DE69528217T2

DE69528217T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung von Substraten

Info

Publication number: DE69528217T2
Application number: DE69528217T
Authority: DE
Inventors: Eric A Englhardt; Lawrence Chung-Lai Lei; Cissy S Leung; Ashok K Sinha
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1995-06-15
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2015-06-16
Also published as: JP3963966B2; DE69528217D1; JPH0881775A; EP0688888B1; KR960002527A; EP0688888A3; JP4563984B2; EP0688888A2; JP2007113119A; US5476548A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von Materialschichten auf Halbleitersubstraten, und insbesondere auf die Verringerung der Abscheidung eines solchen Materials auf der Rückseite des Substrats.
Es kann eine Schicht aus einem Material auf einem Substrat abgeschieden werden, beispielsweise einem Halbleiterwafer, wobei ein chemisches Gasphasenabscheide-(CVD-) oder physikalisches Gasphasenabscheide-(PVD-)Verfahren verwendet wird. Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist die Abscheidung von Wolfram auf einem Siliziumhalbleiterwafer unter Verwendung eines CVD-Verfahrens.
Vor Beginn des Wolfram-CVD-Verfahrens wird der Wafer in eine Abscheidekammer geladen, wo er horizontal auf einem Träger, beispielsweise einem Suszeptor, so angeordnet wird, dass seine Abscheidefläche nach oben weist. Vor dem Laden in die Kammer wird die obere Abscheidefläche des Wafers mit einem Titannitridfilm überzogen. Der Grund dafür besteht darin, dass Wolfram nicht leicht an der üblichen Siliziumdioxidoberfläche (SiO&sub2;) des Wafers haftet. Es haftet jedoch an Titannitrid.
Wenn der beschichtete Wafer in die Kammer geladen ist, wird ein Abscheidungsgas, gewöhnlich Wolframfluorid (WF&sub6;), in die Kammer über einen Gaseinlass oder einen "Duschkopf" eingeführt, der über dem Wafer angeordnet ist. Gewöhnlich wird der Hauptteil des Abscheideverfahrens bei erhöhten Temperaturen zwischen 250ºC und 600ºC und bei gegenüber der Umgebung Unterdrucken von 10,7 bis 12 kPa (80 bis 90 Torr) ausgeführt.
Bei der Wolfram-CVD und anderen Substratbehandlungsvorgängen ist es ein primäres Ziel, von jedem Substrat so viel nützlichen Rohchip wie möglich zu erhalten. Es sind viele Faktoren, die die abschließende Ausbeute an Rohchip aus dem Substrat beeinflussen, das in diesen Behandlungsvorgängen behandelt wird. Zu diesen Faktoren gehört die Menge von Verunreinigungen, die an dem Substrat anhaften und seine Oberfläche verunreinigen können. Zu anderen Faktoren gehören die Behandlungsvariablen, die die Gleichförmigkeit und Dicke der Materialschicht beeinflussen, die auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden wird. Sowohl diese als auch andere Faktoren müssen sorgfältig in dem CVD-Prozess und bei anderen Prozessen reguliert werden, um die Rohchip-Ausbeute von jedem Substrat zu maximieren.
Unglücklicherweise haben CVD-Behandlungskammern eine Vielzahl von Quellen für Teilchenverunreinigungen, die, wenn sie auf die Oberfläche des Substrats gelangen, die Rohchip-Ausbeute verringern. Eine Quelle für die Teilchenverunreinigung in der CVD- Behandlung ist die Abscheidung von Material auf dem Rand sowie auf der Rück-/Unterseite des Wafers. Aus einer Anzahl von Gründen haftet die Abscheidematerialschicht nicht fest genug an dem Rand oder der Rück-/Unterseite des Substrats, so dass die an diesen Stellen abgeschiedene Materialschicht bekanntlich abflockt und eine Teilchenverunreinigung sowohl in dem CVD-Prozess als auch bei darauf folgenden Behandlungsvorgängen ergibt. Dies ist insbesondere bei dem Wolfram-CVD-Prozess der Fall, wenn kein Titannitrid auf dem Rand und der Rückseite des Wafers abgeschieden worden ist. Wie oben beschrieben, bedeutet dies, dass das Wolfram nicht fest an diesen Bereichen haftet und relativ leicht abflockt.
Ein Verfahren zum Steuern dieser unerwünschten Rand- und Rückseitenabscheidung besteht darin, einen Abschirmring zu verwenden, um das Vorhandensein der Abscheidungsschicht in diesen Bereichen zu reduzieren. Ein Abschirmring ist ein Maskierelement, das gewöhnlich auf dem Substrat liegt und seinen oberen, äußeren Umfangsbereich abdeckt. Dies begrenzt den Zugang von Abscheidungsgas zu der kontaktierten Fläche des Substrats. Da der Abschirmring den Durchgang von Prozessgas quer über die kontaktierte Umfangsfläche begrenzt, begrenzt er auch den Zugang des Gases zu dem Rand und der Rückseite des Substrats. Der Abschirmring hat sich jedoch nicht universell als erfolgreich erwiesen, da sich der Wafer verformt und das flüchtige Abscheidungsgas noch dazu neigt, unter die Lippe des Abschirmrings zu wandern und unerwünschtes Material auf dem Substratrand und der Rückseite abzuscheiden.
