DE4142877A1

DE4142877A1 - Cvd-verfahren und vorrichtung zu dessen durchfuehrung

Info

Publication number: DE4142877A1
Application number: DE19914142877
Authority: DE
Inventors: Akimasa Yuuki; Takaaki Kawahara; Kouitirou Tsutahara; Touru Yamaguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1992-07-02

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein CVD-(Gasphasen abscheidungs-) Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durch führung und im besonderen auf die zur Ausbildung einer dünnen Schicht auf einem Halbleiterwafer geeignete Verbesserung eines CVD-Verfahrens und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver fahrens.

In Fig. 13 ist eine Querschnittsdarstellung einer CVD-Apparatur, wie sie in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2-2 83 696 beschrieben ist, gezeigt. Diese CVD-Apparatur weist einen Heiztisch zum Halten eines Halbleiterwafers 1, auf dem eine CVD- Schicht (nicht gezeigt) auszubilden ist, einen Heizer 3 zum Beheizen des Probentisches 2, eine Reaktionskammer 4, in der der Halbleiterwafer 1 mittels CVD zu bearbeiten ist, einen mit einem Abstand gegenüber dem Probenhalter 2 angeordneten Gaskopf 5 mit einer Mehrzahl von Gaseinblasöffnungen 6 zur Zuführung von Reak tionsgas A, eine die Kammer 4 umschließende Reaktionskammerwandung 7, einen Ableitungsgasring 8, eine Kammer 9 für abgeleitetes Gas, einen nahe der Reaktionskammerwandung 7 angeordneten Ableitungsweg 10, eine Gasableitungsöffnung 11, einen Absaugflansch 12, einen Probentischspalt 14 zur Verhinderung einer Wärmeableitung vom Probentisch 2 infolge von Leitungsvorgängen und zum Ermöglichen eines Drehens des Probentisches 2, eine N₂-Einblasöffnung 15 und einen N₂-Einblasring 16 auf.

Eine CVD-Apparatur des beschriebenen Aufbaues kann durch Ausrich ten von Reaktionsgas A aus den Gaseinblasöffnungen 6 auf den vorher auf dem Heiztisch 2 aufgeheizten Halbleiterwafer 1 eine CVD-Schicht auf dem Halbleiterwafer 1 bilden. Die Wachstumsge schwindigkeit der CVD-Schicht hängt von der Konzentration des vom Gaskopf 5 auf den Halbleiterwafer 1 gelieferten Gases ab. Es ist daher erforderlich, den Fluß des Reaktionsgases A stabil und gleichmäßig zu halten, so daß die Konzentration des Reaktionsgases A an einer beliebigen Stelle oberhalb des Halbleiterwafers 1 stabil und gleichförmig ist, um eine gleichmäßige Dicke der CVD- Schicht zu erhalten.

Das Reaktionsgas A erzeugt infolge der CVD-Reaktion unerwünschte Rückstands-Partikel, die an einigen Abschnitten der Innenseite der Reaktionskammerwandung haften bleiben. Die Rückstands-Partikel D fallen danach von der Wand der Reaktionskammer herab und haften am Halbleiterwafer 1. Die Rückstands-Partikel D sind damit Ursache für Verringerungen der Ausbeute. Wenn die Reaktionskammer häufig gereinigt würde, um die Rückstands-Partikel D zu beseitigen und ein Absinken der Ausbeute zu verhindern, würde die Produktivität verringert. Es ist daher nötig, die Erzeugung von Rückstands-Par tikeln zu verringern und die erzeugten Partikel D zusammen mit dem abgeführten Gas C aus der Reaktionskammer herauszuführen.

Der Hauptteil einer herkömmlichen CVD-Apparatur ist in Fig. 14 gezeigt. Eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des Gaskopftei les der CVD-Apparatur nach Fig. 14 ist in Fig. 15 gezeigt. Diese kontinuierlich arbeitende CVD-Apparatur weist einen Probentisch 2 zum Transport einer Mehrzahl von Halbleiterwafern 1, auf denen ein (nicht gezeigter) CVD-Film auszubilden ist, einen Heizer 3 zum Heizen des Probentisches 2 und des darauf befestigten Halbleiter wafers 1 auf eine vorbestimmte Temperatur, eine Mehrzahl von Gasköpfen 5 mit einer Mehrzahl von Schlitzen rundherum, die dem Halbleiterwafer 1 gegenüberliegt, zur Zufuhr von Reaktionsgas A auf gleichmäßige Weise zum Halbleiterwafer 1 und eine Abzugshaube 20, die so angeordnet ist, daß sie die Mehrzahl von Gasköpfen 5 bedeckt und die Abgase C aufsammelt, auf.

