DE4330266A1

DE4330266A1 - Reaktionskammer für chemischen Gasphasenabscheidungsapparat sowie chemischer Gasphasenabscheidungsapparat zum Benutzen einer derartigen Reaktionskammer

Info

Publication number: DE4330266A1
Application number: DE4330266A
Authority: DE
Inventors: Koichiro Tsutahara; Toru Yamaguchi; Taizo Ejima; Toshihiko Minami; Yoshinobu Kawata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2013-09-08
Also published as: JPH0697080A; DE4330266C2; US5425812A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungsapparat (Chemical Vapor Deposi tion = CVD), sowie einen Apparat zur chemischen Gasphasenabschei dung.

Bekannterweise wird ein SiO₂-Film als Isolationszwischenschicht film von VLSI-Halbleitervorrichtungen, wie 4M-Bit dynamischen RAMs benutzt. Entsprechend einer Größenverminderung von VLSI- Halbleitervorrichtungen gab es Technologiefortschritt beim Bilden eines PSG-Film sowie eines BPSG-Films durch leichtes Dotieren von Phosphor bzw. Phosphor und Bor. Der Zweck des leichten Dotierens von Phosphor und Bor liegt darin, daß Erweichen eines Isolations zwischenschichtfilms durch Wärme zu erleichtern, womit eine Pla narisierung der Oberfläche des Films gestattet wird.

Wie in Fig. 1A gezeigt, wird ein BPSG-Film 101 mit B und P durch CVD gebildet, unter Benutzung von SiH₄ sowie O₂. Wenn eine Wärme behandlung mit hoher Temperatur mit dem BPSG-Film 101 durchge führt wird, wird der Isolationszwischenschichtfilm 101 weich ge macht, und dessen Oberfläche wird planarisiert.

Dieses Verfahren zum Bilden eines Isolationszwischenschichtfilms unter Benutzung von SiH₄ und O₂-Gas weist das Problem auf, daß ein Hohlraum (eine Blase) 102 in einer Versenkung eines unterlie genden Musters 100a verbleibt, selbst eine Hochtemperaturverar beitung nach der Filmablagerung durchgeführt wird, da der gewach sene Film zu einer überhängenden Anordnung führt, durch den An stieg der Integrationsdichte (z. B. wenn der Abstand zwischen den Mustern erhöht ist), wie in den Fig. 2A und 2B gezeigt.

Um ein solches Problem zu lösen, wurden ein Verfahren und ein Apparat für einen Isolationszwischenschichtfilm entwickelt, wobei Tetraethoxy-Silan benutzt wird (nachfolgend als TEOS abgekürzt), das eine Flüssigkeitsquelle vom Alkoholat-Typ ist.

Gemäß einem Verfahren zum Bilden eines Isolationszwischenschicht films durch CVD unter Benutzung von TEOS-O₃ führt der Aufbau nach der Filmablagerung zu einer fließenden Konfiguration ohne Über hang, wie in den Fig. 3A und 4A gezeigt. Daher verbleibt kein Hohlraum (Blase) in der Vertiefung des unterliegenden Musters 100a nach einer Behandlung mit hoher Temperatur, selbst wenn die Integrationsdichte erhöht ist, und führt zu einem Isolationszwi schenschichtfilm 101 mit planer Oberfläche und hoher Filmquali tät, wie in Fig. 3B gezeigt.

Fig. 4 ist ein Draufsicht zum schematischen Verdeutlichen eines chemischen Gasphasenabscheidungsapparats zur Benutzung von TEOS, und Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines solchen. Im allgemeinen wird der Herstellungsprozeß von Halbleitervorrichtungen in Ein heiten von Behältern durchgeführt, die Kassetten genannt werden, in welche eine Mehrzahl von Wafern eingesetzt sind. Der in den Fig. 4 und 5 gezeigte Apparat ist einer, der Wafer in Einhei ten von Kassetten bearbeitet. Der Apparat benutzt drei Arten von Flüssigkeitsquellen, einschließlich TEOS als Flüssigkeitsquelle vom Alkoholat-Typ, Trimethyl-Orthophosphat (nachfolgend als TMPO abgekürzt) zum Dotieren, sowie Triethyl-Borat (nachfolgend als TEB abgekürzt), und O₃-Gas sowie N₂-Gas werden als Reaktions bzw. Trägergas benutzt.

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, sind K1 und K2 Stufen zum Montieren der Produktkassetten, die der Verarbeitung ausgesetzt werden. K3 und K4 sind Stufen zum Laden von leeren Kassetten, in denen Wafer, die einer Filmaufbringung ausgesetzt werden sollen, aufgenommen werden. Ein Rollenförderer 5 dient zum einzelnen Her ausziehen oder Einsetzen von Wafern aus bzw. in eine Kassette, die in den Kassettenstufen K1-K4 sitzt. Ein Wafer-Greifroboter 6 ist gezeigt. Eine Mehrzahl von Erwärmungsstufen 7 ist als Kette (Band) verbunden. Bei diesem der Anmelderin bekannten Beispiel sind 18 Platten (Wärmestufen) verbunden. Durch einen Antriebsmo tor (nicht gezeigt) wird eine Antriebstrommel gedreht, wodurch die Wärmestufe 7 von K1 (K2) sich in Richtung K3 (K4) bewegt. Eine Stufen-Wärmequelle 9 ist unter der Wärmestufe 7 vorgesehen, zum Erwärmen derselben. Ein Gasversorgungskopf 10 ist oberhalb der Erwärmungsstufe 7 vorgesehen. Der Gasversorgungskopf 10 ist mit einer Abgasabdeckung 11 bedeckt.

Tanks für Blasenmaterial 12a, 12b und 12c enthalten flüssiges TEOS, flüssiges TMPO, bzw. flüssiges TEB. Die Tanks für Blasenma terial 12a, 12b und 12c werden erwärmt und durch eine Wärmequelle (nicht gezeigt), einen Wärmekoppler (nicht gezeigt), der die Tem peratur der Flüssigkeit mißt, sowie eine Temperatursteuereinheit (nicht gezeigt) auf einer Temperatur gehalten. In die Blasenmate rialtanks 12a, 12b und 12c wird der Fluß von N₂-Gas über Massen flußmeter 13a, 13b bzw. 13c gesteuert und eingeleitet. Jeweilige Rohre von den Blasenmaterialtanks 12a, 12b und 12c werden zusam mengeführt und mit dem Gasversorgungskopf 10 verbunden.

Der Betrieb wird nachfolgend beschrieben.

Eine das tatsächliche Produkt enthaltene Kassette ist auf der Kassettenstufe K1/K2 befestigt. Eine Leerkassette zum Aufnehmen eines Wafers, der einem Filmaufwachsprozeß ausgesetzt wird, ist auf der Kassettenstufe K3/K4 befestigt.

Ein Wafer 14 wird einzeln aus der auf der Kassettenstufe K1 befe stigten Kassette durch den Rollenförderer 5 herausgezogen. Ein Bernoulli-Futter (Aufnehmer) 6a des Wafer-Greif-Roboters 6 zieht jeden Wafer mit dessen Oberfläche nach oben und verbringt ihn auf die Wärmestufe 7. Das Bernouilli-Futter 6a zieht den Wafer 14 durch Adsorption, ohne in Kontakt mit der Oberfläche des Wafers zu treten, durch Erzeugen eines negativen (abstoßenden) Drucks durch Ausblasen von N₂-Gas, wie in Fig. 6 gezeigt. Entsprechend wird ein in der Kassette der Kassettenstufe K2 montierte Wafer 14 auf die Wärmestufe 7 verbracht. Die Wärmestufe 7 mit zwei aufge ladenen Wafern 14 bewegt sich in Richtung auf die Kassettenstufe K3 (K4) von der Kassettenstufe K1 (K2) mit konstanter Geschwin digkeit, durch die Drehung der Antriebstrommel 8. Die Wafer 14 werden durch die Stufen-Wärmequelle 9 erwärmt und einem Filmauf wachsen ausgesetzt, durch Passieren unterhalb des Gasversorgungs kopfes 10. Der Gasversorgungskopfes 10 ist mit einer Abgasabdek kung 11 bedeckt. Es besteht ein Abstand zwischen dem Gasversor qungskopf 10 und der Abgasabdeckung 11. Durch eine Ableitung Rohr) 16, die mit einem Auslaßventilator 15 verbunden ist, wird das Innere der Abgasabdeckung 11 stets unter negativem Druck ge halten und verhindert, daß Reaktionsgas abfließt. Der Wafer mit aufgewachsenem Film durch Passieren unterhalb des Gasversorgungs kopfes 10 bewegt sich auf die Kassettenstufe K3 zu und wird in einer auf der Kassettenstufe K3 oder K4 vorgesehenen Kassette aufgenommen, durch einen Wafer-Greif-Roboter 6 sowie einen Rol lenförderer 5.

