DE69812239T2

DE69812239T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vorbeschichten einer Kammer zur Behandlung von Substraten

Info

Publication number: DE69812239T2
Application number: DE69812239T
Authority: DE
Inventors: Chiu Chan; Diana Chan; Cissy S. Leung; Jianmin Qiao; Turgut Sahin
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2018-05-01
Also published as: DE69812239D1; KR100611610B1; JPH1167746A; TW416100B; EP0892083A1; EP0892083B1; KR19990013438A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorbeschichten einer Kammer zur Behandlung von Substraten.
Während der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (chemical vapor deposition, CVD) von Siliziumoxid und anderen Schichten auf der Oberfläche eines Substrates können die ins Innere der Behandlungskammer eingeleiteten Abscheidegase unerwünschte Abscheidungen, wie zum Beispiel an den Wänden der Behandlungskammer, bewirken. Wenn diese Abscheidungen nicht entfernt werden, dann können diese unerwünschten Abscheidungen eine Quelle für Teilchen sein, die mit den folgenden Behandlungsschritten interferieren können und den Waferertrag negativ beeinträchtigen können.
Um solche Probleme zu vermeiden, wird die Innenseite der Kammer regelmäßig gereinigt, um die unerwünschten Abscheidungsmaterialien von den Kammerwänden und von ähnlichen Flächen der Behandlungskammer zu entfernen. Diese Prozedur wird als eine trokkener Standardkammerreinigung durchgeführt, bei der ein ätzendes Gas, wie zum Beispiel Stickstofftrifluorid (NF&sub3;), benutzt wird, um die abgeschiedenen Materialien von den Kammerwänden und den anderen Flächen zu entfernen (zu ätzen). Während diesem trockenen Reinigungsbetrieb wird der Innenraum der Kammer einem Plasma des ätzenden Gases so ausgesetzt, dass das ätzende Gas mit den abgeschiedenen Materialien reagiert und diese von den Kammerwänden entfernt. Solch eine Reinigung wird gewöhnlich zwischen den Abscheideschritten eines jeden Wafers oder nach n Wafern durchgeführt.
Der Reinigungsschritt selbst kann jedoch eine Quelle für eine Teilchenansammlung sein. Vom Reinigungsplasma kann Fluor in den Kammerwänden und in anderen Kammerflächen, wie zum Beispiel Flächen, welche keramische Auskleidungen oder andere Isolationsmaterialien enthalten, absorbiert und/oder eingefangen werden. Das eingefangene Fluor kann während den folgenden Behandlungsschritten freigesetzt werden (zum Beispiel indem es mit den Stoffen des Plasmas in einem CVD-Schritt mit hochdichtem Plasma (HDP-CVD) reagiert) und kann in dem anschliessend abgeschiedenen Siliziumoxid oder anderen Schichten absorbiert werden.
Um solch eine Absorption von Fluor zu verhindern und um einen Schutz gegen andere Verunreinigungen in den Kammerwänden zu bieten, zum Beispiel die Diffusion von Metallfluoriden, wird eine CVD-Kammer oft nach der trockenen Reinigung beschichtet. Solch eine Beschichtung enthält eine Abscheidung einer dünnen Siliziumoxidlage über den Kammerwänden, bevor ein zu behandelndes Substrat in die Kammer eingeführt wird. Die abgeschiedene Siliziumoxidschicht deckt die Kammerwände ab, was die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass Verunreinigungen mit folgenden Behandlungsschritten interferieren werden. Nachdem die Abscheidung der Versiegelungsschicht vollständig abgeschlossen ist, wird die Kammer für einen bis n Substratabscheideschritte benutzt, bevor sie durch einen weiteren oben beschriebenen Reinigungsbetrieb gereinigt und dann wieder beschichtet wird.
Ein bestimmtes Verfahren wird benutzt, um einige Abscheidekammern zu beschichten, wie zum Beispiel HDP-CVD-Kammern, welche von Applied Materials hergestellt werden und die hauptsächlich aus Aluminium hergestellt sind, die ein Plasma aus einem Prozessgas von Silan (SiH&sub4;), Sauerstoff (O&sub2;) und Argon (Ar) bilden. Die bei diesem Verfahren benutzte bevorzugte Flussrate von O&sub2; zu SiH&sub4; betrug 1.375 : 1. (O&sub2; wurde bei einer Rate von 110 sccm, SiH&sub4; wurde bei einer Rate von 80 sccm und Ar wurde bei einer Rate von 20 sccm eingeleitet). Dieser Beschichtungsprozess ist benutzt worden, um die nachfolgenden Behandlungsschritte vor den Verunreinigungen in den oben beschriebenen HDP-CVD-Kammern als auch in allen anderen Kammern zu schützen.
Die Geometrie von Halbleiterbauelementen hat sich, seitdem diese Bauelemente zum ersten Mal vor einigen Jahrzehnten eingeführt worden sind, dramatisch verkleinert. Seitdem folgten die integrierten Schaltungen im Allgemeinen der Zwei-Jahres/Halbe-Größe-Regel (das oft genannte "Moor'sche Gesetz"), was bedeutet, dass sich die Anzahl der Bauelemente, welche auf einen Chip passen, alle zwei Jahre verdoppelt. Heutzutage stellen die Waferhersteller integrierte Schaltungen mit einer Größe von 0,5 und sogar 0,35 Micron Merkmalsgröße serienmäßig her und die Fabriken der Halbleiterhersteller von morgen werden Bauelemente herstellen mit sogar noch kleineren Geometrien.
So wie die Bauteilgröße immer kleiner wird und die Integrationsdichte immer größer wird, werden Themen von Bedeutung, welche von der Industrie früher nicht als wichtig betrachtet wurden. Auch die verbesserte Steuerung von Kriterien, wie zum Beispiel der Teilchenerzeugung, und der Kontaminierungssteuerung ist notwendig, um sicherzustellen, dass die abgeschiedenen Schichten die strengen Vorgaben der Hersteller zu erfüllen. Um diese Prozessvorgaben zu erfüllen, welche durch die kleine Geometrie der Bauelementengröße vorgegeben wird, wird ständig eine neue Technologie für Geräte zur Behandlung von Substraten entwickelt. Bei manchen neuen Technologien ist ein großer Prozentanteil der inneren Oberflächen der Abscheidekammern aus einem keramischen Material aufgebaut oder von einem keramischen Material umgeben. Zum Beispiel ist in der neuen Ultima HDP-CVD-Kammer, welche von Applied Materials, Inc., hergestellt wird, ungefähr 50% der inneren Oberfläche der Kammer Keramik, anstatt Aluminium oder anderer leitfähiger Materialien.
In manchen Fällen erzielen die Prozesse bei der Verwendung von herkömmlichen Substratbehandlungsgeräten mit neuer Reaktortechnologie, wie bei keramischen Kammern, nicht mehr optimale Ergebnisse.
Entsprechend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine neue Technologie zur Verfügung zu stellen, um mit dieser neuen Reaktortechnologie zu arbeiten und diese neue Reaktortechnologie zu betreiben.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung, um die Qualität des Filmes zu verbessern, der in einer Substratbehandlungskammer abgeschieden wird, indem die Teilchen in der Kammer reduziert werden und die Verunreinigungssteuerung verbessert wird. Im Besonderen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verfügung, um die Anzahl der Teilchen und aller anderen Verunreinigungen zu reduzieren, welche während der Abscheidung des Filmes innerhalb einer Substratbehandlungskammer erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung ist besonders beim Reduzieren von einer Teilchenanzahl und Verunreinigungsgraden in Substratbehandlungsgeräten nützlich, welche eine innere Oberfläche enthalten, die wenigstens teilweise mit einer Keramik oder einem ähnlichen Material ausgekleidet ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Beschichtungsfilm über einem Abschnitt der Innenoberfläche der Kammer abgeschieden, indem ein Plasma aus dem Gasfluss von O&sub2; und SiH&sub4; gebildet wird, das in die Kammer eingeleitet wird. Das Flussverhältnis von O&sub2; und SiH&sub4; wird genau zwischen 1.4 : 1 und 2.4 : 1 O&sub2; zu SiH&sub4; gesteuert. Bei diesen Raten sind die abgeschiedenen Beschichtungsfilme hoch stabil und weder Silizium-angereichert noch Sauerstoff-angereichert, so wie dies unten detailliert beschrieben wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Argon (Ar) mit O&sub2; und SiH&sub4; in die Kammer eingeleitet und die Flussrate von O&sub2; zu SiH&sub4; liegt ungefähr zwischen 1.6 : 1 und 2.2 : 1.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Merkmale sind in den beigefügten Ansprüchen und Unteransprüchen angegeben.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden jetzt detailliert in Verbindung mit den begleitenden Figuren beschrieben, in denen