Bei der herkömmlichen CVD-Apparatur für kontinuierlichen Betrieb mit dem oben beschriebenen Aufbau breitet sich aus dem Ende des Gaskopfes 5 zugeführtes Reaktionsgas A horizontal aus und fließt als Abgas C ab, ohne den Halbleiterwafer 1 zu erreichen. Reaktionsgas A, das den Wafer 1 nicht erreicht, erzeugt durch eine CVD-Reaktion unerwünschte Rückstands-Partikel D, die an der äußeren Wandung des Gaskopfes 5, der inneren Wandung der Abzugs haube 20 o. ä. haften. Diese Rückstands-Partikel D fallen herab und haften am Halbleiterwafer 1, was zu einem Absinken der Ausbeute führt. Es ist nötig, die Apparatur periodisch abzustellen, um die unerwünschten Partikel D zu entfernen. Dies führt zu einer Verringerung der Betriebseffizienz der Apparatur.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein CVD-Verfahren zur effizienten Bildung eines CVD-Films gleichförmiger Dicke und guter Qualität und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, wobei insbesondere die verwendete Menge des Reaktions gases verringert werden soll.

Ein CVD-Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung weist die fol genden Schritte auf: Verbringen eines Halbleiterwafers auf einen Heiztisch innerhalb einer CVD-Reaktionskammer, gleichzeitiges Einblasen von CVD-Reaktionsgas aus einem ersten Einblasgebiet eines Gaskopfes, der gegenüber dem Wafer angeordnet ist und eine Mehrzahl von voneinander getrennten Gaseinblasgebieten aufweist, zu mindestens dem zentralen Hauptgebiet des Wafers hin, und Einblasen eines Inertgases aus einem zweiten Gaseinblasgebiet des Gaskopfes zu einem Gebiet des Randteils des Wafers hin, wobei die Temperatur des Wafers auf einem vorbestimmten Wert und der Druck der CVD-Reaktionskammer innerhalb eines Bereiches von 100 Torr bis Atmosphärendruck gehalten wird, zur Bildung eines CVD-Films hoher Qualität und gleichförmiger Dicke auf dem Wafer ebenso wie zur Reduzierung der verbrauchten Menge an Reaktionsgas und der Menge unerwünschter Rückstands-Partikel D.

Eine CVD-Apparatur nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist auf: eine CVD-Reaktionskammer, in der der Druck innerhalb eines Bereiches von 100 Torr bis Atmosphärendruck gehalten wird, einen Heiztisch zum Halten des darauf aufgebrachten Halbleiterwafers in der Reaktionskammer bei einer vorbestimmten Temperatur, einen gegenüber dem Wafer angeordneten Gaskopf zum Aussenden von Gas in Richtung des Wafers, wobei der Gaskopf ein erstes Gaseinblasgebiet zur Zufuhr von CVD-Reaktionsgas mindestens zum zentralen Haupt gebiet des Wafers und ein zweites Gaseinblasgebiet zum Zuführen von Inertgas zum Randgebiet des Wafers aufweist, wobei das erste und zweite Gaseinblasgebiet in einer gemeinsamen, zum Wafer einen vorbestimmten Abstand aufweisenden Ebene angeordnet sind, wodurch ein CVD-Film hoher Qualität mit gleichförmiger Dicke auf dem Wafer gebildet und die verbrauchte Menge von Reaktionsgas und die Menge unerwünschter Rückstands-Partikel verringert werden können.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer CVD-Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine vergrößerte teilweise Querschnittsdarstellung der CVD-Vorrichtung nach Fig. 1 zur Verdeutlichung des Gasflusses innerhalb der Reaktionskammer,

Fig. 3A eine Querschnittsdarstellung, die ein Beispiel für einen bei einer ersten Ausführungsform benutzten Gaskopf zeigt,

Fig. 3B eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der TEOS-Konzentration und dem Durchmesser D des ersten Gaseinblasgebietes zeigt,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines CVD-Films, der unter Nutzung des Gaskopfes nach Fig. 3 gebildet wurde, zur Verdeutlichung eines Beispiels der Schichtdickenverteilung,

