DE8908382U1

DE8908382U1 - Ofen zur Wärmebehandlung von Halbleiterscheiben

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Description

Dr .HEINRICH SÖHLBRAND, Wl RTSBAUERNSTRASS'e 26^' D-8027"nEURIED b.MÜNCHEN

( OFEN ZUR WARMBEHANDLUNG VCN HALBtE! TEkSCHE I BEN

Die Neuerung beziiftt s^ch auf einen Ofen zur Wärmebehandlung von Hai b I e i',ersehe ibe^ mit in der Hülle des Reaktionsraumes vorgesehenen Ein- und Auslaßöffnungen für die Prozeßgase und sins; !m Reaktionsraum starr [ 5 orior rotierend angeordneten Tragevorr ichtung für die

I /u behende» .lden Halbleiterscheiben.

1 Bei solchen, allgemein als Diffusionsöfen bezeichneten

j öfen, die als Horizontal- und Vertikalöfen bekannt

i 10 sind, besteht die Forderung nach Reproduzierbarkeit

&iacgr; der Verfahrensergebnisse bei hoher Qualität und ge-

I ringen Toleranzen.
i

I Systembedingt herrscht in einem solchen Diffusionsofen

j 15 entweder eine Hörizontalströmung oder, beim Vertikalo-

I fen, eine vertikale Strömung der Prozeßgase vor, die,

[ wegen der fehlenden Isothermie im Reaktions raum, im

S wesentlichen durch Konvektion und Laminaritat bestimmt

jj wird. Es stellt sich somit während des Prozeßablaufes

j 20 eine ungleiche Verteilung der Prozeßgase ein. Dies hat

i die geringe Reproduzierbarkeit und erhebliche Unifor-

ml tätsschwankungen zur Folge.

Bei den bekannten Diffussionsöfen zur Behandlung von

25 Halbleiterscheiben wird auf die Strömungsverhä#ItnIsse

I Im Reaktionsraum keinerlei gezielter Einfluß ausgeübt.

\ Dies hat seinen Grund darin, daß die StrömungsverhäIt-

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IEINRICH SÖHLBRAND, WlRTSBAUERNSTRASSE 26, D-8027 NEURIED b.MÜNCHEN

nisse im Reakiions raum praktisch völlig unbekannt sind, was zur Folge hat, daß Konvektion und Larninaritat die Strömung der Prozeßgase im Reaktionsraum bestimmen. Auch das sogen. I &eegr; j ekt i ons roh r hr-;. allein keine wesentlichen Fortschritte in dieser Richtung gebracht. Erst mit dem OE-GM 88 01 785 wurde eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse und Isothermie im Reaktions raum eines HörizontaI of ens erzielt.

Die Submikrontechno Iogie stellt inzwischen jedoch derart hohe Anforderungen an die Strukturerzeugung auf Halbleiterscheiben die wiederum zu ihrer Herstellung eine geeignete Prozeßtechnologie erfordern, die über das bisher bekannte Maß hinausgehen, weil praktisch sämtliche Prozeßparameter von Halbleiterscheibe zu Halbleiterscheibe in jeder gefahrenen Charge identisch sein müßen und somit --> 0 tendierende Toleranzen bedingen. Eine solche Präzision kann aber mit den bekannten öfon zur Wärmebehandlung von Ha IbIeiterseheiben nicht erzielt werden.

Es hat sich gezeigt, daß die Proze>ir*3sultate bei der Behandlung von Halbleiterscheiben in Diffussionsöfen a I I g eme in dann weiter verbessert werden können, wenn auf die im Reaktionsraum herrschenden Strömungsverhältnisse geachtet und entsprechender Einfluß auf die Strömungtskinet Ik im Reaktionsraum gonommen wird.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eim-n
Ofen der oben geschilderten Art so -u verbessern, daß

Dr.HEINRICH SÖHLBRAND, WlRTSBAUERNSTRASSE 26/ D-8027^#NEURIED b.MÜNCHEN

eine Prozeßgasströmung Im Reaktionsraum des Ofens erzwungen wird, die frei von Konvektionsströmungen und Larrii nar i t at ist und, bei gegebener Isothermie, eine vo I I kommen gleichmäßige UmspOlung der zu behandelnden

Die Aufgabe wird durch die Neuerung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, gelöst.

Die durch die Neuerung erzielten Vorteile ^ind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch die Vermeidung jeder Konvekt ionsströmung und Laminaritüt der Prozeßrjass im Reaktions raum des Di f f uss ionsof ens und damit einer vollkommen gI &bgr;ichmäß!gen Durchströmung des Reaktionsraumes mit Durchmischung der Gase, auch eine gleichmäßige Umspülung der zu behandelnden Halbleiterscheiben erreicht wird, was sich in der nunmehr per-

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geringen Toleranzen bei hoher Qualität der Strukturen Halbleiterscheiben zeigt, wobei diese Resultate durch gezielte Steuerung der einzelnen Prozeßparameter, die frei wählbar, steuerbar und regelbar sind, noch zusätzlich beeinflußt und verbessert werden können.

