EP2517228A2 - Method and apparatus for forming a dielectric layer on a substrate - Google Patents

Method and apparatus for forming a dielectric layer on a substrate

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EP2517228A2
EP2517228A2 EP10798974A EP10798974A EP2517228A2 EP 2517228 A2 EP2517228 A2 EP 2517228A2 EP 10798974 A EP10798974 A EP 10798974A EP 10798974 A EP10798974 A EP 10798974A EP 2517228 A2 EP2517228 A2 EP 2517228A2
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EP
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substrate
plasma
plasma electrode
distance
electrode
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EP10798974A
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Wilhelm Beckmann
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for forming a dielectric layer on a substrate, in particular on a semiconductor substrate.
  • dielectric layers are formed on a substrate or another layer.
  • An example of such a method is the formation of thermal oxide layers on semiconductor substrates in so-called ovens or rapid heating systems (RTP systems).
  • RTP systems rapid heating systems
  • a disadvantage of such a thermal oxidation can be, inter alia, the temperatures used in which the oxidation is carried out, since these can affect the underlying structures. Therefore, such systems are always striving to reduce the thermal budget of the treatment, but only partially succeed.
  • a plasma treatment of substrates for forming dielectric layers is also known.
  • the US patent describes 7,381,595 B2 discloses low temperature plasma oxidation of a silicon semiconductor using a high density plasma.
  • the plasma source hereinafter referred to collectively as a plasma electrode is formed by two plate-shaped opposing electrodes. The substrates are received between the two plate-shaped opposing electrodes and themselves form part of one electrode.
  • the temperatures used in plasma oxidation significantly reduce the thermal budget over thermal oxidation, and can thereby improve the associated disadvantages.
  • a similar plasma electrode which is formed from two opposing plate-shaped electrodes, and in which a substrate to be treated is arranged between the electrodes, results from US Pat. No. 6,037,017 A. In this plasma electrode, the distance between the electrodes is different Process parameters adjustable. Further plasma electrodes of this type are known from US2007 / 0026540 A1, US Pat. No. 5,492,735 and US Pat. No. 5,281,557.
  • WO 2010/01 5385 A describes an alternative rod-shaped microwave plasma electrode, in which an inner conductor is completely surrounded by an outer conductor in a first partial region. Adjacent to this sub-area is followed by a sub-area, in which the outer conductor provides an opening which widens to a free end. In the area of the widening opening, microwave power is decoupled to produce a plasma.
  • Another rod-shaped plasma electrode with inner conductor, outer conductor and a coupling-out structure is known, for example, from DE 197 22 272.
  • Such rod-shaped plasma electrodes may be disposed opposite to a substrate to be treated, and the substrate is not disposed between the plasma-generating electrodes. With Such plasma electrodes can achieve improved processing results, but still can not be sufficiently good. In particular, electrical properties of layers formed using these plasma electrodes may still be insufficient.
  • a plasma is generated from a process gas between the substrate and a plasma electrode opposite the substrate, resulting in an at least partial chemical reaction of substrate and process gas and / or at least partial deposition of Process gas components for forming the dielectric layer on the substrate results.
  • the distance between the plasma electrode and the substrate is changed, whereby the formation of a homogeneous dielectric layer can be promoted.
  • plasma electrode refers to a unit of two electrodes rather than a single electrode. The change in the distance during the formation of the dielectric layer makes it possible to improve the electrical parameters of the dielectric layer.
  • the underlying growth mechanism can be influenced, whereby the formation of the dielectric layer and its electrical properties can be improved.
  • the growth mechanism is based on the effect of radical components of the plasma gas. Due to the large distance, a recombination of the electron density with the ion density takes place and only the radicals are retained and only oxidize the surface with a limited thickness.
  • anodic effect prevails directly at the substrate surface due to the large electron concentration.
  • such a change in the growth mechanism affects the electrical parameters of the growing dielectric layer and, in particular, the interface properties to the underlying substrate.
  • the plasma is preferably at least partially generated by rod-shaped microwave plasma electrodes with inner and outer conductors having a fixed distance from each other.
  • a plasma electrode as described in WO 2010 015385 A, which is the subject of the present invention with regard to the structure of the plasma electrode.
  • the inner conductor and the outer conductor have an arbitrary but fixed distance from each other, and the coupling-out structure causes a microwave to be radiated and a plasma to be ignited.
  • the substrate to be treated does not lie between the electrodes of the plasma electrode. There must be no low pressure between the electrodes, as is the case with plate-shaped electrodes, which form a plasma between them.
  • the rod-shaped plasma electrodes can also lie outside the actual process area and, for example, be separated from a generated plasma by means of cladding tubes that are substantially transparent to microwave radiation.
  • the rod-shaped plasma electrode may be surrounded by an electron tunnel in which different species with different charge states are located. This electron tunnel sees the different species for a reaction with / deposition on the sub- strat and also shields the substrate from microwave radiation so that it can not get onto the substrate.
  • a method of forming a dielectric layer by oxidizing and / or nitriding a substrate or deposition in which a plasma of a process gas is generated by at least one plasma electrode adjacent to the substrate, the substrate being floating and not between electrodes the at least one plasma electrode is located, and wherein a correlation between the substrate and the plasma during the formation is changed such that at an instant of formation of the layer anodic reaction prevails and at another time a radical reaction.
  • the change in the interactions can advantageously take place via a change in the distance between the plasma electrode and the substrate.
  • a grid of electrically conductive material may be provided between the at least one plasma electrode and the substrate whose electrical bias is changed.
  • the distance between the plasma electrode and the substrate is set as a function of the thickness of the already grown and / or deposited layer and in particular reduced with increasing layer thickness.
  • z. B. first be achieved by a radical components of the plasma gas driven layer structure without strong electric field and by random diffusion of the reaction components. Subsequent reduction of the distance shifts the predominant effect to an anodic effect where the electric field should preferably be perpendicular to the substrate surface. This results in a self-healing effect in the growth of the dielectric layer and the layer thickness becomes more homogeneous or the atomic interface flatter. hereby the electrical parameters of the dielectric layer are positively influenced.
  • the energy supplied to the plasma electrode, the pressure and / or the composition of the process gas and / or the temperature of the substrate, which is heated to a predetermined temperature via at least one heat source independent of the plasma are set as a function of the distance between the plasma electrode and the substrate.
  • the plasma can be controlled and adapted to the growth mechanism, and on the other hand, the layer formation can be influenced by the temperature of the substrate.
  • the substrate is a semiconductor substrate, and in particular a silicon substrate, which is often used in semiconductor technology because of its comparatively low cost.
  • the substrate can also be, for example, a large panel for the solar industry, a coated glass plate, or any other substrate.
  • the grown and / or deposited layer is preferably an oxide, an oxynitride, a nitride or other material with a high dielectric constant of k> 3.9.
  • the plasma is generated by microwave radiation.
  • the plasma is generated with RF radiation.
  • the plasma is preferably operated pulsed.
  • the growth and / or deposition rate is preferably controlled such that the layer structure has a substantially constant rate of less than 0.5 nm / s, in particular less than 0.1 nm / s and preferably takes place at 0.01 to 0.05 nm / s.
  • essentially constant rate is considered a rate with a maximum deviation of ⁇ 10% with respect to an average value.
  • a process chamber having at least one process gas inlet and at least one substrate holder is provided, which defines a receiving area for receiving the substrate, and at least one plasma electrode for generating a plasma in a holding area for the substrate.
  • the plasma electrode is formed from two lying at different potential electrodes, which are outside the process chamber, and thus can be isolated from the process gas, if desired. In such plasma electrodes, the plasma is not generated primarily in a region between the electrodes but adjacent to / surrounding them.
  • means are provided for varying a distance between the at least one plasma electrode and the receiving area for the substrate during the formation of the dielectric layer in order to be able to provide a corresponding change in distance with the above-mentioned advantages during the layer growth. It is essential that this change not be made once and maintained for a subsequent process, but that the means are specifically able to provide a corresponding change during the formation of the dielectric layer.
  • an apparatus for forming a dielectric layer on a substrate by means of oxidizing and / or nitriding the substrate is provided.
  • the device has a process chamber with at least one process gas inlet and at least one substrate holder, which has a receiving region for holding the substrate in a potential-free state. Furthermore, the device provides at least one plasma electrode having two electrodes for generating a plasma adjacent to or in a holding region for the substrate, wherein the holding region for the substrate is not between the electrodes and means for changing an interaction between a substrate and a plasma during formation of the dielectric layer such that anodic reaction prevails at a time of formation of the layer and at a later time a radical reaction.
  • This can be achieved, for example, by setting the distance between the plasma electrode and the substrate and / or a grid between the plasma electrode and the substrate, which can be subjected to different electrical bias voltages, or by varying the process gas pressure by which the plasma expansion is varied.
  • the at least one substrate holder has at least one conveying unit for transporting the substrate along a transport path through the process chamber in order to be able to provide a continuous process during the passage through the process chamber.
  • a plurality of plasma electrodes are preferably provided, which are arranged at least partially at different distances to the transport path for the substrate, whereby the corresponding distance adjustment between plasma electrode and substrate is automatically provided during the process by the transport of the substrate along the transport path.
  • at least one plasma electrode arranged in front in the transport direction of the substrate is arranged at a greater distance from the transport path for the substrate, than a plasma electrode lying behind in the transport direction of the substrate.
  • a reduction in the distance between the plasma electrode and the substrate is automatically provided during the passage and the correlation between plasma and substrate is changed.
  • a plurality of plasma electrodes may be provided in a plane lying substantially parallel to the transport path, in order to provide a uniform correlation and thus a constant growth mechanism.
  • a control unit for controlling the distance between the at least one plasma electrode and the receiving area for the substrate during the formation of the dielectric layer and the energy supplied to the plasma electrode and / or the pressure or the composition of the process gas and / or the temperature of the substrate , which is heated to at least one plasma-independent heating unit to a predetermined temperature provided.
  • This makes it possible to adjust the plasma properties and possibly the temperature of the substrate, which can each influence the growth mechanism.
  • the plasma electrode has a microwave applicator.
  • the plasma electrode has an RF electrode.
  • at least one grid is provided between the at least one plasma electrode and the receiving area for the substrate. It may be advantageous to be able to change the distance between the grid and the plasma electrode or grid and substrate optionally independent of the distance between the plasma electrode and the substrate.
  • At least one heating unit is provided for heating the substrate within the process chamber, wherein the at least one heating unit is arranged such that the receiving area for the substrate lies between the at least one plasma electrode and the at least one heating unit.
  • This makes it possible to heat the substrate independently of the plasma, in particular such that the plasma electrode does not interfere with heating.
  • means are provided for changing the distance between the receiving area for the substrate and the at least one heating unit.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view through an apparatus for forming a dielectric layer according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through an apparatus for forming a dielectric layer according to a second embodiment of the invention:
  • 3 is a Weibull diagram showing the defect density versus the surface charge density of differently formed dielectric layers.
  • 5a and 5b are schematic representations showing different correlations between a plasma and a substrate as a function of the distance between the plasma electrode and the substrate;
  • Figures 6a and 6b are schematic representations illustrating different correlations between a plasma and a substrate in response to an electrical bias of a grid interposed between the plasma electrode and the substrate.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view through a device 1 for forming dielectric layers on a substrate 2.
  • the device 1 has a vacuum housing 3, which is only indicated in outline, and which defines a process chamber 4.
  • the device 1 further comprises a transport mechanism 6, a plasma unit 8, and a heating unit 10.
  • a cooling unit may be provided which forms a temperature control unit together with the heating unit.
  • the substrate may be at least partially surrounded by a protective element, not shown, which is in the same plane as the substrate in order to avoid edge effects in the coating and to virtually enlarge the physical surface of the substrate.
  • the protective element should preferably have the same or at least similar physical property as the substrate.
  • the vacuum housing 3 has suitable, not shown locks for loading and unloading of the substrates 2 in the process chamber 4.
  • the process chamber 4 is limited, inter alia, by an upper wall 12 and a lower wall 14.
  • the top wall 12, for example, is constructed of aluminum and treated so as to avoid metal contamination or particles in the process chamber.
  • the top wall 12 has an oblique portion which is angled with respect to the bottom wall 14 and a portion substantially parallel to the bottom wall, as can be clearly seen in FIG.
  • the inclined wall portion is arranged so that the process chamber from left to right - as will be explained in more detail below from an input end to an output end - tapers.
  • the straight area then joins this oblique area.
  • the lower wall 14 extends in a straight line and is constructed, for example, of quartz glass in order to be able to conduct electromagnetic radiation, as will be explained in more detail below.
  • a vacuum pump 16 is provided, via which the process chamber 4 can be pumped out.
  • the pump can also be provided at a different location and there may be several be provided.
  • a pyrometer 18 is provided for a temperature measurement of the substrate 2. Instead of a pyrometer but also another temperature measuring device may be provided at another location of the process chamber or directly on the substrate 2, for example, also from above the temperature of the substrate measure 2. It can also be provided more temperature measuring devices.
  • the process chamber 4 also has at least one gas supply, not shown, via which a process gas can be introduced into the process chamber 4.
  • the transport unit 6 consists essentially of an endless conveyor belt 20, which is circumferentially guided over a plurality of deflection and / or transport rollers 22.
  • the normal direction of rotation for a treatment of the substrate 2 is in the clockwise direction, but it is also possible to circulate the conveyor belt in a counterclockwise direction.
  • an overhead Transporttrum the conveyor belt 20 is arranged such that it extends straight through the process chamber 4 therethrough.
  • the return of the conveyor belt 20 takes place outside the process chamber 4 in order to be able to carry out, for example, cooling and / or cleaning processes on the conveyor belt 20 there.
  • the conveyor belt 20 consists of a material substantially transparent to electromagnetic radiation.
  • the conveyor belt 20 should be arranged as completely as possible within the vacuum range, but may also be at least partially outside the vacuum range in a suitable arrangement.
  • the transport unit 6, for example, also have a different transport mechanism, such as transport rollers or a magnetic or air cushion guide.
  • the transport unit 6 can optionally be moved up and down as a whole, as indicated by the double arrow A. This makes it possible, the transport unit 6 and in particular its Transporttrum closer to the obe- ren wall 12 or the lower wall 14 to place, as will be explained in more detail below.
  • the plasma unit 8 is further arranged.
  • the plasma unit 8 consists of a plurality of plasma electrodes 24.
  • the plasma electrodes are preferably designed as rod-shaped microwave applicators having an inner conductor and an outer conductor.
  • the outer conductor is designed such that it enables the microwaves to be coupled out of the intermediate region between the inner and outer conductors in order to form a plasma outside this region, which surrounds the rod-shaped plasma electrode in the radial direction, for example.
  • the microwave applicators are preferably constructed in particular in such a way that microwave radiation can exit substantially vertically downwards, that is to say in the direction of the lower wall 14.
  • one or more plasma ignition devices may be provided.
  • the plasma electrodes may also be of the HF type; in particular, it is also conceivable to arrange plasma electrodes 24 of different types within the process chamber 4.
  • RF plasma electrodes may be provided in one subarea and microwave plasma electrodes may be provided in another area.
  • the respective plasma electrodes have in common that the substrates are not located between the conductors / electrodes of the plasma electrode.
  • the structure of the plasma electrodes can be chosen so that the burning plasma is limited in its extent and does not come into contact with walls of the process chamber.
  • the rod-shaped plasma electrodes 24 each extend perpendicular to the plane of the drawing across the process chamber 4. From left to right, ie from an input end to an output end of the process chamber 4, the plasma electrodes are equally spaced following the contour of the top wall 12. As a result, the plasma electrode 24 closest to the input end of the process chamber 4 is furthest away from the transport strand of the conveyor belt 20.
  • the plasma electrodes 24 are then arranged closer and closer to the conveyor belt 20, and from the middle they are then arranged in each case at the same distance from the conveyor belt. As a result, the distance between the substrate 2 and the plasma electrodes 24 lying directly above it changes during the movement through the process chamber 24.
