DK173655B1 - Fremgangsmåde til deponering af lag på et substrat - Google Patents

Description

DK 173655 B1

Den foreliggende opfindelse vedrører en fremgangsmåde til deponering af lag, f.eks. ved Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD), på et substrat, idet fremgangsmåden omfatter placering af substratet mellem en øvre elektrode og en nedre elektrode.

5

Teknikkens stade

Ved anvendelse af et PECVD-deponeringskammer med parallel plade ender en stor del af det deponerede materiale på kammerets vægge og elektroderne.

10 Dette medfører en ændring i systemets impedans og ændrer derfor de deponerede films egenskaber en lille smule. Ved mange applikationer er dette ikke noget problem, men ved bølgelederproduktion, hvor en nøje kontrol af brydningsindekset er vigtig, kan dette medføre ikke-reproducerbare resultater.

15 Det er derfor vigtigt at rense kammeret regelmæssigt. Dette kan ske enten ved en mekanisk rensning eller en kemisk rensning in situ. Den kemiske rensning er en speciel plasmaproces, der anvendes til ætsning af det deponerede lag.

En fordel ved den kemiske renseproces er, at den udføres uden at skille syste-20 met ad, hvorved den tid, hvor kammeret er ude af drift, reduceres. Der er imidlertid ved processen et problem med forskellige ætsningsgrader på forskellige overflader. Især er ætsningsgraden på den spændingsførende elektrode cirka en faktor to større end på den jordede elektrode. Derfor bliver den strømførende elektrode renset først.

25

Kammerets aluminiumsvægge udsættes for plasmaet, når alt det deponerede glas er blevet flernet. En fortsættelse af renseprocessen herefter vil medføre en dannelse af et poiymeriag. Da renseprocessen ikke stopper, før den jordede elektrode er renset, vil der blive dannet et ret tykt polymerlag på den spæn-30 dingsførende elektrode.

2 DK 173655 B1

Et polymerlag vil også straks blive dannet på den jordede elektrode på det sted, hvor waferen har ligget, eftersom der ikke er deponeret glas her. Efter renseprocessen er kammeret derfor delvis rent og delvist dækket af polymerer. Disse polymerer vil påvirke deponeringsprocessen på en række måder.

5

For det første er det deponerede glas efter nogen tid tilbøjelig til at skalle af polymerlaget, hvilket medfører en partikelkontaminering i kammeret. Dette vil påvirke filmkvaliteten.

10 For det andet er polymerernes lagtykkelse på den jordede elektrode ikke nødvendigvis den samme fra gang til gang. Følgelig vil miljøet for wafeme ikke være det samme imellem forskellige deponeringer og renseperioder. Anvendelse af forskellige substratstørrelser vil heller ikke være muligt; f.eks. vil deponering på en 5"-wafer efter en 4"-wafer resultere i et anderledes miljø ved yderdelen af 5"-15 waferen sammenlignet med den midterste 4"-deL

Følgelig skal to problemer løses: 1) Kammerbetingelseme skal være reproducerbare og stabile under en depo- 20 neringscyklus, og 2) renseprocessen skal frembringe så få polymerer som muligt.

Endelig skal renseprocessen være så kort som mulig for at øge systemets drifts-25 tid.

Kendt teknik

Den britiske patentansøgning GB 2312439 beskriver en fremgangsmåde til de-30 ponering af lag ved PECVD til fremstilling af optiske bølgeledere. Det anføres, at der opnås en større regenereringsmulighed og kontrol af/med brydningsindekset 3 DK 173655 B1 ved placering af substratet på den spændingsførende elektrode og derved bibeholdelse af en negativ forspænding (bias) på substratet under deponeringen. Der anføres intet om, hvorledes man undgår uønsket dannelse af lag af deponeret materiale på elektroderne, renseprocedurer, hvorledes man undgår dannelse af 5 polymerer under rensningen eller generelt, hvorledes man øger kammerets driftstid og stabile kammerbetingelser.

Beskrivelse af opfindelsen 10 Det er et formål med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en fremgangsmåde til forbedring af stabiliteten og reproducerbarheden af kammerbetingelserne i en PECVD-reaktor til fremstilling af silicabaserede, plane bølgelederkom-ponenter. Det er et yderligere formål med opfindelsen, at de kemiske plasmarenseprocesser, der anvendes til Qemelse af uønskede deponeringer af silica (Si02) 15 på kammervæggene, frembringer så få polymerer som muligt. Endelig er det et formål med den foreliggende opfindelse, at renseprocessen skal være så kort som mulig for derved at bidrage til en forøgelse af systemets driftstid.

Ifølge opfindelsen tilvejebringes der en fremgangsmåde, som er defineret i ind-20 ledningen til krav 1. Denne fremgangsmåde er kendetegnet ved, at substratet placeres på en bærer, som er anbragt på den nedre elektrode.