Fig. 1A eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines hochdichten Systems zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 1B ist ein vereinfachter Querschnitt eines Gasringes, der in Verbindung mit der beispielhaften CVD-Behandlungskammer von Fig. 1A benutzt werden kann;
Fig. 1 C ist ein vereinfachtes Diagramm eines Monitors und eines Lichtgriffels, das in Verbindung mit der beispielhaften CVD-Behandlungskammer von Fig. 1 A benutzt werden kann;
Fig. 1D ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Betriebssteuerungs- Computerprogramms, das benutzt wird, um die beispielhafte CVD-Behandlungskammer von Fig. 1 A zu steuern;
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, welches den Prozess darstellt, der benutzt wird, um einen Beschichtungsfilm entsprechend einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3 ist ein Graph, welcher die Auswirkung des Flussverhältnisses von O&sub2;/SiH&sub4; auf die Partikelanzahl darstellt, die während der Substratbehandlung erzeugt wird; und
Fig. 4A-4C sind Graphen, die eine FTIR-Analyse eines Beschichtungsfilmes darstellen, der mit und ohne dem Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung abgeschieden wurde.
Die vorliegende Erfindung dient zur Abscheidung eines stabilen Beschichtungsfilmes auf der Innenseite der Substratbehandlungskammer, wie zum Beispiel einer CVD-Kammer. Der abgeschiedene Beschichtungsfilm hat verbesserte Adhäsionseigenschaften, welche es ihm erlauben, gut an Materialien wie zum Beispiel Keramik zu haften, die in manchen Substratbehandlungskammern weit verbreitet sind. Die verbesserten Adhäsionseigenschaften des Beschichtungsfilmes der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine verbesserte Qualität von Siliziumoxid, Fluorsilicatglas und anderen Filmen, welche in der Substratbehandlungskammer abgeschieden werden sollen. Die vorliegende Erfindung kann benutzt werden, um die Verunreinigungen in der Isolation und anderen Lagen, die in herkömmlichen CVD-Kammern abgeschieden werden, und in Behandlungsschritten zu reduzieren, die in anderen Substratbehandlungskammern eingesetzt werden.
Fig. 1A stellt ein Ausführungsbeispiel eines hochdichten Systemes 10 zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (HDP-CVD) dar, in dem eine dielektrische Lage entsprechend der vorliegenden Erfindung abgeschieden werden kann. Das System 10 enthält eine Kammer 13, ein Vakuumsystem 70, ein Quellenplasmasystem 80A, ein Vorspannungsplasmasystem 80B, ein Gasverteilsystem 33 und ein außerhalb liegendes Plasmareinigungssystem 50.
Der obere Abschnitt der Kammer 13 enthält einen Dom 14, der aus einem dielektrischen Material, wie zum Beispiel Aluminium oder Aluminiumnitrid, hergestellt ist. Der Dom 14 bildet eine obere Grenze einer Plasmabehandlungsregion 16. Die Plasmabehandlungsregion 16 ist durch die obere Oberfläche des Substrates 17 und des Substrathalteelementes 18 am Boden begrenzt.
Eine überstehende Heizplatte 23 und eine überstehende Kühlplatte 24 sind thermisch mit dem Dom 14 verbunden. Die Heizplatte 23 und die Kühlplatte 24 ermöglichen die Steuerung der Domtemperatur innerhalb von ungefähr ± 10ºC über einen Bereich von ungefähr 100ºC bis 200ºC. Dies ermöglicht die Optimierung der Domtemperatur für verschiedene Prozesse. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, die Temperatur des Domes auf einer höheren Temperatur für Reinigungs- oder Ätzprozesse zu halten, als für Abscheideprozesse. Die genaue Steuerung der Domtemperatur reduziert auch die Anzahl der Flocken oder Teilchenanzahl in der Kammer und verbessert die Adhäsion zwischen den abgeschiedenen Schichten und dem Substrat.
Der untere Abschnitt der Kammer 13 enthält ein Körperelement 22, welches die Kammer mit dem Vakuumsystem verbindet. Ein Basisabschnitt 21 des Substrathalteelementes 18 ist daran befestigt und bildet eine kontinuierliche innere Oberfläche mit dem Körperelement 22. Die Substrate werden durch einen Roboter (nicht dargestellt) in die Kammer 13 und aus der Kammer 13 durch eine Einführungs-/Entfernungsöffnung (nicht dargestellt) in der Seite der Kammer 13 transferiert. Anhebestifte (nicht dargestellt) werden unter der Steuerung eines Motors (auch nicht dargestellt) angehoben und dann abgesenkt, um das Substrat von dem Roboter bei einer oberen Ladeposition 57 zu einer unteren Behandlungsposition 56 zu bewegen, bei der das Substrat auf einem Substrataufnahmeabschnitt 19 des Substrathalteelementes 18 plaziert wird. Der Substrataufnahmeabschnitt 19 enthält eine elektrostatische Klammer 20, welche das Substrat auf dem Substrathalteelement 18 während der Substratbehandlung sichert.
Das Vakuumsystem 70 enthält einen Drosselkörper 25, der ein zweiflügeliges Drosselventil 26 enthält, und ist mit dem Absperrventil 27 und der Turbomolekularpumpe 28 verbunden. Es sollte beachtet werden, dass der Drosselkörper 25 nur ein minimales Hindernis für die Gasströmung darstellt und ein symmetrisches Pumpen ermöglicht. Das Absperrventil 27 kann die Pumpe 28 vom Drosselkörper 25 isolieren und kann auch den Kammerdruck kontrollieren, indem es die Ausgangsströmungskapazität begrenzt, wenn das Absperrventil 26 voll geöffnet ist. Der Aufbau des Drosselventils, des Absperrventils und der Turbomolekularpumpe ermöglichen eine genaue und stabile Steuerung des Kammerdruckes zwischen ungefähr 0,13 pa bis 266,6 pa (1 Millitorr bis 2 Torr).
Das Quellenplasmasystem 80A enthält eine obere Spule 29 und eine seitliche Spule 30, welche auf dem Dom 14 befestigt sind. Ein symmetrisches Massenschild (nicht dargestellt) reduziert die elektrische Verkopplung zwischen den Spulen. Die obere Spule 29 wird durch den oberen HF (SRF)-Generator 31A mit Leistung versorgt, während die seitliche Spule 30 durch den seitlichen SRF-Generator 31B mit Leistung versorgt wird, was unabhängige Leistungswerte und Frequenzen beim Betrieb für jede Spule ermöglicht. Dieses duale Spulensystem ermöglicht die Steuerung der radialen Ionendichte in der Kammer 13, wodurch die Gleichmäßigkeit des Plasmas verbessert wird. Die seitliche Spule 30 und die obere Spule 29 werden typischerweise induktiv angetrieben, was keine komplementäre Elektrode erfordert. In einem besonderen Ausführungsbeispiel leistet der obere Quellen-HF-Generator 31A bis zu 2.500 Watt HF-Leistung bei nominell 2 MHz und der seitliche Quellen-HF-Generator 31B leistet bis zu 5.000 Watt HF-Leistung bei nominell 2 MHz. Die Betriebsfrequenzen des oberen und des seitlichen HF-Generators können von den nominellen Betriebsfrequenzen abweichen (z. B. auf 1.7-1.9 MHz bzw. 1.9-2.1 MHz), um die Effektivität bei der Erzeugung von Plasma zu verbessern.
