DE3216465A1 - Verfahren und vorrichtung zur gasfuehrung fuer lp cvd prozsse in einem rohrreaktor - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur gasfuehrung fuer lp cvd prozsse in einem rohrreaktor

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DE3216465A1 DE19823216465 DE3216465A DE3216465A1 DE 3216465 A1 DE3216465 A1 DE 3216465A1 DE 19823216465 DE19823216465 DE 19823216465 DE 3216465 A DE3216465 A DE 3216465A DE 3216465 A1 DE3216465 A1 DE 3216465A1
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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gasführung für LP CVD !Prozesse in einem Rohrreaktor
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung dient zum Beschichten von scheibenförmigen Material mittels LP CVD-Prozessen (Bfiederdruck CVD), insbesondere zum Bearbeiten von Halbleitersubstraten.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Rohrreaktoren haben insbesondere durch die Einführung der chemischen Dampfphasenabscheidung (CVD) bei erniedrigtem Druck sowie durch die Methode des Plasmaätzens an Bedeutung gewonnen· Ein einfacher Rohrreaktor ist in der DE-AS 246O 211 (US 3.900,597) beschrieben· Die zu beschichtenden Substrate stehen mit ihrer Flächennormalen parallel zur Rohrachse zentrisch im Reaktor; Gaseingang und Gasauegang befinden sich an den jeweils entgegengesetzten Stirnseiten des Reaktorrohres· Besondere Maßnahmen zur Gasführung existieren nicht. Während dieser Reaktor mit Erfolg für relativ reaktionsträge Prozesse eingesetzt wird, ist sein Einsatz für sehr reaktionsfreudige Prozesse, bei denen vor allem die Gefahr des Auftretens einer eine hochqualitative Schichtabscheidung sehr beeinträchtigenden starken homogenen Gasphasenreaktion existiert, nicht möglich. Bei diesen Prozessen müssen das hochreaktive Gas bzw. die Komponenten eines Gasgemisches bis unmittelbar in die Reaktionszone, in der sich die Substrate befinden, durch spezielle Maßnahmen geführt werden.
Bekannte Lösungen (z.B. DB-OS 2750 882 oder DD WP 121975 - Normaldruck CVD) bestehen darin, daß die Reaktionsgase mittels dünner Rohre bis in den Substratbereich geführt und dort über Düsen, deren Gasströme in die Zwischenräume zwischen den Substratoberflächen gelenkt werden» Sind mehrere Reaktionskomponenten an der Schichtabscheidung beteiligt, so werden diese auch in getrennten Rohren in der beschriebenen Weise in den Substratbereich gebracht und erst in unmittelbarer Scheibennähe gemischt. Zur Abführung der verbrauchten, mit Reaktionsprodukten und Partikeln verunreinigten Gase werden keine besonderen Maßnahmen getroffen; sie erfolgt durch eine am Reaktorausgang angeschlossene Pumpe.
Bei dieser Lösung ist es nachteilig, daß die Gasströmung in Richtung Rohrachse zum Reaktorausgang abgelenkt wird, wodurch inhomogene Beschichtungen entstehen, die nur durch erhöhte Gasströmungsmengen ausgeglichen werden können. Ein großer Nachteil besteht vor allem darin, daß die verbrauchten, mit Reaktionsnebenprodukten und Partikeln verunreinigten Gase nach dem erfolgten überströmen der Substrate noch für eine gewisse Zeit im Reaktionsraum verbleiben, indem sie längs des Spaltes zwischen Substratstapel und Rohrwand fließen und auch in die Substratzwischenräume eindringen. Das ist eine erhebliche Verunreinigungsquelle für die Substrate, die durch niedrige Konzentrationen der Prozeßgase - was geringe Abscheideraten zur Folge hat - zurückgedrängt werden muß.
Die angeführte Norraaldruck-CVD-Vorrichtung (DD WP 121975) erfordert zusätzlich einen Inertgasstrom, der am Reaktoreingang eingespeist wird, um die Toträume im Reaktor zu spülen und die Verweilzeit der Gase im Reaktor zu verkürzen.
