DE69727536T2 - Reaktionskammer mit eingebauter Gasverteilerplatte - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein Reaktionskammern für chemische Bedampfung und Trockenätzen und insbesondere eine verbesserte Vorrichtung, um den Gasabbau bzw. die Gasverarmumng in solchen Reaktionskammern im Wesentlichen zu verhindern.
• Chemische Bedampfungs- und Ätztechniken werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise werden diese Techniken bei der Herstellung elektrischer Bauteile eingesetzt. Insbesondere werden chemische Bedampfungs- und Trockenätztechniken bei der Herstellung von Halbleitervorrichtung und integrierten Schaltungen eingesetzt, um die Siliciumdioxidschichten und andere ähnliche Materialien auf Halbleitersubstraten abzuscheiden bzw. diese zu ätzen. Die chemische Bedampfung wird auch dazu eingesetzt, eine Reflexions- oder Anti-Reflexionsbeschichtung auf optische Vorrichtungen aufzubringen. Bei den mechanischen Anwendugen wird die chemische Bedampfung dazu eingesetzt, verschleißfeste Überzüge oder Überzüge, welche die Härte erhöhen oder die Reibung verringern, aufzubringen. Bei chemischen Anwendungen wird die Bedampfung dafür eingesetzt, Diffusionsbarrieren zu erzeugen, oder als Schutz gegen Oxidation oder Korrosion.
• Wie dies im Stand der Technik bekannt ist, beinhalten chemische Bedampfungs- und Ätztechniken eine Reihe aufeinanderfolgende Schritte. Zunächst wird eine Dampfquelle oder ein Dampfmaterial bereitgestellt. Die Quelle des Dampfmaterials ist für gewöhnlich ein Dampf oder ein Gas, obwohl auch ein Feststoff oder ein flüssiges Material verwendet werden kann, wenn es zunächst verdampft wird. Als nächstes wird das Material zu einem Substrat gebracht, wobei der Schritt des Transportes in einem Teilvakuum oder in einem Hochvakuum erfolgen kann. Bei diesem Transportschritt ist es sehr wichtig, dass die Auftreffrate über dem Substrat einheitlich ist. Wenn dieser Schritt des Verfahrens nicht richtig kontrolliert wird, kann dies eine ungleichmäßige oder uneinheitliche Filmdicke über dem Substrat zur Folge haben, und es können fehlerhafte Teile entstehen. Der nächste Schritt ist die Reaktion des chemischen Dampfes mit dem Substrat, was zur Abscheidung eines Ätzfilms führt. Das Substrat wird häuftig erhitzt, um die Reaktivität des Substrats für den Dampf zu erhöhen, wodurch das Verfahren vereinfacht wird. Die Reaktanten strömen über die erhitzte Substratoberfläche und reagieren auf der Substratoberfläche, um einen Film abzuscheiden oder die Oberfläche zu ätzen.
• Bei Einzelwafersystemen (bspw. für die Abscheidung von Wafern aus Si-Substrat) können verschiedene Effekte und insbesondere Gasabbau zu Uneinheitlichkeiten über der Oberfläche des Substrats führen, wie bereits erwähnt. Diese Uneinheitlichkeiten manifestieren sich häufig entweder durch einen unterschiedlichen Grad der Filmabscheidung oder der Ätzung in der Nähe des Zentrums des Substrats im Vergleich zur Kante. Dieser Effekt wird mit zunehmendem Durchmesser des Substrats gravierender. Der Effekt tritt ganz besonders stark auf, wenn ein Si-Wafersubstrat von etwa 300 mm Durchmesser oder darüber eingesetzt wird. Derartige Uneinheitlichkeiten der Filmabscheidung oder Ätzung können zu verschiedenen Problemen führen. Beispielsweise können bei der Herstellung von Halbleitern und integrierten Schaltungen solche Uneinheitlichkeiten zu Vorrichtungen führen, die nicht oder nicht optimal funktionieren.
• Gemäß dem Stand der Technik wurden verschiedene Lösungen für das Problem der uneinheitlichen Filmabscheidung oder Ätzung an der Oberfläche des Substrats angegeben. Eine solche Lösung besteht darin, verschiedene Gasverteilungsplatten oder Fokussierungsringe zu verwenden, um die uneinheitliche Filmabscheidung oder das uneinheitliche Ätzen zu kompensieren. Ein Nachteil dieses Ansatzes liegt darin, dass das Auffinden der richtigen Gasverteilungsplatte oder des Fokussierungsrings für ein spezielles Verfahren sehr zeitaufwendig und somit kostenintensiv sein kann. Dieser Ansatz ist zeitaufwendig, da es erforderlich ist, dass die Geräte in der Reaktionskammer ausgewechselt werden. Zusätzlich ist es möglich, dass die geeignete Gasverteilungsplatte für ein spezielles Verfahren nicht für ein anderes Verfahren geeignet ist. Folglich muss der Benutzer, um dasselbe System für ein anderes Verfahren zu benutzen, die Gasverteilungsplatte auswechseln, was zu einer teueren Auszeit führt.