  • the heating unit 10 consists of a multiplicity of radiation sources 30 which emit electromagnetic radiation for heating the substrate 2 in the direction of the process chamber 4.
  • halogen and / or arc lamps 31 can be used, as they are commonly used, for example, in high-speed heating systems.
  • the lamps 31 may optionally be accommodated in quartz tubes 32 in order to provide insulation against process gases and / or underpressure conditions in the region of the process chamber 4. This may be particularly useful if the radiation sources are received directly within the process chamber 4. That is not on the lower wall 14 are separated from this.
  • heating lamps can also be arranged above the transport unit 6, for example also between the plasma electrodes 24.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of an alternative device 1 for applying dielectric layers on a substrate 2 according to an alternative embodiment.
  • the device 1 again has a housing, which is shown only very schematically at 3. This housing is in turn filled out as a vacuum housing, and can be pumped via a vacuum unit, no longer shown, to vacuum pressure.
  • a process chamber 4 is defined.
  • the device 1 further has a substrate support unit 6, a plasma unit 8 and a heating unit 10.
  • the support unit 6 has a substrate support 40, which is rotatably supported by a shaft 42 within the process chamber 4, as shown by the arrow B.
  • the shaft 42 is connected for this purpose with a rotary unit, not shown.
  • the shaft 42 and thus the pad 40 is movable up and down, as shown by the double arrow C.
  • the support level of the support 40 within the process chamber 4 can be adjusted upwards or downwards, as will be explained in more detail below.
  • the plasma unit 8 again consists of a plurality of plasma electrodes 24, which may be of the same type as described above.
  • the plasma electrodes may be slidable up and down within the process chamber 4 via respective guides 46, as indicated by the double arrow D.
  • the up and down mobility of the support unit 6 could be omitted, but it can also be provided in addition.
  • this makes it possible to provide, in combination with the rotation of a substrate 2 by the support unit 6, for example, in an edge region of the substrates 2 larger or smaller distances compared to a central region thereof.
  • a protective device can be provided which surrounds substrate 2 at least partially in its plane in order to avoid edge effects.
  • the protective device may be arranged with respect to the rotation static or rotatable.
  • the heating unit 10 in turn consists of a plurality of radiation sources 30, which may be arranged parallel or perpendicular to the plasma electrodes 24.
  • the radiation sources each have a lamp, such as an arc or halogen lamp, which is surrounded by a quartz tube 32.
  • the radiation of the radiation sources 30 is able to heat the substrate 2 directly when the support 40 for the radiation of the radiation source 30 is substantially transparent.
  • the support 40 could be constructed, for example, of quartz.
  • the device 1 preferably has at least one temperature measuring unit in order to determine the temperature of the substrate 2.
  • the determined temperature can be forwarded to a control unit, not shown, which can then regulate the heating unit 10 according to a temperature specification accordingly to obtain a predetermined temperature of the substrate, as is known in the art.
  • the substrate 2 is each a silicon semiconductor wafer.
  • a silicon oxide layer is to be formed as a dielectric layer during the process described below.
  • a suitable process gas for example, pure oxygen or an oxygen-hydrogen mixture is introduced into the process chamber 4, in which there is a negative pressure.
  • a plasma of the process gas is generated in the region of the plasma electrodes 24.
  • the substrate 2 is guided via the conveyor belt 20 from left to right through the process chamber, while a corresponding plasma burns below the respective plasma electrodes 24.
  • the left-lying plasma electrodes 24, that is to say inlet plasma electrodes 24, are further away from the substrate 2 than the plasma electrodes 24 on the right, ie in the exit region of the process chamber 4, as it is conveyed through the process chamber.
  • the distance of the plasma electrodes from the substrate surface changes. This results in different growth mechanisms for layer growth. These are caused by different interactions between plasma and substrate, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 5.
  • 5a and 5b show different correlations between a plasma and a substrate as a function of a distance between a rod-shaped plasma electrode 300 and a substrate 320.
  • the rod-shaped plasma electrode 300 is of the type described in WO 2010/015385 A and the one Inner conductor 304 and an outer conductor 306 have.
  • the outer conductor 306 does not completely surround the inner conductor 304. Rather, the outer conductor 306 sees an opening that enlarges to a free end thereof that faces the substrate 320.
  • 5a and 5b each show a cross section in this coupling-out region of the microwave electrode 300.
  • the electrode 300 is surrounded in each case by a cladding tube 308, which is substantially transparent to microwave radiation, such as, for example, a quartz tube. With a corresponding activation of the plasma electrode 300, a plasma surrounding the cladding tube 308 is generated, which consists of electrons 31 0, radicals 312 and ions 314.
  • Fig. 5a and 5b show respectively a portion of a substrate 320, which for example consists of a Si base substrate 322 having a dielectric layer 324 of, e.g., SiO x N y, where x and y can arbitrarily variie- ren.
  • a substrate 320 which for example consists of a Si base substrate 322 having a dielectric layer 324 of, e.g., SiO x N y, where x and y can arbitrarily variie- ren.
  • positive Si ions are indicated.
  • the plasma electrode is arranged at a distance Di from the surface of the substrate 320.
  • the plasma in this arrangement is arranged with respect to the substrate such that a substantially uniform distribution of the electrons 310, radicals 312 and ions 314 present in the plasma occur adjacent to the surface of the substrate.
  • anodic oxidation / nitridation is self-aligning and self-healing, so that any geometric shapes and layer structures (3D structures) can be homogeneously oxidized / nitrided or any other dielectric layers can be deposited.
  • the self-healing effects of anodic oxidation / nitridation lead to a homogeneous breakthrough resistance of the grown layer, since the oxide / nitride grows until the electrical potential has decayed over the layer thickness.
  • the E field is constant given by the electron density at the surface of the dielectric layer 324.
  • the plasma electrode is arranged at a greater distance D 2 from the surface of the substrate 320.
  • the plasma in this arrangement is arranged with respect to the substrate such that essentially only the radicals 312 occur adjacent to the surface of the substrate. This results in a process gas-dependent radical oxidation / nitridation of the substrate surface. Compared to the Deal Groove model, it represents an extension of the growth model for plasma enhanced and thus enhanced growth processes.
  • the growth process is limited by the reaction rate, but due to the low substrate temperature of preferably ⁇ 450 ° C only up to about 2 nm and not to 5 or 10 nm as in high temperature processes at> 800 ° C.
  • the radicals 312 on the surface of the dielectric layer 324 impart a large chemical affinity. There is little diffusion of the oxidizing species through the dielectric layer to the interface or from the substrate self-interstitial atom (charged or uncharged) to the surface of the dielectric layer to react with the adsorbed radicals.
  • the growth process is diffusion rate limited, as in thermal processes, but because of the low substrate temperature, an additional driving force is needed to accelerate the diffusion of the various species. In anodic oxidation / nitridation, such additional driving force is generated by a large electrical field caused by the electrons 310 on the surface of the dielectric layer 324. Therefore, this process can grow in a relatively short time up to 1 5 nm thick dielectric layers.
  • both oxidizing species driven by electrical potential, diffuse to the interface between base substrate 322 and dielectric layer 324 and substrate self-interstitials (charged or uncharged) to the surface of dielectric layer 324 to adhere to the adsorbed radical and ionic oxidizing species react.
  • the distance between the substrate 2 and the plasma electrode 24 in the input region is, for example, in the range of 8 to 15 cm (preferably about 10 cm) is chosen to first achieve radical oxidation / nitridation.
  • the distance is, for example, 2 mm to 5 cm (preferably about 2 cm) in order to provide anodic oxidation / nitridation.
  • the distance is reduced as the substrate 2 moves through the process chamber 4 to about the middle of the process chamber, and then remains substantially constant until the exit.
  • the distance can also be changed via an up or down movement of the conveyor belt.
  • the substrate 2 is arranged on the support unit 6, and while in the region of the respective plasma electrodes 24, a plasma burns is rotated.
  • the distance between the substrate 2 and the plasma electrode is changed during the layer growth.
  • the distance is reduced from a large initial distance in the range of, for example, 8 to 15 cm to a small distance in the range of, for example, 2 mm to 5 cm.
  • the distance is in a range of 10 to 2 cm varies.
  • process parameters relating to the plasmas such as the power of the plasma electrodes 24, the process gas pressure, a gas inflow as well as a gas composition within the process chamber 4.
  • the growth process can alternatively be used to adjust the spacing or additionally be influenced by a grid made of an electrically conductive material.
  • a change between a primary anodic oxidation / nitridation and a primary radical oxidation / nitridation at a constant distance between the plasma electrode and the substrate is possible.
  • FIGS. 6a and 6b show similar representations to FIGS. 5a and 5b.
  • a respective plasma electrode 300 with inner conductor 304 and outer conductor 306 and a substrate 320 from a base substrate 322 with a dielectric layer 324 are shown.
  • the distance D between plasma electrode 300 and substrate 320 is the same in FIGS. 6a and 6b.
  • positive ions are again shown.
  • a grid 330 made of electrically conductive material is shown between the plasma electrode 300 and the substrate 320, which can be acted on by a control unit, not shown, with different electrical bias voltages. If the grid is potential-free, then it essentially does not affect the plasma and the situation shown in FIG. 6 a results, which leads to anodic oxidation / nitridation.
  • the grid is energized or grounded, the situation shown in Figure 6b is that primarily only the radicals 312 reach the surface of the dielectric layer 324, resulting in free radical oxidation / nitridation.
  • the distance of the grid 330 to the surface of the substrate 320 can optionally also be adjusted.
  • the plasma can be operated preferably pulsed during the process.
  • the process described above is particularly suitable for forming an oxide layer as a dielectric layer, but may, as mentioned, also form other dielectric layers, such as a nitride layer or an oxide nitride layer.
  • Suitable process gases for this purpose are, for example, O 2 , N 2 , NH 3 , NF 3 , D 2 O, Ar, N 2 O, H 2 , D 2 , silane or dichlorosilane or trichlorosilane or dichloroethylene, GeH 4 , boranes (BH 3 B2H6), arsine (ASH 3 ). , Phosphine (PH 3 CF 4 ), tri-methylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), SF 6 or carbon-containing other gases or mixtures thereof or the various precursors for producing Hf- or Zr-containing dielectric layers.
  • the gas composition and / or the pressure of the process gas can be adjusted during the process.
  • the plasma electrodes 24 and the lamps 31 can each individually and be controlled independently of each other. In particular, it is possible to control their performance by means of mathematical functions, such as, for example, a linear function, an exponential function, a quadratic function or other functions.
  • the plasma electrodes 24 or the arc lamps / halogen lamps 31 can be set as groups or completely independently of each other, if this is predetermined by a corresponding process.
  • a purely thermal see treatment of a substrate take place, in which the substrate is brought to a predetermined temperature via the heating unit, as is the case for example in a post oxidation anneal.
  • the transport unit can guide the substrate back through the process chamber when the plasma is switched off.
  • different gases can be introduced into the process chamber.
  • the substrate would remain in the process chamber beyond the oxidation for a predetermined process duration and be heated by the heating unit.
  • Fig. 3 shows a Weibull diagram showing the defect density versus surface charge density of different oxide layers. It can be seen in FIG. 3 that, on the one hand, a prolonged burning time of the respective plasma substantially improves the electrical oxide quality. This effect results not only from the fact that the oxide thickness increases, but also from the fact that too rapidly grown layers outgrow up and thus the interface between Si / SiO 2 improves. Therefore, there is the realization that slow growth with a correspondingly long burning time of the plasma improves the electrical properties.
  • the arrangement described above may also be used for cleaning the substrate surface prior to a growth process.
  • contaminants or an undefined layer e.g., native S1O2
  • a defined layer could be grown by the given process gas.
  • cleaning gases one can imagine a reducing gas of pure hydrogen or an arbitrary with noble gases (such as He, Ar, etc.) diluted hydrogen atmosphere or a pure noble gas atmosphere.
  • the growth process described above is possible.
  • the cleaning effect could also be affected by the distance between the plasma electrode and the substrate and / or the electrical bias on the grid (if any).

Abstract

A method and an apparatus for forming a dielectric layer on a substrate are described, in which a plasma is produced from a process gas between a plasma electrode and the substrate, resulting in an at least partial chemical reaction between the substrate and the process gas and/or an at least partial deposition of process gas components in order to form the dielectric layer on the substrate. The term 'plasma electrode' designates a unit consisting of two electrodes, preferably arranged at a defined distance from each other. In the method, the distance between the plasma electrode and the substrate is modified during the chemical reaction and/or the deposition of the process gas components. An apparatus for carrying out said method is also described.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht auf einem Substrat  Method and apparatus for forming a dielectric layer on a substrate
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht auf einem Substrat, insbesondere auf einem Halbleitersubstrat. The present invention relates to a method and an apparatus for forming a dielectric layer on a substrate, in particular on a semiconductor substrate.
Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen, wie beispielsweise Speicherchips, Mikroprozessoren, aber auch in der Photovoltaik oder im Be- reich von Flachbildschirmen sind unterschiedliche Produktionsschritte zur Herstellung eines Endprodukts notwendig. Dabei werden während der Herstellung der Produkte unterschiedliche Schichten zum Aufbau des elektronischen Bauelements aufgebracht. Eine wichtige Klasse dieser Schichten sind dielektrische Schichten, welche unterschiedliche Schichten isolieren. Wie auch bei allen anderen Schichtaufbauten ist es notwendig, die dielektrischen Schichten fehlerfrei und zuverlässig aufzubauen, um die Funktionalität des Bauelements sicherzustellen. In the production of electronic components, such as memory chips, microprocessors, but also in photovoltaics or in the field of flat screens, different production steps are necessary for the production of a final product. During the production of the products, different layers are applied for the construction of the electronic component. An important class of these layers are dielectric layers which insulate different layers. As with all other layer structures, it is necessary to build the dielectric layers faultlessly and reliably to ensure the functionality of the device.
Für die Ausbildung von dielektrischen Schichten auf einem Substrat oder ei- ner anderen Schicht sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist die Ausbildung thermischer Oxidschichten auf Halbleitersubstraten in so genannten Öfen oder Schnellheizanlagen (RTP- Anlagen). Dort können kontrolliert dielektrische Schichten mit hoher Gleichmäßigkeit und guten elektrischen Eigenschaften erzeugt werden. Different methods are known for the formation of dielectric layers on a substrate or another layer. An example of such a method is the formation of thermal oxide layers on semiconductor substrates in so-called ovens or rapid heating systems (RTP systems). There controlled dielectric layers with high uniformity and good electrical properties can be produced.
Ein Nachteil einer solchen thermischen Oxidation kann jedoch unter anderem in den verwendeten Temperaturen liegen bei denen die Oxidation durchgeführt wird, da diese die darunterliegenden Strukturen beeinträchtigen können. Daher sind solche Systeme immer bemüht das thermische Budget der Be- handlung zu reduzieren, was aber nur bedingt gelingt. However, a disadvantage of such a thermal oxidation can be, inter alia, the temperatures used in which the oxidation is carried out, since these can affect the underlying structures. Therefore, such systems are always striving to reduce the thermal budget of the treatment, but only partially succeed.
Darüber hinaus ist auch eine Plasmabehandlung von Substraten zur Ausbildung dielektrischer Schichten bekannt. So beschreibt z.B. das US Patent 7,381 ,595 B2 eine Niedertemperatur-Plasmaoxidation eines Siliziumhalbleiters unter Verwendung eines hochdichten Plasmas. Bei diesem Patent wird die Plasmaquelle die nachfolgend insgesamt als Plasmaelektrode bezeichnet wird durch zwei plattenförmige gegenüber liegende Elektroden gebildet. Die Substrate werden zwischen den beiden plattenförmige gegenüber liegende Elektroden aufgenommen und bilden selbst einen Teil der einen Elektrode. Die bei der Plasmaoxidation verwendeten Temperaturen verringern wesentlich das thermische Budget gegenüber einer thermischen Oxidation, und können hierdurch die damit verbundenen Nachteile verbessern. In addition, a plasma treatment of substrates for forming dielectric layers is also known. For example, the US patent describes 7,381,595 B2 discloses low temperature plasma oxidation of a silicon semiconductor using a high density plasma. In this patent, the plasma source hereinafter referred to collectively as a plasma electrode is formed by two plate-shaped opposing electrodes. The substrates are received between the two plate-shaped opposing electrodes and themselves form part of one electrode. The temperatures used in plasma oxidation significantly reduce the thermal budget over thermal oxidation, and can thereby improve the associated disadvantages.
