DE69710961T2 - Komponenten peripher zum Sockel im Wege des Gasflusses innerhalb einer Kammer zur chemischen Gasphasenabscheidung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterherstellungsanlage. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Bauteile, die in einem Plasmareaktor für eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) in Verbindung mit einem Gasstrom durch die Reaktorkammer und aus ihr heraus verwendet werden.
• Integrierte Halbleiterschaltungen werden mit Mehrfachschichten, von denen einige ein Muster bilden, aus halbleitenden, isolierenden und leitenden Materialien sowie mit zusätzlichen Schichten hergestellt, die Funktionen haben, wie ein Verbinden, eine Migrationssperre und Ohmsche Kontakte. Es werden Dünnfilme von diesen unterschiedlichen Materialien abgeschieden oder auf eine Anzahl von Arten ausgebildet, von denen die größte Bedeutung bei der modernen Behandlung die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), die auch als Zerstäuben bekannt ist, und die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) sind.
• Bei dem CVD wird ein Substrat, beispielsweise ein Siliziumwafer, auf dem bereits geformte Schichten aus Silizium oder anderen Materialien ausgebildet sind, einem Vorstufengas ausgesetzt, das mit der Oberfläche des Substrats reagiert und ein Reaktionsprodukt auf dem Substrat abscheidet, um so einen Film darauf wachsen zu lassen. Ein einfaches Beispiel ist die Verwendung von Silan (SiH&sub4;) zum Abscheiden von Silizium, wobei der Wasserstoff ein gasförmiges Nebenprodukt bildet, das aus der Kammer abgezogen wird. Die vorliegende Anmeldung ist jedoch stärker auf die CVD eines leitenden Materials, wie TiN, gerichtet.
• Diese Oberflächenreaktion kann auf wenigstens zwei unterschiedliche Arten aktiviert werden. Bei einem thermischen Prozess wird das Substrat auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um die Aktivierungsenergie für Moleküle des Vorstufengases angrenzend an das Substrat bereitzustellen, um dort zu reagieren und eine Schicht auf dem Substrat abzuscheiden. In einem plasmaverstärkten CVD-Prozess (PECVD) wird das Vorstufengas einem ausreichend starken Feld ausgesetzt, damit es ein Plasma bildet. Als Folge wird das Vorstufengas zu energetischen Zuständen angeregt, wie Ionen oder Radikalen, die leicht auf der Substratoberfläche reagieren, um das gewünschte geschichtete Material zu bilden.
• Die US-A-5558717 offenbart ein Beispiel einer CVD-Abscheidungskammer. Diese Bauart einer CVD-Kammer ist von Applied Materials, Inc., Santa Clara, Kalifornien, als CVD DxZ-Kammer erhältlich. Wie in diesem Patent beschrieben ist und wie es in der geschnittenen Seitenansicht von Fig. 1 dargestellt ist, hat eine CVD-Reaktorkammer 30 einen Sockel 32, der auf einer Trägerfläche 34 einen Wafer 36 trägt, auf dem eine Materialschicht durch CVD abgeschieden werden soll. In dem Sockel 32 sitzen gleitend verschiebbar Hubstifte 38, die jedoch durch Konusköpfe an ihren oberen Enden am Herausfallen gehindert werden. Die unteren Enden der Hubstifte 38 stehen in Eingriff mit einem vertikal beweglichen Hubring 39 und können so über die Oberfläche 34 des Sockels angehoben werden. Der Sockel 32 ist ebenfalls vertikal beweglich, und im Zusammenwirken mit den Hubstiften 38 wird der Wafer 36 von dem Robotblatt abgehoben, und anschließend steigt der Sockel hoch, um den Wafer 36 von den Hubstiften 38 auf seine Trägerfläche 34 anzuheben.
• Der Sockel 32 hebt dann den Wafer 36 in eine Gegenüberposition nahe an einer Gasverteilungsstirnplatte 40, auf die häufig auch als Duschkopf Bezug genommen wird und die eine große Anzahl von Durchgängen 42 hat, um das Prozessgas auf den gegenüberliegenden Wafer 36 auszudüsen. D. h., dass die Durchgänge 42 das Prozessgas in einen Behandlungsraum '56 zu dem Wafer 36 führen. Das Prozessgas wird in den Reaktor 30 durch einen zentralen Gaseinlass 44 in einer Abdeckplatte 46 für die Gaszuführung zu einem ersten scheibenförmigen Verteiler 48 eingeführt und von da durch Kanäle 50 in einer Stauplatte 52 zu einem zweiten scheibenförmigen Verteiler 54 in der Rückseite des Duschkopfs 40 geführt.
• Wie durch die Pfeile gezeigt ist, tritt das Behandlungsgas aus den Löchern 42 in dem Duschkopf 40 heraus in den Behandlungsraum 56 zwischen dem Duschkopf 40 und dem Sockel 32 als Strahl ein und reagiert an der Oberfläche des in geringem Abstand befindlichen Wafers 36. Prozessgas, das nicht reagiert hat, und Reaktionsnebenprodukte strömen radial nach außen zu einem ringförmigen Pumpkanal 60, der den oberen Umfang des Sockels 32 umgibt. Der Pumpkanal 60 ist insgesamt abgeschlossen, hat jedoch am Aufnahmeende eine ringförmige Drosselöffnung 62 zwischen dem Pumpkanal 60 und dem Behandlungsraum 56 über dem Wafer 36. Die Drosselöffnung 62 ist zwischen einem später beschriebenen, in einen Deckelrand 66 eingesetzten Isolator 64 und einem isolierenden ringförmigen Kammereinsatz 68 ausgebildet, der auf einer Leiste 70 an der Innenseite des Hauptkammerkörpers 72 aufliegt. Die Drosselöffnung 62 ist zwischen der Hauptkammer und einem entfernbaren Deckel ausgebildet, der an der Kammer so befestigt ist, dass eine vollständig ringförmige Drosselöffnung 62 erreicht werden kann. Die Drosselöffnung 62 hat eine wesentlich kleinere Breite als die Tiefe des Behandlungsraums 56 zwischen dem Duschkopf 40 und dem Wafer 36 und ist wesentlich kleiner als die minimalen seitlichen Abmessungen des am Umfang befindlichen Pumpkanals 60, beispielsweise kleiner um wenigstens einen Faktor fünf. Die Breite der Drosselöffnung 62 ist klein genug gemacht und ihre Länge ist lang genug, damit ein ausreichender aerodynamischer Widerstand bezüglich des Arbeitsdrucks und des Gasstroms geschaffen wird, so dass der Druckabfall über der Drosselöffnung 62 wesentlich größer ist als alle Druckabfälle über dem Radius des Wafers 36 oder um den Umfang des ringförmigen Pumpkanals 60 herum. In der Praxis ist es nicht unüblich, dass die Drosselöffnung 62 einen ausreichenden aerodynamischen Widerstand einführt, damit der Druckabfall von der Mitte des Wafers 36 bis innerhalb des Pumpkanals 60 nicht mehr als 10% des umfänglichen Druckabfalls im Pumpkanal 60 ist.
• Der Pumpkanal 60 ist über eine verengte Abführöffnung 74 mit einer Pumpkammer 76 verbunden, und ein Ventil 78 leitet das Abgas durch eine Abführleitung 80 zu einer Vakuumpumpe 82. Die verengte Abführöffnung 74 hat eine Funktion, die ähnlich der der Drosselöffnung 62 beim Einführen eines aerodynamischen Widerstands ist, so dass der Druck in dem Pumpkanal 60 im Wesentlichen konstant ist.
• Die verengten Drossel- und Abführöffnungen 62, 74 erzeugen einen nahezu gleichförmigen Druck um den Umfangspumpkanal 60. Das sich ergebende Gasverteilungs- Strömungsmuster über dem Wafer 36 ist durch die Pfeillinien 84 in Fig. 2 gezeigt. Das Prozessgas und seine Reaktionsnebenprodukte strömen aus der Mitte des Duschkopfs 40 über den Wafer 36 und den Umfang des Sockels 32 längs radialer Wege 84 und dann durch die Drosselöffnung 62 zum Pumpkanal 60. Anschließend strömt das Gas in Umfangsrichtung längs der Wege 86 in dem Pumpkanal 60 zur Abführöffnung 74 und dann durch die Abführkammer 76 und die Abführleitung 80 zur Vakuumpumpe 82. Aufgrund der Verengungen 62, 74 ist der radiale Strom 84 über dem Wafer 36 in der Azimutrichtung im Wesentlichen gleichförmig.
• Wie in Fig. 1 und 3 gezeigt ist (Fig. 3 ist eine Einzelheit der oberen rechten Ecke von Fig. 1), trägt die Leiste 70 in dem Kammerkörper 72 die Kammerabschirmungsauskleidung 68, die den Boden des Pumpkanals 60 bildet. Der Kammerdeckelrand 66 bildet die Oberseite und einen Teil der Außenseitenwand des Pumpkanals 60 zusammen mit einem Teil des Kammerkörpers 72. Der innenseitige obere Rand des Pumpkanals 60 wird von dem Isolatorring 64 gebildet, der aus Keramik oder einem anderen elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, welches den metallischen Duschkopf 40 gegenüber dem Kammerkörper 72 isoliert.
• Der CVD-Reaktor 30 von Fig. 1 kann auf zwei Arten betrieben werden, nämlich thermisch und plasmaverstärkt. Im thermischen Modus führt eine elektrische Leistungsquelle 90 einer Widerstandsheizeinrichtung 92 an der Oberseite des Sockels 32 Leistung zu, um dadurch den Sockel 32 und somit den Wafer 36 auf eine erhöhte Temperatur zu bringen, die ausreicht, um die CVD-Abscheidereaktion thermisch zu aktivieren. In dem plasmaverstärkten Modus wird eine elektrische HF-Quelle 94 durch einen Schalter 96 mit dem metallischen Duschkopf 40 verbunden, der somit als eine Elektrode wirkt. Der Duschkopf 40 ist gegenüber dem Deckelrand 66 und dem Hauptkammerkörper 72 durch den Isolatorring 64 elektrisch isoliert und wird gewöhnlich von einer elektrisch nicht leitenden Keramik gebildet. Der Sockel 32 ist mit einem der HF-Quelle 94 zugeordneten Vorspannelement 98 so verbunden, dass zwischen dem Duschkopf 40 und dem Sockel 32 HF-Leistung aufgeteilt wird. Durch die HF-Quelle 94 wird eine ausreichende Spannung und eine ausreichende Leistung angelegt, um das Prozessgas in dem Behandlungsbereich 56 zwischen dem Duschkopf und dem Sockel 32 zu einer Entladung und zur Bildung eines Plasmas zu bringen.