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung eines anderen Beispiels eines bei der ersten Ausführungsform benutzten Gaskopfes,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines CVD-Films, der unter Nutzung des Gaskopfes nach Fig. 5 gebildet wurde, zur Verdeutlichung seiner Schichtdickenver teilung,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines CVD-Films, der unter Nutzung des Gaskopfes nach Fig. 3 gebildet wurde, zur Verdeutlichung eines weiteren Beispiels seiner Schichtdickenverteilung,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines CVD-Films, der unter Nutzung des Gaskopfes nach Fig. 3 gebildet wurde, zur Verdeutlichung eines weiteren Beispiels für seine Schichtdickenverteilung,

Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung einer CVD-Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 10 eine Darstellung, die schematisch eine CVD-Vorrichtung nach einer dritten Ausführungsform zeigt,

Fig. 11 eine Darstellung, die schematisch eine CVD-Vorrichtung nach einer vierten Ausführungsform zeigt,

Fig. 12A eine Querschnittsdarstellung, die schematisch den Gaskopf in einer CVD-Vorrichtung in einer fünften Ausführungsform zeigt,

Fig. 12B eine Untersicht, die schematisch den Gaskopf nach Fig. 12A zeigt,

Fig. 13 eine Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen CVD Vorrichtung,

Fig. 14 eine Seitenansicht der Hauptteile einer herkömmlichen CVD-Vorrichtung für kontinuierlichen Betrieb (wobei einige Teile entfernt wurden),

Fig. 15 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des Gas kopfabschnitts der CVD-Vorrichtung für kontinuier lichen Betrieb nach Fig. 14.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen äquivalente oder korrespondierende Teile.

Fig. 1 zeigt eine CVD-Apparatur gemäß einer ersten Ausführungs form, und die Art und Weise des Gasflusses in der Umgebung des Gaskopfes der CVD-Apparatur nach Fig. 1 ist in Fig. 2 gezeigt. Die CVD-Apparatur nach der ersten Ausführungsform ist ähnlich der nach Fig. 13, außer daß der Gaskopf 5 durch eine Trennwand 10 in eine Mehrzahl von Gaseinblasgebieten aufgeteilt ist. Das zentrale erste Gaseinblasgebiet weist eine Mehrzahl von Gasausblasöffnungen 6a für Reaktionsgas A wie z. B. TEOS, O₃ und N₂ auf. Das das zentrale erste Gaseinblasgebiet umgebende zweite Gaseinblasgebiet weist eine Mehrzahl von Ausblasöffnungen 6b für Inertgas B wie etwa N₂ auf. Das mit gleicher Geschwindigkeit in die Reaktions kammer eingeblasene Reaktionsgas A und Inertgas B bilden eine Geschwindigkeitsgrenzschicht gleichförmiger Dicke und eine Temperaturgrenzschicht innerhalb des Gasflusses, wie in der CVD- Apparatur nach Fig. 13 mit einem einzelnen Gaseinblasgebiet. In Fig. 2 bezeichnet die gestrichelte Linie E die Grenzlinie der Reaktionsgaskonzentration, und die gestrichelte Linie F bezeichnet die Grenzlinie der Temperaturverteilung. Die Temperaturgrenzlinie F, die die Grenze der für die Aktivierung für TEOS und 03 erforderlichen Temperatur angibt, befindet sich im wesentlichen parallel über der Oberfläche des Heiztisches 2.

Der Durchmesser des ersten zentralen Gaseinblasgebietes wird innerhalb eines Gebietes eingestellt, bei dem in der Nähe der Oberfläche des Wafers 1 eine ähnliche Konzentrationsverteilung des Reaktionsgases A wie beim Stand der Technik ohne Beeinflussung durch das Inertgas im Randgebiet erhalten werden kann. Im Abschnitt oberhalb der Oberfläche des Randteils des Wafers 1 wird das Reaktionsgas A mit Inertgas B verdünnt und hat damit eine niedrigere Konzentration.

Speziell im schraffierten Gebiet A zwischen der Reaktionsgaskon zentrations-Grenzlinie E und der Temperaturgrenzlinie F in Fig. 2 wird infolge der niedrigen Konzentration des Reaktionsgases, obwohl die Temperatur des Reaktionsgases für eine Reaktion hoch genug ist, die Erzeugung unerwünschter Rückstands-Partikel D verringert.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Gaskopfes 5. Der Gaskopf 5 hat einen äußeren Durchmesser von 150 mm, der gleich dem des Wafers 1 ist, und das zentrale erste Gaseinblasgebiet hat einen Durchmesser von 110 mm. Der Gaskopf 5 ist mit einem Abstand von 7 mm gegenüber dem Wafer 1 angeordnet. Das Reaktionsgas, das aus N₂, TEOS und O₃ gemischt ist, und das Inertgas, welches N₂ ist, werden mit einer identischen Flußgeschwindigkeit aus dem zentralen ersten Gaseinblasgebiet beziehungsweise dem es umgebenden zweiten Gaseinblasgebiet eingeblasen. Der äußere Durchmesser des ersten Reaktionsgaseinblasgebietes wird durch eine numerische Simulation, die die Diffusion des TEOS innerhalb der Gaskammer 4 in Betracht zieht, bestimmt.

