DE102004004858A1 - Implements for simultaneously coating number of wafers during semiconductor manufacture by deposition from gas phase, i.e. chemical vapour deposition (CVD), or compressing chemical vapour deposition (LPCVD) as well as gas injector - Google Patents
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Abstract
Description
Vorrichtung zum Beschichten von Substratscheiben, Gaszufuhreinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung.contraption for coating substrate wafers, gas supply device and method for their production.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum simultanen Beschichten einer Mehrzahl von Wafern während der Halbleiterherstellung mittels Abscheidung aus der Gasphase (CVD, Chemical Vapour Deposition), insbesondere bei niedrigem Druck (LPCVD, Low Pressure Chemical Vapour Deposition). Ferner betrifft die Erfindung eine Gasinjektionseinrichtung für diese Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung der Gasinjektionseinrichtung.The The present invention relates to a simultaneous coating apparatus a plurality of wafers during semiconductor production by means of vapor deposition (CVD, Chemical Vapor Deposition), especially at low pressure (LPCVD, Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Furthermore, the invention relates a gas injection device for this device and a method for producing the gas injection device.
Beschichtungsverfahren, bei denen verschiedene Materialien aus der Gas- bzw. Dampfphase auf Oberflächen von Substraten abgeschieden werden, finden in der Halbleiterherstellung vielfältige Anwendungen. In der Regel werden dabei sehr hohe Anforderungen an die Qualität bzw. Homogenität der dabei erzeugten Schichten gestellt (Schichtdicke, Konformität, etc.), da bestimmte Abweichungen der Schichteigenschaften die Funktionsfähigkeit der zugehörigen Halbleiterstrukturen unerwünscht beeinträchtigen können. Dieses gilt insbesondere für die Herstellung hochintegrierter Schaltkreise (IC intergrated circuit), da diese aufgrund ihrer feinen Strukturgrößen in der Regel sehr empfindlich auf jegliche Abweichung vom vorgesehenen Aufbau reagieren. Oft genügen daher relativ geringe Schichtvariationen, um Halbleiterchips für den vorgesehenen Einsatz unbrauchbar zu machen. Da der in der Halbleiterindustrie herrschende Trend zu immer höheren Integrationsdichten auch in Zukunft anhalten wird, besteht auch weiterhin die Notwendigkeit die Beschichtungsverfahren ständig zu optimieren.Coating process, in which different materials from the gas or vapor phase on surfaces are deposited by substrates found in semiconductor manufacturing diverse applications. As a rule, very high demands are placed on the quality or homogeneity of the process produced layers (layer thickness, conformity, etc.), because certain deviations of the layer properties, the functionality the associated Semiconductor structures undesirable impair can. This applies in particular to the production of highly integrated circuits (IC), because these are usually very sensitive due to their fine structure sizes respond to any deviation from the intended structure. Often, therefore, suffice relatively small layer variations to semiconductor chips for the intended Use unusable. Because of the semiconductor industry prevailing trend to ever higher Integration densities will continue in the future as well The need to continue the coating process continues optimize.
Neben typischen Einzelwafer-Reaktoren, mit denen sehr gute Ergebnisse bei der Beschichtung einzelner Wafer erzielt werden können, kommen auch sogenannte Batch-Reaktoren zum Ein satz. Hierbei wird gleichzeitig eine Vielzahl von Wafern prozessiert, die parallel zueinander in einem Stapel (batch) angeordnet sind. Da es für die Massenanfertigung der Halbleiterindustrie regelmäßig auf einen besonders hohen Durchsatz ankommt, sind bereits Beschichtungsanlagen mit einem Fassungsvermögen von bis zu 200 Wafern vorgesehen. Neben horizontalen Beschichtungsanlagen, bei denen die Wafer auf einem horizontalen Träger nebeneinander angeordnet sind, werden auch sogenannte vertikale Reaktoröfen (vertical batch reactor) verwendet, bei denen die Wafer in einem vertikalen Stapel übereinander angeordnet sind. Diese nehmen gegenüber den horizontal angeordneten Reaktoren deutlich weniger Platz ein.Next typical single-wafer reactors, which gives very good results can be achieved in the coating of individual wafers, come too so-called batch reactors for use. This becomes simultaneous Processed a plurality of wafers parallel to each other in a batch are arranged. As for the mass production of the Semiconductor industry regularly on a particularly high throughput is required, are already coating systems with a capacity of up to 200 wafers. In addition to horizontal coating systems, in which the wafers are arranged side by side on a horizontal support are so-called vertical vertical reactors (vertical batch reactor) used in which the wafers in a vertical stack on top of each other are arranged. These take over the horizontally arranged Reactors significantly less space.
Als besonders schwierig erweist sich bei herkömmlichen Batch-Reaktoren, gleichmäßige Bedingungen für alle Wafer innerhalb des Reaktors zu schaffen. Bedingt durch ihre die Geometrie weist eine Reaktorkammer regelmäßig lokale Bereiche auf, in denen andere physikalische Bedingungen herrschen als im Rest der Reaktorkammer. Sofern jedoch die physikalischen Parameter, wie z. B. die Verteilung, der Druck oder die Zusammensetzung des Prozessgases entlang des Stapels variieren, können auch Abweichungen bei den erzeugten Schichten beobachtet werden. Diese hängen typischerweise von der Position des jeweiligen Wafers innerhalb der Anlage ab, wobei insbesondere zwischen dem ersten und dem letzten Wafer eines Stapels deutliche Unterschiede der Schichtdicke bzw. der Schichtqualität zu beobachten ist. Solche Abweichungen von der Norm können für eine relativ hohe Ausschussrate verantwortlich sein.When Particularly difficult turns in conventional batch reactors, uniform conditions for all To create wafers inside the reactor. Conditioned by their the Geometry, a reactor chamber regularly has local areas in which other physical conditions prevail than in the remainder of the reactor chamber. However, if the physical parameters such. B. the distribution, the Pressure or the composition of the process gas along the stack can vary also deviations in the generated layers can be observed. These hang typically from the position of the respective wafer within the plant from, in particular between the first and the last Wafer of a stack distinct differences in the layer thickness or the layer quality can be observed. Such deviations from the norm may be for a relative high committee rate.
Der hier verwendete Begriff „Prozessgas" umfasst sowohl gas- als auch dampfförmige Materialien. Ebenso sind auch mikrogranulierte Pulver sowie Kombinationen der vorgenanten Stoffe möglich.Of the As used herein, "process gas" includes both gaseous and vaporous materials. Likewise, microgranulated powders and combinations of vorgenanten substances possible.
