wie jenes für die Verwendung bei der filmbildenden Behandlung auf dem Halbleitersubstrat verwendet wird, ist es unnötig, ein Gassystem der Apparatur zuzuführen, welches wirtschaftlich arbeitet. Diese stofflichen Gase werden verwendet, um direkt die Oberflächenschicht 20 auf dem Suszeptor 3 durch ein dünnfilmbildendes Verfahren unter Verwendung der Plasma-CVD-Apparatur 1 zu bilden. Das in die Reaktionskammer 2 eingeführte Gas braucht nicht das gleiche Gas wie jenes für die Verwendung bei der Filmbildung auf dem Halbleitersubstrat zu sein. Das Gas kann unabhängig von der nachfolgenden filmbildenden Behandlung ausgewählt werden, solange eine Oberflächenschicht mit den nachfolgend beschriebenen Eigenschaften auf dem Suszeptor gebildet werden kann.
Die Oberflächenschicht 20 hat einen geringeren elektrischen Widerstand als jener des Basismaterials des Suszeptors 3. Vorzugsweise hat die Oberflächenschicht einen elektrischen Widerstand von 1 bis 10¹⁰ Ω·cm. Weiterhin hat die Oberflächenschicht 20 vorzugsweise einen elektrischen Widerstand geringer als jener des Basismaterials des Suszeptors 3, um einen Faktor bis zu einem 10^-5--fachen oder weniger. Speziell wird die Oberflächenschicht 20 von einem amorphen Siliciumfilm, einem Siliciumcarbidfilm, einem Polysiliciumfilm oder einem anderen Halbleiterfilm oder einem Wolframfilm, einem Wolframnitridfilm, einem Tantalfilm, einem Tantalnitridfilm oder einem anderen leitfähigen Film gebildet. In dem ersten Aspekt der Erfindung hat die Oberflächenschicht eine Dicke von 5 bis 20 nm.
In dem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Oberflächenschicht eine Dicke von 5 bis 300 nm, vorzugsweise 5 bis 20 nm haben.
Die Oberflächenschicht kann auf Filmbildungsprozessen basieren. D. h., bei einer Ausführungsform können die Bedingungen für die Oberflächenschichtbildung folgendermaßen sein: ein stoffliches Gas bei 10 bis 500 cm², ein Trägergas bei 500 bis 5000 cm², eine Heizeinrichtungstemperatur von 300 bis 650°C, ein Druck von 0,5 bis 10 Torr (66,5 bis 1330 Pa) und ein Wechselstrom von 50 bis 400 Watt. Die Oberflächenschicht kann sehr effizient gebildet, d. h. ohne daß zusätzliche Zeit erforderlich wäre.
Die 3A und 3B zeigen eine herkömmliche Plasma-CVD-Folge und eine Plasma-CVD-Folge einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
Bei der herkömmlichen Folge von 3A wird zunächst, wenn das Arbeiten mit der Plasma-CVD-Apparatur beginnt, eine Plasmabehandlung auf einer ersten Halbleitersubstratseite durchgeführt. Anschließend wird eine antistatische Behandlung verlangt. Speziell unmittelbar nach der filmbildenden Behandlung auf dem Halbleitersubstrat wird Radiofrequenzenergie allmählich reduziert und die Belastung des Halbleitersubstrats vermindert. Diese antistatische Behandlung wird durchgeführt, nachdem jede filmbildende Behandlung durchgeführt wurde. In dem Beispiel von 3A werden nach 50 Halbleitersubstraten die filmbildende Behandlung und die antistatische Behandlung sowie eine Reinigungsbehandlung durchgeführt.
In der Folge nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 3B gezeigt ist, wird, wenn das Arbeiten der Plasma-CVD-Apparatur beginnt, eine Vorbehandlung zur Bildung der adsorptionshindernden Oberflächenschicht 20 vor der Halbleitersubstratbehandlung durchgeführt. Die zur Bildung einer Oberflächenschicht erforderliche Zeit kann 2 bis 60 Sekunden betragen. Oberflächenschichtbildung kann vollständig sein, während Halbleitersubstrate in einer Vakuumkammer eingelegt werden und so keine zusätzliche Zeit erforderlich sein kann. Anschließend werden 50 Halbleitersubstrate der filmbildenden Behandlung unterzogen. Anschließend wird die Reinigungsbehandlung durchgeführt, und ein unnötiges Material, das an einem Behandlungsbehälter und der Suszeptoroberflächenschicht 20 (zum Beispiel amorpher Siliciumfilm) wird entfernt. Daher muß die Oberflächenschicht 20 nach der Reinigungsbehandlung geformt werden.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es im Gegensatz zum Stand der Technik unnötig, die antistatische Behandlung für jede filmbildende Behandlung durchzuführen. Wenn die antistatische Behandlung 15 bis 30 Sekunden benötigt, ist daher eine Behandlungszeit für 50 Halbleitersubstrate um etwa 12 bis 25 verkürzt und damit die Produktivität der Plasmabehandlungsapparatur verbessert.
Beispiele
Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden mit Vergleichsbeispielen als herkömmliche Methoden in Bezug auf das Auftreten von Adsorption des Halbleitersubstrats und eines Grades von Metallverunreinigung auf dem Halbleitersubstrat verglichen. In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde Eagle 10, hergestellt von Nihon ASM Co., Ltd. als die Plasma-CVD-Apparatur verwendet.
1. Vergleichsbeispiel 1
In einem Erhitzer aus AlN-Keramik mit einem elektrischen Widerstand von 10¹⁵ Ω·cm wurde keine adsorptionsverhindernde Schicht gebildet.
2. Beispiel 1

