DE69421463T2

DE69421463T2 - Ablagerung des Siliziumnitrids

Info

Publication number: DE69421463T2
Application number: DE69421463T
Authority: DE
Inventors: David Carlson; Peter H. Hey
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-04
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: DE69421463D1; JPH07153707A; EP0636704B1; EP0636704A1; US5482739A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von Siliziumnitridfilmen.
Siliziumnitridfilme mit einer Dicke zwischen 5 bis 100 nm (50 bis 1000 Å) werden als Kondensatordielektrika, als Masken für selektive Oxidation und zur Passivierung bei integrierten Schaltungen verwendet. Diese Filme werden im allgemeinen durch chemische Dampfabscheidung ("CVD") in Mehrfachwafer-Chargenreaktoren abgeschieden, die gewöhnlich Chargen von 50 bis 100 Wafer auf einmal behandeln. Typische CVD-Behandlungen sind in dem US-Patent 3,637,423 für Sestrich, et al., in dem US-Patent 4,189,992 für Doo, et al., in dem US-Patent 4,158,717 für Nelson, et al., in dem US-Patent 4,181,751 für Hall, et al. und in dem US-Patent 4,279,947 für Goldman, et al. beschrieben, die hier alle durch diese Referenz eingeschlossen sind.
Vorhandene Mehrfachwafer-Reaktoren und Verfahren zur Abscheidung von Siliziumnitrid haben jedoch mehrere Probleme. Ein Problem besteht darin, daß diese Reaktoren und Verfahren häufig einen nicht gleichförmigen Siliziumnitridfilm abscheiden. Die Dicke und die elektrischen Eigenschaften des Films ändern sich über dem Durchmesser eines jeden Wafers und können sich auch von Wafer zu Wafer ändern. Diese Ungleichförmigkeit tritt noch stärker bei Wafern hervor, die große Durchmesser (mehr als 20 cm - 8 Zoll) haben und in zunehmendem Maße in der Halbleiterindustrie verwendet werden. Die Behandlung von Wafern mit großem Durchmesser in Mehrfachwafer-Chargenreaktoren ist risikoreich, da der gesamte Stapel von 50 bis 100 Wafer gefährdet ist, von denen jeder gewöhnlich US-S 500 bis 5.000 Wert ist.
Ein weiteres Problem bei vorhandenen Siliziumnitridverfahren und Reaktoren besteht darin, daß die Wafer gewöhnlich Umgebungsluft während des Beladens und Entladens der Wafer aus den Reaktoren ausgesetzt sind. Das Ausgesetztsein gegenüber Luft und Feuchte kann dazu führen, daß sich auf den Wafern eine Oxidschicht bildet, welche das Abscheiden eines Siliziumnitridfilms unterbindet. Demzufolge wird die Oxidschicht üblicherweise entfernt, ehe der Siliziumnitridfilm abgeschieden wird. Dies fügt einen Verfahrensschritt hinzu und erhöht die Behandlungskosten des Wafers.
Reaktoren, welche einen einzigen Wafer zu jeder Zeit behandeln, scheiden gewöhnlich einen gleichförmigeren Film ab. Ein kritisches Problem bei den bekannten Einzelwaferreaktoren und Behandlungsverfahren besteht jedoch darin, daß sich in den Gasleitungen und an den Reaktorenwänden Kondensate abscheiden. Diese Abscheidungen verursachen ein Verstopfen der Leitungen und machen ein häufiges Reinigen des Reaktors erforderlich. Darüber hinaus können die Abscheidungen an den Reaktorwänden schließlich abbrechen und Teilchen erzeugen, welche den Wafer verunreinigen. Verunreinigung wird nur in den Endstadien des Herstellungsprozesses entdeckt, wenn jeder der vollständig behandelten Wafer einen Wert zwischen US-$ 5.000 bis 50.000 hat, wobei dann der ganze Wafer verschrottet werden muß. Somit sind Kondensatabscheidungen in den Gasleitungen und an den Reaktorkammerwänden unerwünscht.
