DE4014351C2 - Vorrichtung zum Ätzen der oder zum Bilden von Schichten auf der Oberfläche von Halbleitern - Google Patents

Vorrichtung zum Ätzen der oder zum Bilden von Schichten auf der Oberfläche von Halbleitern

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ätzen der oder zum Bilden von Schichten auf der Oberfläche von Halbleitern unter Verwendung eines Reaktionsgases gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer herkömmlichen Vorrich­ tung zur Herstellung und Bearbeitung von Halbleitern. Ein Halb­ leitersubstrat 2 wird mit einem Halter 3 fixiert und ist inner­ halb einer im allgemeinen zylindrischen Kammer 1 angeordnet. Ein Reaktionsgas wird dem Innenraum der Kammer 1 zugeführt von einer Gaszuführungsleitung 4a durch eine Gaszuführungsöffnung 4, strömt innerhalb der Kammer 1 in den Richtungen, die mit Pfeilen 6 ange­ deutet sind, und erreicht dann die Oberfläche des Substrats 2. Das Reaktionsgas, das für die Reaktion nicht verbraucht worden ist, wird durch eine Auslaßöffnung 5 aus der Kammer 1 nach außen abgelassen. Ein Ventil zur Steuerung der Auslaßmenge, beispiels­ weise ein automatisches Einstellventil 7 für den Gasauslaß, ist in einer Auslaßleitung 7a vorgesehen, die mit der Auslaß­ öffnung 5 verbunden ist.
Eine herkömmliche Vorrichtung mit einem solchen Aufbau wird in der nachstehend beschriebenen Weise betrieben. Zunächst wird das Substrat 2 innerhalb der Kammer 1 auf den Halter 3 gesetzt. Danach, wenn der Innenraum der Kammer 1 mit einem inaktiven Gas gefüllt worden ist, wie z.B. mit N2, wird ein Reaktionsgas mit vorgegebenem Strömungsdurchsatz durch die Gaszuführungsöffnung 4 in die Kammer 1 eingeleitet. Ein Ge­ misch aus HF-Gas und N2-Gas kann als Reaktionsgas verwendet werden; wenn der durchzuführende Prozeß ein Ätzvorgang ist, wird das Reaktionsgas als Ätzgas verwendet.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck in der Kammer 1 kontinuier­ lich von einem nicht dargestellten Sensor gemessen, so daß der Innenraum der Kammer 1 auf einem vorgegebenen Druck gehalten werden kann, und zwar durch die Wirkung des automatischen Einstellventils 7 im Auslaß.Wenn eine vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist, wird ein Ersatzgas, beispielsweise N2-Gas oder Luft, durch die Gaszuführungsöffnung 4 eingeleitet, um das in der Kammer 1 verbliebene Reaktionsgas zu ersetzen.
Die Reaktion des Reaktionsgases, die auf der Oberfläche des Substrats 2 stattfindet, beginnt sofort nach der Zuführung des Reaktionsgases in die Kammer 1 und dauert an bis zum Ab­ lassen des Reaktionsgases, was durch die Zuführung des Ersatz­ gases hervorgerufen wird. Das Substrat 2 wird aus der Kammer 1 herausgenommen, wenn das Reaktionsgas vollständig aus der Kam­ mer 1 abgelassen worden ist.
Da die Vorrichtung zur Herstellung und Bearbeitung von Halblei­ tern mit obigem Aufbau nur mit einer Gaszuführungsöffnung ver­ sehen ist, die für die Einleitung des Reaktionsgases und des Ersatzgases verwendet wird, und auch nur eine Auslaßöffnung 5 besitzt, die zum Ablassen der Gase verwendet wird, kann das Reaktionsgas innerhalb der Kammer 1 mit einem nicht gleich­ mäßigen Strömungsdurchsatz und/oder in nicht gleichmäßigen Richtungen strömen, was von der gesamten Formgebung der Kam­ mer 1, der Anbringungsposition der Gaszuführungsöffnung 4 und der Auslaßöffnung 5 sowie anderen räumlichen Gegebenheiten abhängt. Diese mangelnde Gleichförmigkeit hinsichtlich der Strömungsrate und der Richtung des Reaktionsgases ändert sich in Abhängigkeit von der Menge an Reaktionsgas, welches die Oberfläche des Substrats 2 erreicht, so daß eine exakte Bear­ beitung der Oberfläche des Substrats 2 sehr schwer, wenn über­ haupt möglich ist.