Um
das Prozessgas besser innerhalb des Reaktors verteilen zu können, sieht
Aus
Die Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte Beschichtungsanlage zur Verfügung zu stellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Gasinjektionssystem sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen.The The object of the invention is an improved coating system to disposal to deliver. It is another object of the invention an improved Gas injection system and a method for its production disposal to deliver.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Beschichten von Substratscheiben nach Anspruch 1, eine Gasinjektionseinrichtung nach Anspruch 13 sowie ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a device for coating substrate slices according to claim 1, a gas injection device according to claim 13 and a method according to claim 15 solved. Further advantageous embodiments are in the dependent claims specified.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Beschichten von Substratscheiben vorgesehen, die eine vertikale Prozesskammer, ein innerhalb der Prozesskammer vertikal angeordnetes Mantelrohr und eine innerhalb des Mantelrohrs konzentrisch angeordnete Halteeinrichtung aufweist. Die Halteeinrichtung weist ihrerseits im Wesentlichen stapelförmig übereinander angeordnete Positionen zur Aufnahme von Substratscheiben auf, wobei die Aufnahmepositionen die Substratscheiben im Wesentlichen horizontal halten. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Gasinjektionseinrichtung zum Zuführen eines Prozessgases in einen durch das Mantelrohr begrenzten Reaktionsraum. Im Mantelrohr ist ein Öffnungsbereich ausgebildet, der als Auslass für das verbrauchte Prozessgas aus dem Reaktionsraum dient. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die Gasinjektionseinrichtung und/oder der Öffnungsbereich entlang der Halte einrichtung erstrecken. Ferner ist vorgesehen, dass die räumliche Anordnung und Ausgestaltung der Gasinjektionseinrichtung und/oder des Öffnungsbereichs optimiert sind, um den Durchsatz, die Verweildauer, die Strömungsgeschwindigkeit, den Druck und/oder einen weiteren physikalischen Parameter des Prozessgases in dem Bereich der Aufnahmepositionen anzugleichen. Durch das Angleichen dieser speziellen Bedingungen für alle Positionen können positionsabhängige Unterschiede der erzeugten Schichten innerhalb einer Charge minimiert und hierdurch wiederum die Ausbeute der jeweiligen Halbleiterprodukte insgesamt gesteigert werden.According to the invention, an apparatus for coating substrate disks is provided, which comprises a vertical process chamber, a casing pipe arranged vertically within the process chamber and a concentrically arranged within the casing tube holding means. The holding device, for its part, has substantially stack-shaped superimposed positions for receiving substrate wafers, wherein the receiving positions hold the substrate wafers substantially horizontally. Furthermore, the device comprises a gas injection device for supplying a process gas into a reaction space bounded by the jacket tube. In the jacket tube an opening area is formed, which serves as an outlet for the spent process gas from the reaction space. According to the invention, it is provided that the gas injection device and / or the opening region extend along the holding device. It is further provided that the spatial arrangement and configuration of the gas injection device and / or the opening region are optimized in order to adjust the throughput, the residence time, the flow velocity, the pressure and / or a further physical parameter of the process gas in the region of the pickup positions. By matching these special conditions for all positions, positional differences in the generated layers within a batch can be minimized, thereby increasing the overall yield of the respective semiconductor products.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Mantelrohr in seinem oberen Bereich mittels eines Deckels gasdicht abgeschlossen ist und der Öffnungsbereich im Wesentlichen auf einer der Gasinjektionseinrichtung gegenüberliegenden Seite der Halteeinrichtung im Mantelrohr ausgebildet ist, um eine im Wesentlichen horizontale Strömung des Prozessgases innerhalb des Reaktionsraums, insbesondere im Bereich der Aufnahmepositionen zu erreichen. Vorteilhaft dabei ist, dass das Prozessgas im Wesentlichen horizontal an den Aufnahmepositionen vorbeiströmt, wodurch eine effektivere und gleichmäßigere Beschichtung der darin untergebrachten Substratscheiben erreicht werden kann. Insbesondere werden hierdurch die Vorteile des Single-Wafer-Reaktor-Prinzips auf einen vertikalen Reaktorofen übertragen, wodurch die Qualität der erzeugten Schichten steigt. Dabei kann unter anderem die radiale Homogenität der erzeugten Schichten auf einer Substratscheibe deutlich verbessert werden. Ferner ermöglicht eine horizontale Strömung auch einen besseren Abtransport des verbrauchten Prozessgases. Da der Stofftransport zwischen den Substratscheiben (S1-Sn) nunmehr aktiv und nicht nur durch Konvektionsprozesse stattfindet, ist die Verweildauer des Prozessgases in den Abscheidezonen insgesamt geringer. Hierdurch werden auch verstärkt Abgase aus den Nebenprodukten der chemischen Reaktion aus dem Reaktionsraum abtransportiert. Da die im Reaktions raum ansonsten verbleibende Abgase sich negativ auf die gewünschte Abscheidereaktion auswirken können, äußert sich ein verbesserter Abtransport dieser Gase insbesondere auch in einer höheren Qualität der erzeugen Schichten. Vorteilhaft dabei ist auch, dass das erfindungsgemäße Design einfach auf bereits bestehende vertikale Reaktoröfen angewendet werden kann, ohne eine aufwendige und kostspielige Neukonzeption vornehmen zu müssen. Ebenso ist auch eine Übertragung dieses Konzepts auf andere Reaktortypen möglich.A particularly advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the jacket tube is closed gas-tight in its upper region by means of a lid and the opening region is formed substantially on a side opposite the gas injection device side of the holding device in the jacket tube to a substantially horizontal flow of the process gas within of the reaction space, in particular in the region of the receiving positions. The advantage here is that the process gas flows substantially horizontally past the receiving positions, whereby a more effective and more uniform coating of the substrate wafers housed therein can be achieved. In particular, the advantages of the single-wafer reactor principle are thereby transferred to a vertical reactor furnace, whereby the quality of the layers produced increases. Among other things, the radial homogeneity of the layers produced on a substrate wafer can be significantly improved. Furthermore, a horizontal flow also allows a better removal of the spent process gas. Since the mass transfer between the substrate wafers (S 1 -S n ) now takes place actively and not only by convection processes, the residence time of the process gas in the deposition zones is lower overall. As a result, exhaust gases from the by-products of the chemical reaction are also increasingly transported away from the reaction space. Since the reaction chamber otherwise remaining exhaust gases can have a negative effect on the desired deposition reaction, expressed an improved removal of these gases in particular in a higher quality of the produce layers. Another advantage is that the design of the invention can be easily applied to existing vertical reactor ovens without having to make a costly and costly redesign. Likewise, a transfer of this concept to other reactor types is possible.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Öffnungsbereich des Mantelrohrs sich im Wesentlichen vertikal entlang der gesamten Haltevorrichtung erstreckt und eine sich vertikal entlang der Halteeinrichtung erstreckende Öffnung im Mantelrohr aufweist. Durch eine geeignete Auswahl der Öffnung lässt sich die horizontale Strömung des Prozessgases auf eine besonders vorteilhafte Weise beliebig gestalten.A further advantageous embodiment of the Invention provides that the opening area of the Jacket tube is substantially vertical along the entire holding device extends and a vertically along the holding device extending opening in the Casing tube has. By a suitable selection of the opening can be the horizontal flow the process gas in a particularly advantageous manner as desired shape.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die sich vertikal entlang der Halteeinrichtung erstreckende Öffnung im oberen Bereich des Mantelrohrs breiter ist als im unteren Bereich des Mantelrohrs. Durch dieses konstruktive Merkmal kann unter anderem eine typische Druckabnahme des Prozessgases im oberen Bereich der Reaktionskammer kompensiert werden.According to one advantageous embodiment of the Invention is provided that the vertically along the holding device extending opening in Upper area of the jacket tube is wider than in the lower area of the jacket tube. By this constructive feature can inter alia a typical pressure drop of the process gas in the upper part of the Reaction chamber can be compensated.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch darin gesehen, dass der Öffnungsbereich mehrere vertikal entlang der Halteeinrichtung angeordnete Öffnungen im Mantelrohr umfasst. Vorteilhaft dabei ist, dass sich durch eine geeignete Ausgestaltung der Öffnungsbereiche das Profil der horizontalen Strömung individuell bestimmen lässt. Insbesondere können durch eine geeignete Form, Anzahl und/oder Anordnung der Öffnungen die aerodynamischen Bedingungen in den Abscheidezonen der Aufnahmepositionen unabhängig von ihrer relativen Lage innerhalb der Halteeinrichtung angeglichen werden.A further advantageous embodiment of the Invention is also seen in that the opening area a plurality of vertical comprises openings arranged in the jacket tube along the holding device. The advantage here is that by a suitable embodiment the opening areas the profile of the horizontal flow can be determined individually. In particular, you can by a suitable shape, number and / or arrangement of the openings the aerodynamic conditions in the separation zones of the intake positions independently matched by their relative position within the holding device become.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine in einem oberen Bereich des Mantelrohrs angeordnete Öffnung größer ist als eine Öffnung in einem unteren Bereich des Mantelrohrs. Hierdurch lässt sich ebenso die typische Druckabnahme des Prozessgases im oberen Bereich des Reaktionsraums kompensieren.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that an opening arranged in an upper region of the jacket tube is larger as an opening in a lower region of the jacket tube. This is possible as well as the typical pressure decrease of the process gas in the upper area of the reaction space compensate.