Außer dem Vorhandensein von Verunreinigungen aus Quellen, wie der unerwünschten Abscheidung, beeinflussen auch Prozessvariablen die Rohchip-Ausbeute. Eine solche Prozessvariable (die die Gleichförmigkeit der Abscheidungsmaterialschicht beeinträchtigt) ist die Gleichförmigkeit der Erhitzung des Wafers.
Bei vielen bekannten Behandlungskammern wird der Wafer von unten mittels Heizlampen erhitzt. Diese Heizlampen erhitzen mittels Infrarotstrahlung einen Suszeptor, auf dem das Substrat in der Kammer gehalten wird. Der Suszeptor erwärmt seinerseits das Substrat durch Leitung. Eines der Probleme bei dieser Anordnung besteht darin, dass der Suszeptor (der gewöhnlich aus 8 mm dickem Aluminium mit einer Keramikplatte hergestellt ist) eine relativ kurze Lebensdauer hat. Das bedeutet, dass er ausgetauscht werden muss, oft so häufig wie nach 3.000 Zyklen, was zu erhöhten Lohnkosten und einer aufwändigen Stillstandszeit führt.
Eine alternative Anordnung besteht darin, die Heizlampen und den dünnen Suszeptor durch einen Heizsockel sowohl zum Halten als auch zum Erhitzen des Wafers auszutauschen. Ein Beispiel dieser Art von Anordnung ist in den US-A-5,800,686 und 5,695,568 beschrieben. Bei dieser Anordnung wird der Wafer auf einer flachen Abstützfläche eines Heizeinrichtungssockels gehalten, der an einem vertikalen Schaft in der Kammer angebracht ist.
Der Sockel wird von innerhalb mittels einer Heizspule erhitzt, und der Wafer wird seinerseits durch den heißen Tragsockel aufgeheizt. Um eine verbesserte Gleichförmigkeit der Erhitzung des Wafers zu sorgen, ist diese Anordnung so vorgesehen, dass ein "Vakuum" an der Trennfläche zwischen der Unterseite dieses Wafers und der flachen Haltefläche des Sockels gebildet werden kann. Die sich ergebende Druckdifferenz über dem Wafer zieht den Wafer auf den Sockel, was eine verbesserte Gleichförmigkeit der Erhitzung des Wafers ergibt.
Als Folge dieses Vakuums an der Rückseite des Wafers kann jedoch Behandlungsgas um den Rand des Wafers und in die Trennfläche zwischen dem Wafer und dem Sockel gesaugt werden. Dies kann sogar bei Vorhandensein eines Abschirmrings der Fall sein und führt zu einer unerwünschten Rand- und Rückseitenabscheidung, auch wenn sich ein Abschirmring über dem Wafer befindet. Wie vorher erläutert, kann diese unerwünschte Abscheidung zur Erzeugung von Teilchenverunreinigungen führen. Demzufolge wird die verbesserte Gleichförmigkeit der Erhitzung von der möglichen Zunahme einer unerwünschten Rand- und Rückseitenabscheidung begleitet.
Es besteht deshalb ein Bedürfnis für eine verbesserte chemische Abscheidungsvorrichtung, welche ein Substrat gleichförmiger erhitzt und bei der gleichzeitig weniger Material auf dem Rand und der Rückseite des Substrats abgeschieden wird.
Die WO 93/13241 offenbart eine Substratbehandlungsvorrichtung zum Behandeln eines Substrats, das einen Umfangsrand, eine obere Oberfläche zur Behandlung und eine untere Oberfläche aufweist, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse, das eine Behandlungskammer bildet, die im Betrieb Behandlungsgas aufnimmt, einen Substratträger innerhalb der Kammer, der eine Substrataufnahmefläche zur Aufnahme der unteren Oberfläche des Substrats hat, einen Substratträger-Begrenzungsring, der den Substratträger umgibt und einen Hohlraum zwischen ihm und dem Substratträger bildet, wenn der Substratträger-Begrenzungsring im Einsatz das Substrat berührt, wobei der Hohlraum im Einsatz angrenzend an den Umfangsrand des Substrats gebildet ist, eine Spülgaszufuhr für eine Einführung eines Spülgases in den Hohlraum und wenigstens einen Fluidweg aufweist, der von dem Hohlraum ausgeht, um die Strömung des Spülgases von dem Umfangsrand des Substrats weg zu verbessern, wobei die Einführung und die Strömung des Spülgases den Kontakt zwischen dem Behandlungsgas innerhalb der Kammer und dem Umfangsrand und der unteren Oberfläche des Substrats verringert.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeichnet sich eine solche Vorrichtung dadurch aus, dass der Hohlraum einen oberen Hohlraum, der im Einsatz an das Substrat angrenzt, und einen unteren Hohlraum aufweist, der mit dem oberen Hohlraum über eine verengte Öffnung verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeichnet sich eine solche Vorrichtung dadurch aus, dass eine Einlassöffnung in den Hohlraum angeordnet ist, um das Spülgas in Richtung der Ebene der Substrataufnahmefläche zu richten.
In Betrieb erhält die Kammer Behandlungsgas mit einem ersten Druck, und es wird Spülgas in den Hohlraum zwischen dem Ring und dem Träger bei einem zweiten Druck eingeführt, der größer ist als der erste Druck. Vorzugsweise sind Fluidleitungen vorgesehen, um den Strom des Spülgases weg vom Umfangsrand des Substrats zu verbessern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Fluidleitungen in dem Körper des Trägers an der Trennfläche zwischen dem Träger und dem Ring ausgebildete Kanäle.