Ein Vorspannungsplasmasystem 80B enthält einen Vorspannungs-HF (BRF)- Generator 31C und ein Vorspannungsanpassungsnetzwerk 32C. Das Vorspannungsplasmasystem 80B koppelt den Substratabschnitt 17 mit dem Körperelement 22, welcher als eine komplementäre Elektrode wirkt. Das Vorspannungsplasmasystem 80B dient zur Verbesserung des Transportes von Plasmaspezien (d. h. Ionen), welche durch das Quellenplasmasystem 80A erzeugt werden, zur Oberfläche des Substrates. In einem besonderen Ausführungsbeispiel liefert der Vorspannungs-HF-Generator bis zu 5.000 Watt HF-Leistung bei 13.56 MHz.
Die HF-Generatoren 31A und 31B enthalten digital gesteuerte Synthesizer und arbeiten über einen Frequenzbereich zwischen ungefähr 1,8 bis ungefähr 2,1 MHz. Jeder Generator enthält eine HF-Steuerschaltung (nicht dargestellt), welche die reflektierte Leistung von der Kammer und der Spule zurück zum Generator misst, und die Betriebsfrequenz einstellt, um die kleinste reflektierte Leistung zu erhalten, so wie dies vom Fachmann verstanden wird. HF-Generatoren sind typischerweise dazu entworfen, dass sie bei einer Belastung mit der charakteristischen Impedanz von 50 Ohm betrieben werden. HF-Leistung kann von Lasten reflektiert werden, welche eine andere charakteristische Impedanz haben als der Generator. Dies kann die an die Last übertragene Leistung reduzieren. Zusätzlich kann die von der Last zum Generator zurück reflektierte Leistung den Generator überlasten und beschädigen. Da die Impedanz eines Plasmas von weniger als 5 Ohm bis über 900 Ohm reicht, in Abhängigkeit von der Plasmaionendichte und anderen Faktoren, und da die reflektierte Leistung eine Funktion der Frequenz sein kann, erhöht das Einstellen der Generatorfrequenz entsprechend der reflektierten Leistung die von dem HF-Generator zu dem Plasma übertragene Leistung und schützt den Generator. Eine andere Möglichkeit, um die reflektierte Leistung zu reduzieren und die Wirksamkeit zu verbessern, ist die Benutzung eines Anpassungsnetzwerkes.
Anpassungsnetzwerke 32A und 32B passen die Ausgangsimpedanz der Generatoren 31A und 31B an ihre jeweiligen Spulen 29 und 30 an. Die HF-Steuerschaltung kann beide Anpassungsnetzwerke einstellen, indem sie den Wert der Kapazitäten innerhalb der Anpassungsnetzwerke verändert, um den Generator an die Last anzupassen, so wie sich die Last verändert. Die HF-Steuerschaltung kann ein Anpassungsnetzwerk einstellen, wenn die von der Last zurück zum Generator reflektierte Leistung einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Eine Möglichkeit, um eine konstante Anpassung zu ermöglichen und um die HF- Steuerschaltung wirksam vor dem Einstellen des Anpassungsnetzwerkes abzuhalten, ist es, den reflektierten Leistungsgrenzwert über irgendeinen erwarteten Wert der reflektierten Leistung einzustellen. Dies kann helfen, ein Plasma unter einigen Bedingungen zu stabilisieren, indem das Anpassungsnetzwerk konstant auf seiner letzten Einstellung gehalten wird.
Andere Messungen können auch dazu beitragen, ein Plasma zu stabilisieren. Zum Beispiel kann die HF-Steuerschaltung benutzt werden, um die Leistung zu bestimmen, welche an die Last (Plasma) abgegeben wird und um die vom Generator abgegebene Leistung zu erhöhen oder zu erniedrigen, um die abgegebene Leistung im wesentlichen während der Abscheidung eines Filmes konstant zu halten.
Ein Gasverteilsystem 33 stellt Gas von verschiedenen Quellen der Kammer zur Behandlung des Substrates über Gasverteilleitungen 38 (von denen nur einige dargestellt sind) zur Verfügung. Die Gase werden in die Kammer 13 über einen Gasring 37 und eine obere Düse 45 eingeleitet. Fig. 1B ist eine vereinfachte, teilweise Querschnittsansicht der Kammer 13, welche zusätzliche Details des Gasringes 37 zeigt.
In einem Ausführungsbeispiel führen die erste und die zweite Gasquelle 34A und 34B und der erste und der zweite Gasströmungsregler 35A' und 35B' über die Gasverteilleitungen 38 (von denen nur einige dargestellt sind), der Ringkammer 36 im Gasring 37 Gas zu. Der Gasring 37 hat eine Vielzahl von Quellengasdüsen 39 (von denen nur einige dargestellt sind), welche eine gleichmäßige Gasströmung über dem Substrat zur Verfügung stellen. Die Düsenlänge und der Düsenwinkel kann verändert werden, um das Gleichmäßigkeitsprofil und die Gasverwendungseffizienz für einen bestimmten Prozess innerhalb einer einzelnen Kammer anzupassen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Gasring 37 zwölf Quellengasdüsen.
Der Gasring 37 hat auch eine Vielzahl von Sauerstoffgasdüsen 40 (von denen nur eine dargestellt ist), welche in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel koplanar und kürzer als die Quellengasdüsen 39 sind und in einem Ausführungsbeispiel Gas von der Körperkammer 41 erhalten. In manchen Ausführungsbeispielen ist es wünschenswert, die Quellengase und die Sauerstoffgase nicht zu mischen, bevor die Gase in die Kammer 13 eingeleitet werden. In anderen Ausführungsbeispielen können die Sauerstoffgase und die Quellengase vor dem Einleiten in die Kammer 13 miteinander vermischt werden, indem Öffnungen (nicht dargestellt) zwischen der Körperkammer 41 und der Gasringkammer 36 vorhanden sind. In einem Ausführungsbeispiel führen die dritte und die vierte Gasquelle 34C und 34D und der dritte und der vierte Gasflusssteuerer 35C und 35D' Gas über Gasverteilleitungen 38 der Körperkammer zu. Zusätzliche Ventile, wie zum Beispiel 43B (andere Ventile sind nicht dargestellt), können das Gas von den Flussreglern zu der Kammer abschiebern.
In manchen Ausführungsbeispielen können brennbare, toxische oder korrosive Gase, wie zum Beispiel Silan oder Siliziumtetrafluorid (SiF&sub4;) benutzt werden. In diesen Fällen kann es wünschenswert sein, nach einem Abscheideschritt das in den Gasverteilleitungen verbliebene Gas zu beseitigen. Dies kann zum Beispiel durch die Verwendung eines 3-Wegeventiles, wie zum Beispiel Ventil 43B, durchgeführt werden, um die Kammer 13 von der Verteilleitung 38A zu isolieren und die Gasverteilleitung 38A mit der Vakuumversorgungsleitung 44 zu verbinden. So wie dies in Fig. 1 A dargestellt ist, können auch andere ähnliche Ventile, wie zum Beispiel 43A und 43C in anderen Gasverteilleitungen wie zum Beispiel 35A und 35C eingebaut werden. Solche 3-Wege-Ventile können so nahe an der Kammer 13 platziert werden, wie es praktisch ist, um das Volumen der nicht verbundenen Gasverteilleitung zu minimieren (zwischen dem 3-Wege-Ventil und der Kammer). Zusätzlich können Zwei- Wege(An-Aus)-Ventile (nicht dargestellt) zwischen einem MFC und der Kammer oder zwischen einer Gasquelle und einem MFC platziert werden.
In Bezug auf Fig. 1A hat die Kammer 13 auch eine obere Düse 45 und ein oberes Ventil 46. Die obere Düse 45 und das obere Ventil 46 ermöglichen eine unabhängige Steuerung der oberen und der seitlichen Gasströmung, was die Gleichmäßigkeit des Filmes verbessert und eine Feineinstellung der Filmabscheidung und der Dotierparameter ermöglicht. Das obere Ventil 46 ist eine ringförmige Öffnung um die obere Düse 45. In einem Ausführungsbeispiel ist eine erste Gasquelle 34A eine Silanquelle, welche Quellengasdüsen 39 und die obere Düse 45 versorgt. Der Quellendüsenmassenflussregler (MFC) 35A' steuert die Silanmenge, welche an die Quellengasdüsen 39 geliefert wird und die obere Düse MFC 35A steuert die Menge von Silan, welche an die obere Gasdüse 45 geliefert wird. Auf ähnliche Art und Weise können zwei MFCs 35B und 35B' benutzt werden, um die Sauerstoffströmung zu sowohl dem oberen Ventil 46 als auch den Sauerstoffgasdüsen 40 von einer einzigen Sauerstoffquelle, wie zum Beispiel einer Quelle 34B, zu steuern. Die der oberen Düse 45 und dem oberen Ventil 46 zugeführten Gase können, bevor sie in die Kammer 13 strömen, getrennt geführt werden oder die Gase können in der oberen Kammer 48 gemischt werden, bevor sie in die Kammer 13 fließen. Getrennte Quellen desselben Gases können benutzt werden, um verschiedene Abschnitte der Kammer zu versorgen.