• Erst neuerdings hat man versucht, diesen allgemeinen Typ des CVD-Reaktors zum Abscheiden eines Films eines leitenden Materials zu verwenden, beispielsweise Titannitrid (TiN), wobei der thermische TDMAT-Prozess zum Einsatz kommt, der in der US-A-5723382 beschrieben ist. Ein verwandter Plasmaprozess ist in der US-A-5246881 beschrieben. Die Abscheidung eines leitenden Materials in dieser Kammer hat einige Probleme aufgezeigt, die durch diese Erfindung angesprochen werden.
• Titannitrid ist ein mäßig guter elektrischer Leiter, es wird jedoch bei der Halbleiterbehandlung hauptsächlich dafür verwendet, als Sperrschicht zu wirken und Titan als Haftschicht zu unterstützen. Dieser Prozess wird häufig bei dem Kontaktaufbau verwendet, wie er im Querschnitt in Fig. 4 gezeigt ist, bei welchem eine Oxidschicht 100, gewöhnlich SiO&sub2;, bis zu einer Dicke von etwa 1 um über einem Substrat 102 abgeschieden wird, das eine Oberfläche aus kristallinem Silizium oder Polysilicium hat. Die Oxidschicht 100 wirkt als ein Zwischenniveau-Dielektrikum. Um jedoch einen elektrischen Kontakt zwischen den Niveaus herzustellen, wird ein Kontaktloch 104 durch die Oxidschicht 100 geätzt und mit einem Metall, wie Aluminium, gefüllt. Bei weiter entwickelten integrierten Schaltungen ist jedoch das Kontaktloch 104 schmal und häufig kleiner als 0,35 um bei einem Längenverhältnis von drei oder mehr. Das Füllen eines solchen Lochs ist schwierig. Es wurde jedoch so etwas wie ein Standardprozess entwickelt, bei welchem das Loch 104 zuerst konform mit einer Titanschicht 106 beschichtet wird und dann die Titanschicht 106 konform mit einer Titannitridschicht 108 überzogen wird. Danach wird eine Aluminiumschicht 110 abgeschieden, gewöhnlich durch physikalische Gasphasenabscheidung, um das Kontaktloch 104 zu füllen und um elektrische Zwischenverbindungsleitungen an dem oberen Niveau herzustellen. Die Ti- Schicht 104 bildet eine Haftschicht sowohl für das darunter liegende Silizium als auch für das Oxid an den Seitenwänden. Es kann auch mit dem darunter liegenden Silizium zur Bildung eines Ohmschen Kontakts silizidiert werden. Die TiN-Schicht 106 bindet die Ti-Schicht 104 gut, und die Aluminiumschicht 110 benetzt das TiN gut, so dass das Aluminium das Kontaktloch 104 besser füllen kann, ohne einen Einschlusshohlraum zu bilden. Die TiN-Schicht 106 wirkt auch als Sperre, die verhindert, dass Aluminium 110 in das Silizium 102 wandert und seine Leitfähigkeit beeinträchtigt. In einem Durchgangsaufbau, bei welchem das Substrat 102 einen Aluminium-Oberflächenbestandteil hat, kann die Ti-Schicht 104 nicht erforderlich sein. Auch wenn die elektrischen Leitfähigkeiten von Titan und Titannitrid nicht näherungsweise so hoch wie die von Aluminium sind, sind sie in den dünnen Schichten ausreichend leitfähig, um einen guten elektrischen Kontakt zu bilden.
• Titan und Titannitrid können entweder durch CVD oder PVD abgeschieden werden, wobei jedoch CVD den Vorteil der leichteren Ausbildung konformer Schichten in einem Loch mit einem großen Mengenverhältnis hat. Der thermische TDMAT-Prozess ist ein solcher CVD-Prozess zur Bildung eines konformen Überzugs aus TiN in einem schmalen Loch.
• Bei dem TDMAT-Prozess wird ein Vorstufengas aus Tetrakis-Dimethylamido-Titan, Ti(N(CH&sub4;)&sub2;)&sub4; in die Kammer durch den Duschkopf 40 bei einem Druck von etwa 1 bis 9 Torr injiziert, während der Sockel 32 das Substrat 36 auf einer erhöhten Temperatur von etwa 360ºC oder mehr hält. Dadurch wird eine leitende und konforme TiN-Schicht auf dem Substrat 36 in einem CVD-Prozess abgeschieden. Der TDMAT-Prozess ist ein thermischer Prozess, der gewöhnlich nicht auf eine Plasmaerregung des Vorstufengases baut.
• Es hat sich jedoch gezeigt, dass die durch den TDMAT-Prozess anfänglich gebildete TiN-Schicht eine übermäßige Menge an Kohlenstoff in Form eines eingeschlossenen Polymers hat, welches seine Leitfähigkeit herabsetzt. Deshalb folgt gewöhnlich auf die TDMAT- Abscheidung ein zweiter Schritt einer Plasmabehandlung der abgeschiedenen TiN-Schicht. Das TDMAT-Gas in der Kammer wird durch einen Gasmischung aus H&sub2; und N&sub2; mit einem Verhältnis von etwa 50 : 50 bei einem Druck von 0,5 bis 10 Torr ausgetauscht, und die HF- Leistungsquelle 94 wird so umgeschaltet, dass elektrische Felder zwischen dem Duschkopf 40 und dem Sockel 32 erzeugt werden, die ausreichen, um das H&sub2; : N&sub2;-Gas zur Bildung eines Plasmas zu entladen. Die Wasserstoff- und Stickstoffspezies in dem Plasma reduzieren das kohlenstoffhaltige Polymer zu flüchtigen Nebenprodukten, die aus dem System abgeführt werden. Die Plasmabehandlung entfernt dadurch den Kohlenstoff und verbessert die Qualität des TiN-Films.
• Der Plasmabehandlungsprozess hat, wenn er in der gleichen Kammer wie die thermische CVD-Abscheidung ausgeführt wird, einige Probleme bezüglich Gleichförmigkeit und Reproduzierbarkeit aufgezeigt. Wir glauben, dass die Probleme von den Fremdmetallabscheidungen auf den Reaktoroberflächen ausgehen, die das Plasma beeinflussen und einen Teilchenüberschuss in der Kammer erzeugen. Wir glauben ferner, dass die Abscheidungen in zwei unterschiedlichen Bereichen auftreten, nämlich in einem Bereich an der Oberseite des Sockels 32 außerhalb des Substrats 36 und in einem Bereich in dem Pumpkanal 60 und um ihn herum.
• Ein erstes Problem, wie wir glauben, bezieht sich auf die Fremdmetallabscheidung an dem Sockel 32, da sich freiliegende Teile des Sockels 32 auf einer Temperatur befinden, die der des Wafers 36 entspricht oder häufig viel höher als diese Temperatur ist. Wie im Schnitt in Fig. 3 gezeigt ist, unterliegt der Teil des Sockels 32, der sich über den Außenrand des Wafers 36 hinaus erstreckt, einem Aufbau 120 von abgeschiedenem Material aufgrund des folgenden Mechanismus.
• Während der thermischen Phasen des TDMAT-Prozesses, während der das leitende TiN abgeschieden wird, heizt die in Fig. 1 gezeigte, in dem Sockel 32 installierte Heizeinrichtung 92 den Sockel 32 auf, und die Wärme wird somit auf den Wafer 36 übertragen. Es gibt mehrere Gründe, warum der freiliegende Abschnitt des Sockels 32 dazu neigt, eine beträchtlich höhere Temperatur als der Wafer 36 zu haben. Der Duschkopf 40 arbeitet bei einer viel niedrigeren Temperatur, gewöhnlich um 100ºC, um Wärme leicht von gegenüberliegenden Elementen abzuleiten. Andererseits hat der Wafer 36 auf dem Sockel 32 eine unvollständige Wärmeableitung und überträgt ihm von dem Sockel 32 durch Leitung zugeführte Wärme schlechter als dies der direkt abstrahlende und hoch wärmeleitende Sockel 32 tut. Da die Kammer auch für die Niedertemperatur-Plasmabehandlungsphase verwendet wird und zusätzliche Zeit zum Überführen von Wafern in die Kammer und aus ihr heraus verbraucht wird, ist der Arbeitszyklus für den Hochtemperaturbetrieb relativ niedrig, und es ist erforderlich, den Wafer 36 auf die benötigten hohen Behandlungstemperaturen aufzuheizen. Um die Temperatur des Wafers 36 schnell auf seine Behandlungstemperatur anzuheben, wird die Temperatur des Sockels 32 auf eine Temperatur angehoben, die höher ist als die des Wafers 36. Aus all diesen Gründen kann die Behandlungstemperatur des Wafers 36 auf 360ºC eingestellt werden, während der freiliegende Abschnitt des Sockels die Tendenz hat, eine wesentlich höhere Temperatur von 425ºC zu haben.
• Da die Abscheidungsrate auf einer Oberfläche proportional zur Temperatur der Oberfläche ist (je höher die Temperatur ist, desto schneller erfolgt die Abscheidung), führt die höhere Temperatur des freiliegenden äußeren Randes des Sockels 32, wie in Fig. 3 gezeigt, zu einem schnellen Aufbau 120 eines abgeschiedenen Films. Da die Dicke des abgeschiedenen Films mit den Behandlungszyklen vieler Wafer zunimmt, können sich nachteilige Wirkungen ergeben. Der Aufbau der Filmdicke an dem Rand kann einen künstlichen Umfangsrand erzeugen, der verhindert, dass der Wafer 36 in einen vollen Kontakt mit der Oberfläche des Sockels 32 kommt, wie er für eine effiziente Behandlung erforderlich ist. Wenn sich einmal der Aufbau 120 über eine bestimmte Filmdicke des Films hinaus entwickelt hat, haften darauffolgend abgeschiedene Filmschichten in ähnlicher Weise nicht vollständig an den darunter liegenden Schichten. Teile des Films können dann Teilchen oder Abblätterungen bilden, die sich von dem Sockel trennen und auf den zu behandelnden Wafer 36 treiben. Die Teilchen können an dem behandelten Wafer Defekte erzeugen.
• Ein zweites, auf die Fremdmetallabscheidung bezogenes Problem entsteht dadurch, dass der leitende TiN-Film ebenfalls in einem geringeren Ausmaß aufgrund der niedrigeren Oberflächentemperaturen auf anderen Flächen in einem geringeren Ausmaß abgeschieden wird, die dem Prozessgas längs seines Wegs vom dem Duschkopf 40 zu dem Pumpkanal 60 und durch ihn hindurch auf seinem Weg zum Kammervakuumsystem 82 ausgesetzt sind. Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Aufbaus eines Metallfilms 124 über dem und um den Isolatorring 46 herum, der einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem elektrisch vorgespannten Duschkopf 40 und dem geerdeten Deckelrand 66 verursachen kann. Fig. 5 zeigt nur einen übertriebenen Filmaufbau 124 an der oberen Fläche der Kammer. In Wirklichkeit baut sich der Film an allen Oberflächen auf, wobei dieser andere Aufbau aus Gründen der klaren Darstellung nicht gezeigt ist.
