WO2003031680A1 - Verfahren zur herstellung von bauelementen und ultrahochvakuum-cvd-reaktor - Google Patents

Verfahren zur herstellung von bauelementen und ultrahochvakuum-cvd-reaktor Download PDF

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WO2003031680A1
WO2003031680A1 PCT/CH2002/000467 CH0200467W WO03031680A1 WO 2003031680 A1 WO2003031680 A1 WO 2003031680A1 CH 0200467 W CH0200467 W CH 0200467W WO 03031680 A1 WO03031680 A1 WO 03031680A1
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WO
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cvd
vacuum
recipient
uhv
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PCT/CH2002/000467
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English (en)
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Hans Martin Buschbeck
Philipp Bartholet
Siegfried Wiltsche
Jürgen RAMM
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Unaxis Balzers Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4586—Elements in the interior of the support, e.g. electrodes, heating or cooling devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor

Definitions

  • the present invention relates to the field of the production of semiconductor components or intermediates therefor, or, more generally, of components whose production is subject to the same high demands, in particular with regard to process purity as in the production of semiconductor components.
  • a “component” is understood to mean a ready-to-use structure which is commercially commercially available.
  • such components can be semiconductor chips.
  • a “component” e.g. After treatment, an afer ultimately leads to the provision of one or more components: e.g. one or more chips are made available as a component (s) from a treated wafer as a component.
  • the components mentioned are in particular also optoelectric, optical or micromechanical components or their intermediates.
  • PVD processes Physical Vapor Deposition
  • CVD processes Chemical Vapor Deposition
  • the present invention is based on problems that have arisen in the layer deposition of the aforementioned type by means of CVD processes.
  • the known CVD layer deposition processes can be done according to the residual gas partial pressure (UHV) and the process pressure
  • APCVD LPCVD
  • LPCVD LPCVD differentiate which is created before or while a gas to be reacted - the process gas - is fed to the process.
  • the following can be distinguished:
  • Residual gas partial pressure is at most 10 ⁇ 8 mbar and the process gas pressure is typically in the range 10 "1 to 10 ⁇ 5 mbar.
  • US Pat. No. 5,181,964 discloses a UHV-CVD method in which disk-shaped components as a batch, each positioned vertically and aligned horizontally with respect to one another within the batch, into a UHV-CVD Reactor are introduced and coated there - a horizontal "stack".
  • UHV-CVD reactors reference can further be made to US Pat. No. 5,607,511, and for known UHV-CVD processes to US Pat. No. 5,298,452 and US Pat. No. 5,906,680.
  • BS Meyerson IBM J. Res. Develop ., Vol. 34, No. 6, November 1990.
  • the individual component handling in the LPCVD process enables automatic handling in vacuum to and from the CVD treatment process or LPCVD reactor, from or to upstream or downstream further treatment processes or stations.
  • the component batch being produced is transported in a clean room ambient atmosphere to the UHV-CVD reactor or transported away from it, by one or to an upstream or downstream treatment process.
  • the present invention sets itself the task of proposing methods for the production of components or their intermediate products, which remedy the above-mentioned disadvantage to a significant extent while ensuring the above-mentioned ones to be provided for the production of semiconductor components
  • this is achieved from a first aspect by a method for producing components or their intermediate products, in which the component being manufactured is a component (a) is subjected to a treatment process and next
  • Vacuum process is and from this the components in vacuum are fed to the CVD process.
  • the present invention is based on one of the competing methods mentioned, namely the UHV-CVD
  • Treatment process as well as the CVD process and are also transported in this horizontal orientation from the treatment process to the CVD process.
  • the surface to be subsequently coated with CVD is cleaned of contaminants and naturally grown oxides by using a cleaning process that may include several treatment steps, which is usually concluded with a treatment of the components in dilute hydrofluoric acid, the so-called RF Dipping.
  • the components are introduced into the CVD process space as quickly as possible, so that the surface of the component to be coated is not contaminated again during transport through the clean room atmosphere.
  • the components now remain between a cleaning process upstream of the CVD process and the CVD process in vacuum.
  • the transport of the components to the CVD process is finally carried out in vacuum in the latter aspect, it is no longer imperative that the treatment process which takes place immediately before the CVD process itself is the cleaning process, provided that the vacuum is not left , the cleaning process and the UHV-CVD process can, for example an intermediate storage process or a temperature control process can be interposed.
  • Wafers for semiconductor component production already have dimensions of 200 mm x 200 mm or a diameter of 200 mm, which makes batch transport extremely expensive.
  • the components are subjected to two or more treatment operations, of which the CVD process under ultra-high vacuum conditions is one, and it the components are successively transported in vacuum from one operation to another, along at least piece-wise linear and / or circular section-shaped transport tracks.
  • the CVD process is now integrated under ultra-high vacuum conditions as a process station in a multi-process manufacturing process, in an actual cluster process.
  • the components are usually freely programmable in a central transport chamber under vacuum or in predetermined sequences of one
  • Process station transported to others and treated there.
  • the operations performed there can be, for example, in addition to the UHV-CVD process mentioned, infeed and outfeed operations, cleaning operations, further coating operations, etching operations,
  • Implantation operations conditioning operations, for example to achieve predetermined temperatures, temporary storage operations.
  • At least one of the UHV-CVD processes used according to the invention is or are connected upstream and / or downstream of plasma-assisted, reactive treatment processes of the components.
  • these plasma-assisted reactive treatment processes are each operated by means of a low-energy plasma discharge, with ion energy E on the surface of the component (s) being treated 0 eV ⁇ E ⁇ 15 eV.
  • these can preferably be both plasma-assisted CVD processes, but in particular plasma-assisted reactive cleaning processes, in combination with the low-energy plasma-assisted reactive processes used in accordance with the CVD processes used according to the invention.
  • This preferred combination has the notable advantage that the low-energy plasma processes upstream of the UHV process are optimally matched to the surface conditions for the UHV CVD process with regard to their surface effect.
  • the UHV-CVD process is one or more low-energy plasma-assisted cleaning processes, in particular in a hydrogen and / or nitrogen process atmosphere, directly or with intermediate processes, such as Conditioning processes, upstream, their known, passivating effect is used for the most reliable cleaning of the affected surfaces up to the UHV-CVD process.
  • such a low-energy plasma-supported reactive cleaning process is connected upstream of the CVD process.
  • a gas flow is maintained in the reaction space, preferably a gas with hydrogen, during the loading and / or unloading of the reaction space with components to be treated there in the CVD process. This ensures that when this reactor space is opened to load and / or unload it, it is not contaminated.
  • a homogeneous coating temperature distribution during the coating process is essential.
  • this is achieved in that outside of the UHV reactor, that is to say in a clean room normal atmosphere, segmented heating elements can be provided distributed along the outer wall of the reactor.
  • the temperature uniformity in the reaction space can be optimized by the number of heating elements and their individual heat output adjustment.
  • the mean temperature and the temperature distribution in a reaction space in which the CVD process is carried out are measured and controlled, preferably measured and regulated.
  • the mean temperature and temperature distribution on the components treated in the CVD process itself are measured and controlled, preferably measured and regulated, during the CVD process.
  • reactor rooms of previously known UHV-CVD reactors are heated by means of heating elements which are arranged along the outer wall.
  • the temperature in a reaction space, in which the CVD process is carried out is set by means of heating elements arranged in a vacuum within a vacuum recipient surrounding the reaction space.
  • a reaction space for the The CVD process is first evacuated to an ultra-high vacuum of at least 10 -8 mbar, then by introducing a process gas or a process gas mixture into the reaction space, the total pressure is increased up to the process pressure, the reaction space being enclosed by a vacuum with a total pressure in the range of the process pressure, preferably deeper.
  • reaction space need not be vacuum-tight with respect to the surrounding vacuum, and, if already present, a remaining gas diffusion, which hardly influences the conditions in the reaction space, takes place from the latter into the surrounding vacuum.
  • reaction space and the vacuum surrounding it are preferably each pumped differently.
  • the reaction space and the vacuum surrounding it are provided in a recipient lying on the outside in the ambient atmosphere, and the reaction space for unloading and / or loading with components communicates via the vacuum surrounding the reaction space with a loading / unloading opening of the recipient.
  • Equilibrium supplied with inlet of a gas into the reaction space, preferably with hydrogen and / or with a process gas or process gas mixture.
  • a gas and its thermal conductivity can accelerate the thermal equilibrium of the components.
  • a method for producing components or their intermediates of the aforementioned type is proposed, in which several of the components are subjected to a common CVD process under ultra-high vacuum conditions at the same time, and in which the components are heated by means of heating elements , in which the heating elements mentioned are thermally operatively connected to the components by vacuum.
  • the components are held on a carrier during the CVD process, and heating elements, preferably assigned to the individual components, are provided on the carrier.
  • Heating elements and the components optimally directly can be used as actuators for the average temperature or the temperature distribution on the components in the context of a temperature mean value and, preferably, also temperature distribution control, depending on the components.
  • the temperature adjusters, ie heating elements are thermally closely coupled to the respective components, in each case a plurality of heating elements, the temperature distribution should also be regulated. It is therefore proposed in a further preferred embodiment of the method according to the invention under the third aspect of the present invention that the components are held on a carrier during the CVD process and, preferably assigned to the components, thermal sensors are provided on the carrier.
  • the solutions according to the invention are used in combination under the first, second and third aspect.
  • a vacuum treatment plant with an ultra-high vacuum CVD reactor is proposed in the first aspect, in which a carrier for several components to be treated simultaneously in the reactor is provided, the reactor having at least one loading / unloading opening, and where the mentioned Opening communicated with a vacuum transport chamber for the components.
  • an ultra-high vacuum CVD reactor is further proposed with a support for a plurality of disk-shaped components to be treated simultaneously in the reactor, in which the support is designed to accommodate disk-shaped components in a horizontal position and vertically stacked.
  • ultra-high vacuum CVD reactors result from the following description of examples and are also specified in particular in claims 23 to 45.
  • very particularly preferred embodiments relate to the use of the CVD process for the deposition of single atom layers or layer systems, so-called atomic layer deposition, and / or for the coating of surfaces with deep profiles, e.g. B. trench or hole-shaped structures with a width-depth ratio of 1: 5 or less (1:10, 1:20, ..), so-called deep trenches and / or for the storage of epitaxial or heteroepitaxial layers.
  • FIG. 2 shows, in a representation analogous to that of FIG. 1, a UHV-CVD reactor according to the invention working according to a method according to the invention under the second aspect of the present invention
  • FIGS. 1 and 2 a preferred embodiment of a vacuum treatment plant operating according to a method according to the invention with a UHV-CVD reactor according to the invention according to FIG. 2;
  • Embodiment of a UHV-CVD reactor according to the invention for use in carrying out a method according to the invention
  • FIG. 5 schematically, in simplified form, a partial section from an UHV-CVD reactor according to the invention, as shown in FIG. 4, with an arrangement of heating elements and a control circuit for temperature variables within the reactor reaction space;
  • FIG. 6 shows, schematically, in simplified form, a section of a UHV-CVD reactor according to the invention used component carrier with temperature tap and temperature setting directly at the components themselves, and
  • FIG. 7 schematically, in supervision, a vacuum treatment plant according to the invention, working according to a process according to the invention, designed as a cluster plant and preferably equipped with at least one UHV-CVD reactor according to the invention.
  • a UHV-CVD reactor 1 schematically shows a vacuum treatment plant according to the invention, in particular for carrying out the production method according to the present invention and according to its first aspect.
  • a UHV-CVD reactor 1 has a carrier 3 for a batch of several components to be treated.
  • the reaction chamber R in the reactor 1 is pumped out to ultra-high vacuum conditions, preferably to a pressure of at most 10 8 mbar, by means of a vacuum pump arrangement 5.
  • a process gas is introduced into the reactor 1 by a gas tank arrangement 7 or process gas mixture G admitted, and it will, to activate the
  • Process gas or process gas mixture G in particular the components 4 deposited on the carrier 3, are heated to the necessary reaction temperatures by means of a schematically illustrated heating arrangement 9.
  • the UHV-CVD reactor 1 has a loading / unloading opening 11 which can usually be closed or opened by means of a valve.
  • the opening 11 connects the Reaction space R of the UHV-CVD reactor 1 with a vacuum transport chamber 13 which, as schematized with the vacuum pump arrangement 15, is kept at a vacuum during operation.
  • a transport arrangement schematized with the double arrow T transports components, in particular to or from the reactor 1.
  • at least one further treatment chamber 17 is coupled to the transport chamber 13, which can be: a lock chamber, a further vacuum transport chamber, a Coating chamber, a
  • Cleaning chamber an etching chamber, a heating chamber, an intermediate storage chamber, an implantation chamber.
  • the batch carrier 3 of the UHV-CVD reactor 1 is loaded and / or unloaded via a vacuum transport chamber 13, and that under aspect 1 of the manufacturing method according to the invention, components immediately before they are transferred to the CVD -Process under ultra-high vacuum conditions in reactor 1 are already in a vacuum.
