DE69717711T2 - Aufdampfungskammer und Verfahren zur Herstellung eines Films mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante - Google Patents
Aufdampfungskammer und Verfahren zur Herstellung eines Films mit einer niedrigen DielektrizitätskonstanteInfo
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Description
- Die Erfindung ist auf ein Verfahren zum Aufdampfen eines Filmes und ein Aufdampfungssystem zum Ausführen des Verfahrens gerichtet.
- Einer der Hauptschritte bei der Herstellung von modernen Halbleiterbauelementen ist die Bildung eines dünnen Filmes auf einem Halbleitersubstrat mittels chemischer Reaktion von Gasen. Solch ein Aufdampfprozess wird als chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) bezeichnet. Herkömmliche thermische CVD-Prozesse liefern reaktive Gase auf die Substratoberfläche, wo durch Hitze induzierte chemische Reaktionen stattfinden können, um den gewünschten Film zu erzeugen. Hochdichte-Plasma-CVD-Prozesse fördern die Trennung der reaktiven Gase mittels der Anwendung von (HF) Hochfrequenz-Energie auf die Reaktionszone, die sich in der Nähe der Substratoberfläche befindet, wobei dadurch ein Plasma von hoch reaktiven Stoffen gebildet wird. Die hohe Reaktivität der freigesetzten Stoffe reduzieren die Energie, die benötigt wird, damit eine chemische Reaktion stattfindet, und erniedrigt folglich die benötigte Temperatur für solche CVD-Prozesses.
- Bei einer Ausführung der plasma-chemischen Hochdichte-Dampfabscheide-(HDP- CVD)-Kammern wird die Vakuumkammer im Allgemeinen durch eine planare Substrathalterung entlang dem Boden, die als eine Kathode wirkt, eine planare Anode entlang dem Oberteil, einem relativ kurzen Seitenrand, der sich von dem Boden nach oben erstreckt, und einem dielektrischen Dom, der den Seitenrand mit dem Oberteil verbindet, gebildet. Induktive Spulen sind um den Dom befestigt und sind mit einem hochfrequenten Versorgungsgenerator verbunden. Die Anode und die Kathode sind typischerweise mit Vorspannungshochfrequenz- Generatoren verbunden. Zwei oder mehr Sätze von gleichmäßig beabstandeten Gasverteilern, wie zum Beispiel Düsen, werden typischerweise an der Seitenwand montiert und ragen in die Region über den Rand der Substrathalteoberfläche hinein. Die Gasdüsen für jeden Satz sind mit einer gemeinsamen Leitung für diesen Satz verbunden; die Leitungen versorgen die Gasdüsen mit Prozessgasen, einschließlich solcher Gase wie zum Beispiel Argon, Sauerstoff, Silan (SiH&sub4;), TEOS (tetraethoxy-silane), Siliciumtetrafluorid (SiF&sub4;) etc., wobei die Zusammensetzung der Gase hauptsächlich davon abhängt, welcher Materialtyp auf dem Substrat ausgebildet werden soll. Düsensätze werden häufig gemeinsam benutzt, weil manche Gase, wie zum Beispiel Silan, getrennt von anderen Gasen, wie zum Beispiel Sauerstoff, in die Kammer eingeführt werden müssen; andere Gase, wie zum Beispiel Sauerstoff und SiF&sub4;, können durch eine gemeinsame Leitung einem gemeinsamen Satz von Düsen zugeführt werden. Die Düsenspitzen haben Auslässe, typischerweise Öffnungen, die kreisförmig in einem Abstand über der kreisförmigen Umgebung der Substrathalterung positioniert sind und durch welche die Prozessgase strömen.
- Je kleiner die Größe eines Halbleiterbauelementes wird, desto größer wird die Kapazität zwischen den nahe beieinander liegenden Leitern. Dieses Anwachsen der Kapazität beeinträchtigt die Geschwindigkeit der Bauelemente. Um dieses Problem teilweise zu lösen, muss die dielektrische Konstante des aufgedampften dielektrischen Filmes, die typischerweise für undotiertes Siliciumglas (USG) um den Wert 4,1 liegt, reduziert werden. Vor kurzem ist das Dotieren von Fluor mit SiF&sub4;-Verbindungen aufgekommen, was zu einem dotierten Fluorsiliciumglas (FSG) führt, um die dielektrische Konstante zu reduzieren. Es wird angenommen, dass es möglich ist, einen dielektrischen Film mit einer guten thermischen Stabilität von einer dielektrischen Konstante mit dem Wert 3,5 mit FSG zu erzeugen. Dieser Wert (3,5) ist bisher jedoch für die dielektrische Konstante nicht erreicht worden.