• Die EP-A-550 058 offenbart einen Reaktor für die Verarbeitung von Halbleiterwafern, welcher einen Gasinjektor umfasst, wobei in Positionen hinter der Gasverteilerplatte getrennte Strömungspfade begrenzt sind.
• Die Erfindung ist darauf ausgerichtet, eine verbesserte Vorrichtung zur chemischen Bedampfung und zum Trockenätzen anzugeben, welche die Uneinheitlichkeit des abgeschiedenen Films über der Oberfläche eines Substrats minimiert, und dies ohne die Verwendung von Fokussierungsringen und ohne die Notwendigkeit des Austausches der Gasverteilungsplatte.
• Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Ausführen einer chemischen Bedampfung und zum Ätzen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben.
• Eine Ausführungsform der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Verteilen von Reaktionsgasen über einem Substrat dar, welches in einer Reaktionskammer angebracht ist. Die Vorrichtung kann bei der chemischen Bedampfung und in Trockenätzverfahren eingesetzt werden. Die Vorrichtung kompensiert im Wesentlichen das Problem der Uneinheitlichkeit der Dampfabscheidung und des Ätzens an den Kanten der Wafer, welche durch Gasabbau bzw. -verarmung hervorgerufen wird. Eine Gasverteilungsplatte mit einer Anzahl an Öffnungen, die sich durch sie hindurch erstrecken, ist an einer inneren Oberfläche der Reaktionskammer angebracht. Mindestens eine luftdichte Abtrennung ist zwischen einer Oberfläche der Gasverteilungsplatte und der Innenoberfläche der Kammer angebracht. Die Abtrennung teilt den Raum zwischen der Platte und der Reaktionskammer in Gasverteilungszonen auf. Eine Gaseinlassleitung ist mit jeder Gasverteilungszone verbunden. Jede Gaseinlassleitung weist mindestens einen Massenströmungsregler auf, welcher die Gasströmung zu jeder Gasverteilungszone reguliert. Die Massenströmungsregler werden dazu verwendet, eine einheitliche Geschwindigkeit der chemischen Bedampfung oder des Ätzens über der Oberfläche des Substrats zu gewährleisten.
• Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird Bezug auf die folgende Beschreibung einer exemplarischen Ausführungsform derselben gemacht. Diese ist zusammen mit den beigefügten Zeichnungen zu sehen, in denen:
• 1 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur chemischen Bedampfung und zum Ätzen ist; und
• 2 eine Draufsicht auf die Gasverteilungsplatte der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur chemischen Bedampfung und zum Ätzen ist.
• In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur che mischen Bedampfung oder zum Trockenätzen veranschaulicht. Wie dies im Stand der Technik bekannt ist, ist es häufig wünschenswert, eine chemische Bedampfung und ein Ätzen in einem Teilvakuum oder in einem Hochvakuum auszuführen. Deshalb umfasst die Vorrichtung eine Reaktionskammer 12 mit einer Kammerwand 14, welche aus einem festen, starren Material hergestellt ist, welche Kammer unter den Atmosphärendruck evakuiert werden kann. Bei jenen Anwendungen, in denen ein Teil- oder Hochvakuum erforderlich ist, wird eine Vakuumpumpe 16 mit dem Innenraum der Kammer 12 verbunden. Um einen leichten Zugang zum Innenraum der Reaktionskammer zu ermöglichen, ist eine entfernbare Klappe oder eine Luke 18 vorhanden. Die Klappe 18 ist durch ein Klemmelement 20 fest mit der Kammerwand 14 verbunden. Vakuumdichtungen 22 befinden sich zwischen der Klappe 18 und der Kammerwand 14, um zu gewährleisten, dass die Kammer 12 luftdicht ist, um eine Evakuierung zu ermöglichen. Ein Sichtfenster 23 kann vorhanden sein, um einen Sichtkontakt mit dem Innenraum der Kammer herzustellen.
