DE69411307T2

DE69411307T2 - CVD Kammer

Info

Publication number: DE69411307T2
Application number: DE69411307T
Authority: DE
Inventors: Mei Chang; Lawrence Chung-Lai Lei; Karl Anthony Littau; Alan Ferris Morrison; Ilya Perlov; Ashok K Sinha
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2014-04-01
Also published as: US5695568A; JPH06306615A; EP0619381A1; US5935338A; US6103014A; US5516367A; US5882419A; EP0843023A3; JP2918785B2; EP0619381B1; KR100190726B1; US5800686A; EP0843023A2; US5856240A; DE69411307D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine verbesserte Kammer für eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Insbesondere betrifft diese Erfindung eine CVD-Vakuumkammer, die dünne Schichten gleichmäßiger auf ein Halbleitersubstrat abscheidet.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

CVD-Vakuumkammern werden zur Abscheidung von dünnen Schichten auf Halbleitersubstraten verwendet. Ein Präkursor-Gas wird über eine Gasverteilerplatte, die sich über dem Substrat befindet, in eine Vakuumkammer gespeist, wobei das Substrat auf Prozeßtemperaturen, im allgemeinen im Bereich von etwa 250-650ºC, aufgeheizt wird. Das Präkursor-Gas reagiert auf der geheizten Substratoberfläche, so daß es eine dünne Schicht darauf abscheidet und flüchtige Nebenproduktgase bildet, die über das Pumpsystem der Kammer abgepumpt werden.
Um die Produktionseffizienz und die Vorrichtungsleistung zu steigern, sank in den letzten Jahren die Größe der auf einem Substrat gebildeten Vorrichtungen, und die Anzahl der auf einem Substrat gebildeten Vorrichtungen stieg. Folglich ist es immer wichtiger, daß durch CVD abgeschiedene dünne Schichten über das Substrat eine gleichmäßige Dicke aufweisen, so daß alle Vorrichtungen auf dem Substrat gleichförmig sind. Ferner ist es immer wichtiger, daß die Erzeugung von Teilchen in den Bearbeitungskammern vermieden wird, um die Verunreinigung der Substrate zu vermindern, die die Ausbeute an guten Vorrichtungen verringert.
Außerdem ist die Größe von Halbleitersubstraten, beispielsweise Siliziumwafern, gestiegen, so daß die derzeitigen Siliziumwafer des Standes der Technik einen Durchmesser von etwa 20,32 cm (8 Inch) aufweisen. Dies macht es möglich, nur einen Wafer auf einmal in einer Bearbeitungskammer zu bearbeiten, im Gegensatz zu stapelweisen Prozessen, bei denen eine Vielzahl, nämlich bis zu 100 Wafer, gleichzeitig bearbeitet wird. Die Wirtschaftlichkeit der stapelweisen Bearbeitung ist unter Verwendung von großen Wafern reduziert, da, wenn während der Bearbeitung ein Problem auftritt, viele teure Wafer beschädigt und verworfen werden müssen. Außerdem können die Bearbeitungskammern kleiner gemacht werden, wenn nur ein Substrat auf einmal zu bearbeiten ist, und die Bearbeitung ist besser steuerbar.
Darüber hinaus wurde eine Anlage zur Automatisierung der Waferbearbeitung durch Ausführen mehrerer Sequenzen von Bearbeitungsschritten, ohne den Wafer aus einer Vakuumumgebung zu entfernen, entwickelt, wodurch die Überführungszeiten und die Verunreinigung der Wafer vermindert wurden. Ein solches System wurde beispielsweise von Maydan et al., US-A-4 951 601, offenbart, wobei eine Vielzahl von Bearbeitungskammern mit einer Überführungskammer verbunden ist. Ein Roboter in einer zentralen Überführungskammer übergibt Wafer durch Spaltventile in den verschiedenen verbundenen Bearbeitungskammern und holt sie zurück, nachdem die Bearbeitung in den Kammern vollendet ist.
Eine typische CVD-Kammer des Standes der Technik ist in Fig. 1 offenbart. Diese Kammer ist in US-A-4 892 753, Wang et al. die durch den Hinweis hierin aufgenommen wird, beschrieben. Mit Bezug auf Fig. 1 ist in einer CVD-Kammer 10 eine Aufnahme 16, auf der ein Wafer 14 während der Bearbeitung gehalten wird, mittels einer vertikal beweglichen Hebevorrichtung (nicht dargestellt) vertikal beweglich. Eine Vielzahl von Stiften 20 stützen den Wafer, wenn der Wafer von einem Blatt eines externen Roboters in die Kammer gebracht wird. Eine Vielzahl von Aufnahmestützfingern 22 sind mit den Waferfingern 20 verbunden und sind an einer Leiste 40 montiert, die ebenfalls durch die Hebevorrichtung vertikal beweglich ist. Der Wafer 14 und die Aufnahme 16, auf der er gehalten wird, werden durch eine Vielzahl von Hochleistungslampen 58 durch ein lichtdurchlässiges Quarzfenster 70 hindurch geheizt. Bei einem bevorzugten Aufbau befinden sich zwei Lampenfelder außerhalb von sowohl der Oberseite als auch dem Boden der Kammer 10, wenn zwei Sätze von Quarzfenstern 70 vorhanden sind. Diese Quarzfenster 70 sind mit Hilfe von Teflondichtungen 72 zu den Kammerwänden hin abdichtet. Die Verwendung dieser externen Heizlampen 58 ermöglicht eine sehr rasche Aufheizung der Wafer und Aufnahmen und ermöglicht, daß die Kammer zwischen den Bearbeitungszyklen abgekühlt wird, wenn die Lampen abgeschaltet werden.