Die Neuerung wird nachstehend anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt: 30

Fig.1 einen Längsschnitt durch einen Vsrtikalofen Fin,2 einen Schnitt durch Fig=1 in Richtung A-B und Fig.3 einen Längsschnitt durch einen Horizontalofen

Dr.HEINRICH SÖHLBRAND, WIRTSBAUERNSTRASSE 26, 0-&eacgr;&thgr;27'NEURIED b.MÜNCHEN

Der in Fig.1 und 2 dargestellte Ofen zur Wärmebehandlung von Halbleiterscheiben besteht im wesentlichen aus einem Prozeßgasvorwärmer 1 mit beispielsweise 24 auf den Kreisbogen verteilten Einlaßdüsen, die in

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Prozeßrohr 4 umschlossenen Ringraum 2 münden. In der Wand des inneren Prozeßrohres 4 sind mehrere Reihen Gase i &eegr; I aßdüsen 5 vorgesehen, dio die Verbindung vom Ringraum 2 zum Reaktionsraum 6 darstellen und dem Durchtritt der Prozeßgase von diesem Ringraum 2 in den Prozeßraum 6 dienen. Diese Gasei&eegr; Iaödüsen sind in der Wand des inneren Prozeßrohies 4 derart verteilt, daß nur die Wandfläche hinter und neben den innerhalb des Reaktionsraumes 6 installierten Gasabsaug roh r en 7 davon frei bleibt. Die Gaseinlaßdüsen sind nicht axial ausgerichtet, sondern schräg in beliebige Richtungen, um eine gute Verwirbelung der in den Reak t i ons raum 6

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tionsströmung und Laminarität darin auszuschließen.

Die zu behandelnden Halbleiterscheiben 8 sind auf , einem Träger 10, beispielsweise einer Horde, angeordnet, der auf einem um die Strecke A³-²B gem.Fig.2 , exzentrisch im Reaktions raun 6 rotierenden Drehtisch 9 ^x'

montiert ist. Die Exzentrizität des Drehtisches 9 im |

Reaktionsraum 6 wirkt sich zusätzlich vorteilhaft auf ^

die Umspülung der Halbleiterscheiben 8 mit Prozeßgasen |

aus. %

Mit 11 ist ein Thermoelementschutzrohr bezeichnet, mit ;.;

12 der äußere Ringraum des Ofens. Außerhalb des äuße- f

ren Ringraumes 12 sind die Heizelemente 13 angeordnet, &iacgr;

die den Reaktionsraum 6 völlig umschließen, um in j demselben eine Isothermie zu erreichen. V/eitere Heiz-

Dr .HEINRICH SÖHLBRAND, WlRTSBAUERNSTFiÄÖsE 26,* 'D-0027 NEÜRIED b.MÜNCHEN

elemente befinden sich oberhalb der Abschlußplatte 17. Die äußere Heize IementkühIung ist mit 14 bezeichnet und die Umman telung des Ofens mit 15.

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im Gasstrom, dazu sind sie auf einem Support 16 schräg in den Reaktionsraum 6 gestellt, wodurch die Umspülung mit den Prozeßgasen noch intensiver wird.

Die Fig.3 zeigt einen neuerungsgemäßen Ofen konventioneller, horizontaler Bauart. Dies zeigt, daß die Neuerung bei solchen öfen generell eingesetzt werden kann und nicht etwa auf solche vertikaler Bauart, wie in den Fig.1 und 2 dargestellt, beschränkt ist. Auch bei diesem Ofen, der im wesentlichen Aufbau dem des DE- Gm 88 01 785 entspricht, also einen isothermalen Peaktionsraum 25 besitzt, in dem die zu behandelnden Hb !bleitsrschsibsfi 36 suf einer scⁿs", Csntilsys¹"-schaufel 37 angeordnet sind, sind die Gasaustrittsöffnungen 26 in der Wand des inneren Prozeßrohres 23 ; angeordnet. Die als Jet-Düsen ausgebildeten Gaseinlaßöffnungen 26 sind auch hier nicht auf die Achse des Reaktionsraumes 25 ausgerichtet, sondern zu dieser desor i ent i ert. 25

Die Heizkassette 22 umgibt das äußere Prozeßrohr 21, ; wobei noch ein Heizkassettenmantelrohr 20 zwischenge-

! schaltet ist, um einen äußeren, KühI-SpüI-Raum 35 zu

j schaffen, der übar den Auslaßstutzen 27 bzw. 34 mit

j 30 dem Außenraum in Verbindung steht. In dem Ofenabj Schlußsystem 18 ist, ebenso wie in das

[ Prozeßrohrabschlußsystem 2C ein Heizsystem integriert,

\ um das Prozeßrohr 23 vollständig mit der Heizeinrichtung zu umschließen und so den eigentlichen isotherma-

EINRIOH SÖHLBRAND, Wl RTSBAUERNSTRASSE" 26," D-0027NEL)RIED b.MÜNCHEN

lan Reaktionsraurn 25 schaffen.