Eine Mehrzahl von Erwärmungsstufen 7 ist als Band verbunden. Da her kann der Wafer 14 kontinuierlich auf eine Erwärmungsstufe 7 gebracht werden, durch Rollenförderer 5 und den Wafer-Greif-Robo ter 6, wenn die Erwärmungsstufe 7 bewegt wird, was zu einem kon tinuierlichen Filmaufwachsprozeß mit großer Menge führt.

Im folgenden beschriebenes Reaktionsgas wird zum Gasversorgungs kopf 10 gebracht. Von den drei Arten von Flüssigkeitsquellen wird flüssiges TEOS beschrieben. N₂-Gas wird genau durch ein Massen flußmeter 13a gemessen und in den Tank für Blasenmaterial 12a geleitet. Auf einer gewissen Temperatur gehaltenes flüssiges TEOS ist in dem Blasenmaterialtank 12a enthalt. Durch Blasen von N₂- Gas in den Blasenmaterialtank 12a wird N₂-Gas, das TEOS-Gas mit einer dem Dampfdruck entsprechenden Menge enthält, entsprechend mit der Temperatur des flüssigen TEOS erzeugt. Das TEOS-Gas ent haltene N₂-Gas wird zum Gasversorgungskopf 10 über ein Rohr 17 geleitet. Das Rohr 17 wird erwärmt, so daß das verdampfte TEOS nicht wieder verflüssigt wird (nicht gezeigt).

Die anderen Flüssigkeitsquellen TMPO sowie TEB werden entspre chend durch Blasenverdampfung verdampft und zum Gasversorgungs kopt 10 geleitet.

O₂-Gas, das genau durch ein Massenflußmeter 19 gemessen wird, wird zu einem Ozongenerator 18 geleitet. Ein Teil des O₂-Gases wird in O₃ konvertiert, über einen Ozongenerator 18, und dieses wird zum Gasversorgungskopf 10 geleitet. Daher wird zum Gasver sorgungskopf 10 N₂-Gas mit TEOS, TMPO und TEB sowie O₂-Gas, das O₃ enthält, geleitet, und alle werden gemischt. Das gemischte Gas wird erwärmt und auf den Wafer 14 geblasen, der unterhalb des Gasversorgungskopfes vorbeiläuft. Ein dünner Film wird durch chemische Gasphasenabscheidung auf dem Wafer 14 gebildet. Die erwärmte Temperatur des Wafers 14 beträgt etwa 350-450°C.

Ein oben beschriebener, der Anmelderin bekannter Apparat zur che mischen Gasphasenabscheidung unter Benutzung von TEOS-Gas weist verschiedene Probleme bezüglich der Steuerbarkeit des Films, der Stabilität, der Gleichförmigkeit, der Kosten, des benötigten Raums und der Verarbeitungskapazität des Films auf, und auch be züglich der Wartung, was im nachfolgenden beschrieben wird.

Zuerst wird ein Problem beim Fördern eines Wafers beschrieben.

1) Ein herkömmlicher Apparat weist eine Mehrzahl von Wärmestufen 7 auf, die, wie in Fig. 5 gezeigt, als Band verbunden sind. Die ser Aufbau bewirkt, daß der Wafer 14 kontinuierlich unter den Gasversorgungskopf 10 geführt wird und nacheinander einem Film aufwachsprozeß ausgesetzt wird. Es ist daher unmöglich, einen Film unter verschiedenen Bedingungen für jeden Wafer auf zuwach sen. Die beiden auf der Wärmestufe 7 montierten Wafer 14 konnten ebenfalls nur unter derselben Bedingung verarbeitet werden. Die Qualität der Dicke des Films konnte nicht durch Ändern der Bedin gungen während des Filmaufwachsens gesteuert werden.
2) Es existiert nur eine Kassettenstufe K1 oder K2 in jeder Bahn zum Aufbringen einer Kassette. Wenn daher ein gewisser Zeitraum verstreicht, bis die nächste Kassette auf die Kassettenstufe KI oder K2 nach der Verarbeitung eines Wafers geladen wird, wird während dieses Zeitraums kein Wafer (in das System) eingeführt, was zu Verlusten führt. Da bei einem herkömmlichen bekannten Ap parat keine Kassettenstufe zum Aufnehmen eines Überwachungswafers zum periodischen Überprüfen des Zustands des Filmaufwachsens vor gesehen ist, mußte der Bediener periodisch einen Überwachungswa fer einführen. Ferner existierte das Problem der schlechten Be dienbarkeit, da die Stufe (K1, K2) zum Einführen einer Kassette und die Kassettenstufe (K3, K4) zum Aufnehmen eines bearbeiteten Wafers nicht zueinander benachbart angeordnet waren.
3) Da der Wafer durch einen Rollenförderer und einen Wafer- Greif-Roboter unter Benutzung eines Bernoulli-Aufnahmeverfahrens gefördert wurde, entstand Verunreinigung am Boden eines Wafers durch den Gummiriemen und das Aufheben von Fremdpartikeln durch das Ausblasen des Gases.
4) Da die Ausrichtung und die Positionierung der Orientierungs fläche eines Wafers bei einem bekannten Wafer nicht durchgeführt wird, war die Position eines Wafers in der Wärmestufe veränderbar (variabel), was zu instabilen Filmaufbringungsbedingungen führte.

Ferner existierten Probleme in der Reaktionskammer eines bekann ten Apparats, wie im folgenden ausgeführt:

1) Wie in Fig. 5 gezeigt, ist der Reaktionsabschnitt keine ge schlossene Struktur. Das bedeutet, daß ein Abstand zwischen der Wärmestufe 7 und der Abgasabdeckung 11 existiert. Daher wird eine Änderung im Abgasstatus zu einer Änderung im Zustand des Einflus ses von externer Luft führen, was wiederum den Gasfluß im Reak tionsabschnitt ändert. Dies führt zu instabilen Filmaufbringungs bedingungen.
2) Bei einem herkömmlichen Apparat bekommt die Fläche auf der Erwärmungsstufe 7, auf der kein Wafer sitzt, einen unnötigen Film aufgebracht, der sich zu einer Mehrzahl von Schichten aufstapelt. Diese Schichten führen zu einem dicken Film, der sich irgendwann abschält. Reaktionspartikel in der Kammer werden sich leicht an den abgeschälten Film einlagern, der bei Temperatur reduziert wird. Derartige Reaktionspartikel lagern sich wiederum an einen Wafer an, was zu einer Verringerung der Produktionsausbeute führt. Ferner können an der Stufe anhaftende Reaktionspartikel nicht einfach durch Abwischen entfernt werden. Die gesamte Stufe muß entfernt werden, zum Entfernen der Reaktionspartikel durch Naßätzen, zum Beispiel durch Wasserstoffluorsäure. Daher exi stierte das Problem umständlicher Wartung.
3) Die Erwärmungsstufe 7 ist aus rostfreiem Stahl oder Nickelle gierung gebildet, durch die Tatsache, daß sie einem Naßätzen durch Wasserstoffluorsäure ausgesetzt wird. Allerdings weisen rostfreier Stahl und Nickellegierung eine schlechte Wärmeleitfä higkeit aus, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung des Wafers schwierig wird.
4) Der Wafer 14 wird auf die Erwärmungsstufe 7 geladen und be wegt sich nur in einer Richtung. Selbst wenn der von dem Gasver sorgungskopf 10 bereitgestellte Gasfluß nicht gleichmäßig ist, kann er nicht korrigiert werden. Dies führt zu dem Problem, daß die Verteilungsdicke des Films, der auf dem Wafer gebildet wird, nicht konstant ist.
5) Die Abgasabdeckung 11 bedeckt nur den Gasversorgungskopf 10 und dient nicht zum Steuern des Gasflusses. Daher entstehen Kana lisierung und schräger Fluß des Gases, was zu instabilen Filmauf bringungsbedingungen führt. Es existierte auch das Problem, daß Reaktionsgas in den Bereich fließt, wo die Wärmequelle 9 angeord net ist, über die Lücke zwischen benachbarten Wärmestufen, die als Wand verbunden sind, was zu einer Verunreinigung der Wärme quelle 9 führte.
6) Da die Temperatur der Abgasabdeckung 11 nicht gesteuert wird, existiert ein gemischter Abschnitt, mit einem Niedrigtemperatur abschnitt und einem Hochtemperaturabschnitt. Daher wird eine gro ße Menge von Reaktionsprodukten und Reaktionsfilmen sich an die Abgasabdeckung 11 anlagern, mit dem Problem, daß dessen Entfer nung schwierig wird.
7) Die Auslaßöffnung des Gasversorgungskopfes 10 ist im Durch messer verringert, um die Auslaßgeschwindigkeit aus jeder Öffnung konstant zu halten. Daher ist die Ausflußrate von Gas hoch, und der Film an der Oberfläche eines Wafers im Bereich entsprechend jeder Öffnung wird dick gebildet.
(8) Bei einem bekannten Apparat werden das Reaktionsgas vom TEOS- Typ und das O₃-Gas in einer Ausnehmung innerhalb des Gasversor gungskopfes 10 gemischt. Da diese Gase nur durch relative Diffu sion gemischt werden, bestand die Gefahr unzureichender Mischung, was zu einer nicht gleichmäßigen Filmdicke führt.
9) Der Gasversorgungskopf 10 wird durch Temperatur zum Aufrech terhalten der Wärme der Wärmestufe 7, des Versorgungsgases, des Abgases und der Abgasabdeckung 11 beeinflußt, so daß die Innen wand nicht auf konstanter Temperatur gehalten werden konnte. Da her variierte der Reaktionszustand des TEOS-Typ Reaktionsgases und des O₃. Dies führte zu dem Problem, daß eine Abweichung in der Filmdicke und der Dotierungskonzentration für jeden Wafer auftrat.