Fig. 3B ist eine graphische Darstellung, die die Änderung der TEOS-Konzentration Y_T auf der äußeren Oberfläche eines 6-Zoll (15 cm)-Wafers in Abhängigkeit von der Veränderung des Durchmessers D des ersten Reaktionsgaseinblasgebietes zeigt. Aus Fig. 3 ist abzuleiten, daß Y_T konstant ist, wenn D hinreichend größer als der Wafer-Durchmesser ist. Y_T fällt jedoch infolge der Verdünnung durch N₂ plötzlich ab, wenn D kleiner wird. Es ist festzustellen, daß das Abfallen von Y_T nicht gleich beginnt, wenn der Durchmesser D kleiner als der Wafer-Durchmesser wird, und daß der Wert bis zu einem Durchmesser D von etwa 110 mm etwa konstant bleibt. Daraus ist zu verstehen, daß der Durchmesser bis auf D = 110 mm bei einem Wafer mit einem Durchmesser von 150 mm verringert werden kann, um das Reaktionsgas gleichförmig der Oberfläche des Wafers zuzuführen.

Fig. 4 zeigt die Dickenverteilung einer CVD (SiO₂)-Schicht, die durch Emission von Reaktionsgas A (einem Mischgas aus N₂, TEOS und O₃) und Inertgas B (N₂) mit einer mittleren Flußgeschwindigkeit von etwa 26 mm/s unter Verwendung des Gaskopf es nach Fig. 3 gebildet wurde. Die vertikale Achse in Fig. 4 bezeichnet die Dicke der SiO₂-Schicht. Aus Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Dicke der CVD (SiO₂)-Schicht über dem zentralen und dem Randgebiet des Wafers 1 etwa gleich ist. Das aus dem zentralen Bereich des Gaskopfes nach Fig. 3 zugeführte Reaktionsgas A erreicht offenbar die gesamte Oberfläche des Wafers 1. Ein weiteres Beispiel eines Gaskopfes ist in Fig. 5 gezeigt. Der Gaskopf nach Fig. 5 ist ähnlich dem nach Fig. 3, außer daß der Durchmesser des ersten Gaseinblasgebietes auf 90 mm verringert ist. Fig. 6 zeigt die Dickenverteilung einer CVD (SiO₂)-Schicht, die durch Emission von Reaktionsgas A (einem Mischgas aus einem N₂, TEOS und O₃) und Inertgas B (N₂) mit einer mittleren Flußgeschwindigkeit von etwa 26 mm/s unter Nutzung des Gaskopfes nach Fig. 5 gebildet wurde. Aus Fig. 6 ist zu erkennen, daß die Dicke der CVD (SiO₂)-Schicht im Randteil stärker als im zentralen Teil des Wafers 1 abgesunken ist. Dies bedeutet, daß aus dem zentralen Bereich des Gaskopfes nach Fig. 5 zugeführtes Reaktionsgas A im Randbereich oberhalb des Wafers 1 mit Inertgas B verdünnt ist, so daß seine Konzen tration abgefallen ist.

Aus den oben dargestellten Ergebnissen ist zu entnehmen, daß der Durchmesser des zentralen ersten Gaseinblasgebietes im Falle, daß der Außendurchmesser des Wafers 1 150 mm und der Abstand zwischen dem Gaskopf 5 und dem Wafer 1 7 mm ist, auf etwa 110 mm verringert werden kann. Da die Zufuhrmenge an Reaktionsgas A proportional zum Quadrat des Durchmessers des ersten Einblasgebietes ist, kann sowohl die verbrauchte Menge an Reaktionsgas A als auch die Menge unerwünschter Rückstands-Partikel D gegenüber den üblichen Mengen verringert werden.