Die Quarzfenster 70 haben jedoch eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer; nach etwa 1000-2000 Abscheidungszyklen kommt es auf den Quarzfenstern zu einer ausreichenden Ablagerung, so daß sie beschlagen und das Licht von den Hochleistungslampen die Quarzfenster 70 nicht mehr durchdringen kann, woraufhin sie gereinigt werden müssen. Die Quarzfenster werden auch durch Fluor-enthaltendes Plasma, das zur Reinigung der Kammer verwendet wird, angegriffen, was ebenfalls Teilchen erzeugt. Ein Strom von Spülgas über die Fenster 70 hat den Zeitraum zwischen den Reinigungen verlängert, aber die für die Reinigung oder den Austausch der Fenster 70 erforderliche Abschaltzeit ist jedoch nach wie vor teuer.
Außerdem müssen die Hochleistungslampen 58 ebenso regelmäßig ausgetauscht werden, was eine zusätzliche Abschaltzeit der Anlage zur Folge hat.
Ein weiteres Problem bei der Verwendung der CVD-Kammern des Standes der Technik besteht darin, daß sie einen langen Zeitraum in Anspruch nehmen, nämlich bis zu etwa 6 Stunden, um zu entgasen, um eine niedrige Leckrate in der Kammer aufrechtzuerhalten. Die zum Abdichten der Quarzfenster 70 verwendeten Teflondichtungen 71 sind für Helium durchlässig und entgasen langsam, und es nimmt einen langen Zeitraum in Anspruch, bis die Kammer 10 eine zufriedenstellende Vakuumreinheit erreicht. Die derzeitigen Standards für den Leckverlust der Kammer erfordern, daß der Druck in der Kammer 10 auf 9,6 Pa (72 Millitorr) gebracht wird und die Temperatur auf 450ºC erhöht wird, wenn das Vakuum abgestellt wird. Der Druckanstieg in der Kammer wird dann überwacht. Eine Leckrate von nicht mehr als 0,067 Pa (0,5 Millitorr) pro Minute ist der derzeitige Richtwert.
Solche CVD-Kammern werden zur Abscheidung von Metallen, wie z. B. Wolfram aus WF&sub6;-Präkursor-Gas verwendet. WF&sub6; ist ein sehr flüchtiges Gas, und es sind Probleme entstanden, da Wolfram nicht nur auf der Oberseite des Wafers abscheidet, sondern auch auf den Kantenoberflächen und der Rückseite des Wafers. Diese Kanten- und Rückseitenoberflächen sind rauher als die hochpolierte oberseitige Oberfläche und sind nicht mit einer Haftschicht, wie z. B. aufgestäubtem bzw. gesputtertem Titannitrid, überzogen, und somit neigen die abgeschiedenen Materialien dazu, von den Kanten- und unteren Oberflächen abzublättern, was die Kammer verunreinigt. Die überschüssigen Abscheidungen können in einem Ätzplasma unter Verwendung derselben oder einer anderen Kammer abgeätzt werden, dieser Prozeß selbst kann jedoch Teilchen in der Kammer bilden oder die Rückseite der Wafer beschädigen.
Somit kamen Klemmringe in Gebrauch. Die Klemmringe bedecken den Rand des Wafers während der Abscheidung, wodurch verhindert wird, daß die Abscheidungsgase die Kanten- und Rückseitenoberflächen des Wafers erreichen. Aufgrund der Flüchtigkeit, beispielsweise von WF&sub6;, verhindern jedoch die Klemmringe allein nicht die Abscheidung auf der Kante und der Rückseite des Wafers. Die Verwendung eines Spülgases, das hinter den Wafer oder an der Kante des Wafers hinter den Klemmring geleitet wird, wurde ebenfalls erprobt. Das Spülgas übt einen Überdruck aus, der die Wahrscheinlichkeit vermindert, daß Bearbeitungsgas diese Kanten- und Rückseitenoberflächen erreicht.
Die Verwendung der Klemmringe hat jedoch einige Nachteile; der Klemmring wird während des Bearbeitungszyklus angehoben und gesenkt und kann an der Aufnahme und am Wafer reiben, wodurch Teilchenerzeugung hervorgerufen wird. Außerdem liegen die Klemmringe über der Oberfläche am Rand des Wafers, was die Fläche des Wafers verringert, auf der Metall abgeschieden werden kann.
Ein weiteres Problem bei der Verwendung der Klemmringe besteht darin, daß der Klemmring, da er dicker ist als der Wafer, kälter bleibt als der Wafer und den Rand des Wafers dort, wo dieser mit dem Klemmring in Kontakt steht, abkühlt. Dies bewirkt einen Abfall der Abscheidungsrate am kälteren Rand des Wafers und führt zu Ungleichmäßigkeiten in der abgeschiedenen Schicht.