• Ein weiteres Beispiel einer in Fig. 6 gezeigten Fremdfilmabscheidung ist der Aufbau eines leitenden Films 128 über dem isolierenden Aluminiumoxid-Kammereinsatz 68 an der Stelle, die sich über den Pumpkanal 60 erstreckt und den elektrisch geerdeten Hauptkammerkörper 72 kontaktiert. Diese Fremdabscheidung 128 verlängert somit das dem Kammerkörper 72 und dem Deckelrand 66 zugeordnete Erdpotenzial zu dem inneren oberen Rand des isolierenden Ringeinsatzes 68 unmittelbar angrenzend an den oberen Umfangsrand des Sockels 32. Die Stelle und die Qualität des Plasmas in dem Behandlungsraum 56 hängen von dem Abstand zwischen den leistungsbeaufschlagten Plasmaquellenelektroden und den umgebenden Oberflächen und von dem Unterschied zwischen den jeweiligen elektrischen Potenzialen ab. Wenn während eines langen Prozesslaufs der Kammereinsatz 68 sich von seiner Anordnung als Isolator zwischen dem Kammerkörper 68 und dem Plasma effektiv dahin ändert, dass er ein geerdeter Leiter wird, werden die Stelle und die Qualität des Plasmas beeinträchtigt, insbesondere um die Ränder des Substrats 36 herum. Die Störung des Plasmas aufgrund der Nähe einer unmittelbar angrenzenden elektrischen Masse verursacht eine Nichtgleichförmigkeit im Plasma, was die Dicke der Filmabscheidung und ihrer Oberflächeneigenschaften beeinflusst.
• Während der Plasmabehandlung beeinflussen Änderungen in der Gleichförmigkeit des Plasma die Oberflächengleichförmigkeit des erzeugten Films. Deshalb beeinflussen Änderungen der Plasmastärke die Gleichförmigkeit der Filmeigenschaften. Die Leitfähigkeit, die der Kehrwert der Isolierqualität der isolierenden Elemente ist, die die Plasmaposition umgeben, ändert sich, wenn der leitenden Film auf ihren Oberflächen ausgebildet wird und wenn der leitende Film einen Leiterweg zu benachbarten leitenden Elementen mit unterschiedlichen Potenzialen bildet. Diese Änderung in der Leitqualität der scheinbar isolierenden Elemente verursacht Änderungen im Plasma, welches die Prozesswiederholbarkeit reduziert.
• Ein drittes Problem, das mit der Fremdmetallabscheidung in Bezug steht, ergibt sich dadurch, dass einige elektrisch ungeerdete Elemente, die dem Plasma ausgesetzt sind, eine Ladung aus dem Plasma speichern. In dem Fall, in dem diese geladenen Teilchen sich nahe an einem geerdeten oder elektrisch mit Leistung beaufschlagten Teil befinden, ergibt sich immer die Möglichkeit einer Lichtbogenbildung zwischen dem ungeerdeten Teil und einer Masse oder der Elektrode. Wenn der Wafer auf dem Sockel liegt, kann er als ungeerdetes Element agieren, das aufgeladen werden und einen Lichtbogen bilden kann. Ein Lichtbogen erzeugt Teilchen und Fehler in dem Substrat. Deshalb sollte eine Lichtbogenbildung zum Wafer vermieden werden, und die Gleichförmigkeit der Umhüllung für die Plasmabehandlung der Oberfläche des Substrats sollte so konstant wie möglich gehalten werden.
• Um diese potenziell schädlichen Effekte zu vermeiden, ist es übliche Praxis, einen Reinigungs- oder Wartungszyklus zeitlich vorzusehen, zu dem das Entfernen und der Austausch oder die Reinigung des Sockels gehören, bevor ein Filmaufbau unerwünschte Effekte erzeugen kann. Dieses Hilfsmittel hat jedoch Nachteile. Die Sockel sind nicht nur teuer, vielmehr erfordert ihr Austausch oder ihre Reinigung ein Abschalten einer teuren Anlage und zusätzliche Bedienungszeit.
• Der Aufbau einer unerwünschten Filmdicke entweder am Umfang des Suszeptors oder quer über isolierende Elemente in der Kammer macht ihre periodische Reinigung erforderlich, um einen Kurzschluss oder nicht akzeptable Änderungen in der Plasmabehandlung zu unterbinden. Der Aufbau einer Dicke eines unerwünschten Films erzeugt eine Kurzschlussgefahr, da Änderungen in der Intensität und der Stelle der elektrischen Felder herbeigeführt werden, die das Gas zu einem Plasmazustand anregen. Wenn die Gefahr des Leitens oder der Lichtbogenbildung groß wird, wird auch ein Reinigungs- oder Wartungszyklus eingeleitet, um die ursprüngliche Verteilung des elektrischen Feldes wiederherzustellen. Andere verbrauchbare oder wartbare Bauteile erfordern ebenfalls einen Austausch oder eine Reinigung in bestimmten Zeitabständen. Zurzeit legt das Risiko des Leitens und der Lichtbogenbildung das Reinigungs-/Wartungsintervall fest. Die mittlere Zahl von Wafern zwischen den Reinigungen könnte wesentlich erhöht werden, wenn das Problem der Filmdickenanhaftung und der Leitfähigkeit über den isolierenden Elementen zu geerdeten Elementen hin, wie vorstehend beschrieben, reduziert oder beseitigt werden könnte.
• Die schematisch in Fig. 7 gezeigte CVD-Kammer ist zu der von Fig. 1 ähnlich mit der Ausnahme, dass sie mit Strahlung und nicht über Widerstand erhitzt wird. Dies hat man bei der Abscheidung von leitendem Material dort verwendet, wo eine Plasmabehandlung der einen oder anderen Art in der Kammer durchgeführt wurde. In dieser Kammer wurde ein Argonbehandlungs-Zerstäubungsgas zu einem Plasma 130 zwischen einer Sockelelektrode 132 und einer Gegenelektrode 134 aktiviert. Dabei sorgt eine HF-Leistungsquelle 136 für die HF-Leistung zur Erregung des Plasmas. Es zeigte sich jedoch, dass, wenn das Plasma in dem Behandlungsraum über dem Wafer gut eingegrenzt war, es erforderlich wurde, die HF- Leistung über ein Anpassungsnetzwerk 138 einzuspeisen, das wahlweise die Leistung zwischen der Sockelelektrode 132 und der Gegenelektrode 134 aufteilt. Man nimmt an, dass diese Aufteilung der HF-Leistung das Plasma besser einschließt, da das Plasma mit einer geerdeten Elektrode dazu neigt, sich nach außen aus dem Bereich des Wafers auszubreiten und von den oben beschriebenen fremdabgeschiedenen Metallschichten stärker beeinflusst zu werden. Das Anpassungsnetzwerk 138 erlaubte eine Aufteilung der HF-Leistung zur Sockelelektrode 132 derart, dass sie den Anteil von 30%, 50% oder 70% der Gesamtleistung hat.
• Man möchte, dass CVD-Kammern der in Fig. 1 gezeigten Art, die für die Abscheidung von Dielektrika ausgelegt sind, so angepasst werden, dass sie die Abscheidung metallischer Materialien ermöglichen.
• Diese Kammern sollten deshalb dahingehend verbessert werden, dass sie die Probleme der Plasmainstabilität und Lichtbogenbildung verringern. Weiterhin soll die Häufigkeit für die Routinewartung und -reinigung reduziert werden.
• Diese Erfindung stellt einen Substratbehandlungsreaktor mit einer Reaktorkammer, in der ein Sockel zum Abstützen eines zu behandelnden Substrats auf einer Oberfläche vorgesehen ist, mit einer Gasquelle, die über dem Sockel angeordnet ist, mit einem Absaugpumpkanal, der um den Sockel auf Seiten der Kammer herum angeordnet ist, und mit einem Umfangselement bereit, das auf dem Sockel abgestützt und von ihm thermisch isoliert ist.
• Die Leistung des Reaktors wird dadurch verbessert, dass die Neigung des Abscheidungsgases zur Bildung eines übermäßigen Aufbaus auf dem Abschnitt des Suszeptors, der sich über den Rand des zu behandelnden Substrats hinaus erstreckt, verringert wird. Die Reduzierung der Temperatur eines Umfangselements, das den äußeren Rand des zu behandelnden Substrats umgibt, reduziert den Aufbau. Dies vergrößert die mittlere Anzahl von Wafern zwischen den Reinigungen durch Verbessern der Leistung einer Halbleitersubstrat- Behandlungskammer, beispielsweise einer Kammer zur Abscheidung von Titannitrid.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Umfangselement einen Umfangsring auf dem Substratträgersockel, der thermisch von dem Sockel und dem zu behandelnden Substrat isoliert ist. Der Umfangsring hat zentrierende Vorsprünge, die sich über den Ring erstrecken und zum Zentrieren des Substrats beitragen, wenn es auf die Oberfläche des Trägersockels abgesenkt wird. Die zentrierenden Vorsprünge bilden eine Reihe von vorspringenden Bestandteilen, die sich nach innen von dem innenseitigen Umfangsrand des dem Substrat zugewandten Rings aus erstrecken. Diese Vorsprünge sind potenziell der einzige Teil des Umfangsrings, der mit dem Substrat in Kontakt steht, wodurch ein Minimum an Oberflächenkontakt (und Potenzial für einen Wärmeübergang durch Leitung) zwischen dem Substrat und dem peripheren zentrierenden Ring bereitgestellt wird.
• Der periphere zentrierende Ring ist von dem Sockel dadurch thermisch isoliert, dass er auf Stiften an nur drei Stellen um den Umfang herum getragen wird, wodurch der Wärmeübergang durch Leitung von dem Sockel zu dem peripheren zentrierenden Ring verringert wird. Die thermische Isolierung von dem Sockel wird weiterhin dadurch erreicht, dass eine Reihe von Isolatorringen oder Strahlungsabschirmungen (beispielsweise zwei) vorgesehen wird, die an der Unterseite des peripheren Rings befestigt sind. Die Strahlungsabschirmungen wirken als Sperren und verhindern die direkte Übertragung von Wärmestrahlung von dem Sockel zu dem peripheren zentrierenden Ring. Die niedrigere Temperatur des peripheren Rings infolge dieser thermischen Isolierung führt zu einer geringeren Rate einer Gasphasenfilmabscheidung auf seiner Oberfläche und erhöht die mittlere Anzahl der Wafer zwischen Reinigungszyklen für die Behandlungskammer. Der gesonderte periphere Ring kann während eines Wartungszyklus der Behandlungskammer leicht entfernt und ausgetauscht werden.