Der minimale Durchmesser des Reaktionsgas-Einblasgebietes hängt von der Größe des ihm gegenüberliegenden Wafers, dem Druck in der Reaktionskammer 4, der Gasflußgeschwindigkeit, der Gasart und dem Abstand zwischen dem Wafer und dem Gaskopf ab.

Durch eine Simulation des Diffusionsvorganges wurde ermittelt, daß die Grenze für den Durchmesser D um etwa 40 mm unterhalb dem Waferdurchmesser für verschiedene Waferdurchmesser unter identischen Bedingungen wie denen in Fig. 3B liegt, wie folgende Tabelle 1 zeigt:

Tabelle 1

Der minimale Durchmesser hängt vom Druck in der Reaktionskammer 4, der Gasflußgeschwindigkeit, der Gasart und dem Abstand zwischen dem Wafer und dem Gaskopf ab. Der Durchmesser wächst proportional mit dem Abfallen des Drucks, fällt proportional zum Anwachsen der Flußgeschwindigkeit, fällt proportional zur Verringerung des Gasdiffusionskoeffizienten und wächst proportional zum Anwachsen des Abstandes zwischen dem Wafer und dem Gaskopf.

Fig. 7 zeigt die Dickenverteilung einer CVD-Schicht, die durch ein Reaktionsgas A (ein Mischgas aus N₂, TEOS und O₃), das aus dem ersten Gaseinblasgebiet eingeleitet wurde, und ein Inertgas B (N₂), das aus dem zweiten Gaseinblasgebiet zugeführt wurde, wobei ein mittleres Geschwindigkeitsverhältnis von 1 : 0,77 eingehalten und der Gaskopf nach Fig. 6 verwendet wurde, gebildet wurde. Aus Fig. 7 ist zu erkennen, daß der Randteil der CVD-Schicht dünner als der zentrale Teil ist. Es ist davon auszugehen, daß dies durch das Absenken der Konzentration des Reaktionsgases A mit einem geringen Andruck gegen den Wafer 1 durch das Inertgas B in der Nähe des Randteiles des Wafers 1 verursacht ist, da die Flußgeschwindigkeit des Inertgases B, das aus dem Randteil des Gaskopfes 5 eingeleitet wird, niedriger als die des Reaktionsgases A, das aus dem Zentralbereich eingeleitet wird, ist. Fig. 8 zeigt die Dickenverteilung einer CVD (SiO₂)-Schicht, die durch ein aus dem ersten Gaseinblasgebiet zugeführtes Reaktionsgas A (Mischgas aus N₂₁ TEOS und O₃) und aus dem zweiten Gaseinblasgebiet zuge führtes Inertgas B (N₂) mit einem mittleren Geschwindigkeits verhältnis von 1 : 1,19 unter Nutzung des Gaskopfes nach Fig. 3 gebildet wurde. Die Dicke der CVD-Schicht ist im Randbereich gegenüber dem zentralen Bereich des Wafers 1 erhöht. Es ist davon auszugehen, daß dies durch das Anwachsen der Konzentration des Reaktionsgases A, das durch das Inertgas B gegen den Wafer 1 gedrückt wird, da die Flußgeschwindigkeit des aus dem Randteil des Gaskopfes 5 zugeführten Inertgases B größer als die des aus dem Mittelabschnitt zugeführten Reaktionsgases A ist, verursacht wird.

Aus den Fig. 7 und 8 ist zu verstehen, daß die Schichtdicken verteilung der auf einem Wafer 1 gebildeten CVD-Schicht durch Verändern der mittleren Flußgeschwindigkeit des aus dem zweiten Einblasgebiet, das heißt dem Randbereich des Gaskopfes 5 zugeführten Inertgases B im Verhältnis zur mittleren Flußgeschwin digkeit des aus dem ersten Gaseinblasgebiet, das heißt dem Mittelabschnitt des Gaskopfes 5, zugeleiteten Reaktionsgases A gesteuert werden kann. Damit kann, wenn die Schichtdicke der auf dem Wafer 1 gebildeten CVD-Schicht aus irgendeinem Grunde radial nicht gleichförmig ist, durch Veränderung der Schichtdicke die Dickenverteilung der CVD-Schicht zur Beseitigung von Ungleich mäßigkeiten dadurch gleichmäßig gemacht werden, daß die Flußge schwindigkeit des Inertgases B, das aus dem zweiten Gaseinblas gebiet im Randbereich des Gaskopfes 5 zugeleitet wird, verändert wird.