Ein entferntes mikrowellenerzeugtes Plasmareinigungssystem 50 wird zur Verfügung gestellt, um regelmäßig die Abscheidungsablagerungen von den Kammerkomponenten zu reinigen. Das Reinigungssystem enthält einen entfernten Mikrowellengenerator 51, der im Reaktorhohlraum 53 ein Plasma für eine Reinigungsgasquelle 34E erzeugt, wie zum Beispiel molekulares Fluor, Stickstofftrifluorid, andere Verbindungen aus Fluor und Kohlenstoff oder Äquivalente davon. Die reaktiven Stoffe, welche aus diesem Plasma resultieren, werden der Kammer 13 über das Applikatorrohr 55 durch die Reinigungsgaszuführöffnung 54 in die Kammer 13 geleitet. Die Materialien, welche das Reinigungsplasma enthalten (zum Beispiel Hohlraum 53 und das Applikatorrohr 55) müssen dem Angriff durch das Plasma widerstehen. Der Abstand zwischen dem Reaktorhohlraum 53 und der Zuführöffnung 54 sollte so kurz wie es praktisch irgend möglich ist, gehalten werden, da die Konzentration der gewünschten Plasmastoffe mit dem Abstand vom Reaktorhohlraum 53 abnimmt. Das Erzeugen des Reinigungsplasmas in entfernten Hohlräumen ermöglicht den Einsatz eines wirksamen Mikrowellengenerators und setzt die Kammerkomponenten nicht der Temperatur, der Strahlung oder der Bombardierung durch die Glimmentladung aus, welche in einem in situ-Plasma vorhanden wäre. Folglich müssen relativ empfindliche Komponenten, wie zum Beispiel die elektrostatische Klammer 20 nicht mit einem Dummy-Wafer abgedeckt werden, oder sonst irgendwie geschützt werden, so wie dies bei einem in situ-Plasmareinigungsprozess erforderlich wäre.
Der Systemsteuerer 60 steuert den Betrieb des Systems 10. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Steuerer 60 einen Speicher 62, wie zum Beispiel ein Festplattenlaufwerk, ein Diskettenlaufwerk (nicht dargestellt) und einen Platineneinschubrahmen (nicht dargestellt). Der Platineneinschubrahmen kann einen Computer für eine Hauptplatine (singleboard computer, SBC) (nicht dargestellt), analoge und digitale Ein-/Ausgabekarten (nicht dargestellt), Schnittstellenkarten (nicht dargestellt) und Schrittmotorsteuerkarten (nicht dargestellt) enthalten. Der Systemregler entspricht dem Versa Modular European (VME)-Standard, welcher die Platine, den Platinenträger und die Dimensionen und Typen der Verbindungsstecker definiert. Der VME-Standard definiert auch die Busstruktur mit einem 60-Bit- Datenbus und einem 24-Bit-Adressbus. Der Systemregler 31 arbeitet unter der Steuerung eines Computerprogrammes, welches auf der Festplatte abgespeichert ist, oder unter der Steuerung eines anderen Computerprogrammes, wie zum Beispiel Programmen, welche auf einer Diskette abgespeichert sind. Das Computerprogramm gibt zum Beispiel den zeitlichen Ablauf, die Gasmischungen, die HF-Leistungswerte und andere Parameter eines bestimmten Prozesses vor. Die Schnittstelle zwischen einem Benutzer und dem Systemsteuerer wird durch einen Monitor, wie zum Beispiel einen Kathodenstrahlrohrmonitor (CRT) 65 und einen Lichtgriffel 66, so wie er in Fig. 1C dargestellt ist, gebildet.
Fig. 1 C ist eine Darstellung eines Abschnitts einer beispielhaften Systembenutzerschnittstelle, welche in Verbindung mit der beispielhaften CVD-Behandlungskammer von Fig. 1 A benutzt wird. Der Systemregler 60 enthält einen Prozessor 61, der mit einem Speicher 62 verbunden ist. Vorzugsweise kann der Speicher 62 ein Festplattenlaufwerk sein, aber natürlich kann der Speicher auch von einer anderen Speicherart, wie zum Beispiel ROM, PROM und von anderen Arten sein.
Der Systemregler arbeitet unter der Steuerung eines Computerprogrammes. Das Computerprogramm gibt den zeitlichen Ablauf, die Temperaturen, die Gasströmungen, die HF- Leistungswerte und andere Parameter eines bestimmten Prozesses vor. Die Schnittstelle zwischen einem Benutzer und dem Systemregler wird über einen CRT-Monitor 65 und einen Lichtgriffel 66, wie in Fig. 1C dargestellt, gebildet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zwei Monitore 65 und 65A benutzt, wobei einer an der Reinraumwand (65) für den Benutzer montiert ist und der andere hinter der Wand (65A) für den Servicetechniker befestigt ist. Beide Monitore stellen gleichzeitig dieselbe Information dar, aber nur ein Lichtgriffel (zum Beispiel 66) ist freigegeben. Um eine bestimmte Bildschirmansicht oder Funktion auszuwählen, berührt der Bediener eine Fläche auf dem Anzeigebildschirm und drückt einen Knopf (nicht dargestellt) auf dem Stift. Die berührte Fläche bestätigt, dass sie durch den Lichtgriffel ausgewählt worden ist, indem sie zum Beispiel ihre Farbe ändert oder ein neues Menü anzeigt.
Der Computerprogrammcode kann in jeder herkömmlichen computerlesbaren Programmiersprache wie zum Beispiel 68000er Assembler-Sprache, C, C++ oder Pascal geschrieben werden. Der geeignete Programmcode wird in einer einzelnen Datei oder in mehreren Dateien unter Benutzung eines herkömmlichen Texteditors eingegeben und abgespeichert oder in einem computerbenutzbaren Medium, wie zum Beispiel in einem Speichersystem des Computers, verkörpert. Wenn der eingegebene Codetext ein Hochsprachenniveau hat, dann wird der Code compiliert, und der resultierende Compilercode wird dann mit einem Objektcode von vorher compilierten Fensterbibliotheksroutinen verbunden. Um den verbundenen compilierten Objektcode auszuführen, ruft der Systembenutzer den Objektcode auf, was bewirkt, dass das Computersystem den Code in den Speicher lädt, von dem die CPU den Code liest und den Code ausführt, um die im Programm enthaltenen Aufgaben auszuführen.
Fig. 1D zeigt ein illustratives Blockdiagramm der hierarchischen Steuerstruktur des Computerprogrammes 300. Ein Benutzer gibt eine Prozesseinstellnummer und eine Prozesskammernummer in eine Prozessauswahlunterroutine 310 als Reaktion auf die Menü oder Bildschirmanzeigen, welche auf dem CRT-Monitor angezeigt werden, ein, indem er die Lichtgriffelschnittstelle benutzt. Die Prozesseinstellungen sind vorgegebene Einstellungen der Prozessparameter, welche notwendig sind, um die vorgegebenen Prozesse auszuführen, und werden bei einem vorgegebenen Satz von Zahlen identifiziert. Die Prozessauswahlunterroutine 310 identifiziert (i) die gewünschte Prozesskammer in dem Mehrkammersystem und (ii) den gewünschten Satz von Prozessparametern, welche benötigt werden, um die Prozesskammer zur Ausführung des gewünschten Prozesses zu betreiben. Die Prozessparameter zur Ausführung eines bestimmten Prozesses beziehen sich auf die Prozessbedingungen, wie zum Beispiel die Prozessgaszusammensetzung und die Flussraten, Temperatur, Druck, Plasmabedingungen, wie zum Beispiel HF-Leistungswerte und Kammer-Dom-Temperatur, und werden dem Benutzer in der Form eines Rezeptes zur Verfügung gestellt. Die durch das Rezept vorgegebenen Parameter werden unter Benutzung des Lichtgriffels/CRT-Monitorschnittstelle eingegeben.
Die Signale zur Überwachung des Prozesses werden durch die analogen und digitalen Eingabekarten des Systemreglers zur Verfügung gestellt und die Signale zur Steuerung des Prozesses werden von den analogen und digitalen Ausgabekarten des Systemcontrollers 60 ausgegeben.