• Wie in 2 zusammen mit 1 gezeigt, ist eine Gasverteilungsplatte 24 vorhanden, welche mit Befestigungsmitteln, bspw. Schrauben, Nieten oder anderen Anbringungsmitteln, an einer beliebigen inneren Oberfläche der Vakuum-Abscheidekammer 12 befestigt ist. wie in der bevorzugten Ausführungsform von 1 dargestellt, ist die Gasverteilungsplatte 24 an der Innenoberfläche der Klappe 18 der Kammer 12 angebracht, wobei sie jedoch an einer anderen Innenoberfläche der Kammer angebracht sein könnte. In der gezeigten Ausführungsform sind die Befestigungsmittel 26 über die Löcher 28 für die Befestigungsmittel auf der Gasverteilungsplatte 24 angeordnet und verbinden die Gasverteilungsplatte 24 mit der Klappe 18. Die Gasverteilungsplatte 24 ist eine im Wesentlichen flache Struktur, welche eine obere Oberfläche und eine Bodenoberfläche aufweist. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Gasverteilungsplatte 24 kreisförmig, obwohl sie auch rechteckig oder von jeder anderen beliebigen Form sein kann, jeweils abhängig von der Geometrie der Kammer. Die Gasverteilungsplatte 24 hat eine Anzahl an Öffnungen 30, welche die Gasverteilungsplatte 24 perforieren. 2 stellt die Öffnungen 30 dar, die als Folge konzentrischer Kreise angeordnet sind, wobei jedoch auch andere Anorndungen im Rahmen der Erfindung liegen, welche die gewünschte Dampfverteilung über dem Substrat 44 gewährleisten. Eine gasdichte Abtrennung 32 ist zwischen der oberen Oberfläche der Gasverteilungsplatte 24 und der Innenoberfläche der Klappe 18 der Reaktionskammer angeordnet. Die Abtrennung 32 definiert zwei Gasverteilungszonen 34, 36. In 1 zeigen die beiden strichlierten Linien die Abtrennung zwischen den beiden Gasverteilungszonen 34 und 36. Obwohl 1 eine Abtrennung 32 zeigt, die zwei Gasverteilungszonen 34 und 36 schafft, sei darauf hingewiesen, dass mehrere Abtrennungen vorhanden sein können, wodurch drei oder mehr Gasverteilungszonen geschaffen werden. In der bevorzugten Ausführungsform weist die Abtrennung die Form eines O-Rings aus Gummi auf, wobei jedoch andere Arten von Teilungsstrukturen möglich sind. Beispielsweise könnte die Abtrennung 32 integral mit der Gasverteilungsplatte 24 gegossen sein. Darüber hinaus muss die Abtrennung nicht kreisförmig sein. Anders geformte Abtrennungen können verwendet werden, solange sie das Gas so verteilen, dass eine einheitliche Reaktionsgeschwindigkeit über dem Substrat 44 gewährleistet wird. Eine einheitliche Reaktiongsgeschwindigkeit ist wünschenswert, da sie eine einheitliche Wachstumsgeschwindigkeit eines Films für das chemische Bedampfungsverfahren gewährleistet, und auch eine einheitliche Abtragungsgeschwindigkeit für den Trockenätzprozess. Eine einheitliche Reaktionsgeschwindigkeit wird unter idealen Bedingungen erzeugt, indem das Gas über dem Substrat 44 gleichmäßig verteilt wird. Aufgrund von Faktoren wie uneinheitlicher Temperatur oder Druckgradienten müssen die Gase jedoch ungleichmäßig über dem Substrat verteilt werden.
• Zwei Gasleitungen 38 und 40 treten durch die Klappe 18 und in die Reaktionskammer 12. Ein Ende jeder der Gasleitungen 38 und 40 ist mit jeder der Gasverteilungszonen 34 und 36 verbunden. Deshalb ist ersichtlich, dass jede der Gasleitungen 38 und 40 Dampf zu jeder der Gasverteilungszonen 34 und 36 führt. Wenn mehr als eine Abtrennung vorhanden ist, können mehr als zwei Gasleitungen vorhanden sein. In jedem Fall sind die anderen Enden der Gasleitung 38 und 40 mit einer Dampfquelle 43 verbunden, welche ein Gasbehälter oder eine andere geeignete Quelle für chemischen Dampf sein kann.