  • FIG. 2 shows the production method according to the invention and a corresponding UHV-CVD reactor under the second aspect of the invention in a representation analogous to that of FIG. 1, that is to say in a highly simplified and schematic manner.
  • an inventive ultra-high vacuum CVD reactor 1b as shown schematically with the vacuum pump arrangement 5, pumped to ultra-high vacuum conditions in accordance with a residual gas partial pressure P R of preferably at most 10 "8 mbar, are components 21, held as a batch at the same time on a batch carrier 3a, CVD 1, process gas or process gas mixture G is fed to the reactor 1b from a gas tank arrangement 7 and the components 21 are heated to the desired process temperature by means of a heating arrangement 9.
  • the disk-shaped components 21 are positioned as a batch, as shown in FIG. 2, horizontally and stacked vertically one above the other on the batch carrier 3a during the UHV-CVD process.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of a vacuum treatment system according to the invention or of a production method according to the invention, which realizes aspects 1 and 2 of the invention in combination.
  • the UHV-CVD reactor 1b is designed as illustrated and explained with reference to FIG. 2. It is via a vacuum transport chamber 13a loaded with individual, segmentally occurring, disc-shaped components 21, which are stacked on the batch carrier 3a in the manner described. This prevents cumbersome and complex handling of the entire component batches in the transport chamber 13a.
  • the components 21 are preferably also positioned horizontally, treated and then individually fed via transport chamber 13a to the UHV-CVD reactor, where they are aligned horizontally on the carrier 3a, vertically one above the other stacked at the same time.
  • transport chamber 13a the components 21 are preferably also positioned horizontally, treated and then individually fed via transport chamber 13a to the UHV-CVD reactor, where they are aligned horizontally on the carrier 3a, vertically one above the other stacked at the same time.
  • FIG. 4 shows, in a partially longitudinal section, a preferred embodiment of a UHV-CVD reactor according to the invention, as is preferably used to carry out the production processes according to the invention or as part of a vacuum treatment plant according to the invention.
  • the UHV-CVD reactor per se according to the invention comprises a reactor recipient 41, preferably made of stainless steel. This is intensively cooled, for which purpose its wall 41a is thermally closely coupled, at least in sections, to cooling elements. Preferably, and as shown in FIG. 4, the wall 41a is double-walled at least in sections, with a cooling intermediate space 43. A cooling medium line system is integrated therein (not shown).
  • the wall 41a according to FIG. 4 is shown as a one-piece design and is cylindrical, it can be made in several parts and possibly also in a shape that deviates from the cylindrical shape.
  • the reactor interior I is sealed at the top and bottom with likewise intensively cooled flanges 45 Q and 45 u in a vacuum-tight manner.
  • a cooling medium line system is shown at 47 0 or 47 u for cooling the flanges 45 ou .
  • a reaction recipient 48 encloses the actual reaction space R for the UHV-CVD process. At least the inner surface of the wall 48a of the reaction recipient 48 is made of a material which, with reference to the im
  • Reaction space R process gases used during the UHV-CVD process is inert.
  • the reaction space R within the reaction recipient 48 is pumped out to ultra-high vacuum conditions via a pump connection 49.
  • the remaining reactor interior I is in turn pumped out via a pump connection 51 to a pressure which essentially corresponds to the process pressure within the reaction space R.
  • the reaction chamber R is therefore pumped to a residual gas partial pressure of preferably at most 10 8 mbar or - during the process - to the process pressure of 10- 1 mbar to 10-5 mbar with the pump connection 49
  • the remaining interior space I is pumped down to a residual gas pressure who in also essentially corresponds to the total pressure in the reaction space R during the UHV-CVD process, ie after the process gases have been admitted, that is to a pressure of 10 "1 mbar to 10 " 5 mbar, depending on the process pressure.
  • both pump connections 51 and 49 are operated by the same pump arrangement 53.
  • the respective pumping action is measured by correspondingly dimensioning the pump cross sections of the pump connections 49 and 51, which among other things. is also realized with the aid of a valve 55, preferably a butterfly valve.
  • reaction space R need not be absolutely vacuum-tight with respect to the remaining part of the reactor interior I.
  • this separation is so dense that, during operation of the process, there is hardly any gas diffusion from the reaction space R into the remaining part of the reactor interior I.
  • the total pressure in the remaining part of the reactor interior I can preferably be selected to be somewhat lower than the total pressure in the reaction space R during the CVD process.
  • a component carrier 57 is mounted inside the reaction space R, which in the preferred embodiment shown in FIG. 4 is designed, for example, as a wafer, disc-shaped components positioned horizontally and stacked vertically one under the other.
  • the carrier 57 is driven in a vertically controlled manner and can be moved up and down.
  • a loading / unloading opening both through the wall 48a of the reaction recipient 48 and through that of the reactor recipient 41 must allow mutual access from the outside of the reactor to the reaction space R.
  • the reaction recipient 48 is divided into an upper part 48 0 and 48 u .
  • the carrier 57 is anchored to the upper part 48 0 . With the aid of a lifting mechanism 59, the upper part 48 0 of the reaction recipient 48 is raised, so that also the carrier 57.
  • Slit valve 61 closable loading / unloading opening 63 is provided, with a plane of symmetry E that is at least approximately aligned with the dividing lines 65 formed in the closed state of the recipient 48, between the upper 48 0 and lower 48 u part of the reaction recipient 48.
  • This reactor is loaded and unloaded as follows:
  • the upper part 48 0 of the reaction recipient 48 is raised with the lifting mechanism 59 and thus also the carrier 57.
  • Controlled stepping drives position component receptacles 56 to be unloaded or loaded on the carrier 57 at the height of the loading / unloading opening 63.
  • this opening 63 as indicated by the disk-shaped component 65 in FIG. 4, the carrier 57 or its receptacles 56 can be loaded or unloaded sequentially by a transport mechanism flanged onto the opening 63.
  • the upper part 48 0 is lowered with the carrier 57 and the reaction recipient 48 is thus closed.
  • two of the openings 63 may be provided for separate loading and unloading.
  • the reaction space R is kept at the necessary process temperature.
  • a heating arrangement 67 is mounted in the remaining space I, which surrounds the reaction recipient 48, that is to say in a vacuum.
  • the heating arrangement 67 is preferably designed as a multi-zone jet heater.
  • a heat diffuser 69 is provided, for example made of graphite. Instead of providing a diffuser 69 as a single component, the diffuser function with the wall 48a of the
  • Reaction recipients 48 are combined by coating the inside and / or outside with diffuser material, preferably with graphite. Possibly. can even the wall of the recipient 48 act as a diffuser, in that it is made of a diffuser material, such as preferably graphite, internally coated, for example, with Si or SiC, a material which is inert to the heated process gases in order to limit the reaction space R directly.
  • diffuser material preferably with graphite.
  • a thermal insulator 71 for example consisting of a porous graphite material, is preferably further installed between the heating arrangement 67 and the inner surface of the wall 41a, as shown in FIG. 4.
  • reaction recipient 48 If the reaction recipient 48 is closed, the actual process for layer deposition on the components 56 held on the carrier 57 can be started.
  • a process gas or process gas mixture G is fed from a gas tank arrangement 52 to the reaction space R via a gas inlet system 73.
  • the desired defined layer deposition takes place at a specifically set component temperature and preferably - temperature distribution, depending on the type of process gas let in and the time during which the components are exposed to the respective gas.
  • a heating arrangement 67 is arranged. As shown schematically in FIG. 5, but not in FIG. 4 for reasons of clarity, a plurality of radiant heaters 67a, b, c... Are arranged along the wall 48a of the reaction recipient 48. A plurality of thermal sensors 75a, 75b etc. are preferably mounted within the reaction space R.
  • the output signals of the thermocouples are preferably digitized and fed to a computing unit 77, on the one hand and as indicated in the block of the unit 77, the temperature distribution ⁇ (x, y) in the reaction space R is determined from the output signals of the thermocouples 75a, b, c ... and also the level of mean temperature 3.
  • the computing unit 77 is further inputted by a default unit 68, shown schematically in FIG. 5, to a target temperature distribution W at a predetermined or predeterminable level ⁇ , which is compared in the computing unit 77 with the actual distribution.
  • the computing unit 77 is output on the output side of the computing unit 77, to which the digitally operating controller unit 79 is preferably also integrated, for each of the heating elements 67a, b ... provided, so that there are differences in time and value Position of these heating elements 67a, b ... acting as actuators, the temperature distribution ⁇ (x, y) im
  • Reaction space R and its temperature level 9 are regulated to the predetermined target distribution and the predetermined target level.
  • thermocouples 75a, b, c which are preferably arranged on the wall 48a of the reaction recipient 48 in the reaction space R according to FIG preferably also provided directly at the point of interest, namely in the area of the component or wafer surfaces, in particular thermal sensors, but preferably also heating elements.
  • FIG. 6 several component or wafer receptacles 77a, 77b are mounted on the carrier 57 according to FIG. 4, which is shown enlarged, schematically and in sections.
  • the disc-shaped components 21 to be treated are placed, for example, on upstanding supports 79 on these receptacles 77a, b, ...
  • a plurality of heating elements 81a, b are preferably each distributed, which are therefore thermally closely coupled to the surface of the component.
  • Thermal sensors 83 are also installed, also directly distributed in the area of the components 21 placed thereon.
  • the temperature distribution on each component 21 is determined for itself, on the other hand, with the preferably provided multiple heating elements 81a, b, c ... this temperature distribution and its
  • Absolute level can be intervened and / or via the multi-zone jet heater of the heating arrangement 67 of FIG. 4.
  • the measurement signal lines and control signal lines from or to the thermal sensors 83 or heating elements 81 are (not shown) e.g. through the vertical arm 57a of the bracket 57.
  • a UHV- carried out in a reactor as described with reference to FIG. CVD process can be described.
  • the preferred growth of p-doped SiGe layers, for example for hetero-bipolar transistors, is described specifically, the process sequence also being readily available for depositing other layers.
  • the reaction space R is heated to the necessary process temperature T P , for depositing the mentioned SiGe layers at 550 ° C.
  • a purge gas preferably hydrogen
  • the loading opening 63 is opened by opening the valve 61 against a vacuum transport chamber 13a ,
  • the preferred purge gas preferably hydrogen
  • the components While maintaining the purging gas flow, the components, in particular wafers according to FIG. 4, are loaded into the carrier 57, the latter (together with part 48 0 ) being lifted up step by step with the drive device 59 in order to in each case have a free receptacle 77 according to FIG. 6 in alignment with the loading opening 63 and the loading robot.
  • the loading opening 63 is closed with the valve 61 and likewise the reaction space R by lowering the part 48 ⁇ and simultaneous lowering of the carrier 57 into the treatment position, which is shown in FIG. 4.
  • the heat conduction gas is not a process gas
  • its flow is stopped and the process gas or process gas mixture G is now let into the closed reaction space R via the inlet arrangement 73 by the gas tank arrangement 52.
  • a first layer is deposited on the component surface or wafer surface.
  • silane is used as the process gas.
  • the purge gas flow is switched on again, preferably a hydrogen flow, and access is provided for one in the vacuum transport chamber according to FIG. 13a by opening valve 61 and lifting part 48 0 Transport robot cleared. Again, the carrier 57 is raised or lowered step by step in order to align the treated wafers for access to the loading / unloading opening 63.
  • an undoped SiGe layer is deposited by adding German and helium to the silane flow, preferably to about 5% of the silane flow.
  • Such multi-process station systems can be linear, in the sense that the component transport between the individual process stations is at least largely linear.
  • the process stations provided are preferably at least in part arranged circularly around a vacuum transport chamber to form a circular system or a circular system part.
  • Such systems, on which several process stations are operated in vacuum by linear and / or circular transport routes, are commonly referred to as so-called “cluster tool systems”.
  • FIG. 7 schematically shows a cluster tool system according to the invention, based on the principle explained with reference to FIG. 3 and configured, for example, as a circular system.
  • the system comprises a cassette loading module 93 on the normal atmosphere side, known as a so-called FOUP, front opening unified pod module.
  • This cassette loading module 93 is designed to hold at least one wafer or component cassette 93a, in the case of the treatment of wafers, for example, with a capacity of 25 vertically stacked, horizontally lying wafers.
  • Individual wafers are transported from the wafer cassette 93a into a first lock chamber 97 via a wafer handler 95 which continues to operate in a normal atmosphere.
  • a cleaning module 99 This is done by a vacuum transport chamber 101 and the wafer handler 101a working therein in vacuum.
  • the cleaning module 99 either high-temperature cleaning takes place in a hydrogen atmosphere, or another gas phase cleaning or, and preferably, cleaning to be described, using deep-energy plasmas.