Die in diesem Patent beschriebene Plasmaoxidation kann jedoch zu einer ungleichmäßigen Oxidschicht führen und insbesondere können die elektrischen Eigenschaften der so gebildeten Schichten ungenügend sein. Eine ähnliche Plasmaelektrode, die aus zwei gegenüber liegenden platten- förmigen Elektroden gebildet wird , und bei der ein zu behandelndes Substrat zwischen den Elektroden angeordnet ist, ergibt sich aus der US 6,037,017 A. Bei dieser Plasmaelektrode ist der Abstand zwischen den Elektroden in Abhängigkeit von unterschiedlichen Prozessparametern einstellbar. Weitere Plasmaelektroden dieses Typs sind aus der US2007/0026540 A1 , der US 5,492,735 sowie der US 5,281 ,557 bekannt. However, the plasma oxidation described in this patent may result in an uneven oxide layer and, in particular, the electrical properties of the layers thus formed may be insufficient. A similar plasma electrode, which is formed from two opposing plate-shaped electrodes, and in which a substrate to be treated is arranged between the electrodes, results from US Pat. No. 6,037,017 A. In this plasma electrode, the distance between the electrodes is different Process parameters adjustable. Further plasma electrodes of this type are known from US2007 / 0026540 A1, US Pat. No. 5,492,735 and US Pat. No. 5,281,557.
Aus der WO 2010/01 5385 A ist eine alternative, stabförmige Mikrowellenplasmaelektrode beschrieben, bei der ein Innenleiter in einem ersten Teil- bereich vollständig von einem Außenleiter umgeben ist. Benachbart zu diesem Teilbereich schließt sich ein Teilbereich an, in dem der Außenleiter eine sich zu einem freien Ende erweiternde Öffnung vorsieht. Im Bereich der sich erweiternden Öffnung wird Mikrowellenleistung zur Erzeugung eines Plasmas ausgekoppelt. Eine weitere stabförmige Plasmaelektrode mit Innenleiter, Au- ßenleiter und einer Auskopplungsstruktur ist zum Beispiel aus der DE 197 22 272 bekannt. Solche stabförmigen Plasmaelektroden können einem zu behandelnden Substrat gegenüberliegend angeordnet werden und das Substrat ist nicht zwischen den das Plasma erzeugenden Elektroden angeordnet. Mit solchen Plasmaelektroden lassen sich verbesserte Bearbeitungsergebnisse erzielen, die aber immer noch nicht ausreichend gut sein können. Insbesondere können elektrische Eigenschaften von Schichten, die unter Verwendung dieser Plasmaelektroden gebildet werden noch immer ungenügend sein. WO 2010/01 5385 A describes an alternative rod-shaped microwave plasma electrode, in which an inner conductor is completely surrounded by an outer conductor in a first partial region. Adjacent to this sub-area is followed by a sub-area, in which the outer conductor provides an opening which widens to a free end. In the area of the widening opening, microwave power is decoupled to produce a plasma. Another rod-shaped plasma electrode with inner conductor, outer conductor and a coupling-out structure is known, for example, from DE 197 22 272. Such rod-shaped plasma electrodes may be disposed opposite to a substrate to be treated, and the substrate is not disposed between the plasma-generating electrodes. With Such plasma electrodes can achieve improved processing results, but still can not be sufficiently good. In particular, electrical properties of layers formed using these plasma electrodes may still be insufficient.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren und eine Vorrichtung für die Ausbildung einer dielektrischen Schicht auf einem Substrat vorzusehen, das bzw. die wenigstens eines der obigen Nachteile überwindet. It is therefore an object of the present invention, based on the above-mentioned prior art, to provide a method and an apparatus for forming a dielectric layer on a substrate, which overcomes at least one of the above disadvantages.
Erfindungsgemäß ist hierfür ein Verfahren zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht nach Anspruch 1 oder 2 und eine Vorrichtung zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht nach Anspruch 13 oder 14 vorgesehen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. According to the invention, a method for forming a dielectric layer according to claim 1 or 2 and a device for forming a dielectric layer according to claim 13 or 14 are provided for this purpose. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Insbesondere wird bei dem Verfahren zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht auf einem Substrat ein Plasma aus einem Prozessgas zwischen dem Substrat und einer dem Substrat gegenüberliegenden Plasmaelektrode erzeugt, wodurch sich eine wenigstens teilweise chemische Reaktion von Sub- strat und Prozessgas und/oder eine wenigstens teilweise Abscheidung von Prozessgaskomponenten zur Bildung der dielektrischen Schicht auf dem Substrat ergibt. Während der chemischen Reaktion und/oder der Abscheidung der Prozessgaskomponenten, wird der Abstand zwischen der Plasmaelektrode und dem Substrat verändert, wodurch die Ausbildung einer homogenen die- lektrischen Schicht gefördert werden kann. Dabei ist zu beachten, dass der Begriff Plasmaelektrode wie er hier verwendet eine Einheit aus zwei Elektroden und nicht eine einzelne Elektrode bezeichnet. Die Abstandsänderung während der Ausbildung der dielektrischen Schicht ermöglicht eine Verbesserung der elektrischen Parameter der dielektrischen Schicht. Durch die Verän- derung des Abstands lässt sich der zugrundeliegende Wachstumsmechanismus beeinflussen, wodurch die Ausbildung der dielektrischen Schicht und deren elektrischen Eigenschaften verbessert werden kann. So basiert der Wachstumsmechanismus beispielsweise bei einem großen Elektrodenabstand von beispielsweise 10 cm auf dem Effekt radikaler Komponenten des Plasmagases. Durch den großen Abstand findet eine Rekombination der Elektronendichte mit der lonendichte statt und nur die Radikale bleiben erhalten und oxidieren nur mit limitierter Dicke die Oberfläche. Bei kleinem Elektrodenabstand von beispielsweise 2 cm herrscht durch die große Elektronenkonzentration direkt an der Substratoberfläche ein anodischer Effekt vor. Eine solche Änderung im Wachstumsmechanismus beeinflusst jedoch die elektrischen Parameter der wachsenden dielektrischen Schicht und insbesondere auch die Interface-Eigenschaften zu dem darunterliegenden Substrat. In particular, in the method for forming a dielectric layer on a substrate, a plasma is generated from a process gas between the substrate and a plasma electrode opposite the substrate, resulting in an at least partial chemical reaction of substrate and process gas and / or at least partial deposition of Process gas components for forming the dielectric layer on the substrate results. During the chemical reaction and / or the deposition of the process gas components, the distance between the plasma electrode and the substrate is changed, whereby the formation of a homogeneous dielectric layer can be promoted. It should be noted that the term plasma electrode as used herein refers to a unit of two electrodes rather than a single electrode. The change in the distance during the formation of the dielectric layer makes it possible to improve the electrical parameters of the dielectric layer. By changing the distance, the underlying growth mechanism can be influenced, whereby the formation of the dielectric layer and its electrical properties can be improved. For example, with a large electrode gap of, for example, 10 cm, the growth mechanism is based on the effect of radical components of the plasma gas. Due to the large distance, a recombination of the electron density with the ion density takes place and only the radicals are retained and only oxidize the surface with a limited thickness. At a small electrode spacing of, for example, 2 cm, anodic effect prevails directly at the substrate surface due to the large electron concentration. However, such a change in the growth mechanism affects the electrical parameters of the growing dielectric layer and, in particular, the interface properties to the underlying substrate.
Dabei wird das Plasma vorzugsweise wenigstens teilweise durch stabförmige Mikrowellen-Plasmaelektroden mit Innen- und Außenleiter, die einen festen Abstand zueinander aufweisen erzeugt. Insbesondere kann eine Plasmaelektrode eingesetzt werden, wie sie in der WO 2010 015385 A beschrieben ist, die hinsichtlich des Aufbaus der Plasmaelektrode zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird, eingesetzt werden. Bei einer solchen Plasmaelektrode haben der Innenleiter und der Außenleiter einen beliebigen aber festen Abstand zueinander, und die Auskopplungsstruktur bewirkt dass eine Mikrowelle abgestrahlt und ein Plasma gezündet werden kann. Insbesondere liegt bei einer solchen Plasmaelektrode das zu behandelnde Substrat nicht zwischen den Elektroden der Plasmaelektrode. Zwischen den Elektroden muss auch kein Niederdruck herrschen, wie es bei plattenförmigen Elektro- den, die dazwischen ein Plasma bilden der Fall ist. Somit können die stabför- migen Plasmaelektroden auch außerhalb des eigentlichen Prozessbereichs liegen und zum Beispiel über für Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen transparente Hüllrohre von einem erzeugten Plasma getrennt sein. Bei einem solchen Aufbau kann die stabförmige Plasmaelektrode während des Betriebs von einem Elektronentunnel umgeben sein in dem sich verschiedene Spezies mit verschiedenen Ladungszuständen befinden. Dieser Elektronentunnel sieht die unterschiedlichen Spezies für eine Reaktion mit/Abscheidung auf dem Sub- strat vor und schirmt das Substrat auch gegenüber einer Mikrowellenstrahlung ab, so dass diese nicht auf das Substrat gelangen kann. The plasma is preferably at least partially generated by rod-shaped microwave plasma electrodes with inner and outer conductors having a fixed distance from each other. In particular, it is possible to use a plasma electrode as described in WO 2010 015385 A, which is the subject of the present invention with regard to the structure of the plasma electrode. In such a plasma electrode, the inner conductor and the outer conductor have an arbitrary but fixed distance from each other, and the coupling-out structure causes a microwave to be radiated and a plasma to be ignited. In particular, in such a plasma electrode, the substrate to be treated does not lie between the electrodes of the plasma electrode. There must be no low pressure between the electrodes, as is the case with plate-shaped electrodes, which form a plasma between them. Thus, the rod-shaped plasma electrodes can also lie outside the actual process area and, for example, be separated from a generated plasma by means of cladding tubes that are substantially transparent to microwave radiation. In such a construction, during operation, the rod-shaped plasma electrode may be surrounded by an electron tunnel in which different species with different charge states are located. This electron tunnel sees the different species for a reaction with / deposition on the sub- strat and also shields the substrate from microwave radiation so that it can not get onto the substrate.
Alternativ ist ein Verfahren zum Ausbilden einer dielelektrischen Schicht mit- tels Oxidieren und/oder Nitridieren eines Substrats oder Abscheidung vorgesehen, bei dem ein Plasma aus einem Prozessgas durch wenigstens eine Plasmaelektrode benachbart zum Substrat erzeugt wird, wobei das Substrat potentialfrei ist, und nicht zwischen Elektroden der wenigstens einen Plasmaelektrode liegt, und wobei ein Wechselbeziehung zwischen dem Substrat und dem Plasma während der Ausbildung derart verändert wird, dass zu einem Zeitpunkt der Ausbildung der Schicht eine anodische Reaktion vorherrscht und zu einem anderen Zeitpunkt eine radikalische Reaktion. Hierdurch lassen sich dielektrisch Schichten mit hervorragenden Eigenschaften herstellen. Alternatively, there is provided a method of forming a dielectric layer by oxidizing and / or nitriding a substrate or deposition, in which a plasma of a process gas is generated by at least one plasma electrode adjacent to the substrate, the substrate being floating and not between electrodes the at least one plasma electrode is located, and wherein a correlation between the substrate and the plasma during the formation is changed such that at an instant of formation of the layer anodic reaction prevails and at another time a radical reaction. This makes it possible to produce dielectrically layers with excellent properties.
Die Veränderung der Wechselbeziehungen kann vorteilhafterweise über eine Abstandsänderung zwischen Plasmaelektrode und Substrat stattfinden. Alternativ kann auch ein Gitter aus elektrisch leitendem Material zwischen der wenigsten einen Plasmaelektrode und dem Substrat vorgesehen sein, dessen elektrische Vorspannung verändert wird. The change in the interactions can advantageously take place via a change in the distance between the plasma electrode and the substrate. Alternatively, a grid of electrically conductive material may be provided between the at least one plasma electrode and the substrate whose electrical bias is changed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Abstand zwischen der Plasmaelektrode und dem Substrat in Abhängigkeit von der Dicke der bereits gewachsenen und/oder abgeschiedenen Schicht eingestellt und insbesondere mit zunehmender Schichtdicke verringert. Hierdurch kann z. B. zunächst ein durch radikale Komponenten des Plasmagases getriebener Schichtaufbau ohne starkes elektrisches Feld und durch zufällig gerichtete Diffusion der Reaktionskomponenten erreicht werden. Durch eine anschließende Verringerung des Abstandes wird der vorherrschende Effekt zu einem anodischen Effekt hin verschoben, bei dem das elektrische Feld vorzugsweise senkrecht zur Substratoberfläche wirken sollte. Hierdurch ergibt sich ein selbstheilender Effekt im Wachstum der dielektrischen Schicht und die Schichtdicke wird homogener bzw. das atomare Interface flacher. Hierdurch werden die elektrischen Parameter der dielektrischen Schicht positiv beein- flusst. According to a preferred embodiment of the invention, the distance between the plasma electrode and the substrate is set as a function of the thickness of the already grown and / or deposited layer and in particular reduced with increasing layer thickness. As a result, z. B. first be achieved by a radical components of the plasma gas driven layer structure without strong electric field and by random diffusion of the reaction components. Subsequent reduction of the distance shifts the predominant effect to an anodic effect where the electric field should preferably be perpendicular to the substrate surface. This results in a self-healing effect in the growth of the dielectric layer and the layer thickness becomes more homogeneous or the atomic interface flatter. hereby the electrical parameters of the dielectric layer are positively influenced.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Plasmaelektrode und Substrat die der Plasmaelektrode zugeführte Energie, der Druck und/oder die Zusammensetzung des Prozessgases und/oder die Temperatur des Substrats, das über wenigstens eine vom Plasma unabhängige Wärmequelle auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, eingestellt. Hierdurch lässt sich einerseits das Plasma steuern und an den Wachstumsmechanismus anpas- sen und andererseits über die Temperatur des Substrats die Schichtbildung beeinflusst werden. Preferably, the energy supplied to the plasma electrode, the pressure and / or the composition of the process gas and / or the temperature of the substrate, which is heated to a predetermined temperature via at least one heat source independent of the plasma, are set as a function of the distance between the plasma electrode and the substrate. In this way, on the one hand, the plasma can be controlled and adapted to the growth mechanism, and on the other hand, the layer formation can be influenced by the temperature of the substrate.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat ein Halbleitersubstrat, und insbesondere ein Siliziumsubstrat, das aufgrund seiner vergleichsweise geringen Kosten häufig in der Halbleitertechnologie verwendet wird. Das Substrat kann aber auch zum Beispiel ein großes Panel für die Solarindustrie, eine beschichtete Glasplatte oder ein beliebiges anders Substrat sein. Bei der gewachsenen und/oder abgeschiedenen Schicht handelt es sich vorzugsweise um ein Oxid, ein Oxynitrid, ein Nitrid oder ein sonstiges Material mit einer hohen dielektrischen Konstanten von k > 3,9. Es kann aber auch eine andere dielektrische Schicht ausgebildet werden. Gemäß einer bevorzugten Form wird das Plasma mit Mikrowellenstrahlung erzeugt. Bei einer alterna- tiven Ausführungsform wird das Plasma mit HF-Strahlung erzeugt. Für einen guten Schichtaufbau wird das Plasma vorzugsweise gepulst betrieben. In a preferred embodiment of the invention, the substrate is a semiconductor substrate, and in particular a silicon substrate, which is often used in semiconductor technology because of its comparatively low cost. However, the substrate can also be, for example, a large panel for the solar industry, a coated glass plate, or any other substrate. The grown and / or deposited layer is preferably an oxide, an oxynitride, a nitride or other material with a high dielectric constant of k> 3.9. However, it is also possible to form a different dielectric layer. According to a preferred form, the plasma is generated by microwave radiation. In an alternative embodiment, the plasma is generated with RF radiation. For a good layer structure, the plasma is preferably operated pulsed.
