AT520629B1 - Injektor aus Silizium für die Halbleiterindustrie - Google Patents

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Abstract

Ein Injektor (1), der beim Herstellen von Halbleiterbauelementen zum Einleiten von Prozessgas in Kammern eingesetzt wird, besteht aus Silizium und weist einen Kanal (2) auf, der wenigstens einen erweiterten Bereich (3, 7, 10, 11, 24, 25) oder eine Verengung in Form einer ringförmigen Rippe (8) aufweist, so dass im Prozessgas enthaltende Partikel, die durch Absplitterungen von an den Wänden des Kanals (2) entstandenen Ablagerungen gebildet worden sind aus dem Prozessgas abgeschieden und im Injektor (1), insbesondere durch Anwachsen an die Innenfläche des Kanals (2), zurückgehalten werden und aus dem Injektor (1) nicht austreten.

Description

(19)
österreichisches
Patentamt (10) AT 520629 B1 2019-06-15 (12)
Patentschrift (21) Anmeldenummer: A 146/2018 (22) Anmeldetag: 22.05.2018 (45) Veröffentlicht am: 15.06.2019 (51) Int. CI.: C23C16/455 (2006.01)
(56) Entgegenhaltungen: (73) Patentinhaber:
WO 2017108714 A1 SICO Technology GmbH
EP 2407577 A2 US 5943471 A 9531 Bleiberg-Kreuth (AT)
US 2006185589A1 (72) Erfinder:
US 2008035055 A1 Nadrag Walter
US 2008286981 A1 9530 Bad Bleiberg 59 (AT)
US 2011274926A1 Nadrag Enrico 9530 Bad Bleiberg 157 (AT) Binder Markus 9521 Seespitz (AT)
(74) Vertreter: Beer & Partner Patentanwälte KG 1070 Wien (AT)
(54) Injektor aus Silizium für die Halbleiterindustrie
AT 520629 B1 2019-06-15 (57) Ein Injektor (1), der beim Herstellen von Halbleiterbauelementen zum Einleiten von Prozessgas in Kammern eingesetzt wird, besteht aus Silizium und weist einen Kanal (2) auf, der wenigstens einen erweiterten Bereich (3, 7, 10, 11, 24, 25) oder eine Verengung in Form einer ringförmigen Rippe (8) aufweist, so dass im Prozessgas enthaltende Partikel, die durch Absplitterungen von an den Wänden des Kanals (2) entstandenen Ablagerungen gebildet worden sind aus dem Prozessgas abgeschieden und im Injektor (1), insbesondere durch Anwachsen an die Innenfläche des Kanals (2), zurückgehalten werden und aus dem Injektor (1) nicht austreten.
Fig. 6
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Patentamt
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Injektor mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch 1.
[0002] Beim Herstellen von Wafern werden Wafer in Halterungen (Boote) eingesetzt und in Behandlungsräume (Öfen) eingebracht, in denen sie mit Gas behandelt werden.
[0003] Das Gas, mit dem Wafer behandelt werden, wird in den Ofen über einen Injektor, der im Normalfall ein gebogenes oder gewinkeltes, mit Löchern versehenes Rohr aus Quarzglas ist, eingebracht.
[0004] Gase („Prozessgase), die zum Behandeln von Wafern verwendet werden, sind beispielsweise: ein Silan, beispielsweise Trichlorsilan, Siliziumtetrachlorid (SiCI4), Sauerstoff (O2), Wasserstoffperoxid (H2O2) oder Tetraethylorthosilikat (Si04C8H2o).