Die folgenden Probleme traten im Reaktionsgas-Versorgungsbereich eines herkömmlichen Apparats auf:

1) Die Menge von TEOS-Gas im N₂-Gas entspricht dem Betrag des Dampfdruckes entsprechend der Temperatur des blasenhaltigen flüs sigen TEOS. Allerdings trat eine deutliche Änderung im Dampfdruck des TEOS als Reaktion auf eine geringe Temperaturänderung auf, wie in Fig. 7 gezeigt. Wenn beispielsweise eine Flüssigkeitstem peratur von 60°C um 5°C angehoben wurde, wird der Dampfdruck von TEOS mit etwa 1,3 multipliziert, was wiederum zu einer Ver vielfachung der TEOS-Konzentration im N₂-Gas um den Faktor 1,3 führt und entsprechend einen großen Unterschied in der Filmdicke bewirkt.
Obwohl die Temperatur des flüssigen TEOS im Blasenmaterialtank 12a durch einen thermischen Koppler und eine Temperatursteuerein heit gesteuert wird, tritt eine Verringerung der Flüssigkeitstem peratur durch die latente Wärme der Verdampfung zum Zeitpunkt der Verdampfung auf, da das Trägergas durch das flüssige Material läuft. Das System mit dem Blasenmaterialtank 12a, der Wärmequelle und dem flüssigen TEOS weist relativ große Abmessungen auf. Daher ist die Steuerbarkeit der Temperatur niedrig, und ein verminder ter Temperaturzustand konnte nicht sofort korrigiert werden. Es war schwierig, genau die Temperatur zu steuern.
Fig. 8 zeigt die Änderung der Flüssigkeitstemperatur und des Dampfdruckes in Abhängigkeit von der Zeit, beginnend mit dem Be ginn der Blasenverdampfung bis zum Ende der Filmaufbringung. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, wird die Temperatur nicht entlang der Zieltemperatur gesteuert, und es besteht eine deutliche Abwei chung im Dampfdruck. Daher kann eine Stabilität in der Filmdicke nicht erwartet werden. Dasselbe Problem exisitiert im Fall von TMPO sowie TEB, was zu dem Problem führt, daß Filmdicke und Do tierungskonzentration für jeden Wafer unterschiedlich sind.
2) Da eine Anzahl von Blasenmaterialtanks entsprechend der An zahl von Materialarten bei einem herkömmlichen Apparat benötigt wird, existiert das Problem, daß hohe Kosten auftreten und großer Raum benötigt wird.

Entsprechend dem obigen ist es Aufgabe der Erfindung, eine Reak tionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungsapparat zu schaffen, der das Aufwachsen eines stabilen und gleichmäßigen Films mit hoher Genauigkeit auf jedem Wafer gestattet. Dabei ist eine Verschmutzung in der Reaktionskammer zu verringern, und eine gleichmäßige Erwärmung eines Wafers zu gewährleisten. Außerdem ist ein Apparat zur chemischen Gasphasenabscheidung zu schaffen, der eine derartige Reaktionskammer einsetzt, in den Kosten redu ziert ist, geringeren Platzbedarf aufweist und eine einfachere Wartung gestattet.

Die Aufgabe wird durch die Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungsapparat nach dem Patentanspruch 1 sowie den chemischen Gasphasenabscheidungsapparat nach dem Patentanspruch 17 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen be schrieben.

Eine Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat umfaßt eine Wafererwärmungsstufe zum Halten eines Wafers mit dessen Oberfläche nach unten und zum Erwärmen. Die Waferer wärmungsstufe dreht sich um die Mitte der Stufe. An einer niedri gen Position der Wafererwärmungsstufe gegenüberliegend ist ein Gasversorgungskopf vorgesehen zum Bilden eines Bereichs mit kon stantem Abstand, zum Auslassen von Reaktionsgas auf die Waferer wärmungsstufe. Der Abstandsbereich zwischen der Wafererwärmungs stufe und dem Gasversorgungskopf ist in Umfangsrichtung durch ein Reaktionskammerelement umgeben, das aus dem Abstandsbereich eine abgeschirmte Reaktionskammer macht. Ein Abgasauslaß mit einem Aufbau zum Auslassen des Gases der Reaktionskammer schräg nach oben ist im Reaktionskammerelement vorgesehen, und entlang der gesamten äußeren Umfangslinie der Erwärmungsstufe.

Ein weiterer chemischer Gasphasenabscheidungsapparat umfaßt min destens zwei einzelne Waferreaktionskammern zum Durchführen einer chemischen Gasphasenabscheidungsreaktion und mindestens vier Kas settenstufen für tatsächliche Produkte zum Aufnehmen eines Wa fers, der in eine einzelne Waferreaktionskammer geschickt werden soll. Der Apparat umfaßt ferner eine erste Überwachungskassetten stufe zum Aufnehmen eines Überwachungswafers zum periodischen Überwachen des Zustands eines aufgewachsenen Films sowie eine zweite Überwachungskassettenstufe zum Aufnehmen des Überwa chungswafers, nachdem ein Film aufgewachsen ist. Der Apparat um faßt ferner eine Waferstufe, die zwischen der Kassettenstufe und der Reaktionskammer für den einzelnen Wafer vorgesehen ist, zum Tragen eines Wafers dazwischen. Der Apparat umfaßt ferner eine erste Waferfördervorrichtung zum Tragen eines Wafers zwischen der Kassettenstufe und der Waferstufe, sowie eine zweite Waferförder vorrichtung zum Tragen des Wafers zwischen der Waferstufe und der Waferreaktionskammer für den einzelnen Wafer.

Bei einer Reaktionskammer für chemische Gasphasenabscheidung wird das Reaktionsgas in der Reaktionskammer aus einem Abgasauslaß ausgelassen, nachdem es auf die Oberfläche eines Wafers getroffen ist und horizontal entlang der Oberfläche des Wafers entlang ge laufen ist, da der Abgasauslaß so gewählt ist, daß er einen Auf bau zum Auslassen des Gases in der Reaktionskammer schräg nach oben aufweist. Daher verbleibt das Reaktionsgas nicht in der Re aktionskammer und wird prompt durch den Abgasauslaß ausgelassen.