Aus der EP 01 65 400 A1 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Dabei umfaßt eine Hochdruckreaktionskammer eine fluidgekühlte obere Elektrode, die eine Vielzahl von kleinen Löchern aufweist, so daß eine gleichmäßige Verteilung eines Reaktionsgases über die Oberfläche eines zu ätzenden Wafers erreicht ist. Eine ebenfalls fluidgekühlte untere Elektrode ist von der oberen Elektrode beabstandet und weist einen Isolierring an ihrer Oberseite auf. Der Isolierring steht über die ungeschützte Oberfläche der unteren Elektrode nach oben vvor, um den Abstand beider Elektroden und einen Plasmabereich zu definieren. Über der ersten Elektrode ist eine Drosselscheibe angeordnet, so daß das über einen Einlaß in die Kammer eingebrachte Reaktionsgas gleichmäßig der oberen Elektrode zugeführt werden kann. Nach Durchströmen des Plasmabereichs wird das Reaktionsgas dann durch eine Vielzahl von voneinander beabstandeten, sich radial erstreckenden Durchlaßöffnungen im Isolierring abgeführt.
Nachteilhat hierbei ist, daß eine völlig gleichmäßige Bearbeitung der gesamten Oberfläche des Wafers nicht sichergestellt werden kann.
Aus dem Patent Abstract der JP 63-1 41 318 A2 ist eine Ätzvorrichtung bekannt, die eine obere Elektrode mit einem Gaseinlaßloch und eine untere, gegenüberliegend angeordnete Elektrode aufweist, auf der ein Substrat angeordnet werden kann. Eine Abschirmplatte mit Löchern gleichen Durchmessers ist in der Nachbarschaft am Umfang der unteren Elektrode ringförmig angeordnet. Direkt unterhalb der Abschirmplatte ist eine drehbare Ableiteinstellplatte angeordnet, die abwechselnd erste und zweite Löcher aufweist, welche alternativ mit den Löchern der Abschirmplatte zur Deckung gebracht werden können. Die Durchmesser der ersten Löcher sind proportinal zum Abstand der Löcher zu einem Gasauslaß und die Durchmesser der zweiten Löcher entsprechen den Durchmessern der Löcher in der Abschirmplatte. Während des Ätzvorgangs wird das durch die Löcher in der Abschirmplatte und der ersten Löcher in der Ableiteinstellplatte strömende Gas über den Gasauslaß gleichmäßig abgeführt. Am Ende des Ätzvorgangs wird die Ableiteinstellplatte gedreht und das Reaktionsgas kann plötzlich mit großer Geschwindgikeit über die Löcher in der Abschirmplatte und nunmehr die zweiten Löcher in der Ableiteinstellplatte abgeführt werden.
Auch mit dieser Vorrichtung kann keine absolut gleichmäßige Bearbeitung eines auf der zweiten Elektrode angeordneten Wafers gewährleistet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung und Bearbeitung von Halbleitern anzugeben, mit der es möglich ist, ein Reaktionsgas in gleichmäßiger Weise der Oberfläche eines zu bearbeitenden Substrats zuzuführen, so daß gewährleistet ist, daß die Oberfläche des Substrats mit einem hohen Grad an Gleichmäßigkeit bearbeitet werden kann.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkale gelöst.
