NL8402636A

NL8402636A - Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting waarbij een halfgeleidersubstraat wordt onderworpen aan een behandeling in een reaktiegas.

Info

Publication number: NL8402636A
Application number: NL8402636A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-08-30
Filing date: 1984-08-30
Publication date: 1986-03-17
Also published as: EP0174673B1; DE3565128D1; JPS6167226A; CA1235234A; US4647338A; EP0174673A1

Description

i i * - * ΕΗΝ 11.135 1 N.V. Philips' Gloeilanpenfabrieken te Eindhoven.

Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting waarbij een halfgeleidersubstraat wordt onderworpen aan een behandeling in een reaktiegas.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting waarbij een halfgeleidersubstraat wordt onderworpen aan een oppervlaktebehandeling in een reaktorvat waardoorheen een stroom van een reaktiegas wordt geleid 5 en vervolgens weggepcmpt met behulp van een mechanische pomp en een tussen deze pomp en het reaktorvat geplaatste koelval, waarbij de stroom reaktiegas bestaat uit een stroom in de koelval condenseer baar gas en een stroom niet in de koelval condenseerbaar, inert gas.

Een dergelijke werkwijze is in het bijzonder geschikt 10 voor het vervaardigen van halfgeleiderinrichtingen waarbij , tijdens de vervaardiging, op een halfgeleidersubstraat vanuit een reaktiegas een laag materiaal moet worden gedeponeerd (Chemical Vapour Deposition) of van een halfgeleidersubstraat een laag plaatselijk moet worden weg-geëtst met behulp van een in een reaktiegas opgewekt plasma (Plasma 15 Etching of Reactive Ion Etching). Hierbij bevat de stroom in de koelval condenseerbaar gas vrijwel altijd een corrosief bestanddeel zoals chloor of een chloorverbinding. Omdat het condenseerbare gas in een koelval wordt opgevangen is bereikt, dat de achter de koelval geplaatste pomp niet door het corrosieve gas kan worden aangetast en dat in de 20 pomp aanwezige olie niet door het corrosieve gas kan worden verontreinigd. In deze olie opgencmen gas kan op ongelegen ogenblikken weer vrijkomen en dan de procesgang verstoren.

Bij een békend proces van de in de aanhef genoemde soort is in de stroom van het reaktiegas de stroom inert gas vele malen groter 25 dan de stroom in de koelval condenseerbaar gas. Op deze wijze is ervoor gezorgd, dat een verandering van de aan het reaktorvat toegevoerde stroom van het condenseerbare gas praktisch een evenredige verandering van de partiële druk van het condenseerbare gas in het reaktorvat inhoudt.

Een bezwaar van deze bekende werkwijze is het gebruik van 30 de relatief grote stroom inert gas. Hierdoor is het nodig cm een pomp met een relatief grote pcmpcapaciteit te gebruiken.

Met de uitvinding wordt onder meer beoogd een werkwijze te verschaffen, waarbij de partiële druk van het condenseerbare gas in het 8402636 ; % PHN 11.135 2 reaktorvat praktisch evenredig is met de grootte van de stroom van het condenseer bare gas, zonder dat de grootte van de stroom Van het inerte gas vele malen groter is dan die van het condenseerbare gas. De stroom van het inerte gas - en daarmede de pompcapaciteit - kan dan relatief 5 klein zijn.

De werkwijze van de in de aanhef genoemde soort heeft daartoe, volgens de uitvinding, als kenmerk, dat naar de mechanische pomp een afzonderlijke stroom van een inert gas wordt geleid die praktisch even groot is als de stroom in de koelval condenseer baar gas in de 10 stroom reaktiegas.

Uit metingen blijkt, dat in de praktijk een koelval tijdens bedrijf praktisch geen stromingsweerstand vertoont en dat alle condenseerbare gassen in de gasstrocm worden opgevangen in de koelval. Bovendien zal de hoeveelheid materie (gemeten in torr.1.) in de gasstroom naar 15 het reaktorvat toe praktisch dezelfde zijn als die in de gasstroom van het reaktorvat af.

Er wordt in het reaktorvat weliswaar een deel van het reaktiegas gebruikt voor het af zetten van een laag materiaal of voor het wegetsen van een laag materiaal, maar dit deel is zeer klein.