• Der von dem Sockel thermisch isolierte periphere Ring unterliegt einem Aufbau einer statischen Ladung, die zu einer Lichtbogenbildung zu und von dem Wafer und/oder anderen benachbarten Oberflächen führen kann. Zur Erfindung gehört ein Erdungsband zwischen dem peripheren Ring und dem Sockel, um eine Lichtbogenbildung zwischen dem Umfangsring und dem Substrat oder anderen benachbarten Oberflächen auszuschließen. Das Erdungsband ist flexibel und in einem vertieften Schlitz am Umfang des Suszeptors so angebracht, dass das Erdungsband keinen Vorsprung bildet, der sich über den normalen Nennumfang des Suszeptors hinaus erstreckt.
• Die Leistungsfähigkeit wird auch durch Verringern und nahezu Ausschließen der Wahrscheinlichkeit verbessert, dass ein durchgehender leitender Film quer über die isolierenden Elemente in der Kammer gebildet wird. In und zwischen benachbarten Elementen, die unterschiedliche elektrische Potenziale haben, über denen ein leitender Film eine Änderung der Isoliereigenschaften erzeugen könnte, wird ein durchgehender Drosselspalt hergestellt.
• Ein isolierendes Element (Ring) in dem Deckel der Behandlungskammer hat eine Reihe von durchgehenden Drosselspalt-Oberflächenelementen (Nuten), die die Ausbildung eines durchgehenden leitenden Films auf der Oberfläche des isolierenden Elements verhindern. Der auf der Oberfläche ausgebildete Film ist nicht durchgehend und bildet deshalb keine Leiterbahn von der Gasverteilungsstirnplatte/Elektrode zur Masse. Eine elektrische oder Ladungsleitung und/oder eine Leckage zu Erde beseitigt oder reduziert das elektrische Feld, das erforderlich ist, um ein gleichförmiges Plasma zu bilden und um eine gleichförmige Behandlung von Substraten bei aufeinander folgenden Behandlungszyklen bereitzustellen.
• Um die Möglichkeit einer Erdung der den Plasmabereich umgebenden Metallabschirmung zu verringern, wird ein (zweiter) durchgehender Drosselspalt um die Behandlungskammer herum zwischen einem zweiten Abschirmelement und dem Kammerkörper erzeugt. Obwohl er empfindlich für die Ausbildung von leitenden Filmen in ihm ist, verhindert die Breite und die Tiefe des Spalts, dass der Oberflächenfilm eine leitende Brücke oder Verbindung quer über den Spalt oder in dem Spalt bildet.
• Die Leistungsfähigkeit wird weiterhin dadurch verbessert, dass ein elektrisch ungeerdetes leitendes Element vorgesehen wird, das die Plasmastelle umgibt, um den Rand der Plasmaeinhüllung zu stabilisieren. In einem Fall bildet eine Metallabschirmung, die elektrisch nicht eingebunden ist, eine Auskleidung eines Teils einer Wand der Substratbehandlungskammer. Die Abschirmung wird während der Gasphasenabscheidung beschichtet, die Prozessstabilität wird jedoch beibehalten, da die Abschirmung elektrisch von den umgebenden leitenden Elementen isoliert ist. Die Abschirmung bildet eine Sperre für den Durchgang des Plasmas. Die statische Ladung an der leitenden (metallischen) Abschirmung ist gleichförmig über sie verteilt und als Folge ist der Rand der Plasmaeinschließung stabilisiert.
• Eine weitere Verbesserung ist die Verwendung von HF-Leistung, die ausschließlich für die obere Elektrode (die Gasverteilungsplatte) vorgesehen wird, während die untere Elektrode (Suszeptor) geerdet ist. Diese 100% zu 0%-Leistungsaufteilung erweist sich als Verbesserung für die Gleichförmigkeitseigenschaften des Films in einer Kammer zur Ausführung einer TiN-Filmabscheidung.
• Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Isolierung eines peripheren Rings in einem Suszeptor, der sich über den Rand des Substrats hinaus erstreckt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, eine Reihe von abstützenden, punktförmigen Teilen von der Oberseite des Suszeptors und einen Strahlungsabschirmring bereitzustellen, der einen Teil des peripheren Rings gegenüber einem direkten Ausgesetztsein des Suszeptors abschirmt. Zu einem weiteren Verfahren gehören die Schritte, ein Erdungsband bereitzustellen, das elektrisch mit dem peripheren Ring verbunden ist, und einen Abschnitt des Erdungsbandes lösbar an dem Suszeptor zu befestigen. Ein weiteres Verfahren der Erfindung umfasst die Schritte, einen Isolatorring bereitzustellen, der wenigstens auf einer Seite der Atmosphäre der Behandlungskammer zwischen einer mit HF-Leistung beaufschlagten Elektrode und einem elektrisch leitenden Element ausgesetzt ist, das ein elektrisches Potenzial hat, das sich von der mit HF-Leistung beaufschlagten Elektrode unterscheidet, und einen durchgehenden Drosselspalt in der Oberfläche des Isolatorelements zu schaffen, die der Atmosphäre der Behandlungskammer zugewandt ist. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren mit den Schritten, eine Abschirmung, die von einem isolierenden Element in der Behandlungskammer getragen wird, und einen freien Raum zwischen dem inneren Abschirmelement und einer geerdeten Oberfläche bereitzustellen, so dass ein Film, der sich auf der Oberfläche bildet, den Spalt zur Erschaffung einer Leitfähigkeit nicht überbrückt.
• Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Bereitstellung von Leistung für eine TiN- Gasphasenabscheidungskammer mit den Schritten, eine Elektrodengasverteilungsplatte mit einer Leistungsquelle und einen der Elektrodengasverteilungsplatte gegenüberliegenden Suszeptor mit der Elektrode auf Massepotenzial zu verbinden.
• Die Erfindung stellt Verbesserungen bereit, die die Möglichkeit einer Lichtbogenbildung zwischen ungeerdeten aufgeladenen Elementen in der Behandlungskammer angrenzend an die Stelle, wo das Plasma gebildet wird, verringern, die Temperatur des peripheren Rings reduzieren, um eine übermäßige Abscheidung an dem Teil des Suszeptors außerhalb des Substrats zu vermeiden, sorgt für ein konstantes Potenzial über dem Substrat, um eine Lichtbogenbildung zwischen seinem peripheren/zentrierenden Ring und dem Suszeptor auszuschließen, schließt die Wahrscheinlichkeit aus oder verringert sie wesentlich, dass ein durch die Gasphasenabscheidung auf den Kammerwänden gebildeter Film zu einer Kurzschlussverbindung zwischen der HF-Elektrode und einem Kammerkörper oder Deckel führt. Zur Erfindung gehört auch das Positionieren eines Metallrings (Verteilerring mit gleichförmigem elektrischem Potenzial) um den Bereich des Plasmas herum, um das Plasma aufzunehmen und dazu beizutragen, es mit einem relativ konstanten Ionenpotenzial quer über den Wafer stabil zu halten.
• Es folgt eine Beschreibung einiger spezieller Ausgestaltungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen
• Fig. 1 eine Schnittansicht einer CVD-Behandlungskammer nach dem Stand der Technik ist,
• Fig. 2 eine Schnittansicht von Fig. 1 längs 2-2 ist und die Gasstromverteilung über dem behandelten Substrat und den Gasstrom in den Pumpkanal zeigt,
• Fig. 3 schematisch eine Einzelheit der oberen rechten Ecke der in Fig. 1 gezeigten Kammer ist,
• Fig. 4 eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungsaufbaus ist, für dessen Herstellung die Vorrichtung der Erfindung verwendet werden kann,
• Fig. 5 wie Fig. 3 einen leitenden Film zeigt, der an den oberen Flächen der Kammer gebildet ist,
• Fig. 6 wie Fig. 3 einen auf dem Pumpkanal abgeschiedenen Film zeigt, der in den dem Plasma in den Kammern ausgesetzten Bereich vorsteht,
• Fig. 7 die Leistungsaufteil-Erregung für TiN-Kammern nach dem Stand der Technik zeigt,
• Fig. 8 eine Schnittansicht einer Behandlungskammer nach der Erfindung ist,
• Fig. 9 eine schematische Schnittansicht der Behandlungskammer von Fig. 8 ist und die Zwischenbeziehung zwischen den elektrischen Potenzialen der Aufbauten nach der Erfindung ist und weitere Bestandteile hervorhebt,
• Fig. 10 eine vergrößerte Ansicht der oberen rechten Ecke von Fig. 8 und 9 ist,
• Fig. 11 eine perspektivische aufgeschnitten Ansicht der Schnittansicht von Fig. 8 ist und die Zwischenbeziehung verschiedener Bauelemente der Erfindung zeigt,
• Fig. 12 wie Fig. 10 den Aufbau eines leitenden Films um einen Pumpkanalauskleidung nach der Erfindung herum zeigt,
• Fig. 13 wie Fig. 10 den Aufbau eines leitenden Films auf dem neuen Isolatorring der Erfindung zeigt, wie er sich aus dem Gas ergeben würde, das sich von der Gasverteilungsstirnplatte zu dem Vakuumabsaugsystem durch den Pumpkanal bewegt,
• Fig. 14 eine Draufsicht auf ein kreisförmiges Substrat ist, das in einem zentrierenden Rings eines Suszeptors nach der Erfindung positioniert ist,
• Fig. 15 eine perspektivische Teilschnittansicht eines zentrierenden Vorsprungs als Teil des zentrierenden Rings nach der Erfindung ist,
• Fig. 16 vergrößert eine Draufsicht auf einen Abschnitt des zentrierenden Rings mit einem in Position befindlichen Substrat längs der Vergrößerung 16-16 von Fig. 14 zeigt,
• Fig. 17 ähnlich zu Fig. 15 ist, jedoch einen Wafer zeigt, der durch den Vorsprung auf den zentrierenden Ring zentriert worden ist,