Es hat sich gezeigt, dass das Einführen und der sich ergebende Strom des Spülgases eine unerwünschte Abscheidung am Umfangsrand und der unteren Fläche des Substrats reduzieren.
Die Vorrichtung kann auch eine Gasöffnung haben, die an der Aufnahmefläche des Trägers mündet. Während der Behandlung wird der Druck an der Gasöffnung auf einen dritten Druck reduziert, der geringer ist als der erste Druck, der der typische Kammerdruck ist. Dies führt dazu, dass ein auf der Aufnahmefläche aufgenommenes Substrat fest auf dem Träger durch die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dritten Druck gehalten wird.
Der Begrenzungsring bildet gewöhnlich einen Substrataufnahmesitz, der eine Lippenausbildung hat, die in Betrieb einen Umfangsrand der oberen Oberfläche des Substrats abdeckt. Während der Behandlung ist das Substrat in diesem Sitz aufgenommen, wobei der Begrenzungsring von dem Substrat gehalten wird. Als Folge kontaktiert die Lippe die Oberfläche des Substrats und bildet dabei eine Ausschlusszone auf der Oberfläche des Substrats, wo während der Behandlung keine Materialabscheidung erfolgt.
Wenn in der Kammer kein Substrat vorhanden ist, wird der Begrenzungsring wenigstens teilweise von dem Träger gehalten. An der Trennfläche zwischen dem Träger und dem Ring ist die Oberfläche des Trägers vorzugsweise durch kreisförmig umschließende konzentrische Nuten uneben gemacht. Diese Nuten könnten auch in dem Ring ausgeführt werden und so wirken, dass der Kontaktbereich zwischen dem Träger und dem Ring verringert wird. Dies verringert wiederum das Anhaften zwischen dem Ring und dem Träger und erleichtert eine Radialbewegung zwischen dem Ring und dem Träger.
Der Träger hat vorzugsweise eine Heizeinrichtung zum Erhitzen des Trägers, wodurch ein darauf gehaltenes Substrat mittels Leitung erhitzt wird.
Diese Erfindung findet insbesondere Anwendung, jedoch nicht beschränkt darauf, bei Halbleiterwafer-Behandlungskammern, in denen solche Wafer unter Verwendung eines Wolfram-CVD-Prozesses behandelt werden.
Ein Hauptvorteil dieser Erfindung besteht darin, dass das Auftreten einer Abscheidung an dem Rand und der Rückseite des Substrats reduziert wird.
In den beiliegenden Zeichnungen ist
Fig. 1 eine Teilschnittansicht durch den oberen Abschnitt einer Halbleiterbehandlungsvorrichtung, die diese Erfindung veranschaulicht,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Heizsockel der Erfindung,
Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2,
Fig. 4 ein Einzelheitsschnitt des Begrenzungsrings des Sockels gemäß der Erfindung,
Fig. 5 ein Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 4, und
Fig. 6 ein vergrößerter Einzelheitsschnitt des umschlossenen Abschnitts des Rands des in Fig. 4 gezeigten Begrenzungsrings.
Die allgemeine Anwendung dieser Erfindung ist als nicht begrenzendes Beispiel unter Bezug auf Fig. 1 für eine typische Metall-CVD-Behandlungsvorrichtung 10 veranschaulicht. Die Vorrichtung 10 hat ein äußeres Gehäuse 12, in dem eine Behandlungskammer 14 ausgebildet ist. Die Behandlungskammer 14 nimmt einen Aluminiumheizsockel 16 auf, der auf einem insgesamt vertikal ausgerichteten Schaft 18 sitzt. Der Heizsockel dient als Träger eines Halbleiterwafers 20 auf seiner oberen Haltefläche 22.
Der Wafer 20 ist von einem den Rand umgebenden Abschirmring 24 umschlossen.
Um den Außenumfang des Abschirmrings 24 ist ein äußerer Tragring 25 angeordnet. Dieser äußere Ring 25 wird auf einer herkömmlichen Pumpplatte 27 getragen, die zusammen mit den beiden Ringen 24 und 25 die Kammer 14 in einen oberen und einen unteren Abschnitt 14a bzw. 14b unterteilt.
Während der Behandlung bewegt sich der Sockel 16 nach oben und drückt den Wafer 20 nach oben gegen den Abschirmring 24, um ihn nach oben anzuheben, so dass er von dem Wafer 20 "herabhängt" und davon gehalten wird. Wenn die Behandlung nicht ausgeführt wird (der "Leerlauf"-Zustand), befindet sich der Sockel in einer abgesenkten Position, und der Abschirmring 24 wird von dem äußeren Tragring 25 und von einer Stufenausbildung 26 getragen, die an einem umschließenden Eckenring 60 ausgebildet ist, der durch Schweißen an dem Hauptsockel 16 an seinem äußeren Rand befestigt ist.
Bei einer solchen Abstützung erhitzt der Sockel 16, der erhitzt bleibt, den Abschirmring 24 durch Leitung. Dies verbessert den Durchsatz des Reaktors, da sich keine Verzöge rungen beim Erhitzen des Abschirmrings vor Beginn der Behandlung ergeben.
Der äußere Ring 25 wird jedoch von dem Sockel nicht erhitzt und bleibt insgesamt kühler als der Abschirmring 24. Um einen Wärmeverlust von dem Abschirmring 24 zu dem kühleren äußeren Abschnittsring 25 zu vermeiden, liegt der Abschirmring 24 auf sechs Kissen (nicht gezeigt) auf dem äußeren Ring 25. Als Folge verliert der Abschirmring 24 sehr wenig Wärme an seinem äußeren Rand zum äußeren Ring 25 hin, und über dem Abschirmring 24 stellt sich kein merklicher Wärmegradient ein. Ein beträchtlicher Wärmegradient könnte ein Reißen des Abschirmrings aufgrund von Wärmespannungen bedingen. In ähnlicher Weise liegt der äußere Tragring 25 auf sechs Tragkissen (ebenfalls nicht gezeigt) auf der Pumplatte 27.