Es besteht deshalb ein Bedürfnis für ein zuverlässiges Abscheidungsverfahren und eine zuverlässige Abscheidungsvorrichtung, die verwendet werden kann, um gleichförmige Siliziumnitridfilme auf groß bemessenen Wafern ohne Verunreinigungsabscheidung oder Oxidbildung auf der Waferoberfläche abzuscheiden.
Die JP-A-1-309315 bezieht sich auf eine Wärmebehandlungsvorrichtung zur Verwendung bei VLSIC-Fertigungsprozessen, bei denen ein Abschnitt in der Nähe des Abführrohrs erhitzt wird, um eine Abscheidung von Gasen, die nicht reagiert haben, oder eines Reaktionsprodukts in dem Abschnitt zu verhindern. Die EP-A-0095887 bezieht sich auf eine Vorrichtung für die chemi sche Dampfabscheidung mit Plasma, bei welcher wenigstens ein Teil der Gaszuführungseinrichtung erhitzt wird. Das IBM Technical Disclosure Bulletin 26(3A), 1983, S. 1111-2 beschreibt Verfahren zum Verringern einer NH&sub4;Cl-Verunreinigung während einer Si&sub3;N&sub4;-Abscheidung bei chemischen Dampfabscheidungssystemen mit niedrigem Druck. Die EP-A-0180397 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von polykristallinem Silizium.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 6 bzw. 8 zur Abscheidung von gleichförmigen Siliziumnitridfilmen auf groß bemessenen Wafern bereit. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Substrat in einer Abscheidezone angeordnet und ein Prozeßgas mit einem Silizium enthaltenden Gas und einem Stickstoff enthaltenden Gas in die Abscheidezone durch eine Gaseinlaßleitung eingeführt. Das Substrat wird auf eine Temperatur Td erhitzt, die ausreichend hoch ist, um das Prozeßgas zum Abscheiden von Siliziumnitrid auf dem Substrat zu bringen, mit dem Ergebnis, daß Prozeßgasnebenprodukte gebildet werden. Die Prozeßgasnebenprodukte werden durch eine Gasauslaßleitung abgeführt.
Sowohl die Gaseinlaßleitung als auch die Gasauslaßleitung werden auf eine Temperatur Th mit dem Bereich ΔTh erhitzt. Alle Temperaturen Th in dem Bereich ΔTh sind ausreichend höher als Tc (die Temperatur, bei welcher das Prozeßgas in der Gaseinlaßleitung und der Gasauslaßleitung kondensiert), so daß sich im wesentlichen kein Kondensat in den Gasleitungen abscheidet. Die Temperaturen Th sind ausreichend niedriger als die Abscheidungstemperatur Ta, damit im wesentlichen eine Siliziumnitridabscheidung in den Gasleitungen ausgeschlossen wird. Wenn die Abscheidungszone von einer Abscheidungskammer umschlossen ist, die eine Wand hat, wird die Wand vorzugsweise ebenfalls auf der Temperatur Th gehalten. Die Temperatur Th liegt zwischen 100 bis 170ºC.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegen den Erfindung lassen sich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die angefügten Ansprüche und die beiliegende Zeichnung besser verstehen, die eine schematische Ansicht einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für die chemische Dampfabscheidung ist, welche für die Abscheidung von Siliziumnitrid geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Abscheiden von Siliziumnitrid auf einem Substrat. Eine für die Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geeignete Vorrichtung 10 ist in Fig. 1 gezeigt. Teile der Vorrichtung 10 sind mehr ins einzelne gehend in dem US-Patent 5,108,792 für Anderson et al. beschrieben, welches hier durch diese Referenz eingeschlossen ist. Die in diesen Patenten beschriebene Vorrichtung wurde modifiziert, um die Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie nachstehend beschrieben werden, zu umfassen.