Somit ist trotz der Verwendung all dieser Merkmale die Abscheidung von Metallen wie z. B. Wolfram durch CVD nicht so gleichmäßig wie gewünscht. Die Verwendung von Feldern von externen Hochleistungslampen zum Heizen der Aufnahme und des Wafers ist nicht vollkommen gleichmäßig, was zu Inhomogenitäten in der abgeschiedenen Schicht führt. Ferner sammeln sich mit der Zeit Ablagerungen von Wolfram und anderen Materialien auf den Quarzfenstern an, was die Transparenz der Fenster verringert, so daß sie regelmäßig gereinigt werden müssen. Dies erfordert das Öffnen der Kammer und erhöht die Abschaltzeit, was teuer ist. Bei den derzeitigen Kammern wurden weitere Probleme der Teilchenerzeugung und ungleichmäßigen Abscheidung bemerkt. Somit wurde die Suche nach den Ursachen für die Teilchenerzeugung und die Ungleichmäßigkeiten in den abgeschiedenen Schichten fortgesetzt und es wird ununterbrochen nach Lösungen für die obigen Probleme gesucht.
In EP-A-0 467 623 wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schutz während der Substratbearbeitung offenbart. Die CVD-Abscheidung von Metallen und Metallverbindungen von der Kante und einem Randbereich der Wafervorderseite ist durch die Verwendung eines ringförmigen "Abdeckungs"-Gebildes ausgeschlossen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Einzelsubstrat-CVD- Kammer, wie in Anspruch 1 definiert, zur Abscheidung von, unter anderem, Wolfram, sowohl unstrukturiert als auch selektiv abgeschieden, Wolframsilicid, Titannitrid, Kupfer und dergleichen, wobei die Kammer eine verbesserte Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schichten liefert. Die CVD-Kammer der Erfindung umfaßt eine Aufnahme bzw. Halterung, die unter Verwendung einer in die Aufnahme fest eingebetteten Einzelspulen-Widerstandsheizvorrichtung widerstandsgeheizt wird, um das darauf gehaltene Substrat ununterbrochen und gleichmäßig zu heizen; eine Vakuumleitung durch die Aufnahme, die das Substrat während dessen Bearbeitung fest gegen die Aufnahme hält, wodurch zumindest teilweise die Abscheidung auf der Rückseite des Substrats verhindert wird und die Wärmeübertragung von der geheizten Aufnahme auf das Substrat verbessert wird; eine Spülgasleitung durch die Aufnahme an ihrem Rand, um zu verhindern, daß Prozeßgase die Unterkante und die Rückseite des Wafers erreichen; und eine hitzebeständige Spülführung, die an der Aufnahme gehalten wird und einen gleichmäßigen Spalt über dem Substrat aufrechterhält. Die Spülführung der Erfindung kommt während der Bearbeitung nicht mit dem Substrat in Berührung, wodurch eine Quelle für eine Temperaturverringerung am Rand des Substrats und Temperaturungleichmäßigkeiten über das Substrat beseitigt werden und die Menge des Spülgases, das in den Bearbeitungsbereich der Kammer strömt, begrenzt wird. Die verbesserten Merkmale der vorliegenden CVD-Kammer umfassen eine Inertgasquelle in der Vakuumleitung zur Steuerung der Temperaturgleichmäßigkeit von der Mitte bis zur Kante des Substrats; und eine wahlweise Vakuum-Auslaßplatte für die Kammer, die die Gleichmäßigkeit des Auspumpens von überschüssigen und Nebenproduktgasen aus der Kammer verbessert.
Die vorliegende widerstandsgeheizte Aufnahme kann eine Temperaturgleichmäßigkeit von der Mitte bis zur Kante von +/- 2ºC aufrechterhalten.
Die Erfindung besteht auch aus einem Verfahren zum Abscheiden einer dünnen Schicht nach Anspruch 9.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine teilweise schematische Querschnittsansicht einer CVD-Kammer des Standes der Technik.
Fig. 2A ist eine Draufsicht auf eine hierbei taugliche Spule.
Fig. 2B ist eine räumliche Ansicht der Spule von Fig. 2A.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer in eine Aufnahmehalterung eingebetteten Spule.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Aufnahmehalterung der Erfindung.
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die Aufnahmeplatte der Erfindung.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer Spülführung in Kombination mit einem zu bearbeitenden Substrat, das auf einer Aufnahme der Erfindung gehalten wird.
Fig. 7 ist eine teilweise schematische Querschnittsansicht einer CVD-Kammer der Erfindung.
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf den Auslaßkanal der Kammer der Erfindung.
Fig. 9 ist eine Draufsicht auf eine Auslaßpumpplatte der Erfindung.
Fig. 10 ist eine Draufsicht auf Plazierungsstifte um einen Wafer herum.
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht eines Spülstifts, der an einer Aufnahme der Erfindung befestigt ist.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG IM EINZELNEN