Ferner sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Gasinjektionseinrichtung sich im Wesentlichen vertikal entlang der Haltevorrichtung erstreckt und dabei ausgebildet ist, um das Prozessgas gleichmäßig entlang der gesamten Haltevorrichtung in den Reaktionsraum zu verteilen. Mithilfe einer entlang der Haltevorrichtung verlaufenden Gasinjektionseinrichtung lässt sich eine gleichmäßige horizontale Strömung des Prozessgases besonders effektiv erreichen.Furthermore, an advantageous embodiment of the invention provides that the gas injection device extends substantially vertically along the holding device and is designed to distribute the process gas uniformly along the entire holding device into the reaction space. With the help of a running along the holding device gas injection device can be a achieve even horizontal flow of the process gas particularly effective.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gasinjektionseinrichtung wenigsten zwei rohrförmige Injektionsleitungen aufweist, die im Wesentlichen vertikal zwischen dem Mantelrohr und der Halteeinrichtung nebeneinander verlaufen und jeweils eine Injektionsöffnung in einer unterschiedlichen Höhe aufweisen, wobei die Injektionsleitungen eine gemeinsame Gaszufuhrleitung besitzen und wobei jede der beiden Injektionsleitungen von der Gaszufuhrleitung bis zu ihrer jeweiligen Injektionsöffnung für das Prozessgas jeweils die gleiche effektive Wegstrecke und/oder den gleichen Strömungswiderstand aufweist. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass mithilfe der Injektionsleitungen die gleiche Menge des Prozessgases unter identischen Bedingungen in jeweils unterschiedlicher Höhe der Halteeinrichtung abgegeben werden kann.According to one further advantageous embodiment The invention provides that the gas injection device at least two tubular injection lines which is substantially vertical between the casing pipe and the holding device run side by side and each have an injection opening in have a different height, wherein the injection lines have a common gas supply line and wherein each of the two injection lines from the gas supply line up to their respective injection opening for the process gas in each case Same effective distance and / or the same flow resistance having. Particularly advantageous is that using the injection lines the same amount of process gas under identical conditions in different heights the holding device can be dispensed.
Ferner ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass jede Injektionsleitung jeweils einen im Wesentlichen vertikalen ersten Abschnitt, einen umgebogenen zweiten Abschnitt und einen im Wesentlichen vertikal verlau fenden dritten Abschnitt aufweist, der die zugehörige Injektionsöffnung aufweist. Vorteilhaft hierbei ist, dass alle Injektionsleitungen im Wesentlichen identischen Strömungseigenschaften für das Prozessgas aufweisen. Insbesondere ermöglicht dieser Aufbau eine Gasinjektionseinrichtung mit mehreren identischen Injektionsöffnungen, die jeweils in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, wobei jede Injektionsöffnung unabhängig von ihrer jeweiligen Höhe die gleiche Menge an Prozessgas in den Reaktionsraum abgeben kann.Further is in an advantageous embodiment the invention provides that each injection line each one essentially vertical first section, a bent second Section and a substantially vertically duri fenden third Section has, which has the associated injection port. The advantage here is that all injection lines substantially identical flow characteristics for the Have process gas. In particular, this structure enables a gas injection device with several identical injection ports, each in different Heights arranged are, with each injection port independently from their respective height can deliver the same amount of process gas into the reaction space.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht ferner vor, dass die Injektionsleitungen aus im Wesentlichen identischen Rohren bestehen, die jeweils in einer unterschiedlichen Höhe um 180° umgebogen sind. Durch die Verwendung identischer Rohre, die jeweils um 180° umgebogen sind, kann sichergestellt werden, dass jede Injektionsleitung für das Prozessgas die gleichen effektive Wegstrecke darstellt und/oder den gleichen Strömungswiderstand aufweist.A further advantageous embodiment of the Invention also provides that the injection lines from in Essentially identical tubes exist, each in a different Height around Bent 180 ° are. By using identical tubes, each bent 180 °, can be ensured that each injection line for the process gas represents the same effective distance and / or the same flow resistance having.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine CVD- und insbesondere eine LPCVD-Beschichtungsanlage ist.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the device is a CVD and in particular a LPCVD coating system is.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Gasinjektionseinrichtung aus wenigstes zwei im Wesentlichen identischen Rohren herzustellen, die mit einer gemeinsamen Gaszufuhrleitung verbunden und anschließend in jeweils unterschiedlichen Längsabschnitten um 180° gebogen werden. Mithilfe dieses Verfahrens lassen sich die erfindungsgemäßen Gasinjektionseinrichtungen besonders einfach herstellen.According to the invention, it is provided the gas injection device consists of at least two substantially identical pipes to produce, with a common gas supply line connected and then in each case different longitudinal sections bent by 180 ° become. By means of this method, the gas injection devices according to the invention can be achieved especially easy to make.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:in the The invention will be explained in more detail with reference to drawings. It demonstrate:
Die
Die hier gezeigte Beschichtungsanlage ist dabei vorzugsweise zum Betrieb als ein typischer Niederdruck-Batch-Reaktor (LPCVD-Batch-Reaktor) vorgesehen und arbeitet mit einem reduzierten Druck. Sie besteht im Wesentlichen aus zwei ineinander verschachtelten zylindrischen Rohren, nämlich einer vertikalen Prozesskammer (TP) und einem innerhalb der Prozesskammer (TP) vorgesehenen Mantelrohr (TL), einem sogenannten Liner, das ebenfalls vertikal ausgebildet ist. Beide Rohre (TL, TP) sind vorzugsweise konzentrisch um eine zentrale Halteeinrichtung (C), dem sogenannten 'Boat' angeordnet, das zur Aufnahme einer Vielzahl von Substratscheiben (S1–Sn) ausgebildet ist. Die Halteeinrichtung weist dazu eine Vielzahl von Aufnahmepositionen (C1–Cn), die vorzugsweise ausgebildet sind, die Substratscheiben (S1–Sn) horizontal zu halten. Jeder Aufnahmeposition (C1–Cn) ist jeweils eine Abscheidezone (Z1–Zn) zugeordnet, in der eine Abscheidereaktion des Prozessgases stattfindet und dabei Material auf eine in der jeweiligen Aufnahmeposition (C1–Cn) angeordnete Substratscheibe (S1–Sn) abgeschieden wird. Die Abscheidezone (Z1–Zn) einer Aufnahmeposition (C1–Cn) wird dabei vorzugsweise durch einen Raumbereich unmittelbar über einer in der jeweiligen Aufnahmeposition (C1–Cn) angeordneten Substratscheibe (S1–Sn) gebildet.The coating system shown here is preferably provided for operation as a typical low-pressure batch reactor (LPCVD batch reactor) and operates at a reduced pressure. It consists essentially of two nested cylindrical tubes, namely a vertical process chamber (T P ) and provided within the process chamber (T P ) jacket tube (T L ), a so-called liner, which is also formed vertically. Both tubes (T L , T P ) are preferably arranged concentrically around a central holding device (C), the so-called 'boat', which is designed to accommodate a multiplicity of substrate wafers (S 1 -S n ). For this purpose, the holding device has a plurality of receiving positions (C 1 -C n ), which are preferably designed to keep the substrate wafers (S 1 -S n ) horizontal. Each recording position (C 1 -C n ) is assigned in each case to a deposition zone (Z 1 -Z n ) in which a deposition reaction of the process gas takes place and in the process material onto a substrate wafer (S 1 ) arranged in the respective pickup position (C 1 -C n ) -S n ) is deposited. The deposition zone (Z 1 -Z n ) of a receiving position (C 1 -C n ) is preferably by a Space region immediately above a in the respective recording position (C 1 -C n ) arranged substrate wafer (S 1 -S n ) formed.