[0005] US 2006/0185589 A1 beschreibt einen Injektor aus Silizium für Gas, der beim thermischen Behandeln von Halbleiterwafern eingesetzt werden kann. Den Zeichnungen, beispielsweise Fig. 2 von US 2006/0185589 A1, ist zu entnehmen, dass der Injektor eine im Querschnitt kreisförmige Bohrung aufweist und aus Halbschalen gebildet ist. Die Außenform des Rohres ist beispielsweise rechteckig. Fig. 11 von US 2006/0185589 A1 ist zu entnehmen, dass das freie Ende des Rohres verschlossen ist und dass im Rohr Austrittsöffnungen vorgesehen sind. Bei US 2006/0185589 A1 ist der Injektor aus Halbschalen zusammengesetzt, was bei den Bedingungen, unter denen gattungsgemäße Injektoren eingesetzt werden, problematisch ist.
[0006] US 5,943,471 A befasst sich vornehmlich mit dem Verdampfen von Feststoffen für ein CVD-Verfahren. Die in US 5,943,471 A beschriebene Vorrichtung umfasst einen hohlen Bauteil, der mit einem Injektor verbunden ist, der mit einer Eingangsöffnung und einer Reaktionskammer, die das Substrat enthält, kommuniziert.
[0007] In US 5,943,471 A finden sich keine Angaben, aus welchem Werkstoff die Bestandteile der Vorrichtung für das CVD-Verfahren bestehen können.
[0008] US 2008/0286981 A1 befasst sich mit einem Verfahren zum Behandeln von Halbleiterwafern in einer Prozesskammer, wobei auf den Wafer in situ Titannitrid und Silizium abgeschieden wird. Hierzu sind bei den in den Fig. 4 und 5 von US 2008/0286981 A1 gezeigten Ausführungsformen in der Prozesskammer Injektoren vorgesehen, durch die Gas eingeleitet wird. Werkstoffe, aus welchen die Injektoren bestehen können, sind nicht geoffenbart. Fig. 8 von US 2008/0286981 A1 zeigt, dass Injektoren einen länglich-ovalen Querschnitt aufweisen können. In Fig. 7 ist auch gezeigt, dass die Injektoren seitliche Austrittsöffnungen aufweisen können. Solche Austrittsöffnungen sind auch in Fig. 8 gezeigt. US 2008/0286981 A1 enthält keine Angaben, aus welchem Werkstoff die Injektoren gefertigt sein können.
[0009] EP 0 582 444 A1 betrifft eine Vorrichtung für das CVD-Verfahren, mit der SiC hoher Reinheit hergestellt wird. Die Vorrichtung umfasst drei Injektorrohre, deren Konstruktion in Fig. 3 gezeigt ist. Fig. 3 von EP 0 582 444 A1 ist zu entnehmen, dass in den Injektorrohren drei konzentrische Rohre enthalten sind, die ringförmige Kanäle definieren. Ausschließlich der mittlere Kanal wird für das Zuführen von Gas in eine Kammer verwendet. Die äußeren Kanäle dienen für das Zirkulieren von Kühlmedium. Auch EP 0 582 444 A1 enthält keine Angaben über den Werkstoff, aus dem die Injektoren hergestellt sein können.
[0010] US 2011/0274926 A1 zeigt in Fig. 8 einen Injektor für die Silizium-Abscheidung aus der Gasphase (vapor deposition), der ein Rohr und eine Düse umfasst. Als Werkstoff für den Injektor ist u.a. Silizium erwähnt. Das Rohr des Injektors weist keine Austrittsöffnungen auf. Austrittsöffnungen sind ausschließlich in der Düse vorgesehen. Die Düse ist ein vom Rohr getrennter Bauteil, der am Ende des Rohres angebracht ist.
[0011] In EP 2 407 577 A2 ist eine Gaszuführung gezeigt, die in einem Kühlrohr zwei Gasleitungen für unterschiedliche Gase aufweist.
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Patentamt [0012] US 2008/0035055 A1 zeigt in Fig. 2 und 3 einen Injektor mit rechteckigem Querschnitt und Gasaustrittsöffnungen.