- Die EP-A-0 599 730 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumoxidfilmes mit einer Dielektrizitätskonstanten von 3,7 bis 2,9. Dieses Dokument zeigt ein Plasmasystem. Argon und Sauerstoff wird in die Plasmakammer gegeben und von der Plasmakammer wird das Argon/O&sub2;-Plasma in die Aufdampfungskammer gegeben, in die Siliciumtetrafluorid zugeführt wird.
- Darüber hinaus offenbart die US-A-5,304,250 eine Aufdampfungskammer mit einem Oberteil, das eine erste Gasleitung mit einem einzigen Verbindungsstück und einer konzentrischen Kammer hat, die an einer Vielzahl von Stellen Auslässe hat, die gleichmäßig um den Mittelpunkt des Oberteiles verteilt sind und sich von diesem in einem Abstand befinden. Eine zweite Gasleitung ist vorhanden, die eine Vielzahl von Düsen umfasst, um gasförmige Substanzen in die Kammer einzuleiten. Die Düsen umgeben das Substrat an einer Vielzahl von Stellen und befinden sich im Allgemeinen oberhalb des Substrats.
- Aus der WO-A-97/032224 und der EP-A-0839217, welche den Stand der Technik nach Art. 54(3) EPÜ mit einem Veröffentlichungsdatum vom 30. Januar 1997, einem Anmeldedatum vom 21. Juni 1996 und einem Prioritätsdatum vom 10. Juli 1995 darstellen, ist ein mit Plasma angereicherter chemischer Verarbeitungsreaktor und ein Verfahren dazu bekannt, wobei der Reaktor eine Plasmakammer enthält, die ein Oberteil mit einer ersten Gaseinlassleitung, einer zweiten Gaseinlassleitung und einer elektromagnetischen Energiequelle enthält.
- Die erste Gaseinlassleitung, die unabhängige Verbinder und konzentrische und umgebende Kammern hat, von denen jede Auslässe an einer Vielzahl von Stellen hat, befindet sich gleichmäßig verteilt und in einem Abstand um den Mittelpunkt des Oberteils. Die zweite Gasleitung ist entlang der Wand der Verarbeitungskammer befestigt und umfasst eine Düsenstruktur, welche eine Vielzahl von Düsen hat, die für das Einführen von gasförmigen Substanzen in die Kammer gedacht sind. Die Gasverteiler und Auslässe umgeben das Substrat an einer Vielzahl von Stellen und befinden sich im Allgemeinen oberhalb des Substrats.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Aufdampfungssystem zum Aufdampfen von gleichmäßigen Filmen zur Verfügung zu stellen, die gleichmäßig niedrige Dielektrizitätskonstanten unterhalb von 3,5, vorzugsweise unterhalb von 3,4 und vorzugsweise unterhalb von 3,3, zur Verfügung zu stellen.
- Die Aufgabe wird erreicht durch ein Verfahren zum Aufdampfen eines Filmes auf ein Substrat innerhalb einer Aufdampfungskammer entsprechend Anspruch 1 und durch ein Aufdampfungssystem entsprechend Anspruch 11. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung.
- Dies wird erreicht durch eine gleichmäßige Anwendung der Gase (vorzugsweise Silan, Fluor enthaltende Gase, wie zum Beispiel SiF&sub4; oder CF&sub4; und Gase, die Sauerstoff enthalten, wie zum Beispiel O&sub2; oder N&sub2;O) auf das Substrat. Das Ergebnis wird durch die Auswahl von optimalen Strömungsraten der Gase verbessert, die aufgrund eines Testergebnisses unter Benutzung der jeweiligen Kammer bestimmt worden sind.