Die Prozesskammer (TP) ist ferner von einer typischen Heizeinrichtung umgeben, die zur Steuerung der Temperatur im Inneren der Beschichtungsanlage dient (hier nicht dargestellt).The process chamber (T P ) is further surrounded by a typical heater, which serves to control the temperature inside the coating plant (not shown here).
Im
vorliegenden Fall bestehen Prozesskammer (TP)
und Mantelrohr (TL) im Wesentlichen aus
jeweils einem vertikalen Hohlrohr mit einer kreisrunden horizontalen
Querschnittsfläche,
das gasdicht auf jeweils einem konzentrischen Ring (B1,
B2) eines waagerecht angeordneten Basisflansches
(B) aufliegt und dabei lösbar
mit diesem verbunden sein kann. Alternativ können Prozess- und/oder Mantelrohr
(TP, TL) auch fest
mit dem Basisflansch (B) verschweißt sein. Während die Prozesskammer (TP) in ihrem oberen Bereich mittels eines
leicht gewölbten
Deckels (T) verschlossen ist, ist das Mantelrohr (TL),
das vorzugsweise bis knapp unter die Decke der Prozesskammer (TP) reicht, in seinem oberen Bereich (TL')
offen. Die Wandungen der Prozesskammer (TP),
des Mantelrohrs (TL) und des Basisflansches
(B) bilden einen Strömungskanal
für ein
in den Reaktionsraum (R) hineinströmendes Prozessgas (G). Die
Strömung des
Prozessgases (G) ist in
Der Basisflansch (B) weist eine Transferöffnung (BO) auf, die innerhalb des inneren der beiden konzentrischen Ringe (B1) ausgebildet ist. Über diese Öffnung (BO) kann der CVD-Reaktor mit einer mit Substratscheiben (S1–Sn) bestückten Halteeinrichtung (C) be- und entladen werden. Die Transferöffnung (BO) wird mittels eines Flanschdeckels (BD) vorzugsweise gasdicht verschlossen. Dieser Verschluss (BD) dient gleichzeitig als Träger für die Halteinrichtung (C), die um ihre vertikale Mittelachse drehbar auf dem Flanschdeckel (BD) montiert ist.The base flange (B) has a transfer port (B O ) formed inside the inner one of the two concentric rings (B 1 ). Via this opening (B O ), the CVD reactor can be loaded and unloaded with a holding device (C) equipped with substrate disks (S 1 -S n ). The transfer opening (B O ) is preferably closed gas-tight by means of a flange cover (B D ). This closure (B D ) also serves as a support for the holding device (C), which is rotatably mounted about its vertical center axis on the flange cover (B D ).
Der Basisflansch (B) weist ferner eine Gasauslassöffnung (A) auf, die mit einer Absaugvorrichtung (hier nicht gezeigt) gekoppelt ist, um die CVD-Kammer auf einem reduzierten Druck zu halten. Ferner weist der Basisflansch (B) auch eine oder mehrere Rohgaseinlassöffnungen auf, durch die Leitungen eines Gasversorgungssystems in die CVD-Kammer eingeführt sind.Of the Base flange (B) also has a gas outlet opening (A), which with a Suction device (not shown here) is coupled to the CVD chamber to keep at a reduced pressure. Furthermore, the base flange (B) also one or more raw gas inlet openings, through the lines a gas supply system are introduced into the CVD chamber.
Dem Gasversorgungssystem einer typischen CVD-Anlage lassen sich in der Regel drei verschiedene Funktionen zuordnen:
- – eine externe Gasversorgungseinrichtung (hier nicht dargestellt), in der das Prozessgas bzw. einzelne Komponenten des Prozessgases bereitgestellt werden,
- – eine Gaszufuhreinrichtung (hier lediglich angedeutet), über die die gasförmigen Stoffe aus der Gasversorgungseinrichtung zum CVD-Reaktor transportiert und dabei gegebenenfalls miteinander vermischt werden, sowie
- – eine innerhalb der CDV-Kammer angeordnete Gasinjektionseinrichtung (I) zum Verteilen des Prozessgases (G) bzw. seiner Komponenten innerhalb der Reaktionskammer (R).
- An external gas supply device (not shown here) in which the process gas or individual components of the process gas are provided,
- - A gas supply means (only indicated here), via which the gaseous substances are transported from the gas supply device to the CVD reactor and thereby optionally mixed together, and
- - A disposed within the CDV chamber gas injection device (I) for distributing the process gas (G) or its components within the reaction chamber (R).