20 De partiële druk Pc van het condenseerbare gas en de partiële druk P^ van het inerte gas in het reaktorvat blijken door de maatregel volgens de uitvinding respectievelijk gelijk te zijn aan Q^ys^ en CX/S^ waarbij Q de grootte van de stroom in de koelval condenseer baar gas die naar het reaktorvat wordt geleid (gemeten in torr 1/s), ζλ de grootte 25 van de stroom inert gas die naar het reaktorvat wordt geleid (gemeten in torr 1/s), en S het debiet van de mechanische pomp (gemeten in 1/s) is.

P

Zowel de partiële druk Pc als de partiële druk P^ zijn bij een constant pcirpdebiet slechts afhankelijk van de grootte van de naar het reaktorvat geleide stroom van het betreffende gas. Door deze maatregel volgens 3Q de uitvinding wordt de partiële druk Pc niet beïnvloed door de grootte van de stroom inert gas en wordt de partiële druk P^ niet beïnvloed door de grootte van de stroom condens eerbaar gas. Aldus is een optimale procescontrole gerealiseerd.

Bijzonder effektief is de maatregel volgens de uitvinding als 35 de oppervlaktebehandeling een etsbehandeling inhoudt en als als conden-seerbaar gas een mengsel van CCl^ of BCl^ en Cl2 en als inert gas He of Ar in het reaktorvat wordt geleid. Bij voorkeur is de totaaldruk in het reaktorvat daarbij 0,1 è. 10 torr.

8402636 ( « PHN 11.135 3

De uitvinding wordt in het navolgende nader toegelicht aan de hand van een tekening met een enkele figuur, die schematisch een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding toont.

De figuur toont schematisch een inrichting voor het uitvoeren 5 van de werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting waarbij een halfgeleidersubstraat 1 wordt onderworpen aan een oppervlaktebehandeling in een reaktorvat 2, waardoorheen een, schematisch door pijl 3 aangeduide, stroom reaktiegas wordt geleid. In de getekende reaktor is het halfgeleidersubstraat 1 op een eerste elektrode 4 van een stelsel 10 elektroden 4,5 geplaatst. Door middel van leidingen 6 zijn de elektroden 4,5 verbonden met een generator 7 waarmee op de elektroden 4,5 een zodanig radiofrequent signaal kan warden gezet dat in de ruimte 8 tussen de elektroden 4,5 een plasma wordt opgewekt in het reaktiegas. Bestanddelen van dit plasma kunnen dan van het halfgeleidersubstraat 1 een laag 15 plaatselijk wegetsen. In een dergelijk reaktorvat kan in plaats van het genoemde wegetsen van een laag materiaal ook vanuit het reaktiegas een laag materiaal (¾) het halfgeleidersubstraat 1 worden gedeponeerd.

Dan wordt het halfgeleidersubstraat 1 verhit tot een temperatuur van bijvoorbeeld 400 a 1000° C.

20 De stroom reaktiegas 3 bestaat uit een door pijl 9 aangeduide stroom van een in een koelval condenseerbaar gas en een door een pijl 10 aangeduide stroom van een inert gas. Het reaktorvat 2 is daartoe door middel van een buizenstelsel 11 en strocmregelaars 12,13 (mass flow meters) met verder niet getekende bronnen voor dit condenseer bare gas c en inert 25 gas i verbonden.Het reaktiegas wordt vervolgens weggepompt met behulp van een mechanische pomp 14 en een tussen deze pomp 14 en het reaktorvat 2 geplaatste koelval 15 waarin bet condenseer bare gas wordt opgevangen.

De koelval 15 is daartoe met een leiding 16 met het reaktorvat 2 verbonden, de pomp 14 met een leiding 17 met de koelval 15.

30 De stroom condenseerbaar gas 9 bevat vrijwel altijd een cor rosief - eventueel in het plasma geactiveerd - bestanddeel zoals chloor of een chloorverbinding. Voor het etsen van een op het halfgeleidersubstraat 1 aanwezige laag aluminium bestaat het reaktiegas 3 bijvoorbeeld uit een stroom condenseerbaar gas van een mengsel van CCl^ of BCl^ en 35 Cl2 en een stroom inert gas van He of Ar. De totale druk in het reaktorvat 2 is daarbij 0,1 è. 10 torr.