Die Vorrichtung 10 hat ein Gehäuse 20 mit einer Abscheidekammer 22, welche eine sie umschließende Wand 23 aufweist, die eine Abscheidungszone 24 bildet. Ein Halter 26 in der Abscheidungskammer 22 kann ein Substrat 28 in der Abscheidungszone 24 halten. Der Halter 26 hat wahlweise eine Antriebsanordnung 29, die für ein drehendes Substrat 28 vorgesehen ist, um die Gleichförmigkeit des abschiedenen Films zu steigern. Eine Gaseinlaßleitung 30 stellt Prozeßgas für die Abscheidungszone 24 bereit, und eine Gasabführleitung 32 führt Prozeßgasnebenprodukte von der Abscheidungszone 24 ab.
Zum Erhitzen des von dem Substrathalter 26 gehaltenen Substrats 28 ist eine erste Heizeinrichtung 40 in dem Gehäuse 20 vorgesehen. Die erste Heizeinrichtung erhitzt die Abscheidungszone 24 durch obere und untere Quarzdome 41 mittels Strahlung und ist vorzugsweise eine symmetrische Heizeinrichtung in der in dem US-Patent 5,179,677 für Anderson et al. beschriebenen Bauweise, das hier durch diese Referenz eingeschlossen ist.
Die Vorrichtung 10 hat weiterhin wenigstens eine zweite Heizeinrichtung, die aus (i) einer Gaseinlaßleitungs-Heizeinrichtung 42 zum Erhitzen der Gaseinlaßleitung 30 und (ii) aus einer Gasauslaßleitungs-Heizeinrichtung 44 zum Erhitzen der Gasauslaßleitung 32 besteht. Die Gaseinlaßleitungs-Heizeinrichtung 42 und die Gasauslaßleitungs-Heizeinrichtung 44 sind in der Lage, die Gasleitungen auf eine Temperatur Th in dem Bereich ΔTh zu erhitzen, um die Abscheidung von Kodensat und Siliziumnitrid in der Gaseinlaßleitung 30 und der Gasauslaßleitung 32 zu verringern. Die Temperatur Tc bildet das untere Ende des Bereichs ΔTh und ist die Temperatur, bei welcher das Prozeßgas reagieren und die Reaktionsnebenprodukte zur Bildung von Kondensatabscheidungen in der Gaseinlaßleitung 30 und in der Gasauslaßleitung 32 kondensieren kann. Die Temperatur Td bildet das obere Ende des Bereichs ΔTh und ist die Temperatur, bei welcher das Prozeßgas Siliziumnitrid abscheidet.
Wenn das Prozeßgas Dichlorsilan und Ammoniak aufweist, liegt die Kondensattemperatur Tc bei etwa 60ºC und die Abscheidungstemperatur Td bei etwa 750ºC, wie nachstehend beschrieben. Wenn die Prozeßgase kombiniert sind, reagieren sie unter Bildung von Ammoniumchlorid, das auf Bauelementen, wie den Gasleitungen 30 und 32, kondensiert, die sich bei einer Temperatur von unter 60ºC befinden. Das Ammoniumchloridkondensat, das sich in den Leitungen 30 und 32 bildet, kann die Leitungen in so wenig wie 3 bis 5 Abscheidungsdurchgängen verstopfen, so daß ein häufiges Reinigen der Leitungen 30 und 32 erforderlich wird. Deshalb werden die Leitungen 30 und 32 auf einer Temperatur Th gehalten, die ausreichend höher ist als die Temperatur Tc, um eine Ammoniumchloridkondensation in den Gasleitungen 30 und 32 auszuschließen. Die Temperatur Th muß ebenfalls ausreichend niedriger als die Abscheidetemperatur Ta sein, um das Abscheiden von Siliziumnitrid in den Gasleitungen 30 und 32 auszuschließen. Somit beträgt der Temperaturbereich ΔTh 100 bis 170ºC.
Die Gaseinlaßleitungs-Heizeinrichtung 42 und die Gasauslaßlei tungs-Heizeinrichtung 44 können flexible Siliziumheizbänder aufweisen, die um die Gaseinlaßleitung 30 und die Gasauslaßleitung 32 gewickelt sind. Flexible Heizbänder mit einer Leistung von 2 bis 6 W/Quadratzoll, die von WATLOW in St. Louis, Missouri, oder von GLAS-COL in Terra Haute, Indiana, oder von THERMOLYNE in Dubuque, Iowa, hergestellt werden, sind geeignet. Die Gaseinlaßleitungs-HeizeinriChtung 42 und die Gasauslaßleitungs-Heizeinrichtung 44 können auch andere Arten von Heizvorrichtungen aufweisen, beispielsweise Heizeinrichtungen in Hülsenbauweise oder Strahlungsheizvorrichtungen, wie Infrarotlampen und dergleichen.