In dem einfachsten Fall eines herkömmlichen vertikalen CVD-Reaktors besteht die Gasinjektionseinrichtung (I) lediglich aus einem in einem unteren Bereich der Reaktionskammer (R) angeordneten Rohrstutzen (hier nicht gezeigt), durch den das Prozessgas (G) mehr oder weniger kontrolliert in den Reaktionsraum (R) abgegeben wird. Das Prozessgas (G) durchströmt den Reaktionsraum (R) anschließend in einem durch die innere Wandung des Mantelrohrs (TL) und die Halteeinrichtung (C) definierten Strömungskanal im Wesentlichen vertikal nach oben. Nachteilig dabei ist insbesondere, dass die Substratscheiben (S1–Sn) im oberen und im unteren Bereich der Halteinrichtung (C) einer veränderten Gaszusammensetzung ausgesetzt werden. Ohne eine geeignete Gasinjektionseinrichtung (I) zeigen sich daher regelmäßig gravierende Dickenunterschiede zwischen den abgeschiedenen oder gewachsenen Schichten der Substratschei ben (S1–Sn) der oberen und der unteren Aufnahmepositionen (C1-Cn). Neben einem geringeren Schichtwachstum kann bei den Substratscheiben (S1–Sn) in den oberen Aufnahmepositionen (C1–Cn) auch eine durch Einbau von Nebenprodukten der Abscheidereaktion bedingte Abnahme der Qualität der erzeugten Schichten beobachtet werden.In the simplest case of a conventional vertical CVD reactor, the gas injection device (I) consists only of a pipe socket (not shown here) arranged in a lower region of the reaction chamber (R), through which the process gas (G) controls the reaction chamber more or less controlled (R) is delivered. The process gas (G) then flows through the reaction space (R) in a substantially through the inner wall of the jacket tube (T L ) and the holding device (C) flow channel defined vertically upward. The disadvantage here is in particular that the substrate wafers (S 1 -S n ) in the upper and in the lower region of the holding device (C) are exposed to a modified gas composition. Without a suitable gas injection device (I) therefore regularly show serious differences in thickness between the deposited or grown layers of Substratschei ben (S 1 -S n ) of the upper and lower receiving positions (C 1 -C n ). In addition to a lower layer growth, a decrease in the quality of the layers produced due to the incorporation of by-products of the deposition reaction can also be observed in the substrate slices (S 1 -S n ) in the upper absorption positions (C 1 -C n ).
Um diesen negativen Effekten entgegenzuwirken sind daher Maßnahmen notwendig, die eine gegenüber dieser einfachen Lösung verbesserte Verteilung des Prozessgases (G) innerhalb des Reaktionsraums (R) erlauben.Around Counteract these negative effects are therefore measures necessary, the one opposite this simple solution improved distribution of the process gas (G) within the reaction space (R) allow.
Die
in den
Das
in den
Als
besonders problematisch bei der Verteilung des Prozessgases (G)
mithilfe mehrerer Injektionsöffnungen
(IO')
erweist sich, dass die Menge des aus einer Injektionsöffnung (IO')
heraustretenden Prozessgases (G) nicht bei allen Injektionsöffnungen
(IO') gleich
ist. Die abgegebene Gasmenge hängt
bei einer Multiloch-Injektionsleitung (I') neben dem Gasdruck im Inneren der
Injektionsleitung (I')
im Bereich des jeweiligen Injektionslochs (IO') bzw. seinem Verhältnis zum
Gasdruck im Reaktionsraum (R) insbesondere auch von der Position
des jeweiligen Injektionslochs (IO') auf der Injektionsleitung
(I') ab. Bei einer
typischen Multiloch-Injektionsleitung (I') fällt
der im Inneren der Injektionsleitung (I') auf Höhe einer Injektionsöffnung (IO')
herrschende Gasdruck umso mehr ab, je weiter diese Injektionsöffnung (IO')
vom Gaseinlass entfernt ist bzw. je mehr Injektionslöcher (IO')
sich zwischen der jeweiligen Injektionsöffnung (IO') und dem Gaszufuhrleitung
befinden. Aus diesem Grund nimmt bei der in
Um zu erreichen, dass in jeder Höhe genau die gewünschte Menge an Prozessgas (G) abgegeben wird, ist Herkömmlicherweise vorgesehen die Größe bzw. die Anzahl der Injektionslöcher (IO') höhenabhängig zu variieren. Allerdings ist diese Methode eingeschränkt, da die Größe der Injektionslöcher (IO') durch die Breite der Injektionsleitung (I') begrenzt wird.In order to achieve that exactly the desired amount of process gas (G) is delivered at each level, it is conventionally provided to vary the size or the number of injection holes (I O ') depending on the height. However, this method is limited because the size of the injection holes (I O ') is limited by the width of the injection line (I').
Ferner zeigt sich auch, dass ein bestimmtes Gasinjektionsprofil, d. h. das Verhältnis der aus den Injektionsöffnungen (IO') ausströmenden Gasmenge, sich mit Hilfe der herkömmlichen Methode kaum realisieren lässt. Sobald sich z. B. das Druckverhältnis zwischen dem Inneren der Injektionsleitung (I') und dem Reaktionsraum (R) ändert, kann sich auch das Gasinjektionsprofil ändern.Furthermore, it is also evident that a certain gas injection profile, ie the ratio of the gas quantity flowing out of the injection openings (I O '), can hardly be realized with the aid of the conventional method. As soon as z. B. changes the pressure ratio between the interior of the injection line (I ') and the reaction space (R), the gas injection profile can change.
Um dennoch sicherzustellen, dass die Löcher (IO') einer Multiloch-Injektionsleitung (I') jeweils eine bestimmte, vom jeweiligen Druck unabhängige Menge an Prozessgas (G) abgeben, müsste der Gasdruck innerhalb der Injektionsleitung (I') derart ansteigen, dass das aus den Löchern (IO') herausströmende Prozessgas (G) Überschallgeschwindigkeit erreicht. Erst oberhalb dieser kritischen Geschwindigkeit ist eine direkte Abhängigkeit der Menge des heraustretenden Gases von dem innerhalb der jeweiligen Injektionsleitung (I') herrschenden Gasdruck praktisch nicht mehr gegeben.In order nevertheless to ensure that the holes (I O ') of a multi-hole injection line (I') each deliver a certain amount of process gas (G) independent of the respective pressure, the gas pressure inside the injection line (I ') would have to increase in such a way that the process gas (G) flowing out of the holes (I O ') reaches supersonic speed. Only above this critical speed is a direct dependence of the amount of gas emerging from the prevailing within the respective injection line (I ') gas pressure practically no longer exist.
Die Verwendung des Überschall-Prinzips hat jedoch praktische Nachteile. Damit das Prozessgas (G) die Injektionsöffnungen (IO') mit Überschallgeschwindigkeit verlassen kann, die Strömung des Prozessgases (G) durch die Injektionsöffnungen (IO') also überkritisch wird, ist ein äußerst hoher Gasdruck innerhalb der jeweiligen Injektionsleitung (I') notwendig. Ein derart hoher Gasdruck begünstigt jedoch die unerwünschte Abscheidung von gasförmigen Material im Inneren der Injektionsleitungen (I'). Je nach Zusammensetzung des verwendeten Prozessgases (G) kann mit der Erhöhung des Gasdrucks auch das Risiko einer Partikelbildung innerhalb der Injektionsleitungen (I') steigen. Beide Effekte können die Funktionsfähigkeit der Beschichtungsanlage stark beeinträchtigen.However, the use of the supersonic principle has practical disadvantages. In order for the process gas (G) to be able to leave the injection openings (I O ') at supersonic speed, ie the flow of the process gas (G) through the injection openings (I O ') becomes supercritical, an extremely high gas pressure within the respective injection line (I ') necessary. However, such a high gas pressure favors the undesired deposition of gaseous material in the interior of the injection lines (I '). Depending on the composition of the process gas used (G), the increase in gas pressure can also increase the risk of particle formation within the injection lines (I '). Both effects can greatly impair the functionality of the coating system.