In den Figuren wird durchweg für den gleichen Teil in allen Figuren dieselbe Ziffer verwendet.
Wir haben gefunden, daß eine widerstandsgeheizte Aufnahmehalterung für Substrate während einer CVD- Bearbeitung gegenüber einer Beheizung mit Hochleistungslampen für Einzelsubstrat-CVD- Bearbeitungskammern Vorteile besitzt. Die Widerstandsheizvorrichtung der Erfindung umfaßt eine Einzelspulen-Widerstandsheizvorrichtung 200, in der Größenordnung von 8,1 kW, wie in den Fig. 2A und 2B dargestellt. Die Aufnahmehalterung 210 umfaßt einen Block aus Metall, beispielsweise Aluminium, der eine Einzelspulen-Widerstandsheizvorrichtung 200 aufweist, die wie in Fig. 3 gezeigt darin eingebettet ist. Um für eine gleichmäßige Heizung der Aufnahmehalterung für das Substrat zu sorgen und um das darauf gehaltene Substrat gleichmäßig zu heizen, muß die Spule mit dem Großteil der Aufnahmehalterung 210 an allen Seiten in Kontakt stehen. Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Spule 200, die mit einem Preßpassungsformstück 212 aus Aluminium in eine Aufnahmehalterung 210 eingebettet ist, um zu gewährleisten, daß die Spule 200 an allen Seiten mit Metall in Kontakt steht. Um die Aufnahmehalterung 210 der Erfindung herzustellen, wird ein Raum für eine Heizspule aus der festen Aufnahmehalterung 210 maschinell herausgearbeitet, die Spule 200 wird darin eingesetzt und eine Aluminiumplatte 212 wird gegen die Spule 200 aufgepreßt, so daß die Spule 200 mit der metallischen Aufnahmehalterung 210 an allen Seiten in Kontakt steht. Sie wird dann geschweißt, um zu gestatten, daß die Heizspule bei Atmosphärendruck bleibt, um die Wärmeübertragung zu verbessern. Dies ist wichtig, um ein gleichmäßiges Heizen der Aufnahmehalterung 210 zu gewährleisten. Alternativ kann eine Aufnahmehalterung aus Aluminium mit einer darin eingebetteten Spule durch ein Gießverfahren hergestellt werden.
Da die Spule 200 an allen Seiten mit Aluminiummetall in Kontakt steht, beispielsweise der Aufnahme 210 und dem Metallformstück 212, kann ohne eine große Anzahl an Spulen eine hohe Leistungsdichte erzielt werden, und tatsächlich kann eine hohe Leistungsdichte erhalten werden und eine gleichmäßige Widerstandsheizung der Aufnahmehalterung 210 mit nur einer einzigen Heizspule 200, wie in Fig. 2 dargestellt, erhalten werden. Dies verringert die erforderliche Größe der Aufnahmehalterung 210 und ermöglicht, daß eine Vielzahl von Gasverteilungskanälen darin implementiert wird. Ein Wafer, der auf der Aufnahmehalterung 210 durch ein Vakuum gehalten wird, kann unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Heizanordnung schnell und gleichmäßig aufgeheizt werden. Die Temperaturschwankung von der Mitte bis zur Kante auf dem Substrat beträgt nicht mehr als 2ºC bei Bearbeitungstemperaturen von beispielsweise etwa 475ºC. Ein Thermoelement 214 wird eingesetzt und in einem Abstand von etwa 0,63 cm (0,25 Inch) von der Unterseite des Wafers mit der Unterseite der Heizvorrichtung in Kontakt gehalten. Das Thermoelement 214 wird durch eine leichte Federkraft an seiner Stelle gehalten und liefert ein Steuersignal für den Temperaturregler. Das Thermoelement 214 liegt in einer Mulde, die sich auf Atmosphärendruck befindet, was die Wärmeübertragung zwischen der Heizvorrichtung 200 und dem Thermoelement 214 verbessert, um einen genaueren Meßwert bereitzustellen.
Der Temperaturregler ist ein nach Verfahrensvorschrift betriebener Proportional-Integral-Differential-(PID)- Regler, der den Schritten der Verfahrensvorschrift zuvorkommt, die gleich eintreten werden, und die Ansprechcharakteristik 8A der Heizvorrichtung ändert, um ein gleichmäßiges Temperaturprofil aufrechtzuerhalten.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Aufnahmehalterung 210 und Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die Aufnahmehalterung 210.
Mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 ist eine Vakuumleitung 216 dargestellt. Die Vakuumleitung 216 ist mit einer Vakuumquelle (nicht dargestellt) verbunden, die von der Vakuumabsaugpumpe für die CVD-Kammer selbst separat ist. Die Vakuumleitung 216 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 218 in der Oberfläche der Aufnahme 210 verbunden. Diese Öffnungen 218 wiederum befinden sich innerhalb kleiner Kanäle 220 in der Oberfläche der Aufnahme 210. Wenn das Vakuum angelegt wird, wird folglich ein auf der Aufnahme 210 gehaltenes Substrat gleichmäßig gegen die Aufnahme 210 nach unten gezogen. Die Vakuumöffnungen 218 sind mit den Kanälen 220 verbunden und sind so angeordnet, daß sie das Vakuum gleichmäßig über die Oberfläche der Aufnahme 210 verteilen. Die Vakuumkanäle 220 erstrecken sich nicht bis zur Kante des Substrats, sondern können sich beispielsweise auf etwa 17,78 cm (7 Inch) über die Aufnahme 210 erstrecken, wenn ein Wafer von 20,32 cm (8 Inch) bearbeitet werden soll.