Die Gaseinlaßleitung 30 hat vorzugsweise eine Stickstoff enthaltende Gaszuführleitung und eine Silizium enthaltende Gaszuführleitung. Die Zuführleitungen sind in einem Gaseinlaßverteiler 60 verbunden, der die Gase an der Abscheidungszone 24 vereinigt. Das Vereinigen der Gase an der Abscheidezone 24 begrenzt den Bereich der Vorrichtung 10, der dem Prozeßgas ausgesetzt ist, wodurch der Bereich begrenzt wird, an welchem sich Kondensate, wie Ammoniumchlorid, abscheiden. Bevorzugte Gaseinlaßverteiler 60 sind in der US-Patentanmeldung Nr. 08/099,977 (EP-A-0637058) mit dem Titel "Gaseinlässe für eine Waferbehandlungskammer" von H. Peter W. Hey, David K. Carlson, Roger N. Anderson, Norma Riley und Mahalingam Venkatesan (Anwaltsakte Nr. 442,483 und 484) beschrieben, die am gleichen Tag eingereicht wurde und die hier durch diese Bezugnahme eingeschlossen ist.
Die Gasauslaßleitung 32 hat vorzugsweise einen Auslaßsammler 70, der eine Auslaßleitung 72 mit der Abscheidekammer 22 verbindet. In der Auslaßleitung 72 sitzen ein Trennventil 74 und ein Drucksteuerventil 76. Vorzugsweise werden der Auslaßsammler 70, die Auslaßleitung 72 und die Ventile 74 und 76 alle durch die Gasauslaßleitungs-Heizeinrichtung 44 erwärmt.
Bevorzugt wird auch die Kammerwand 23 auf einer Temperatur Th in dem Temperaturbereich ΔTh gehalten, um das Abscheiden von Siliziumnitrid- und Ammoniumchloridkondensat an der Wand 23 zu verhindern. Die Kammerwand 23 wird durch von der ersten Heizeinrichtung 40 emittierte Strahlungswärme erhitzt. Somit kann die Wand 23 Temperaturen nahe bei der Temperatur Td erreichen, wodurch sich eine Abscheidung von Siliziumnitrid und anderen Kondensaten an den Wänden 23 ergibt. Wenn alternativ die Temperatur der Wand 23 unter die Kondensationstemperatur Tc abfällt, können sich Kondensate, wie Ammoniumchlorid, an der Wand bilden. Diese Abscheidungen sind schwierig zu reinigen und können sich ansammeln, abblättern und dabei Verunreinigungen bilden, die sich auf den Waferoberflächen abscheiden. Somit wird die Temperatur der Wand 23 vorzugsweise in dem Temperaturbereich ΔTh gehalten.
Die Vorrichtung 10 weist somit vorzugsweise Einrichtungen zum Halten der Temperatur der Abscheidungskammerwände 23 auf einer Temperatur im Bereich ΔTh auf, um das Abscheiden von Siliziumnitrid oder Kondensat an der Wand 23 zu verhindern. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Temperatur der Wand 23 durch Verwendung eines Fluids, wie Wasser, aufrechterhalten, das auf eine niedrige Temperatur erhitzt worden ist, wobei das Fluid in Kanälen 50 in der Wand 23 zirkuliert. Die Temperatur, auf welcher das Wasser gehalten wird, hängt von der Abscheidetemperatur Td ab. Wenn der Wert von Td zunimmt, wird die Temperatur des Wassers verringert, um die Wärmeableitungsgeschwindigkeit von der Wand 23 und umgekehrt zu steigern. Wenn die erste Heizeinrichtung so eingestellt ist, daß sich eine Abscheidetemperatur von Td von etwa 750ºC ergibt, wird das umlaufende Wasser vorzugsweise auf einer Temperatur von etwa 40 bis 80ºC und stärker bevorzugt auf einer Temperatur von etwa 50 bis 65ºC gehalten.