  • a storage chamber 103 and a second cleaning module 99 a are preferably also provided. This allows the lock chamber 97 in both wafer cleaning modules 99 and 99 a in parallel, are thus at the same time, cleaned and then they are formed by the vacuum acting in the handler 101, in the memory cartridge
  • Storage chamber 103 filed. This until the number of wafers that can be accommodated by the carrier in an intended UHV-CVD reactor 105 is cleaned in storage chambers 103 for the UHV-CVD process.
  • Both chambers 97 and 103 with cassette receptacles are preferably designed as lock chambers.
  • the individual wafers are transported in a very short time by means of the handler 101a operating in a vacuum into the carrier 57 of the UHV-CVD reactor which is preferably designed as explained with reference to FIG. 4 105th
  • the wafers are transported back from the carrier 57 of the UHV-CVD reactor 105 back into one of the two lock chambers 97 and 103, ie in their cassette and then further from the corresponding lock chamber 97 and 103 into the Cassette of the cassette loading module 93.
  • the wafers can be transported, cleaned and finally treated in a batch configuration with UHV-CVD, which are larger than 200 x 200 mm, or one
  • a typical handling sequence is then described with a view to the circular cluster tool system according to FIG. 7.
  • Diameters 0 of at least 300 mm or an extension of 300 x 300 mm are loaded into the atmosphere-side cassette module 93 according to FIG. 7, for example 25 pieces.
  • the wafer handler 95 is then used to transport wafers individually from the cassette module 93 into the cassette of one of the lock chambers 97 and 103, respectively.
  • the cleaned 25 wafers in the cassette of the lock chamber 103 are loaded into the UHV-CVD reactor 105 by means of the handler 101a.
  • the cleaned 25 wafers are loaded from the intermediate storage 103 into the carrier 57 for the wafer batch in the UHV-CVD reactor 105, typically within 5 minutes.
  • the coating process in the UHV-CVD reactor is now started, with a typical process time for p-doped SiGe layer systems of approximately 2-3 hours.
  • a new cassette with unprocessed wafers is inserted into the cassette loading module 93, and so on these wafers are cleaned in the manner described above on the cleaning modules 99 and 99a and temporarily stored in one of the lock chamber cassettes.
  • the processed wafers are individually unloaded from the carrier 57 by means of the wafer handler 101a and placed in the free lock chamber cassette 97 or 103. From there, the handler 95a working on the atmosphere is used for the return transport to a free cassette in the cassette loading module 93.
  • two or more of the UHV-CVD processes described can be used in combination in a cluster system and correspondingly different configurations of further process modules.
  • DC plasmas are preferably used, preferably low-voltage plasmas, e.g. generated by thermionic cathodes, which develop ion energies E on the surfaces to be coated or cleaned, for which the following applies:
  • Hydrogen and / or nitrogen, or gas with a proportion of at least one of the gases mentioned is particularly preferably used as the reactive gas for the low-energy plasma-assisted cleaning processes mentioned.
  • the cleaning processes upstream of the UHV-CVD processes and the corresponding process stations for low-energy plasma-supported reactive cleaning processes are implemented with particular preference and with a view to the system according to FIG. 7.
  • the vacuum treatment system according to the invention or the UHV-CVD reactor according to the invention in particular Components are produced by depositing atomic layer layers (Atomic Layer Deposition) or by depositing epitaxial layers or by coating deeply profiled surfaces, such as surfaces with so-called deep trenches.
  • atomic layer layers Atomic Layer Deposition
  • epitaxial layers or by coating deeply profiled surfaces, such as surfaces with so-called deep trenches.

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Abstract

Um Bauteile kommerziell CVD zu behandeln, unter Einhalt von Ultrahochvakuum-Restgasbedingungen, werden die Bauteile einem CVD-Reaktor (1), welcher den erwähnten Bedingungen genügt, als Batch aus einer Vakuumtransport-kammer (13) zugeführt, welche den erwähnten UHV-CVD-Reaktor (1) mit einer vorgelagerten Behandlungskammer (17) verbindet. Bei der Behandlungskammer (17) kann es sich um eine Schleusenkammer, eine weitere Vakuumtransportkammer, eine Beschichtungskammer, eine Reinigungskammer, eine Ätzkammer, eine Heizkammer, eine Zwischenspeicherkammer oder eine Implantationskammer handeln.

Description

Verfahren zur Herstellung von Bauelementen und Ultrahoch- vakuum-CVD-Reaktor
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauelementen oder Zwischenprodukten hierfür oder, allgemeiner, von Bauelementen, an deren Herstellung die gleich hohen Anforderungen gestellt werden, insbesondere was Prozessreinheit anbelangt, wie bei der Halbleiterbauelement-Hersteilung.
Unter einem "Bauelement" wird hier und im weiteren ein gebrauchsfertiges, für sich kommerziell handelbares Gebilde verstanden. Z.B. können solche Bauelemente Halbleiter-Chips sein.
Bei der Herstellung werden "Bauteile" behandelt, die letztendlich zu den erwähnten "Bauelementen" führen. Ein "Bauteil", z.B. ein afer, führt, nach seiner Behandlung, schliesslich zur Bereitstellung eines oder mehrerer Bauelemente: z.B. wird aus einem behandelten Wafer als Bauteil ein oder mehrere Chips als Bauelement (e) bereitgestellt.
Die angesprochenen Bauelemente sind insbesondere auch optoelektrische, optische oder mikromechanische Bauelemente bzw. deren Zwischenprodukte.
Für die Abscheidung dünner Schichten im Rahmen der erwähnten Herstellungsverfahren konkurrenzieren sich PVD- Verfahren (Physical Vapor Deposition) und CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) . Die vorliegende Erfindung geht dabei von Problemen aus, die sich bei der Schichtabscheidung obgenannter Art mittels CVD-Verfahren ergeben haben.
Die bekannten CVD-Schichtabscheidungsverfahren lassen sich nach dem Restgaspartialdruck (UHV) und dem Prozessdruck
(APCVD, LPCVD) unterscheiden, welcher erstellt wird, bevor bzw. während ein zu reagierendes Gas - das Prozessgas - dem Prozess zugeführt wird. Es lassen sich dabei unterscheiden:
• APCVD (Atmospheric Pressure CVD) , bei welchem der Prozessgasdruck PP im wesentlichen Atmosphärendruck entspricht .
• LPCVD (Low Pressure CVD) , bei welchem der Prozessgasdruck PP im Bereich 0.1 mbar bis 100 mbar eingestellt wird.
• UHV-CVD (Ultra-high Vacuum CVD) , bei welchem der
Restgaspartialdruck höchstens 10~8 mbar beträgt und der Prozessgasdruck typisch im Bereich 10"1 bis 10~5 mbar liegt .
Für die Herstellung von Bauelementen/Zwischenprodukten mit auch bei der Halbleiterfertigung genügender Qualität konkurrenzieren sich in bestimmten Bereichen, besonders bei der SiGe-Technologie, UHV-CVD- und LPCVD-Verfahren.
Beispielsweise aus der US 5 181 964 ist ein UHV-CVD- Verfahren bekannt, bei welchem scheibenförmige Bauteile als Batch, je vertikal positioniert und horizontal innerhalb des Batch aufeinander ausgerichtet, in einen UHV-CVD- Reaktor eingeführt werden und dort beschichtet werden - ein horizontaler "Stapel". Bezüglich UHV-CVD-Reaktoren kann weiter auf die US 5 607 511 verwiesen werden, bezüglich bekannter UHV-CVD-Prozesse auf die US 5 298 452 sowie die US 5 906 680. Im weiteren wird auf B.S. Meyerson, IBM J. Res. Develop., Vol. 34, No. 6, November 1990, verwiesen.
Im weiteren kann, bezüglich Batch-Behandlung von Bauteilen auf folgende Dokumente der Anmelderin verwiesen werden:
• US-A-6 177 129 • US-A-5 515 986
• US-A-5 693 238.
Es sei an dieser Stelle darauf verwiesen, dass wenn im Zuge vorliegender Anmeldung von CVD-Prozessen gesprochen wird, Prozesse angesprochen sind, die nicht plasmaunterstützt sind, es sei denn, es werde auf die Plasmaunterstützung hingewiesen.
Während im Rahmen von UHV-CVD-Vefahren, beispielsweise mittels in der US 5 181 964 beschriebener Reaktoren, Batch- Verfahren bekannt sind, d.h. Verfahren, bei denen mehrere Bauteile gleichzeitig dem CVD-Prozess unterzogen werden, wird bei LPCVD-Verfahren üblicherweise jeweils nur ein einzelnes Bauteil gleichzeitig dem CVD-Verfahren unterworfen. Da beide Verfahren aufgrund der notwendigen tiefen Prozesstemperaturen (schonende Bauteilbehandlung) nur relativ kleine Beschichtungsraten gestatten, ist ein
System, das jeweils nur einzelne Bauteile gleichzeitig CVD- behandelt, bezüglich Durchsatz verglichen mit einem UHV- CVD-Verfahren nachteilig, das eine Batch-CVD-Behandlung möglich macht. Anderseits ermöglicht aber die Einzelbauteilhandhabung beim LPCVD-Verfahren ein automatisches Handling in Vakuum zum und vom CVD- Behandlungsprozess bzw. LPCVD-Reaktor, von bzw. zu vor- bzw. nachgeordneten weiteren Behandlungsprozessen bzw. - Stationen .
Bei den UHV-CVD-Prozessen wird der sich in Herstellung befindliche Bauteil-Batch in Reinraumumgebungsatmosphäre zum UHV-CVD-Reaktor transportiert bzw. von diesem wegtransportiert, von einem bzw. zu einem vor- bzw. nachgeordneten Behandlungsprozess .
Bezüglich industrieller Fertigung, worin der Durchsatz, selbstverständlich bei eingehaltener Qualitätsanforderung, eine ausschlaggebende Grosse ist, sind mithin beide erwähnten, sich konkurrenzierenden Verfahren nicht optimal.
Die vorliegende Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, Verfahren zur Herstellung von Bauelementen oder von deren Zwischenprodukten vorzuschlagen, welche den erwähnten Nachteil in massgeblichem Umfang beheben unter Sicherstellung der erwähnten, für die Herstellung von Halbleiterbauelementen zu stellenden
Qualitätsanforderungen, insbesondere, was Prozessreinheit anbelangt .
Erfindungsgemäss wird dies unter einem ersten Aspekt durch ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen oder von deren Zwischenprodukten erreicht, bei dem das in Herstellung begriffene Bauelement als Bauteil (a) einem Behandlungsprozess unterworfen wird und als nächstes
(b) mehrere Bauteile gleichzeitig einem CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen unterzogen werden, und
bei dem der erwähnte Behandlungsprozess ebenfalls ein
Vakuumprozess ist und von diesem die Bauteile in Vakuum dem CVD-Prozess zugeführt werden.
Bei der Lösung der gestellten Aufgabe geht mithin die vorliegende Erfindung von dem einen der erwähnten sich konkurrenzierenden Verfahren aus, nämlich vom UHV-CVD-
Verfahren, bei dem Bauteile als Batch dem CVD-Prozess unter UHV-Bedingungen unterzogen werden. Es wird nun aber ein dem CVD-Prozess vorgeschalteter Behandlungsprozess für die Bauteile ebenfalls als Vakuumprozess realisiert, und es werden von diesem die Bauteile, weiterhin in Vakuum, dem CVD-Prozess zugeführt.
Damit werden die Vorteile der UHV-CVD-Prozesse beibehalten - mit Batch-Behandlung - und es werden die lediglich von LPCVD bekannten, dort aufgrund der Einzelbauteilbehandlung auch leicht realisierbaren Vorteile übernommen, nämlich sowohl einen dem angesprochenen Beschichtungsprozess vorgelagerten Behandlungsprozess als Vakuumprozess auszubilden und zudem den Transport vom genannten vorgelagerten Behandlungsprozess zum Schichtabscheidungsprozess ebenfalls in Vakuum durchzuführen. Es entfällt nun insbesondere die bei bekannten UHV-CVD-Verfahren vorgelagerte kritische Phase des Bauteil-Transportes in Reinraumumgebungsatmosphäre, deren Reinheitsgrad auch bei Beachtung schärfster Vorschriften kaum in erwünschtem Masse beherrschbar ist.
Die eingangs genannte Aufgabe wird aber auch, unter einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, durch ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen oder deren
Zwischenprodukten gelöst, bei welchem mehrere der Bauteile gleichzeitig einem gemeinsamen CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen unterzogen werden, wobei nun die Bauteile scheibenförmig sind, indem diese in horizontaler Ausrichtung dem CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen unterzogen werden.
Auch unter diesem zweiten Aspekt wird also davon ausgegangen, dass von den beiden sich konkurrenzierenden Verfahren oben erwähnter Art sich das UHV-CVD-Verfahren anbietet, um die genannte Aufgabe zu lösen. Weiter wird erkannt, dass grundsätzlich bei den bekannten UHV-CVD- Verfahren mit Bauteil-Batch-Behandlung die übliche, vertikale Ausrichtung der scheibenförmigen Bauteile im Batch (siehe US 5 181 964) betreffs vor- und/oder nachgelagerter Handhabung der Bauteile nachteilig ist und im Sinne der gestellten Aufgabe einer automatisierten Bauelementenherstellung höchst hinderlich ist.