På denne måde er det muligt at reducere ude-af-drift-tiden i Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) -reaktorer, når de f.eks. anvendes til 25 fremstilling af silicabaserede, planare bølgelederkomponenter. Ved anvendelse af fremgangsmåden forbliver PECVD-reaktoren i en ensartet og veikontrolleret tilstand i længere tidsperioder, som medfører en større kapacitet ved de anvendte deponeringsprocesser.

30 Hensigtsmæssige udførelsesformer for opfindelsen er skitseret i krav 2-8.

4 DK 173655 B1

Opfindelsen vil i det følgende blive beskrevet ved hjælp af et eksempel under henvisning til den eneste figur, som viser en principkonstruktion af de indvendige dele af et vandretliggende PECVD-kammer med parallel plade.

5 På tegningen er de indvendige dele af et vandretliggende PECVD-kammer med parallel plade med nedre og øvre elektrode angivet 1 hhv. 2. Som det fremgår, placeres et substrat 4 på en bæreplade 3, såsom en stor smeltet kvartsbærer 3. Diameteren af den smeltede kvartsbærer 3 bør svare til diameteren af den nedre elektrode 1 for at holde den fri for uønsket, deponeret materiale. Stoporganer 5 10 holder substratet 4 i den angivne stilling på bærepladen 3 under isætning og udtagning og under behandlingen.

Virkningen af den smeltede kvartsbærer 3 vil nu blive forklaret: 15 Ved at placere waferen 4 på en bærer 3 af et materiale svarende til laget depo neret i PECVD-kammeret, vil systemets impedans blive mindre påvirket af det deponerede materiale. Deponering på forskellige substratstørreiser 4 kan ske enten ved at anvende den samme smeltede kvartsbærer 3 eller en anden bærer 3.

20

Også renseprocessen udføres med en smeltet kvartsbærer 3. Renseprocessen stoppes da, så snart den spændingsførende elektrode 2 er blevet renset. Herved undgås næsten fuldstændigt polymerdannelse.

25 Den mest betydningsfulde fordel ved fremgangsmåden er den forøgede driftstid af PECVD-deponeringssystemet. Producenter af PECVD-udstyr anbefaler en plasmarensning for hver 5-6 pm deponeret materiale. Dette ville gøre bølgele-derfremstilling så godt som umulig, da de enkelte lag består af 4 til 15 pm glas. Endvidere svarer den anbefalede rensetid til deponeringstiden.

30 5 DK 173655 B1

Ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen er det muligt at deponere op til 200 pm silicaglas, før en plasmarensning er nødvendig.

En yderligere fordel er forbedret reproducerbarhed. Det deponerede materiale 5 opfører sig meget lig den smeltede kvartsbærer 3, og derfor vil plasmamiljøet ikke ændre sig ved deponeringer.

Polymerdannelsen i kammeret reduceres også dramatisk. Dette medfører en væsentlig bedre glaskvalitet end med traditionelle metoder.

10

Mange typer bærere kan anvendes, men det foretrækkes sædvanligvis, at såvel de dielektriske egenskaber som varmeegenskabeme for bærematerialet svarer til de dielektriske egenskaber og varmeegenskabeme for materialet, som deponeres i PECVD-kammeret. Hvis silica eller overfladebehandlet silica således de-15 poneres til fremstilling af plane bølgeledere, foretrækkes en smeltet kvartsbærer.

(Herved forstås kvarts, som smelter over et kort tidsrum, så det Ikke længere er krystallinsk - "fused silicia”.)

Fortrinsvis er bæreren forsynet med midler til at holde waferen på plads, når 20 waferen på bæreren isættes eller udtages af PECVD-kammeret og under behandlingen. I en udførelsesform består midlerne til positionering af waferen af en fordybning i bæreren, som passer til waferen. I en anden udførelsesform er stoporganer anbragt på bæreren for at holde waferen på plads.

Claims (8)

1. En fremgangsmåde til deponering af lag, f.eks. ved Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) på et substrat, idet fremgangsmå- 5 den omfatter placering af substratet mellem en øvre elektrode og en nedre elektrode i et PECVD-kammer, kendetegnet ved, at substratet placeres på en bærer anbragt på den nedre elektrode.

2. En fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at bæreren i 10 det væsentlige dækker området for PECVD-kammerets nedre elektrode.

3. En fremgangsmåde ifølge krav 1-2, kendetegnet ved, at bærerens dielektriske egenskaber i det væsentlige svarer til de deponerede lags.

4. En fremgangsmåde ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at bærerens varmeegenskaber i det væsentlige svarer til de deponerede lags.

5. En fremgangsmåde ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at bæreren har midler til at holde substratet på plads på bæreren. 20

6. En fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at midlerne til at holde substratet udgøres af stoporganer på bæreren.

7. En fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at midlerne til 25 at holde substratet udgøres af en fordybning i bæreren.

8. En fremgangsmåde ifølge krav 1-7, kendetegnet ved, at bæreren er fremstillet af smeltet kvarts. 30