Für die Abscheidung von Siliziumnitrid auf dem Substrat 28 wird das Substrat 28 in einen Beladungsschleusen-Überführungsbereich (nicht gezeigt) in der Nähe des Gehäuses 20 angeordnet. Das Substrat wird dann aus dem Ladeschleusenbereich zur Abscheidezone 24 über einen Schlitzschieber (ebenfalls nicht gezeigt) in die Abscheidekammer 22 überführt. Der Ladeschleusen-Überführungsbereich wird mit Stickstoff gereinigt, um eine im wesentlichen verunreinigungsfreie und im wesentlichen nicht oxidierende Umgebung aufrechtzuerhalten.
Der Siliziumnitridfilm kann auf einer breiten Vielfalt von Substraten abgeschieden werden, zu denen Gläser, Kunststoffe, Metalle und Halbleiterwafersubstrate, wie Silizium- und Galliumarsenidwafer gehören. Darüber hinaus kann die Siliziumnitridschicht auch unter oder über den anderen Schichten abgeschieden werden, wie Polysilizium-, SiO&sub2;-, Borid-, Silicidschichten oder Kombinationen dieser Schichten.
Während des Abscheidungsprozesses wird die Abscheidungskammer 22 gewöhnlich auf einem Druck von etwa 13 bis etwa 133.322 Pa (etwa 0,1 bis etwa 1000 Torr), und insbesondere auf einem Druck von etwa 1.333 bis etwa 26.664 Pa (etwa 10 bis etwa 200 Torr), und im besonderen Fall auf einem Druck von etwa 13.332 Pa (100 Torr) gehalten.
Vorzugsweise wird ein reduzierendes Gas, wie Wasserstoff, zum Reinigen der Abscheidekammer 22 vor, während und nach dem Abscheideprozeß verwendet, um jegliche Oxidschicht zu entfernen, die auf dem Substrat 29 gebildet worden ist, und um jegliche zusätzliche Oxidabscheidung zu unterbinden. Einzelheiten des Reinigungsprozesses sind in der US-Patentanmeldung 08/101,502 (EP-A-Ob37063) beschrieben, die am gleichen Tag eingereicht wurde und den Titel hat "Verfahren zum In-situ-Reinigen von natürlichen Oxiden weg von Siliziumoberflächen" von David Carlson und H. Peter W. Hey (Anwaltsakte Nr. 508), die hier durch diese Bezugnahme eingeschlossen ist.
Dann wird ein Prozeßgas, welches ein Silizium enthaltendes Gas und ein Stickstoff enthaltendes Gas aufweist, in die Abscheidezone 24 durch eine Einlaßgasleitung 42 engeführt. Das Silizium enthaltende Gas kann ein Gas wie Silan, Dichlorsilan oder Trichlorsilan sein, und das Stickstoff enthaltende Gas ist gewöhnlich ein Gas wie Ammoniak oder Stickstoff. Zusätzlich kann das Prozeßgas ferner ein Inert- oder Trägergas, beispielsweise Stickstoff, Helium oder Argon, aufweisen.
Gewöhnlich beträgt das Volumenstromverhältnis von Silizium enthaltendem Gas zu Stickstoff enthaltendem Gas etwa 1 : 20 bis etwa 1 : 1, und speziell reicht das Verhältnis von etwa 1 : 8 bis etwa 1 : 4. Wenn Stickstoff zum Reinigen der Abscheidekammer 22 verwendet wird, reicht das Volumenstromverhältnis von Silizium enthaltendem Gas zu Wasserstoff gewöhnlich von etwa 1 : 10 bis etwa 1 : 1000 und speziell von etwa 1 : 100 bis etwa 1 : 500.
Der Durchsatz der Prozeßgase kann mit den Gasstromeigenschaften der Vorrichtung 10 und der gewünschten Dicke oder Gleichförmigkeit des abgeschiedenen Siliziumnitridfilms variieren. Der gesamte Prozeßgasstrom einschließlich der Durchsätze des Silizium enthaltenden Gases, des Stickstoff enthaltenden Gases und des Wasserstoffs reicht gewöhnlich von etwa 1 bis etwa 100 slm (Standardliter pro Minute), und speziell von etwa 10 bis etwa 50 slm.
Um Siliziumnitrid auf dem Substrat 28 aus dem in die Abscheidekammer 24 eingeführten Prozeßgas abzuscheiden, wird das Substrat 28 auf eine Temperatur Td erhitzt. Die Temperatur Td ist ausreichend hoch, um das Prozeßgas dazu zu bringen, Siliziumnitrid auf dem Substrat 28 abzuscheiden. Wenn das Prozeßgas Dichlorsilan und Ammoniak aufweist, liegt Td gewöhnlich bei etwa 600ºC und reicht speziell von etwa 700 bis etwa 800ºC.