[0013] Es kann beim Behandeln von Wafern mit einem Prozessgas vorkommen, dass wegen Reaktionen des Prozessgases oder wegen Reaktionen im Prozessgas, die auftreten können, während dieses durch den Injektor strömt, an der Wand des Kanals im Injektor Ablagerungen entstehen. Solche Ablagerungen können das erfolgreiche Behandeln von Wafern beeinträchtigen, wenn sie aus dem Injektor austreten und in den Behandlungsraum gelangen.
[0014] Problematisch bei den bekannten Injektoren aus Quarzglas ist es, dass Ablagerungen, die während des Behandlungsprozesses auf dem Injektor (aus Quarzglas) entstehen, aufgrund thermischer Spannungen absplittern und das ordnungsgemäße Herstellen von Wafern beeinträchtigen können.
[0015] Es entstehen durch das Absplittern nämlich Partikel (flakings), die in Prozessen der Halbleiterindustrie nicht erwünscht sind.
[0016] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor zur Verfügung zu stellen, der die geschilderten Probleme nicht verursacht.
[0017] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Injektor, der die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
[0018] Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Injektors sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0019] Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Injektors ergibt sich kein oder ein wenigstens verminderter Austritt von Partikeln aus dem Injektor.
[0020] Grund hierfür ist die erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme, im Kanal des Injektors Bereiche vorzusehen, deren Querschnittsfläche von der Querschnittsfläche in einem anderen Bereich des Kanals im Injektor abweicht, so dass sich Stellen im Injektor ergeben, in denen Ablagerungen bevorzugt als Beschichtung anwachsen können und Absplitterungen der Ablagerungen wenigstens weitgehend vermieden ist.
[0021] Ein erfindungsgemäßer Injektor besteht insbesondere aus Silizium, das denselben thermischen Ausdehnungsfaktor besitzt wie die entstehende Beschichtung, nämlich 2,6. Dagegen hat Siliziumkarbid einen thermischen Ausdehnungsfaktor von 4,8 und Quarz einen solchen von 0,5, so dass diese Werkstoffe für Injektoren weniger geeignet sind.
[0022] Der erfindungsgemäße Injektor kann ein- oder mehrstückig ausgebildet sein, wobei bei einer mehrstückigen Ausgestaltung verschiedene Verbindungsarten der Teile (Rohrstücke) des Injektors möglich sind. Beispielhaft werden genannt: Eine mechanische Verbindung, eine Verbindung über Verbindungsmuffen oder Hochtemperaturverklebungen.
[0023] Bei dem erfindungsgemäßen Injektor sind die Form der inneren Querschnitte des den Injektor bildenden Rohres und die Form der Auslassöffnungen des Injektors so ausgebildet, insbesondere darauf optimiert, die Geschwindigkeit des durch den Injektor strömenden Gases zu beeinflussen, insbesondere zu verringern, oder durch bestimmte erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Innenflächen des in dem Injektor vorgesehenen Strömungskanals wenigstens einen Bereich zu schaffen, wo Ablagerungen anwachsen kann.
[0024] In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors ist darauf Bedacht genommen, dass allenfalls entstandene Partikel in Aussparungen in der Wand des Kanals oder durch eine besondere Formgebung des Kanals in dem den Injektor bildenden Rohr zurückgehalten werden.
[0025] Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Injektors können Formgebungen vorgesehen sein, die im durch den Kanal im Injektor strömenden Gas gezielt Verwirbelungen erzeugen.
[0026] Im Rahmen der Erfindung sind auch Formgebungen des Kanals in dem den Injektor
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Patentamt bildenden Rohr in Betracht gezogen, die den Effekt eines Zyklonabscheiders haben und Partikel aus dem Gasstrom abscheiden.
[0027] Nachstehend werden beispielhaft weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
[0028] Fig. 1 bis 7 in Längsschnitten Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Injektoren,
[0029] Fig. 8 bis 12 [0030] Fig. 13 und 14 Austrittsöffnungen bei erfindungsgemäßen Injektoren und in Längsschnitten weitere erfindungsgemäße Injektoren.