- Das verbesserte Aufdampfungssystem entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält ein Gehäuse, das eine Aufdampfungskammer bildet. Eine Substrathalterung ist innerhalb der Aufdampfungskammer untergebracht. Ein erster Gasverteiler hat Öffnungen oder andere Auslässe, die sich in einem Abstand vom äußeren Umfang her in die Aufdampfungskammer hinein öffnen und die Umgebung der Substrathalteoberfläche überlagern. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der erste Gasverteiler einen ersten und einen zweiten Satz von Düsen. Sauerstoff und SiF&sub4; werden vorzugsweise gemeinsam der Kammer durch den ersten Düsensatz zugeführt und Silan (oder Silan und SiF&sub4;) wird über den zweiten Düsensatz zugeführt. Das Vermischen von SiF&sub4; mit Sauerstoff und das Einleiten dieser Kombination über den ersten Düsensatz reduziert die Komplexität der Anlage, so dass Kosten reduziert werden können. Es wird ein zweiter Gasverteiler, vorzugsweise eine Mittelpunktsdüse, benutzt, der befindet sich in einem Abstand über der Substrathalteoberfläche befindet. Der Einsatz des zweiten Gasverteilers um ein Gas, vorzugsweise Silan (oder Silan und SiF&sub4;) in die Vakuumkammer einzuleiten, trägt zur Verbesserung der gleichmäßigen Anwendung des Gases auf das Substrat bei, das sonst ohne den Einsatz des zweiten Gasverteilers erreicht wird.
- Sauerstoff lieferndes Gas (vorzugsweise Sauerstoff) wird der Kammer durch das Oberteil des Gehäuses in einem Bereich zugeführt, der sich im Allgemeinen oberhalb und vorzugsweise im Allgemeinen mittig oberhalb dem Substrat befindet. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem der Sauerstoff durch eine kreisförmige Öffnung geleitet wird, die zwischen der Mittelpunktsdüse, welche Silan (und andere Gase) zuführt, und einem Loch im Oberteil des Gehäuses gebildet wird. Auf diese Art und Weise wird Sauerstoff sowohl von den Seiten über den ersten Düsensatz des ersten Gasverteilers, das vorzugsweise vermischt mit SiF&sub4; ist, als auch im selben Bereich wie Silan oberhalb dem Substrat zugeführt. Auch der Sauerstoffdurchlass durch die ringförmige Öffnung hält reaktive Gase innerhalb der Kammer davor ab, die Dichtungen anzugreifen, die sich zwischen dem Oberteil des Gehäuses und dem Körper befinden, von dem aus sich die Mittelpunktsdüse erstreckt. Dieser Vorteil bleibt auch dann bestehen, wenn Silan durch die ringförmige Öffnung und Sauerstoff durch die Mittelpunktsdüse geleitet wird.
- Die Filmdicke und die Gleichmäßigkeit der dielektrischen Konstante wird auch verbessert, indem sichergestellt wird, dass die Temperatur des Substrats über das Substrat gleich bleibt und indem ein Hochfrequenzquellengenerator benutzt wird, der entworfen wurde, um ein gleichmäßiges Zerstäuben zu erreichen.
- Einer der Hauptaspekte der Erfindung ist, dass man erkennt, dass es sehr wichtig ist, die gleichmäßige Verteilung des Sauerstoffs sicherzustellen, der in die Kammer einströmt. Dies wird erreicht, in dem Sauerstoff sowohl vom Oberteil der Kammer als auch von den Seiten der Kammer einströmt. Zusätzlich kann durch geeignete Konfiguration des Strömungsweges des Sauerstoffs über das Oberteil der Kammer der Sauerstoff dazu dienen, die Dichtelemente vor dem Kontakt mit reaktiven Gasen, wie zum Beispiel Fluor, zu schützen.
- Zusätzlich zu der Anforderung, die Gase gleichmäßig dem Substrat zuzuführen, ist es vorzuziehen, das geeignete Verhältnis der Gase, typischerweise Sauerstoff, Silan und SiF&sub4; zu benutzen, um die minimale dielektrische Konstante zu erreichen. Die geeigneten Strömungsraten werden sich für jedes Gas entsprechend der benutzten Kammern unterscheiden. Entsprechend ist es ein bevorzugter Aspekt der Erfindung, eine Vielzahl von Flussratenverhältnissen auszuprobieren, um zu bestimmen, welcher Satz von Flussraten einen dielektrischen Film von hoher Qualität mit einer minimalen dielektrischen Konstante bietet.
- Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und der Merkmale davon werden in den Ansprüchen und den Unteransprüchen angegeben.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden jetzt detailliert in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen
- Fig. 1 eine schematische Schnittansicht ist, die eine Aufdampfungskammer zeigt, welche entsprechend zu einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde;
- Fig. 2 eine übertriebene Darstellung ist, welche den charakteristischen M-förmigen Abscheidedicken-Variationsverlauf des Stands der Technik zeigt;
- Fig. 3 eine Verbesserung des Abscheidedicken-Variationsverlaufs von Fig. 2 unter Benutzung der Apparatur von Fig. 1 darstellt;
- Fig. 4 ein Graph der dielektrischen Konstante gegen den Sauerstofffluss bei unterschiedlichen Strömungsratenverhältnissen von SiF&sub4; zu Silan ist;
- Fig. 5 eine vereinfachte Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispieles der Mittelpunktsdüse von Fig. 1 mit drei Öffnungen ist; und
- Fig. 7 eine Ansicht des Bereiches der Mittelpunktsdüse ist, die zusätzliche Sauerstoffdurchlässe zeigt.
- Fig. 1 stellt eine Aufdampfungskammer 2 dar, die ein Gehäuse 4 umfasst, wobei das Gehäuse eine im Allgemeinen zylinderförmige, dielektrische Umhüllung 6 enthält, die von zwei Sätzen von Hochfrequenzinduktionsspulen 8 und 9 umgeben wird. Die Umhüllung 6 kann aus einem hochfrequenzdurchlässigen Material hergestellt werden, das anders ist als das dielektrische Material. Die Spulen 8 und 9 werden durch ein Paar von Hochfrequenzquellengeneratoren 10 und 11 betrieben. Die Kammer 2 enthält auch eine wassergekühlte Substrathalterung 14, deren Substrathalteoberfläche 16 sich innerhalb der Vakuumkammer 18 befindet, die sich im Gehäuse 4 befindet. Die Oberfläche 16 wird benutzt, um ein Substrat 20 innerhalb der Kammer 18 zu befestigen. Die Substrathalterung 14 wirkt als eine Kathode und ist über eine Anpassschaltung 24 mit einem Vorspannungshochfrequenzgenerator 22 verbunden. Eine im Allgemeinen zylinderförmige Seitenwand 30 des Gehäuses 4 verbindet den Boden 32 des Gehäuses 4 mit der dielektrischen Umhüllung 6. Die Seitenwand 30 wirkt als die Anode.
- Prozessgase werden in die Vakuumkammer 18 mittels zwei Sätzen von zwölf in gleichem Abstand angebrachten Düsen 34 und 34a in den Bereich, der das Substrat 20 umgibt, zugeführt. Die Düsen 34 und 34a sind ähnlich einem Ring angebracht und sind jeweils mit den Gasleitungen 36 und 36a strömungstechnisch verbunden. Durch die Leitungen 36 und 36a werden Prozessgase von der ersten und der zweiten Gasquelle 35 und 35a durch den ersten und zweiten Gasregler 37 und 37a und die erste und zweite Gaszuführleitung 39 und 39a geführt. Jede Düse 34 und 34a hat eine Öffnung 38 an ihrem äußeren Ende. Die Öffnungen 38 der Düsen 34 und 34a sind oberhalb der Umgebung 40 der Substrathalterung 14 und folglich oberhalb der Peripherie 42 des Substrates 20 angebracht. Die Vakuumkammer 18 wird über eine Entlüftungsöffnung 44 entlüftet.
- Fig. 2 stellt einen typischen USG-Aufdampfdicken-Variationsgraph 46 für eine herkömmliche Aufdampfungskammer dar. Die durchschnittliche Dicke ist durch eine Basislinie 48 dargestellt. Wie am Graph 46 erkannt werden kann, tritt an den Endpunkten 50 und 52 des Graphen 46 entsprechend der Peripherie 42 des Substrates 20 ein relativ steiles Anwachsen der Dicke auf. Der Mittelpunkt 54 des Graphen 46 ist im Wesentlichen auch abgesenkt.