Damit wird die eingangs erwähnte Aufgabe bereits auch schon dadurch gelöst, dass bei der UHV-CVD-Batch-Behandlung von Bauteilen, sofern diese scheibenförmig sind, diese horizontal ausgerichtet dem erwähnten CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen unterzogen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dieses mit dem Vorgehen nach dem zweiten Aspekt kombiniert. Mithin wird ein Verfahren bevorzugterweise vorgeschlagen, bei welchem einerseits der vorgelagerte Behandlungsprozess ein Vakuumprozess ist und von diesem die Bauteile in Vakuum dem CVD-Prozess unter UHV-Bedingungen zugeführt werden, bei welchem aber zusätzlich die nun scheibenförmig ausgebildeten Bauteile horizontal ausgerichtet sowohl dem erwähnten
Behandlungsprozess, wie auch dem CVD-Prozess unterzogen werden und auch in dieser horizontalen Ausrichtung vom Behandlungsprozess in den CVD-Prozess transportiert werden.
Bei der Herstellung von Bauelementen der erläuterten Art ist es üblich, ja notwendig, dem CVD-Schichtabscheide- prozess einen Reinigungsprozess der Bauteile unmittelbar vorzulagern. Bei den bekannten UHV-CVD-Verfahren wird die nachmals CVD zu beschichtende Oberfläche von Kontaminationen und natürlich gewachsenen Oxiden dadurch gereinigt, dass ein ggf. mehrere Behandlungsschritte umfassendes Reinigungsverfahren eingesetzt wird, welches üblicherweise mit einer Behandlung der Bauteile in verdünnter Flusssäure abgeschlossen wird, dem sogenannten HF-Dipping. Nach diesem abschliessenden Schritt des Reinigungsverfahrens werden die Bauteile innert möglichst kurzer Zeit in den CVD-Prozessraum eingeschleust, damit es während des Transportes durch die Reinraumatmosphäre zu keiner erneuten Verunreinigung der zu beschichtenden Bauteil-Oberfläche kommt. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren verbleiben nun die Bauteile zwischen einem dem CVD-Prozess vorgelagerten Reinigungsprozess und dem CVD-Prozess in Vakuum.
Weil nun aber gemäss vorliegender Erfindung unter dem letzterwähnten Aspekt der Transport der Bauteile schlussendlich hin zum CVD-Prozess in Vakuum erfolgt, ist es nicht mehr zwingend, dass der unmittelbar vor dem CVD- Prozess erfolgende Behandlungsprozess selber der Reinigungsprozess ist, sofern Vakuum nicht verlassen wird, kann dem Reinigungsprozess und dem UHV-CVD-Prozess durchaus z.B. ein Zwischenspeicherungs-Prozess oder ein Temperierungsprozess zwischengeschaltet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren unter beiden Aspekten wird vorgeschlagen, dass die Bauteile, sofern scheibenförmig, einerseits horizontal positioniert, anderseits vertikal übereinander gestapelt gleichzeitig dem CVD-Prozess unterzogen werden. Damit ergibt sich ein Batch scheibenförmiger, horizontal positionierter, übereinander gestapelter Bauteile.
Obwohl es durchaus möglich ist, die Bauteile bereits als Batch einem dem CVD-Prozess vorgelagerten Behandlungsprozess zu unterwerfen, aber insbesondere sie bereits als Batch zum CVD-Prozess zu transportieren, wird überaus bevorzugt vorgeschlagen, die Bauteile durch Einzeltransport für den CVD-Prozess zu stapeln und vorzugsweise auch durch Einzeltransport zu entstapeln. Damit wird der Vorteil erwirkt, dass bei der entsprechenden Transporthandhabung der Bauteile weiterhin Einzeltransport eingesetzt werden und trotzdem die Batchbehandlung bei der Schichtabscheidung voll ausgenützt werden kann.
Dies ist insbesondere deshalb höchst vorteilhaft, weil
Wafers für die Halbleiterbauelement-Fertigung bereits heute Ausdehnungen von 200 mm x 200 mm bzw. einen Durchmesser von 200 mm haben, womit ein Batch-Transport höchst aufwendig ist .
Mit den erfindungsgemässen Verfahren in den bis anhin und noch zu erläuternden Ausführungsformen, ebenso wie mit dem vorgeschlagenen erfindungsgemässen CVD-Reaktor bzw. der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Vakuumbehandlungsanlage mit einem solchen, wird es aber gar möglich, scheibenförmige Bauteile, wie insbesondere Wafers, mit einer Ausdehnung von mehr als 200 mm x 200 mm automatisiert zu verarbeiten bzw. mit entsprechenden Durchmessern, ja gar Bauteile mit einer Grosse von mindestens 300 mm x 300 mm bzw. mit einem Durchmesser von mindestens 300 mm. Je grösser die betroffenen Bauteile sind, desto vorteilhafter wird aber die Realisation des Bauteil-Transportes im Einzelbetrieb gegenüber einem Batch-Transport. Es sind mit diesem bevorzugterweise vorgeschlagenen Vorgehen Erhöhungen der Wafergrösse praktisch keine Grenzen gesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren werden die Bauteile zwei oder mehr Behandlungsoperationen unterworfen, worunter der CVD- Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen eine ist, und es werden die Bauteile in Vakuum sukzessive von einer Operation zur andern transportiert, entlang mindestens stückweise linearer und/oder kreisabschnittförmiger Transportbahnen.
Damit wird nun der CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum- Bedingungen als eine Prozessstation in ein Mehrprozess- Herstellungsverfahren integriert, in einen eigentlichen Cluster-Prozess. Die Bauteile werden dabei üblicherweise in einer zentralen Transportkammer unter Vakuum frei programmierbar oder in vorgegebenen Abfolgen von einer
Prozessstation zu anderen transportiert und dort behandelt. Die daran durchgeführten Operationen können beispielsweise sein, nebst dem erwähnten UHV-CVD-Prozess, Ein- und Ausschleussoperationen, Reinigungsoperationen, weitere Beschichtungsoperationen, Ätzoperationen,
Implantationsoperationen, Konditionierungsoperationen, beispielsweise zum Erzielen vorgegebener Temperaturen, Zwischenspeicherungs-Operation .
In einer weiteren, höchst bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren wird bzw. werden mindestens einem der erfindungsgemäss eingesetzten UHV-CVD-Prozesse plasmaunterstütze, reaktive Behandlungsprozesse der Bauteile vor- und/oder nachgeschaltet. Dabei werden in höchst vorteilhafter Ausführungsform diese plasmaunterstützten reaktiven Behandlungsprozesse mittels jeweils einer niederenergetischen Plasmaentladung betrieben, mit Ionenenergie E an der Oberfläche des oder der jeweils behandelten Bauteile von 0 eV < E < 15 eV .
Dabei können diese bevorzugt in Kombination mit den erfindungsgemäss eingesetzten CVD-Prozessen eingesetzten Niederenergieplasma-unterstützten, reaktiven Prozesse sowohl plasmaunterstützte CVD-Prozesse, aber insbesondere plasmaunterstützte reaktive Reinigungsprozesse sein. Diese bevorzugte Kombination hat den namhaften Vorteil, dass die dem UHV-Prozess vorgelagerten Niederenergieplasma-Prozesse, mit Bezug auf ihre Oberflächenwirkung, optimal auf die Oberflächenbedingungen für den UHV-CVD-Prozess abgestimmt sind.
Wird, wie besonders bevorzugt, dem UHV-CVD-Prozess ein oder mehrere Niederenergieplasmen-unterstützte Reinigungsprozesse, insbesondere in einer Wasserstoff- und/oder Stickstoffprozessatmosphäre, unmittelbar oder mit zwischengeschalteten weiteren Prozessen, wie z.B. Konditionierungsprozessen, vorgeschaltet, so wird deren bekannte, passivierende Wirkung für die höchst gesicherte Reinhaltung der betroffenen Oberflächen bis zum UHV-CVD- Prozess ausgenützt.
Bezüglich dieser angesprochenen Reinigungsprozesse sei auf die Anmeldungen der Anmelderin verwiesen:
• WO 97/39472
• WO 00/48779
sowie die US-Anmeldung: • 09/792 055 .
So wie diese Reinigungsverfahren gar erlauben, gereinigte Oberflächen an Luft zu lagern, bevor sie gebondet werden, erlauben sie vorliegendenfalls eine optimale UHV-CVD- Beschichtung, obwohl die Oberflächen vor den UHV- Bedingungen lediglich "Low-Pressure"-Vakuumbedingungen ausgesetzt sind.
In besonders bevorzugter Ausführungsform wird unmittelbar dem CVD-Prozess vorgelagert ein solcher Niederenergieplasma-unterstützter reaktiver Reinigungsprozess vorgeschaltet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird während des Beiadens und/oder des Entladens des Reaktionsraumes mit dort CVD- Prozess zu behandelnden Bauteilen, im Reaktionsraum ein Gasfluss unterhalten, bevorzugterweise eines Gases mit Wasserstoff. Dadurch wird sichergestellt, dass beim zum Beladen und/oder Entladen des Reaktorraumes notwendigen Öffnen dieses Raumes dieser nicht kontaminiert wird.
Für das CVD-Aufwachsen von Schichten im Rahmen der
Herstellung von Halbleiter-Bauelementen bzw., wie eingangs erwähnt, von Bauelementen mit gleichen
Qualitätsanforderungen wie Halbleiter-Bauelemente, kommt einer homogenen Beschichtungstemperaturverteilung während des Beschichtungsprozesses eine wesentliche Bedeutung zu. Bei bekannten CVD-Verfahren unter Ultrahochvakuum- Bedingungen wird dies dadurch erreicht, dass ausserhalb des UHV-Reaktors, also an Reinraum-Normalatmosphäre, segmentierte Heizelemente verteilt entlang der Reaktoraussenwand vorgesehen werden. Durch die Anzahl der Heizelemente und deren individuelle Heizleistungsabstimmung kann die Temperaturuniformität im Reaktionsraum optimiert werden.
Deshalb wird auch in bevorzugter Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren die mittlere Temperatur und die Temperaturverteilung in einem Reaktionsraum, worin der CVD-Prozess ausgeführt wird, gemessen und gesteuert, vorzugsweise gemessen und geregelt.
Dabei ist es aber primär von Bedeutung, diese Grossen, nämlich mittlere Temperatur und Temperaturverteilung an den im CVD-Prozess behandelten Bauteilen selbst, zu beherrschen. Deshalb wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die mittlere Temperatur und vorzugsweise auch die Temperaturverteilung an den Bauteilen selber während des CVD-Prozesses gemessen und gesteuert, vorzugsweise gemessen und geregelt wird.
Wie erwähnt wurde, werden Reaktorräume vorbekannter UHV- CVD-Reaktoren mittels Heizelementen beheizt, welche entlang der Aussenwandung angeordnet sind. In einer weitaus bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren wird die Temperatur in einem Reaktionsraum, worin der CVD-Prozess durchgeführt wird, mittels innerhalb eines den Reaktionsraum umschliessenden Vakuumrezipienten, in Vakuum angeordneter Heizelemente gestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren wird ein Reaktionsraum für den CVD-Prozess erst auf Ultrahochvakuum von mindestens 10-8 mbar evakuiert, dann wird durch Einlassen eines Prozessgases oder eines Prozessgasgemisches in den Reaktionsraum darin der Totaldruck bis zum Prozessdruck erhöht, wobei der Reaktionsraum von einem Vakuum umschlossen ist mit einem Totaldruck im Bereiche des Prozessdruckes, vorzugsweise tiefer.
Dadurch wird erreicht, dass der Reaktionsraum gegenüber dem umschliessenden Vakuum nicht vakuumdicht zu sein braucht, und, wenn schon vorhanden, eine verbleibende Gasdiffusion, die Verhältnisse im Reaktionsraum kaum beeinflussend, aus letzterem in das umgebende Vakuum erfolgt.
Bevorzugterweise werden dabei Reaktionsraum und das diesen umgebende Vakuum je unterschiedlich gepumpt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren sind der Reaktionsraum und das diesen umgebende Vakuum in einem aussen an Umgebungsatmosphäre liegenden Rezipienten vorgesehen, und es kommuniziert der Reaktionsraum zum Entladen und/oder Beladen mit Bauteilen über das den Reaktionsraum umgebende Vakuum mit einer Belade-/Entladeöffnung des Rezipienten.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren werden, nachdem Bauteile in einen Reaktionsraum für den CVD-Prozess eingeführt sind und nach dessen Schliessen, die Bauteile ihrem thermischen
Gleichgewicht zugeführt, unter Einlass eines Gases in den Reaktionsraum, vorzugsweise mit Wasserstoff und/oder mit einem Prozessgas oder Prozessgasgemisch. Durch Einlassen eines Gases und entsprechend seiner thermischen Leitfähigkeit kann das Erreichen des thermischen Gleichgewichtszustandes der Bauteile beschleunigt werden.