Daher arbeiten viele herkömmliche Beschichtungsanlagen in der Regel mit einem deutlich niedrigeren Gasdruck, bei dem das Prozessgas (G) mit Unterschallgeschwindigkeit aus den Injektionsöffnungen (IO') heraustritt. Infolgedessen zeigt sich bei diesen Beschichtungsanlagen auch der typische Druckabfall des Prozessgases (G) im oberen Bereich der Reaktionskammer.Therefore, many conventional coating plants usually work with a significantly lower gas pressure at which the process gas (G) with subsonic speed from the injection ports (I O ') emerges. As a result, the typical pressure drop of the process gas (G) in the upper region of the reaction chamber is also evident in these coating systems.
Zur Kompensation dieses unerwünschten Effektes kann die Größe der Injektionsöffnungen (IO') in Längsachse der Injektionsleitungen (I') entsprechend angepasst werden, so dass die Löcher (IO') mit der Entfernung zum Einlass der Injektionsleitung (I') größer werden. Allerdings ist die Größe der Injektionsöffnungen (IO') durch die Ausmaße der jeweiligen Injektionsleitung (I') begrenzt.To compensate for this undesirable effect, the size of the injection openings (I O ') in the longitudinal axis of the injection lines (I') can be adjusted accordingly, so that the holes (I O ') become larger with the distance to the inlet of the injection line (I'). However, the size of the injection openings (I O ') by the dimensions of the respective injection line (I') is limited.
Um der problematischen Druckabnahme im oberen Bereich des Reaktionsraums (R) dennoch zu begegnen, wird ferner die Temperatur in diesem Bereich erhöht. Bedingt durch die Temperaturerhöhung steigt auch die Abscheiderate in den betroffenen Bereichen an, wodurch der zuvor beschriebene Schichtdickenunterschied zwischen dem oberen und dem unteren Bereich der Halteeinrichtung (C) auch reduziert werden kann. Allerdings geht diese Methode auf Kosten des Temperaturbudgets der prozessierten Substratscheiben. Da hierbei die oberen Substratscheiben (S1–Sn) stärker thermisch belastet werden als die unteren, wird die Anwendung dieser Methode auf Substrate eingeschränkt, die kein eingeschränktes thermisches Budget aufweisen. So lässt sich diese Methode nur bedingt bei hochintegrierten Halbleiterstrukturen anwenden. Ihre Herstellung erfordert in der Regel eine Vielzahl komplexer Schritte, die ohnehin das Temperaturbudget der Halbleiterstrukturen strapazieren.In order to counteract the problematic decrease in pressure in the upper region of the reaction space (R), the temperature in this region is also increased. Due to the increase in temperature, the deposition rate also increases in the affected regions, as a result of which the layer thickness difference described above between the upper and the lower region of the holding device (C) can also be reduced. However, this method comes at the expense of the temperature budget of the processed substrate slices. Since in this case the upper substrate wafers (S 1 -S n ) are more thermally stressed as the lower ones, the application of this method is limited to substrates that have no limited thermal budget. Thus, this method can be used only conditionally in highly integrated semiconductor structures. Their production usually requires a large number of complex steps, which in any case strain the temperature budget of the semiconductor structures.
Wie vorstehend erläutert, lässt sich eine zuverlässige Kompensation der positionsabhängigen Schichtdickenunterschiede mit Hilfe der bekannten Methoden nicht erreichen.As explained above, let yourself a reliable one Compensation of position-dependent layer thickness differences not reach with the help of the known methods.
Daher werden im Folgenden erfindungsgemäße Maßnahmen beschrieben, mit deren Hilfe eine gleichmäßigere Verteilung des Prozessgases innerhalb der Reaktionskammer (R) und damit ins besondere eine bessere Kompensation der positionsabhängigen Schichtdickenunterschiede erreicht werden kann.Therefore In the following measures according to the invention are described, with their Help a more even distribution the process gas within the reaction chamber (R) and thus in particular a better compensation of the position-dependent layer thickness differences can be achieved.
Die
Im Unterschied zu dem herkömmlichen vertikalen Reaktorofen weist die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung jedoch zwei erfindungsgemäße Konzepte auf, die sowohl einzeln, als auch in Kombination miteinander die Gleichmäßigkeit der erzeugten Schichten über die gesamte Halteeinrichtung (C) verbessern. Vorteilhaft dabei ist insbesondere, dass sich die erfindungsgemäßen Konzepte einfach auf bereits bestehende vertikale Reaktoröfen anwenden lassen, ohne eine aufwendige und kostspielige Neukonzeption vornehmen zu müssen. Ebenso kann auch eine Übertragung dieser Konzepte auf andere als den hier gezeigten Reaktortypen erfolgen.in the Difference to the conventional one vertical reactor furnace has the coating device according to the invention however, two inventive concepts on, which individually, as well as in combination with each other uniformity the generated layers over improve the entire holding device (C). It is advantageous here in particular, that the inventive concepts are easy on already apply existing vertical reactor furnaces leave without a costly and costly redesign to have to. As well can also be a transfer of these concepts to other than the reactor types shown here take place.
Um
die Gleichmäßigkeit
der erzeugten Schichten über
die gesamte Halteeinrichtung (C) zu verbessern, ist als erstes erfindungsgemäßes Konzept
vorgesehen, die Richtung des Strömungskanals innerhalb
des Reaktionsraums (R) durch einfache konstruktive Maßnahmen
an dem Mantelrohr (TL) zu ändern. Dazu
ist ein Öffnungsbereich
(0) seitlich im Mantelrohr (TL) ausgebildet,
der sich vorzugsweise entlang der gesamten Höhe der Halteeinrichtung (C) erstreckt.
Dieser Öffnungsbereich
(0) ist dabei vorzugsweise auf einer der Gasinjektionseinrichtung
(I) gegenüberliegenden
Seite der Halteeinrichtung (C) ange ordnet, um einen horizontalen
Gasfluss über
die in den Aufnahmepositionen (C1–Cn) üblicherweise angeordneten
Substratscheiben (S1–Sn)
zu erreichen. Ferner ist das Mantelrohr (TL)
in seinem oberen Bereich geschlossen. Wie in
Der Öffnungsbereich (O) kann eine oder mehrere Öffnungen (O1, O2) aufweisen. Seine geometrische Anordnung und/oder seine Ausgestaltung ist dabei optimiert, in den Abscheidezonen (Z1–Zn) der Aufnahmepositionen (C1–Cn) die gleichen Bedingungen für eine Abscheidereaktion des Prozessgases (G) zu schaffen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, bestimmte physikalische Parameter des Prozessgases (G) in den Abscheidezonen (Z1–Zn) aller Aufnahmepositionen (C1–Cn) anzugleichen. Als Parameter kommen hierfür insbesondere solche Größen in Frage, deren Änderung einen messbaren Einfluss auf die Abscheidereaktion des Prozessgases (G) haben und somit auf die Wachstumsrate der erzeugten Schichten. Dies sind vor allem der Durchsatz, die Verweildauer, die Strömungsgeschwindigkeit oder der Druck des Prozessgases (G). Ferner können auch weitere physikalische Parameter des Prozessgases (G) berücksichtigt werden, wie z. B. seine Temperatur oder die Konzentration bzw. der Durchmischungsgrad seiner Komponenten.The opening area (O) may have one or more openings (O 1 , O 2 ). Its geometric arrangement and / or its design is optimized to provide the same conditions for a deposition reaction of the process gas (G) in the deposition zones (Z 1 -Z n ) of the receiving positions (C 1 -C n ). In this case, provision is made in particular to match certain physical parameters of the process gas (G) in the deposition zones (Z 1 -Z n ) of all recording positions (C 1 -C n ). Suitable parameters for this are, in particular, those variables whose change has a measurable influence on the deposition reaction of the process gas (G) and thus on the growth rate of the layers produced. These are above all the throughput, the residence time, the flow velocity or the pressure of the process gas (G). Furthermore, other physical parameters of the process gas (G) can be taken into account, such. B. its temperature or the concentration or the degree of mixing of its components.