Durch den Apparat zur chemischen Gasphasenabscheidung kann ein Wafer effizient und mit minimaler belegter Fläche verarbeitet werden, da zwei einzelne Waferreaktionskammern und vier Produkt kassetten vorgesehen sind. Der Zustand des aufgewachsenen Films kann leicht überprüft werden, da eine Überwachungskassettenstufe vorgesehen ist.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figu ren.

Von den Figuren zeigt

Fig. 1A und 1B Schnittansichten einer Halbleitervor richtung mit einem Schritt zum Bilden eines BPSG-Films auf einem Substrat un ter Benutzung von SiH₄-O₂-Gas;

Fig. 2A und 2B Diagramme zum Verdeutlichen eines Pro blems, das beim Bilden eines BPSG-Films unter Benutzung von SiH₄-O₂-Gas ent steht;

Fig. 3A und 3B Schnittansichten einer Halbleitervor richtung mit einem Schritt zum Bilden eines Isolationsfilms unter Benutzung von TEOS;

Fig. 4 eine Draufsicht zum schematischen Ver deutlichen eines bekannten chemischen Gasphasenabscheidungsapparats zur Benut zung von TEOS;

Fig. 5 eine Seitenansicht des bekannten chemi schen Gasphasenabscheidungsapparats ge mäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Bernoulli-Fut ters, wie es bei dem bekannten chemi schen Gasphasenabscheidungsapparat be nutzt wird;

Fig. 7 eine Dampfdruckkurve von flüssigem TEOS;

Fig. 8 eine Grafik mit dem Zusammenhang zwi schen Zeit und Temperatur beim Blasen verdampfen bei einer bekannten chemi schen Gasphasenabscheidungsvorrichtung;

Fig. 9 eine schematische Ansicht eines chemi schen Gasphasenabscheidungsapparats ent sprechend einer Ausführungsform; Fig. 10 eine Perspektivansicht eines Wafer- Transport-Roboters WA, der bei der che mischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform benutzt wird;

Fig. 11 eine Perspektivansicht eines weiteren Wafer-Transport-Roboters WB, der bei einer chemischen Gasphasenabscheidungs vorrichtung gemäß einer Ausführungsform benutzt wird;

Fig. 12 eine Schnittansicht einer Pfanne zum Halten eines Wafers;

Fig. 13 eine Schnittansicht einer Einzel-Wafer- Reaktionskammer gemäß einer Ausführungs form;

Fig. 14 eine Draufsicht einer Ausblasplatte ei nes Gasversorgungskopfes;

Fig. 15 eine Schnittansicht entlang der Linie A- A aus Fig. 14;

Fig. 16 eine Perspektivansicht eines in einem Gasversorgungskopf vorgesehenen Mischers;

Fig. 17 eine Schemaansicht eines Gasversorgungs systems gemäß den beschriebenen Ausfüh rungsformen;

Fig. 18 ein Diagramm mit dem Prinzip einer Fluß- Steuereinheit für flüssige Massen;

Fig. 19 eine teilweise Schnittansicht eines Ver dampfers; und

Fig. 20 eine Vergrößerungsansicht der Umgebung der Reaktionskammer der Einzel-Waferre aktionskammer gemäß Fig. 13 zum schema tischen Verdeutlichen des Gasflusses darin.

Fig. 9 zeigt schematisch einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat gemäß einer Ausführungsform. Das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung wird durch einen als Kassette be zeichneten Behälter durchgeführt, in den eine Mehrzahl von Wafern eingefügt sind. Der vorliegende Apparat verarbeitet einen Wafer in der Einheit einer Kassette.

Wie in Fig. 9 gezeigt, weist der Apparat eine Kammereinheit 20, eine Wafer-Greif-Einheit 21 sowie Kassettenstationseinheit 22 auf. Zwei Reaktionskammern 20a und 20b für einzelne Wafer zum Durchführen eines Filmwachstumsprozesses für jeden Wafer sind der Kammereinheit 20 vorgesehen. In der Kassettenstationseinheit 22 sind vier Produktkassettenstufen für tatsächliche Produkte K1, K2, K3 sowie K4 zum Aufnehmen von Wafern vorgesehen, die in die Reaktionskammern 20a und 20b für einzelne Wafer gebracht werden sollen. Eine erste Überwachungskassettenstufe (Monitorkassetten stufe) K6 zum Aufnehmen eines Überwachungswafers (Monitorwafers) zum periodischen Überwachen des Zustands eines aufgebrachten Films sowie eine zweite Überwachungskassettenstufe K5 zum Aufneh men eines Monitorwafers nach dem Aufbringen eines Films sind in der Kassettenstationseinheit 22 vorgesehen. Die erste Überwach dungskassettenstufe K6 und die zweite Überwachungskassettenstufe K5 weisen eine zweistufige (zweilagige) Struktur auf. Der in der zweiten Überwachungskassettenstufe K5 aufgenommene Monitorwafer ist zum Messen der Filmdicke und dergleichen vorgesehen. In der Kassettenstationseinheit 22 ist eine Vorrichtung 24 zum Bestimmen der Ausrichtung der Fläche und der Position eines Wafers. vorgese hen.

Ein Wafer-Transport-Roboter WA 500, in Fig. 10 gezeigt, ist vor den Kassettenstufen K1-K6 vorgesehen. Wie in Fig. 10 gezeigt′ umfaßt der Wafer-Transport-Roboter WA 500 eine Funktion zum ver schieben vor den Kassettenstufen K1-K6, eine Funktion zum Bewe gen des Wafers 14 in einer vertikalen Richtung (in Z-Richtung), eine Funktion zum Drehen in der Richtung des Pfeils 50, eine Funktion zum Bewegen des Wafers 14 in einer horizontalen Richtung (in X-Richtung) sowie eine Funktion zum Drehen des Wafers 14 in der Richtung des Pfeils 51.

Die Waferstufen 26a und 26b sind in der Wafer-Greif-Einheit 21 vorgesehen, zum Tragen eines Wafers zwischen den Kassettenstufen K1-K6 und den Reaktionskammern für einzelne Wafer 20a und 20b. Ein Wafer-Transport-Roboter WB 501 mit einem verlängerbaren Arm zum Verbringen eines Wafers zu einer Einzel-Wafer-Reaktionskammer 20a und 20b ist in der Wafer-Greif-Einheit 21 vorgesehen. Der Wafer-Transport-Roboter WB 501 weist einen verlängerbaren Arm auf, unter Benutzung des Mechanismus einer Parallelverbindung, wie in Fig. 11 gezeigt, zum Gestatten einer Drehung und einer Bewegungsänderung innerhalb einer kleinen Roboterkammer zum Tra gen eines Wafers zwischen zwei Einzel-Wafer-Reaktionskammern 20a und 20b sowie den Wafer-Stufen 26a und 26b. Eine Wafer-Pfanne 59 (Wafer-Auflage) zum Halten eines Wafers hält die Umfangskante eines Wafers 14 mit der Oberfläche nach unten, ohne die Oberflä che des Wafer-Produkts zu berühren, wie in Fig. 12 gezeigt.

Wie in Fig. 9 gezeigt, sind die zwei Wafer-Stufen 26a und 26b Pufferstufen, die ausschießlich dazu da sind, einen Wafer zu ei ner Einzel-Wafer-Reaktionskammer 20a bzw. 20b hin- und zurückzu bringen. Wenn ein Wafer von einer Pufferstufe (26a, 26b) zu den Einzel-Wafer-Reaktionskammer 20a und 20b transportiert worden ist, zeigt die Oberfläche des Wafers stets nach unten. Die Wafer-Stufen 26a und 26b weisen jeweils einen Aufbau auf, der mit dem in Fig. 12 identisch ist, wobei ein Wafer mit dessen Ober fläche nach unten ohne Berührung der Oberfläche gehalten wird.