Als Folge dieser Anordnung besteht ein kleiner Spalt sowohl zwischen der Pumplatte 27 und dem äußeren Ring 25 als auch zwischen dem äußeren Ring 25 und dem Abschirmring 24. Diese Spalte ergeben sich sowohl während der Behandlung als auch beim "Leerlauf"-Zustand der Kammer. Um die Wanderung des Abscheidungsgases durch diese Spalte zu verhindern, wird Spülgas, gewöhnlich Stickstoff oder Argon, in die untere Hälfte 14b der Kammer eingeführt. Dieses Gas wird mit einem Durchsatz zwischen 500 mb/min und 2 l/min eingeführt, um durch diese Spalte zu strömen und Abscheidungsgas wirksam daran zu hindern, sich in die untere Hälfte 14b der Kammer zu bewegen.
Fig. 1 zeigt auch einen Waferhubfinger 28, der in einer Öffnung 30 aufgenommen ist, die durch den Körper des Sockels 16 hindurchgeht. Gewöhnlich hat die Vorrichtung 10 vier solche Hubfinger. Diese Hubfinger 28 wirken so, dass der Wafer 20 von der oberen Fläche 22 des Sockels 16 weggehoben wird, so dass der Wafer von der Kammer 14 nach der Behandlung entfernt werden kann. Dieses Entfernen des Wafers wird mittels eines herkömmlichen Behandlungsvorrichtungs-Robotarms (nicht gezeigt) erreicht, der in die Kammer durch eine Öffnung 32 eintritt, die selektiv durch ein Schlitzventil geöffnet wird. Der gleiche Robotarm wird auch zum Einführen von Wafern in die Kammer 14 verwendet. Die Hubfinger 28 sind vertikal unter der Einwirkung eines Hubmechanismus 34 bewegbar, von dem nur der obere Teil gezeigt ist.
Während der Behandlung wird der Heizsockel 16 von innen her (auf eine Temperatur von etwa 300º bis 500ºC, gewöhnlich 450ºC) mittels elektrisch gespeister Heizelemente erhitzt, deren Einzelheiten nachstehend beschrieben werden. Der Heizsockel 16 erhitzt seinerseits den Wafer 20 mittels Leitung. Wenn der Wafer eine geeignete Temperatur (vorzugsweise etwa 450ºC) erreicht, wird Behandlungsgas in die Kammer 14 durch einen Duschkopf 36 injiziert, der sich oberhalb und über dem Wafer 20 befindet. Die Einzelheiten des Duschkopfs und wie das Behandlungsgas (gewöhnlich Wolframfluorid in einem Wolfram-CVD- Prozess) in die Kammer injiziert wird, sind bekannt und bilden keinen Teil dieser Erfindung.
Anhand von Fig. 2 und 3 wird nun der Heizsockel 16 im Einzelnen beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat der Sockel 16 eine ebene obere Waferhaltefläche 22, eine Stufenausbildung 26, die in einem Eckring 60 ausgebildet ist, und vier Fingeröffnungen 30. Wie vorher beschrieben, nehmen diese Öffnungen 30 die Hubfinger 28 auf, von denen einer in Fig. 1 gezeigt ist.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, hat der Sockel 16 eine Vielzahl von konzentrischen kreisförmigen Nuten 40, die in seiner oberen Haltefläche 22 ausgebildet sind. Diese konzentrischen Nuten 40 sind gewöhnlich 0,21 mm (0,08 Zoll) breit und 0,38 mm (0,015 Zoll) tief und 2,97 mm (0,117 Zoll) voneinander entfernt. Sie sind miteinander mittels radial ausgerichteter Kanäle 42 verbunden. In dem äußeren Ende eines jeden radialen Kanals 42 ist in dem Körper des Sockels eine Vielzahl von Vakuumkanälen 44 ausgebildet. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, stehen diese Vakuumkanäle 44 mit einer kreisförmigen Verteilernut 46 in Verbindung, die in der Unterseite des Hauptsockelkörpers 61 ausgebildet ist. Diese Nut 46 ist an der Unterseite des Sockels mittels eines Stopfens 48 abgedichtet. Die Nut 46 steht ebenfalls in Verbindung mit einer Vakuumleitung 50, die sich in dem Schaft 18 befindet. Die Leitung 50 steht mit der Nut 46 mittels wenigstens einer insgesamt horizontalen Leitung (nicht gezeigt) in dem Hauptkörper 61 des Sockels 16 in Verbindung.
Während der Behandlung liegt ein Halbleiterwafer 20 auf der oberen Oberfläche 22, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Wie oben beschrieben, wird der Abschirmring etwas nach oben durch den Wafer 20 unter der Wirkung des Sockels 16 angehoben. Zu dieser Zeit drückt der äußere Abschnitt des Wafers nach oben gegen eine überhängende Lippe 52 des Abschirmrings 24 und wird von ihr abgedeckt. Dies führt dazu, dass der Abschirmring von der Stufenausbildung 26 freigehoben wird, so dass ein Spalt von etwa 0,13 mm (0,005 Zoll) bis 0,38 mm (0,015 Zoll) zwischen der Unterseite des Abschirmrings und der Oberseite der Stufenausbildung 26 vorhanden ist. Der Spalt muss so klein wie möglich gehalten werden, damit der Sockel den Abschirmring 24 kontinuierlich erhitzen kann.