Ein SiC-Film mit einem elektrischen Widerstand von 50 Ω·cm wurde bei etwa 10 nm in dem AlN-Keramikerhitzer mit dem elektrischen Widerstand von 10¹⁵ Ω·cm gebildet. Bedingungen, die eine adsorptionsverhindernde Schicht bilden

SiH(CH₃)₃:	100 cm²
He:	1000 cm²
Heizeinrichtungstemperatur:	550°C
Druck:	6 Torr (798 Pa)
Radiofrequenzenergie:	600 W
Abstand zwischen den Elektroden:	14 mm
Filmbildende Zeit:	10 Sekunden

3. Beispiel 2

Ein amorpher Siliciumfilm mit elektrischem Widerstand von 10⁹ Ω·cm wurde mit etwa 17 nm in der AlN-Keramik-Heizeinrichtung mit einem elektrischen Widerstand von 10¹⁵ Ω·cm gebildet. Bedingungen, die eine adsorptionsverhindernde Schicht bilden

SiH₄:	100 cm²
Ar:	1000 cm²
Heizeinrichtungstemperatur:	550°C
Druck:	3,5 Torr (465,5 Pa)
Radiofrequenzenergie:	300 W
Abstand zwischen den Elektroden:	14 mm
Filmbildende Zeit:	5 Sekunden

4. Plasmabehandlung auf Halbleitersubstrat von Vergleichsbeispiel 1 und den Beispielen 1 und 2

Ein Plasma-Siliciumnitrid-Film (P-SiN) wurde auf dem Halbleitersubstrat bis zu einer Dicke von etwa 50 nm gebildet. Filmbildende Bedingungen

Die Anzahl behandelter Halbleitersubstrate:	25 Substrate
SiH₄:	30 cm²
N₂:	5000 cm²
Heizeinrichtungstemperatur:	550°C
Druck:	4,25 Torr (565,25 Pa)
Radiofrequenzenergie:	400 W
Abstand zwischen den Elektroden:	14 mm
Filmbildende Zeit:	30 Sekunden