Eine Prozesssequenzunterroutine 320 umfasst einen Programmcode zum Akzeptieren der identifizierten Prozesskammer und eines Satzes von Prozessparametern von der Prozessauswahlunterroutine 310 und zum Steuern des Betriebes von verschiedenen Prozesskammern. Mehrere Benutzer können Prozesseinstellzahlen und Prozesskammernummern eingeben, oder ein Benutzer kann mehrere Prozesseinstellzahlen und Prozesskammerzahlen eingeben, so dass die Sequenzunterroutine 320 so betrieben wird, dass sie die ausgewählten Prozesse in der gewünschten Reihenfolge aufruft. Vorzugsweise enthält die Sequenzunterroutine 320 einen Programmcode, um die Schritte zur (i) Überwachung des Betriebs der Prozesskammern auszuführen, um zu bestimmen, ob die Kammern benutzt werden, (ii) um zu bestimmen, welcher Prozess in der benutzten Kammer ausgeführt wird und (iii) um den gewünschten Prozess auf der Basis der Verfügbarkeit einer Prozesskammer und eines auszuführenden Prozesstyps auszuführen. Zur Überwachung der Prozesskammern können herkömmliche Methoden wie zum Beispiel Polling eingesetzt werden. Beim Aufrufen des auszuführenden Prozesses kann die Sequenzunterroutine 320 so entworfen werden, dass sie die aktuelle Bedingung der gerade benutzten Prozesskammer im Vergleich mit den gewünschten Prozessbedingungen für einen ausgewählten Prozess oder das "Alter" einer jeden vom Benutzer eingegebenen Anforderung oder jeden anderen relevanten Faktor in Betracht zieht, den ein Systemprogrammierer zur Bestimmung der Aufrufprioritäten zu enthalten wünscht.
Nachdem die Sequenzunterroutine 320 bestimmt, welche Prozesskammer und welche Prozesssatzkombination als nächstes ausgeführt wird, bewirkt die Sequenzunterroutine 320 die Ausführung des Prozesssatzes, indem sie die besonderen Prozesseinstellparameter an eine Kammermanagerunterroutine 330A-C überträgt, welche mehrere Behandlungsaufgaben in der Kammer 13 und möglicher anderer Kammern (nicht dargestellt) entsprechend dem Prozessdatensatz, welcher durch die Sequenzunterroutine 320 bestimmt ist, steuert.
Beispiele für die Kammerkomponentenunterroutinen sind die Substratpositionierungsunterroutine 340, die Prozessgassteuerunterroutine 350, die Drucksteuerunterroutine 360 und die Plasmasteuerunterroutine 370. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Kammersteuerunterroutinen enthalten sein können, in Abhängigkeit davon, welche Prozesse in der Kammer 13 ausgeführt werden sollen. Beim Betrieb ruft die Kammermanagerunterroutine 330A die Prozesskomponentenunterroutinen in Übereinstimmung mit der besonderen Prozessdateneinstellung, welche ausgeführt werden soll, auf. Das Ausführen durch die Kammermanagerunterroutine 330A wird auf eine Art und Weise durchgeführt, welche der ähnlich ist, die beim Aufrufen in der Sequenzunterroutine 320 benutzt wird, welche Prozesskammer und welche Prozesseinstellung auszuführen ist. Typischerweise enthält die Kammermanagerunterroutine 330A Schritte zur Überwachung der verschiedenen Kammerkomponenten, zur Bestimmung, welche Komponenten eingesetzt werden müssen auf der Basis der Prozessparameter für die auszuführenden Prozessdaten und das Bewirken der Ausführung einer Kammerkomponentenunterroutine als Reaktion auf die Überwachungs- und Bestimmungsschritte.
Die Ausführung der jeweiligen Kammerkomponentenunterroutinen wird jetzt mit Bezug auf Fig. 1D beschrieben. Die Substratpositionierungsunterroutine 340 umfasst einen Programmcode zur Steuerung der Kammerkomponenten, welche benutzt werden, um ein Substrat auf die Substrathalterung mit der Nummer 18 zu laden. Die Substratpositionierungsunterroutine 340 kann auch den Transfer eines Substrates in die Kammer 13 von zum Beispiel einem PECVD-Reaktor oder einem anderen Reaktor im Multikammersystem steuern, nachdem die andere Behandlung abgeschlossen ist.
Die Prozessgassteuerunterroutine 350 enthält einen Programmcode zur Steuerung der Prozessgaszusammensetzung und der Strömungsraten. Die Unterroutine 350 steuert die Öffnungs-/Schließposition der Sicherheitsabsperrventile und fährt auch die Massenströmungsregler nach oben/nach unten, um die gewünschten Gasströmungsraten zu erhalten. Alle Kammerkomponentenunterroutinen, einschließlich der Prozessgassteuerunterroutinen 350, werden durch die Kammermanagerunterroutine 330A aufgerufen. Die Unterroutine 350 empfängt von der Kammermanagerunterroutine 330A Prozessparameter in Bezug auf die gewünschten Gasströmungsraten.
Typischerweise betreibt die Prozessgassteuerunterroutine 350 das Öffnen der Gasversorgungsleitungen und das wiederholte (i) Auslesen der notwendigen Massenströmungsregler, (ii) das Vergleichen der abgelesenen Werte mit den gewünschten Strömungsraten, welche von der Kammermanagerunterroutine 330A erhalten werden und (iii) je nach Notwendigkeit das Einstellen der Strömungsraten der Gasversorgungsleitungen. Darüber hinaus kann die Prozessgassteuerunterroutine 350 die Schritte zur Überwachung der Gasströmungsraten bei unsicheren Raten und das Aktivieren der Sicherheitsabsperrventile enthalten, wenn eine unsichere Bedingung detektiert wird.
Bei manchen Prozessen wird ein inertes Gas, wie zum Beispiel Argon, in die Kammer 13 geleitet, um den Druck in der Kammer zu stabilisieren, bevor reaktive Prozessgase in die Kammer eingeleitet werden. Für diese Prozesse ist die Prozessgassteuerunterroutine 350 so programmiert, dass sie Schritte zur Einleitung des inerten Gases in die Kammer 13 für eine bestimmte Zeit enthält, die notwendig ist, um den Druck in der Kammer zu stabilisieren. Die oben beschriebenen Schritte können dann ausgeführt werden.
Wenn zusätzlich ein Prozessgas von einem flüssigen Vormittel (percursor), zum Beispiel Tetraethylorthosilan (TEOS) verdampft werden soll, dann kann die Prozessgassteuerunterroutine 350 die Schritte zur Verblubberung eines Verteilungsgases, wie zum Beispiel Helium, durch das flüssige Vormittel in einem Verblubberungsaufbau oder zur Einleitung des Heliums in ein Einlassventil für Flüssigkeiten steuern. Bei diesem Prozesstyp regelt die Prozessgassteuerunterroutine 53 die Strömung des Verteilungsgases, den Druck in den Blasen und die Blasentemperatur, um die gewünschte Prozessgasströmungsraten zu erhalten. Wie oben diskutiert, werden die gewünschten Prozessgasströmungsraten an die Prozessgassteuerunterroutine 350 als Prozessparameter übertragen.
Darüber hinaus enthält die Prozessgassteuerunterroutine 350 Schritte zum Erhalten der notwendigen Gasverteilflussraten, des notwendigen Blasendrucks und der notwendigen Blasentemperatur für die gewünschte Prozessgasströmungsrate, indem auf eine abgespeicherte Tabelle zugegriffen wird, welche die notwendigen Werte für eine gegebene Prozessgasströmungsrate enthält. Wenn einmal die notwendigen Werte erhalten werden, dann werden die Verteilungsgasströmungsrate, der Blasendruck und die Blasentemperatur überwacht, mit den notwendigen Werten verglichen und entsprechend angepasst.
Die Prozessgassteuerunterroutine 350 kann auch die Strömung des Heiztransfergases, wie zum Beispiel Helium (He) durch die inneren und äußeren Durchlässe in der Waferkammer mit einer unabhängigen Heliumsteuer (IHC)-Unterroutine (nicht dargestellt) steuern. Die Gasströmung koppelt das Substrat thermisch an die Klammer. In einem typischen Prozess wird der Wafer durch das Plasma und die chemischen Reaktionen, welche die Schicht bilden, erhitzt und das He kühlt das Substrat durch die Klammer ab, welche wassergekühlt sein kann. Dies hält das Substrat unterhalb einer Temperatur, welche bestehende Merkmale auf dem Substrat beschädigen kann.