Der typische Abscheidungsprozess hat zwei getrennte Abscheidungsschritte. Während des ersten Schritts, der etwa dreißig (30) Sekunden dauert, wird der Druck in der Kammer auf etwa 0,6 kPa (4, 5 Torr) reduziert, und es wird Wolframfluorid in die Kammer eingeführt. Dieser Schritt, der als Keimbildungsschritt bekannt ist, ergibt eine sehr dünne Schicht aus Wolfram, die auf dem Wafer abgeschieden ist. Diese dünne Schicht dient als Basisschicht, auf der weitere Wolframschichten abgeschieden werden.
Während des zweiten Abscheideschritts (der weniger als 60 Sekunden dauert und während dem der größte Teil des Wolframs abgeschieden wird) ist ein "Vakuum" an die Trennfläche zwischen dem Wafer 20 und der oberen Fläche 22 des Sockels 16 angelegt.
Dies wird dadurch erreicht, dass ein Vakuum von etwa 2,7 kPa (20 Torr) durch die Vakuumkanäle 44 über die Leitung 50 und die Nuten 46 erzeugt wird. Die Erzeugung dieses Vakuums führt zu einem Druck von etwa 2,7 kPa in allen konzentrischen Nuten 40. Da der Innendruck der Kammer während der Behandlung etwa 10,7 bis 12 kPa (80 bis 90 Torr) beträgt, ergibt sich über dem Wafer 20 eine Druckdifferenz. Diese führt dazu, dass der Wafer 20 gegen die obere Fläche des Sockels 16 gezogen wird. Der Vorteil dieses innigen Kontakts besteht darin, dass Wärme aus dem Sockel gleichförmiger vom Sockel auf den Wafer überführt wird. Dies führt zu einer gleichförmigen Erhitzung des Wafers und deshalb zu einer verbesserten Abscheidung von Wolfram auf der Waferoberfläche.
Der Sockel 16 wird seinerseits mittels einer elektrisch gespeisten Heizwicklung 54 widerstandsbeheizt, die in dem Körper des Sockels 16 angeordnet ist. Die Wicklung 54 wird mit elektrischem Strom längs einer starren Verbindungsstrebe 56 aus rostfreiem Stahl versorgt, die sich in dem Körper des Schaftes 18 befindet. Obwohl in dieser Figur nur eine Wicklung gezeigt ist, kann mehr als eine Wicklung oder es können auch Mehrfachheizelemente verwendet werden, die zusammen aufgenommen, jedoch getrennt mit Strom versorgt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wirkt der Abschirmring 24 so, dass eine Ausschlusszone geschaffen wird, wo keine Abscheidung am Rand des Wafers auftritt. Für typische CVD-Behandlungsvorgänge ist die Stufenformation etwa 3,81 mm (0,15 Zoll) hoch, ist der Abschirmring etwa 5,08 mm (0,2 Zoll) dick, und ist der überhängende Abschnitt etwa 0,89 mm (0,035 Zoll) dick. Der überhängende Abschnitt bildet gewöhnlich eine Ausschlusszone von etwa 3 bis 5 mm (0,12 bis 0,20 Zoll) um den Rand des Wafers 20.
Die Einzelheiten des Eckrings 60 sind weiter in Fig. 4 bis 6 veranschaulicht. Diese Figuren sollten in Verbindung mit Fig. 2 und 3 gesehen werden. Alle diese Figuren zeigen, dass der Eckring 60 eine Vielzahl von in ihm ausgebildeten konzentrischen Nuten 62 hat. Diese Nuten haben gewöhnlich gleichen Abstand bei einer Tiefe von 2,54 mm (0,10 Zoll) und einer Breite von 2,54 mm (0,10 Zoll). Die Nuten 62 sind so vorgesehen, dass der Abschirmring 24 nicht an der oberen Oberfläche des Eckrings 60 haftet. Ein Haften wird verhindert, da die Nuten die Kontaktfläche zwischen dem Abschirmring und dem Eckring 60 verringern. Es ist wichtig, dass der Abschirmring nicht an dem Sockel haftet, da diese beiden Bauteile unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben und beide Komponenten deshalb in der Lage sein müssen, sich relativ zueinander zu bewegen.
Der gezeigte Eckring 60 hat auch zwölf sich radial erstreckende Kanäle 64. Diese Kanäle sind gewöhnlich etwa 3 mm (0,117 Zoll) breit, und, wie in Fig. 6 dargestellt ist, verjüngen sich bei etwa 5º von einer Tiefe von etwa 1,52 mm (0,06 Zoll) aus nach unten zu dem äußeren Rand des Sockels. Die Kanäle 64 münden an dem äußeren Rand des Sockels 16 in den unteren Abschnitt 14b der Kammer 14, was in Fig. 1 gezeigt ist, und zu dem inneren Abschnitt des Sockels in einer verkeilten Formation 66, die längs eines Innenrands 67 des Eckrings 60 ausgebildet ist. Diese verkeilte Formation hat annähernd die gleiche Tiefe wie die Nuten 62 und ist etwa 0,25 mm (0,01 Zoll) breit.
In dem Boden der verkeilten Formation 66 ist eine Vielzahl von kleinen Gasöffnungen 68 ausgebildet, die gewöhnlich einen Durchmesser von 0,76 mm (0,03 Zoll) haben. Wie insbesondere aus Fig. 3 zu sehen ist, münden die Gasöffnungen 68 nach oben zu einem oberen Umfangshohlraum 70, der sich gerade jenseits des äußeren Randes des Wafers 20 erstreckt und zwischen dem Abschirmring 24, dem Hauptsockelkörper 61 und dem Eckring 60 gebildet wird. Die Öffnungen 68 münden nach unten in einen unteren Umfangshohlraum 72, der zwischen dem Eckring 60 und dem Hauptsockelkörper 61 gebildet wird. Der untere Hohlraum 72 und dadurch auch der obere Hohlraum 70 werden mit Spülgas über eine Leitung 50 versorgt, die sich nach oben in der Mitte des Schafts 18 des Sockels 16 erstreckt. Von dieser Leitung 50 erstrecken sich acht Leitungen (nicht gezeigt) radial und insgesamt horizontal von der Oberseite der Leitung 50 quer über den Hohlraum 72. In dieser Figur ist auch eine zentrale Leitung 74 gezeigt, die ein Thermoelement (nicht gezeigt) zum Messen der Temperatur des Sockels während der Behandlung aufnimmt.