Die zwei Einzel-Wafer-Reaktionskammern 20a und 20b weisen einen identischen Aufbau auf. Fig. 13 ist eine Schnittansicht einer Einzel-Wafer-Reaktionskammer 20a oder 20b. Die Einzel-Reaktions kammer weist, wie in Fig. 13 gezeigt, einen versiegelten Aufbau auf. Die Einzel-Reaktionskammer umfaßt eine Wafer-Erwärmungsstufe 28 zum Halten eines Wafers 14 mit dessen Oberfläche nach unten und zum Erwärmen des Wafers 14. Die Wafer-Erwärmungsstufe 28 be wegt sich um das Zentrum der Stufe. In einer niedrigen Position der Wafer-Erwärmungsstufe 28 gegenüberliegend ist ein Gasversor gungskopf 37 zum Leiten von Reaktionsgas auf die Wafer-Erwär mungsstufe 28 vorgesehen und bildet einen Bereich konstanten Ab stands 53. Die Wafer-Reaktionskammer umfaßt ein Reaktionskammer element 54, das in Umfangsrichtung den Abstandsbereich 53 umge bend gebildet ist, der zwischen der Wafererwärmungsstufe 28 und dem Gasversorgungskopf 37 liegt, zum Bilden einer versiegelten Reaktionskammer. Ein Abgasauslaß 33 ist im Reaktionskammerelement 54 gebildet, entlang des gesamten Umfangs der Wafer-Erwärmungs stufe 28, mit einem derartigen Aufbau, daß er Gas in der Reak tionskammer schräg nach oben ausläßt. Ein Tor 55 ist in dem Reak tionskammerelement (dem die Reaktionskammer bildenden Element) 54 zum Eingeben/Ausgeben eines Wafers geschaffen. Das Öffnen und Steuern des Tors 55 wird durch eine Tor-Schließvorrichtung 27 durchgeführt.

Der Abgasauslaß 33 ist aus einem oberen Auslaßring 51, der am oberen Abschnitt des Abstandsbereichs 53 zum Umgeben der Wafer- Erwärmungsstufe 28 vorgesehen ist, und einem unteren Auslaßring 32 gebildet. Der untere Auslaßring 32 ist mit einem Vorsprung 34 zum Verhindern eines Rückflusses des Abgases versehen. Die Halte seite der Wafer-Erwärmungsstufe 28 zum Halten eines Wafers 14 entspricht im wesentlichen der Hauptoberfläche des Wafers 14. Die Wafer-Erwärmungsstufe 28 ist aus Molybdänmaterial mit hoher ther mischer Leitfähigkeit gebildet. Daher kann der Wafer 14 gleich förmig durch die Wafer-Erwärmungsstufe 28 erwärmt werden. Die Wafer-Erwärmungsstufe 28 enthält eine Wärmequelle sowie Absorp tionsausnehmung zum Halten eines Wafers durch Vakuumadsorption. Ein Lager 29 zum Drehen der Stufe und ein Versiegelungsmaterial 30 zum Halten des drehenden Bereichs in luftdichtem Zustand sind vorgesehen. Der obere Auslaßring 31 umfaßt eine abnehmbare Me tallabdeckung 35 sowie eine Wärmequelle 36 zum Erwärmen der Me tallabdeckung 35 von der anderen Seite. An der Metallabdeckung 35 haftende Reaktionsprodukte können durch Entfernen von lediglich der Metallabdeckung 35 und Reinigung durch Ätzen oder dergleichen entfernt werden. Der Gasversorgungskopf 37 umfaßt eine Ausblas platte 61 mit einer Mehrzahl von Gasauslaßdüsen 61a sowie ein Raumbildungselement 62, das die Ausblasplatte 61 von unten hält und mit der Ausblasplatte 61 einen Raum bildet. Dieser Raum ist in einen inneren Raum 63a sowie einen äußeren Raum 63b, der den inneren Raum 63a umgibt, geteilt, über ein Wand-Teilungsring 38. Reaktionsgas (TEOS, O₃) wird in den inneren Raum 63a geleitet. N₂-Gas wird in den äußeren Raum 63b geleitet. Eine Mehrzahl von Gasauslaßdüsen 61a ist in der Ausblasplatte 61 vorgesehen, in feiner Anordnung in einem Bereich zum hinreichenden Bedecken des Wafers 14, wie in Fig. 14 gezeigt. Fig. 15 ist eine Schnittan sicht entlang der Linie A-A aus Fig. 14. Wie in Fig. 15 ge zeigt, ist der Aufbau der Auslaßdüse 61a eine Kombination eines kleinen Lochs 64 und eines großen Lochs 65 zum Aufrechterhalten des Ausblasflusses aus jedem Loch mit konstanter Rate, zum Aus lassen von gründlich gemischtem Gas zur Oberfläche des Wafers und zum Verhindern eines Driftens des Flusses. Der Abstand der Löcher 64 und 65 beträgt vorzugsweise 6 mm, mit Optimaldurchmessern von 1,5 mm und 5,5 mm der Löcher 64 bzw. 64.

Wie in Fig. 13 gezeigt, ist ein Mischer 39 in dem inneren Raum 63a vorgesehen, zum Mischen von mindestens zwei Arten von reakti vem Gas, das in den inneren Raum 63a eingeleitet wurde.

Wie in Fig. 16 gezeigt, wird der Mischer (Mischvorrichtung) 39 mit einer Platte 66 realisiert. Mindestens zwei Gaseinlässe 67a und 67b zum Einleiten von zwei Arten von Reaktionsgas sind in der Platte 66 vorgesehen. Eine Passage (Pfad) 68 ist in der Platte 66 gebildet, über welchen jeweilige Gase, die über die Einlässe 67a und 67b eintreten, zusammengeführt werden. Am Anschlußende des sich windenden Pfades 68 ist ein Auslaß 69 zum Senden des über den Pfad 68 in den inneren Raum fließenden Gases vorgesehen. Das in den Mischer 39 eintretende Gas fließt über den Pfad 68 und wird dort gründlich durch den verwirbelten Fluß an den gebogenen Kanten des Pfades 68 gemischt.

Wie in Fig. 13 gezeigt, wird im Mischer 39 gemischtes Gas durch die Diffusionsplatte 40 gerichtet und über den Wafer 14 über Aus laßdüsen 61a geleitet.

Ein Kühlwasserpfad 41 und ein Wärmeerhaltungselement 42 sind im Raumelement 62 vorgesehen, wodurch die Innenwand des Raumelements 62 auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.

Der Abstand zwischen der Wafer-Erwärmungsstufe 28 und dem Gasver sorgungskopf 37 ist variabel, so daß eine Haltepfanne des Wafer- Transport-Roboters WB eingesetzt werden kann, und der Abstand dazwischen während eines Filmaufbringungsprozesses geändert wer den kann. Dieser Abstand kann durch Bewegen des Gasversorgungs kopfes oder der Wafer-Erwärmungsstufe 28 in vertikale Richtung geändert werden.

Das Gasversorgungssystem wird nachfolgend beschrieben. Es wird ein Fall beschrieben, bei denen drei Arten benutzt werden, ein schließlich einer Alkoholat-Typ Flüssigquelle mit Tetraethoxy- Silan (TEOS), Trimethyl-Orthophosphat (TMPO) zur Dotierung und Triethyl-Borat (TEB), wobei N₂ als Trägergas benutzt wird.

Fig. 17 zeigt schematisch ein Gasversorgungssystem. Der Materi altank 43a enthält flüssiges TEOS. Die Steuereinrichtung 44a für flüssige Masse mißt genau die Menge und Flußrate des flüssigen TEOS aus dem Materialtank 43a und leitet die Flüssigkeit zum Ver dampfer 45. Der Materialtank 43b enthält flüssiges TMPO. Die Flußsteuereinheit 44b für flüssige Masse mißt genau die Menge und Flußrate des flüssigen TMPO und leitet dieses zum Verdampfer 45. Der Materialtank 43c enthält flüssiges TEB. Die Flußsteuereinheit 44c für flüssige Masse mißt genau die Menge und Flußrate flüssi gem TEB und leitet die Flüssigkeit zum Verdampfer 45. Jede der Flußsteuereinheiten für flüssige Masse 44a, 44b und 44c mißt ge nau die kritische Menge und Flußrate der Quellflüssigkeit und stellt diese bereit, wobei das Phänomen von abgeleiteter Wärme entsprechend Masse und Fluß benutzt wird. Bezüglich TMPO und TEB beträgt der praktische Fluß 0,01-0,05 cc/Minute im flüssigen Zustand. Da dieser Wert zu niedrig verglichen mit dem vollen Be reich (1 cc/Minute) einer Steuereinheit für flüssige Masse ist, werden sie mit Ethanol verdünnt, um den Fluß in der Flußsteuereinheit zu erhöhen. Im allgemeinen wird TEPO/Ethanol = 1/5 (Gewichtsverhält nis) und TEB/Ethanol = 1/5 (Gewichtsverhältnis) gewählt.