Der Druck der Vakuumleitung 216 kann von etwa 199,98 Pa (1,5 Torr) bis etwa 7999 Pa (60 Torr) reichen, wenn der Druck der Kammer etwa 10665 Pa (80 Torr) beträgt. Der Druck in der Vakuumzuleitung kann ferner durch Einleiten eines Inertgases wie z. B. Argon reguliert werden, um die Gleichmäßigkeit der Abscheidung auf das Substrat zwischen der Mitte und der Kante zu regulieren. Das Erhöhen des Drucks in der Vakuumleitung 216 von etwa 333,30 Pa (2,5 Torr) auf etwa 1333,22 Pa (10 Torr) steigert beispielsweise die Wärmeübertragung innerhalb des Aufnahmebereichs und erhöht die Schichtdicke und -gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht.
Es können flache Nuten zu dem Bereich außerhalb der Vakuumspannfläche hinzugefügt werden, um die Wärmeübertragung in der Nähe der Kante des Wafers zu verringern, was dann die Dicke der an der Kante des Wafers abgeschiedenen Schicht verringert.
Eine Spülgasleitung 222 ist ebenfalls in der Aufnahmehalterung 210 vorhanden. Ein Spülgas wie z. B. Argon wird in eine Vielzahl von Spülgasöffnungen 224 in der Aufnahme 210 geleitet, die das Spülgas gegen die Kante des Substrats leiten, wodurch unterbunden wird, daß das Prozeßgas mit der Waferkantenoberfläche in Berührung kommt und Material wie z. B. Wolfram darauf abgeschieden wird. Etwa 120-360 Öffnungen können um den Rand der Halterung 210 in gleichen Abständen angeordnet sein. Die Verwendung eines Spülgases, um die Abscheidung auf der Kante und der Rückseite zu unterbinden, ist an sich bekannt. Da jedoch das Spülgas dann entlang der Kante des Substrats und in den Bearbeitungsbereich der Kammer strömt, entsteht ein Problem, da das Spülgas die Kante des Substrats kühlen kann und das Bearbeitungsgas an der Kante des Substrats verdünnen kann, wodurch die Abscheidung an der Kante des Substrats verringert wird. Somit wurde eine hitzebeständige Spülführung zu der vorliegenden CVD-Kammer gemäß der vorliegenden Erfindung hinzugefügt.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer Spülführung 226 in Kombination mit einem zu bearbeitenden Wafer 14, der auf einer Aufnahme 210 gehalten wird.
Mit Bezug auf Fig. 6 wird ein Wafer 14 auf der Aufnahme 210 gestützt. Die Spülführung 226 ruht auf der Oberseite der Aufnahme 210, wenn sich die Aufnahmehalterung 210 in ihrer Bearbeitungsposition befindet. Die Spülgaszuleitung 222 führt Spülgas gegen die Kante des Wafers 14, der auf der Aufnahme 210 durch ein Vakuum gehalten wird. Die Spülführung 226 hält einen feststehenden Spalt über dem Wafer 14 aufrecht, durch den die Spülgase in den Bearbeitungsbereich der CVD-Kammer strömen. Es ist dieser feststehende Spalt, der in der Größenordnung von 0,127- 0,254 mm (5-10 Mil) liegt, der bei der Steuerung der Verteilung des Spülgases und der Aufrechterhaltung der Abscheidungsgleichmäßigkeit zwischen der Mitte und der Kante auf dem Substrat kritisch ist. Der Weg des Spülgases ist durch die Pfeile dargestellt. Geeigneterweise besteht die Spülführung 226 aus Keramik, wie z. B. Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid.
Die Kante der Aluminiumaufnahme 210, auf der die Spülführung 226 während der Bearbeitung ruht, weist eine Vielzahl von feinen Nuten 221 auf, die beispielsweise etwa 0,127-0,254 mm (5-10 Mil) auseinander liegen, um ein Festhaften zwischen der Spülführung 226 und der Aufnahme 210 zu verhindern. Dieses Festhaften kann aufgrund des Unterschieds der Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Teilen aus Metall wie z. B. Aluminium (Aufnahme) und aus Keramik (Spülführung) auftreten; das Aluminium dehnt sich bei den Bearbeitungstemperaturen im Vergleich zu Raumtemperatur etwa dreimal so viel aus wie die Keramik. Die feinen Nuten 221 verhindern die Erzeugung von Teilchen, wenn die Spülführung 226 und die Aufnahme 210 getrennt werden, wenn die Aufnahmehalterung 210 gesenkt wird, nachdem die Bearbeitung des Wafers 14 vollendet ist.
Im allgemeinen sind Spülgase Inertgase wie z. B. Argon. Es kann jedoch eine kleine Menge eines Reaktionsgases wie z. B. Wasserstoff zu dem Spülgas zugegeben werden, um die Abscheidung an der Kante des Substrats zu verbessern. Im dem Fall, daß das Spülgas die Kante des Substrats kühlt oder das Bearbeitungsgas an der Kante des Substrats verdünnt, oder falls die Spülführung über dem Rand des Substrats liegt oder diesen abschattet, wodurch die Abscheidung am Rand der oberseitigen Oberfläche des Wafers verringert wird, reagiert ein zu dem Spülgas zugegebenes Reaktionsgas, wie z. B. Wasserstoff, mit beispielsweise WF&sub6;, um dessen Zersetzung zu steigern und die Abscheidungsmenge auf der Kante des Wafers zu erhöhen und die obigen Quellen für eine Abscheidungsungleichmäßigkeit zu beseitigen.