• Fig. 18 eine perspektivische Teilschnittansicht längs 18-18 von Fig. 14 ist und den zentrierenden Ring, seinen Stiftträger und seine thermisch isolierenden Ringe zeigt,
• Fig. 19 eine Teilschnittansicht des zentrierenden Rings (ohne das vorhandene Substrat) längs 19-19 von Fig. 14 ist und die Befestigungseinrichtung für die thermisch isolierenden Ringe zeigt,
• Fig. 20 eine teilweise geschnittene, auseinandergezogene perspektivische Ansicht von Fig. 14 längs 20-20 ist und das Erdungsband des zentrierenden Rings zeigt, wobei der zentrierende Ring von dem Sockel getrennt dargestellt ist, und
• Fig. 21 ein schematisches Schaltbild einer HF-Leistungseinspeisung zur Erzeugung eines Plasmas in der Behandlungskammer nach der Erfindung zeigt.
• Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine Behandlungskammer gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung. Ein Sockel 140 trägt einen Wafer 142 auf seiner oberen Fläche 144. In den Prozessgaseinlass 44 eintretendes Gas wird in dem unteren Verteiler 54 verteilt und gelangt in den Bereich der Behandlungskammer durch die Düsen 42 in dem Duschkopf 40.
• Das Behandlungsgas strömt dann, wie in Fig. 2 gezeigt, radial nach außen über den Rand des Wafers 142, über einen in Fig. 8 gezeigten peripheren zentrierenden Ring 146, der in einer Ringleiste 148 angeordnet ist, die im oberen Umfang des Sockels 140 aufgenommen ist. Von dort strömt das Prozessgas durch eine Drosselöffnung 150, die zwischen dem Boden eines modifizierten ringförmigen Isolators 142 und der Oberseite eines modifizierten Kammerwandeinsatzes 154 gebildet wird, und in einen modifizierten Pumpkanal 160. Der gezeigte Kammerwandeinsatz 154 hat einen durch ihn und durch den Hauptkammerkörper 72 hindurchgehenden abdichtbaren Durchlass 156 für ein nicht gezeigtes Robotblatt zur Überführung von Wafern in den Reaktor und aus ihm heraus.
• Wenn das Gas einmal in den Pumpkanal 160 eintritt, wird es um den Umfang der Prozesskammer herum ähnlich wie bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Pumpkanal 60 nach dem Stand der Technik zum Abführen durch das Vakuumpumpsystem 82 herumgeführt, das mit der Behandlungskammer verbunden ist.
• Die gleiche Gesamtkammer ist in Fig. 9 dargestellt, wobei andere Aspekte der Erfindung hervorgehoben werden. Die vergrößerte Schnittansicht von Fig. 10 umfasst die erfindungsgemäßen Aspekte sowohl von Fig. 8 als auch von Fig. 9.
• Der insgesamt dargestellte Kammereinsatz 154 hat einen L-förmigen isolierenden Keramikring 164, der auf der Innenseitenleiste 70 des Hauptkammerkörpers 72 sitzt, sowie eine ringförmige oder bandförmige Abschirmung 166, die auf einer Innenseitenleiste 168 des L-förmigen Rings 164 sitzt und einen Abstand vom Sockel 140 und dem zentrierenden Ring 146 durch einen kleinen Spalt hat. Keramische Kammerauskleidungen sind an sich bekannt und beispielsweise in dem US-Patent 5,366,585 von Robertson et al. beschrieben. Die Bandabschirmung 166 ist vorzugsweise aus einem Metall, wie Aluminium, hergestellt und erstreckt sich vertikal nach oben im Wesentlichen über die Oberseite des L-förmigen Keramikrings 164 und in einem geringeren Ausmaß über die tragende Fläche 144 des Sockels 140.
• Der ringförmige Pumpkanal 160 hat Seiten, die insgesamt von der Bandabschirmung 166, dem L-förmigen Ring 164, Auskleidungen 170, 172, die vor dem Hauptkammerkörper 72 und dem Deckelrand 66 angeordnet sind und von dem Isolator 152 gebildet werden, wobei die Drosselöffnung 150 zwischen dem Isolator 152 und der bandförmigen Abschirmung 166 ausgebildet ist. Die Deckelauskleidung 170 ist jedoch auf der Seite des Pumpkanals 160 angeordnet, die dem Deckelrand 66 zugewandt ist, und entspricht seiner Form. Die Kammerauskleidung 172 ist auf der Seite des Pumpkanals 160 angeordnet, die dem Hauptkammerkörper 72 zugewandt ist. Die beiden Auskleidungen 170, 172 bestehend vorzugsweise aus einem Metall, wie Aluminium, und sind kugelgestrahlt, um das Anhaften eines darauf abgeschiedenen Films zu steigern. Die Deckelauskleidung 170 ist lösbar an dem Deckelrand 66 durch eine Anzahl von Stiften 174 befestigt und elektrisch am Deckelrand 66 geerdet. Die Kammerauskleidung 172 wird jedoch an einer Leiste 176 gehalten, die an der äußeren Oberseite des L-förmigen Keramikrings 164 ausgebildet ist, und ist genau ausgebildet, so dass sie einen solchen Durchmesser hat, dass ein radialer Spalt 178 zwischen der Kammerauskleidung 172 und dem Hauptkammerkörper 72 sowie ein axialer Spalt 180 zwischen der Deckel- und Kammerauskleidung 170, 172 gebildet wird. D. h., die Kammerauskleidung 172 ist elektrisch ungeerdet.
• Die Bandabschirmung 166 und die Deckel und Kammerauskleidung 170, 172 sind in ihrer Größe als ein Satz bemessen. Die Bandabschirmung 166 ist ringförmig mit einem Hauptdurchmesser d&sub1; um die Mitte des Sockels 140 herum. Die Kammerauskleidung 172 ist ebenfalls ringförmig und hat die Form eines Bandes, das sich axial längs der Mittellinie des Sockels 140 erstreckt und einen Hauptdurchmesser d&sub2; hat, der größer als d&sub1; ist. Die Deckelauskleidung 170 ist ebenfalls ringförmig und hat eine L-Form, deren langer Schenkel sich radial von d&sub1; nach d&sub2; und deren kurzer Schenkel sich axial bei d&sub2; erstreckt.
• Fig. 11 zeigt teilweise geschnitten und perspektivisch den Sockel 140, den zentrierenden Ring 146 und die Auskleidungen 170, 172 sowie die Abschirmungen 152, 166, die den Pumpkanal 160 umgeben. Diese Figur zeigt deutlich den Strom des Behandlungsgases aus den Düsen 42 des Duschkopfs 40 heraus zum Wafer 142 hin sowie den anschließenden, radial auswärts gerichteten Strom 84 über den Wafer 142 und dann über den zentrierenden Ring 146. Danach werden die Gasströme nach oben über die Oberseite der bandförmigen Abschirmung 166 in den Pumpkanal 160 abgelenkt und strömen in dem Pumpkanal 160 längs eines Umfangs 86 zu der Vakuumpumpe.
• Die Erörterung des Pumpkanals wird vervollständigt, bevor erneut der zentrierende Ring erläutert wird.
• Wie besonders deutlich in Fig. 10 gezeigt ist, sind der Pumpkanal 160 und seine Bauelemente so ausgelegt, dass die Wirkung eines abgeschiedenen leitenden Films auf die Erregung eines Plasmas in dem Behandlungsraum 56 und in seiner Nähe auf ein Minimum reduziert wird.
• Da die bandförmige Abschirmung 166 über das Niveau des Wafers 172 des größten Teils des über ihn fließenden Gases ansteigt, wird im Strömungsmuster am Boden des Pumpkanals 160 angrenzend an eine Oberseite 186 des L-förmigen Rings 164, wo er auf die bandförmige Abschirmung 166 trifft, ein Totraum 184 erzeugt. Obwohl sich Metall auf dem oberen Teil der bandförmigen Abschirmung 166 abscheiden kann, gewährleistet der Totraum 184 im Ergebnis, dass sich keine merkliche Metalldicke um die Rückseite der bandförmigen Abschirmung 166 herum abscheidet, und insbesondere sich eine unzureichende Metallmenge für die Überbrückung eines Spalts 188 abscheidet, der zwischen der bandförmigen Abschirmung 166 und der Oberseite 186 des L-förmigen Isolierrings 164 gebildet wird. Als Folge bleibt die bandförmige Abschirmung 166, auch wenn sie leitend ist, bezüglich des Sockels 140 und des Hauptkammerkörpers 72 elektrisch ungeerdet. Die Bandabschirmung 166 hat abgerundete Enden 167, um die Möglichkeit der Lichtbogenbildung zu reduzieren.
• Wie in Fig. 12 gezeigt ist, kann das Behandlungsgas längs eines Wegs 190 in dem Pumpkanal 160 durch den axialen Spalt 180 an der Oberseite der Kammerauskleidung 172 strömen und dann einen leitenden Film 192 in dem axialen Spalt 180 und in dem radialen Spalt 178 auf der Rückseite der Kammerauskleidung 172 abscheiden. Da beide Spalte 178, 180 Toträume sind, ist es unwahrscheinlich, das sich eine ausreichende Stärke abscheidet, die jeden Spalt 178, 180 überbrücken könnte, und, selbst wenn dies der Fall wäre, würde jeder Kurzschluss über dem Spalt nur die Kammerauskleidung 172 erden. In dem Pumpkanal 60 wäre ein weiterer Fremdfilm erforderlich, um die Erdung von dem Hauptkammerkörper 72 nahe genug zum Behandlungsraum 56 zu bringen, damit die Plasmafelder merklich beeinflusst würden. Unten am Bodenende des radialen Spalts 178, wo eine Abscheidung, wenn sie auftritt, eine Brücke zwischen der Kammerauskleidung 172 und dem Hauptkammerkörper 72 erzeugen könnte, bewegt sich nur sehr wenig Gas, wenn überhaupt. Da die Kammerauskleidung 172 auf einer außenseitigen Leiste 176 des isolierenden L-förmigen Rings 164 angebracht ist, müsste ein leitender Film den Spalt zwischen dem L-förmigen Ring 164 und dem Hauptkammerkörper 72 auffüllen, damit sich die Erde des Hauptkammerkörpers 72 zur bandförmigen Abschirmung 90 erstrecken könnte.