Während des zweiten Abscheideschritts wird das inerte Spülgas, gewöhnlich Argon, mit einem Durchsatz von etwa 2 Us von einer Quelle (nicht gezeigt) mit etwa 207 kPa (30 psi) zugeführt und strömt durch eine Durchsatzsteuervorrichtung (beispielsweise eine Massendurchsatzsteuereinrichtung). Diese Steuervorrichtung führt dazu, dass der Druck des Spülgases um etwa 25% bis 33% abfällt. Zusätzliche Druckabfälle stellen sich bei dem Gas ein, wenn es sich zu den Hohlräumen 72 und 70 und in diese bewegt. Unabhängig davon ist der Druck des Reinigungsgases in dem oberen Hohlraum 70 noch groß genug, um das Prozessgas zu reduzieren, das in diesen Hohlraum wandern möchte. Von diesem Hohlraum 70 strömt das Spülgas in den unteren Abschnitt 14b der Kammer 14 über die sich radial erstreckenden Kanäle 64. Wenn das Spülgas abgeströmt ist, tritt es in den unteren Abschnitt 14b der Kammer 14 ein und wird durch Normabführungen in der Kammer abgeführt. Wenn es überhaupt zugeführt wird, wird das Spülgas während des ersten Abscheideschritts mit etwa 250 ml/s zugeführt.
Die Zuführung dieses Spülgases hat einen besonders vorteilhaften Effekt dahingehend, dass es eine Abscheidung von Wolfram auf dem Rand und dem äußeren Abschnitt der Unterseite des Wafers 20 wesentlich reduziert oder ausschließt. Man nimmt an, dass diese Reduzierung sich aus zwei Faktoren herleitet. Erstens hat das Spülgas, während es sich in dem oberen Hohlraum 70 befindet, einen Druck, der höher ist als der Kammerumgebungsdruck. Als Folge wird gasförmiges Wolframfluorid davon abgehalten, unter die Lippe 52 des Abschirmrings 24 zu sickern. Zweitens wird das Wolframfluoridgas, auch wenn ein solches Sickern eintritt, aus der Kammer 70 durch den Strom des Spülgases entfernt. Dies ist der Fall, weil das Spülgas kontinuierlich und mit einem hohen Massendurchsatz längs der radialen Kanäle 64 ausströmt, die in dem Begrenzungsring 60 ausgebildet sind.
Wie vorher aufgezeigt, muss der Spalt zwischen dem Abschirmring und der Stufenausbildung so klein wie möglich gehalten werden, damit der Sockel so viel Wärme wie möglich auf den Abschirmring übertragen kann. Dieser kleine Spalt ist jedoch nicht groß genug, dass ein ausreichender Strom von Spülgas durch die Kammer 70 ermöglicht wird. Es hat sich auch gezeigt, dass, wenn die Kanäle 64 fehlen, das Spülgas den Abschirmring 24 von der Oberfläche des Wafers abhebt. Dies ist für den Maskeneffekt des Abschirmrings schädlich und könnte zu einer ungleichförmigen oder inkonsistenten Ausschlusszone um den Rand des Wafers herum führen. Eine solche Abscheidung tritt jedoch nicht auf, wenn die Kanäle 64 vorhanden sind, da das Reinigungsgas längs der Kanäle ausströmt. Diese Kanäle wirken deshalb sowohl dahingehend, den Druck in der Kammer auf einem Niveau zu halten, das niedrig genug ist, so dass der Abschirmring sich nicht abhebt, als auch dahingehend, dass das Reinigungsgas frei aus der Kammer strömen kann, um jedes Abscheidungsgas zu entfernen, das unter dem Abschirmring hindurchgesickert ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend hinsichtlich einer speziellen Ausgestaltung beschrieben wurde (einer Vorrichtung zur Verwendung einem Wolfram-CVD-Prozess), ist klar, dass Änderungen und Modifizierungen für den Fachmann zweifelsfrei offensichtlich sind. Beispielsweise sind die sich radial erstreckenden Kanäle 64 nur eine Art der Fluidleitung, die geeignet sein kann. Solche Leitungen sollten so bemessen und positioniert sein, dass sie einen ausreichenden Strom an Reinigungsgas überführen, während gleichzeitig ein enger thermischer Kontakt zwischen dem Abschirmring 24 und dem Sockel 16 möglich ist. Die Kanäle 64 können beispielsweise durch Leitungen ausgetauscht werden, die durch den Hauptsockel, den Eckring oder den Abschirmring führen, oder durch radiale Nuten im Boden des Abschirmrings 24. Außerdem können die Stufenausbildung 26, die konzentrischen Nuten 62 und die Kanäle 64 in einem einheitlichen Sockelkörper und nicht in einem gesonderten Eckring 60 ausgebildet werden. Die speziellen beschriebenen Einzelheiten gelten außerdem für die Behandlung von Wafern mit einem Durchmesser von 150 mm und 200 mm (6 und 8 Zoll). Es können geeignete Modifizierungen für unterschiedlich bemessene Wafer vorgenommen werden. Außerdem ist die genaue Form des Sockels nicht kritisch, und er kann auch domförmig oder nicht kreisförmig in der Ebene sein. Ähnlich braucht der Wafer weder ein Halbleiterwafer sein oder eine Kreisform haben. Es kann auch ein Substrat aus einem anderen Material und/oder mit einer Nicht-Kreisform sein.