Für eine gute Ausbildung der dielektrischen Schicht und der sich daraus ergebenden elektrischen Parameter wird die Wachstums- und/oder Abscheidungs- rate vorzugsweise so gesteuert, dass der Schichtaufbau mit einer im Wesentlichen konstanten Rate von kleiner 0,5 nm/s insbesondere kleiner 0,1 nm/s und bevorzugt mit 0,01 bis 0,05 nm/s stattfindet. Als im Wesentlichen kon- stante Rate wird dabei eine Rate mit einer maximalen Abweichung von ±10% bezüglich eines Mittelwertes angesehen. For a good formation of the dielectric layer and the electrical parameters resulting therefrom, the growth and / or deposition rate is preferably controlled such that the layer structure has a substantially constant rate of less than 0.5 nm / s, in particular less than 0.1 nm / s and preferably takes place at 0.01 to 0.05 nm / s. As essentially constant rate is considered a rate with a maximum deviation of ± 10% with respect to an average value.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausbilden der dielektrischen Schicht auf einem Substrat ist eine Prozesskammer mit wenigstens einem Prozessgaseinlass und wenigstens einem Substrathalter vorgesehen, der einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des Substrats definiert, und wenigstens einer Plasmaelektrode zum Erzeugen eines Plasmas in einem Haltebereich für das Substrat. Hierbei sei bemerkt, dass die Plasmaelektrode aus zwei auf unterschiedlichem Potential liegenden Elektroden gebildet wird, die außerhalb der Prozesskammer liegen, und somit gegenüber dem Prozessgas isoliert sein können, sofern dies gewünscht ist. Bei solchen Plasmaelektroden wird dass Plasma nicht primär in einem Bereich zwischen den Elektroden sondern benachbart hierzu/diese umgebend erzeugt. Erfindungsgemäß sind bei einer Ausführungsform der Erfindung Mittel zum Verändern eines Abstands zwischen der wenigstens einen Plasmaelektrode und dem Aufnahmebereich für das Substrat während der Ausbildung der dielektrischen Schicht vorgesehen, um während des Schichtwachstums eine entsprechende Abstandsveränderung mit den oben genannten Vorteilen vorsehen zu können. Dabei ist es we- sentlich, dass diese Veränderung nicht einmalig vorgenommen und für einen nachfolgenden Prozess beibehalten wird, sondern dass die Mittel speziell in der Lage sind, während der Ausbildung der dielektrischen Schicht eine entsprechende Änderung vorzusehen. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Ausbilden einer dielelektrischen Schicht auf einem Substrats mittels Oxidieren und/oder Nitridieren des Substrats vorgesehen. Die Vorrichtung weist eine Prozesskammer mit wenigstens einem Prozessgaseinlass und wenigstens einem Substrathalter auf, der einen Aufnahmebereich zum Halten des Sub- strats in einem potentialfreien Zustand aufweist. Ferner sieht die Vorrichtung wenigstens eine Plasmaelektrode vor, die zwei Elektroden zum Erzeugen eines Plasmas benachbart zu bzw. in einem Haltebereich für das Substrat aufweist, wobei der Haltebereich für das Substrat nicht zwischen den Elektroden liegt, sowie Mittel zum Verändern einer Wechselbeziehung zwischen einem Substrat und einem Plasma während einer Ausbildung der dielektrischen Schicht derart, dass zu einem Zeitpunkt der Ausbildung der Schicht eine anodische Reaktion vorherrscht und zu einem anderen Zeitpunkt eine radikali- sehe Reaktion. Dies kann beispielsweise über eine Abstandseinstellung zwischen Plasmaelektrode und Substrat und/oder ein Gitter zwischen Plasmaelektrode und Substrat, das mit unterschiedlichen elektrischen Vorspannungen beaufschlagt werden kann, oder durch Variation des Prozessgasdrucks durch welche die Plasmaausdehnung variiert wird, erreicht werden, In the device according to the invention for forming the dielectric layer on a substrate, a process chamber having at least one process gas inlet and at least one substrate holder is provided, which defines a receiving area for receiving the substrate, and at least one plasma electrode for generating a plasma in a holding area for the substrate. It should be noted that the plasma electrode is formed from two lying at different potential electrodes, which are outside the process chamber, and thus can be isolated from the process gas, if desired. In such plasma electrodes, the plasma is not generated primarily in a region between the electrodes but adjacent to / surrounding them. According to the invention, in one embodiment of the invention means are provided for varying a distance between the at least one plasma electrode and the receiving area for the substrate during the formation of the dielectric layer in order to be able to provide a corresponding change in distance with the above-mentioned advantages during the layer growth. It is essential that this change not be made once and maintained for a subsequent process, but that the means are specifically able to provide a corresponding change during the formation of the dielectric layer. In an alternative embodiment of the invention, an apparatus for forming a dielectric layer on a substrate by means of oxidizing and / or nitriding the substrate is provided. The device has a process chamber with at least one process gas inlet and at least one substrate holder, which has a receiving region for holding the substrate in a potential-free state. Furthermore, the device provides at least one plasma electrode having two electrodes for generating a plasma adjacent to or in a holding region for the substrate, wherein the holding region for the substrate is not between the electrodes and means for changing an interaction between a substrate and a plasma during formation of the dielectric layer such that anodic reaction prevails at a time of formation of the layer and at a later time a radical reaction. This can be achieved, for example, by setting the distance between the plasma electrode and the substrate and / or a grid between the plasma electrode and the substrate, which can be subjected to different electrical bias voltages, or by varying the process gas pressure by which the plasma expansion is varied.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weist der wenigstens eine Substrathalter wenigstens eine Fördereinheit zum Transport des Substrats entlang eines Transportpfades durch die Prozesskammer hindurch auf, um einen fortlaufenden Prozess beim Durchlauf durch die Prozesskammer vorsehen zu können. Dabei ist vorzugsweise eine Vielzahl von Plasmaelektroden vorgesehen, die wenigstens teilweise mit unterschiedlichen Abständen zum Transportpfad für das Substrat angeordnet sind, wodurch die entsprechende Abstandseinstellung zwischen Plasmaelektrode und Substrat automatisch während des Prozesses durch den Transport des Substrats entlang des Transportpfades vor- gesehen wird. Dabei ist vorzugsweise wenigstens eine in Transportrichtung des Substrats vordere Plasmaelektrode mit einem größeren Abstand zum Transportpfad für das Substrat angeordnet, als eine in Transportrichtung des Substrats dahinterliegende Plasmaelektrode. Hierdurch wird während des Durchlaufs automatisch eine Reduzierung des Abstands zwischen Plasmae- lektrode und Substrat vorgesehen und die Wechselbeziehung zwischen Plasma und Substrat verändert. Dabei ist es z.B. möglich, dass eine Vielzahl von ersten Plasmaelektroden eine Schräge bezüglich des Transportpfades bilden, um einen immer kleiner werdenden Abstand vorzusehen. In einem in Transportrichtung des Substrats dahinterliegenden Bereich kann eine Vielzahl von Plasmaelektroden in einer im Wesentlichen parallel zum Transportpfad liegenden Ebene vorgesehen sein, um hier einen gleichmäßige Wechselbeziehung und somit einen gleichbleibenden Wachstumsmechanismus vorzusehen. Vorzugsweise ist eine Steuereinheit zum Steuern des Abstandes zwischen der wenigstens einen Plasmaelektrode und dem Aufnahmebereich für das Substrat während der Ausbildung der dielektrischen Schicht und der der Plasmaelektrode zugeführten Energie und/oder dem Druck oder der Zusam- mensetzung des Prozessgases und/oder der Temperatur des Substrats, das über wenigstens eine vom Plasma unabhängige Heizeinheit auf einen vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, vorgesehen. Hierdurch lassen sich die Plasmaeigenschaften sowie ggf. die Temperatur des Substrats einstellen, welche jeweils den Wachstumsmechanismus beeinflussen können. In one embodiment of the invention, the at least one substrate holder has at least one conveying unit for transporting the substrate along a transport path through the process chamber in order to be able to provide a continuous process during the passage through the process chamber. In this case, a plurality of plasma electrodes are preferably provided, which are arranged at least partially at different distances to the transport path for the substrate, whereby the corresponding distance adjustment between plasma electrode and substrate is automatically provided during the process by the transport of the substrate along the transport path. In this case, at least one plasma electrode arranged in front in the transport direction of the substrate is arranged at a greater distance from the transport path for the substrate, than a plasma electrode lying behind in the transport direction of the substrate. As a result, a reduction in the distance between the plasma electrode and the substrate is automatically provided during the passage and the correlation between plasma and substrate is changed. In this case, it is possible, for example, for a multiplicity of first plasma electrodes to form a slope with respect to the transport path in order to provide an ever decreasing distance. In a region lying behind in the transport direction of the substrate, a plurality of plasma electrodes may be provided in a plane lying substantially parallel to the transport path, in order to provide a uniform correlation and thus a constant growth mechanism. Preferably, a control unit for controlling the distance between the at least one plasma electrode and the receiving area for the substrate during the formation of the dielectric layer and the energy supplied to the plasma electrode and / or the pressure or the composition of the process gas and / or the temperature of the substrate , which is heated to at least one plasma-independent heating unit to a predetermined temperature provided. This makes it possible to adjust the plasma properties and possibly the temperature of the substrate, which can each influence the growth mechanism.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Plasmaelektrode einen Mikrowellenapplikator auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Plasmaelektrode eine HF-Elektrode auf. Um einen Elektronenfluss zu dem Substrat in gewünschter Weise beeinflussen zu können, ist wenigstens ein Gitter zwischen der wenigstens einen Plasmaelektrode und dem Aufnahmebereich für das Substrat vorgesehen. Dabei kann es vorteilhaft sein, den Abstand zwischen Gitter und Plasmaelektrode bzw. Gitter und Substrat ggf. unabhängig vom Abstand zwischen Plasmaelektrode und Substrat verändern zu können. In a preferred embodiment of the invention, the plasma electrode has a microwave applicator. In an alternative embodiment, the plasma electrode has an RF electrode. In order to be able to influence an electron flow to the substrate in the desired manner, at least one grid is provided between the at least one plasma electrode and the receiving area for the substrate. It may be advantageous to be able to change the distance between the grid and the plasma electrode or grid and substrate optionally independent of the distance between the plasma electrode and the substrate.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Heizeinheit zum Erwärmen des Substrats innerhalb der Prozesskammer vorgesehen, wobei die wenigstens eine Heizeinheit so angeordnet ist, dass der Aufnahmebereich für das Substrat zwischen der wenigstens einen Plasmaelektrode und der wenigstens einen Heizeinheit liegt. Hierdurch ist es möglich, das Substrat unabhängig vom Plasma zu erwärmen, und zwar insbesondere derart, dass die Plasmaelektrode eine Erwärmung nicht stört. Um die Temperatur eines Substrats steuern zu können, sind bei einer Ausführungsform Mittel zum Verän- dern des Abstands zwischen dem Aufnahmebereich für das Substrat und der wenigstens einen Heizeinheit vorgesehen. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: In one embodiment of the invention, at least one heating unit is provided for heating the substrate within the process chamber, wherein the at least one heating unit is arranged such that the receiving area for the substrate lies between the at least one plasma electrode and the at least one heating unit. This makes it possible to heat the substrate independently of the plasma, in particular such that the plasma electrode does not interfere with heating. In order to be able to control the temperature of a substrate, in one embodiment means are provided for changing the distance between the receiving area for the substrate and the at least one heating unit. The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. In the drawings shows:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 1 is a schematic sectional view through an apparatus for forming a dielectric layer according to a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum Ausbilden einer dielektrischen Schicht gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung:  2 shows a schematic sectional view through an apparatus for forming a dielectric layer according to a second embodiment of the invention:
Fig. 3 ein Weibull-Diagramm, das die Defektdichte gegenüber der Flächenladungsdichte von unterschiedlich ausgebildeten dielektrischen Schichten zeigt,  3 is a Weibull diagram showing the defect density versus the surface charge density of differently formed dielectric layers.
Fig. 4 eine Kurve unterschiedlicher Wachstumsraten in Abhängigkeit von der Brenndauer eines Plasmas;  4 shows a curve of different growth rates as a function of the burning time of a plasma;
Fig. 5a und 5b schematische Darstellungen, welche unterschiedliche Wechselbeziehungen zwischen einem Plasma und einem Substrat in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Plasmaelektrode und Substrat darstellen;  5a and 5b are schematic representations showing different correlations between a plasma and a substrate as a function of the distance between the plasma electrode and the substrate;
Fig. 6a und 6b schematische Darstellungen, welche unterschiedliche Wechselbeziehungen zwischen einem Plasma und einem Substrat in Abhängigkeit von einer elektrischen Vorspannung eines Gitters, das zwischen Plasmaelektrode und Substrat liegt, darstellen.  Figures 6a and 6b are schematic representations illustrating different correlations between a plasma and a substrate in response to an electrical bias of a grid interposed between the plasma electrode and the substrate.
Die in der nachfolgenden Beschreibung verwendeten relativen Begriffe, wie zum Beispiel links, rechts, über und unter beziehen sich auf die Zeichnungen und sollen die Anmeldung in keiner Weise einschränken, auch wenn sie bevorzugte Anordnungen bezeichnen können. The relative terms used in the following description, such as left, right, above and below, refer to the drawings and are not intended to limit the application in any way, even though they may refer to preferred arrangements.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung 1 zum Ausbilden dielektrischer Schichten auf einem Substrat 2. Die Vorrichtung 1 besitzt ein nur im Umriss angedeutetes Vakuumgehäuse 3, das eine Prozesskammer 4 definiert. Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Transportmechanismus 6, eine Plasmaeinheit 8, sowie eine Heizeinheit 10 auf. Zusätzlich kann auch eine Kühleinheit vorgesehen sein, die gemeinsam mit der Heizeinheit eine Temperiereinheit bildet. FIG. 1 shows a schematic sectional view through a device 1 for forming dielectric layers on a substrate 2. The device 1 has a vacuum housing 3, which is only indicated in outline, and which defines a process chamber 4. The device 1 further comprises a transport mechanism 6, a plasma unit 8, and a heating unit 10. In addition, can Also, a cooling unit may be provided which forms a temperature control unit together with the heating unit.