Der Verdampfer verdampft die flüssigen TEOS, TMPO und TEB, die von den Flußsteuereinrichtungen 44a, 44b bzw. 44c übertragen wurden, über Wärme und das Trägergas N₂.

Wie in Fig. 19 gezeigt, umfaßt der Verdampfer 45 einen Behälter 69, der mit Metallkugeln 70 gefüllt ist. Eine Wärmequelle 71 ist um den Behälter 69 herum vorgesehen. Drei Arten von flüssigen Quellen werden in Behälter über Einlässe 72a, 72b und 72c einge lassen. Trägergas wird ebenfalls in den Behälter 69 über einen Trägergaseinlaß 73 eingelassen. Die drei Arten von Flüssigquellen werden in Kombination innerhalb des Behälters (Gefäßes) 69 ver dampft.

Wie in Fig. 17 gezeigt, ist das Trägergas N₂ den verdampften drei Arten von Flüssigquellen hinzugefügt und wird an den Gasver sorgungskopf 37 über ein erstes Rohr geleitet, das erwärmt und auf konstanter Temperatur gehalten wird. Eine Belüftungsleitung 75 ist mit dem ersten Rohr 74 verbunden. Luftventile 46 und 47 sind in dem ersten Rohr 74 bzw. der Belüftungsleitung 75 vorgese hen. Durch Schalten der Luftventile 46 und 47 wird Gas an den Gasversorgungskopf zum Zeitpunkt der Filmaufbringung bereitge stellt, und ansonsten von der Belüftungsleitung 75 abgelassen.

O₂-Gas wird zu einem Ozongenerator 18 geleitet, wo ein Teil in O₃ durch Entladung oder dergleichen konvertiert wird. Das O₃ enthal tene O₂-Gas wird präzise durch das Flußmeter 19 gemessen, gefolgt vom Hinzufügen des Trägergases N₂. Das Gas fließt über ein zwei tes Rohr 76 und wird Gasversorgungskopf 37 geleitet. Eine Belüf tungsleitung 77 ist mit dem zweiten Rohr verbunden. Luftventile 48 und 49 sind am zweiten Rohr 76 bzw. der Belüftungsleitung 77 vorgesehen. Ein Ozonprozessor (Konvertierer) vom katalytischen Typ 50 ist mit der Belüftungsleitung 77 verbunden, zum Konvertie ren der O₃-Komponente in O₂. Durch Schaltvorgänge der Luftventile 48 und 49 wird Ozon enthaltendes Sauerstoffgas zum Gasversor gungskopf 37 zum Zeitpunkt der Filmaufbringung geleitet, und an sonsten durch den Ozonkonverter 50 aus der Belüftungsleitung 77 geleitet.

Ein Teil des Gases im Ozongenerator 18 wird zu einem Ozonmonitor (Überwacher) (nicht gezeigt) geleitet, wo die Konstellation ge messen wird. Im Ozonmonitor wird die Ozonkonzentration präzise durch Lichtadsorption gemessen.

Ein Verfahren zum Bilden eines dünnen Films auf einem Wafer unter Benutzung des oben beschriebenen chemischen Gasphasenabschei dungsapparats wird nachfolgend beschrieben.

Wie in Fig. 9 gezeigt, nimmt der Wafer-Transfer-Roboter WA einen Wafer auf, auf dem ein Film aufgebracht werden soll, aus einer in der Kassettenstufe KI montierten Kassette, die in der Kassetten stationseinheit 22 vorgesehen ist. Der Wafer-Transport-Roboter WA hält den Wafer über ein Vakuumadsorptionsverfahren und transpor tiert diesen zur Vorrichtung 24 (nachfolgend als OF-Vorrichtung bezeichnet), wo die flache Orientierung bestimmt wird. Der flache Ausrichtungswinkel und die Position eines Wafers wird dementspre chend genau durch die OF-Vorrichtung 24 bestimmt. Die Positionie rung durch die OF-Vorrichtung 24 ist kritisch für die Bestimmung der Adsorptionsgenauigkeit eines Wafers auf der Wafererwärmungs stufe 28. Winkel und Position einer Ausrichtungsfläche werden mit einer Genauigkeit im Bereich von +/-0,2 mm durch OF-Vorrichtung 24 bestimmt.

Der Wafer mit der exakt bestimmten Ausrichtung und Position wird durch den Wafer-Transport-Roboter WA über Vakuum adsorbiert und zur Waferstufe 26a getragen, die ausschließlich dazu dient, einen Wafer zu den Reaktionskammern 20a und 20b für einzelne Wafer zu transportieren. Hier werden Decke und Boden des Wafers durch Funktion der Wafer-Rotation umgekehrt (Rotation in Richtung des Pfeils 51 in Fig. 10). Genauer gesagt, der Wafer wird durch eine Pfanne (Aufnahme) 59 mit der Oberfläche nach unten ohne Kontakt zur Produktoberfläche gehalten.

Der auf der Wafer-Stufe 26a montierte Wafer wird in die Einzel- Wafer-Reaktionskammer 20a über den Transport-Roboter WB eingeführt, der einen zurückziehbaren Arm unter Benutzung eines Par allel-Verbindungsmechanimus aufweist. Der Wafer wird zur Wafer- Erwärmungsstufe 28 transportiert und mit einem Vakuumadsorptions verfahren auf der Stufe gehalten. Die Pfanne 59 des Wafer-Trans port-Roboters WB weist einen Aufbau auf, mit dem ein Wafer wie in Fig. 12 mit dessen Oberfläche nach unten gehalten werden kann, ohne daß der Mittelbereich der Oberfläche des Wafer-Produkts be rührt wird. Wenn ein Wafer durch die Wafer-Stufe 26a aufgenommen wird, um in eine Einzel-Wafer-Reaktionskammer 20a eingeführt zu werden, wird der Abstand zwischen der Wafer-Erwärmungsstufe 28 und dem Gasversorgungskopf 37 vergrößert, so daß die Pfanne 59 des Wafer-Transport-Roboters WB eingeführt werden kann. Die Wa fer-Erwärmungsstufe 28 weist eine Halteseite auf, die im wesent lichen gleich der Hauptoberfläche des Wafers 14 ist. Wenn daher der Wafer genau auf der Halteseite (Haltefläche) der Wafer-Erwär mungsstufe 28 gehalten wird, gibt es keine Fläche auf der Ober fläche der Hochtemperaturstufe, die Reaktionsgas ausgesetzt wird. Dies bedeutet, daß kein ungewünschter Film auf die Wafer-Erwär mungsstufe 28 gebracht wird.

Nachdem der Wafer durch Vakuumadsorption auf der Wafer-Erwär mungsstufe 28 gehalten wird, wird der Abstand zwischen der Wafer- Erwärmungsstufe 28 und dem Gasversorgungskopf 37 auf einen vor bestimmten Abstand verringert, der zum Filmaufbringen notwendig ist.

Die Filmaufbringung (Abscheidung) wird durch Leiten von N₂-Gas, das TEOS, TMPO sowie TEB enthält, und von O₃-Gas auf einen Wafer 14 bewirkt, der auf eine hohe Temperatur angewärmt worden ist.

Wie in Fig. 17 gezeigt, wird flüssiges TEOS im Materialtank 43a zur Flußsteuereinheit 44a für flüssige Masse durch den Druck von He-Gas geleitet. Die Flußsteuereinheit 44a für flüssige Masse mißt genau die Menge und den Fluß des flüssigen TEOS und stellt dieses für den Verdampf er 45 bereit. Bei der beschriebenen Aus führungsform beträgt die benötigte Menge von TEOS etwa 0,2 cc/pro Minute in einem flüssigen Zustand. Mit Ethanol in den Material tanks 43b und 43c verdünnte Flüssigkeiten TMPO bzw. TEB werden zu den Flußsteuereinheiten 44b und 44c für flüssige Massen durch den Druck von He-Gas gleitet, wo die Flußrate gemessen wird und die Gase dann im Verdampfer 45 bereitgestellt werden. Der Grund für die Benutzung von He-Gas zur Erzeugung von Druck auf die Quellen flüssigkeit liegt darin, daß die Erzeugung von Blasen nach dem Passieren durch die Flußsteuereinheit für flüssige Menge bis auf ein Minimum unterdrückt werden soll, indem die Menge von in die Quellenflüssigkeit gelöstem Dampf auf ein Minimum unterdrückt wird.