Claims

1. Substratbehandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Substrats mit einem Umfangsrand, einer oberen Oberfläche zur Behandlung und einer unteren Oberfläche, wobei die Vorrichtung umfasst

- ein Gehäuse (12), das eine Behandlungskammer (14) bildet, die im Betrieb ein Behandlungsgas aufnimmt,

- einen Substratträger (16) innerhalb der Kammer, der eine Substrataufnahmefläche zur Aufnahme der unteren Oberfläche des Substrats aufweist,

- einen Substratträger-Begrenzungsring (24), der den Substratträger umgibt und einen Hohlraum (70, 72) zwischen ihm und dem Substratträger bildet, wenn der Substratträger-Begrenzungsring im Einsatz das Substrat berührt, wobei der Hohlraum im Einsatz angrenzend an den Umfangsrand des Substrats gebildet ist,

- eine Spülgaszufuhr für eine Einführung eines Spülgases in den Hohlraum, und

- wenigstens einen Fluidweg (64), der von dem Hohlraum ausgeht, um die Strömung des Spülgases von dem Umfangsrand des Substrates weg zu verbessern, wobei die Einführung und die Strömung des Spülgases den Kontakt zwischen dem Behandlungsgas innerhalb der Kammer und dem Umfangsrand und der unteren Oberfläche des Substrates verringert,

dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum einen oberen Hohlraum (70), der im Einsatz an das Substrat angrenzt, und einen unteren Hohlraum (72) umfasst, der mit dem oberen Hohlraum über eine verengte Öffnung (68) verbunden ist.

2. Substratbehandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Substrats mit einem Umfangsrand, einer oberen Oberfläche zur Behandlung und einer unteren Oberfläche, wobei die Vorrichtung umfasst

- wenigstens einen Fluidweg (64), der von dem Hohlraum ausgeht, um die Strömung des Spülgases von dem Umfangsrand des Substrates weg zu verbessern, wobei die Einführung und die Strömung des Spülgases den Kontakt zwischen dem Behandlungsgas innerhalb der Kammer und dem Umfangsrand und der unteren Oberfläche des Substrates verringert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlassöffnung (68) in den Hohlraum (70) angeordnet ist, um das Spülgas in Richtung der Ebene der Substrataufnahmefläche zu richten.

3. Substratbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidweg von wenigstens einem Fluidkanal (64) gebildet wird.

4. Substratbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Begrenzungsring (24) an dem Substratträger (16) an jeweiligen Anlageflächen anliegt und der Fluidkanal (64) an den Anlageflächen des Rings und des Trägers gebildet ist.

5. Substratbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Substratträger (16) wenigstens ein Gasöffnung (44) aufweist, die an seiner Substrataufnahmefläche mündet, und die Vorrichtung außerdem eine Saugeinrichtung zur Verringerung des Drucks an der Gasöffnung auf einen Druck aufweist, der geringer ist als der Druck in der Behandlungskammer (14), wodurch ein auf der Aufnahmefläche aufgenommenes Substrat durch die hierdurch erzeugte Druckdifferenz im Einsatz nach unten auf der Fläche gehalten wird.

6. Substratbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Substratträger eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Trägers (16) aufweist, wodurch ein darauf gehaltenes Substrat durch Leitung erwärmt wird.

7. Substratbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Begrenzungsring (24) eine Substratüberhangformation (52) aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie einen Umfangsrandabschnitt der oberen Oberfläche des Wafers abdeckt, wenn er von dem Substratträger getragen wird.

8. Substratbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der wenigstens eine der Anlageflächen des Trägers (16) und des Begrenzungsrings (24) uneben sind.

9. Substratbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die unebene Fläche von einer Vielzahl von konzentrischen Nuten (40) gebildet wird, die in der Oberfläche ausgebildet sind.

10. Substratbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Fluidweg eine Vielzahl von Fluidwegen (64) umfasst, die sich von dem Hohlraum zu einem unteren Abschnitt (14b) der Kammer (14) erstrecken.

11. Substratbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Begrenzungsring (24) von einem Abschnitt des Trägers (16) außerhalb des Umfangs mit einem vorher gesehenen Spalt im Abstand angeordnet ist, und die Vielzahl von Fluidwegen (64) etwas anderes sind, als der vorherbestimmte Spalt.

12. Substratbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei der der Träger (16) eine Widerstandsheizeinrichtung zur Erwärmung des Substrats aufweist.

13. Substratbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Fluidwege sich radial erstreckende Nuten (42) umfassen, die in einer Oberfläche des Begrenzungsrings (24) und/oder des Trägers (16) ausgebildet sind, die dem Spalt zugewandt ist.

14. Substratbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Nuten (42) in dem Träger (16) ausgebildet sind.

15. Verfahren zur chemischen Bedampfung, mit den Schritten:

- Halten eines Substrates auf einem Untersatz (16) in einer Kammer (14),

- Bedecken eines oberen Umfangs des Substrates mit einem Ringelement (24), das sich von einem Außenumfang des Substrates nach außen erstreckt, wobei das Ringelement so angeordnet wird, dass ein Hohlraum (70) zwischen dem Untersatz und dem Ringelement in einer Nähe des Außenumfangs gebildet wird und ein vorher bestimmter Umfangsspalt zwischen dem Ringelement und dem Untersatz gebildet wird, der sich radial von dem Hohlraum nach außen erstreckt,

- elektrisches Erwärmen des Untersatzes (16), wodurch das Substrat erwärmt wird und die Wärme über den Spalt zu dem Ringelement strömt,

- Einströmen eines Bedampfungsgases in einen Abschnitt (14a) der Kammer, der über dem Substrat liegt,

- Einströmen eines Inertgases in den Hohlraum (70) über eine beschränkte Öffnung (68), wodurch das Inertgas einen höheren Druck aufweist, als der Druck in der Kammer (14), und von dem Hohlraum durch den vorher bestimmten Spalt nach außen strömt, und

- zusätzliches Ausströmen von Inertgas aus dem Hohlraum durch Wege, die etwas anderes sind als der vorher bestimmte Spalt

16. Verfahren zur chemischen Bedampfung, mit den Schritten:

- Halten eines Substrates auf einem Untersatz (16) in einer Kammer (14),

- Einströmen eines Inertgases in den Hohlraum (70) in einer Richtung zur Ebene der Substrataufnahmefläche, wobei das Inertgas einen Druck aufweist, der größer ist als der Druck in der Kammer (14) und aus dem Hohlraum über den vorher bestimmten Spalt nach außen strömt, und

- zusätzliches Ausströmen von Inertgas aus dem Hohlraum über Wege, die etwas anderes sind als der vorher bestimmte Spalt.