[0031] Bei dem von einem Rohr aus Silizium gebildeten Injektor 1 von Fig. 1 wird durch eine trichterförmige Erweiterung 3 des Kanals 2, durch welchen das Gas strömt, die Geschwindigkeit, mit welcher das Gas strömt, am Ende 4 des Injektors 1 verringert, so dass sich allenfalls Partikel ergebene Ablagerungen an den Flächen 5 des erweiterten Bereichs 3 des Kanals 2 ansetzen können und somit aus dem Gasstrom ausgeschieden werden. Die Erweiterung 3 kann kegel-, trichter- oder parabeltrichterförmig sein.
[0032] Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform des Injektors 1 ist das Ende des Kanals 2 mit Stufen 6 ausgebildet, so dass ein sich stufenförmig erweiternder Bereich 3 des Kanals 2 (Vergrößerung der Querschnittsfläche des Kanals 2) ergibt. Bei der in Fig. 2 vorgesehenen Ausführungsform des Injektors 1 bilden die Kanten der Stufen 6 Fallen für die allenfalls gebildete Partikel und stellen überdies Aufwachsorte für Lagerungen dar.
[0033] Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform eines Injektors 1 ist eine bis zum Ende 4 des Injektors 1 reichende Erweiterung 7 vorgesehen, die in dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen kugelförmig ist. Alternativ kann die Erweiterung 7 auch zylinderförmig ausgebildet und mit Abstand vom Ende 4 des Injektors 1 vorgesehen sein.
[0034] Fig. 4 zeigt eine Variante des Injektors 1 von Fig. 3 mit mehreren, im Beispiel drei, kugelförmigen Verwirbelungskammern in Form von Erweiterungen 7, wobei auch hier zylinderförmige Erweiterungen 7 als Verwirbelungskammern, wie die bei Fig. 3 erwähnten, vorgesehen sein können.
[0035] Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist am Ende des Rohres, das den Injektor 1 bildet, eine Verengung 8 der Querschnittsfläche des Kanals 2 vorgesehen, die durch einen ringförmigen Vorsprung 9, der von der Wand des Kanals 2 nach innen ragt, gebildet ist. Der ringförmige Vorsprung 8 kann, wie in Fig. 5 gezeigt, eine abgerundete Querschnittsform aufweisen, kann aber auch kantig ausgebildet sein.
[0036] Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind im Bereich des Endes 4 des Rohres, das den Injektor 1 bildet, mehrere ringförmige Nuten 10 vorgesehen. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel nimmt die Tiefe der Nuten 10 zum Ende 4 des Rohres des Injektors 1 hin zu. In Betracht gezogen ist aber auch eine Ausführungsform, bei welcher die Tiefe aller oder einzelner Nuten 10 gleich groß ist. Diese Nuten 10 bilden zylinderförmige (scheibenförmige) Kammern, in denen sich allenfalls gebildete Partikel ansammeln und wo Ablagerungen anwachsen können, so dass Partikel mit dem Gas aus dem Injektor 1 nicht oder nur verringert austreten.
[0037] Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform sind mit Abstand vom Ende 4 des Rohres, das den Injektor 1 bildet, Querschnittserweiterungen 11 vorgesehen, die als Fallen für Partikel wirken und erreichen, dass sich Ablagerungen dort abscheiden und ansammeln können. Die Querschnittserweiterungen 11 sind so ausgebildet, dass ihr stromabwärts (Strömungsrichtung des Gases Pfeil 12) liegendes Ende eine der Strömungrichtung entgegen gerichtete Nase 13 bildet.
[0038] Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen drei verschiedene Varianten für Austrittsöffnungen 20 an dem Ende des Rohres, welches den Injektor 1 bildet. Die Austrittsöffnungen 20 können Löcher in Siliziumplatten (Fig. 8), Schlitze in Siliziumplatten (Fig. 9) oder ein Gitter ergebende Löcher
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Patentamt im Siliziumplatten (Fig. 10) sein.