Als Substrate 2 können in der Vorrichtung 1 unterschiedliche Substrate und insbesondere Halbleitersubstrate mit einer dielektrischen Schicht versehen werden. Während der Beschichtung kann das Substrat von einem nicht dargestellten Schutzelement wenigstens teilweise umgeben sein, dass in derselben Ebene wie das Substrat liegt, um Randeffekte bei der Beschichtung zu vermeiden und die physikalische Oberfläche des Substrats virtuell zu vergrö- ßem. Das Schutzelement sollte bevorzugt die gleichen oder zumindest ähnliche physikalische Eigenschaft wie das Substrat aufweisen. Das Vakuumgehäuse 3 besitzt geeignete, nicht gezeigte Schleusen zum Ein- und Ausbringen der Substrate 2 in die Prozesskammer 4. Die Prozesskammer 4 wird unter anderem durch eine obere Wand 12 sowie eine untere Wand 14 begrenzt. Die obere Wand 12, ist beispielsweise aus Aluminium aufgebaut und derart behandelt, dass Metallverunreinigungen oder Partikel in der Prozesskammer vermieden werden. Die obere Wand 12 besitzt einen schrägen Abschnitt, der bezüglich der unteren Wand 14 abgewinkelt ist, sowie einen sich im Wesentlichen zur unteren Wand parallel erstreckenden Abschnitt, wie in Fig. 1 deutlich zu erkennen ist. Dabei ist der schräge Wandabschnitt so angeordnet, dass sich die Prozesskammer von links nach rechts - wie nachfolgen noch näher erläutert wird von einem Eingangsende zu einem Ausgangsende - verjüngt. Der gerade Bereich schließt sich dann an diesen schrägen Bereich an. As substrates 2, different substrates and in particular semiconductor substrates can be provided with a dielectric layer in the device 1. During the coating, the substrate may be at least partially surrounded by a protective element, not shown, which is in the same plane as the substrate in order to avoid edge effects in the coating and to virtually enlarge the physical surface of the substrate. The protective element should preferably have the same or at least similar physical property as the substrate. The vacuum housing 3 has suitable, not shown locks for loading and unloading of the substrates 2 in the process chamber 4. The process chamber 4 is limited, inter alia, by an upper wall 12 and a lower wall 14. The top wall 12, for example, is constructed of aluminum and treated so as to avoid metal contamination or particles in the process chamber. The top wall 12 has an oblique portion which is angled with respect to the bottom wall 14 and a portion substantially parallel to the bottom wall, as can be clearly seen in FIG. In this case, the inclined wall portion is arranged so that the process chamber from left to right - as will be explained in more detail below from an input end to an output end - tapers. The straight area then joins this oblique area.
Die untere Wand 14 erstreckt sich gradlinig und ist beispielsweise aus Quarzglas aufgebaut, um elektromagnetische Strahlung hindurchleiten zu können, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. The lower wall 14 extends in a straight line and is constructed, for example, of quartz glass in order to be able to conduct electromagnetic radiation, as will be explained in more detail below.
Im Bereich der unteren Wand 14 ist eine Vakuumpumpe 16 vorgesehen, über die die Prozesskammer 4 abgepumpt werden kann. Die Pumpe kann aber auch an einem anderen Ort vorgesehen sein und es können auch mehrere vorgesehen sein. Ferner ist im Bereich der unteren Wand 14, ein Pyrometer 18 für eine Temperaturmessung des Substrats 2 vorgesehen. Statt eines Pyrometers kann aber auch eine andere Temperaturmessvorrichtung an einem anderen Ort der Prozesskammer oder auch direkt am Substrat 2 vorgesehen sein, die zum Beispiel auch von oben her die Temperatur des Substrats messen 2. Es können auch mehrere Temperaturmessvorrichtungen vorgesehen sein. Die Prozesskammer 4 verfügt darüber hinaus über wenigstens eine nicht gezeigte Gaszuleitung, über die ein Prozessgas in die Prozesskammer 4 eingeleitet werden kann. In the region of the lower wall 14, a vacuum pump 16 is provided, via which the process chamber 4 can be pumped out. The pump can also be provided at a different location and there may be several be provided. Further, in the region of the lower wall 14, a pyrometer 18 is provided for a temperature measurement of the substrate 2. Instead of a pyrometer but also another temperature measuring device may be provided at another location of the process chamber or directly on the substrate 2, for example, also from above the temperature of the substrate measure 2. It can also be provided more temperature measuring devices. The process chamber 4 also has at least one gas supply, not shown, via which a process gas can be introduced into the process chamber 4.
Die Transporteinheit 6 besteht im Wesentlichen aus einem Endlostransportband 20, das über eine Vielzahl von Umlenk- und/oder Transportrollen 22 umlaufend geführt ist. Die normale Umlaufrichtung für eine Behandlung des Substrats 2 ist dabei im Uhrzeigersinn, aber es ist auch möglich das Transport- band entgegen dem Uhrzeigersinn umlaufend zu bewegen. Dabei ist ein oben liegendes Transporttrum des Transportbandes 20 derart angeordnet, dass es sich geradlinig durch die Prozesskammer 4 hindurch erstreckt. Somit wird ein Substrat 2 von links nach rechts durch die Prozesskammer 4 hindurch bewegt. Die Rückführung des Transportbandes 20 erfolgt außerhalb der Pro- zesskammer 4, um dort beispielsweise Kühl- und/oder Reinigungsprozesse an dem Transportband 20 vornehmen zu können. Das Transportband 20 besteht aus einem für elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen transparenten Material. Das Transportband 20 sollte möglichst vollständig innerhalb des Vakuumbereichs angeordnet sein, kann aber bei einer geeigneten Anordnung auch wenigstens teilweise außerhalb des Vakuumbereichs liegen. Statt eines Transportbandes 20 kann die Transporteinheit 6 beispielsweise auch einen anderen Transportmechanismus, wie beispielsweise Transportrollen oder auch eine Magnet- oder eine Luftkissenführung aufweisen. Die Transporteinheit 6 kann optional als Ganzes auf und ab bewegt werden, wie durch den Doppelpfeil A angezeigt ist. Hierdurch ist es, möglich die Transporteinheit 6 und insbesondere dessen Transporttrum näher an der obe- ren Wand 12 oder der unteren Wand 14 zu platzieren, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. The transport unit 6 consists essentially of an endless conveyor belt 20, which is circumferentially guided over a plurality of deflection and / or transport rollers 22. The normal direction of rotation for a treatment of the substrate 2 is in the clockwise direction, but it is also possible to circulate the conveyor belt in a counterclockwise direction. In this case, an overhead Transporttrum the conveyor belt 20 is arranged such that it extends straight through the process chamber 4 therethrough. Thus, a substrate 2 is moved from left to right through the process chamber 4. The return of the conveyor belt 20 takes place outside the process chamber 4 in order to be able to carry out, for example, cooling and / or cleaning processes on the conveyor belt 20 there. The conveyor belt 20 consists of a material substantially transparent to electromagnetic radiation. The conveyor belt 20 should be arranged as completely as possible within the vacuum range, but may also be at least partially outside the vacuum range in a suitable arrangement. Instead of a conveyor belt 20, the transport unit 6, for example, also have a different transport mechanism, such as transport rollers or a magnetic or air cushion guide. The transport unit 6 can optionally be moved up and down as a whole, as indicated by the double arrow A. This makes it possible, the transport unit 6 and in particular its Transporttrum closer to the obe- ren wall 12 or the lower wall 14 to place, as will be explained in more detail below.
Innerhalb der Prozesskammer 4 ist ferner die Plasmaeinheit 8 angeordnet. Die Plasmaeinheit 8 besteht aus einer Vielzahl von Plasmaelektroden 24. Die Plasmaelektroden sind vorzugsweise als stabförmige Mikrowellenapplikatoren ausgebildet, die einen Innenleiter und einen Außenleiter aufweisen. Der Außenleiter ist so ausgestaltet, dass er eine Auskopplung der Mikrowellen aus dem Zwischenbereich zwischen Innen- und Außenleiter ermöglicht, um Au- ßerhalb dieses Bereichs ein Plasma zu bilden, dass beispielsweise die stabförmige Plasmaelektrode in Radialrichtung umgibt. Within the process chamber 4, the plasma unit 8 is further arranged. The plasma unit 8 consists of a plurality of plasma electrodes 24. The plasma electrodes are preferably designed as rod-shaped microwave applicators having an inner conductor and an outer conductor. The outer conductor is designed such that it enables the microwaves to be coupled out of the intermediate region between the inner and outer conductors in order to form a plasma outside this region, which surrounds the rod-shaped plasma electrode in the radial direction, for example.
Dabei sind die Mikrowellenapplikatoren vorzugsweise insbesondere derart aufgebaut, das Mikrowellenstrahlung im wesentlichen senkrecht nach unten, das heißt in Richtung der unteren Wand 14 austreten können. Zusätzlich können eine oder mehrere Plasmazündvorrichtung(en) vorgesehen sein. Die Plasmaelektroden können aber auch des HF-Typs sein, insbesondere ist es auch denkbar, Plasmaelektroden 24 unterschiedlichen Typs innerhalb der Prozesskammer 4 anzuordnen. So können beispielsweise in einem Teilbe- reich HF-Plasmaelektroden und in einem anderen Bereich Mikrowellen- Plasmaelektroden vorgesehen sein. Die jeweiligen Plasmaelektroden haben jedoch jeweils gemeinsam, dass sich die Substrate nicht zwischen den Leitern/Elektroden der Plasmaelektrode befinden. Der Aufbau der Plasmaelektroden kann so gewählt werden, dass das brennende Plasma in seiner Ausdehnung begrenzt wird und nicht mit Wänden der Prozesskammer in Berührung kommt. Hierdurch könnten ansonsten unerwünschte reaktive Spezies entstehen die zu Metallverunreinigungen auf dem Substrat führen könnten. Durch die Verwendung von Aluminium als Prozess- kammermaterial kann eine entsprechende Verunreinigung ebenfalls vermieden werden, sofern eine kritische Bombardement Energie von 14 eV von aus dem Plasma austretenden Spezies nicht überschritten wird. Die stabförmigen Plasmaelektroden 24 erstrecken sich jeweils senkrecht zur Zeichnungsebene quer durch die Prozesskammer 4. Von links nach rechts, d.h. von einem Eingangsende zu einem Ausgangsende der Prozesskammer 4 sind die Plasmaelektroden jeweils gleichmäßig beabstandet der Kontur der oberen Wand 12 folgend angeordnet. Hierdurch ist die dem Eingangsende der Prozesskammer 4 am nächsten liegende Plasmaelektrode 24 am weitesten vom Transporttrum des Transportbandes 20 entfernt. Zur Mitte der Prozesskammer hin sind die Plasmaelektroden 24 dann immer näher zum Transportband 20 hin angeordnet, und ab der Mitte sind sie dann jeweils mit gleichem Abstand zum Transportband hin angeordnet. Hierdurch verändert sich der Abstand zwischen Substrat 2 und unmittelbar darüber liegender Plasmaelektroden 24 während der Bewegung durch die Prozesskammer 24 hindurch. In this case, the microwave applicators are preferably constructed in particular in such a way that microwave radiation can exit substantially vertically downwards, that is to say in the direction of the lower wall 14. In addition, one or more plasma ignition devices may be provided. However, the plasma electrodes may also be of the HF type; in particular, it is also conceivable to arrange plasma electrodes 24 of different types within the process chamber 4. For example, RF plasma electrodes may be provided in one subarea and microwave plasma electrodes may be provided in another area. However, the respective plasma electrodes have in common that the substrates are not located between the conductors / electrodes of the plasma electrode. The structure of the plasma electrodes can be chosen so that the burning plasma is limited in its extent and does not come into contact with walls of the process chamber. This could otherwise result in undesirable reactive species that could lead to metal contamination on the substrate. By using aluminum as the process chamber material, a corresponding impurity can also be avoided, provided that a critical bombardment energy of 14 eV is not exceeded by species emerging from the plasma. The rod-shaped plasma electrodes 24 each extend perpendicular to the plane of the drawing across the process chamber 4. From left to right, ie from an input end to an output end of the process chamber 4, the plasma electrodes are equally spaced following the contour of the top wall 12. As a result, the plasma electrode 24 closest to the input end of the process chamber 4 is furthest away from the transport strand of the conveyor belt 20. Towards the center of the process chamber, the plasma electrodes 24 are then arranged closer and closer to the conveyor belt 20, and from the middle they are then arranged in each case at the same distance from the conveyor belt. As a result, the distance between the substrate 2 and the plasma electrodes 24 lying directly above it changes during the movement through the process chamber 24.
Die Heizeinheit 10 besteht aus einer Vielzahl von Strahlungsquellen 30, die elektromagnetische Strahlung zum Heizen des Substrats 2 in Richtung der Prozesskammer 4 emittieren. Hierzu lassen sich bevorzugt Halogen und/oder Bogenlampen 31 einsetzen, wie sie beispielsweise auch üblicherweise in Schnellheizanlagen eingesetzt werden. Die Lampen 31 können optional in Quarzröhren 32 aufgenommen sein, um eine Isolierung gegenüber Prozess- gasen und/oder Unterdruckverhältnissen im Bereich der Prozesskammer 4 vorzusehen. Dies kann insbesondere zweckmäßig sein, wenn die Strahlungsquellen direkt innerhalb der Prozesskammer 4 aufgenommen sind. Das heißt nicht über die untere Wand 14 von dieser getrennt sind. Alternativ oder auch zusätzlich können auch Heizlampen oberhalb der Transporteinheit 6 angeord- net sein, zum Beispiel auch zwischen den Plasmaelektroden 24. The heating unit 10 consists of a multiplicity of radiation sources 30 which emit electromagnetic radiation for heating the substrate 2 in the direction of the process chamber 4. For this purpose, preferably halogen and / or arc lamps 31 can be used, as they are commonly used, for example, in high-speed heating systems. The lamps 31 may optionally be accommodated in quartz tubes 32 in order to provide insulation against process gases and / or underpressure conditions in the region of the process chamber 4. This may be particularly useful if the radiation sources are received directly within the process chamber 4. That is not on the lower wall 14 are separated from this. Alternatively or additionally, heating lamps can also be arranged above the transport unit 6, for example also between the plasma electrodes 24.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer alternativen Vorrichtung 1 zum Aufbringen dielektrischer Schichten auf einem Substrat 2 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Bei der Beschreibung dieser Ausführungsform werden dieselben Bezugszeichen wie zuvor verwendet, sofern gleiche oder ähnliche Elemente beschrieben werden. Die Vorrichtung 1 besitzt wieder ein Gehäuse, das nur sehr schematisch bei 3 dargestellt ist. Diese Gehäuse ist wiederum als ein Vakuumgehäuse ausgefüllt, und kann über eine nicht mehr dargestellte Vakuumeinheit auf Vakuumdruck abgepumpt werden. Fig. 2 shows a schematic sectional view of an alternative device 1 for applying dielectric layers on a substrate 2 according to an alternative embodiment. In the description of this embodiment, the same reference numerals will be used as before, if the same or similar elements are described. The device 1 again has a housing, which is shown only very schematically at 3. This housing is in turn filled out as a vacuum housing, and can be pumped via a vacuum unit, no longer shown, to vacuum pressure.
Innerhalb des Gehäuses 3 ist eine Prozesskammer 4 definiert. Die Vorrichtung 1 besitzt ferner eine Substrattrageinheit 6, eine Plasmaeinheit 8 sowie eine Heizeinheit 10. Die Trageinheit 6 besitzt eine Substratauflage 40, die über eine Welle 42 drehbar innerhalb der Prozesskammer 4 getragen wird, wie durch den Pfeil B dargestellt ist. Die Welle 42 ist hierfür mit einer nicht näher dargestellten Dreheinheit verbunden. Darüber hinaus ist die Welle 42 und somit die Auflage 40 auf und ab bewegbar, wie durch den Doppelpfeil C dargestellt ist. Hierdurch lässt sich die Auflageebene der Auflage 40 innerhalb der Prozesskammer 4 nach oben bzw. nach unten verstellen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Within the housing 3, a process chamber 4 is defined. The device 1 further has a substrate support unit 6, a plasma unit 8 and a heating unit 10. The support unit 6 has a substrate support 40, which is rotatably supported by a shaft 42 within the process chamber 4, as shown by the arrow B. The shaft 42 is connected for this purpose with a rotary unit, not shown. In addition, the shaft 42 and thus the pad 40 is movable up and down, as shown by the double arrow C. As a result, the support level of the support 40 within the process chamber 4 can be adjusted upwards or downwards, as will be explained in more detail below.