Im Rahmen der eingangs gestellten, der vorliegenden
Erfindung unter all ihren Aspekten zugrundegelegten Aufgabe ist es auch wesentlich, dass einmal in den Reaktionsraum des CVD-Prozesses eingeführte Bauteile möglichst rasch und ungestört ihr thermisches Gleichgewicht einnehmen. Das Erfüllen auch dieser Forderung trägt für sich nicht unmassgeblich zur Erhöhung des Durchsatzes eines solchen Prozesses bei. Deshalb wird unter einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen oder von deren Zwischenprodukten obgenannter Art vorgeschlagen, bei dem mehrere der Bauteile gleichzeitig einem gemeinsamen CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen unterzogen werden, und bei dem die Bauteile mittels Heizelementen beheizt werden, bei dem nun die erwähnten Heizelemente durch Vakuum mit den Bauteilen in thermischer Wirkverbindung stehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden dabei die Bauteile, während des CVD-Prozesses, an einem Träger gehaltert, und es sind Heizelemente, vorzugsweise je den einzelnen Bauteilen zugeordnet, am Träger vorgesehen.
Damit erfolgt der thermische Eingriff zwischen den
Heizelementen und den Bauteilen optimal direkt, und diese Heizelemente können als Stellglieder für die mittlere Temperatur bzw. die Temperaturverteilung an den Bauteilen im Rahmen einer Temperatur-Mittelwert- und, bevorzugterweise, auch Temperaturverteilungs-Regelung, je für die Bauteile, eingesetzt werden. Insbesondere für das geregelte Stellen der mittleren Temperatur an den jeweiligen Bauteilen und/oder der Temperaturverteilung entlang dieser Bauteile ist es höchst vorteilhaft, die jeweiligen Ist-Werte, Ist-Temperatur bzw. Ist-Temperaturverteilung, möglichst unmittelbar an den jeweiligen Bauteilen abzugreifen. Dies insbesondere dann, wenn auch die Temperatursteller, d.h. Heizelemente, mit den jeweiligen Bauteilen thermisch eng gekoppelt sind, jeweils mehrere Heizelemente, soll auch die Temperaturverteilung geregelt werden. Deshalb wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens unter dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die Bauteile während des CVD-Prozesses an einem Träger gehaltert werden und, vorzugsweise den Bauteilen je zugeordnet, am Träger Thermofühler vorgesehen werden.
In höchst bevorzugter Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahren werden die erfindungsgemässen Lösungen unter dem ersten, zweiten und dritten Aspekt kombiniert eingesetzt.
Zur Lösung der oben erwähnten Aufgabe wird im weiteren unter dem ersten Aspekt eine Vakuumbehandlungsanlage mit einem Ultrahochvakuum-CVD-Reaktor vorgeschlagen, worin ein Träger für mehrere gleichzeitig im Reaktor zu behandelnde Bauteile vorhanden ist, wobei der Reaktor mindestens eine Belade-/Entladeöffnung hat, und bei dem die erwähnte Öffnung mit einer Vakuumtransportkammer für die Bauteile kommuniziert .
Unter dem oben erwähnten zweiten Aspekt wird weiter ein Ultrahochvakuum-CVD-Reaktor vorgeschlagen mit einem Träger für mehrere gleichzeitig im Reaktor zu behandelnde scheibenförmige Bauteile, bei welchem der Träger für die Aufnahme scheibenförmiger Bauteile in horizontaler Position und vertikal gestapelt ausgebildet ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vakuumbehandlungsanlage sowie des erfindungsgemässen
Ultrahochvakuum-CVD-Reaktors ergeben sich für den Fachmann aus der nun folgenden Beschreibung von Beispielen und sind insbesondere auch in den Ansprüchen 23 bis 45 spezifiziert.
Bezüglich der erfindungsgemässen Herstellungsverfahren beziehen sich ganz besonders bevorzugte Ausführungsformen auf den Einsatz des CVD-Prozesses für die Ablage von Einzelatomschichten oder Schichtsystemen, sogenannte Atomic Layer Deposition, und/oder für die Beschichtung von Oberflächen mit tiefen Profilierungen, z. B. graben- oder lochförmige Strukturen mit einem Breiten-Tiefen-Verhältnis von 1:5 oder geringer (1:10, 1:20,..), sogenannten Deep Trenches und/oder für die Ablage von epitaktischen oder heteroepitaktischen Schichten.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Diese zeigen: Fig. 1 schematisch und vereinfacht, das Prinzip einer nach einem erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden, erfindungsgemässen Vakuumbehandlungsanlage unter dem ersten Aspekt der Erfindung;
Fig. 2 in einer Darstellung analog zu derjenigen von Fig. 1, ein nach einem erfindungsgemässen Verfahren arbeitender, erfindungsgemässer UHV-CVD-Reaktor unter dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 in einer Darstellung analog zu denjenigen der
Figuren 1 bzw. 2, eine bevorzugte Ausführungsform einer nach einem erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden Vakuumbehandlungsanlage mit einem erfindungsgemässen UHV-CVD-Reaktor gemäss Fig. 2;
Fig. 4 in Längsschnittdarstellung, eine bevorzugte
Ausführungsform eines erfindungsgemässen UHV-CVD- Reaktors, für den Einsatz zur Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 5 schematisch, vereinfacht, einen Teilausschnitt aus einem erfindungsgemässen UHV-CVD-Reaktor, wie in Fig. 4 dargestellt, mit Anordnung von Heizelementen und einem Regelkreis für Temperaturgrössen innerhalb des Reaktorreaktionsraumes;
Fig. 6 schematisch, vereinfacht, einen Ausschnitt eines an einem erfindungsgemässen UHV-CVD-Reaktor eingesetzten Bauelementen-Trägers mit Temperaturabgriff und Temperaturstellung unmittelbar bei den Bauteilen selbst, und
Fig. 7 schematisch, in Aufsicht, eine erfindungsgemässe Vakuumbehandlungsanlage, arbeitend nach einem erfindungsgemässen Verfahren, als Cluster-Anlage ausgebildet und vorzugsweise mit mindestens einem erfindungsgemässen UHV-CVD-Reaktor bestückt.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Vakuumbehandlungsanlage, insbesondere zur Durchführung des Herstellungsverfahrens gemäss vorliegender Erfindung und nach ihrem ersten Aspekt, schematisch dargestellt. Ein UHV- CVD-Reaktor 1 hat einen Träger 3 für einen Batch von mehreren zu behandelnden Bauteilen. Mittels einer Vakuumpumpenanordnung 5 wird der Reaktionsraum R im Reaktor 1 auf Ultrahochvakuum-Bedingungen, vorzugsweise auf einen Druck von höchstens 10"8 mbar, abgepumpt. Wie für einen CVD-Prozess notwendig, wird in den Reaktor 1, von einer Gastankanordnung 7, ein Prozessgas oder Prozessgasgemisch G eingelassen, und es werden, zur Aktivierung des
Prozessgases bzw. Prozessgasgemisches G insbesondere die am Träger 3 abgelegten Bauteile 4 mittels einer schematisch dargestellten Heizanordnung 9 auf die notwendigen Reaktionstemperaturen aufgeheizt .
Der UHV-CVD-Reaktor 1 hat eine üblicherweise mittels eines Ventils schliessbare bzw. offenbare Belade-/Entladeöffnung 11. Erfindungsgemäss unter dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verbindet die Öffnung 11 den Reaktionsraum R des UHV-CVD-Reaktors 1 mit einer Vakuumtransportkammer 13, welche, wie mit der Vakuumpumpenanordnung 15 schematisiert, im Betrieb auf Vakuum gehalten wird. Darin transportiert eine mit dem Doppelpfeil T schematisierte Transportanordnung Bauteile insbesondere zum bzw. vom Reaktor 1. Im weiteren ist mindestens eine weitere Behandlungskammer 17 an der Transportkammer 13 angekoppelt, bei welcher es sich handeln kann: Um eine Schleusenkammer, eine weitere Vakuum- Transportkammer, eine Beschichtungskammer, eine
Reinigungskammer, eine Ätzkammer, eine Heizkammer, eine Zwischenspeicherkammer, eine Implantationskammer.
Wesentlich unter dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass der Batch-Träger 3 des UHV-CVD-Reaktors 1 über eine Vakuumtransportkammer 13 beladen und/oder entladen wird, und dass unter dem Aspekt 1 des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens Bauteile unmittelbar, bevor sie dem CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen im Reaktor 1 zugeführt werden, bereits in Vakuum sind.
In weitaus bevorzugter Weise handelt es sich bei einer weiteren Kammer 17, die dem Reaktor 1 bezüglich Transport T direkt vorgeschaltet ist, um eine Vakuumkammer, wie mit Pumpanordnung 19 in Fig. 1 dargestellt, insbesondere um eine praktisch "in Situ" eingesetzte Reinigungskammer. Ohne Vakuum-Unterbrechung werden Bauteile von Kammer 17 in den Reaktor transportiert, T. Dort werden sie als Batch am Träger 3 alle gleichzeitig behandelt. In Fig. 2 ist in einer Darstellung analog zu derjenigen von Fig. 1, also höchst vereinfacht und schematisiert, das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren und ein entsprechender UHV-CVD-Reaktor unter dem zweiten Aspekt der Erfindung dargestellt.
In einem erfindungsgemässen Ultrahochvakuum-CVD-Reaktor 1b, wie mit der Vakuumpumpenanordnung 5 schematisiert, auf Ultrahochvakuum-Bedingungen entsprechend einem Restgaspartialdruck PR von vorzugsweise höchstens 10"8 mbar abgepumpt, werden Bauteile 21 als Batch gleichzeitig, an einem Batchträger 3a gehaltert, CVD-behandelt . Die Bauteile 21 sind scheibenförmig. Es wird, wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert wurde, Prozessgas oder Prozessgasgemisch G von einer Gastankanordnung 7 dem Reaktor lb zugeführt und die Bauteile 21 mittels einer Heizanordnung 9 auf erwünschte Prozesstemperatur geheizt.
Erfindungsgemäss werden die scheibenförmigen Bauteile 21 als Batch, wie in Fig. 2 dargestellt, horizontal positioniert und vertikal untereinander gestapelt am Batch- Träger 3a während des UHV-CVD-Prozesses gehaltert.
In Fig. 3 ist, wiederum in einer Darstellung analog zu denjenigen der Fig. 1 bzw. 2, eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vakuumbehandlungsanlage bzw. eines erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens dargestellt, die Aspekte 1 und 2 der Erfindung kombiniert verwirklichend. Der UHV-CVD-Reaktor lb ist ausgebildet wie er anhand von Fig. 2 dargestellt und erläutert wurde. Er wird via eine Vakuumtransportkammer 13a mit einzelnen, seguentiell anfallenden, scheibenförmigen Bauteilen 21 beschickt, welche am Batch-Träger 3a in erläuterter Art und Weise gestapelt werden. Dadurch wird ein schwerfälliges und komplexes Handling der ganzen Bauteil-Batches in der Transportkammer 13a vermieden.
In der einen oder den mehreren Behandlungskammern 17a - wie erwähnt gestrichelt dargestellt - werden die Bauteile 21, vorzugsweise ebenfalls horizontal positioniert, behandelt und darnach via Transportkammer 13a einzeln dem UHV-CVD- Reaktor zugeführt, wo sie am Träger 3a, horizontal ausgerichtet, vertikal übereinander gestapelt gleichzeitig behandelt werden. Dabei ist es aber durchaus möglich, in einzelnen oder allen Behandlungskammer 17a mehrere Bauteile als Batch zu stapeln, sie aber einzeln dem Reaktor lb und/oder einer Kammer 17a zuzuführen.
In Fig. 4 ist in teilweise längsgeschnittener Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen UHV-CVD-Reaktors dargestellt, wie er bevorzugterweise zur Ausführung der erfindungsgemässen Herstellungsverfahren bzw. als Teil einer erfindungsgemässen Vakuumbehandlungsanlage eingesetzt wird.
Der an sich erfindungsgemässe UHV-CVD-Reaktor umfasst einen Reaktor-Rezipienten 41, bevorzugterweise aus rostfreiem Stahl. Dieser wird intensiv gekühlt, wozu seine Wandung 41a mindestens abschnittsweise mit Kühlorganen thermisch eng gekoppelt ist. Bevorzugterweise und wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Wandung 41a mindestens abschnittsweise doppelwandig ausgeführt, mit einem Kühlungszwischenraum 43. Darin ist (nicht dargestellt) ein Kühlmedium-Leitungssystem integriert .