Fig. 7 ist eine teilweise schematische Querschnittsansicht der CVD-Kammer 300 der vorliegenden Erfindung.
Das Substrat 14 wird durch einen Roboterarm durch ein Spaltventil in einer Seitenwand der Kammer (nicht dargestellt) in die Kammer 300 der Erfindung gebracht. Die Kammer 300 kann ein Teil eines Vakuumbearbeitungssystems mit einer Vielzahl von Bearbeitungskammern sein, die mit einer zentralen Überführungskammer verbunden sind. Die Aufnahmehalterung 210 ist mittels eines Motors 252 vertikal beweglich. Das Substrat 14 wird in die Kammer gebracht, wenn sich die Aufnahmehalterung 210 in einer ersten Position gegenüber dem Spaltventil befindet. Das Substrat 14 wird anfänglich durch einen Satz von Stiften 228 gestützt, die durch die Aufnahmehalterung 210 verlaufen und mit der Aufnahmehalterung 210 gekoppelt sind, welche von einer Einzelmotoranordnung angetrieben wird. Eine zweite Spülleitung 236 kann hinzugefügt werden, um die Faltenbalge 229 aus rostfreiem Stahl vor einer Beschädigung durch korrosive Gase zu schützen. Da sich die Stifte 228 jedoch zusammen mit der Aufnahmehalterung 210 anheben, treffen sie auf einen Anschlag 230. Wenn sich die Aufnahmehalterung 210 weiter in die Bearbeitungsposition gegenüber der Bearbeitungsgasplatte 310 hebt, sinken die Stifte 228 in die Aufnahmehalterung 210 ein und der Wafer 14 wird auf die Aufnahmeplatte 214 abgelegt. Die Vakuumzufuhrleitung 216 der Aufnahme wird aufgemacht, was das Substrat 14 an der Aufnahme 210 festhält. Die Aufnahmehalterung 210 wird dann zum Bearbeiten des Substrats 14 in Richtung der in einer Strichlinie dargestellten Bearbeitungsgasplatte 310 nach oben bewegt. Wenn sie sich nach oben bewegt, kommt das Substrat 14 mit der Spülführung 226 in Berührung und zentriert die Spülführung 226 bezüglich des festgehaltenen Substrats 14. Wenn die Spülführung 226 zentriert ist, kommt sie nicht mit dem Wafer in Berührung, sondern hält einen feststehenden Spalt von 0,127-0,254 mm (5-10 Mil) zum Wafer 14 zum Durchgang von Spülgasen zwischen ihnen aufrecht. Gleichzeitig zentriert die Aufnahmehalterung 210 ebenfalls die Spülführung 226, wenn sie nach oben fährt. An der Seitenwand 211 der Aufnahmehalterung 210 aus Aluminium wird ein Satz von Pufferstiften 232 verwendet, um den Kontakt zwischen der Spülführung 226 und der Aufnahmehalterung 210 zu minimieren, wenn sich die Aufnahmehalterung 210 vertikal bewegt, wodurch die Erzeugung von Teilchen im Fall, daß sich die Aufnahmehalterung 210 und die Spülführung 226 beim Vorbeigehen aneinander reiben, verringert wird.
Wenn die Aufnahmehalterung 210 und das daran befestigte Substrat 14 die Bearbeitungsposition erreichen, wird das Bearbeitungsgas eingelassen und die Abscheidung von Wolfram oder einer anderen Schicht beginnt. Verbrauchte Prozeßgase und Nebenproduktgase werden mittels des Pumpsystems 240 für die Kammer abgesaugt.
Wie wir herausgefunden haben, ist das Pumpsystem des Standes der Technik eine weitere Ursache für die Ungleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht. Das Pumpsystem 240 der CVD-Kammer 300 kann die Gase nicht gleichmäßig aus der ganzen Umgebung des Substrats 14 entfernen. Wie in Fig. 8 gezeigt, befindet sich der Auslaßkanal 242 der Kammer zwischen der Aufnahmehalterung 210 und dem darauf liegenden Substrat 14 und den Wänden 302 der Kammer 300. Aufgrund der Notwendigkeit, den Eintritt und Austritt des Substrats 14 durch das Spaltventil zu berücksichtigen, wird der Auslaßkanal 242 jedoch in dem Bereich des Spaltventils blockiert und der Auslaßkanal 242 umgibt das Substrat nicht vollständig.
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf den Auslaßkanal 242 in der CVD-Kammer der Erfindung. Die Anwesenheit eines Spaltventils beschneidet einen Teil des Auslaßkanals 242 der Kammer um den Rand des Wafers 14. Somit ist die Entfernung der Abgase nicht gleichmäßig, was die Zusammensetzung der verbrauchten und Nebenproduktgase in diesem Bereich verzerren kann.