Die Plasmaeinheit 8 besteht wiederum aus einer Vielzahl von Plasmaelektroden 24, die desselben Typs sein können, wie zuvor beschrieben. Die Plasmaelektroden können optional über jeweilige Führungen 46 auf und ab ver- schiebbar innerhalb der Prozesskammer 4 getragen sein, wie durch den Doppelpfeil D angezeigt ist. In einem solchen Fall könnte die Auf- und Ab- Bewegbarkeit der Trageinheit 6 entfallen, sie kann aber auch zusätzlich vorgesehen werden. Hierdurch sind lokale Änderungen des Abstands zwischen Plasmaelektrode 24 und dem Substrat 2 möglich. Insbesondere ist es hier- durch möglich in Kombination mit der Rotation eines Substrats 2 durch die Trageinheit 6 zum Beispiel in einem Randbereich der Substrate 2 größer oder kleinere Abstände im Vergleich zu einem Mittelbereich davon vorzusehen. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Plasmaelektroden 24 und/oder die Lampen 31 über die Abmessungen des Substrats 2 hinweg gehen. Auch hier kann ei- ne Schutzvorrichtung vorgesehen sein, das Substrat 2 wenigstens teilweise in seiner Ebene umgibt, um Randeffekte zu vermeiden. Die Schutzvorrichtung kann hinsichtlich der Rotation statisch oder auch rotierbar angeordnet sein. Alternativ oder auch zusätzlich zu den dargestellten Stellvorrichtungen für das Substrat 2 und oder die Plasmaelektroden 24 ist es auch möglich zwischen Plasmaelektroden 24 und Substrat 2 ein Gitter aus elektrisch leitendem Material vorzusehen. Dies kann dann beispielsweise über eine entsprechend Steu- ereinheit mit unterschiedlichen elektrischen Vorspannungen beaufschlagt werden. Sowohl eine Abstandeinstellung zwischen Plasmaelektrode 24 und Substrat 2 als auch eine Beaufschlagung eines oben beschriebenen Gitters mit unterschiedlichen elektrischen Vorspannungen kann die Wechselbeziehung zwischen Plasma und Substrat beeinflussen, wie nachfolgend näher er- läutert wird. The plasma unit 8 again consists of a plurality of plasma electrodes 24, which may be of the same type as described above. Optionally, the plasma electrodes may be slidable up and down within the process chamber 4 via respective guides 46, as indicated by the double arrow D. In such a case, the up and down mobility of the support unit 6 could be omitted, but it can also be provided in addition. As a result, local changes in the distance between the plasma electrode 24 and the substrate 2 are possible. In particular, this makes it possible to provide, in combination with the rotation of a substrate 2 by the support unit 6, for example, in an edge region of the substrates 2 larger or smaller distances compared to a central region thereof. Furthermore, it is advantageous if the plasma electrodes 24 and / or the lamps 31 go beyond the dimensions of the substrate 2. Here too, a protective device can be provided which surrounds substrate 2 at least partially in its plane in order to avoid edge effects. The protective device may be arranged with respect to the rotation static or rotatable. Alternatively, or in addition to the illustrated adjusting devices for the substrate 2 and or the plasma electrodes 24, it is also possible between plasma electrodes 24 and substrate 2 to provide a grid of electrically conductive material. This can then be applied, for example, via a corresponding control unit with different electrical bias voltages. Both a distance adjustment between the plasma electrode 24 and the substrate 2 as well as the application of a different grating to the above-described grating can influence the interaction between the plasma and the substrate, as will be explained in more detail below.
Die Heizeinheit 10 besteht wiederum aus einer Vielzahl von Strahlungsquellen 30, die parallel oder auch senkrecht zu den Plasmaelektroden 24 angeordnet sein können. Die Strahlungsquellen weisen jeweils eine Lampe, wie bei- spielsweise einen Bogen oder Halogenlampe auf, die von einer Quarzröhre 32 umgeben ist. Die Strahlung der Strahlungsquellen 30 ist in der Lage das Substrat 2 direkt zu erwärmen, wenn die Auflage 40 für die Strahlung der Strahlungsquelle 30 im Wesentlichen transparent ist. Hierzu könnte die Auflage 40 beispielsweise aus Quarz aufgebaut sein. Es ist aber auch möglich eine indi- rekte Heizung des Substrats 2 vorzusehen, wobei hierfür beispielsweise die Auflage 40 aus einem die Strahlung der Strahlungsquelle 30 im Wesentlichen absorbierenden Material aufgebaut ist. Die Strahlung würde dann die Auflage 40 erwärmen, die dann das Substrat 2 erwärmen würde. Die Vorrichtung 1 weist vorzugsweise wenigstens eine Temperaturmesseinheit auf, um die Temperatur des Substrats 2 zu ermitteln. Die ermittelte Temperatur kann an eine nicht dargestellte Steuereinheit weitergeleitet werden, die dann anhand einer Temperaturvorgabe die Heizeinheit 10 entsprechend regeln kann, um eine vorbestimmte Temperatur des Substrats zu erhalten, wie es in der Technik bekannt ist. The heating unit 10 in turn consists of a plurality of radiation sources 30, which may be arranged parallel or perpendicular to the plasma electrodes 24. The radiation sources each have a lamp, such as an arc or halogen lamp, which is surrounded by a quartz tube 32. The radiation of the radiation sources 30 is able to heat the substrate 2 directly when the support 40 for the radiation of the radiation source 30 is substantially transparent. For this purpose, the support 40 could be constructed, for example, of quartz. However, it is also possible to provide an indirect heating of the substrate 2, for which purpose, for example, the support 40 is made up of a material which substantially absorbs the radiation of the radiation source 30. The radiation would then heat the overlay 40, which would then heat the substrate 2. The device 1 preferably has at least one temperature measuring unit in order to determine the temperature of the substrate 2. The determined temperature can be forwarded to a control unit, not shown, which can then regulate the heating unit 10 according to a temperature specification accordingly to obtain a predetermined temperature of the substrate, as is known in the art.
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß der Figuren 1 und 2 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei im nachfolgen- den davon ausgegangen wird, dass das Substrat 2 jeweils ein Siliziumhalblei- terwafer ist. Auf diesem soll während des nachfolgend beschriebenen Prozesses eine Siliziumoxidschicht als dielektrische Schicht ausgebildet werden. Hierzu wird in die Prozesskammer 4, in der ein Unterdruck herrscht ein geeignetes Prozessgas, beispielsweise aus reinem Sauerstoff oder auch einem Sauerstoff-Wasserstoffgemisch eingeleitet. Anschließend wird im Bereich der Plasmaelektroden 24 jeweils ein Plasma des Prozessgases erzeugt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird das Substrat 2 über das Transportband 20 von links nach rechts durch die Prozesskammer hindurch geleitet, während unterhalb der jeweiligen Plasmaelektroden 24 ein entsprechendes Plasma brennt. Wie zu erkennen ist, sind die links liegenden Plasmaelektroden 24, das heißt im Eingangsbereich liegenden Plasmaelektroden 24 weiter von dem Substrat 2 entfernt, als die rechts, das heißt im Ausgangsbereich der Prozesskammer 4 liegenden Plasmaelektroden 24, wenn es durch die Prozesskammer hindurch gefördert wird. Während das Substrat somit durch die Prozesskammer 4 hindurch befördert wird, verändert sich der Abstand der Plasmaelektroden zur Substratoberfläche. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Wachstumsmechanismen für das Schichtwachstum ergeben. Diese werden durch unterschiedliche Wechselwirkungen zwischen Plasma und Substrat bedingt, wie Anhand der Fig. 5 nachfolgend näher erläutert wird. The operation of the device according to FIGS. 1 and 2 will be explained in more detail below with reference to the drawings, in which is assumed that the substrate 2 is each a silicon semiconductor wafer. On this, a silicon oxide layer is to be formed as a dielectric layer during the process described below. For this purpose, a suitable process gas, for example, pure oxygen or an oxygen-hydrogen mixture is introduced into the process chamber 4, in which there is a negative pressure. Subsequently, in each case a plasma of the process gas is generated in the region of the plasma electrodes 24. In the embodiment according to FIG. 1, the substrate 2 is guided via the conveyor belt 20 from left to right through the process chamber, while a corresponding plasma burns below the respective plasma electrodes 24. As can be seen, the left-lying plasma electrodes 24, that is to say inlet plasma electrodes 24, are further away from the substrate 2 than the plasma electrodes 24 on the right, ie in the exit region of the process chamber 4, as it is conveyed through the process chamber. As the substrate is thus conveyed through the process chamber 4, the distance of the plasma electrodes from the substrate surface changes. This results in different growth mechanisms for layer growth. These are caused by different interactions between plasma and substrate, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 5.
Die Fig. 5a und 5b zeigen unterschiedliche Wechselbeziehungen zwischen einem Plasma und einem Substrat in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen einer stabförmigen Plasmaelektrode 300 und einem Substrat 320. Die stabförmige Plasmaelektrode 300 ist des Typs der in der WO 2010/015385 A beschrieben ist und die einen Innenleiter 304 und einen Außenleiter 306 aufweisen. In einem Mikrowellenauskopplungsbereich umgibt der Außenleiter 306 den Innenleiter 304 nicht vollständig. Vielmehr sieht der Außenleiter 306 eine sich zu einem freien Ende desselben vergrößernde Öffnung, die zum Substrat 320 weist, auf. Fig. 5a und 5b zeigen jeweils einen Querschnitt in diesem Auskopplungsbereich der Mikrowellenelektrode 300. Die Plasmae- lektrode 300 ist jeweils von einem für Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen durchlässigen Hüllrohr 308 wie beispielweise einem Quarzrohr umgeben. Bei einer entsprechenden Ansteuerung der Plasmaelektrode 300 wird ein das Hüllrohr 308 radial umgebendes Plasma erzeugt, das aus Elektronen 31 0, Radikalen 312 und Ionen 314 besteht. 5a and 5b show different correlations between a plasma and a substrate as a function of a distance between a rod-shaped plasma electrode 300 and a substrate 320. The rod-shaped plasma electrode 300 is of the type described in WO 2010/015385 A and the one Inner conductor 304 and an outer conductor 306 have. In a microwave decoupling region, the outer conductor 306 does not completely surround the inner conductor 304. Rather, the outer conductor 306 sees an opening that enlarges to a free end thereof that faces the substrate 320. 5a and 5b each show a cross section in this coupling-out region of the microwave electrode 300. The electrode 300 is surrounded in each case by a cladding tube 308, which is substantially transparent to microwave radiation, such as, for example, a quartz tube. With a corresponding activation of the plasma electrode 300, a plasma surrounding the cladding tube 308 is generated, which consists of electrons 31 0, radicals 312 and ions 314.
Ferner zeigen die Fig. 5a und 5b jeweils einen Abschnitt eines Substrats 320, das zum Beispiel aus einem Si-Grundsubstrat 322 mit einer dielektrischen Schicht 324 aus beispielsweise SiOxNy besteht, wobei x und y beliebig variie- ren können. Bei 326 sind positive Si-Ionen gekennzeichnet. Bei der Darstellung gemäß Fig. 5a ist die Plasmaelektrode mit einem Abstand Di zur Oberfläche des Substrats 320 angeordnet. Wie zu erkennen ist, ist das Plasma bei dieser Anordnung so bezüglich des Substrats angeordnet, dass eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der im Plasma vorhandenen Elektronen 310, Radikalen 312 und Ionen 314 benachbart zur Oberfläche des Substrats auftreten. Hierdurch ergibt sich eine Prozessgasabhängige anodische Oxidie- rung/Nitridierung der Substratoberfläche. Eine solche anodische Oxidie- rung/Nitridierung ist selbstjustierend und selbstheilend, so dass beliebige geometrische Formen und Schichtaufbauten (3D Strukturen) homogen oxi- diert/nitridiert oder beliebige andere dielektrische Schichten abgeschieden werden können. Der Selbstheilungseffekte der anodischen Oxidie- rung/Nitridierung führt zu einer homogenen Durchbruchsfestigkeit der gewachsenen Schicht, da das Oxid/Nitrid solange wächst bis das elektrische Potential über die Schichtdicke abgeklungen ist. Das E-Feld ist konstant vor- gegeben durch die Elektronendichte an der Oberfläche der dielektrischen Schicht 324. Furthermore, the Fig. 5a and 5b show respectively a portion of a substrate 320, which for example consists of a Si base substrate 322 having a dielectric layer 324 of, e.g., SiO x N y, where x and y can arbitrarily variie- ren. At 326, positive Si ions are indicated. In the illustration according to FIG. 5 a, the plasma electrode is arranged at a distance Di from the surface of the substrate 320. As can be seen, the plasma in this arrangement is arranged with respect to the substrate such that a substantially uniform distribution of the electrons 310, radicals 312 and ions 314 present in the plasma occur adjacent to the surface of the substrate. This results in a process gas-dependent anodic oxidation / nitridation of the substrate surface. Such anodic oxidation / nitridation is self-aligning and self-healing, so that any geometric shapes and layer structures (3D structures) can be homogeneously oxidized / nitrided or any other dielectric layers can be deposited. The self-healing effects of anodic oxidation / nitridation lead to a homogeneous breakthrough resistance of the grown layer, since the oxide / nitride grows until the electrical potential has decayed over the layer thickness. The E field is constant given by the electron density at the surface of the dielectric layer 324.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 5b ist die Plasmaelektrode mit einem größeren Abstand D2 zur Oberfläche des Substrats 320 angeordnet. Wie zu erken- nen ist, ist das Plasma bei dieser Anordnung so bezüglich des Substrats angeordnet, dass im Wesentlichen nur noch die Radikale 312 benachbart zur Oberfläche des Substrats auftreten. Hierdurch ergibt sich eine Prozessgasabhängige radikalische Oxidierung/Nitridierung der Substratoberfläche. Im Vergleich zum Deal Groove Modell stellt sich eine Erweiterung des Wachstumsmodells für plasmaunterstützte und dadurch verstärkte Wachstumsprozesse dar. In the illustration according to FIG. 5b, the plasma electrode is arranged at a greater distance D 2 from the surface of the substrate 320. As can be seen, the plasma in this arrangement is arranged with respect to the substrate such that essentially only the radicals 312 occur adjacent to the surface of the substrate. This results in a process gas-dependent radical oxidation / nitridation of the substrate surface. Compared to the Deal Groove model, it represents an extension of the growth model for plasma enhanced and thus enhanced growth processes.
Für dielektrische Schichten ist der Wachstumsprozess über die Reaktionsrate limitiert, jedoch durch die niedrige Substrattemperatur von vorzugsweise < 450°C nur bis ungefähr 2 nm und nicht bis 5 oder 10 nm wie bei Hochtemperaturprozessen bei > 800 °C. Bei der radikalischen Oxidierung/Nitridierung ist durch die Radikalen 312 an der Oberfläche der dielektrischen Schicht 324 eine große chemische Affinität gegeben an. Es gibt kaum Diffusion der oxidie- renden Spezies durch die dielektrische Schicht zur Grenzfläche bzw. vom Substrat-Eigenzwischengitteratom (geladen oder ungeladen) zur Oberfläche der dielektrischen Schicht, um dort mit den adsorbierten Radikalen zu reagie- ren. For dielectric layers, the growth process is limited by the reaction rate, but due to the low substrate temperature of preferably <450 ° C only up to about 2 nm and not to 5 or 10 nm as in high temperature processes at> 800 ° C. In radical oxidation / nitridation, the radicals 312 on the surface of the dielectric layer 324 impart a large chemical affinity. There is little diffusion of the oxidizing species through the dielectric layer to the interface or from the substrate self-interstitial atom (charged or uncharged) to the surface of the dielectric layer to react with the adsorbed radicals.