• Wie in Fig. 13 gezeigt ist, hat ein leitender Fremdfilm 120, der auf dem isolierenden Keramikisolator 152 auf den Oberflächen in dem Pumpkanal 160 und in seiner Nähe abgeschieden ist, das Potenzial zur Verlängerung der Erdungsebene des Deckelrandes 66 zu der Fläche angrenzend an den vorgespannten Duschkopf 140, um die elektrischen Felder des Plasmas merklich zu stören und vielleicht sogar den vorgespannten Duschkopf 140 über den Isolator 152 mit dem Kammerdeckelrand 66 kurzzuschließen. Wie jedoch deutlich in Fig. 10 gezeigt ist, ist der L-förmige Isolator 152 an der äußeren Seite des unteren Teils seiner nach unten hängenden inneren Schürze 203 mit zwei tiefen Ringnuten, 205, 207 versehen, die Breiten haben, die ausreichen, um zu gewährleisten, dass der abgeschiedene Film 120 die Nuten 205, 207 nicht überbrückt. Die Nuten 205, 207 sind auch tief genug, dass an ihrem Boden ein Totraum auftritt, so dass, auch wenn etwas Abscheidung unvermeidbar ist, diese keinen durchgehenden Film an den Innenflächen der Nuten 205, 207 bildet. Zusätzlich sind die Öffnungen der Nuten 205, 207 in den Pumpkanal 190 insgesamt abgerundet, um eine Lichtbogenbildung aufgrund irgendeines Aufbaus eines leitenden Films zu unterbinden. Als Beispiel für die Abmessungen können die Nuten 205, 207 eine Breite von 40 bis 80 mils (1 bis 2 mm) und eine Tiefe von 100 bis 175 mils (2,5 bis 4,6 mm) für den Fall haben, dass der Isolator 152 eine Breite in der Schürze 203 von 200 bis 400 mils (5 bis 10 mm) hat. Auch wenn der Fremdfilm 120, wie in Fig. 13 gezeigt, sich auf dem Isolator 152 abscheidet, bildet er bei diesem Aufbau keinen durchgehenden leitenden Film. Dadurch wird weder der Duschkopf 140 kurzgeschlossen, noch ergibt sich angrenzend an den Duschkopf 140 eine äußere Erdungsebene.
• Die Deckelauskleidung 170, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist, ist metallisch und ist sowohl thermisch als auch elektrisch mit dem Deckelrand 66 verbunden, wodurch effektiv eine Verlängerung davon gebildet wird und wegen seiner entfernt liegenden Stellung das Plasma in dem Behandlungsbereich 56 nicht leicht beeinflusst. Jede Metallabscheidung an der Deckelauskleidung 170 beeinflusst das Plasma so lange nicht, wie das Metall sich nicht über den Isolatorring 152 erstreckt. In jedem Fall ist die Deckelauskleidung 170 mittels der Befestigungseinrichtung 174 leicht entfernbar, wenn sie übermäßig beschichtet wird.
• Es wird nun der Zentrierring erläutert.
• Der Zentrierring 146 erfüllt zwei Funktionen. Er sorgt für eine genaue Zentrierung des Wafers 142 auf dem Sockel 140, wenn der Wafer 142 in die Kammer und auf den Sockel 140 durch ein Robotblatt überführt worden ist, das sich durch den Zugangsdurchlass 156 von Fig. 8 bewegt. Diese Funktion mischt sich mit einer Haltefunktion, bei welcher der Umfangsring 146 als Haltering wirkt, um den Wafer 142 in seiner Öffnung zu halten. Zusätzlich wirkt der Zentrierring 146 als thermische Abdeckung für den Teil des Sockels 140, der außerhalb des Wafers 142 freiliegt. Insbesondere sind seine thermischen Eigenschaften hinsichtlich des vorgesehenen Prozesses so ausgelegt, dass der Zentrierring 146 thermisch bezüglich des erhitzten Sockels 140 schwebt und verglichen mit dem Wafer 142 relativ kühl sowie beträchtlich kühler als der darunter liegende Sockel 140 bleibt, so dass wenig Material auf ihm während der CVD-Behandlung abgeschieden wird.
• Zuerst werden die Zentrierfunktion und der Aufbau erklärt, der verwendet wird, um diese Funktion zu erzielen.
• Der Zentrierring 146, wie er in der Draufsicht in Fig. 14 und in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht in Fig. 15 gezeigt ist, hat eine ebene, ringförmige obere Fläche 190 und innerhalb und unterhalb dieser Fläche 190 eine Ringleiste 192, die so bemessen ist, dass sie mit einem dünnen Spalt zwischen ihr und dem Wafer 142 dem Wafer 142 nahe zugewandt ist, um eine thermische Isolation, nicht jedoch eine Sperre für den Gasstrom, zu schaffen. Der in Fig. 14 gezeigte Wafer 142 ist im Wesentlichen kreisförmig, wie dies auch der Zentrierring 146 ist. Wenn jedoch der Wafer mit einer großen Ausrichtabflachung an einem Rand versehen ist, sollte die Innenseite des Zentrierrings 146 so geformt sein, dass sie an die Abflachung angepasst ist. Wie in Fig. 15 gezeigt ist, steigt eine Stufenwand 194 von der Leiste 192 zu der ebenen oberen Fläche 190 des Zentrierrings 146 an. Die Höhe der Stufenwand 194 entspricht der Dicke des Wafers 142 oder ist etwas größer als diese, so dass die obere Seite des Wafers 142, die auf der Oberfläche der Leiste 192 getragen oder leicht über der Oberfläche der Leiste 192 kragarmartig angeordnet ist, mit der oberen Fläche 190 des Zentrierrings gleich ist.
• Wie ferner in der vergrößerten Draufsicht von Fig. 16 gezeigt ist, ist eine Reihe von sechs Zentriervorsprüngen 200 mit 60º-Intervallen um den Zentrierring 146 herum bezüglich eines Zentrums 201 des Sockels 140, der zu dem Zentrierring 146 ebenfalls konzentrisch ist, gleich verteilt. Die Zentriervorsprünge 200 gehen von der Leiste 192 nach oben ab, stehen jedoch von der Stufenwand 194 nur zu einem Teil vor. Die Vorsprünge haben eine zylindrische Basis 202 und darüber einen Kegelstumpf 204, wobei sich die Trennlinie 203 etwas unter der ebenen oberen Fläche 190 des Zentrierrings befindet, so dass der Kegelstumpf 204 über die ebene obere Fläche 190 vorsteht. Auch wenn der Zentriervorsprung in diesen einfachen geometrischen Formen ausgebildet ist, sind sowohl die konvexen als auch konkaven Kanten des Vorsprungs 200 geglättet, um jede Lichtbogenbildung oder ein Abschuppen des Wafers zu reduzieren. Ähnliche Zentrierstifte wurden, jedoch in einer Anordnung im Sockel, von Lei et al. in dem US-Patent 5,516,367 offenbart.
• Der Zentrierring 146 wird auf dem Sockel 140 durch mechanische Einrichtungen getragen, die später beschrieben werden. Wenn das Robotblatt einen Wafer 142 in die Kammer überführt, werden sowohl der Sockel 140 als auch der Hubring 39 von Fig. 1 und 8 aus diesem Weg abgesenkt. Der Hubring 39 steigt dann hoch, um die Hubstifte 38 aus dem Sockel 140 aus eine ausreichende Höhe anzuheben, damit ihre konischen Köpfe den Wafer 142 etwas von dem Robotblatt heben. Das Robotblatt wird dann zurückgezogen, und der Sockel 140 und der festgelegte Zentrierring 146 werden so angehoben, dass die den Wafer 142 tragenden Hubstifte 38 sich in wirksamer Weise zu der tragenden Oberfläche 144 des Sockels 140 zurückziehen.
• Wenn jedoch der Wafer 142 nicht genau bezüglich des Sockelzentrums 201 zentriert ist, wenn er sich dem Sockel 140 nähert, trifft er zuerst auf einen oder zwei der Zentriervorsprünge 200 auf ihren konischen Oberseiten 204. Die sich verjüngenden Flächen der konischen Oberseiten 204 üben eine ausreichende seitliche Kraft auf den Wafer 142 aus, so dass er sich zu der Mitte 201 des Sockels 140 hin verschiebt, wodurch der Wafer 142 zentriert wird. Bei dem weiteren Absenken bezüglich des Sockels 140 wird der Wafer 142, wie in der teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht von Fig. 17 gezeigt ist, in einer zentrierten Position innerhalb der zylindrischen Basen 202 aller Zentriervorsprünge 200 platziert.
• Der Wafer 142 ist gegenüber dem Zentrierring 146 so stark wie möglich thermisch isoliert. Da die zylindrischen Basen 202 der Vorsprünge 200 nur teilweise in den Bereich der Leiste 192 vorstehen, wird, wie in Fig. 17 gezeigt ist, ein Spalt 206 zwischen dem abgeschrägten Rand des Wafers 142 und der Stufenwand 194 des Zentrierrings gebildet. Ferner ist der Ort der extremen radial inneren Positionen der zylindrischen Basen 202 der Vorsprünge 200 so bemessen, dass er etwas größer ist als der Durchmesser des Wafers 142, so dass bei dieser Auslegung ein dünner Spalt 208 zwischen dem Waferrand und den zylindrischen Basen 202 vorhanden ist. Wegen der Zentrierwirkung an einem fehlausgerichteten Wafer kann jedoch der Wafer 142 mit einem oder zwei der Zentriervorsprünge 200 in Kontakt kommen. Jeder sich ergebende Kontakt ist jedoch nur eine dünne vertikale Linie, auf der der zylindrische Wafer 142 mit der Basis 202 des zylindrischen Vorsprungs in Kontakt steht, wodurch der Wärmeübergang durch Leitung auf ein Minimum reduziert wird.
• Während der CVD-Behandlung wird der Wafer 142 durch den Einfluss der Schwerkraft auf dem Sockel 140 getragen, jedoch wird die Höhe der oberen Fläche der Leiste 194 des Zentrierrings 146 straff gesteuert, so dass sie sich etwas unter der effektiven tragenden Fläche 144 des Sockels 140 befindet und der Waferrand über die obere Fläche der Leiste 192 mit einem dünnen Spalt dazwischen kragt. Der Spalt zwischen dem Waferrand und der Leiste 192 ist bei den Betriebsabscheidungsdrucken groß genug, um eine gute thermische Isolation zu geben, jedoch klein genug und lang genug, um einen ausreichenden aerodynamischen Widerstand zur Unterbindung eines Stroms des Abscheidegases zu der Rückseite des Wafers zu bieten. Ferner ist der Spalt dünn genug, um Plasma abzuhalten, in den Spalt einzutreten und einen Lichtbogen zu bilden.
• Aufgrund des folgenden Aufbaus ist der Zentrierring 146 nicht nur gegenüber dem Wafer 142, sondern auch gegenüber dem Sockel 140 thermisch isoliert.