Fig. 9 zeigt eine CVD-Vorrichtung nach einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung. Die CVD-Apparatur nach Fig. 9 ist ähnlich der nach Fig. 1, außer daß der Gaskopf 5 modifiziert ist. Der Gaskopf 5 nach Fig. 9 weist zusätzlich zum zentralen ersten Gaseinblasgebiet mit Einblasöffnungen 6a für Reaktionsgas A und dem zweiten Gaseinblasgebiet mit Einblasöffnungen 6b1 für Inertgas B, welches das erste Gaseinblasgebiet umgibt, ein drittes, das zweite Gaseinblasgebiet umgebendes, Gaseinblasgebiet mit Einblas öffnungen 6b2 für Inertgas B auf. Das erste, zweite und dritte Gaseinblasgebiet sind voneinander durch zwei Trennwände 17a und 17b getrennt.

Wenn das erste Gaseinblasgebiet einen Durchmesser von 90 mm, das zweite Gaseinblasgebiet einen Außendurchmesser von 120 mm und das dritte Gaseinblasgebiet einen Außendurchmesser von 150 mm hat und die mittlere Gasflußgeschwindigkeit aus den Einblasöffnungen 6a, 6b1 und 6b2 die gleiche ist und etwa 26 mm/s beträgt, fällt die Dicke der CVD-Schicht im Randteil des Wafers 1 ab, wie in Fig. 6 gezeigt. Wenn die Flußgeschwindigkeit der aus den Einblasöffnungen zugeleiteten Gase 6a, 6b1 und 6b2 entsprechend einem Geschwindig keitsverhältnis von 1:1:1,2 gewählt wird, wird eine CVD-Schicht relativ gleichförmiger Dicke erhalten. Dies liegt daran, daß das aus den Einblasöffnungen 6b2 zugeführte Inertgas B das Reaktions gas A im Randbereich des Wafers 1 zum Wafer 1 hin beschleunigt, wodurch in der Nähe des Randgebietes des Wafers 1 die Konzen tration des Reaktionsgases A erhöht wird.

Bei der zweiten Ausführungsform ist es möglich, den Durchmesser des ersten Gaseinblasgebietes für Reaktionsgas A gegenüber der ersten Ausführungsform weiter zu verringern. Dies bedeutet, daß die zugeführte Menge von Reaktionsgas und die Menge unerwünschter Rückstands-Partikel D weiter verringert wird.

Fig. 10 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform der Erfin dung. Bei der Vorrichtung nach der dritten Ausführungsform sind ein erstes und ein zweites Gaseinblasgebiet 6a1 und 6a2 durch eine erste Trennwand 17a abgetrennt, und das zweite und ein drittes Gaseinblasgebiet 6a2 und 6b sind durch eine zweite Trennwand 17b abgetrennt. O₃, TEOS und N₂ werden über Durchflußregler 19a, 19b und 19c und ein Ventil 18a dem ersten Gaseinblasgebiet 6a1 zugeführt. Ähnlich werden O₃, TEOS und N₂ über Durchflußregler 19a, 19b und 19c und ein Ventil 18b dem zweiten Gaseinblasgebiet 6a2 zugeführt. Das Inertgas N₂ wird dem dritten Gaseinblasgebiet 6b über einen Durchflußregler 19d zugeführt. Die dritte Ausfüh rungsform erlaubt eine genauere Steuerung der Konzentration des Reaktionsgases und der relativen Durchflußgeschwindigkeit des Reaktionsgases und des Inertgases im Vergleich zur ersten und zweiten Ausführungsform, wodurch eine CVD-Schicht mit weiter verbesserter Gleichförmigkeit der Dicke erhalten werden kann.

Fig. 11 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Die vierte Ausführungsform ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform, wobei O₃, TEOS und N₂ dem ersten Gaseinblasgebiet 6a über Durchflußregler 19a, 19b und 19c zugeführt werden und N₂, C₄H₈ (Isobuten) dem zweiten Gaseinblas gebiet 6b über Durchflußregler 19d und 19e zugeführt werden. Da C₄H₈ mit den Sauerstoffatomen, die durch thermische Zersetzung von O₃ frei werden, hochgradig reaktiv ist, kann die Reaktion der Sauerstoffatome mit TEOS effektiv unterdrückt werden, wodurch die Menge unerwünschter Rückstands-Partikel D verringert wird.

Obgleich C₄H₈ als zur Verringerung der Menge unerwünschter Rückstands-Partikel D geeignetes Gas genannt wurde, können auch andere Gase, die wirksam Sauerstoffatome einfangen, verwendet werden. Beispielsweise können Kohlenwasserstoffgase wie C₂H₄, C₃H₆ und gasförmige Alkohole wie Methanol und Ethanol verwendet werden.