Obwohl die Wandung 41a gemäss Fig. 4 als einteilig ausgebildet dargestellt ist und zylinderförmig ist, kann sie mehrteilig und ggf. auch in einer von Zylinderform abweichenden Form realisiert sein. Der Reaktorinnenraum I ist oben und unten mit ebenfalls intensiv gekühlten Flanschen 45Q und 45u vakuumdicht verschlossen. In Fig. 4 ist zur Kühlung der Flansche 45ou ein Kühlmedium- Leitungssystem bei 470 bzw. 47u dargestellt.
Innerhalb des Reaktorinnenraumes I umschliesst ein Reaktionsrezipient 48 den eigentlichen Reaktionsraum R für das UHV-CVD-Verfahren. Mindestens die Innenfläche der Wandung 48a des Reaktionsrezipienten 48 ist aus einem Material gefertigt, welches mit Bezug auf die im
Reaktionsraum R verwendeten Prozessgase während des UHV- CVD-Prozesses inert ist.
Der Reaktionsraum R innerhalb des Reaktionsrezipienten 48 wird über einen Pumpanschluss 49 auf Ultrahochvakuum- Bedingungen abgepumpt. Der verbleibende Reaktorinnenraum I wird seinerseits über einen Pumpanschluss 51 auf einen im wesentlichen dem Prozessdruck innerhalb des Reaktionsraumes R entsprechenden Druck abgepumpt. Während mit dem Pumpanschluss 49 der Reaktionsraum R mithin auf einen Restgaspartialdruck von vorzugsweise höchstens 10"8 mbar bzw. - während des Prozesses - auf den Prozessdruck von 10- 1 mbar bis 10-5 mbar abgepumpt, wird der verbleibende Innenraum I auf einen Restgasdruck abgepumpt, der im wesentlichen auch dem Totaldruck im Reaktionsraum R während des UHV-CVD-Prozesses entspricht, d.h. nach Einlassen der Prozessgase, also auf einen Druck von 10"1 mbar bis 10"5 mbar, je nach Prozessdruck.
Gemäss Fig. 4 werden beide Pumpanschlüsse 51 und 49 von derselben Pumpenanordnung 53 bedient. Die jeweilige Pumpwirkung wird durch entsprechende Bemessung der Pumpquerschnitte der Pumpanschlüsse 49 bzw. 51 bemessen, was u.a. auch mit Hilfe eines Ventils 55, vorzugsweise eines Butterfly-Ventils, realisiert wird.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den Reaktionsraum R und den verbleibenden Raum des Reaktorinnenraumes I mittels separater Pumpanordnungen abzupumpen.
Weil im Betrieb, d.h. während des UHV-CVD-Prozesses, im Reaktionsraum R im wesentlichen gleiche Totaldrucke vorherrschen wie im verbleibenden Teil des Reaktorinnenraumes I, braucht der Reaktionsraum R nicht absolut vakuumdicht gegenüber dem verbleibenden Teil des Reaktorinnenraumes I abgeschlossen zu sein. Diese Trennung ist jedoch so dicht, dass, im Betrieb des Prozesses, kaum Gasdiffusion vom Reaktionsraum R in den verbleibenden Teil des Reaktorinnenraumes I erfolgt. Bevorzugterweise kann dabei der Totaldruck im verbleibenden Teil des Reaktorinnenraumes I etwas kleiner gewählt werden als der Totaldruck im Reaktionsraum R während des CVD-Prozesses. Innerhalb des Reaktionsraumes R ist ein Bauelemententräger 57 montiert, welcher in der in Fig. 4 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform z.B. als Wafer ausgebildete, scheibenförmige Bauteile horizontal positioniert und vertikal untereinander gestapelt aufnimmt. Wie mit dem Doppelpfeil W angedeutet, ist der Träger 57 vertikal getrieben gesteuert auf und ab beweglich. Dies grundsätzlich und mit Blick auf Fig. 3, um einzelne der scheibenförmigen Bauteile 21 gemäss Fig. 3 in den Batch aufnehmen zu können bzw. solche Bauteile abgeben zu können, jeweils durch eine Belade-/Entladeöffnung analog zur Öffnung 11a von Fig. 3 hindurch. Gemäss der bevorzugten Ausführungsform von Fig. 4 muss eine Belade-/Entladeöffnung sowohl durch die Wand 48a des Reaktionsrezipienten 48 wie auch durch die des Reaktorrezipienten 41 hindurch einen wechselseitigen Zugriff von Reaktoräusserem zu Reaktionsraum R ermöglichen. In der bevorzugten Ausführungsform gemäss Fig. 4 ist der Reaktionsrezipient 48 in einen oberen Teil 480 und 48u unterteilt . Der Träger 57 ist am oberen Teil 480 verankert. Mit Hilfe eines Hubmechanismus 59 wird der obere Teil 480 des Reaktionsrezipienten 48 angehoben, damit auch der Träger 57. In der Wandung 41a ist eine mittels eines
Schlitzventils 61 schliessbare Belade-/Entladeöffnung 63 vorgesehen, und zwar mit einer Symmetrieebene E, die mindestens genähert mit der in geschlossenem Zustand des Rezipienten 48 gebildeten Trennlinien 65, zwischen oberem 480 und unterem 48u Teil des Reaktionsrezipienten 48, fluchtet.
Beladen und Entladen dieses Reaktors erfolgt wie folgt:
Der obere Teil 480 des Reaktionsrezipienten 48 wird mit dem Hubmechanismus 59 angehoben und damit auch der Träger 57. Durch gesteuerten Schritt-Antrieb werden zu entladende bzw. beladende Bauteil-Aufnahmen 56 am Träger 57 in die Höhe der Belade-/Entladeöffnung 63 positioniert. Damit können durch diese Öffnung 63, wie mit dem scheibenförmigen Bauteil 65 in Fig. 4 angedeutet, durch einen an die Öffnung 63 angeflanschten Transportmechanismus der Träger 57 bzw. dessen Aufnahmen 56 sequentiell beladen bzw. entladen werden .
Ist der Träger 57 voll beladen mit zu behandelnden Bauteilen, insbesondere mit Wafern, dann wird der obere Teil 480 mit dem Träger 57 abgesenkt und damit der Reaktionsrezipient 48 geschlossen.
Selbstverständlich können z.B. für getrenntes Beladen und Entladen zwei der Öffnungen 63 vorgesehen sein.
Während des Be- und Entladevorganges wird der Reaktionsraum R auf der notwendigen Prozesstemperatur gehalten. Hierzu ist eine Heizanordnung 67 im verbleibenden Raum I, der den Reaktionsrezipienten 48 umgibt, montiert, also in Vakuum. Bevorzugterweise ist die Heizanordnung 67 als Mehrzonen- Strahlheizer ausgebildet. Weiter ist zur Verbesserung der Temperaturuniformität zwischen Heizanordnung 67 und Reaktionsrezipient 48 R ein Wärmediffusor 69 vorgesehen, beispielsweise aus Graphit. Anstelle einen Diffusor 69 als einzelnes Bauteil vorzusehen, kann auch die Diffusorfunktion mit der Wandung 48a des
Reaktionsrezipienten 48 vereint werden, indem letztere innen und/oder aussen mit Diffusormaterial beschichtet wird, vorzugsweise mit Graphit. Ggf. kann sogar die Wandung des Rezipienten 48 als Diffusor wirken, indem sie aus einem Diffusormaterial, wie bevorzugterweise aus Graphit, gefertigt ist, innenbeschichtet beispielsweise mit Si oder SiC, einem Material, welches, zur unmittelbaren Begrenzung des Reaktionsraumes R, gegenüber den erhitzten Prozessgasen inert ist.
Bevorzugterweise wird weiter zwischen der Heizanordnung 67 und der Innenfläche der Wand 41a, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, ein thermischer Isolator 71 eingebaut, beispielsweise bestehend aus einem porösen Graphitmaterial.
Ist der Reaktionsrezipient 48 geschlossen, so kann mit dem eigentlichen Prozess zur Schichtabscheidung an die am Träger 57 gehalterten Bauteile 56 begonnen werden. Über ein Gaseinlasssystem 73 wird ein Prozessgas oder Prozessgasgemisch G von einer Gastankanordnung 52 dem Reaktionsraum R zugeführt. Es erfolgt bei gezielt eingestellter Bauteil-Temperatur und vorzugsweise - Temperaturverteilung die erwünschte definierte Schichtabscheidung, je nach Art des eingelassenen Prozessgases und der Zeit, während welcher die Bauteile dem jeweiligen Gas ausgesetzt sind.
Wie bereits eingangs erwähnt wurde, ist es für die Abscheidung von Schichten mittels UHV-CVD mit auch für Halbleiterbauelemente genügender Qualität von grösser Bedeutung, dass die Bauteile während des CVD-Prozesses gleiche und homogen verteilte Prozesstemperaturen aufweisen. Anhand von Fig. 4 wurde erläutert, wie, in Vakuum, eine Heizanordnung 67 angeordnet wird. Wie nun in Fig. 5 schematisch dargestellt, in Fig. 4 aus Übersichtsgründen nicht, sind entlang der Wandung 48a des Reaktionsrezipienten 48 verteilt, mehrere Heizstrahler 67a, b, c ... angeordnet. Bevorzugterweise innerhalb des Reaktionsraumes R sind mehrere Thermofühler 75a, 75b etc. montiert. Die Ausgangssignale der Thermofühler werden bevorzugterweise digitalisiert einer Recheneinheit 77 zugeführt, woran einerseits und wie im Block der Einheit 77 angedeutet die Temperaturverteilung θ(x,y) im Reaktionsraum R aus den Ausgangssignalen der Thermofühler 75a, b, c ... ermittelt wird und zudem das Niveau der mittleren Temperatur 3 . Der Recheneinheit 77 wird weiter von einer in Fig. 5 schematisch dargestellten Vorgabeeinheit 68 eine Soll-Temperaturverteilung W auf vorgegebenem bzw. vorgebbarem Niveau θ eingegeben, die in der Recheineinheit 77 mit der Ist-Verteilung verglichen wird. In regelndem Sinne wird ausgangsseitig der Recheneinheit 77, woran bevorzugterweise auch die digital arbeitende Reglereinheit 79 integriert ist, für jede der vorgesehenen Heizelemente 67a, b ... ein Stellsignal Sa, b, c ... ausgegeben, so dass durch zeitlich und wertemässig unterschiedliche Stellung dieser als Stellglieder wirkenden Heizelemente 67a, b ... die Temperaturverteilung θ(x,y) im
Reaktionsraum R und deren Temperaturniveau 9 auf die vorgegebene Soll-Verteilung und das vorgegebene Soll-Niveau geregelt werden.
Zusätzlich oder anstelle der gemäss Fig. 5 im Reaktionsraum R vorzugsweise an der Wandung 48a des Reaktionsrezipienten 48 angeordneten Thermofühler 75a, b, c werden nun bevorzugterweise auch unmittelbar am interessierenden Ort, nämlich im Bereich der Bauteil- bzw. Wafer-Oberflachen, insbesondere Thermofühler vorgesehen, bevorzugterweise aber auch Heizelemente.
Gemäss Fig. 6 sind am vergrössert, schematisiert und ausschnittsweise dargestellten Träger 57 gemäss Fig. 4 mehrere Bauelement- bzw. Wafer-Aufnahmen 77a, 77b montiert. Auf diesen Aufnahmen 77a, b, ... werden die zu behandelnden scheibenförmigen Bauteile 21 beispielsweise auf aufragenden Stützen 79 abgelegt. An der dann den Bauteilen 21 zugewandten Oberfläche der Aufnahme 77a, b sind jeweils bevorzugterweise mehrere Heizelemente 81 a, b verteilt vorgesehen, die mithin Bauteil-spezifisch mit deren Oberfläche thermisch eng gekoppelt sind. Es sind weiter, ebenso unmittelbar im Bereich der aufgelegten Bauteile 21 verteilt, Thermofühler 83 eingebaut. Einerseits wird mit den Thermofühlern 83 an jedem Bauteil 21 für sich die Temperaturverteilung ermittelt, anderseits kann mit den bevorzugterweise vorgesehenen mehreren Heizelementen 81a, b, c... auf diese Temperaturverteilung und ihr
Absolutniveau eingegriffen werden und/oder über den Mehrzonen-Strahlheizer der Heizanordnung 67 von Fig. 4.
Die Messsignalleitungen und Stellsignalleitungen von bzw. zu den Thermofühlern 83 bzw. Heizelementen 81 werden (nicht dargestellt) z.B. durch den Vertikalarm 57a des Trägers 57 durchgeführt .
Als Beispiel soll anschliessend ein in einem Reaktor, wie er anhand von Fig. 4 beschrieben wurde, durchgeführter UHV- CVD-Prozess beschrieben werden. Spezifisch beschrieben wird dabei das bevorzugte Aufwachsen von p-dotierten SiGe- Schichten, beispielsweise für Hetero-Bipolartransistoren, wobei der Verfahrensablauf sich ohne weiteres auch für die Ablegung anderer Schichten anbietet.