Die Prozeßgasmischuny wird durch den Gaseinlaß 20 dem Ringraurn 24 zugeführt, um von dort durch din Gasein-

^/ f &agr;&ugr;&ugr;&igr; &igr; MUMy""! c O ! &Pgr; VJ &thgr; &Ggr;&igr; -\Sar\ &sfgr; &iacgr; 0&Pgr;3&Ggr;3&udigr;&pgr;&igr; c *j Zu 3 t &Ggr; G &Ggr;&eegr; &sgr; &pgr; _f WG

sie, frei von Konvektion und Laminar&igr;tflt, in turbulenter Strömung mit der Oberfläche der zu behandelnden Halbleiterscheiben 36, vertikal oder schräg auf dei Support i iegend, in innige Berührung kommen. Der Cantilever 30 kann zusätzlich beweglich ausgebildet sein, urn die Wirkung der Prozeßgase noch zu intensivieren. Die jeweiligen Stellungen der Halbleiterscheiben j6 bei der Hin- und Her-3swepng des Canti levers 30 sind gestrichelt dargestel't. Die Prozeßgase verlassen den Reaktionsraum wieder durch Tiehrere, Jasaustrittsöffnungen aufweisende, Saugrohre 38.

ivi i t 31 ist eine '&ngr;&iacgr;&udiagr;&Ggr;&igr; täyep i ät t ö &ugr; &bgr; Z &bgr; i C &Ggr;&igr; &Pgr; &thgr; t &udigr; &Ggr;&igr; &ugr; mit 32

eine V/asser r i ngküh I ung. Eine Luftringkühlung 33 brirrjt zusätzliche Kühlleistung. 20

Die Antriebe für den Drehtisch 9 und den Cantilever 30 sind der besseren Übersichtlichkeit we^jr, ebenso wie Details des Ofens, in den Abbildungen nicht daigestel It.

Claims

f Dr. HE INRICH SÖHLBRAND, Wl RTSBAUERNSTRASSE 26*,' D-"8027 'NEUr'i ED b. MUtKHEM

489/Dr.S/s 07.07.89

OFEN ZUR WÄRMEBEHANDLUNG VON HALBLEITERSCHEIBEN

ANSPRÜCHE

I.Ofen zur Wärmebehandlung von Halbleiterscheiben mit in der Hülle des Reaktionsraumes vorgesehenen Ein- und Aus laßöffnungen für die Prozeßgase und einer im Reaktionsraum starr oder rotierend angeordneten Tragevorrichtung für die zu behandelnden Halbleiterscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (5) als mindestens eine Lochreihe in der V/and des inneren Prozeßrohres (4) angeordnet sind, die Gasauslaßöffnungen (7a) in mehreren im Reaktionsraum (6) in der Nähe des Prozeßrohres (4) installierten Absaugrohren

(7) vorgesehen sind, während die Wand des Prozeßrohres (4) im Bereich der Absaugrohre (7) frei von Gaseinlaßöffnungen (5) und die V/and der Abeaugrohre (7) zur Wand des Prozeßrohres (4) hin frei von Gasauslaßöffnungen (7a) Ist.
2.Ofen nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugrohre (7) obon verschlossen sind.
3.Ofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßöffnungen (5) &iacgr;/ozügl ich der räumlichen Achse des Reaktionsraumes (6) gleichsinnig

UVOVI fV2ITirt7T 1.

Dr.HEINRICH SÖHLBRAND, Wl RTSBAUERNSTRASSE 26," D-'8O27'NEURIED b.MÜNCHEN
4.Ofen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (9) mit den zu behandelnden Halbleiterscheiben (8) im Reakt ionsraurn (6) außermittig angeordnet i s t« » \ 5.Ofen nach Anspruch 1 und einen der folgenden, | dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (9) mit den zu i behandeInden Halbleiterscheiben (8) mit einem Antrieb § für eine Relativbewegung gegenüber dem Prozeßrohr (4) g; augerüstet ist. |
6. Ofen nach Anspruch 1 und einenb der folgenden, %

dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugrohre (7) nahe '%

dem Prozeßgasvorwärmer (1) installiert sind. I