Demgemäß ist eine zweite Vergleichmäßigungseinrichtung vorgesehen, die bezogen auf das Substrat auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Vergleichmäßigungseinrichtung vorgesehen ist und den Innenraum der Kammer nochmals unterteilt. Dadurch kann das Gas nicht nur gleichmäßig einströmen, sondern ebenso wieder gleichmäßig ausströmen, so daß eine gewünschte gleichmäßige Behandlung der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats mit dem Reakationsgas möglich ist. Wesentlich trägt dazu die Ausbildung der Gasabführung bei, die auf der dem Substrat gegenüberliegenden Seite der zweiten Vergleichmäßigungseinrichtung vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß das Reaktionsgas gleichmäßig aus dem Innenraum der Kammer abgeführt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vor­ richtung zur Herstellung und Bearbeitung von Halblei­ tern;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung; und in
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Gaszuführungsdüse und eine Gasauslaßdüse, die bei der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung verwendet werden.
Im folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine schema­ tische Darstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt. In Fig. 2 werden gleiche Bezugszeichen für diejenigen Teile verwendet, die in entsprechender Weise bei der Vorrich­ tung gemäß Fig. 1 vorhanden sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist ein Halbleitersubstrat 2, das von einem Halter 3 getragen ist, im unteren Bereich des Innenraumes einer Kammer 1A ange­ ordnet, die beispielsweise zylindrische Gestalt hat.
Der obere Bereich der Kammer 1A ist mit einer Gaszuführungs­ öffnung 4 versehen, durch welche ein Gas, einschließlich eines Reaktionsgases, wobei es sich um HF-Gas oder N2-Gas als Ätzgas handeln kann, oder ein Ersatzgas von einer Gaszuführungslei­ tung 4A aus in den Innenraum der Kammer 1A eingeleitet werden kann. An diese Gaszuführungsöffnung 4 ist eine Gaszuführungs­ einrichtung angeschlossen, nämlich eine Gaszuführungsdüse 10, um das Gas gleichmäßig über den Querschnitt in die Kammer 1A einzuleiten.
Die Gaszuführungsdüse 10 hat eine Vielzahl von Gasaustritts­ löchern 11 an der Oberseite oder ihrem oberen Bereich, und die Größe der Gaszuführungsdüse ist größer als die Breite des Substrats 2. Die Gasaustrittslöcher 11 haben einen Durchmesser zwischen 100 µm und 10 mm und sind vorgesehen, um das Gas gleichmäßig in die Kammer 1A austreten zu lassen. Da das Sub­ strat 2 eine scheibenförmige Gestalt hat, wird bevorzugt, daß die Gaszuführungsdüse 10 eine spiralförmige Gestalt hat, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Das Gas wird von den Gasaustrittslöchern 11 der Gaszuführungs­ düse 10 zur Decke der Kammer 1A hin eingelassen. Ein Filter 8a, der als erste Vergleichmäßigungsein­ richtung dient, ist zwischen der Gaszuführungsdüse 10 und dem Substrat 2 vorgesehen, um den Innenraum der Kammer 1A zu un­ terteilen. Der Filter 8a besteht aus einem nicht korrodieren­ den oder korrosionshemmenden Material, wie z.B. Teflon.
Weiterhin ist ein Filter 8b, der als zweite Vergleichmäßigungseinrichtung dient, auf der gegenüberliegen­ den Seite des Filters 8a, in Strömungsrichtung hinter dem Sub­ strat 2 vorgesehen, um den Innenraum der Kammer 1A nochmals zu unter­ teilen. Auf diese Weise ist die Kammer 1A durch die Filter 8a und 8b unterteilt in einen Gaszuführungsbereich A, einen Sub­ stratbehandlungsbereich B und einen Gasauslaßbereich C.
Unterhalb des Filters 8b ist eine Auslaßeinrichtung vorgese­ hen, nämlich eine Gasauslaßdüse 12, die an eine Auslaßöffnung 5 angeschlossen ist. Vorzugsweise hat die Gasauslaßdüse 12 die gleiche Konfiguration wie die Gaszuführungsdüse 10. Das bedeutet, die Gasauslaßdüse 12 hat eine Vielzahl von nach oben gerichteten Auslaßlöchern 13. Diese Auslaßlöcher 13 ha­ ben vorzugsweise den gleichen Durchmesser wie die Gasaus­ trittslöcher 11 in der Gaszuführungsdüse 10.