• Der Reaktionsraum R wird auf die notwendige Prozesstemperatur TP geheizt, für das Ablegen der erwähnten SiGe-Schichten auf 550°C.
• Unter Einströmen eines Spülgases, vorzugsweise von Wasserstoff, in den Reaktionsraum R, beispielsweise durch den Gaseinlass 73 aus dem Gasvorrat der Tankanordnung 52, welcher hierzu auch einen Vorrat an Spülgas hat, wird die Beladeöffnung 63 durch Öffnen des Ventils 61 gegen eine Vakuumtransportkammer 13a geöffnet. Gleichzeitig wird bei der bevorzugten
Ausführungsform gemäss Fig. 4 mit der Antriebsanordnung 59 der obere Teil 480 mit dem Träger 57 hochgehoben.
• Unter Beibehalt der Spülgasströmung werden die Bauteile, insbesondere Wafer gemäss Fig. 4, in den Träger 57 geladen, wobei letzterer (zusammen mit Teil 480) mit der Antriebsvorrichtung 59 Schritt für Schritt hochgehoben wird, um jeweils eine freie Aufnahme 77 gemäss Fig. 6 in Ausrichtung mit der Beladeöffnung 63 und den beladenden Roboter zu bringen.
• Es wird, nach Füllen des Trägers 57, die Beladeöffnung 63 mit dem Ventil 61 geschlossen und ebenso der Reaktionsraum R durch Absenken des Teiles 48σ und gleichzeitigem Absenken des Trägers 57 in Behandlungsposition, die in Fig. 4 dargestellt ist.
• Die Bauteile bzw. Wafer werden nun bis zum Erreichen des thermischen Gleichgewichtes, bevorzugterweise unter gleichzeitigem Einlassen eines die Wärmeleitfähigkeit der Reaktionsraum-Atmosphäre erhöhenden Gases, wozu bevorzugterweise wiederum Wasserstoffgas eingesetzt wird und/oder Silan für die Herstellung oben erwähnter SiGe- Schichten.
• Sofern das Wärmeleitungsgas nicht ein Prozessgas ist, wird dessen Fluss gestoppt, und es wird nun über die Einlassanordnung 73 von der Gastankanordnung 52 das Prozessgas bzw. Prozessgasgemisch G in den geschlossenen Reaktionsraum R eingelassen. Es wird eine erste Schicht auf die Bauteil-Oberfläche bzw. Wafer-Oberflache abgelegt. Bei der Herstellung von Bauelementen auf der Basis von Bauteilen bzw. Wafern mit einer p-dotierten Silizium-Germaniumschicht wird hier als Prozessgas Silan eingelassen.
• Damit ist eine erste Beschichtung abgeschlossen, und es können, sofern keine weiteren Schichten abgelegt werden sollen, die Wafer bzw. Bauteile aus dem Reaktionsraum R entladen werden. Hierzu wird
• der Spülgasstrom wieder eingeschaltet, vorzugsweise ein Wasserstofffluss, und es wird durch Öffnen des Ventil 61 und Anheben des Teiles 480 der Zugriff für einen in der Vakuumtransportkammer gemäss 13a vorgesehenen Transportroboter frei gemacht. Wiederum wird der Träger 57 Schritt für Schritt angehoben bzw. abgesenkt, um die behandelten Wafer für den Zugriff auf die Belade- /Entladeöffnung 63 auszurichten.
• Sollen aber noch weitere Schichten abgelegt werden, so wird nach Abscheiden der ersten Schicht wie folgt vorgegangen, beschrieben als Beispiel für die Abscheidung der erwähnten p-dotierten SiGe-Schichten.
• Nach Abscheidung der Si-Schicht, wie oben erläutert wurde, wird eine undotierte SiGe-Schicht abgelegt, indem dem Silanfluss German und Helium zugefügt wird, vorzugsweise zu ca. 5 % des Silanflusses .
• Anschliessend wird ein Diboran-in-He-Fluss aufgeschaltet und eine dotierte SiGe-Schicht abgeschieden. In diesem Prozessschritt kann zusätzlich eine Kohlenstoffdotierung parallel zur Bor-Dotierung erfolgen.
• Es erfolgt wiederum eine Abscheidung einer undotierten SiGe-Schicht unter Einlass lediglich von Silan und von German in Helium, dann
• eine Abscheidung einer undotierten Si-Schicht unter Einlass lediglich von Silan.
• Die nun anschliessende Träger 57-Entladung erfolgt, wie bereits erläutert wurde.
Die anhand von Fig. 3 dargestellten kombinierten ersten und zweiten Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben nun die im Rahmen der gestellten Aufgabe höchst vorteilhafte Möglichkeit, UHV-CVD-Reaktoren über eine oder mehrere Vakuum-Transportkammern mit weiteren Prozessmodulen zu kombinieren, ohne dass beim Transport der Bauteile zwischen den Prozessmodulen und dem einen oder den mehreren vorgesehenen UHV-CVD-Reaktoren ein Unterbruch der herrschenden Vakuumbedingungen einträte. Nebst den erwähnten UHV-CVD-Reaktoren können als Prozessmodule eingesetzt werden
- weitere Transportmodule
- Schleusenmodule
- Heizmodule
- weitere Beschichtungsmodule für PVD- oder CVD- Beschichtungsverfahren, oder für PECVD (Plasma Enhanced CVD) -Verfahren
- Ätzprozessmodule, wiederum mit oder ohne PlasmaunterStützung
- Reinigungsmodule
Speichermodule
- Implantationsmodule.
Solche Mehrprozessstationen-Anlagen können dabei linear ausgebildet sein, in dem Sinne, dass der Bauteil-Transport zwischen den einzelnen Prozessstationen mindestens grossteils linear erfolgt. Bevorzugterweise werden aber mindestens zum Teil die vorgesehenen Prozessstationen zirkular um eine Vakuumtransportkammer gruppiert angeordnet, zur Bildung einer Zirkularanlage bzw. einem Zirkularanlageteil. Solche Anlagen, an welchen mehrere Prozessstationen durch linear und/oder zirkular erfolgende Transportwege in Vakuum bedient werden, werden gemeinhin als sogenannte "Cluster Tool-Anlagen" bezeichnet.
In Fig. 7 ist schematisch vereinfacht eine erfindungsgemässe Cluster Tool-Anlage dargestellt, aufbauend auf dem anhand von Fig. 3 erläuterten Prinzip und beispielsweise als Zirkularanlage konfiguriert. Die Anlage umfasst im dargestellten Beispiel ein normalatmosphären- seitiges Kassettenlademodul 93, bekannt als sogenanntes FOUP, Front Opening Unified Pod Modul. Dieses Kassettenlademodul 93 ist zur Aufnahme mindestens einer Wafer- bzw. Bauteilkassette 93a ausgebildet, im Falle der Behandlung von Wafern beispielsweise mit einem Fassungsvermögen von 25 vertikal gestapelten, horizontal liegenden Wafern. Über einen weiterhin in Normalatmosphäre arbeitenden Waferhandler 95 werden von der Waferkassette 93a einzelne Wafer in eine erste Schleusenkammer 97 transportiert. Nach Abpumpen dieser Schleusenkammer 97 erfolgt der Weitertransport des betrachteten Wafers in ein Reinigungsmodul 99. Dies erfolgt durch eine Vakuumtransportkammer 101 und den darin in Vakuum arbeitenden Waferhandler 101a. Im Reinigungsmodul 99 erfolgt entweder eine Hochtemperatur-Reinigung in Wasserstoffatmosphäre, oder eine andere Gasphasenreinigung oder, und bevorzugterweise, eine noch zu beschreibende Reinigung unter Ausnützung tiefenergetischer Plasmen. Je nach gewähltem Reinigungsverfahren kann es dabei selbstverständlich von Vorteil sein, mehrere Reinigungsmodule hintereinander zu beschicken und an diesen Modulen jeweilige Reinigungsunterschritte durchzuführen. Bevorzugterweise ist weiter eine Speicherkammer 103 vorgesehen sowie ein zweites Reinigungsmodul 99a. Damit können von der Schleusenkammer 97 Wafer in beiden Reinigungsmodulen 99 und 99a parallel, also gleichzeitig, gereinigt werden und sie werden danach, durch den in Vakuum wirkenden Handler 101a, in die Speicherkassette der
Speicherkammer 103 abgelegt. Dies, bis die durch den Träger im einen vorgesehenen UHV-CVD-Reaktor 105 aufnehmbare Waferzahl in Speieherkämmer 103 gereinigt für das UHV-CVD- Verfahren bereitliegt. Bevorzugterweise sind beide Kammern 97 und 103 mit Kassettenaufnahmen als Schleusenkammern ausgebildet.
Anschliessend, d.h. nachdem die benötigte Anzahl gereinigter Wafer in der Speicherkammer 103 abgelegt ist, erfolgt in sehr kurzer Zeit der Transport der einzelnen Wafer mittels des in Vakuum operierenden Handlers 101a in den Träger 57 des bevorzugterweise wie anhand von Fig. 4 erläutert wurde ausgebildeten UHV-CVD-Reaktors 105.
Nach Ende des CVD-Prozesses erfolgt der Rücktransport der Wafer aus dem Träger 57 des UHV-CVD-Reaktors 105 zurück in eine der beiden Schleusenkammern 97 bzw. 103, d.h. in deren Kassette und anschliessend weiter von der entsprechenden Schleusenkammer 97 bzw. 103 in die Kassette des Kassettenlademoduls 93. Mit dem beschriebenen, prinzipiellen Vorgehen nach den fig. 1 bis 3 und auch mit dem bevorzugten UHV-CVD-Reaktor nach Fig. 4 können Wafer transportiert, gereinigt und letztendlich in Batch-Konfiguration UHV-CVD-behandelt werden, die grösser sind als 200 x 200 mm, bzw. die einen
Durchmesser 0 > 200 mm aufweisen, ja mindestens 300 x 300 mm gross sind, bzw. einen Durchmesser 0 > 300 mm haben. Dies insbesondere auch deshalb, weil, abgesehen von der Batchanordnung im UHV-CVD-Prozess, Transport und ggf. auch weitere Behandlungsschritte an Einzelwafern erfolgen.
Anschliessend wird mit Blick auf die Zirkular-Cluster-Tool- Anlage gemäss Fig. 7 eine typische Handlingsequenz beschrieben.
Wafer mit einem Durchmesser 0 von mindestens 200 mm oder einer Ausdehnung von 200 mm x 200 mm oder gar mit einem
Durchmesser 0 von mindestens 300 mm bzw. einer Ausdehnung von 300 x 300 mm werden in das atmosphärenseitige Kassettenmodul 93 gemäss Fig. 7 geladen, beispielsweise 25 Stück. Mittels dem Waferhandler 95 werden danach Wafer einzeln vom Kassettenmodul 93 in die Kassette der einen der Schleusenkammern 97 bzw. 103 transportiert.
Es werden Einzelwafer aus der Kassette 97 in der entsprechenden Schleusenkammer 97 bzw. 103 mittels dem in der Vakuumtransportkammer 101 arbeitenden Handler 101a in die Reinigungsmodule 99 und 99a geladen und dort gereinigt mit einer typischen Reinigungszeit pro Wafer von 1 bis 10 Min. Gereinigte Wafer aus den Reinigungsmodulen 99 und 99a werden in die Kassette der bis dahin nicht eingesetzten Schleusenkammer 103 bzw. 93 geladen, die nun als Zwischenspeicherkammer wirkt. Dies erfolgt mit dem in der Vakuumkammer 101 arbeitenden Handler 101a. Eine typische Prozesszeit zum Reinigen von 25 Wafern und den bis dahin erfolgten Transporten beträgt 65 Min.
Nun werden die gereinigten 25 Wafer in der Kassette der Schleusenkammer 103 mittels des Handlers 101a in den UHV- CVD-Reaktor 105 geladen. Das Laden der gereinigten 25 Wafer aus dem Zwischenspeicher 103 in den Träger 57 für den Waferbatch im UHV-CVD-Reaktor 105 erfolgt typischerweise innerhalb von 5 Min.
Es wird nun der Beschichtungsprozess im UHV-CVD-Reaktor begonnen, mit einer typischen Prozesszeit für p-dotierte SiGe-Schichtsysteme von ca. 2-3 Std. Während dieser Zeit wird eine neue Kassette mit unprozessierten Wafern in das Kassettenlademodul 93 eingeführt, und es werden diese Wafer in vorbeschriebener Art und Weise an den Reinigungsmodulen 99 und 99a gereinigt und in eine der Schleusenkammern- Kassetten zwischengespeichert. Nach Beendigung des UHV-CVD- Prozesses werden die prozessierten Wafer mittels des Waferhandlers 101a einzeln vom Träger 57 entladen und in die freie Schleusenkammer-Kassette 97 bzw. 103 abgelegt. Von dort erfolgt mit dem an Atmosphäre arbeitenden Handler 95a der Rücktransport in eine freie Kassette im Kassettenlademodul 93. Je nach den Zeitverhältnissen für die beabsichtigten Prozesse können durchaus zwei und mehr der beschriebenen UHV-CVD-Prozesse an einer Clusteranlage kombiniert eingesetzt werden und entsprechend auch verschiedene Konfigurationen weiterer Prozessmodule.