Beispiele

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung. In diesen Beispielen wurde eine Doppeldom-Einzelwafer-Behandlungskammer, nämlich ein Niederdruck-CVD-Reaktor "CENTURA HT", verkauft von Applied Materials, Santa Clara, Kalifornien, und beschrieben in den US-Patenten 5,108,792 und 5,179,677 modifiziert, um die Merk male der vorliegenden Erfindung aufzuweisen.

Beispiel I

In vorbekannten Versuchen wurden Siliziumnitridfilme unter Verwendung von Dichlorsilan und Ammoniak aufweisendem Prozeßgas und bekannter Prozeßbedingungen abgeschieden. Bei diesen Versuchen bildeten sich an der Einlaßgasleitung 30 und an der Auslaßgasleitung 32 übermäßige Abscheidungen aus, was zu einer Blockierung der Leitungen 30 und 32 nach etwa 3 bis 5 Abscheidungsdurchgängen führte. Diese Abscheidungen in den Leitungen wurden durch chemische Analyse als Ammoniumchlorid bestimmt. Auf den Abscheidekammerwänden 23 bildeten sich auch Siliziumnitridabscheidungen aus. Somit waren die bekannten Verfahren und Vorrichtungen für die Siliziumnitridabscheidung nicht effektiv.
Der Versuch von Beispiel 1 wurde ausgeführt, um die Wirkung der Beheizung der Gaseinlaßleitung 30 und der Gasauslaßleitung 32 mit Heizband zu bestimmen, um die Kondensatabscheidung in den Leitungen zu verringern. Der Versuch ergab auch nützliche Daten für den Temperaturanstieg, der durch die Heizbänder während eines simulierten Abscheidevorgangs bewirkt wurde.
Um die Gaseinlaßleitung 30 wurde zur Bildung der Gaseinlaßleitungs-Heizeinrichtung 42 ein flexibles Siliziumheizband mit einer Leistungsdichte von etwa 5 W/Quadratzoll, hergestellt von WATLOW, St. Louis, Missouri, fest gewickelt. Um die Gasauslaßleitung 72, das Trennventil 74 und das Drucksteuerventil 76 wurde zur Bildung der Gasauslaßleitungs-Heizeinrichtung 44 ein ähnliches Heizband gewickelt. An verschiedenen Stellen in der Vorrichtung 10 wurden Thermoelemente zum Messen der Temperatur an dieser Stelle positioniert. Dann wurde die erste Heizeinrichtung 40 so eingestellt, daß sie den Halter 26 auf eine Temperatur von etwa 750ºC erhitzte. Tabelle I zeigt die Temperaturen der verschiedenen Bauteile der Vorrichtung 10, gemessen mit eingeschalteten und ausgeschalteten Heizbändern 42. Der gemessene Anstieg bei den Temperaturen zeigte, daß die Bauteile der Vorrichtung 10 durch Verwendung des Heizbandes wirksam beheizt werden konnten. TABELLE I TEMPERATUREN DER DIE BAUTEILE ERHITZENDEN BÄNDER
Bemerkungen:
¹ Die Temperatur der Gasauslaßleitung wurde in der Leitung und an der Wand der Leitung gemessen.