Für die dielektrische Schicht über 2-3 nm, ist der Wachstumsprozess diffusi- onsratenlimitiert, wie bei thermischen Prozessen aber wegen der niedrigen Substrattemperatur braucht man eine zusätzliche Triebkraft, um die Diffusion der verschiedenen Spezies zu beschleunigen. Bei der anodischen Oxidierung/Nitridierung wird eine solche zusätzliche Triebkraft durch ein großes, e- lektrisches Feld erzeugt, das durch die Elektronen 310 an der Oberfläche der dielektrischen Schicht 324 hervorgerufen wird. Deshalb kann dieser Prozess in relativ kurzer Zeit bis zu 1 5 nm dicke dielektrische Schichten wachsen. Während dieser anodischen Prozessphase diffundieren durch das elektrische Potential getrieben sowohl oxidierende Spezies zur Grenzfläche zwischen Grundsubstrat 322 und dielektrischer Schicht 324 als auch Substrat- Eigenzwischengitteratome (geladen oder ungeladen) zur Oberfläche der dielektrischen Schicht 324, um dort mit den adsorbierten radikalen und ionischen oxidierenden Spezies zu reagieren. For the dielectric layer over 2-3 nm, the growth process is diffusion rate limited, as in thermal processes, but because of the low substrate temperature, an additional driving force is needed to accelerate the diffusion of the various species. In anodic oxidation / nitridation, such additional driving force is generated by a large electrical field caused by the electrons 310 on the surface of the dielectric layer 324. Therefore, this process can grow in a relatively short time up to 1 5 nm thick dielectric layers. During this anodic process phase, both oxidizing species, driven by electrical potential, diffuse to the interface between base substrate 322 and dielectric layer 324 and substrate self-interstitials (charged or uncharged) to the surface of dielectric layer 324 to adhere to the adsorbed radical and ionic oxidizing species react.
Bei der oben genannten Vorrichtung ist daher der Abstand zwischen Substrat 2 und Plasmaelektrode 24 im Eingangsbereich beispielsweise im Bereich von 8 bis 15 cm (vorzugsweise ungefähr 10 cm) gewählt, um zunächst eine radikalische Oxidierung/Nitridierung zu erreichen. Im Ausgangbereich beträgt der Abstand hingegen beispielsweise 2 mm bis 5 cm (vorzugsweise ungefähr 2 cm), um hier eine anodische Oxidierung/Nitridierung vorzusehen. Der Abstand wird bei der Bewegung des Substrats 2 durch die Prozesskammer 4 hindurch bis ungefähr zur Mitte der Prozesskammer hin verringert, und bleibt dann bis zum Ausgang im Wesentlichen konstant. Gegebenenfalls kann der Abstand auch noch über eine Auf- oder Ab-Bewegung des Transportbandes verändert werden. In the above-mentioned device, therefore, the distance between the substrate 2 and the plasma electrode 24 in the input region is, for example, in the range of 8 to 15 cm (preferably about 10 cm) is chosen to first achieve radical oxidation / nitridation. In the exit region, on the other hand, the distance is, for example, 2 mm to 5 cm (preferably about 2 cm) in order to provide anodic oxidation / nitridation. The distance is reduced as the substrate 2 moves through the process chamber 4 to about the middle of the process chamber, and then remains substantially constant until the exit. Optionally, the distance can also be changed via an up or down movement of the conveyor belt.
Über entsprechende Gaseinleitung können im Bereich der jeweiligen Plasmen unterhalb der Plasmaelektroden 24, die einander natürlich überlappen können, unterschiedliche Gaszusammensetzungen und/oder unterschiedliche Drücke eingestellt werden. Die Plasmen können aber auch durch geeignete Trennelemente, wie zum Beispiel Glasplatten voneinander getrennt werden. Auch ist es möglich über die Heizeinheit 10 das Substrat während der Bewegung durch die Prozesskammer 4 hindurch unterschiedlich aufzuheizen, so dass es beispielsweise im Eingangbereich eine höhere Temperatur besitzt als im Ausgangbereich oder umgekehrt. Das Substrat kann auf einer konstanten Temperatur gehalten werden oder auch geheizt oder durch eine nicht dargestellte Kühlvorrichtung gekühlt werden, sofern eine übermäßige Aufheizung durch das Plasma stattfindet. Hierdurch lassen sich die Wachstumsprozesse weiter beeinflussen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist das Substrat 2 auf der Trageinheit 6 angeordnet, und wird während im Bereich der jeweiligen Plasmaelektroden 24 ein Plasma brennt rotiert. By means of appropriate gas introduction, different gas compositions and / or different pressures can be set in the region of the respective plasmas below the plasma electrodes 24, which can of course overlap one another. The plasmas can also be separated from each other by suitable separating elements, such as glass plates. It is also possible via the heating unit 10 to heat the substrate differently during the movement through the process chamber 4, so that it has, for example, a higher temperature in the entrance area than in the exit area or vice versa. The substrate may be maintained at a constant temperature or may be heated or cooled by a cooling device, not shown, if excessive heating by the plasma takes place. This can further influence the growth processes. In the embodiment according to FIG. 2, the substrate 2 is arranged on the support unit 6, and while in the region of the respective plasma electrodes 24, a plasma burns is rotated.
Der Abstand zwischen dem Substrat 2 und dem Plasmaelektroden wird wäh- rend des Schichtwachstums verändert. Insbesondere wird der Abstand ausgehend von einem anfänglichen großen Abstand im Bereich von beispielsweise von 8 bis 15 cm auf einen kleinen Abstand im Bereich von beispielsweise 2 mm bis 5 cm verringert. Vorzugsweise wird der Abstand in einem Bereich von 10 bis 2 cm variiert. Während der Abstandsänderung ist es möglich zusätzlich unterschiedliche Prozessparameter betreffend die Plasmen, wie beispielsweise die Leistung der Plasmaelektroden 24, den Prozessgasdruck, einen Gas- zufluss als auch eine Gaszusammensetzung innerhalb der Prozesskammer 4 einzustellen. The distance between the substrate 2 and the plasma electrode is changed during the layer growth. In particular, the distance is reduced from a large initial distance in the range of, for example, 8 to 15 cm to a small distance in the range of, for example, 2 mm to 5 cm. Preferably, the distance is in a range of 10 to 2 cm varies. During the change in distance, it is possible in addition to set different process parameters relating to the plasmas, such as the power of the plasma electrodes 24, the process gas pressure, a gas inflow as well as a gas composition within the process chamber 4.
Hierdurch lässt sich wiederum ein Wechsel zwischen anodischer und radikalischer Oxidierung/Nitridierung erreichen. Wie der Fachmann erkennen kann, findet nicht immer eine rein anodische oder radikalische Oxidie- rung/Nitridierung statt. Vielmehr können die beiden Prozesse mit unterschiedlichem Schwerpunkt gleichzeitig stattfinden. Ob die Oxidierung/Nitridierung als anodisch oder radikalisch bezeichnet wird, hängt davon ab, welcher Prozess zu dem gegebenen Zeitpunkt primär das Schichtwachstum bestimmt. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Temperatur des Substrats 2 über die Heizeinheit 10 zu verändern. Die Abstandsänderung sowie die Einstellung der übrigen Prozessparameter sind dabei jeweils so gewählt, dass eine bevorzugt gleichmäßige Wachstums- bzw. Abscheidungsrate während des gesamten Prozesses erreicht wird. Diese sollte bevorzugt in einem Bereich von kleiner 0,5 Nanometer pro Sekunde insbesondere kleiner als 0, 1 Nanometer pro Sekunde und bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,05 Nanometer pro Sekunde liegen. This, in turn, can achieve a change between anodic and radical oxidation / nitridation. As those skilled in the art will recognize, there is not always a purely anodic or radical oxidation / nitridation. Rather, the two processes with different emphases can take place simultaneously. Whether the oxidation / nitridation is referred to as anodic or radical depends on which process at the given time primarily determines the layer growth. Moreover, it is also possible to change the temperature of the substrate 2 via the heating unit 10. The change in distance and the setting of the other process parameters are each chosen so that a preferably uniform growth or deposition rate is achieved during the entire process. This should preferably be in a range of less than 0.5 nanometer per second, in particular less than 0.1 nanometer per second and preferably in the range of 0.01 to 0.05 nanometer per second.
Der Wachstumsprozess kann alternativ zur Abstandseinstellung oder auch zusätzlich hierzu über ein Gitter aus einem elektrisch leitenden Material be- einflusst werden. Insbesondere ist auch ein Wechsel zwischen einer primär anodischen Oxidierung/Nitridierung und einem primär radikalischen Oxidierung/Nitridierung bei gleichbleibendem Abstand zwischen Plasmaelektrode und Substrat möglich. Dies wird nachfolgend anhand der Figuren 6a und 6b, die ähnliche Darstellungen wie die Figuren 5a und 5b zeigen, näher erläutert. Insbesondere sind wiederum jeweils eine Plasmaelektrode 300 mit Innenleiter 304 und Außenleiter 306 und ein Substrat 320 aus einem Grundsubstrat 322 mit einer dielektrischen Schicht 324 dargestellt. Im Gegensatz zur Darstellung der Figuren 5a und 5b ist der Abstand D zwischen Plasmaelektrode 300 und Substrat 320 jedoch in den Figuren 6a und 6b gleich. The growth process can alternatively be used to adjust the spacing or additionally be influenced by a grid made of an electrically conductive material. In particular, a change between a primary anodic oxidation / nitridation and a primary radical oxidation / nitridation at a constant distance between the plasma electrode and the substrate is possible. This will be explained in more detail below with reference to FIGS. 6a and 6b, which show similar representations to FIGS. 5a and 5b. In particular, a respective plasma electrode 300 with inner conductor 304 and outer conductor 306 and a substrate 320 from a base substrate 322 with a dielectric layer 324 are shown. In contrast to the illustration In FIGS. 5a and 5b, however, the distance D between plasma electrode 300 and substrate 320 is the same in FIGS. 6a and 6b.
Die Plasmaelektrode 300 umgebend ist jeweils ein Plasma aus Elektronen 31 0, Radikalen 312 und Ionen 314 dargestellt. Bei 326 sind wiederum positive Si-ionen dargestellt. Ferner ist zwischen Plasmaelektrode 300 und Substrat 320 jeweils ein Gitter 330 aus elektrisch leitendem Material dargestellt, das über eine nicht näher dargestellte Steuereinheit mit unterschiedlichen elektrische Vorspannungen beaufschlagt werden kann. Wenn das Gitter potentialfrei ist, dann beeinflusst es das Plasma im Wesentlichen nicht und es ergibt sich die in Fig. 6a gezeigt Situation, die zu einer anodischen Oxidie- rung/Nitridierung führt. Wenn das Gitter hingegen mit einer positiven Spannung beaufschlagt oder geerdet wird, dann ergibt sich die in Fig. 6b gezeigte Situation in der primär nur die Radikale 312 die Oberfläche der dielektrischen Schicht 324 erreichen, was zu einer radikalischen Oxidierung/Nitridierung führt. Um den Elektronenfluss zur Oberfläche des Substrats 320 zu beeinflussen kann auch optional der Abstand des Gitters 330 zur Oberfläche des Substrats 320 verstellt werden kann. Das Plasma kann während des Prozesses bevorzugt gepulst betrieben werden. Der oben beschriebene Prozessablauf ist für die Ausbildung einer Oxidschicht als dielektrische Schicht besonders geeignet, er kann aber, wie erwähnt auch andere dielektrische Schichten bilden, wie beispielsweise eine Nitridschicht oder eine Oxidnitridschicht. Surrounding the plasma electrode 300 is a plasma of electrons 31 0, radicals 312 and ions 314. At 326, positive ions are again shown. Furthermore, a grid 330 made of electrically conductive material is shown between the plasma electrode 300 and the substrate 320, which can be acted on by a control unit, not shown, with different electrical bias voltages. If the grid is potential-free, then it essentially does not affect the plasma and the situation shown in FIG. 6 a results, which leads to anodic oxidation / nitridation. On the other hand, when the grid is energized or grounded, the situation shown in Figure 6b is that primarily only the radicals 312 reach the surface of the dielectric layer 324, resulting in free radical oxidation / nitridation. In order to influence the flow of electrons to the surface of the substrate 320, the distance of the grid 330 to the surface of the substrate 320 can optionally also be adjusted. The plasma can be operated preferably pulsed during the process. The process described above is particularly suitable for forming an oxide layer as a dielectric layer, but may, as mentioned, also form other dielectric layers, such as a nitride layer or an oxide nitride layer.
Als Prozessgase bieten sich hierfür beispielsweise O2, N2, NH3, NF3, D2O, Ar, N2O, H2, D2, Silan oder Dichlorsilan oder Trichlorsilan oder Dichlorethylen, GeH4, Borane (BH3B2H6), Arsin (ASH3), Phosphin (PH3CF4), TriMethylAlumi- nium ((CH3)3AI), SF6 oder Kohlenstoffhaltige andere Gase oder Mischungen derselben oder die verschiedenen Precursor zur Herstellung von Hf- oder Zr- haltigen dielektrischen Schichten an. Die Gaszusammensetzung und/oder der Druck des Prozessgases kann während des Prozesses angepasst werden. Die Plasmaelektroden 24 sowie die Lampen 31 können jeweils einzeln und unabhängig voneinander angesteuert werden. Insbesondere ist es möglich, sie anhand mathematischer Funktionen, wie beispielsweise einer Linearfunktion, einer Exponentialfunktion, einer Quadratfunktion oder einer sonstigen Funktionen kontrolliert in ihrer Leistung zu steuern. Die Plasmaelektroden 24 oder auch die Bogenlampen/Halogenlampen 31 können dabei als Gruppen oder auch völlig unabhängig voneinander eingestellt werden, wenn dies durch einen entsprechenden Prozess vorgegeben ist. Suitable process gases for this purpose are, for example, O 2 , N 2 , NH 3 , NF 3 , D 2 O, Ar, N 2 O, H 2 , D 2 , silane or dichlorosilane or trichlorosilane or dichloroethylene, GeH 4 , boranes (BH 3 B2H6), arsine (ASH 3 ). , Phosphine (PH 3 CF 4 ), tri-methylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), SF 6 or carbon-containing other gases or mixtures thereof or the various precursors for producing Hf- or Zr-containing dielectric layers. The gas composition and / or the pressure of the process gas can be adjusted during the process. The plasma electrodes 24 and the lamps 31 can each individually and be controlled independently of each other. In particular, it is possible to control their performance by means of mathematical functions, such as, for example, a linear function, an exponential function, a quadratic function or other functions. The plasma electrodes 24 or the arc lamps / halogen lamps 31 can be set as groups or completely independently of each other, if this is predetermined by a corresponding process.
Darüber hinaus kann in der Vorrichtung 1 zum Beispiel auch eine rein thermi- sehe Behandlung eines Substrats stattfinden, bei der das Substrat über die Heizeinheit auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird, wie es beispielsweise bei einem post oxidation anneal der Fall ist. Hierzu kann zum Beispiel die Transporteinheit das Substrat nach dem Aufbringen der Oxidschicht das Substrat bei abgeschaltetem Plasma durch die Prozesskammer zurück- führen. Bei der thermischen Behandlung können unterschiedliche Gase in die Prozesskammer eingeleitet werden. Bei der Ausführung der Fig. 2 würde das Substrat zum Beispiel für eine vorbestimmte Prozessdauer über die Oxidation hinaus in der Prozesskammer verbleiben und über die Heizeinheit geheizt werden. In addition, in the device 1, for example, a purely thermal see treatment of a substrate take place, in which the substrate is brought to a predetermined temperature via the heating unit, as is the case for example in a post oxidation anneal. For this purpose, for example, after the application of the oxide layer, the transport unit can guide the substrate back through the process chamber when the plasma is switched off. In the thermal treatment different gases can be introduced into the process chamber. For example, in the embodiment of FIG. 2, the substrate would remain in the process chamber beyond the oxidation for a predetermined process duration and be heated by the heating unit.