Eine spezielle Gasabführung aus einem Norrnaldruck-Rohrreaktor ist in dem DD WP 111 935 beschrieben. Hierbei sind im Reaktorraum parallel zu den Substrathalterungen dünne Gasauslaßrohre, die mit Schlitzen versehen sind, angeordnet.
-3.2 T 6 46
In LP GVD-Prozessen wird daa Prozeßgas durch Vakuumpumpen abgesaugt· Der Abfall der Saugleistung in den dünnen geschlitzten Rohren 1st sehr groß und könnte nur durch stark überdimensionierte Pumpen kompensiert werden. Diese Maßnahmen wären jedoch unökonomlsch und technisch schwer realisierbar.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, eine große Stückzahl Substrate auf ökonomische Weise gleichmäßig in hoher Qualität zu beschichten und den Reinigungsaufwand des Rohrreaktors zu senken.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gasführung für LP CVD-Prozesse zu schaffen, die eine erhebliche Verringerung des Prozeßgasbedarfes und eine Verringerung des Partikelbefalls der Schichten ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Prozeßgasstrom unmittelbar nach der Durchströmung der Zwischenräume zwischen den Substraten in Strömungsrichtung abgesaugt und außerhalb der Substratbereiche aus dem Rohrreaktor abgeleitet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gasführung zeichnet sich dadurch aus, daß die Substrathalterung im Rohrreaktor durch ein topfförmiges Innenrohr umgehen ist, in dem die Gaszuführungsrohre in bekannter Weise zur Einleitung der Prozeßgase in die Zwischenräume der Substrate angeordnet sind, wobei auf der gegenüberliegenden Seite der Gaszuführungsrohre das Innenrohr jnit einem nach Maßgabe der Substrathalterung versehenen Gasauslaßschlitz ausgerüstet ist. Dabei ist das Innenrohr im Rohrreaktor so angeordnet, daß zwischen Innenrohr und Rohrreaktor ein Zwischenraum vor-
handen ist.
Vorzugsweise ist das Innenrohr exzentrisch im Rohrreaktor angeordnet, so daß der Zwischenraum im Bereich des
Gasauslaßschlitzes größer ist, als an den übrigen Stellen zwischen Innenrohr und Rohrreaktor.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß durch ihre Anwendung das sehr produktive Rohrreaktorprinzip für reaktionsträge Prozesse auch für reaktionsfreudige Prozesse eingesetzt werden kann.
Darüber hinaus sichert der kurze Gasweg in der Reaktionszone eine gleichmäßige Beaufschlagung aller Substrate
einer Charge mit frischem Prozeßgas und sichert gegenüber anderen Lösungen eine erhöhte Abscheiderate bei niedrigem Gasverbrauch. Dadurch können die Produktivität der Beschichtung gesteigert und die notwendige Pumpleistung
verringert werden.
Der kurze Gasweg in der Reaktionszone drängt gleichzeitig die unerwünschte homogene Gasphasenreaktion zurück und
sichert eine hohe Ausnutzung der eingesetzten Prozeßgase. Ferner wird eine sehr gleichmäßige Beschichtung der gesamten Charge erreicht.