Bei der Vorrichtung mit dem oben beschriebe­ nen Aufbau wird zuerst das Substrat 2 auf den Halter 3 in der Kammer 1A gesetzt, und dann wird der Innenraum der Kammer 1A mit einem inaktiven Gas gefüllt, beispielsweise mit N2-Gas. Danach wird das Reaktionsgas von der Gaszuführungsöffnung 4 aus in die Kammer 1A eingeleitet.
Normalerweise wird das Reaktionsgas bei Raumtemperatur zuge­ führt. Das eingeleitete Reaktionsgas tritt in die Kammer 1A im wesentlichen gleichmäßig und gleichförmig ein durch die Vielzahl von Gasaustrittslöchern 11, die nach oben gerichtet sind. Das Reaktionsgas trifft dabei auf die Decke der Kammer 1A und verliert daraufhin seine Richtungsorientierung.
Da von dem Reaktionsgas ein statischer Druck erzeugt wird, der auf den Innenraum der Kammer 1A oberhalb des Filters 8a wirkt, strömt das Reaktionsgas nach unten durch den Filter 8a aufgrund der Druckdifferenz, die innerhalb der Kammer 1A erzeugt wird. Dies ermöglicht es, daß das Reaktionsgas der Oberfläche des Substrats 2 in einer gleichmäßigen Richtung mit einem gleichmäßigen Strömungsdurchsatz zugeführt wird.
Es wird bevorzugt, wenn die Poren in dem Filter 8a eine Größe haben, die im Bereich von 0,01 µm bis 100 µm liegt. Da die Filter 8a und 8b auch die Funktion haben, Staub aus dem Reak­ tionsgas zu entfernen, ist es umso besser, je kleiner die Po­ rengröße ist.
Da jedoch übermäßig kleine Poren den Druckverlust des Reakti­ onsgases erhöhen, welches durch die Poren hindurchgeht, sollte die Größe der Poren nicht kleiner als 0,01 µm sein. Ferner sollte die Größe der Poren einen Wert von 100 µm nicht über­ schreiten, da Poren mit einer größeren Porengröße als 100 µm keine Strömung des Gases gewährleisten, die einen gleichmäßi­ gen Strömungsdurchsatz und eine gleichmäßige Strömungsrichtung hat. Besonders bevorzugt liegt die Größe der Poren im Bereich von 0,05 µm bis 10 µm.
Das Reaktionsgas, welches die Oberfläche des Substrats 2 nicht erreicht, geht durch den Filter 8b hindurch und wird dann aus der Kammer 1A durch die Gasauslaßdüse 12, welche an die Aus­ laßöffnung 5 angeschlossen ist, nach außen abgelassen. Die Filter 8a und 8b in Kombination miteinander machen den Strö­ mungsdurchsatz und die Strömungsrichtung der Gasströmung be­ sonders gleichmäßig. Die Porengröße der Poren in den ersten und zweiten Filtern 8a und 8b ist vorzugsweise die gleiche. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, die Porengröße innerhalb des oben angegebenen Bereiches zu variieren.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden eine spiral­ förmige Gaszuführungsdüse 10 und eine spiralförmige Gasauslaß­ düse 12 verwendet. Es können jedoch auch eine Gaszuführungsdü­ se 10 und eine Gasauslaßdüse 12 mit anderen Formen verwendet werden.
Weiterhin sind die Gasaustrittslöcher 11 und die Auslaßlöcher 13 in ihrer Vielzahl jeweils an der Oberseite der Gaszufüh­ rungsdüse 10 bzw. der Gasauslaßdüse 12 vorgesehen. Sie können jedoch auch in der Seite oder im Boden der Gaszuführungsdüse 10 bzw. der Gasauslaßdüse 12 vorgesehen sein.