Fig. 3 zeigt ein Weibull-Diagramm, das die Defektdichte gegenüber Flächenladungsdichte unterschiedlicher Oxidschichten zeigt. Dabei ist in Fig. 3 zu erkennen, dass einerseits eine verlängerte Brenndauer der jeweiligen Plasma die elektrische Oxidqualität wesentlich verbessert. Dieser Effekt ergibt sich nicht nur daraus, dass die Oxiddicke zunimmt, sondern auch dadurch, dass zu schnell gewachsene Schichten nach oben herauswachsen und sich somit die Grenzfläche zwischen Si/SiO2 verbessert. Daher ergibt sich die Erkenntnis, dass ein langsames Wachstum mit entsprechend langer Brenndauer des Plasmas die elektrischen Eigenschaften verbessert. Fig. 3 shows a Weibull diagram showing the defect density versus surface charge density of different oxide layers. It can be seen in FIG. 3 that, on the one hand, a prolonged burning time of the respective plasma substantially improves the electrical oxide quality. This effect results not only from the fact that the oxide thickness increases, but also from the fact that too rapidly grown layers outgrow up and thus the interface between Si / SiO 2 improves. Therefore, there is the realization that slow growth with a correspondingly long burning time of the plasma improves the electrical properties.
Fig. 4 zeigt eine Kurve unterschiedlicher Wachstumsraten in Abhängigkeit von der Brenndauer eines Plasmas und in Abhängigkeit von unterschiedlichen Gaszusammensetzungen und Drücken. Wie zu erkennen ist, sinkt die Wachs- tumsrate mit längeren Plasmabrenndauern und die elektrische Qualität des Dielektrikums steigt an . Unterhalb der eingezeichneten Wachstumsgrenzlinie sind die elektrischen Eigenschaften vergleichbar mit denen von dielektrischen Schichten, die bei Temperaturen über 700°C aufgewachsen wurden . Ferner ist zu erkennen, dass sich bei längeren Plasmabrenndauern auch für unterschiedliche Gaszusammensetzungen und/oder Drücken des Prozessgases im Wesentlichen vergleichbare Wachstumsraten ergeben. 4 shows a graph of different growth rates as a function of the burning time of a plasma and as a function of different gas compositions and pressures. As you can see, the wax with longer plasma burn times and the electrical quality of the dielectric increases. Below the marked growth limit line, the electrical properties are comparable to those of dielectric layers grown at temperatures above 700 ° C. Furthermore, it can be seen that, given longer plasma run times, substantially comparable growth rates also result for different gas compositions and / or pressures of the process gas.
Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfin- dung beschrieben, ohne auf die konkreten Ausführungsformen begrenzt zu sein. Zum Beispiel kann die oben beschriebene Anordnung auch für eine Reinigung der Substratoberfläche vor einem Wachstumsprozess eingesetzt werden . Mit der Anordnung könnten Kontaminationen oder eine Undefinierte Schicht (z.B. natives S1O2) von der Oberfläche entfernt werden. Anschließend könnte ohne einen Unterdruck zu brechen, eine definierte Schicht durch das vorgegebene Prozessgas aufgewachsen werden. Als Reinigungsgase kann man sich ein reduzierendes Gas aus reinem Wasserstoff vorstellen oder eine beliebig mit Edelgasen (wie He, Ar, etc.) verdünnte Wasserstoffatmosphäre oder auch eine reine Edelgasatmosphäre. In einem zweiten Prozessschritt nach Austausch der reduzierenden Atmosphäre ist der oben beschriebene Wachstumsprozess möglich. Der Reinigungseffekt könnte auch über den Abstand zwischen Plasmaelektrode und Substrat und/oder die elektrische Vorspannung am Gitter (sofern vorhanden) beeinflusst werden. The invention has been described above with reference to preferred embodiments of the invention, without being limited to the specific embodiments. For example, the arrangement described above may also be used for cleaning the substrate surface prior to a growth process. With the arrangement, contaminants or an undefined layer (e.g., native S1O2) could be removed from the surface. Then, without breaking a vacuum, a defined layer could be grown by the given process gas. As cleaning gases, one can imagine a reducing gas of pure hydrogen or an arbitrary with noble gases (such as He, Ar, etc.) diluted hydrogen atmosphere or a pure noble gas atmosphere. In a second process step after replacement of the reducing atmosphere, the growth process described above is possible. The cleaning effect could also be affected by the distance between the plasma electrode and the substrate and / or the electrical bias on the grid (if any).

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Ausbilden einer dielelektrischen Schicht auf einem Substrat, bei dem ein Plasma aus einem Prozessgas zwischen einer Plasmaelektrode und dem Substrat erzeugt wird, wodurch sich eine wenigstens teilweise chemische Reaktion von Substrat und Prozessgas und/oder eine wenigstens teilweise Abscheidung von Prozessgaskomponenten zur Bildung der dielektrischen Schicht auf dem Substrat ergibt, wobei der Abstand zwischen der Plasmaelektrode und dem Substrat während der chemischen Reaktion und/oder der Abscheidung der Prozessgaskomponenten verändert wird. A method of forming a dielectric layer on a substrate, wherein a plasma of a process gas is generated between a plasma electrode and the substrate, thereby resulting in at least partial chemical reaction of substrate and process gas and / or at least partial deposition of process gas components for formation the dielectric layer on the substrate results, wherein the distance between the plasma electrode and the substrate during the chemical reaction and / or the deposition of the process gas components is changed.
2. Verfahren zum Ausbilden einer dielelektrischen Schicht mittels Oxidieren und/oder Nitridieren eines Substrats, bei dem ein Plasma aus einem Prozessgas durch wenigstens eine Plasmaelektrode benachbart zum Substrat erzeugt wird, wobei das Substrat potentialfrei ist, und nicht zwischen Elektroden der wenigstens einen Plasmaelektrode liegt, und wobei ein Wechselbeziehung zwischen dem Substrat und dem Plasma während der Ausbildung derart verändert wird, dass zu einem Zeitpunkt der Ausbildung der Schicht eine anodische Reaktion vorherrscht und zu einem anderen Zeitpunkt eine radikalische Reaktion. 2. A method of forming a dielectric layer by oxidizing and / or nitriding a substrate, wherein a plasma of a process gas is generated by at least one plasma electrode adjacent to the substrate, wherein the substrate is floating, and not between electrodes of the at least one plasma electrode, and wherein a correlation between the substrate and the plasma during the formation is changed such that anodic reaction predominates at a time of formation of the layer and at a later time a radical reaction.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Wechselbeziehung zwischen dem Substrat und dem Plasma über eine Abstandseinstellung zwischen Substrat und Plasmaelektrode verändert wird. 3. The method of claim 2, wherein the correlation between the substrate and the plasma is changed via a distance adjustment between the substrate and the plasma electrode.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Abstand zwischen Plasmaelektrode und Substrat in Abhängigkeit von der Dicke der bereits gewachsenen und/oder abgeschiedenen Schicht eingestellt wird und insbesondere mit zunehmender Schichtdicke verringert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 ,3 und 4, wobei wenigstens einer der nachfolgenden Prozessparameter in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Plasmaelektrode und Substrat variiert wird: 4. The method of claim 1 or 3, wherein the distance between the plasma electrode and the substrate in dependence on the thickness of the already grown and / or deposited layer is adjusted and in particular is reduced with increasing layer thickness. Method according to one of claims 1, 3 and 4, wherein at least one of the following process parameters is varied as a function of the distance between the plasma electrode and the substrate:
die der Plasmaelektrode zugeführte Energie;  the energy supplied to the plasma electrode;
der Druck und/oder die Zusammensetzung des Prozessgases;  the pressure and / or the composition of the process gas;
die Temperatur des Substrats, das über wenigstens eine vom Plasma unabhängige Wärmequelle auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird.  the temperature of the substrate being heated to a predetermined temperature via at least one heat source independent of the plasma.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei zwischen dem Substrat und dem Plasma ein Gitter aus elektrisch leitendem Material vorgesehen ist, und wobei die Wechselbeziehung zwischen dem Substrat und dem Plasma über eine elektrische Vorspannung des Gitters verändert wird. The method of claim 2, wherein a grid of electrically conductive material is provided between the substrate and the plasma, and wherein the correlation between the substrate and the plasma is varied via an electrical bias of the grid.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Si-Substrat ist. Method according to one of the preceding claims, wherein the substrate is a semiconductor substrate, in particular a Si substrate.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gewachsene und/oder abgeschiedene Schicht ein Oxid, Oxynitrid, ein Nitrid oder ein sonstiges Material mit einer hohen dielektrischen Konstanten von k > 3,9 ist. A method according to any one of the preceding claims wherein the grown and / or deposited layer is an oxide, oxynitride, nitride or other material having a high dielectric constant of k> 3.9.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plasma mit wenigstens einer stabförmigen Plasmaelektrode, deren Elektroden einen festen Abstand aufweisen, erzeugt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the plasma is generated with at least one rod-shaped plasma electrode whose electrodes have a fixed distance.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plasma mit Mikrowellen oder HF-Strahlung erzeugt wird. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plasma gepulst wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Method according to one of the preceding claims, wherein the plasma is generated with microwaves or RF radiation. 11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the plasma is pulsed. Method according to one of the preceding claims, wherein the
Wachstums- und/oder Abscheidungsrate der Schicht so gesteuert wird, dass der Schichtaufbau mit einer konstanten Rate von kleiner 0,5 nm/s, insbesondere kleiner 0, 1 nm/s und bevorzugt mit 0,01 bis 0,05 nm/s stattfindet. Growth and / or deposition rate of the layer is controlled so that the layer structure at a constant rate of less than 0.5 nm / s, in particular less than 0, 1 nm / s, and preferably takes place at 0.01 to 0.05 nm / s ,
Vorrichtung zum Ausbilden einer dielelektrischen Schicht auf einem Substrat, die folgendes aufweist: An apparatus for forming a dielectric layer on a substrate, comprising:
eine Prozesskammer mit wenigstens einem Prozessgaseinlass und wenigstens einem Substrathalter, der einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des Substrats definiert; a process chamber having at least one process gas inlet and at least one substrate holder defining a receiving area for receiving the substrate;
wenigstens eine Plasmaelektrode zum Erzeugen eines Plasmas in einem Haltebereich für das Substrat; und at least one plasma electrode for generating a plasma in a holding region for the substrate; and
Mittel zum Verändern eines Abstands zwischen der wenigstens einen Plasmaelektrode und dem Aufnahmebereich für das Substrat während der Ausbildung einer dielektrischen Schicht.  Means for varying a distance between the at least one plasma electrode and the receiving area for the substrate during the formation of a dielectric layer.
Vorrichtung zum Ausbilden einer dielelektrischen Schicht auf einem Substrats mittels Oxidieren und/oder Nitridieren des Substrats, die folgendes aufweist: An apparatus for forming a dielectric layer on a substrate by oxidizing and / or nitriding the substrate, comprising:
eine Prozesskammer mit wenigstens einem Prozessgaseinlass und wenigstens einem Substrathalter, der einen Aufnahmebereich zum Halten des Substrats in einem potentialfreien Zustand aufweist; und a process chamber having at least one process gas inlet and at least one substrate holder having a receiving area for holding the substrate in a floating state; and
wenigstens eine Plasmaelektrode, die zwei Elektroden zum Erzeugen eines Plasmas benachbart zu bzw. in einem Haltebereich für das Substrat aufweist, wobei der Haltebereich für das Substrat nicht zwischen den Elektroden liegt; at least one plasma electrode having two electrodes for generating a plasma adjacent to a holding region for the substrate, wherein the holding region for the substrate is not interposed between the electrodes;
und Mittel zum Verändern einer Wechselbeziehung zwischen einem Substrat und einem Plasma während einer Ausbildung der dielektrischen Schicht derart, dass zu einem Zeitpunkt der Ausbildung der Schicht eine anodische Reaktion vorherrscht und zu einem anderen Zeitpunkt eine radikalische Reaktion. and means for changing a correlation between a substrate and a plasma during formation of the dielectric layer such that at a time of formation of the layer Anodic reaction prevails and at another time a radical reaction.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Mittel zum Verändern der Wechselbeziehung eine Bewegungseinheit zum Bewegen des Substrathalters und/oder der wenigstens einen Plasmaelektrode aufweist, um einen Abstand dazwischen zu verändern. An apparatus according to claim 14, wherein said means for varying said correlation comprises a moving unit for moving said substrate holder and / or said at least one plasma electrode to change a distance therebetween.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Mittel zum Verändern der Wechselbeziehung ein Gitter aus elektrisch leitendem Material aufweisen, das zwischen der Plasmaelektrode und dem Substrathalter liegt, sowie eine Steuereinheit zum Einstellen einer elektrischen Vorspannung des Gitters. The apparatus of claim 14, wherein said means for varying said interaction comprises a grid of electrically conductive material interposed between said plasma electrode and said substrate holder, and a controller for adjusting an electrical bias of said grid.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der wenigstens eine Substrathalter wenigstens eine Fördereinheit zum Transport des Substrats entlang eines Transportpfades durch die Prozesskammer hindurch aufweist. Device according to one of claims 13 to 16, wherein the at least one substrate holder has at least one conveying unit for transporting the substrate along a transport path through the process chamber therethrough.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei eine Vielzahl von Plasmaelektroden vorgesehen ist, die wenigstens teilweise mit unterschiedlichen Abständen zum Transportpfad für das Substrat angeordnet sind. Apparatus according to claim 17, wherein a plurality of plasma electrodes are provided, which are arranged at least partially at different distances to the transport path for the substrate.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei wenigstens eine in Transportrichtung des Substrats vordere Plasmaelektrode einen größeren Abstand zum Transportpfad für das Substrat aufweist, als eine in Transportrichtung des Substrats dahinter liegende Plasmaelektrode. Device according to claim 18, wherein at least one plasma electrode disposed in the transport direction of the substrate has a greater distance to the transport path for the substrate than a plasma electrode lying behind it in the transport direction of the substrate.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei wenigstens eine Steuereinheit zum Steuern des Abstands zwischen der wenigstens einen Plasmaelektrode und dem Aufnahmebereich für das Substrat während der Ausbildung der dielektrischen Schicht und wenigstens eines weiteren der folgenden Prozessparameter vorgesehen ist: 20. Device according to one of claims 13 to 19, wherein at least one control unit for controlling the distance between the at least one plasma electrode and the receiving area for the substrate during the formation of the dielectric layer and at least one of the following process parameters is provided:
die der Plasmaelektrode zugeführte Energie;  the energy supplied to the plasma electrode;
der Druck und/oder die Zusammensetzung des Prozessgases;  the pressure and / or the composition of the process gas;
die Temperatur des Substrats, das über wenigstens eine vom Plasma unabhängige Heizeinheit auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird.  the temperature of the substrate being heated to a predetermined temperature via at least one plasma-independent heating unit.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei wenigstens eine Plasmaelektrode einen Mikrowellenapplikator und/oder wenigstens eine HF-Elektrode aufweist. 21. Device according to one of claims 13 to 20, wherein at least one plasma electrode comprises a Mikrowellenapplikator and / or at least one RF electrode.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21 , wobei wenigstens ein Gitter zwischen der wenigstens einen Plasmaelektrode und dem Aufnahmebereich für das Substrat vorgesehen ist, das geeignet ist einen Elektronenfluss zum Aufnahmebereich für das Substrat zu beeinflussen. 22. Device according to one of claims 13 to 21, wherein at least one grid is provided between the at least one plasma electrode and the receiving area for the substrate, which is suitable for influencing an electron flow to the receiving area for the substrate.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, die wenigstens eine Heizeinheit zum Erwärmen des Substrats innerhalb der Prozesskammer aufweist, wobei die wenigstens eine Heizeinheit so angeordnet ist, dass der Aufnahmebereich für das Substrat zwischen der wenigstens einen Plasmaelektrode und der wenigstens einen Heizeinheit liegt. 23. Device according to one of claims 13 to 22, comprising at least one heating unit for heating the substrate within the process chamber, wherein the at least one heating unit is arranged so that the receiving area for the substrate between the at least one plasma electrode and the at least one heating unit is located ,
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, die Mittel zum Verändern des Abstands zwischen dem Aufnahmebereich für das Substrat und der wenigstens einen Heizeinheit aufweist. 24. The apparatus of claim 23, comprising means for varying the distance between the receiving area for the substrate and the at least one heating unit.
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