Von den Flußsteuereinheiten für flüssige Masse 44a, 44b und 44c bereitgestelltes flüssiges TEOS, TMPO sowie TEB wird zur Verdamp fung durch Wärme und Tragergas N₂ kombiniert, nachdem es zum Ver dampfer 45 transportiert wurde.

Die verdampften drei Arten von Quellenflüssigkeiten besitzen hin gefügtes Trägergas N₂ und werden dann über das Rohr 74, das er wärmt und auf einer Temperatur gehalten wird, zum Gasversorgungs kopf 37 transportiert.

Zum Zeitpunkt der Filmaufbringen (Abscheidung) sind die Luftven tile 37 und 39 geschlossen, und die Luftventile 46 und 48 sind geöffnet, wodurch N₂-Gas, das TEOS enthält, sowie O₂-Gas, das O₃ enthält, zu dem inneren Raum 63a geleitet werden, wie in Fig. 13 gezeigt. Diese Gase werden gründlich durch den Mischer 39 ge mischt und dann durch die Diffusionsplatte 40 ausgerichtet und auf den Wafer 14 über die Auslaßdüse 61a geleitet. N₂-Gas wird stets in den äußeren Raum 63b geleitet.

Der Fluß innerhalb der Kammer während der Filmaufbringung wird im Detail unter Bezug auf Fig. 13 beschrieben. Die Wafer-Erwär mungsstufe 28 dreht sich um das Zentrum der Stufe, um die Gleich mäßigkeit der Filmdicke zu erleichtern. Nachdem es auf den Wafer 14 geleitet wurde, wird das Abgas gleichmäßig aus dem Abgasauslaß 63 ausgelassen, der um den gesamten Umfang der Wafer-Erwärmungs stufe 28 herum vorgesehen ist und einen Aufbau aufweist, der das Auslassen des Gases aus der Reaktionskammer 53 schräg aufwärts erlaubt. Das ausgelassene Gas fließt nicht zurück in die Kammer, durch den Vorsprung 34, der entlang des gesamten Umfangs der Wa fer-Stufe 28 vorgesehen ist.

Fig. 20 ist ein Diagramm zum schematischen Verdeutlichen des Gasflusses in der Reaktionskammer 53. TEOS + O₂-Gas tritt in die Reaktionskammer 53 aus der Auslaßöffnung 61a ein und trifft auf die Fläche des Wafers 14. Dann bewegt sich das Gas in einer hori zontalen Richtung entlang der Oberfläche des Wafers 14 und wird vom Abgasauslaß 33 abgelassen. Aus dem N₂-Gas Auslaß 63c heraus geblasenes N₂-Gas bewirkt, daß das TEOS + O₂-Gas entlang der Oberfläche des Wafers 14 und gegen dessen Stirnfläche fließt, wobei der N₂-Gas Auslaß 63c den gesamten Bereich, an dem Auslaß düsen 61a vorgesehen sind, umgibt. Das die Oberfläche des Wafers 14 treffende TEOS + O₂-Gas wird prompt über den Abgasauslaß 33 ausgelassen, ohne daß es in der Kammer 53 verbleibt. Daher ist der Gasfluß in der Reaktionskammer konstant und sorgt für stabile Abscheidungsbedingungen.

Der gezeigte Apparat ist so eingerichtet, daß Inertgas gleichmä ßig in der Reaktionskammer 53 aus dem Raum zwischen der Wafer- Erwärmungsstufe 28 und dem oberen Auslaßring 31 fließt, wie in Fig. 13 gezeigt. Daher fließt kein reaktives Gas in den Raumbe reich zwischen der Wafer-Erwärmungsstufe 28 und dem oberen Aus laßring 31, so daß keine Filmabscheidung auf der Unterseite des Wafers 14 erfolgt.

Wie in den Fig. 17 und 13 gezeigt, sind die Luftventile 46 und 48 geschlossen, und die Luftventile 47 und 49 geöffnet, wenn der Filmabscheidungsschritt beendet ist. Daher wird die Versorgung von N₂-Gas mit TEOS und O₃-Gas in Richtung auf die Einzel-Wafer- Reaktionskammer beendet. Das O₃ tragende Trägergas und das N₂-Gas zum äußeren Raum 63b des Gasversorgungskopfes 37 werden kontinu ierlich zugeführt, wodurch das Innere der Einzel-Wafer-Reaktions kammer mit Inertgas ersetzt wird, der Abstand zwischen Wafer-Er wärmungsstufe 28 und Gasversorgungskopf 37 wird vergrößert, und der Tor-Verschluß 27 wird geöffnet. Die den Wafer haltende Pfanne des Wafer-Transport-Roboters WB wird in die Kammer eingeführt und beendet die Vakuum-Adsorption eines Wafers. Der Wafer 14 mit nach unten liegender Oberfläche wird zur Wafer-Stufe 26b übertragen. Der zur Wafer-Stufe 26b getragene Wafer verbleibt dort, um auf eine Temperatur abzukühlen, die die Waferkassette nicht defor miert. Der abgekühlte Wafer wird durch Vakuum-Adsorption durch einen Wafer-Transport-Roboter WA gehalten und in den vormaligen Schlitz in der auf der Kassettenstufe K1 montierten Kassette ein geführt, die in der Kassettenstationseinheit 22 vorgesehen ist. Da der Apparat der vorliegenden Ausführungsform Halbleiterwafer einen nach dem anderen bearbeitet, ist es möglich, eine Filmab scheidung für jeden Wafer mit verschiedenen Bedingungen durchzu führen. Auch kann durch Ändern der Bedingungen während der Film aufbringung die Qualität in Richtung der Dicke eines Films in beliebiger Weise gesteuert werden.

In die Einzel-Wafer-Reaktionskammer mit dem entfernten Wafer wird der nachfolgende Wafer für die Verarbeitung eingebracht, durch den Wafer-Transport-Roboter WB.

Somit kann eine gleichmäßige Abscheidung eines Films mit hoher Genauigkeit stabil für jeden Wafer erhalten werden.

Bei der obigen Ausführungsform wurde flüssiges TEOS auf 10% durch Alkohol verdünnt, da die benötigte Materialmenge etwa 0,05 cc/pro Minute im Flüssigzustand beträgt, jedoch der volle Maßstab der Flußsteuereinheit für flüssige Masse 1 cc/pro Minute beträgt, und die Genauigkeit des vollen Maßes +/-2% beträgt. Diese Ver dünnungsmenge kann wenn nötig geändert werden. Das flüssige Reak tionsmaterial kann zu einer beliebigen Menge verdünnt werden, so lange die Flußsteuereinheit so benutzt wird, daß ein voller Maß stab annähernd erreicht wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, bei der TEOS als flüssiges Reaktions material benutzt wurde, und ein beliebiges Flüssigmaterial kann benutzt werden, so lange es verdampft und reagiert. Auch kann das Flüssigmaterial zum Dotieren von Fremdatomen in den Film Trime thyl-Ortho-Phosphat und Trimethyl-Borat enthalten.

Obwohl Ethylalkohol als Verdünnungsalkohol in dem obigen Ausfüh rungsbeispiel beschrieben wurde, kann ein beliebiger Alkohol be nutzt werden, da Flüssigmaterial vom Alkoholat-Typ allgemein in Alkohol lösbar ist.

Auch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das obige Ausfüh rungsbeispiel beschränkt, bei dem N₂ als Trägergas benutzt worden ist, und ein beliebiges Inertgas, das für chemische Gasphasenab scheidung geeignet ist, kann benutzt werden.

Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausfüh rungsform beschränkt, bei der O₃ als zu reagierendes Gas mit dem Reaktionsmaterial benutzt wurde, und O₂-Gas oder NO₂-Gas können benutzt werden, in Abhängigkeit von der Quellenflüssigkeit. Diese Gase sind in Abhängigkeit von der Temperatur des Wafers entbehr lich.