• Die thermische Isolation des Zentrierrings 146 gegenüber dem Sockel 140 wird auf zwei Arten erreicht. Der Zentrierring ist vorzugsweise aus Aluminium oder aus mit Nickel beschichtetem rostfreiem Strahl zusammengesetzt. Wie am besten in der perspektivischen Ansicht von Fig. 18 gezeigt ist, wird der Zentrierring 146 über der Umfangsleiste 148 des Sockels 140 durch drei in gleichem Abstand zueinander angeordneten Tragstiften 210 getragen, die in der Leiste 148 des Sockels 140 festgelegt sind und davon aus nach oben mit einer genauen Höhe vorstehen. Die Tragstifte 210 bilden in effektive Weise Punktkontakte zwischen dem Sockel 140 und dem Zentrierring 146 aufgrund ihres sehr kleinen Querschnitts, verglichen mit der Fläche des Zentrierrings 146. Die Tragstifte 210 bestehen vorzugsweise aus Keramik und einem Metall mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise rostfreiem Stahl. Sowohl die geringe Größe der Tragstifte 210 als auch ihre niedrige Wärmeleitfähigkeit minimieren die Wärmeleitung zwischen dem Sockel 140 und dem Zentrierring 146. Die Tragstifte 210 passen lose in entsprechende radiale Schlitze 212, die sich von dem Boden einer äußeren ringförmigen Basis 214 des Zentrierrings 146 aus erstrecken, und tragen den Zentrierring 146 in einer genau eingestellten Höhe über der Sockelleiste 148. Die radial langgestreckte Form der Schlitze 212 ermöglicht eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Zentrierring 146 und dem Sockel 140.
• Der Wärmeübergang durch Strahlung und Konvektion zwischen dem Boden des Zentrierrings 146 und dem Sockel durch einen Stapel von thermisch isolierenden Ringen 216, 218 wird auf ein Minimum reduziert, die zwischen einer Bodenfläche eines nach innen vorstehenden Randes 220 des Zentrierrings 146 und der Leiste 148 des Sockels 140 im Abstand angeordnet sind. Die thermisch isolierenden Ringe 216, 218 bestehen vorzugsweise aus Keramik oder einem anderen Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise rostfreiem Stahl, um den Wärmeübergang durch Leitung durch sie hindurch zu reduzieren.
• Wie in der geschnittenen perspektivischen Ansicht von Fig. 19 gezeigt ist, sind die thermisch isolierenden Ringe 216, 218 an dem Boden des vorstehenden Randes 220 des Zentrierrings 146 durch eine Reihe von Befestigungseinrichtungen 224 festgelegt, beispielsweise durch Schrauben oder Nieten, die an dem Zentrierring 146 angeordnet sind, wie es in der Draufsicht von Fig. 14 gezeigt ist. Die Befestigungseinrichtungen 224 sind so angeordnet, dass zwischen dem Paar von Ringen 216, 218 und sowohl der Basis 214 des Zentrierrings 146 als auch der Leiste 148 des Sockels 140 Spalte gebildet werden. Die konischen Köpfe 225 der Schrauben-Befestigungseinrichtungen 224 sind in Sacklöchern 226 am Boden des unteren Rings 218 aufgenommen, so dass eine glatte Oberfläche vorhanden ist. Die zwei Ringe 216, 218 sind voneinander und von dem vorstehenden Rand 220 des Zentrierrings 146 entweder durch thermisch isolierende Distanzstücke 227 oder durch distanzierende Erhebungen 228, wie es in Fig. 20 gezeigt ist, getrennt, wodurch ein Spalt 229 zwischen den Ringen 216, 218 sowie ein Spalt 229A zwischen den Ringen und dem Vorsprung 220 des Zentrierrings 146 gebildet werden. Diese verschiedenen Spalte veranlassen die Ringe 216, 218 zu einem thermischen Schweben, damit der Zentrierring 146 von dem Sockel 140 thermisch in wirksamerer Weise getrennt wird. Es sind zwei solche Ringe gezeigt, die den Wärmeübergang durch Strahlung um 65% verringern, während drei Ringe eine Reduzierung um 75% ergeben.
• Diese unterschiedlichen thermischen Isolationseinrichtungen wurden in einem Prototypreaktor während einer normalen CVD-Behandlung der vorher beschriebenen Art geprüft. Bei diesen Versuchen wurde die Temperatur des Sockels 140 zu 430ºC, die Temperatur des Wafers 142 zu 360ºC, die Temperatur des Zentrierrings 146 jedoch nur zu 290ºC gemessen. Bei 360ºC wird eine zufriedenstellende thermische Abscheidung von TiN auf dem Wafer 142 erreicht, bei 290ºC scheidet sich jedoch auf dem Zentrierring 146 von dem gleichen Material nur wenig oder gar nichts ab. Diese Temperaturunterschiede werden von einem Duschkopf 146 gesteuert, der auf etwa 100ºC bleibt, sowie durch weitere thermische Leckagen zur Seite hin.
• Die vielen verwendeten Einrichtungen zum thermischen Isolieren des Zentrierrings 146 tendieren auch dazu, ihn elektrisch zu isolieren. Als Folge tendiert er dazu, dass er bei Vorhandensein eines Plasmas in dem Behandlungsraum 56 elektrisch aufgeladen wird. Eine solche elektrische Aufladung muss vermieden werden, da sie eine Lichtbogenbildung zwischen dem Zentrierring 146 und dem Wafer 142 erzeugen kann, was an dem Wafer einen direkten Schaden bewirkt. Eine Lichtbogenbildung zu irgendeiner anderen Stelle hin erzeugt Teilchen, die sich auf dem Wafer absetzen und Fehler erzeugen können. Der Zentrierring 146 und der Sockel 142 sollen deshalb auf dem gleichen elektrischen Potenzial gehalten werden.
• Ein Aufbau zur Befestigung des Potenzials des Zentrierrings 146 auf das des Sockels 140 ist ein dünnes, massives, flexibles Masseband 230, das in der perspektivischen Schnittansicht von Fig. 20 gezeigt ist. Das Masseband 230 besteht aus einer dünnen Lasche 232 aus einem elektrisch leitenden und mechanisch weichen Metall, wie Aluminium, das permanent mit der Basis 214 des Zentrierrings 146 durch eine Schweißung 234 verbunden ist. Die Dicke der Metalllasche 232 ist gering genug, dass sie nur wenig Wärme leitet und den Zentrierring 146 mechanisch nicht trägt.
• Der Sockel 140 ist an seinem Umfang mit einem flachen, sich axial erstreckenden Schlitz 236 versehen, wobei ein tieferer Schlitzabschnitt 238 an seinem Boden ausgebildet ist. Die Lasche 232 ist an ihrem unteren Teil in einen Z-förmigen Abschnitt 238 gebogen, so dass der obere Teil der Lasche 232 in den flachen Schlitz 236 und der Z-förmige Abschnitt 238 in den tieferen Schlitzabschnitt 238 passt. Für den Durchgang einer Schraube 244 ist ein Loch 242 in dem ganz unten befindlichen Teil der Lasche 232 ausgebildet, wobei die Schraube 244 in ein entsprechendes Loch in dem Sockel 140 innerhalb des tieferen Schlitzabschnitts 238 geschraubt und dadurch die elektrische Erdung vervollständigt wird. Der flache Schlitz 236 umschließt sowohl die Lasche 232 als auch den Kopf der Schraube 244, so dass ein Umfangsnennumriss 246 des Sockels 140 aufrechterhalten wird. Der flache Schlitz 236 und das Masseband 230 sind so gestaltet, dass jede unterschiedliche Bewegung aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen dem Sockel 140 und dem Zentrierring 146 ohne Störung zwischen den Teilen aufgenommen wird, während zwischen dem Zentrierring 146 und dem Sockel 140 eine elektrische Kontinuität aufrechterhalten wird.
• Fig. 21 zeigt eine Ausgestaltung nach der vorliegenden Erfindung mit der HF- Leistungseinspeisung, die mit der von Fig. 7 zu vergleichen ist. Hier gibt es während der Plasmabehandlung, die in Verbindung mit der thermischen TDMAT-Abscheidung von TiN zum Einsatz kommt, keine Leistungsaufteilung. Stattdessen wird die Sockelelektrode 132 auf Massepotenzial gehalten, und nur die obere Elektrode 134 wird durch einen HF-Generator 250 mit einer festen Anpassungsschaltung 252 mit Leistung beaufschlagt. Die in dem Pumpkanal und in dem geerdeten Zentrierring der Erfindung verwendeten Auskleidungen stabilisieren des Plasma 254 ausreichend, so dass eine Leistungsaufspaltung zwischen den Elektroden 132, 134, wie sie vorstehend erforderlich ist, nicht länger benötigt wird. Vorzugsweise wird keine Vorspannung an den Sockel 132, der die Elektrode trägt, angelegt, da jede HF- Vorspannung dazu neigt, den Wafer elektrisch aufzuladen und ihn zum Entladen zu benachbarten Punkten zu induzieren, was einen direkten Schaden oder Teilchen verursacht.
• Die Pumpkammerauskleidungen und der Zentrierring der Erfindung können leicht durch neue oder sanierte Bauteile ausgetauscht werden, wenn sich auf ihnen unvermeidbar Filme, insbesondere leitende Filme, ausbilden. Eine Überprüfung in einer realistischen Betriebsumgebung hat jedoch gezeigt, dass auch nach 3000 Wafern die neue Konstruktion das Abscheiden bis zu einem Punkt auf ein Minimum reduziert hat, dass sie nicht ausgetauscht zu werden brauchen. Somit reduzieren einige relativ einfache Verbesserungen an der peripheren Ausrüstung für den Sockel, die alle innerhalb der Grenzen der vorhandenen Kammer von Fig. 1 liegen, die Stillstandszeit des CVD-Systems beträchtlich, während überlegene Plasmazustände bereitgestellt werden.
• Obwohl die Erfindung unter Bezug auf eine thermische CVD von TiN, gefolgt von einer Plasmabehandlung, beschrieben wurde, lässt sich die Erfindung natürlich bei jedem Prozess verwenden, bei dem die gleiche Kammer für eine thermische Metallabscheidung und einen anderen Plasmaprozess zum Einsatz kommt. Beispielsweise kann die Titanschicht 104 durch einen Plasmaprozess abgeschieden werden, der TiCl&sub4; als Vorläufer und den thermischen TDMAT-Prozess für die TiN-Schicht verwendet. Der Prozess kann auch in vorteilhafter Weise bei der CVD von leitenden Metalloxiden Verwendung finden, beispielsweise von Perowskiten mit Lanthanoxid. Die Kombination der Abscheidung von leitenden Metallen und eines Plasmaschritts würde noch die potenziellen Probleme eines thermischen Prozesses mit der Abscheidung von Fremdmetallschichten haben, die den Plasmaprozess beeinflussen könnten. Die Erfindung ist natürlich auf viele andere Arten von Metall-CVD-Prozesse anwendbar und sollte bei der dielektrischen CVD und anderen Plasmaanwendungen zweckmäßig sein.