Der Gaskopf einer fünften Ausführungsform der Erfindung weist die in Fig. 12A schematisch gezeigte Querschnittsansicht und die in Fig. 12B schematisch gezeigte Untersicht auf. Dieser Gaskopf wird bei einer CVD-Apparatur für kontinuierlichen Betrieb ähnlich der in Fig. 14 gezeigten verwendet und weist ein erstes zentrales Einblasgebiet 6a für Reaktionsgas A und ein zweites Gaseinblas gebiet 6b, welches auf beiden Seiten des ersten Einblasgebietes 6a angeordnet ist, für Inertgas B auf. In diesem Falle erreicht das aus dem Zentralbereich 6a des Gaskopfes zugeführte Reaktionsgas A den Wafer 1 und bildet eine CVD-Schicht. Inertgas B wird aus beiden seitlichen Gebieten 6b des Gaskopfes 5 mit einer Flußge schwindigkeit gleich der des Reaktionsgases A ausgeblasen. Dementsprechend breitet sich das Inertgas B horizontal ohne Störung des Flusses des Reaktionsgases A aus und wird abgeführt, ohne den Wafer 1 zu erreichen.

Da der Teil des Reaktionsgases A, das aus dem Gaskopf 5 zugeführt wird und dann abgeleitet wird, ohne den Halbleiterwafer 1 erreicht zu haben, bei der fünften Ausführungsform durch Inertgas B ersetzt wird, tritt der unerwünschte Effekt, daß Rückstands-Partikel D durch den Wafer 1 nicht erreichendes Reaktionsgas A gebildet werden und an der Außenwand des Gaskopfes 5 und der Innenwand der Abzugshaube 20 anhaften, nicht auf. Damit kann die Produktausbeute und Betriebseffizienz der Vorrichtung verbessert werden. Die Menge des verwendeten Reaktionsgases A kann verringert werden, da die erforderliche zugeführte Menge an Reaktionsgas A sich proportional zur Verringerung der Fläche des ersten Gaseinblasgebietes verringert.

Obgleich TEOS-O₃ bei den oben beschriebenen Ausführungsformen als Beispiel für ein Reaktionsgas gewählt wurde, ist die Erfindung auch unter Verwendung anderer Reaktionsgase ausführbar. Als Inertgas kann nicht nur N₂₁ sondern es können auch He, Ar o. ä. verwendet werden.

Claims

1. CVD-Verfahren mit den Schritten:
Verbringen eines Halbleiterwafers (1) auf einen Heiztisch (2) innerhalb einer CVD-Reaktionskammer (4) und
Einleiten von CVD-Reaktionsgas (A) auf mindestens den zentralen Hauptabschnitt des Wafers (1) aus einem ersten Gaseinblasgebiet (6a) eines Gaskopfes (5), der gegenüber dem Wafer (1) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Gaseinblasgebieten (6a, 6b), die voneinander getrennt sind, aufweist, und gleichzeitiges Zuführen von Inertgas (B) zum Gebiet des Randabschnitts des Wafers (1) aus einem zweiten Gaseinblasgebiet (6b) des Gaskopfes (5) unter Aufrechterhaltung der Temperatur des Wafers (1) bei einer vorbestimmten Temperatur und des Druckes in der CVD-Reaktions kammer (4) innerhalb eines Bereiches von 100 Torr bis Atmosphärendruck,
wodurch eine CVD-Schicht hoher Qualität mit gleichförmiger Dicke auf dem Wafer (1) unter Verringerung der benötigten Menge von Re aktionsgas (A) und der Menge unerwünschter Rückstands-Partikel (D) gebildet wird.

2. CVD-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Gaseinblasgebiet (6a, 6b) in einer vom Wafer (1) einen vorbestimmten Abstand aufweisenden gemeinsamen Ebene liegen.

3. CVD-Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wafer (1) im wesentlichen kreisförmig ist, das erste Gaseinblasgebiet (6a) im wesentlichen kreisförmig ist und einen um 30-50 mm geringeren Durchmesser als der Wafer (1) aufweist, und
das zweite Gaseinblasgebiet (6b) kreisringförmig das erste Gaseinblasgebiet (6a) umschließt.

4. CVD-Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas (A) und das Inertgas (B) aus dem ersten beziehungsweise zweiten Gaseinblasgebiet (6a, 6b) mit gleicher Geschwindigkeit eingeleitet werden.