Insbesondere bevorzugt wird eine Kombination der beschriebenen UHV-CVD-Prozesse bzw. -Reaktoren mit durch Niederenergieplasma unterstützten CVD-Beschichtungsver- fahren und insbesondere mit Niederenergieplasma- unterstützten reaktiven Reinigungsverfahren. Dabei werden vorzugsweise DC-Plasmen eingesetzt, bevorzugterweise Niederspannungs-Plasmen, z.B. mittels thermionischer Kathoden erzeugt, welche an den jeweils zu beschichtenden bzw. zu reinigenden Oberflächen Ionenenergien E entwickeln, für welche gilt:
0 < E < 15 eV.
Als Reaktivgas für die erwähnten Niederenergieplasmen- unterstützten Reinigungsverfahren wird insbesondere bevorzugt Wasserstoff und/oder Stickstoff eingesetzt bzw. Gas mit einem Anteil mindestens eines der erwähnten Gase. Ganz besonders bevorzugt und mit Blick auf die Anlage nach Fig. 7 werden die unmittelbar den UHV-CVD-Prozessen vorgelagerten Reinigungsverfahren bzw. die entsprechenden Prozessstationen für Niederenergieplasmen-unterstütze reaktive Reinigungsverfahren realisiert.
Mit den erfindungsgemässen Verfahren, der erfindungsgemässen Vakuumbehandlungsanlage bzw. dem erfindungsgemässen UHV-CVD-Reaktor werden insbesondere Bauteile durch Ablegen von Atommonolagen (Atomic Layer Deposition) hergestellt oder durch Ablegen epitaktischer Schichten oder durch Beschichten von tiefprofilierten Oberflächen, wie von Oberflächen mit sogenannten Deep Trenches.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Bauelementen oder von deren Zwischenprodukten, bei dem das in Herstellung begriffene Bauelement, als Bauteil
(a) einem Behandlungsprozess unterworfen wird und als nächstes
(b) mehrere der Bauteile gleichzeitig einem gemeinsamen CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen unterzogen werden,
dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsprozess ein
Vakuumprozess ist und von diesem die Bauteile in Vakuum dem CVD-Prozess zugeführt werden.
2. Verfahren zur Herstellung von Bauelementen oder von deren Zwischenprodukten nach Merkmal (b) des Oberbegriffes von Anspruch 1, wobei die Bauteile scheibenförmig sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie horizontal dem CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen unterzogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile scheibenförmig sind und horizontal sowohl dem Behandlungsprozess wie auch dem CVD-Prozess unterzogen werden und auch horizontal vom Behandlungsprozess in den CVD-Prozess transportiert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile zwischen einem dem CVD- Prozess vorgelagerten Reinigungsprozess und dem CVD-Prozess in Vakuum verbleiben.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile scheibenförmig sind und horizontal positioniert vertikal übereinander gestapelt gleichzeitig dem CVD-Prozess unterzogen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile durch Einzeltransport für den CVD-Prozess gestapelt werden und/oder vom CVD-Prozess wieder entstapelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile zwei oder mehr
Behandlungsoperationen unterworfen werden, wobei der CVD- Prozess eine der Operationen ist, und dass die Bauteile in Vakuum sukzessive von einer Operation zur andern transportiert werden entlang mindestens stückweise linearer und/oder kreisabschnittförmiger Transportbahnen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile vor und/oder nach dem CVD-Prozess einem reaktiven, Niederenergieplasma- unterstützten Behandlungsprozess unterworfen werden mit Ionenenergie E an der Oberfläche des jeweils behandelten Bauteiles von
0 eV < E < 15 eV.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile, vor der Behandlung im CVD-Prozess, einer Niederenergieplasma-unterstützten reaktiven Reinigung unterworfen werden, bevorzugt in einer Wasserstoff und/oder Stickstoff enthaltenden Atmosphäre.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beiadens und/oder des Entladens eines Reaktionsraumes mit dort CVD-Prozess unter UHV-Bedingungen zu behandelnden Bauteilen, im Reaktionsraum ein Gasfluss unterhalten wird, vorzugsweise eines Gases mit Wasserstoff.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Temperatur und die Temperaturverteilung in einem Reaktionsraum des CVD- Prozesses gemessen und gesteuert, vorzugsweise gemessen und geregelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Temperatur und vorzugsweise die Temperaturverteilung an den Bauteilen selber während des CVD-Prozesses gemessen und gesteuert, vorzugsweise gemessen und geregelt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsraum, worin der CVD- Prozess durchgeführt wird, mittels Heizelementen beheizt wird, die innerhalb eines den Reaktionsraum umschliessenden Rezipienten, in Vakuum angebracht sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsraum für den CVD-Prozess erst auf Ultrahochvakuum evakuiert wird, dann durch Einlassen eines Prozessgases oder Prozessgasgemisches in den Reaktionsraum, darin der Totaldruck bis zum Prozessdruck erhöht wird, wobei der Reaktionsraum von einem Vakuum umschlossen ist mit einem Totaldruck im Bereiche des Prozessdruckes, vorzugsweise kleiner.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum und das diesen umgebende Vakuum unterschiedlich je gepumpt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Reaktionsraum und das diesen umgebende Vakuum in einem aussen an Umgebungsatmosphäre liegenden Rezipienten vorgesehen sind, und dass der Reaktionsraum zum Entladen und/oder Beladen mit Bauteilen über das den Reaktionsraum umgebende Vakuum mit einer Belade- /Entladeöffnung des Rezipienten kommuniziert.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem Bauteile in einen Reaktionsraum für den CVD-Prozess eingeführt sind, diese ihrem thermischen Gleichgewicht zugeführt werden, unter Einlass eines Gases in den Reaktionsraum, vorzugsweise mit Wasserstoff und/oder mit einem Prozessgas oder Prozessgasgemisch.
18. Verfahren zur Herstellung von Bauelemente oder von deren Zwischenprodukten, bei dem mehrere in Herstellung begriffene Bauelemente, als Bauteile, gleichzeitig einem gemeinsamen CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen unterzogen werden und die Bauteile mittels Heizelementen beheizt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente in einem Vakuum betrieben werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile für den CVD-Prozess an einem Träger gehalten werden und die Heizelemente, vorzugsweise je den Bauteilen zugeordnet, am Träger vorgesehen werden.
20. Verfahren, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile während des CVD-Prozesses an einem Träger gehaltert werden und dass, bevorzugt je den Bauteilen zugeordnet, Thermofühler am Träger vorgesehen werden.
21. Vakuumbehandlungsanlage mit einem Ultrahochvakuum-CVD- Reaktor, worin ein Träger für mehrere gleichzeitig im Reaktor zu behandelnde Bauteile vorhanden ist, wobei der Reaktor mindestens eine Belade-/Entladeöffnung hat, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Belade- /Entladeöffnung mit einer Vakuumtransportkammer für Bauteile kommuniziert.
22. Ultrahochvakuum-CVD-Reaktor mit einem Träger für mehrere gleichzeitig im Reaktor zu behandelnde, scheibenförmige Bauteile, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger für die Aufnahme der Bauteile in horizontaler Position und vertikal gestapelt ausgebildet ist.
23. Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 21 für die Behandlung scheibenförmiger Bauteile, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger im Reaktor für die Aufnahme der Bauteile in horizontaler Position und vertikal gestapelt ausgebildet ist.
24. Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 21 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumtransportkammer eine Transportanordnung hat, welche einzelne der Bauteile transportiert oder mehrere der Bauteile einzeln, dabei scheibenförmige Bauteile vorzugsweise in horizontaler Position.
25. Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 21, 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumtransportkammer mit einer oder mehreren weiteren Vakuumprozesskammern kommuniziert aus folgender Gruppe:
Schleusenkammern, Beschichtungskammern, Reinigungskammern, Ätzkammern, UHV-CVD-Behandlungskammern,
Konditionierungskammern wie Heizkammern, Zwischenspeicherkammern, Implantationskammern.
26. Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumtransportkammer eine Transportanordnung vorgesehen ist, welche getrieben um eine Drehachse drehbeweglich ist.
27. Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumtransportkammer eine
Transportanordnung vorgesehen ist, die mindestens einen getrieben linear beweglichen Teil hat.
28. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsrezipient den Reaktionsraum umgibt und ein Reaktorrezipient, mindestens abschnittsweise vom Reaktionsrezipienten beabstandet, letzteren umgibt, wobei sowohl der Reaktionsrezipient wie auch der Reaktorrezipient je einen Pumpanschluss haben.
29. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpanschluss am Reaktionsrezipienten einen wesentlich grösseren Pumpquerschnitt hat als der Pumpanschluss am Reaktorrezipient und dass beide Pumpanschlüsse auf dieselbe Pumpenanordnung geführt sind.
30. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorrezipient mit einer Kühlanordnung in Wirkverbindung steht.
31. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Reaktorrezipienten mindestens abschnittsweise als
Doppelwand ausgebildet ist und die Kühlanordnung im Zwischenraum der Doppelwand angebracht ist.
32. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 28 - 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorrezipient mindestens eine Belade-/Entladeöffnung für Bauelemente hat und der Reaktionsrezipient in zwei relativ zueinander motorisch bewegliche Rezipiententeile unterteilt ist, welche motorisch zum Rezipienten vereint oder, zur Öffnung des Rezipienten, getrennt werden können, wobei die Trennlinie der beiden Teile in vereintem Zustand auf die Belade-/Entladeöffnung ausgerichtet ist.
33. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlade- /Beladeöffnung horizontal gerichtet ist und die Trennlinie der beiden Teile, in vereintem Zustand der Teile, über einen wesentlichen Abschnitt ihrer Länge, welcher der
Belade-/Entladeöffnung zugewandt ist, ebenfalls horizontal verläuft .
34. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass am einen der beiden Teile des Reaktionsrezipienten ein Träger für eine Mehrzahl scheibenförmiger Bauteile befestigt ist mit einer Mehrzahl Aufnahmen, je für mindestens ein scheibenförmiges Bauteil in horizontaler Ausrichtung und in Richtung der Relativbewegung der Reaktionsrezipienten-Teile gestapelt, derart, dass durch die Relativbewegung der Teile gesteuert jeweils eine der Aufnahmen auf die Belade-/Entladeöffnung ausgerichtet wird.
35. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile durch eine lineare Relativbewegung trennbar bzw. wieder vereinbar sind.
36. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden trennbaren Teile des Reaktionsrezipienten am Reaktorrezipient unbeweglich montiert ist.
37. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 28 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reaktionsrezipienten eine Gaszuführanordnung einmündet von einer Gastankanordnung mit einem Prozessgas, und dass mindestens die Innenfläche der Reaktionsrezipientenwand aus einem Material besteht, welches dem auf eine vorgegebene Prozesstemperatur gebrachten Prozessgas widersteht, die vorzugsweise aus Graphit besteht.
38. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 28 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Reaktionsrezipient und Reaktorrezipient eine Heizanordnung vorhanden ist.
39. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Heizanordnung und Innenraum des Reaktionsrezipienten eine Wärmediffusor-Anordnung vorhanden ist.
40. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 28 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsrezipienten ein Träger für eine Mehrzahl von Bauteilen vorhanden ist und dass am Träger mindestens ein, vorzugsweise mehrere Thermofühler angebracht sind.
41. Vakuumbehandlungsanlage bzw. UHV-CVD-Reaktor nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Thermofühler Ist-Wertaufnehmer eines
Temperaturregelkreises ist und dass eine Heizanordnung als deren Stellglied zwischen Reaktorrezipient und Reaktionsrezipient und/oder innerhalb des
Reaktionsrezipienten, vorzugsweise mindestens teilweise auch am Träger, vorgesehen ist.
42. UHV-CVD-Reaktor mit einem Träger für mehrere Bauteile, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger mindestens ein Thermofühler vorhanden ist.
43. UHV-CVD-Reaktor nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger mindestens ein Heizelement vorgesehen ist.
44. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Thermofühler Ist-Wertaufnehmer eines Temperaturregelkreises für den Träger ist.
45. UHV-CVD-Reaktor nach einem der Ansprüche 41 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mehrere Aufnahmen je für ein Bauteil hat, und dass das mindestens eine Thermoelemente an einer der Aufnahmen so angebracht ist, dass es mit einem daran aufgenommenen Bauelement thermisch eng gekoppelt ist.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im CVD-Prozess Atomic Layer Deposition (ALD) vorgenommen wird.
47. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im CVD-Prozess eine Deep Trenches- Schichtabscheidung vorgenommen wird.
48. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im CVD-Prozess eine epitaktische Schichtabscheidung vorgenommen wird.
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