[0039] Fig. 11 zeigt in Stirnsicht einen Injektor 1 mit mehreren, in einem Kreis angeordneten, Austrittöffnungen 20.
[0040] Fig. 12 zeigt einen Injektor 1 mit einem ringförmigen Austrittskanal 21.
[0041] In Fig. 13 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors 1 gezeigt, der mehrere Austrittskanäle 22 aufweist, wobei im Kanal 2 Prallflächen 23 und Verwirbelungsräume vorgesehen sind.
[0042] In Fig. 14 ist ein Injektor 1 mit einem Kanal 2 gezeigt, der einen zyklonartigen Hohlraum aufweist, so dass in dem Bereich des zyklonartigen Hohlraums 25 Partikel abgeschieden werden, und aus dem einen Injektor 1 bildenden Rohr nicht austreten.
[0043] Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden:
[0044] Ein Injektor 1, der beim Herstellen von Halbleiterbauelementen zum Einleiten von Prozessgas in Kammern eingesetzt wird, besteht aus Silizium und weist einen Kanal 2 auf, der wenigstens einen erweiterten Bereich 3, 7, 10, 11, 24, 25 oder eine Verengung in Form einer ringförmigen Rippe 8 aufweist, so dass im Prozessgas enthaltende Partikel, die durch Absplitterungen von an den Wänden des Kanals 2 entstandenen Ablagerungen gebildet worden sind aus dem Prozessgas abgeschieden und im Injektor 1, insbesondere durch Anwachsen an die Innenfläche des Kanals 2, zurückgehalten werden und aus dem Injektor 1 nicht austreten.
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Claims (5)

Patentamt Patentansprüche
1. Injektor (1) für das Zuführen von Gas in eine Prozesskammer, umfassend ein Rohr mit einem Kanal (2) mit wenigstens einer Austrittöffnung (20, 21) für das Gas am Ende (4) des Injektors (1), wobei das als Injektor (1) dienende Rohr aus Silizium besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (2) in dem den Injektor (1) bildenden Rohr wenigstens einen Bereich mit einer Querschnittsfläche aufweist, die andere Abmessungen hat als die Querschnittsfläche des Kanals (2) in einem anderen Bereich.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kanals (2) im Bereich des Endes (4) des den Injektor (1) bildenden Rohres größer ist.
3. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kanals (2) im Bereich des Endes (4) des den Injektor (1) bildenden Rohres kleiner ist.
4. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (2) eine trichterförmige Erweiterung (3) aufweist.
5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (3) des Kanals (2) durch Stufen (6) gebildet ist.
6. Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kanal (2) wenigstens eine im Wesentlichen kugelförmige Erweiterung (7) vorgesehen ist.
7. Injektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere kugelförmige Erweiterungen (7), die ineinander übergehen, vorgesehen sind.
8. Injektor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende (4) des den Injektor (1) bildenden Rohres eine den Querschnitt des Kanals (2) verringernde Ringrippe (8) vorgesehen ist, die zur Mitte des Kanals (2) hin vorsteht.
9. Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Endes (4) des Kanals (2) wenigstens eine ringförmige Nut (10) vorgesehen ist.
10. Injektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit Abstand voneinander mehrere Nuten (10) vorgesehen sind.
11. Injektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Nuten (10) zum Ende (4) des den Injektor (1) bildenden Rohres hin zunimmt.
12. Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kanal (2) wenigstens ein erweiterter Bereich (11) vorgesehen ist und dass die den Bereich (11) begrenzende Fläche mit einer der Richtung (Pfeil 12) der Gasströmung durch das den Injektor (1) bildenden Rohr entgegen gerichteten Nase (13) ausgebildet ist.
13. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Endes (4) des den Injektor (1) bildenden Rohres Prallflächen (23) und Verwirbelungsräume (24) vorgesehen sind.
14. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Kanal (2) ein zyklonartig wirkender Hohlraum (25) vorgesehen ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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