Wie oben beschrieben weist die Reaktionskammer für einen chemi schen Gasphasenabscheidungsapparat gemäß einer Ausführungsform einen Abgasauslaß auf, der so an der Reaktionskammer vorgesehen ist, daß Gas innerhalb der Reaktionskammer schräg nach oben aus gelassen wird, wobei in die Reaktionskammer eintretendes Reak tionsgas gegen die Waferseite trifft, in eine horizontalen Rich tung fließt und prompt aus dem Abgasauslaß ausgelassen wird. Das Reaktionsgas wird prompt aus dem Abgasauslaß ausgelassen und ver bleibt nicht in der Reaktionskammer, so daß der Gasfluß in der Reaktionskammer konstant ist, was zu stabilen Filmabscheidungs bedingungen führt. Ein uniformer abgelagerter Film mit hoher Ge nauigkeit kann stabil für jeden Wafer erreicht werden. Auch ist die Verschmutzung in der Kammer verringert.

Der Appart für chemische Gasphasenabscheidung gemäß einer weite ren Ausführungsform weist zwei Einzel-Wafer-Reaktionskammern und vier produktkassettenstufen aus, so daß ein Wafer effizient in nerhalb einer minimalen belegten Fläche bearbeitet werden kann. Ferner kann der Zustand der Filmabscheidung leicht überprüft wer den, da eine Überwachungskassettenstufe vorgesehen ist.

Claims

1. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat mit
einer Wafer-Erwärmungsstufe (28) zum Halten eines Wafers (14) mit dessen Oberfläche nach unten und zum Erwärmen des Wafers (14), wobei die Wafer-Erwärmungsstufe (28) sich um die Mitte der Stufe (28) dreht,
einem Gasversorgungskopf (37), der in einer niedrigen Position der Wafer-Erwärmungsstufe (28) gegenüberliegend vorgesehen ist und einen Bereich konstanten Abstands (53) bildet, zum Leiten von Reaktionsgas auf die Wafer-Erwärmungsstufe (28),
einem Reaktionskammerelement (54), das den Abstandsbereich (53) zwischen der Wafer-Erwärmungsstufe (28) und dem Gasversorgungs kopf (37) in Umfangsrichtung umgibt, zum Bilden einer Reaktions kammer (53) mit abgeschlossenem Raum und
einem Abgasauslaß (33), der in dem Reaktionskammerelement (54) und entlang dem Gesamtumfang der Wafer-Erwärmungsstufe (28) ge bildet ist, zum Auslassen des Gases in der Reaktionskammer schräg aufwärts.

2. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Tor (55), das in dem Reaktionskammerelement (54) gebildet ist, zum Einführen und Herausführen des Wafers (14), und einen Torverschluß (27) zum Öffnen und Schließen des Tores.

3. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasauslaß (33) einen oberen Auslaßring (31) aufweist, der am oberen Bereich des Abstandsbereiches (53) angeordnet ist und die Wafer-Erwärmungsstufe (28) umgibt, sowie einen unteren Aus laßring (32), wobei der obere Auslaßring (31) und der untere Auslaßring (32) zwischeneinander einen konstanten Abstand aufweisen.

4. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Auslaßring (32) eine Gegenfluß-Verhinderungsvorrich tung (34) aufweist, zum Verhindern eines Rückflusses von Abgas.

5. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteseite zum Halten des Wafers (14) der Wafer-Erwärmungs stufe (28) im wesentlichen gleich der Hauptoberfläche des Wafers ist.

6. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wafer-Erwärmungsstufe (28) aus Molybden gebildet ist.

7. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abgasring (31) eine entfernbare Metallbedeckung (35) und eine Wärmequelle (36) zum Erwärmen der Metallabdeckung von der anderen Seite aufweist.

8. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Gasversorgungskopf (37) aufweist: Eine Ausblasplatte (61) mit einer Mehrzahl von Auslaßdüsen (61a),
ein Raumelement (62), das die Ausblasplatte (61) vom Boden trägt,
zum Bilden eines Raums mit der Auslaßplatte (61), und
einen Wand-Teilungsring (38), der den Raum in einen inneren Raum (63a) und einen äußeren Raum (63b), der den inneren Raum umgibt, teilt,
wobei reaktives Gas in den inneren Raum (63a) eingeleitet wird und Inertgas in den äußeren Raum (63b) eingeleitet wird.

9. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßdüse (61a) so in der Ausblasplatte (61) gebildet ist, daß der Durchmesser des unteren Abschnitts (64) der Düse kleiner als der Durchmesser des oberen Abschnitts (65) ist.

10. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Raum (63a) eine Mischvorrichtung (39) zum Mischen von mindestens zwei Reaktionsgasen aufweist, die in den Innenraum (63a) geleitet werden.

11. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung (9) aus einer Platte (66) gebildet ist, wobei die Platte (66) aufweist:
mindestens zwei Gaseinlässe (67a, 67b) zum Einleiten von zwei Arten von Reaktionsgasen,
einen gebunden Pfad (68), über welchen die Reaktionsgase, die getrennt von den zwei Gaseinlässen (67a, 67b) eintreten, gemein sam fließen, und
einen Auslaß (69), der am Ende des gebundenen Pfades (68) vorge sehen ist, zum Leiten des Reaktionsgases über den Pfad (68) in den inneren Raum (63a).

12. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Raum (63a) eine Diffusionsplatte (40) aufweist, zum Diffundieren des von der Mischvorrichtung (39) zum inneren Raum (63a) geleiteten Gases und zum Leiten des Gases zur Ausblasplatte (61).

13. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach einem Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumelement (62) eine Kühlvorrichtung (41) zum Kühlen einer inneren Wand des Raumelements (62) aufweist, sowie eine Wärmeer haltungsvorrichtung (62) zum Aufrechterhalten der Wärme der inne ren Wand des Raumelements (62).

14. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach einem Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Wafer-Erwärmungsstufe (28) und dem Gas versorgungskopf (37) beliebig geändert werden kann.

15. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach einem Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasversorgungskopf (37) mit einem Verdampfer (45) verbunden ist, zum Verdampfen einer Mehrzahl von Arten von Reaktionsmate rialien vom Alkoholad-Typ zusammen, sowie eine Oxidgasversor gungsvorrichtung (18) aufweist, zum Bereitstellen von oxidieren dem Gas.

16. Reaktionskammer für einen chemischen Gasphasenabscheidungs apparat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (45) und der Gasversorgungskopf (37) über ein er stes Rohr (74) verbunden sind, durch das ein verdampftes flüssi ges Reaktionsmaterial vom Alkoholad-Typ fließt, wobei die Versorgungsvorrichtung (18) für oxidierendes Gas und der Gasversorgungskopf (37) über ein zweites Rohr (76) verbunden sind, durch das ein oxidierendes Gas fließt, wobei das erste und das zweite Rohr (74, 76) eine verbundene Be lüftungsleitung (77) aufweist, zum Auslassen des Gases in dem jeweiligen Rohr.

17. Apparat zur chemischen Gasphasenabscheidung mit mindestens zwei Reaktionskammern für einzelne Wafer (20a, 20b) zum Durchführen einer chemischen Gasphasenabscheidung,
mindestens vier Produktkassettenstufen (K1, K2, K3, K4) zum Auf nehmen eines Wafers, der zu einer Reaktionskammer für einen ein zelnen Wafer (20a, 20b) gesendet werden soll,
einer ersten Überwachungskassettenstufe (K6) zum Aufnehmen eines Überwachungswafers zum periodischen Überwachen des Zustands der Filmabscheidung,
einer zweiten Überwachungskassettenstufe (K5) zum Aufnehmen eines Überwachungswafers nach der Filmabscheidung,
einer Wafer-Stufe (26a, 26b), die zwischen der Kassettenstufe (K1, K2, K3, K4, K5, K6) und der Reaktionskammer für einzelne Wafer (20a, 20b) vorgesehen ist, zum Bewegen eines Wafers dazwi schen,
einer ersten Wafer-Fördervorrichtung (500) zum Fördern eines Wa fers zwischen der Kassettenstufe (K1, K2, K3, K4, K5, K6) und der Wafer-Stufe (26a, 26b) und
einer zweiten Wafer-Förderstufe (501) zum Fördern des Wafers zwi schen der Waferstufe (26a, 26b) und der Reaktionskammer für ein zelne Wafer (20a, 20b).

18. Apparat für chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Wafer-Fördervorrichtung (500, 501) den Wafer mit dessen Oberfläche nach unten fördern und den Rand des Wafers stützen.

19. Apparat für chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (24) zum genauen Bestimmen des Winkels und der Position der Orientierungsfläche des Wafers, der von der Produkt kassettenstufe (K1, K2, K3, K4) oder von der Überwachungskasset tenstufe (K5, K6) bereitgestellt wurde.