Vorzugsweise wird mithilfe der Anzahl, der Größe, der Form und/oder der Anordnung der Öffnungen (O1, O2) die Strömung des Prozessgases (G) so beeinflusst, dass während eines Beschichtungsprozesses an jeder Substratscheibe (S1–S4) jeweils die gleiche Menge des Prozessgases (G) vorbeiströmt. Zum Beispiel lässt sich mithilfe eines relativ kleinen Öffnungsdurchmesser in bestimmten Bereichen des Reaktionsraums (R) das Prozessgas (G) in diesen Bereichen stauen, wodurch die Geschwindigkeit des Prozessgases (G) in diesen Bereichen reduziert wird. Gleichzeitig strömt mehr Prozessgas (G) in andere Bereiche des Reaktionsraums (R), was wiederum die Abscheiderate in diesen Bereichen ändern kann.Preferably, by means of the number, the size, the shape and / or the arrangement of the openings (O 1 , O 2 ), the flow of the process gas (G) is influenced such that (S 1 -S 4 ) during each coating process on each substrate wafer the same amount of process gas (G) flows past. For example, using a relatively small orifice diameter in certain areas of the reaction space (R), the process gas (G) can accumulate in these areas, thereby reducing the velocity of the process gas (G) in these areas. At the same time, more process gas (G) flows into other areas of the reaction space (R), which in turn can change the rate of deposition in these areas.
Um
die Strömung
des Prozessgases (G) mithilfe des im Mantelrohr (TL)
ausgebildeten Öffnungsbereichs
(O) gezielter zu steuern, kann vorgesehen sein, den Öffnungsbereich
(O) des Mantelrohrs (TL) und die Halteeinrichtung
(C) sehr nahe beieinander anzuordnen. Beispielsweise können hierzu
Mantelrohr (TL) und Halteeinrichtung (C)
im Unterschied zu der in den
Um eine bessere Gleichmäßigkeit der erzeugten Schichten über die gesamte Halteeinrichtung (C) zu erreichen, sieht das zweite erfindungsgemäße Konzept eine verbesserte Gasinjektionseinrichtung (I) vor. Die erfindungsgemäße Gasinjektionseinrichtung (I) weist dabei vorzugsweise mindesten zwei Injektionsleitungen (I1–I4) auf, mit deren Hilfe das Prozessgas (G) in unterschiedlichen Höhen der Halteeinrichtung (C) in den Reaktionsraum (R) injiziert werden kann. Die Injektionsleitungen (I1–I4) entspringen dabei einer gemeinsamen Gaszufuhrleitung (IZ), wobei Ihre Anordnung und/oder ihre Ausgestaltung optimiert sind, in den Abscheidezonen (Z1–Zn) der Aufnahmepositionen (C1–Cn) die gleichen Bedingungen für die Abscheidereaktion des Prozessgases (G) zu schaffen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, bestimmte physikalische Parameter des Prozessgases (G) in den Abscheidezonen (Z1–Zn) aller Aufnahmepositionen (C1–Cn) anzugleichen. Wie bereits zuvor beschrieben kommen als Parameter hierfür insbesondere Größen in Frage, mithilfe derer die Abscheidereaktion des Prozessgases (G) und somit die Wachstumsrate der auf den Substratscheiben (S1–Sn) erzeugten Schichten beeinflusst werden kann. Dies sind vor allem der Durchsatz, die Verweildauer, die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Druck des Prozessgases (G). Ferner können auch weitere physikalische Parameter des Prozessgases (G) berücksichtigt werden, wie z. B. seine Temperatur oder die Konzentration bzw. der Durchmischungsgrad seiner Komponenten.In order to achieve a better uniformity of the layers produced over the entire holding device (C), the second inventive concept provides for an improved gas injection device (I). The gas injection device (I) according to the invention preferably has at least two injection lines (I 1 -I 4 ), by means of which the process gas (G) can be injected into the reaction space (R) at different heights of the holding device (C). In this case, the injection lines (I 1 -I 4 ) originate from a common gas supply line (I Z ), wherein their arrangement and / or their configuration are optimized in the deposition zones (Z 1 -Z n ) of the receiving positions (C 1 -C n ) to create the same conditions for the deposition reaction of the process gas (G). In this case, provision is made in particular to match certain physical parameters of the process gas (G) in the deposition zones (Z 1 -Z n ) of all recording positions (C 1 -C n ). As already described above, parameters which can be used in particular are parameters which can be used to influence the deposition reaction of the process gas (G) and thus the growth rate of the layers produced on the substrate wafers (S 1 -S n ). These are above all the throughput, the dwell time, the flow rate and / or the pressure of the process gas (G). Furthermore, other physical parameters of the process gas (G) can be taken into account, such. B. its temperature or the concentration or the degree of mixing of its components.
Des weiteren kann die Gasinjektionseinrichtung (I) auch mehrere voneinander unabhängige Gruppen von Injektionsleitungen (I1–I4) bzw. Einzel-Injektionsleitungen (I1–I4) umfassen, die von jeweils unterschiedlichen Gaszufuhrleitungen (IZ) gespeist werden. Hierdurch werden auch Beschichtungsprozesse realisierbar, bei denen z. B. verschiedene Komponenten des Prozessgases (G) erst unmittelbar vor der Abscheidreaktion gemischt werden.Furthermore, the gas injection device (I) can also comprise a plurality of mutually independent groups of injection lines (I 1 -I 4 ) or single injection lines (I 1 -I 4 ) fed by respective different gas supply lines (I Z ). As a result, coating processes can be realized in which z. B. different components of the process gas (G) are mixed only immediately before the deposition reaction.
Im
Folgenden werden in den
Die
Wie
in
Eine
weitere Variante des erfindungsgemäßen Konzepts wird in
Da
mit der Größe einer Öffnung auch
die Menge des durch diese Öffnung
hindurchströmenden
Gases steigt, lässt
sich mithilfe einer Vergrößerung der Öffnungen
(O2) im oberen Bereich des Mantelrohrs (TL) einer möglichen Druckabnahme des Prozessgases
(G) im oberen Bereich des Reaktionsraums (R) entgegenwirken. Diese
unerwünschter Weiser
auftretende Druckabnahme führt
häufig
zu veränderten
Bedingungen in den betroffenen Bereichen des Reaktionsraums (R)
und damit zu den bereits zuvor diskutierten Nachteilen herkömmlicher vertikaler
Batch-Reaktoren.