Het condenseerbare gas in de met pijl 18 aangeduide gas-strocm die het reaktorvat 2 verlaat wordt in de koelval 15 opgevangen.

8402636 PHN 11.135 4 ff *c

Het blijkt dat in de met pijl 19 aangeduide gas stroom die de koelval 15 verlaat praktisch geen condenseerbaar gas kan worden waargenomen.

Met behulp van massaspectraneter was in de gasstroam 19 in het geval dat de gasstroom 9 Cl2 en CCl^ bevatte geen Cl-bevattende component 5 meer aan te tonen. Door toepassing van de koelval 15 is aldus voorkomen dat corrosieve gassen de mechanische pomp 14 bereiken.

Volgens de uitvinding wordt naar de mechanische pomp 14 een afzonderlijke,met pijl 20 aangeduide stroom van een inert gas geleid.

De pomp 14 is daartoe door een leiding 21 in een strocmregelaar 22 10 (mass flow meter) met een verder niet getekende bron voor inert gas X verbonden. De stroomregelaar 22 wordt volgens de uitvinding zo ingesteld, dat de stroom van extra inert gas 20 praktisch even groot is als de stroom van in de koelval condenseerbaar gas 9 die naar het reaktorvat 2 wordt geleid.

15 Het blijkt verder dat de koelval 15 tijdens bedrijf nagenoeg geen strcmingsweerstand vertoont; er treedt dan namelijk geen drukverval over de koelval 15 op. Bovendien zal de hoeveelheid materie (gemeten in torr.1.)- in de gasstroom 3 naar het reaktorvat 2 toe praktisch dezelfde zijn als die in de gasstroom 18 van het reaktorvat 2 af. Gebaseerd op 20 de hiervoor genoemde gegevens laat zich nu eenvoudig de partiële druk Pc van het condenseerbare gas en Pi van het inerte gas in het reaktorvat berekenen.

Voor de totale druk P^ achter het reaktorvat 2, maar voor de koelval 15 geldt: 25 F, =5=1¾ S1 waarbij Q de grootte van de stroom condenseerbaar gas 9 is (gemeten in c torr 1/s), de grootte van de stroom inert gas 10 is (gemeten in torr 30 1/s) en S.j het gasdebiet voor de koelval 15 is (gemeten in 1/s). Voor de totale druk P2 achter de koelval 15 geldt:

_ Q. + Q

Pr, - 11_~X

s

P

35 waarbij Q de grootte van de stroom extra inert gas 20 is (gemeten in Λ torr 1/s) en het debiet van de pomp 14.

Omdat P.j = P2, geldt dus ook: 8402636 ΡΗΝ Π.135 5

Q. + Q

c _ ~i_~c fa1

Q. + Q

De partiële druk P is nu: c 8 _ .¾ s* F *

S- S Q. + Q

1 p W1 *C

en de partiële druk P^ is: Q, Q. Q, + Qx 10 pi--- · - 1 p vi c

Volgens de maatregel volgens de uitvinding is ook 0χ = Qc , zodat dan

Qc Qi 15 Pc = — 01 P, = — ' 1 s.

P p * Het blijkt dus, dat bij de werkwijze volgens de uitvinding zowel de partiële druk Pc als de partiële druk bij een constant pcmpdebiet

S slechts afhankelijk van de grootte van de naar het reaktorvat geleide P

20 strocm van het betreffende gas is. Aldus is een optimale procescontrole gerealiseerd.