Ferner kann das Substrat 2 mit einer geeigneten Antriebsein­ richtung 3a gemäß Fig. 3 in Drehung versetzt werden, um es zu ermöglichen, die Oberfläche des Substrats 2 in noch gleichmäßi­ gerer Weise zu bearbeiten. Die Poren in den Endbereichen der Filter 8a und 8b können geschlossen sein. Die Filter 8a und 8b sollten jedoch Poren zumindest in einem Bereich haben, der deutlich größer ist als die Fläche des Substrats 2.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Gaszufüh­ rungsdüse 10 im oberen Bereich im Innenraum der Kammer 1A vorgesehen, während die Gasauslaßdüse 12 im unteren Bereich vorgesehen ist. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, die Anordnung umzukehren, so daß die Gaszuführungsdüse 10 im unteren Bereich der Kammer 1A angeordnet ist, während die Gas­ auslaßdüse 12 im oberen Bereich der Kammer 1A vorgesehen ist.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Ätzen der oder zum Bilden von Schichten auf der Oberfläche von Halbleitern unter Verwendung eines Reaktionsgases, umfassend
  • - eine Kammer (1A);
  • - eine Einrichtung (3) zur Halterung eines Halbleitersubstrats (2) innerhalb der Kammer (1A);
  • - eine Gaszuführungseinrichtung (4, 4a) und eine Gasauslaßeinrichtung (5, 7a), die an die Kammer (1A) angeschlossen sind,
  • - eine Gaszuführung (10), die in der Kammer (1A) dem Halbleitersubstrat (2) gegenüberliegend vorgesehen ist, die das Reaktionsgas gleichmäßig über den Querschnitt der Kammer (1A) einleitet;
  • - eine erste Vergleichmäßigungseinrichtung (8a) , die zwischen der Gaszuführung (10) und dem Substrat (2) angeordnet ist und den Innenraum der Kammer (1A) unterteilt und den Strömungsdurchsatz sowie die Strömungsrichtung des von der Gaszuführung (10) eingeleiteten Reaktionsgases auf die Oberfläche des Substrats (2) gleichmäßig macht;
gekennzeichnet durch
  • - eine zweite Vergleichmäßigungseinrichtung (8b), die bezogen auf das Substrat (2) auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Vergleichmäßigungseinrichtung (8a) vorgesehen ist und den Innenraum der Kammer (1A) nochmals unterteilt, um den Strömungsdurchsatz und die Strömungsrichtung des austretenden Reaktionsgases ebenfalls gleichmäßig zu machen, wobei eine Gasabführung (12) auf der dem Substrat (2) gegenübrliegenden Seite der zweiten Vergleichmäßigungseinrichtung (8a) vorgesehen ist, um das Reaktionsgas aus dem Innenraum der Kammer (1A) gleichmäßig über den Querschnitt abzuführen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführung (10) eine Gaszuführungsdüse (10) mit einer Vielzahl von Gasaustrittslöchern (11) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführungsdüse (10) eine Spiralform besitzt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittslöcher (11) in der Oberseite der Gaszuführungsdüse (10) ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittslöcher (11) einen Durchmesser im Bereich von 100 µm bis 10 mm besitzen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabführung (12) eine Gasauslaßdüse (12) mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Auslaßlöchern (13) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßdüse (12) eine Spiralform besitzt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßlöcher (13) in der Oberseite der Gasauslaßdüse (12) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßlöcher (13) einen Durchmesser im Bereich von 100 µm bis 10 mm besitzen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Vergleichmäßigungseinrichtung (8a, 8b) ein Filter ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (8a, 8b) Poren mit einer Größe im Bereich von 0,01 µm bis 100 µm aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (8a, 8b) Poren mit einer Größe im Bereich von 0,05 µm bis 10 µm besitzt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) zur Halterung des Substrats (2) mit einer Antriebseinrichtung (3a) versehen ist, mit der das Substrat (2) drehbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gaszuführung (10) im oberen Bereich im Innenraum der Kammer (1A) vorgesehen ist,
daß die Gasabführung (13) im unteren Bereich im Innenraum der Kammer (1A) vorgesehen ist,
und daß die Einrichtung zur Halterung des Halbleitersubstrats (2) am Boden der Kammer (1A) befestigt ist.
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