Somit kann insbesondere mithilfe eines asymmetrischen Öffnungsbereichs (O),
wie er z. B. in
Auch
der in
Im Folgenden wird beispielhaft die erfindungsgemäße Gasinjektionseinrichtung (I) sowie das erfindungsgemäße Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben.in the The following is an example of the gas injection device according to the invention (I) and the method according to the invention described for their preparation.
Eine grundlegende Motivationen der vorliegenden Erfindung ist es homogene Bedingungen für die Abscheidereaktion innerhalb des Reaktionsraums (R), insbesondere in allen Abscheidezonen (Z1–Zn) der Aufnahmepositionen (C1–Cn) zu schaffen, um vergleichbare Ergebnisse unabhängig von der jeweiligen Lage der Substratscheiben (S1–Sn) innerhalb der Halteeinrichtung (C) zu erreichen. Die hier vorgestellten konstruktiven Maßnahmen können daher sowohl jede für sich allein, als auch in Kombination miteinander zu einer Verbesserung der Homogenität der erzeugten Schichten beitragen.A basic motivation of the present invention is to provide homogeneous conditions for the deposition reaction within the reaction space (R), in particular in all deposition zones (Z 1 -Z n ) of the receiving positions (C 1 -C n ), to obtain comparable results independently of the respective To reach position of the substrate wafers (S 1 -S n ) within the holding device (C). The structural measures presented here can therefore contribute to improving the homogeneity of the layers produced, both individually and in combination with each other.
Dabei
verdeutlichen
Die
Anzahl der verwendeten Rohre (I1–I4) kann je nach Anwendung variieren, wobei
im vorliegenden Fall beispielhaft die Herstellung einer Gasinjektionseinrichtung
(I) mit insgesamt vier Injektionsleitungen (I1–I4) gezeigt wird. Diese Anzahl ermöglicht bereits
eine gute Verteilung des Prozessgases (G) innerhalb des Reaktionsraums
(R) eines LPCVD-Reaktors aus
Die jeweils eine Injektionsöffnung (IO) aufweisenden Enden der Quarzrohre (I1–I4) sind dabei vorzugsweise ganz verschlossen. Als Injektionsöffnungen (IO) dienen hier relativ kleine Löcher, die bei allen Injektionsleitungen (I1–I4) jeweils identisch innerhalb der Rohrwandung in einem Endabschnitt der Rohre (I1–I4) ausgebildet sind. Alternativ können auch ganz oder teilweise offene Enden der Quarzrohre (I1–I4) unmittelbar als Injektionsöffnungen (IO) dienen.The respectively one injection opening (I O ) having ends of the quartz tubes (I 1 -I 4 ) are preferably completely closed. Here, relatively small holes are used as injection openings (I O ), which in the case of all injection lines (I 1 -I 4 ) are each identically formed inside the tube wall in an end section of the tubes (I 1 -I 4 ). Alternatively, wholly or partially open ends of the quartz tubes (I 1 -I 4 ) can also serve directly as injection openings (I O ).
Im
nächsten
Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Quarzrohre (I1–I4) mit ihren offenen Enden mit einer Gaszufuhrleitung
(IZ) verbunden, die vorzugsweise ebenfalls
als ein Quarzrohr ausgebildet ist. Da durch die Gaszufuhrleitung
(IZ), durch die das Prozessgas zugeführt und
auf die einzelnen Injektionsleitungen (I1–I4) verteilt werden soll, weist das Quarzrohr
(IZ) einen ausreichend großen Querschnitt
auf. Dabei ist vorgesehen, alle vier Quarzrohre (I1–I4) derart mit der Gaszufuhrleitung (IZ) zu verbinden, dass das durch die Gaszufuhrleitung
(IZ) strömende
Prozessgas sich gleichmäßig auf
alle Injektionsleitungen (I1–I4) verteilt.
Im
Folgenden werden die zunächst
identischen Quarzrohre (I1-I4)
in jeweils unterschiedlichen Abschnitten ihrer Längsachse gebogen (
Alternativ ist es allerdings auch möglich, die Quarzrohre (I1–I4) zunächst in die vorgesehene Form zu biegen und sie dann mit der Gaszufuhrleitung (IZ) zu verbinden. Ferner ist auch eine andere alternative Herstellungsweise für die hier beschriebene Gasinjektionseinrichtung (I) vorstellbar.Alternatively, however, it is also possible first to bend the quartz tubes (I 1 -I 4 ) into the intended shape and then to connect them to the gas supply line (I Z ). Further, another alternative is also Method of preparation for the gas injection device (I) described here conceivable.
Wie
in
Die vorstehende Beschreibung stellt die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts beispielhaft anhand einer LPCVD-Beschichtungsanlage dar. Es ist jedoch im Sinne der Erfindung, dieses Konzept auch auf beliebige Beschichtungsverfahren, wie z. B. plasmaunterstützte CVD-Beschichtungverfahren, anzuwenden.The The above description represents the application of the inventive concept exemplified by an LPCVD coating system. However, it is within the meaning of the invention, this concept also on any Coating method, such. Plasma enhanced CVD coating processes, apply.
Die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Erfindung wesentlich sein.The in the claims, The description and drawings disclosed features of the invention can essential both individually and in combination for the invention be.
- S1–Sn S 1 -S n
- Substratscheibesubstrate wafer
- C1–Cn C 1 -C n
- Aufnahmepositionpickup position
- Z1–Zn Z 1 -Z n
- Abscheidezoneseparation zone
- CC
- Halteeinrichtungholder
- TL T L
- Mantelrohrcasing pipe
- TP T P
- Prozesskammerprocess chamber
- TT
- Deckel des Mantelrohrscover of the jacket tube
- TL'T L '
- oberer Bereich des Mantelrohrsupper Area of the jacket pipe
- BB
- Basisflanschbase flange
- BO B O
- Transferöffnungtransfer opening
- BD B D
- Flanschdeckel der Transferöffnungflange the transfer opening
- B1, B2 B 1 , B 2
- konzentrischer Ringconcentric ring
- II
- GasinjektionseinrichtungGas injection device
- I1–In I 1 -I n
- Injektionsleitunginjection line
- IO I O
- Injektionsöffnunginjection port
- I'I '
- herkömmliche Injektionsleitungconventional injection line
- IO'I O '
- herkömmliche Injektionsöffnungconventional injection port
- IZ I Z
- GaszufuhrleitungGas supply line
- II–IIII I I -I III
- Abschnitte der Injektionsleitungsections the injection line
- RR
- Reaktionraumreaction chamber
- GG
- Prozessgasprocess gas
- 00
- Öffnungsbereich im Mantelrohropening area in the jacket tube
- O1, O2 O 1 , O 2
- Öffnungen des Öffnungsbereichsopenings of the opening area
- IZ I Z
- GaszufuhrleitungGas supply line
- AA
- Gasauslassöffnunggas outlet
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410004858 DE102004004858A1 (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Implements for simultaneously coating number of wafers during semiconductor manufacture by deposition from gas phase, i.e. chemical vapour deposition (CVD), or compressing chemical vapour deposition (LPCVD) as well as gas injector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410004858 DE102004004858A1 (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Implements for simultaneously coating number of wafers during semiconductor manufacture by deposition from gas phase, i.e. chemical vapour deposition (CVD), or compressing chemical vapour deposition (LPCVD) as well as gas injector |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=34801351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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