5. Herkömmliches Beispiel 2
Anodisierter Film mit einem elektrischen Widerstand von 10¹⁵ Ω·cm wurde mit einer Dicke von 20 μm auf eine Al-Legierung (JIS: A5052), der Oberfläche des Suszeptors, ohne adsorptionsverhindernde Schicht darauf gebildet.
6. Beispiel 3

Ein anodisierter Film mit einem elektrischen Widerstand von 10¹⁵ Ω·cm wurde auf der Al-Legierung (JIS: A5052) als Oberfläche des Suszeptors mit einer Dicke von 20 μm gebildet, und ein amorpher Siliciumfilm mit einem elektrischen Widerstand von 10⁹ Ω·cm wurde weiter auf dem Suszeptor bis zu einer Dicke von etwa 20 nm gebildet. Bedingungen, die eine adsorptionsverhindernde Schicht bilden

SiH₄:	100 cm²
Ar:	1000 cm²
Heizeinrichtungstemperatur:	420°C
Druck:	3,5 Torr (465,5 Pa)
Radiofrequenzenergie:	300 W
Abstand zwischen den Elektroden	14 mm
Filmbildende Zeit:	5 Sekunden

7. Plasmabehandlung auf Halbleitersubstrat des Vergleichsbeispiels 2 und des Beispiels 3

Ein Plasma-Siliciumnitridfilm, (P-SiN) wurde bis zu einer Dicke bis zu etwa 500 nm auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Filmbildende Bedingungen

SiH₄:	215 cm²
NH₃:	1000 cm²
N₂:	600 cm²
Heizeinrichtungstemperatur:	420°C
Druck:	3,75 Torr (498,75 Pa)
Radiofrequenzenergie:	500 W
Abstand zwischen den Elektroden:	10 mm
Filmbildende Zeit:	50 Sekunden

8. Meßmethode

(1) Vorkommen elektrostatischer Adsorption: ein Bohrloch des Halbleitersubstrats wird visuell beobachtet, wenn der Suszeptor von dem Halbleitersubstrat durch die Hebestifte getrennt wird.
(2) Metallverunreinigungsgrad auf Halbleitersubstrat: unter Verwendung eines analysierenden Verfahrens mit einer induktiven Kopplungsplasmamasse wurde die Oberflächendichte der Metallatomzahl für Cr, Fe, Cu, Mg und Ni gemessen.