Durch die vom Substratbereich getrennte Abgasführung wird eine hochqualitative Schichtabscheidung auch hinsichtlich des Partikelbefalls gesichert und der Reinigungszyklus
des Rohrreaktors wesentlich vergrößert.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch dargestellter Rohrreaktor
Fig. 2 Schnitt A-A von Fig. 1
Im Rohrreaktor 1 ist ein topfförmiges Innenrohr 2 angeordnet, das die Substrathalterung 4 umgibt. Tm Innenrohr 2
sind die Gaszuführungsrohre 3 angeordnet. Über nicht dar-
gestellte DUaen wird der Prozeßgasstrom zwischen die senkrecht stehenden Substrate 5 geleitet. Das Innenrohr 2 ist mit einem Gasauslaßschlitz 8 versehen« Der Gasauslaßschlitz 8 erstreckt sich über die gesamte Länge der Substrathalterung 4 und ist den Gaszuführungsrohren 3 gegenüberliegend angeordnet» Die Substrathalterung 4 ist über die Drehdurchführung 6 und das Gegenlager 7 drehbar im Innenrohr 2 gelagert. Die Absaugung des Rohrreaktors erfolgt über den Auslaßstutzen 9 mittels einer Vakuumpumpe. Der Rohrreaktor 1 ist in einem nicht dargestellten Diffusionsofen angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung erläutert· Der Rohrreaktor 1 wird zunächst bis auf einen vorgewählten niedrigen Druckpegel ausgepumpt und auf die Reaktions* temperatur erwärmt. Nachfolgend wird über die Gaszuführungsrohre 3 Prozeßgas in Zwischenräume der Substrate 4 geleitet. Der Prozeßgasstrom wird unmittelbar nach der Durchströmung der Zwischenräume in Strömungsrichtung über den Gasauslaßschlitz 8 abgesaugt und außerhalb der Substratbereiche im Zwischenraum 10 zwischen Rohrreaktor 1 und Innenrohr 2 dem Auslaßstutzen 9 zugeführt. Zur besseren Abgasführung ist das Innenrohr 2 exzentrisch im Rohrreaktor angeordnet, so daß der Zwischenraum 10 unterhalb des Gasauslaßschlitzes 8 zwischen Innenrohr 2 und Rohrreaktor 1 größer ist als an den übrigen Stellen. Zur Verbesserung der Homogenität der Schichtabscheidung wird die Substrathalterung 4 während des Abscheidungsprozessea gedreht.
Versuche mit der erfindungegemäßen Lösung erbrachten bei der Schichtabscheidung von SiO2 aus SiEL (40 ml/min) und O2 (40 ml/min) bei 450 0C auf einer Charge von 25 Stück eine Abscheiderate im Bereich von 50 - 100 nm/min.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Rohrreaktor
2 Innenrohr
3 Gaszuführungsrohr
4 Substrathalterung
5 Substrat
6 Drehdurchführung
7 Gegenlager
8 Gasauslaßschlitz
9 Auslaßstutζen
10 Zwischenraum
Leerseite

Claims (2)

'"3 2 1 S 4- 6 Brfindungsanspruch
1. Verfahren zur Gasführung für LP CVD~Prozesse in einem Rohrreaktor, in dem die zu beschichtenden Substrate parallel und im gleichen Abstand zueinander senkrecht stehend angeordnet sind und das Prozeßgas bzw. Pro~ zeßgasgemisch in die Zwischenräume der Substrate eingeleitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Prozeßgasstrom unmittelbar nach der Durchströmung der Zwischenräume in Strömungsrichtung abgesaugt und außerhalb der Substratbereiche aus dem Rohrreaktor abgeleitet wird.
2. Vorrichtung zur Gasführung für LP CVD-Prozesse in einem Rohrreaktor, der mit Gaszuführung, Gasabsaugung, Heizeinrichtung und mit einer Substrathalterung zur Aufnahme von parallel senkrecht zueinander stehenden Substraten versehen 1st, zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Substrathalterung (4) im Rohrreaktor (1) durch ein topfförmiges Innenrohr (2) umgeben ist, in dem die Gaszuführungsrohre (3) in bekannter Weise zur Einleitung der Prozeßgase in die Zwischenräume der Substrate (5) angeordnet sind, wobei auf der gegenüberliegenden Seite der Gaszuführungsrohre (3) das Innenrohr (2) mit einem nach Maßgabe der Substrathalterung (4) versehenen Gasauslaßschlitz (8) ausgerüstet ist und daß zwischen Innenrohr (2) und Rohrreaktor (1) ein Zwischenraum (10) vorhanden ist.
3· Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Innenrohr (2) so exzentrisch im Rohrreaktor (1) angeordnet ist, daß der Zwischenraum (10) im Bereich des Gasauslaßschlitzes (8) größer als an den übrigen Stellen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnung
DE19823216465 1981-07-28 1982-05-03 Verfahren und vorrichtung zur gasfuehrung fuer lp cvd prozsse in einem rohrreaktor Withdrawn DE3216465A1 (de)

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