- Der Graph 46 kann durch die Benutzung einer Mittelpunktsdüse 56 verbessert werden, welche über einen dritten Gasregler 60 und eine dritte Gaszuführleitung 62 mit einer dritten Gasquelle 58 verbunden ist. Die Mittelpunktsdüse 56 hat eine Öffnung 64, die sich mittig über der Substrathalteoberfläche 16 befindet. Der Einsatz der Mittelpunktsdüse 56 ermöglicht die Modifikation des USG-Aufdampfdicken-Variationsgraphen 46 aus Fig. 2 zu dem beispielhaften Graphen 68 von Fig. 3. Der beispielhafte Aufdampfdicken-Variationsgraph 68 ist flach genug, so dass die Standardabweichung der Aufdampfdicke ungefähr 1 bis 2% von einem Sigma sein kann. Dies wird hauptsächlich erreicht, indem der steile Anstieg des Graphen an den Endpunkten 50 und 52 reduziert wird und indem der niedrige Punkt am Mittelpunkt 54 vom Graphen 46 angehoben wird.
- Die verschiedenen Komponenten der Kammer 2 werden von einem Prozessor (nicht dargestellt) geregelt. Der Prozessor arbeitet unter der Steuerung eines Computerprogrammes, das auf einem computerlesbaren Medium (auch nicht dargestellt) abgespeichert ist. Das Computerprogramm gibt die verschiedenen Betriebsparameter, wie zum Beispiel die Zeit, die Mischung der Gase, den Kammerdruck, die Temperatur der Substrathalterung und die Hochfrequenzenergiewerte vor. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind bezüglich der oben beschriebenen Struktur verbessert, was zu einem Film führt, der dielektrische Konstanten von weniger als 3,5 und vorzugsweise weniger als 3,4 und noch mehr vorzuziehen weniger als 3,3 hat; diese niedrigen Werte der dielektrischen Konstante werden in einer im Allgemeinen einheitlichen Art und Weise über das Substrat 20 erreicht. Die einheitliche Reduzierung der dielektrischen Konstante ist wichtig, weil, wenn die Bauelementgröße reduziert wird, dann wird natürlich die Kapazität zwischen eng nebeneinander liegenden Leitern ansteigen. Um die Kapazität zu reduzieren und folglich den Betrieb der Bauelemente zu beschleunigen, muss die dielektrische Konstante des aufgedampften, dielektrischen Filmes reduziert werden.
- In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine Kombination aus SiF&sub4; und Sauerstoff von der ersten Gasquelle 35 zur Einleitung in die Kammer 18 über die Öffnungen 38 der Düsen 34 zugeführt. Dieses Vorgehen vereinfacht die Verteilung dieser Gase und hilft, die Kosten zu reduzieren. Silan (SiH&sub4;) wird vorzugsweise von der zweiten Gasquelle 35a über den zweiten Gasregler 37a und über die Düsen 34a der Kammer 18 zugeführt. Zusätzlich wird bevorzugt eine dritte Gasquelle 58 benutzt, um Silan (oder zum Beispiel eine Mischung aus Silan und SiF&sub4;) in die Kammer 18 oberhalb des Substrates 20 zuzuführen. In Verbindung damit wird auch Sauerstoff in die Kammer 18 von einer Position oberhalb des Substrates 20, aber entlang eines Strömungspfades, der getrennt ist von dem Strömungspfad des Silans, zugeführt.