Die Drucksteuerunterroutine 360 enthält einen Programmcode zum Steuern des Drucks in der Kammer 13 durch das Regeln der Größe der Öffnung des Drosselventiles im Abgasabschnitt der Kammer. Es gibt wenigstens zwei Basisverfahren zur Steuerung der Kammer mit dem Drosselventil. Das erste Verfahren beruht auf der Charakterisierung des Kammerdrucks, zu dem unter anderem die Gesamtprozessgasströmung, die Größe der Prozesskammer und die Pumpenkapazität gehört. Das erste Verfahren stellt das Drosselventil 26 auf eine feste Position ein. Das Einstellen des Drosselventiles auf eine feste Position kann eventuell zu einem dauerhaften Druck führen.
Alternativ kann der Kammerdruck mit zum Beispiel einem Manometer gemessen werden und die Stellung des Drosselventils 26 kann entsprechend der Drucksteuerunterroutine 360 eingestellt werden, unter der Annahme, dass der Steuerpunkt sich innerhalb der durch die Gasströmung und die Abgaskapazität gesetzten Grenzen befindet. Das vorherige Verfahren kann zu schnelleren Kammerdruckänderungen führen, da die Messungen, Vergleiche und Berechnungen, welche mit dem letzteren Verfahren in Verbindung stehen, nicht aufgerufen werden. Das vorherige Verfahren kann dort wünschenswert sein, wo eine präzise Steuerung des Kammerdrucks nicht erforderlich ist, wohingegen das letztere Verfahren dort wünschenswert sein kann, wo ein genauer, wiederholbarer und stabiler Druck gewünscht wird, wie zum Beispiel während der Abscheidung einer Schicht.
Wenn die Drucksteuerunterroutine 360 aufgerufen wird, darin wird der gewünschte oder der Zieldruckwert als ein Parameter von der Kammermanagerunterroutine 330A empfangen. Die Drucksteuerunterroutine 360 misst den Druck in der Kammer 13, indem ein oder mehrere herkömmliche Druckmanometer abgelesen werden, welche mit der Kammer verbunden sind, die Messwerte mit dem Zieldruck vergleicht, proportionale, integrale und differentielle (PID) Werte von einer abgespeicherten Drucktabelle entsprechend dem Zieldruck erhält und das Drosselventil 26 entsprechend den von der Drucktabelle erhaltenen PID-Werten einstellt. Alternativ kann die Drucksteuerunterroutine 360 das Drosselventil 26 auf eine bestimmte Öffnungsgröße öffnen oder schließen, um den Druck in der Kammer 13 auf einen gewünschten Druck oder einen Druckbereich zu regeln.
Die Plasmasteuerunterroutine 370 umfasst einen Programmcode zur Steuerung der Frequenz und der Leistungsabgabeeinstellung der HF-Generatoren 31A und 31B und zum Einstellen der Anpassnetzwerte 32A und 32B. Die Plasmasteuerunterroutine 370 wird wie die vorher beschriebenen Kammerkomponentenunterroutinen durch die Kammermanagerunterroutine 330A aufgerufen.
Vor der vorliegenden Erfindung bildete ein Beschichtungsfilm, der in der oben beschriebenen (Kammer 13) exemplarischen Kammer eingesetzt wurde, ein Plasma von einem Prozessgas, das SiH&sub4;, O&sub2; und Ar in den Verhältnissen enthielt, so wie es oben beim Hintergrund der Erfindung beschrieben wird (das heißt, O&sub2; zur SiH&sub4; Strömungsrate von 1.375 : 1). Versuche ergaben, dass, nachdem die Kammer 13 mit solch einem Beschichtungsfilm beschichtet worden ist, eine relativ hohe Anzahl von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,5 um oder mehr innerhalb der Kammer vorhanden waren, nachdem Filme wie zum Beispiel Fluorsilicatglas, Siliziumdioxid, Phosphorsilicatglas und Siliziumnitrid über dem Substrat abgeschieden wurden, welches sich in der Kammer befand.
Es wurde ein großer Aufwand getrieben, um die verschiedenen Schritte und Parameter des Prozesses zu verbessern, welche benutzt werden, um diese Filme abzuscheiden, ohne jegliche bedeutsame Reduzierung in der Partikelanzahl. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung entdeckten dann unerwartet, dass die Hauptquelle der Teilchen nicht der CVD- Abscheideprozess war, der benutzt wurde, um den Film über den Wafern abzuscheiden, welche sich in der Kammer befanden. Statt dessen wurde entdeckt, dass die Quelle all dieser Teilchen der Siliziumoxidbeschichtungsfilm selbst ist. Die Erfinder entdeckten, dass der frühere Beschichtungsprozess zu einer Abscheidung eines Beschichtungsfilmes führte, welcher nicht ordentlich an den Kammerwänden anhaftete. Der Beschichtungsfilm blätterte oder löste sich während der folgenden Waferbehandlungsschritte ab, die benutzt wurden, um einen Film über einem Substrat in der Kammer abzuscheiden. Es wird davon ausgegangen, dass die Anhaftungsprobleme der früheren Beschichtungsprozesse hauptsächlich auf die Keramikabschnitte der Kammer beschränkt waren. Folglich wird davon ausgegangen, dass das Teilchenproblem eine direkte Folge des großen Anteils von Keramik ist, welche in der Kammer 13 benutzt wird (wie bereits früher bemerkt, bestand die Innenauskleidung der Kammer, in denen diese Beschichtungsprozesse früher durchgeführt worden sind, hauptsächlich aus Quarz oder Silizium).
Als Reaktion auf diese Entdeckung entwickelten die Erfinder einen Beschichtungsfilm, der gut an Materialien wie zum Beispiel Aluminium, und auch gut an Materialien, wie zum Beispiel Keramik, anhaftet. Folglich kann die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden, um die Teilchenmenge und andere Verunreinigungen zu reduzieren, welche während dem Substratbehandlungsprozess vorhanden sind, welche ihren Ursprung in den Wänden oder den Isolationsflächen im Innenraum einer Substratbehandlungskammer haben, wie zum Beispiel die exemplarisch beschriebene Kammer, und dies gilt sogar dann, wenn ein relativ hoher Anteil dieser Wände und Isolationsflächen aus Keramik oder anderen Materialien hergestellt ist. Verglichen mit anderen Beschichtungsfilmen hat die Beschichtungslage, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, eine verbesserte Haftfähigkeit an diesen keramischen Abschnitten der Substratbehandlungskammer und blättert deshalb weniger leicht während der folgenden Substratbehandlung ab.
Fig. 2 stellt einen bevorzugten Prozess der Erfindung mit den Bezugszeichen im Bezug zu der in Fig. 1A dargestellten Vorrichtung dar. Dieser Prozess wird implementiert und gesteuert unter Benutzung eines Computerprogrammes, welches im Speicher 62 des CVD- Systems 10 abgespeichert ist. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Beschichtungsfilm nach Abschluß eines standardisierten Kammerreinigungsbetriebes (Schritt 200) abgeschieden, in welchem ein ätzendes Gas, wie zum Beispiel NF&sub3;, in die Kammer eingeleitet wird, um abgeschiedenes Material von den Kammerwänden von einem früheren Prozessschritt (zum Beispiel CVD-Abschnittbetrieb in Schritt 220) zu entfernen. Solch ein Reinigungsschritt kann einige Rückstände (zum Beispiel Fluor, welches in der Kammerwand absorbiert ist) innerhalb der Kammer hinterlassen, welches durch den Beschichtungsfilm überdeckt wird, so dass der Rückstand nicht während einem folgenden Abscheidungsschritt (zum Beispiel Abscheidungsschritt 220) freigesetzt wird. Nachdem der Beschichtungsfilm abgeschieden worden ist, werden zwischen 1 bis n Substrate in der Kammer 13 behandelt, bevor der gesamte Ablauf wiederholt wird (Schritt 230).
Der Beschichtungsfilm wird abgeschieden (Schritt 210), indem ein Plasma aus einem Gas gebildet wird, das SiH&sub4;, O&sub2; und Argon enthält. Das Plasma wird durch Anlegen einer HF- Energie von den SRF-Generatoren 32A und 32B gebildet. Vorzugsweise wird das Plasma nicht in Bezug auf das Substrat vorgespannt und folglich wird der BRF-Generator 32C nicht eingeschaltet.