Somit wird ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung eine Auslaßpumpplatte 244 bereitgestellt, wie in Fig. 9 dargestellt. Eine Vielzahl von vertikalen Öffnungen 248 in der Auslaßpumpplatte 244 sind mittels eines Kanals 250 in der Auslaßplatte 244 verbunden. Die Größe der Öffnungen 248 ist leicht einschränkend, was die Abgase zurück in den Kanal 250 treibt, wo sie gleichmäßig verteilt werden und dann mittels des Kammerauslaßkanals 242 aus der Kammer 300 abgesaugt werden. Somit werden die Abgase durch die Pumpplatte 244 gleichmäßiger verteilt und die Gase werden gleichmäßiger aus der Umgebung um den Wafer 14 herum abgepumpt.
Die Auslaßplatte 244 ist an den Seitenwänden 302 der Kammer an etwa der Position des Wafers 14 angebracht, wenn er sich in seiner Bearbeitungsposition befindet. Somit strömen die Abgase während der Bearbeitung in die in gleichen Abständen angeordneten vertikalen Öffnungen in einen einzigen Kanal 250 um die gesamte Umgebung des Wafers 14 und folglich strömen die Abgase gleichmäßiger in das Pumpsystem 240.
Wenn die Abscheidung vollendet ist, wird die Bearbeitungsgasquelle abgestellt und die Aufnahmehalterung 210 wird wieder gesenkt. Wenn sich die Aufnahmehalterung 210 der Position nähert, an der die Hebestifte 228 wieder aus der Aufnahmeplatte 214 herausragen, wird die mit der Vakuumleitung 216 verbundene Vakuumquelle abgestellt, so daß der bearbeitete Wafer durch die Stifte 228 über die Oberfläche der Aufnahmeplatte 214 angehoben werden kann. Die Aufnahmehalterung 210 und der Wafer 14 werden in ihre Anfangsposition gegenüber dem Spaltventil gesenkt, so daß der Wafer 14 aus der Kammer entnommen werden kann.
Eine alternative Ausführungsform der Kammer 300 verwendet eine Vielzahl von einteiligen Plazierungsstiften 260 anstelle einer Spülführung 226, wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt. Die Verwendung von Plazierungsstiften anstelle der hierin vorstehend beschriebenen Spülführung ermöglicht, daß Wolfram über die gesamte oberseitige Oberfläche des Wafers, einschließlich der Oberkante der abgeschrägten · Kante des Wafers, d. h. mit einem Kantenausschluß von Null, abgeschieden wird.
Fig. 10 ist eine Draufsicht auf einen Wafer 14, der von Plazierungsstiften 260 umgeben ist, um einen Spülgasdurchgang dazwischen einzurichten. Die Spülführungsstifte 260, in der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform sechs davon, können aus einem hitzebeständigen Material wie z. B. Aluminiumoxid oder einem Metall wie z. B. Aluminium bestehen. Drei der Stifte 260A, 260B und 260C justieren den Wafer 14 so, daß die Waferkante zu den Stiften ausgerichtet ist. Diese Stifte 260A, 260B und 260C werden auf die nominale Wafergröße (200 mm Durchmesser) eingestellt und legen den Spalt zwischen dem Wafer 14 und dem Spülgaskanal fest. Somit wird der Spalt so eingestellt, daß er für die Mehrheit von Wafern 14 optimiert ist. Wenn ein spezieller Wafer kleiner oder größer ist als die nominale Größe, ändert sich der Spalt um den Wafer herum von etwa 0,0508-0,508 mm (2-20 Mil) von einer Seite zur anderen. Die restlichen drei Stifte 260D, E und F stehen nicht mit der Kante eines Wafers in Kontakt und stellen einen feststehenden Spalt zwischen dem Wafer und den Stiften bereit, so daß das Spülgas zwischen ihnen hindurchströmen kann. Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht eines Plazierungsstifts 260A, der auf der Aufnahmeplatte 210 angebracht ist. Diese Ausführungsform beseitigt die hitzebeständige Spülführung, beseitigt die gesamte Abschattung der Waferkante durch die Spülführung für die Abscheidungsgase und beseitigt eine Quelle für mögliche Teilchenerzeugung. Durch geeignete Regulierung der Spülgasmischung, beispielsweise Zugeben eines Reaktionsgases wie Wasserstoff, können jegliche Inhomogenitäten an der Kante des Wafers kompensiert werden.
Die Verwendung der vorliegenden widerstandsgeheizten Aufnahme verbessert die Gleichmäßigkeit der Abscheidung, da die Aufnahme jederzeit auf der Bearbeitungstemperatur bleibt. Dies verringert die Temperaturschwankungen, die von dem Wafer und der Kammer erfahren werden, und verbessert die Gleichmäßigkeit der Abscheidung.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Form von speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, können verschiedene Substitutionen von Teilen und Materialien und Abscheidungsbedingungen vorgenommen werden, wie es Fachleuten bekannt ist. Die Aufnahme kann beispielsweise eine Aufnahmehalterung und eine daran befestigte Stirnplatte umfassen, wobei die Stirnplatte die vorstehend beschriebenen Öffnungen für das Vakuum und die Spülgase aufweist, wobei sie an der Aufnahmehalterung mit den Gasleitungen darin befestigt ist, wobei die Gasleitungen mit den verschiedenen Öffnungen in der Stirnplatte verbinden. Weitere Veränderungen werden für Fachleute ersichtlich sein und gelten als hierin eingeschlossen.