• Die Massenströmungsregler, wie in 1 unter dem Bezugszeichen 42 gezeigt, sind mit jeder der Gasleitungen 38 und 40 verbunden. Die Massenströmungsregler 42 sind typische Ventile des Standes der Technik und können mechanisch, elektronisch oder pneumatisch arbeiten. Jeder der Massenströmungsregler 42 ist mit mindestens einer Steuerschaltung 46 verbunden, welche selektiv die Massenströmungsregler 42 öffnet oder verschließt. Somit werden die Massenströmungsregler 42 dafür verwendet, die Gasströmung durch jede der Gasleitungen 38 und 40 zu regulieren. Deshalb regulieren die Massenströmungsregler 42 die Gasströmung zu jeder der Gasverteilungszonen 34 und 36. Wenn eine Gasart auf das Substrat aufzubringen ist, dann ist ein Massenströmungsregler 42 für jede Gasleitung 38 und 40 vorhanden. Alternativ dazu können mehrere Massenströmungsregler 42 vorhanden sein, wenn mehrere verschiedene Gase zugeführt werden sollen, um sich auf dem Substrat abzusetzen oder dieses trocken zu ätzen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dampfabscheidung und zum Ätzen arbeitet wie folgt: Ein Wafer, Substrat oder ein Werkstück 44 wird in die Reaktionskammer 12 eingeführt, und die Kammer wird verschlossen. Falls gewünscht, wird die Väkuumpumpe 16 eingesetzt, um den Atmosphärendruck innerhalb der Reaktionskammer 12 zu verringern. Eine Dampfquelle 43 ist vorhanden und mit den Massenströmungsreglern 42 verbunden. Bei Ätzverfahren ist der Dampf typischerweise Ar, BCl₃, Cl₂, CF₃Br, CHF₃, CF₄, C₂F₆, C₃F₈, CO, CCl₄, HCl, HBr, NF₃, O₃ oder SF₆, wobei andere Dämpfe (Gase) möglich sind. Das Gas strömt durch die Gasleitungen 38 und 40 und tritt durch die Öffnungen 30 der Gasverteilungsplatte 24. Die Massenströmungsregler 42 werden selektiv unter Einsatz der Steuerschaltung 46 gesteuert, um die Dampfströmung in jede der Gasverteilungszonen 34 und 36 zu regulieren.
• Der Dampf strömt über den Wafer, das Substrat oder das Werkstück 44 und reagiert an oder in der Nähe der Oberfläche des Substrats. Durch Einsatz der Massenströmungsregler 42 wird die Dampfströmungsgeschwindigkeit durch jede der Gasverteilungszonen 34 und 35 erhöht oder erniedrigt, um eine einheitliche Reaktionsgeschwindigkeit über der Oberfläche des Substrats 44 zu erzeugen.
• Es ist anzumerken, dass die Ausführungsformen, welche hier beschrieben sind, lediglich exemplarisch sind und dass der Fachmann Variationen und Modifikationen an diesen Ausführungsformen vornehmen kann, wobei er funktional äquivalente Elemente zu den hier beschriebenen einsetzen kann. Alle derartigen Modifikationen, sowie andere, die für. den Fachmann offensichtlich sind, sollen vom Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, umfasst sein.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Durchführen einer chemischen Bedampfung und Ätzung, aufweisend: eine Reaktionskammer mit einem Grenzbereich, der eine im Wesentlichen planare innere Oberfläche begrenzt; eine Gasverteilungsplatte zum verteilen eines Reaktionsgases in mindestens zwei Gasverteilungszonen über einem Substrat, das in der Reaktionskammer angebracht ist, wobei die Platte ein im Wesentlichen planares Element aufweist, das eine Anzahl an Öffnungen hat, die sich durch dieses hindurch erstrecken; Mittel zum Regulieren der Gasströmung in die Gasverteilungszonen, dadurch gekennzeichnet, dass: die Gasverteilungsplatte an der inneren Oberfläche im Wesentlichen parallel dazu befestigt ist, so dass ein Zwischenraum zwischen der Oberfläche und der Platte begrenzt wird, und dass eine Abtrennung im Zwischenraum zwischen der Gasverteilungsplatte und der inneren Oberfläche vorhanden ist, um den Zwischenraum in Gasverteilungszonen aufzuteilen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Regulieren der Gasströmung in die Gasverteilungszonen folgendes umfasst: eine Anzahl an Gaseinlassleitungen, wobei jede der Gaseinlassleitungen Dampf mindestens einer der beiden Gasverteilungszonen zuführt; und mindestens einen Massenströmungsregeler, der mit jeder der Gaseinlassleitungen verbunden ist, wobei der mindestens eine Massenströmungsregler die Gasströmung in jede der Gasverteilungszonen regelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Gaseinlassleitungen durch den Grenzbereich der Reaktionskammer ge gen die Gasverteilungsplatte verlaufen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Gaseinlassleitungen mit jeweiligen Gasverteilungszonen jenes Zwischenraums verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abtrennung ein O-Ring ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abtrennung integral mit der Gasverteilungsplatte ist.