Um sicherzustellen, dass der abgeschiedene Film gut an der Innenwand der Kammer 13 haftet, ist es wichtig, eine Zahl von Abscheidungsparametern zu steuern, einschließlich: Temperatur, Druck, HF-Energiewert, dem Verhältnis von Argon zu O&sub2; und dem Verhältnis von O&sub2; zu SiH&sub4;. Die Erfinder haben herausgefunden, dass einer der wichtigsten Parameter das O&sub2;-zu-SiH&sub4;-Verhältnis ist. Das Einleiten von zuviel SiH&sub4; oder zu wenig O&sub2; in das Prozessgas wird zu einem Siliziumoxidfilm führen, welcher viele Si-H-Verbindungen enthält. Solch ein Film wird als ein siliziumreicher Film bezeichnet. Andererseits führt das Einleiten von zuviel O&sub2; oder zu wenig SiH&sub4; zu einem Siliziumoxidfilm, der viele Si-OH-Verbindungen enthält. Solch ein Film wird als ein sauerstoffreicher Film bezeichnet.
Wie unten detailliert beschrieben wird, haben die Erfinder herausgefunden, dass ein Strömungsverhältnis von O&sub2; zu SiH&sub4; zwischen 1.4-2.4 : 1 der resultierende Beschichtungsfilm weder Silizium- noch sauerstoffreich ist und folglich verbesserte Haftfähigkeit an Flächen aufweist, bei denen die Anhaftung schwierig ist, wie zum Beispiel bei Keramik. Die Erfinder haben herausgefunden, dass das Verhältnis von O&sub2; zu SiH&sub4; vorzugsweise zwischen 1.6-2.2 : 1 liegen sollte.
Die Menge von Argon, welche in die Kammer strömt, beeinflusst auch die Haftungseigenschaften der abgeschiedenen Beschichtungslagen. Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass die Erhöhung der Argonströmung die Plasmadichte erhöht und dadurch einen wirksameren Beschichtungsfilm ergibt. Wenn zuviel Argon in die Kammer eingeleitet wird, dann wird jedoch der Druck innerhalb der Kammer ansteigen und die Dichte des Plasmas reduzieren, anstatt es zu erhöhen. Es wird eine Argon-Strömungsrate bevorzugt, welche ungefähr gleich der SiH&sub4;-Strömungsrate ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird O&sub2; bei einer Rate von 115 sccm von den Seitendüsen und bei einer Rate von 25 sccm vom oberen Ventil 46 in die Kammer eingeleitet; SiH&sub4; wird bei einer Rate von 70 sccm von den Seitendüsen und bei einer Rate von 5 sccm von der oberen Düse eingeleitet; und Argon wird bei einer Rate von 78 sccm von der Seite und bei einer Rate von 15 sccm von deren oberen Düse eingeleitet. Das gesamte O&sub2;-zu- SiH&sub4;-Verhältnis in diesem Ausführungsbeispiel ist 1.87 : 1. Zusätzlich wird der Druck in der Kammer auf 0,8 pa (6 mTorr) eingestellt und die seitliche HF-Quelle wird mit einer Leistung von 2.500 W betrieben, während die obere HF-Quelle bei einer Leistung von 1.000 W betrieben wird.
Fig. 3 zeigt einen Graph der Anzahl von Teilchen (Teilchen größer als 0.5 um im Durchmesser), welche während der folgenden Substratbehandlung erzeugt werden, gegen das Strömungsverhältnis von O&sub2; zu SiH&sub4; im Beschichtungsfilm, welcher in Schritt 210 abgeschieden wird. Wie aus dem Graph erkennbar ist, führt ein Strömungsverhältnis von weniger als 1 Teil SiH&sub4; zu 1.4 Teile O&sub2; oder größer als 1 Teil SiH&sub4; zu 2.4 Teile O&sub2; zu einer erhöhten Teilchenanzahl. Es wird davon ausgegangen, dass eine größere Anzahl von Teilchen bei diesen Strömungsverhältnissen erzeugt werden, da die abgeschiedenen Beschichtungsfilme nicht ordentlich an den keramischen Abschnitten der Kammerwände anhaften. Folglich neigt die Beschichtungslage während der anschließenden Substratbehandlung in kleinen Teilchen abzublättern. Es wird davon ausgegangen, dass die schlechte Haftung an der relativ großen Anzahl von Si-H-Verbindungen liegt (Verhältnis von kleiner als 1.4 : 1 oder der großen Anzahl von Si-OH-Verbindungen (Verhältnis größer als 2.4 : 1)), welche im Siliziumoxidbeschichtungsfilm enthalten sind.
Im Gegensatz dazu haftet bei einem O&sub2;-zu-SiH&sub4;-Strömungsverhältnis zwischen 1.4- 2.4 : 1 die Siliziumoxidbeschichtungslage gut an den Kammerwänden einschließlich den keramischen Abschnitten der Wände. Aufgrund ihrer besseren Haftung blättern Teilchen weniger wahrscheinlich während der folgenden Substratbehandlungsschritte ab, welche innerhalb der Kammer 13, wie zum Beispiel bei einem CVD-Abscheideschritt 220, benutzt werden. Die reduzierte Partikelanzahl ist in Fig. 3 durch die Fläche 310 dargestellt.
Um den Betrieb der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren und ihre Wirksamkeit zu beweisen, wurden Experimente durchgeführt, indem die Charakteristiken der Beschichtungsfilme, die entsprechend dem Prozess nach dem Stand der Technik mit einem O&sub2;-zu- SiH&sub4;-Verhältnis von ungefähr 1.3 : 1 abgeschieden wurden, mit Filmen verglichen wurden, die ein höheres O&sub2;-zu-SiH&sub4;-Verhältnis haben. Bei jedem Experiment wurde die Fourier Transformations Infrarot-Spektroskopie (FTIR)-Analyse durchgeführt, welche dem Fachmann bekannt ist, um das Vorliegen einer Si-OH- und Si-H-Verbindung in jeder Beschichtungslage zu detektieren. Die Ergebnisse der FTIR-Analyse in Bezug zum Film nach dem Stand der Technik mit einem O&sub2;-zu-SiH&sub4;-Verhältnis von ungefähr 1.3 : 1 sind in Fig. 4A dargestellt. Wie aus Fig. 4A hervorgeht, wurde das Vorhandensein von Si-H-Verbindungen detektiert, was einen siliziumreichen Film kennzeichnet. Die FTIR-Analyse von anderen Beschichtungsfilmen mit einem O&sub2;-zu-SiH&sub4;-Verhältnis von ungefähr 2.6 : 1 wird in Fig. 4B dargestellt. Wie aus Fig. 4B erkenntlich ist, wurde das Vorliegen von Si-OH-Verbindung in diesem Beschichtungsfilm detektiert, was folglich einen sauerstoffreichen Film anzeigt. Fig. 4C stellt eine FTIR-Analyse eines Beschichtungsfilmes dar, der weder sauerstoff noch siliziumreich ist und der durch ein Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung abgeschieden worden ist, aus einem Prozessgas, in welchem das Verhältnis von O&sub2; zu SiH&sub4; ungefähr 1.8 : 1 betrug.
Wie in Fig. 4C dargestellt ist, ist die Anzahl von Si-H- und Si-OH-Verbindungen, welche in dem abgeschiedenen Film vorhanden sind, deutlich reduziert im Vergleich zu der Anzahl von solchen Verbindungen in den in den Fig. 4A und 4B analysierten Filmen.
Die oben beschriebenen Gaseinleitungsraten und Experimente basieren auf der Bildung einer Beschichtungslage nach der vorliegenden Erfindung in einer Ultima HDP-CVD- Kammer, welche von Applied Materials hergestellt wird, die für 8-Inch-Wafer ausgestattet ist. Wie der Fachmann verstehen wird, werden sich die tatsächlichen Raten, mit denen die Gase bei anderen Ausführungsbeispielen eingeleitet werden, verändern, wenn andere Kammern oder unterschiedliche Aufbauten und/oder Volumen benutzt werden. Auch die beim obigen Prozess aufgelisteten Parameter sollen nicht begrenzend sein für die Ansprüche, so wie sie hier beschrieben sind. Der Fachmann kann Kammerparameter und Bedingungen benutzen, welche anders sind, als die hier beschriebenen. Deshalb ist die obige Beschreibung nur beschreibend und nicht einschränkend. Die Erfindung ist nur mittels einem Beispiel dargestellt worden mit Bezug auf einen Beschichtungsfilmsprozess, welcher Argon als ein inertes Gas benutzt, das dazu beiträgt, die Abscheidebedingungen zu stabilisieren und einen stabileren Beschichtungsfilm abzuscheiden. Es ist möglich, andere inerte Gase, wie zum Beispiel Helium, zu benutzen, um ähnliche Ergebnisse zu erreichen. Zusätzlich, obwohl im Moment nicht bevorzugt, ist es möglich, Zusätze, wie zum Beispiel Bor, Phosphor oder andere Zusätze dem Siliziumoxidbeschichtungsfilm bei anderen Ausführungsbeispielen hinzuzufügen. Der Bereich der Erfindung sollte deshalb nicht mit Bezug zur obigen Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte anstatt mit Bezug zu den beigefügten Ansprüchen mit dem ganzen Bereich ihrer Äquivalente bestimmt werden.