Het effekt van de maatregel volgens de uitvinding laat zich nog het best illustreren door de partiële drukken Pc en uit te rékenen voor het geval dat er geen extra stroom zo naar de pomp 14 wordt geleid, 25 dus als = 0, dan geldt: Q Q. Q 1 p _j£ e _ er ~ * n CS Q. + Q S 1+yc P 1 C P Q- i en 30 Q. Q- Q. 1 1 = s % “ΤΤξΓ

Qi

Hieruit blijkt duidelijk dat zonder de maatregel volgens de uitvinding 35 de druk P niet alleen door Q maar ook door Q. wordt beïnvloed en dat c ei de druk P. niet alleen door Q. maar ook door Q_ wordt beïnvloed. Dit maakt ï c het proces moeilijk stuurbaar. Bij een békend proces wordt Gh veel groter gekozen dan Q zodat dan, in elk geval bij benadering, weer geldt, dat: c 8402636

P

PHN 11.135 6

Qc Qi

p = en P = tA c S i S

P P

Nu moet echter de pomp 14 een extra grote capaciteit hebben. De druk g P zal dan echter niet zo groot kunnen zijn als bij de werkwijze volgens de uitvinding.

Hoewel, zoals reeds is opgemerkt, de werkwijze volgens de uitvinding voor vele processen geschikt is, houdt de oppervlaktebehandeling bij voorkeur een etsbehandeling in waarbij als condenseerbaar gas en 10 mengsel van CCl^ of BCl^ en Cl2 en als inert gas He of Ar in het reaktor-vat wordt geleid. De totaaldruk is daarbij hij voorkeur 0,1 a 10 torr.

In deze gevallen wordt een zeer goede procesbeheersing bereikt door de maatregel volgens de uitvinding. In het bijzonder als de koelval met vloeibare stikstof wordt gekoeld en als als inert gas dat naar 15 de pomp wordt geleid He, Ar of N2 of een mengsel daarvan wordt gebruikt.

Opgemerkt wordt tenslotte nog, dat door middel van de hoeveelheid inert gas die naar de mechanische pomp 14 wordt geleid de partiële drukken Pc en P. in het reaktorvat 2 gevarieerd kunnen worden bij vaste gasstromen Q. en Q . Dit gebeurt dan in dezelfde mate.

x c 20 25 30 35 8402636

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting waarbij een halfgeleidersubstraat wordt onderworpen aan een oppervlaktebehandeling in een reaktorvat waardoorheen een s troon van een reaktiegas wordt geleid en vervolgens weggeponpt met behulp van een mechanische 5 pctrp en een tussen deze ponp en het reaktorvat geplaatste koelval, waarbij de stroon reaktiegas bestaat uit een stroom in de koelval ccndenseerbaar gas en een stroom niet in de koelval condenseerbaar, inert gas, met het kenmerk, dat naar de mechanische poep een afzonderlijke stroom van een inert gas wordt geleid die praktisch even groot is als de 10 stroom in de koelval condenseerbaar gas in de stroom reaktiegas.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de koelval wordt gekoeld met vloeibare stikstof.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het inerte gas dat naar de mechanische pemp geleid wordt bestaat uit Helium, 15 argon of Stikstof of een mengsel daarvan.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3,met het kenmerk, dat de oppervlaktebehandeling een etsbehandeling inhoudt en dat als condenseerbaar gas een mengsel van CC14 of BCl^ en Cl2 en als inert gas Helium of Argon in het reaktorvat wordt geleid.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk,dat de totale druk in het reaktorvat 0,1 a 10 torr bedraagt. 25 B 30 35 8402636 l 1 f PHN 11.135 8 Uittreksel: Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting waarbij een halfgeleidersubstraat wordt onderworpen aan een behandeling in een reaktiegas. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting waarbij een halfgeleidersubstraat (1) wordt onderworpen aan een oppervlaktebehandeling in een reaktorvat (2) waardoorheen een stroom (3) van een reaktiegas wordt geleid en vervolgens weggepampt met behulp van een 5 mechanische pomp (14) en een tussen deze pomp (14) en het reaktorvat (2) geplaatste koelval (15), De stroom reaktiegas (3) bestaat uit een stroom (Q ) van in de koelval (15) condenseer baar gas en een s troon v (Q^) van een inert gas. Volgens de uitvinding wordt een afzonderlijke stroom (Q ) van een inert gas naar de mechanische pomp (14) geleid.

10 Deze stroom (Q ) is praktisch even groot als de stroom condenseer baar gas (Qc). Aldus is een werkwijze verkregen, waarbij de partiële druk van het inerte gas (Pi) en die van het condenseerbare gas (Pc) in het reaktorvat (2) optimaal en afzonderlijk regelbaar zijn. 15 20 25 8402636 30