Claims

1. Eine Einzelsubstrat-Vakuumkammer für eine chemische Gasphasenabscheidung, die eine Quelle für ein Präkursor- Gas, eine geheizte Aufnahmehalterung (210) aus Metall für ein zu bearbeitendes Substrat (14) und ein Vakuumpumpsystem für die Kammer aufweist, die aufweist:

a) eine in der Aufnahme (210) eingebaute Widerstandsspule (200), so daß das Metall an allen Seiten mit der Spule (200) in Kontakt steht;

b) eine Vakuumzuleitung (216) durch die Aufnahme (210), die separat von der Pumpvakuumquelle der Kammer mit einer Vakuumquelle verbunden ist, um das Substrat (14) an der Aufnahme (210) zu halten;

c) eine Spülgasleitung (222) durch die Aufnahme, die mit einer Vielzahl von Öffnungen (224) außerhalb der Kante des auf der Aufnahme (210) gehaltenen Substrats (14) verbunden ist; und

d) Mittel (226; 260A-260F) zum Vorsehen eines feststehenden Spaltdurchgangs für Spülgas zum Substrat (14); wobei

- die Vakuumzuleitung (216) mit einer Inertgasquelle verbunden ist, um die Vakuum- und Temperaturgleichmäßigkeit über die Aufnahme (210) zu steuern.

2. Eine Kammer nach Anspruch 1, bei der die Heizspule (200) eine Einzelspule ist.

3. Eine Kammer nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Oberfläche der Aufnahme (210) eine Vielzahl von Öffnungen (218) aufweist, die mit Kanälen verbunden sind, die durch die Aufnahme (210) mit der Vakuumzuleitung (216) verbunden sind, wobei die Kanäle (220) und Öffnungen (218) innerhalb der durch das Substrat (14) während der Bearbeitung belegten Fläche liegen.

4. Eine Kammer nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf der Aufnahme (210) gestützte, hitzebeständige Spülführung (226) einen feststehenden Spalt zwischen der Aufnahme (210) und dem Substrat (14) vorsieht, um einen Spülgasdurchgang vorzusehen.

5. Eine Kammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (210) außerhalb der Fläche der Spülgasöffnungen (224) eine Vielzahl von feinen Nuten (221) aufweist, um die Spülführung (226) ohne ein Festhaften zu stützen.

6. Eine Kammer nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Satz von Plazierungsstiften (260A-260F) auf der Aufnahme (210) das Substrat (14) zu einer optimalen Position auf der Aufnahme (210) führen, um einen festgelegten Spalt zwischen dem Substrat (14) und dem Spülgaskanal festzulegen.

7. Eine Kammer nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin eine Auslaßplatte (244) in dem Pumpsystem (240) aufweist, die eine Vielzahl von kleinen, vertikalen Durchgängen (248) aufweist, die mit einem Kanal (250) um den gesamten Umfang der Rückseite der Platte (244) verbunden sind, so daß Abgase gleichmäßiger von dem Substrat (14) herum entfernt werden.

8. Eine Kammer nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Aufnahme (210) eine daran befestigte Stirnplatte aufweist, die Öffnungen aufweist, die mit den Spül- und Vakuumleitungen in der Aufnahme (210) verbunden sind.

9. Ein Verfahren zum Abscheiden einer dünnen Schicht auf ein Substrat in einer Einzelsubstrat-Abscheidekammer (300) für eine chemische Gasphasenabscheidung, das aufweist:

Lagern des Substrats (14) auf einer Aufnahmeplatte (210), die bei einem Kammerdruck von ungefähr 13,33 Pa (100 Millitorr) bis ungefähr 93325 Pa (700 Torr) auf eine Temperatur von ungefähr 250-650ºC aufgeheizt wird; Befestigen des Substrats (14) mittels eines an die Platte (210) angelegten Vakuums;

Leiten eines Spülgases aus einer Vielzahl von Öffnungen (224) in der Platte (210) außerhalb der Kante des Substrats (14) durch ein Spaltfestlegungs-Mittel (226, 260A-260F), um zu verhindern, daß Prozeßgase mit der Kante in Berührung kommen;

Leiten eines Abscheidepräkursor-Gases in die Kammer (300) hinein und

Verwenden eines Inertgases, um den Druck des Vakuums zum Substrat (14) zu regulieren.

10. Ein Prozeß nach Anspruch 9, bei dem das Präkursor-Gas WF&sub6; ist.

11. Ein Prozeß nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Spülgas ein Reaktionsgas enthält.

12. Ein Prozeß nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Spülgas eine Mischung eines Inertgases und Wasserstoff enthält.

13. Ein Prozeß nach irgendeinem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem das Spülgas gegen die Unterkante des Substrats (14) gerichtet ist.