9. Meßergebnisse
Die Messung führt zu den in Tabelle 1 gezeigten Werten.
Tabelle 1
(1) Auftreten von Adsorption
In Vergleichsbeispielen 1 und 2 erfolgte elektrostatische Adsorption, und das Halbleitersubstrat sprang jedesmal, wenn das Halbleitersubstrat aufwärts durch die Hebestifte angehoben wurde. In den Beispielen 1, 2 und 3 wurde ein springendes Halbleitersubstrat nicht beobachtet, und es trat kein Beförderungsfehler auf.
(2) Grad der Metallverunreinigung auf Halbleitersubstrat
Die Metallatomzahl-Oberflächendichte von Vergleichsbeispiel 1 wurde mit jener der Beispiele 1 und 2 verglichen. In diesen Beispielen wurde der AlN-Suszeptor verwendet. In diesem Fall wurde gefunden, daß die Dichte von Beispiel 1 auf etwa ½ und die Dichte von Beispiel auf etwa 1/3 im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 1 reduziert wurde. Außerdem wurden die Dichte des Vergleichsbeispiels 2 mit jener des Beispiels 3 verglichen. Bei diesen Beispielen wurde die Al-Legierung des Suszeptors 3' verwendet. In diesem Fall wurde gefunden, daß die Dichte des Beispiels 3 auf 1/6 im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 2 reduziert wurde. Dies dürfte darauf beruhen, daß die Oberflächen des Suszeptors und die obere Radiofrequenzelektrode als Metallverunreinigungsquellen in der Reaktionskammer mit den adsorptionsverhindernden Schichten bedeckt werden.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei dem Verfahren unter Verwendung der Plasma-CVD-Apparatur zur Bildung des erwünschten dünnen Films auf dem Halbleitersubstrat die Adsorption des Halbleitersubstrats auf der Suszeptoroberfläche vollständig während der Filmbildung verhindert werden. Als ein Ergebnis wird kein Fehler während der Beförderung des Halbleitersubstrats erzeugt, und eine stabile Apparatur und ein stabiles Verfahren können erhalten werden.
Außerdem kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Metallverunreinigung auf dem Halbleitersubstrat im Vergleich mit Stand der Technik reduziert werden. Als Ergebnis wird die Ausbeute einer hochqualifizierten Halbleiterapparatur verbessert.
Außerdem wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Vorbehandlungsverfahren durchgeführt, während das Halbleitersubstrat in die Überführungskammer befördert wird. Zusätzlich ist im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden eine antistatische Behandlung für jede filmbildende Behandlung unnötig. Daher kann die Behandlungszeit je Halbleitersubstrat beachtlich verkürzt werden. Als Ergebnis wird die Produktivität der Apparatur verbessert.
Es wird für den Fachmann verständlich sein, daß zahlreiche und verschiedene Modifikationen ohne Verlassen des Erfindungsgedankens abgewandelt werden können. Daher sollte klar verstanden werden, daß die Formen der vorliegenden Erfindung nur erläuternd sind und nicht dazu bestimmt sind, den Gedanken der vorliegenden Erfindung zu beschränken.

Claims

Verfahren zur Bildung eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung einer Plasma-CVD-Vorrichtung mit den Stufen, in denen man: mit den Halbleitersubstraten aufstromwärts von einer Reaktionskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung beschickt, durch Plasmareaktion unter Verwendung eines Reaktionsgases eine Oberflächenschicht auf einem Suszeptor in der Reaktionskammer bildet, um statische Anhaftung zwischen dem Suszeptor und einem darauf anzuordnenden Halbleitersubstrat zu verhindern, wobei diese Oberflächenschicht (i) einen um den Faktor gleich wie oder weniger als 10^–5 geringeren elektrischen spezifischen Widerstand als derjenige der Suszeptoroberfläche hat, (ii) eine Dicke von 5 bis 20 nm besitzt und durch Reaktorreinigung entfernt wird und (iii) aus einem Material besteht, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus amorphem Silicium, Polysilicium und Siliciumcarbid besteht, von dort ein Halbleitersubstrat in die Reaktionskammer einspeist und durch Plasmareaktion unter Verwendung eines Reaktionsgases einen dünnen Film auf dem Halbleitersubstrat, das auf dem Suszeptor mit der Oberflächenschicht angeordnet ist, bildet und anschließend das Halbleitersubstrat mit darauf gebildetem dünnem Film aus der Reaktionskammer entfernt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in der Stufe der Oberflächenschichtbildung verwendetes Gas vom gleichen Typ wie das in der Stufe der Bildung eines dünnen Films auf dem Halbleitersubstrat verwendete Gas ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man weiterhin nach der Stufe der Bildung des dünnen Films eine Reaktorreinigung durchführt, um die Innenfläche der Reaktionskammer zu reinigen und die Oberflächenschicht zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem mehrere Substrate zwischen der Stufe der Oberflächenschichtbildung und der Stufe der Reaktorreinigung bearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Stufe der Oberflächenschichtbildung, die Stufe der Bildung des dünnen Films und die Stufe der Reaktorreinigung nacheinander wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Plasma-CVD-Vorrichtung eine Substratüberführungskammer enthält, die aufstromwärts von der Reaktionskammer angeordnet ist und worin die Stufe der Oberflächenschichtbildung durchgeführt wird, während Halbleitersubstrate in die Substratüberführungskammer eingespeist werden.