Claims (22)

1. Plasmareaktor zum Behandeln eines Substrats

- mit einer Reaktionskammer (72), in der ein Sockel (140) zum Abstützen eines zu behandelnden Substrats (142) auf einer Oberfläche vorgesehen ist,

- mit einer Gasquelle (42), die über dem Sockel angeordnet ist,

- mit einem Absaugpumpkanal (184), der um den Sockel auf Seiten der Kammer herum angeordnet ist, und

- mit einem Umfangselement (146), das auf dem Sockel abgestützt und von ihm thermisch isoliert ist.

2. Plasmareaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfangselement auf dem Sockel durch eine Anzahl von Punktkontakten (210) abgestützt ist.

3. Plasmareaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl drei ist.

4. Plasmareaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpkontakte Stifte (210) aufweisen, die in dem Sockel festgelegt sind und das Umfangselement schwebend abstützen.

5. Plasmareaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfangselement an seinem Boden ausgebildete radiale Nuten (212) für die Aufnahme der Stifte aufweist.

6. Plasmareaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfangselement in einer Umfangsnut (148) in dem Sockel abgestützt ist.

7. Plasmareaktor nach Anspruch 1, welcher weiterhin wenigstens ein Isolierelement (216, 218) aufweist, das zwischen dem Umfangselement und dem Sockel angeordnet ist.

8. Plasmareaktor nach Anspruch 7 mit wenigstens zwei Isolierelementen, die Spalte (229, 229A) aufweisen, die zwischen ihnen und zwischen dem obersten von ihnen und dem Umfangselement ausgebildet sind.

9. Plasmareaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfangselement Zentriervorsprünge (200) zum Zentrieren des Substrats auf dem Sockel hat.

10. Plasmareaktor nach Anspruch 1, welcher weiterhin eine elektrische Verbindung (232) zwischen dem Umfangselement und dem Sockel aufweist.

11. Plasmareaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung das Umfangselements auf dem Sockel nicht statisch gesichert abstützt.

12. Plasmareaktor nach Anspruch 1, welcher wenigstens eine entfernbare Auskleidung (170, 184) aufweist, die an Wänden des Pumpkanals angeordnet ist.

13. Plasmareaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Hauptkammergehäuse des Reaktors und einem Deckel (40) des Reaktors ein im Wesentlichen durchgehender Kanal (150) ausgebildet ist.

14. Plasmareaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal eine Drosselstelle für das Behandlungsgas bildet, das aus der Hauptbehandlungskammer in den Pumpkanal strömt.

15. Plasmareaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel eine dem Sockel gegenüberliegende, mit einer Vorspannung beaufschlagbare Elektrode (40) hat und weiterhin ein Isolatorelement (152) aufweist, das die mit einer Vorspannung beaufschlagbare Elektrode umgibt, um sie gegenüber dem Hauptkammergehäuse elektrisch zu isolieren, wobei das Isolatorelement einen Teil eines Wandabschnitts des Pumpkanals bildet und Nuten (205, 207) aufweist, die darin ausgebildet und dem Pumpkanal zugewandt sind.

16. Plasmareaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine (172) der entfernbaren Auskleidungen elektrisch isoliert ist.

17. Plasmareaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine (170, 172) der entfernbaren Auskleidungen ein Metall aufweist.

18. Zweistufiges Verfahren, das an einem in einer CVD-Reaktionskammer angeordneten Substrat ausgeführt wird, mit den Schritten:

- Abstützen eines Substrats (142) auf einem Sockel (140) innerhalb eines Umfangsrings (146), der auf einem oberen Umfang des Sockels angeordnet ist und zwischen dem Umfangsring und dem Sockel Wege mit verringerter Wärmeleitung aufweist,

- Ausführen einer ersten Behandlung an dem Substrat durch

-- Ausströmenlassen eines ersten Gases gegen das Substrat aus einer perforierten Platte (40), die dem Substrat gegenüber angeordnet ist,

-- Abführen des ersten Gases aus einem Reaktionsraum (56) über dem Sockel radial nach außen über das Substrat und über den Umfangsring zu einem ringförmigen Pumpkanal (184), und

- Ausführen einer zweiten Behandlung an dem Substrat durch

-- Ausströmenlassen eines zweiten Gases gegen das Substrat aus der perforierten Platte und

-- Abführen des zweiten Gases aus dem Reaktionsraum radial über das Substrat und über den Umfangsring zu dem ringförmigen Pumpkanal,

- wobei eine der beiden Behandlungen ein thermischer Prozess ist, zu dem das Erhitzen des Sockels auf eine erste Behandlungstemperatur gehört, um eines der Gase zu veranlassen, mit einer Oberfläche des Substrats zum Abscheiden eines leitenden Films auf ihr thermisch reagieren zu lassen, und

- wobei die andere der beiden Behandlungen ein Plasmaprozess ist, zu dem das Ausströmenlassen des anderen der Gase in ein Plasma zur Einwirkung auf das Substrat gehört.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei der anderen Behandlung ein zweiter leitender Film auf dem Substrat abgeschieden wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Behandlung ein leitender Film auf dem Substrat abgeschieden und bei der zweiten Behandlung der Film mit dem Plasma behandelt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zu der zweiten Behandlung das Anlegen von Hochfrequenz (HF)-Leistung (94) an eine Gegenelektrode gehört, während die Sockelelektrode HF-geerdet ist.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlegeschritt durchgeführt wird, während die Reaktionskammer mit einem Gas gefüllt ist, das im Wesentlichen aus Argon besteht.