Beispiel II

In diesem Beispiel wurde Siliziumnitrid auf einem Siliziumwafer 28 abgeschieden. Der Siliziumwafer 28 hatte eine Dicke von etwa 0,73 mm und einen Durchmesser von etwa 200 mm (8 Zoll) und wurde in die Abscheidekammer 22 aus einer Ladeschleuse (nicht gezeigt) eingebracht, die auf einem Stickstoffdruck von 13.332 Pa (100 Torr) gehalten wurde.
Der Wafer 28 wurde in die Abscheidekammer 22 bei Raumtemperatur eingeführt und auf dem strahlungsbeheizten Halter 26 positioniert. Der Wafer 28 wurde gewöhnlich innerhalb 60 s ins Gleichgewicht gebracht und befand sich auf einer Temperatur, die etwa 0ºC bis 20ºC höher als die Temperatur des Halters 26 war. Wenn der Wafer 28 die Gleichgewichtstemperatur erreichte, wurde der Druck in der Kammer 22 unter Verwendung eines Wasserstoffstroms und gesteuert durch das Drucksteuerventil 76 eingestellt. Die Heizbänder 42 und 44 wurden dazu verwendet, die Gaseinlaßleitung 30 und die Gasauslaßleitung 32 zu erhitzen. Zusätzlich ließ man Wasser mit einer Temperatur von etwa 70ºC in den Kanälen 50 strömen, um die Temperatur der Kammerwände 23 in dem Bereich ΔTh zu halten.
Die Prozeßbedingungen, die für den Abscheideprozeß verwendet wurden, sind in Tabelle II aufgelistet. Die "Einstellpunkt"- Zahlen geben die Target-Prozeßbedingungen und die "tatsächlichen" Zahlen die tatsächlichen Prozeßbedingungen an. Während des Überführungsprozesses des Wafers 28 von dem Ladeschleusenbereich zur Abscheidekammer 22, während des ganzen Abscheidungsprozesses und nachdem der Wafer 28 aus der Kammer 22 heraus überführt wurde, wurde Wasserstoff strömen gelassen. In die Kammer 22 wurden Dichlorsilan und Ammoniak bei dem erforderlichen Durchsatz durch die Gaseinlaßleitung 30 eingeführt, und die gesamte Durchgangszeit betrug etwa 315 s. TABELLE II ABSCHEIDUNGSPROZESSBEDINGUNGEN
Nach dem Abscheiden wurde der Wafer unter Verwendung einer Laser-Ellipsometrie überprüft. Man stellte fest, daß eine gleichförmige Siliziumnitridschicht mit einer Dicke von etwa 7 nm (70 Å) abgeschieden wurde. Eine Überprüfung der Vorrichtung 10 ergab, daß die Kondensatabscheidungen wesentlich reduziert waren und daß auch die Siliziumnitridabscheidungen an den Kammerwänden 23 ebenfalls wesentlich verringert waren. Somit ergab der Abscheidungsprozeß eine im wesentlichen gleichförmige Schicht von Siliziumnitrid auf einem Wafer 28 mit großem Durchmesser bei reduzierten Kondensat- und Wandabscheidungen.
Obwohl die vorliegende Erfindung merklich im einzelnen unter Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungen beschrieben wurde, sind auch andere Versionen möglich. Beispielweise kann die Ausgestaltung des Reaktors gegenüber der in der Zeichnung gezeigten Ausführung verschieden sein. Deshalb sollten die beiliegenden Ansprüche nicht auf die Beschreibungen der hier enthaltenen bevorzugten Versionen beschränkt sein.

Claims

1. Verfahren zum Abscheiden von Siliziumnitrid auf einem Substrat, wobei das Verfahren die Schritte aufweist

(a) Anordnen eines Substrats in einer Abscheidezone,

(b) Einführen eines Prozeßgases mit einem Silizium enthaltenden Gas und einem Stickstoff enthaltenden Gas in die Abscheidezone durch eine Gaseinlaßleitung,

(c) Erhitzen des Substrats auf eine Temperatur Td, die ausreichend hoch ist, um das Prozeßgas zum Abscheiden von Siliziumnitrid auf dem Substrat zu bringen, mit dem Ergebnis, daß Prozeßgasnebenprodukte gebildet werden,

(d) Abführen der Prozeßgasnebenprodukte durch eine Gasauslaßleitung und

(e) Erhitzen der Gaseinlaßleitung und der Gasauslaßleitung auf eine Temperatur Th in dem Bereich ΔTh von 100ºC bis 170ºC, wobei die Temperatur Th ausreichend höher als die Kondensationstemperatur Tc ist, bei welcher das Prozeßgas in der Gaseinlaßleitung und in der Gasauslaßleitung kondensiert, so daß sich im wesentlichen kein Kondensat in den Gasleitungen absetzt, und wobei die Temperatur Th ausreichend niedriger als die Abscheidetemperatur Td ist, so daß sich im wesentlichen kein Siliziumnitrid in den Gasleitungen absetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Abscheidezone von wenigstens einer Wand umschlossen ist, die auf einer Temperatur Th in dem Bereich ΔTh gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem die Gasauslaßleitung eine Abführleitung mit den darin vorgesehenen Ventilen und einen Abführsammler aufweist, der die Abführleitung mit der Abscheidezone verbindet, und bei welchem der Abführsammler, die Abführleitung und die Ventile alle auf eine Temperatur Th in dem Bereich ΔTh erhitzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Silizium enthaltende Gas aus Silan, einem Dichlorsilan und einem Trichlorsilan ausgewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Stickstoff enthaltende Gas aus Ammoniak und Stickstoff ausgewählt wird.