Claims

1. Verfahren zum Vorbeschichten einer Kammer zur Behandlung von Substraten, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, dass vor der Substratbehandlung ein Vorbeschichtungsgas, das Silan und Sauerstoff umfasst, in die Kammer mit einer Flußrate von zwischen 1.4 : 1 und 2.4 : 1 Sauerstoff zu Silan einströmen gelassen wird, um einen Siliciumoxidfillm über wenigstens einem Teil einer Innenfläche der Kammer abzuscheiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Flußrate des Sauerstoffs zu Silan zwischen etwa 1.6 : 1 und 2.2 : 1 Sauerstoff zu Silan ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend den Schritt, dass nach der Abscheidung des Siliciumoxidfilms ein Substrat in der Kammer behandelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin der Siliciumoxidfilm dadurch abgeschieden wird, dass Energie an das Vorbeschichtungsgas angewendet wird, um ein Plasma von dem Prozessgas zu bilden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin wenigstens ein Teil einer Innenfläche ein Keramikmaterial umfasst.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend den Schritt, dass vor dem Einströmenlassen des Vorbeschichtungsgases in die Kammer ein Material auf wenigstens einem Abschnitt einer Innenfläche weg gereinigt wird, indem ein Ätzgas in die Kammer einströmen gelassen wird, um das Ätzgas mit dem Material reagieren zu lassen.

7. Kammer zur Behandlung eines Substrates umfassend:

ein Gehäuse zum Bilden einer Vakuumskammer mit einer Innenfläche;

einen Substrathalter, der in dem Gehäuse angeordnet ist, um ein Substrat zu halten;

ein Gasabgabesystem, um ein Vorbeschichtungsgas in die Vakuumkammer einzuführen; einen Kontroller zum Steuern des Gasabgabesystems; und

einen mit dem Kontroller gekoppelten Speicher, der ein computerlesbares Medium umfasst, in dem ein computerlesbares Programm enthalten ist, um den Betrieb des Reaktorsystems für die chemische Abscheidung aus der Dampfphase zu steuern, wobei das computerlesbare Programm gekennzeichnet ist durch:

einen ersten Satz von Befehlen, um vor der Behandlung des Substrats das Gasabgabesystem zu kontrollieren, um ein Vorbeschichtungsgas, das Sauerstoff und Silan umfasst, in die Vakuumkammer mit einer Flußrate von zwischen 1.4 : 1 und 2.4 : 1 Sauerstoff zu Silan einfließen zu lassen, um einen Siliciumoxidfilm bei wenigstens einem Teil der Innenfläche der Vakuumkammer abzuscheiden.

8. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 7, ferner umfassend:

ein Substrattransfersystem, welches konfiguriert ist, um ein Substrat in die Vakuumkammer zu überführen und das Substrat auf dem Substrathalter zu positionieren;

ein Plasmaerzeugungssystem, welches konfiguriert ist, um ein Plasma von den Gasen zu bilden, die in die Vakuumkammer eingeführt wurden; und

einen Kontroller zum Steuern des Substrattransferssystems, des Gasabgabesystems und des Plasmaerzeugungssystems, gekennzeichnet durch:

einen ersten Satz von Befehlen, um das Gasabgabesystem zu steuern, um ein Ätzgas in die Vakuumkammer einzuführen, um die Innenfläche der Vakuumkammer zu reinigen;

einen zweiten Satz von Befehlen, der nach dem ersten Satz von Befehlen auszuführen ist, um das Gasabgabesystem zu steuern, um ein Vorbeschichtungsgas, das Sauerstoff und Silan umfasst, in die Vakuumkammer mit einer Flußrate von zwischen 1.4 : 1 und 2.4 : 1 Sauerstoff zu Silan in die Vakuumkammer einströmen zu lassen;

einen dritten Satz von Befehlen, um das Plasmageneratorsystem zu steuern, um ein Plasma aus dem Vorbeschichtungsgas zu bilden, um einen Siliciumoxidfilm über wenigstens einem Teil der Innenfläche der Vakuumkammer abzuscheiden;

einen vierten Satz von Befehlen, der nach dem zweiten und dem dritten Satz von Befehlen auszuführen ist, um das Substrat, auf dem eine integrierte Schaltung oder mehrere integrierte Schaltungen ausgebildet werden sollen, in die Vakuumkammer zu überführen und das Substrat auf dem Substrathalter zu positionieren, und

einen fünften Satz von Befehlen, um das Gasabgabesystem zu steuern, um ein Abscheidungsgas in die Vakuumkammer einzuführen, um eine Schicht auf dem Substrat abzuscheiden.