5. CVD-Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gaseinblasgebiet in ein erstes und ein zu diesem konzentrisches zweites Untergebiet (6b1, 6b2) unterteilt ist und die Geschwindigkeit des Inertgases (B)ß welches aus dem äußeren zweiten Untergebiet (6b2) zugeführt wird, größer als die des aus dem Inneren des ersten Untergebietes (6b1) zugeführten Inertgases (B) ist.

6. CVD-Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gaseinblasgebiet in ein erstes und in ein zu diesem konzentrisches zweites Untergebiet (6a1, 6a2) unterteilt ist und das Reaktionsgas (A) aus dem ersten beziehungs weise zweiten Untergebiet (6a1, 6a2) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zugeleitet wird.

7. CVD-Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiztisch (2) bewegbar ist und eine Mehrzahl von Wafern darauf angebracht werden kann.

8. CVD-Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gaseinblasgebiet (6a) rechteckig und das zweite Gaseinblas gebiet (6b) rechteckig und das zweite Gaseinblasgebiet (6b) recht eckig und längs außerhalb der beiden Seiten, wo eine Bewegungs richtung des Wafers (1) das Rechteck schneidet, angeordnet ist.

9. CVD-Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas (B) ein Gas aus der aus Stick stoff, Helium und Argon bestehenden Gruppe ist.

10. CVD-Vorrichtung mit:
einer CVD-Reaktionskammer (4), in der der Druck in einem Bereich von 100 Torr bis Atmosphärendruck gehalten ist,
einem Heiztisch (2) zur Aufnahme eines Halbleiterwafers (1) und dessen Halten bei einer vorbestimmten Temperatur in der Reaktionskammer (4),
einem gegenüber dem Wafer (1) angeordneten Gaskopf (5) zum Zuleiten von Gas zum Wafer, wobei der Gaskopf (5) ein erstes Gaseinblasgebiet (6a) zum Zuleiten von CVD-Reaktionsgas (A) mindestens zum zentralen Hauptgebiet des Wafers (1) und ein zweites Gaseinblasgebiet (6b) zum Zuleiten von Inertgas (B) zum Randbereich des Wafers (1) aufweist und das erste und zweite Gaseinblasgebiet (6a, 6b) in einer vom Wafer (1) einen vorbestimmten Abstand aufweisenden gemeinsamen Ebene liegen, wodurch eine CVD-Schicht hoher Qualität mit gleichförmiger Dicke auf dem Wafer (1) unter Verringerung der Menge an Reaktionsgas (A) und der Menge unerwünschter Rückstands-Partikel (D) gebildet werden kann.

11. CVD-Apparatur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer (1) im wesentlichen kreisförmig ist, das erste Gaseinblasgebiet (6a) im wesentlichen kreisförmig ist und einen kleineren Durchmesser als der Wafer (1) aufweist und das zweite Gaseinblasgebiet (6b) kreisringförmig den Rand des ersten Gaseinblasgebietes (6a) umgibt.

12. CVD-Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas (A) und das Inertgas (B) aus dem ersten beziehungsweise zweiten Gaseinblasgebiet (6a, 6b) mit gleicher Geschwindigkeit zugeleitet werden.

13. CVD-Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gaseinblasgebiet (6h) in ein erstes und ein mit diesem konzentrisches zweites Untergebiet (6b1, 6b2) unterteilt ist, wobei die Geschwindigkeit des aus dem äußeren zweiten Untergebiet (6h2) zugeleiteten Inertgases (B) größer als die des aus dem inneren ersten Untergebiet (6b1) zugeleiteten Inertgases (B) ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gaseinblasgebiet (6a) in ein erstes und ein mit diesem konzentrisches zweites Untergebiet (6a1, 6a2) unterteilt ist, wobei das Reaktionsgas (A) aus dem ersten beziehungsweise zweiten Untergebiet (6a1, 6a2) mit unterschiedlicher Geschwindig keit zugeführt wird.

15. CVD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiztisch (2) bewegbar ist und eine Mehrzahl von Wafern aufnehmen kann.

16. CVD-Apparatur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Einblasgebiet (6a) rechteckförmig ist und das zweite Gaseinblasgebiet (6b) rechteckförmig längs außerhalb der beiden Seiten, wo eine Bewegungsrichtung des Wafers (1) das Rechteck schneidet, angeordnet ist.

17. CVD-Apparatur nach einem der Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas (B) aus der aus Stickstoff, Helium und Argon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.