6. Verfahren zum Abscheiden von Siliziumnitrid auf einem Substrat, welches die Schritte aufweist

(a) Anordnen eines Substrats in einer Abscheidezone, die von wenigstens einer Wand umschlossen ist,

(b) Einführen eines Prozeßgases, welches Dichlorsilan und Ammoniak aufweist, in die Abscheidezone durch eine Gaseinlaßleitung,

(d) Abführen der Prozeßgasnebenprodukte durch eine Gasauslaßleitung und

(e) Halten der Gaseinlaßleitung, der Gasauslaßleitung und der wenigstens einen, die Abscheidezone umschließenden Wand auf eine Temperatur Th in einem Bereich ΔTh von 100ºC bis 170ºC durch Erhitzen der Gaseinlaßleitung und der Gasauslaßleitung mit einer oder mehreren Heizeinrichtungen und Durchströmenlassen eines Fluids durch Kanäle in der wenigstens einen Wand, wodurch sich im wesentlichen kein Kondensat oder Siliziumnitrid in den Gasleitungen absetzt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Gasauslaßleitung eine Abführleitung mit darin angeordneten Ventilen und einen Abführsammler aufweist, der die Abführleitung mit der Abscheidezone verbindet, und bei welchem der Abführsammler, die Abführleitung und die Ventile alle auf eine Temperatur Th in dem Bereich ΔTh erhitzt werden.

8. Vorrichtung zum Abscheiden von Siliziumnitrid auf einem Substrat

(a) mit einer Abscheidekammer, in der ein Halter zum Halten des Substrats vorgesehen ist,

(b) mit einer Gaseilaßleitung zum Einführen eines Prozeßgases in die Abscheidekammer,

(c) mit einer ersten Heizeinrichtung zum Erhitzen des von dem Halter gehaltenen Substrats auf eine Temperatur Td, die ausreichend hoch ist, um das in die Abscheidekammer eingeführte Prozeßgas zum Abscheiden von Siliziumnitrid auf dem Substrat zu bringen, mit dem Ergebnis, daß Prozeßgasnebenprodukte gebildet werden,

(d) mit einer Gasauslaßleitung zum Abführen von Prozeßgasnebenprodukten aus der Abscheidekammer und

(e) mit einer als Gaseinlaßleitungs-Heizeinrichtung zum Erhitzen der Gaseinlaßleitung und mit einer Gasauslaßleitungs-Heizeinrichtung zum Erhitzen der Gasauslaßleitung, wobei die Gaseinlaßleitungs- und Gasauslaßleitungs-Heizeinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie die Gaseinlaßleitung und die Gasauslaßleitung auf eine Temperatur Th in einem Bereich ΔTh von 100ºC bis 170ºC erhitzen können, wobei die Temperatur Th ausreichend höher als die Kondensationstemperatur Tc ist, bei welcher das Prozeßgas in den Gasleitungen kondensiert, so daß sich im wesentlichen kein Kondensat in den Gasleitungen absetzt, und wobei die Temperatur Th ausreichend niedriger als die Abscheidetemperatur Td ist, so daß sich im wesentlichen kein Siliziumnitrid in den Gasleitungen absetzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Gaseinlaßleitungs- und Gasauslaßungs-Heinzeinrichtungen Heizbänder aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei welcher die Abscheidekammer wenigstens eine Kammerwand hat und die Vorrichtung weiterhin eine Einrichtung zum Halten der Temperatur der Abscheidekammerwand auf einer Temperatur Th in dem Bereich ΔTh aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die Einrichtung zum Halten der Temperatur der Abscheidekammerwand auf einer Temperatur Th Einrichtungen zum Umwälzen eines erhitzten Fluids in Kanälen in der Abscheidekammerwand aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Einrichtungen zum Umwälzen von erhitztem Fluid, das in den Kanälen in der Kammerwand umläuft, für das Halten des Fluids auf einer Temperatur von 40 bis 80ºC ausgelegt sind.