- Sauerstoff kann mit einem relativ stabilen Gas wie zum Beispiel SiF&sub4; vermischt werden; infolge der reaktiven Natur von Silan und Sauerstoff müssen jedoch diese Komponenten voneinander getrennt werden, bis sie in die Kammer 18 eingeleitet werden. Um dies zu erreichen, werden getrennte Düsen 34 und 34a im Bereich um die Substrathalterung 14 benutzt; ein Strömungsweg 70 für Sauerstoff ist auch in einem Körper 72 ausgebildet, der auf dem Oberteil 75 der Umhüllung 6 befestigt ist. Der Strömungsweg 70 ist mit einer Sauerstoffquelle 71 über einen Sauerstoffregler 73 verbunden. Die dritte Gasleitung 62 führt durch den Körper 82 und endet an der Mittelpunktsdüse 56. Die Mittelpunktsdüse 56 befindet sich in einer Öffnung 74 im Oberteil 75. Die Düse 56 und die Öffnung 74 bilden eine ringförmige Öffnung 76, die sich in strömungsmäßiger Verbindung mit der Vakuumkammer 18 und dem Sauerstoffströmungsweg 70 befindet. Eine Flüssigkeitsdichtung 78 ist zwischen dem Körper 72 und dem Oberteil 75 vorhanden. Der Sauerstoff gelangt über den Strömungsweg 70 in einen Bereich, der sich zwischen dem Körper 72 und dem Oberteil 75 befindet, und der durch die Flüssigkeitsdichtung 78 eingeschränkt wird und breitet sich schließlich entlang der ringförmigen Öffnung 76 aus. Auf diese Art und Weise werden durch das Einleiten von Sauerstoff Gase, wie zum Beispiel Fluorverbindungen, welche sonst einen schädliche Einfluss auf die Flüssigkeitsdichtung 78 haben könnten, durch den Wascheffekt oder den Scheuereffekt des flüssigen Sauerstoffs daran gehindert, die Flüssigkeitsdichtung zu erreichen. Andere Gase als Sauerstoff, die keine Verschlechterung der Dichtung 78 verursachen, können auch benutzt werden.
- In Verbindung mit der gleichmäßigen Gasverteilung unter Benutzung der oben beschriebenen Struktur hängen einheitliche Dielektrizitätskonstanten auch von einer einheitlichen Temperatur des Substrates 20 und von einer einheitlichen Zerstäubung ab. Die Variation des Gesamtflusses von SiF&sub4; und Silan beeinträchtigt die Aufdampfrate und folglich den Durchsatz. Ein hoher Durchsatz erfordert eine hohe Vorspannleistung von der Vorspannenergiequelle 22, um hohe Zerstäubungs- und hohe Ätzraten zu erzeugen. Eine hohe Vorspannleistung und folglich ein hoher Durchsatz ist nur dann möglich, wenn eine einheitliche Temperatur des Substrates 20 erreicht wird, weil die Ätzgeschwindigkeit stark von der Temperatur des Substrates beeinträchtigt wird.
- Die Bestimmung der einzusetzenden Mengen SiF&sub4;, Silan (SiH&sub4;) und Sauerstoff ergibt einen völlig neuen Grad an Komplexität, Angenommen, dass die gesamte Flussrate von Silicium (zum Beispiel von SiH&sub4; und SiF&sub4;) konstant bleibt, dann wird davon ausgegangen, dass einige grundlegende Annahmen in Bezug auf den Gebrauch dieser verschiedenen Komponenten gemacht werden können. Wenn zu wenig Sauerstoff benutzt wird, dann fällt die Aufdampfrate dramatisch ab, was dazu führt, dass der Prozess viel zu ineffizient wird. Zu wenig Sauerstoff kann dazu führen, dass der Siliciumfilm mit Fluor angereichert bleibt, das in dem Film enthalten ist, das in der Lage ist auszutreten. Wenn zuviel Sauerstoff benutzt wird, dann wird der resultierende Film mehr USG und die Dielektrizitätskonstante wird groß. Wenn zuviel SiF&sub4; benutzt wird, kann dies zu Alterungsproblemen führen; die Alterungsprobleme ergeben sich, weil nach einiger Zeit, das Fluor, das nicht fest in der komplexen chemischen Verbindung des resultierenden Filmes gebunden ist, frei wird und eine Verschlechterung des Bauelementes verursacht. Zuviel Silan wird dazu führen, dass sich der Film mehr wie ein USG verhalten wird und folglich zu einer dielektrischen Konstante von einem unerwünschten Wert führt.
- Die optimalen Mengen von Sauerstoff, SiF&sub4; und Silan an der Substratoberfläche ergeben sich aus den stöchiometrischen Verhältnissen. Jedoch würden die in die Aufdampfungskammer strömenden stöchiometrischen Verhältnisse der Gase, einschließlich der Kammer 2 und anderer Aufdampfungskammern, zu Gasverhältnissen auf der Substratoberfläche führen, welche nicht von den stöchiometrischen Verhältnissen sind. Die tatsächlichen Verhältnisse des Gases, das in die Aufdampfungskammer strömt, das benötigt wird, um die stöchiometrischen Verhältnisse an der Substratoberfläche zu erreichen, wird wenigstens zum Teil entsprechend der Struktur der spezifischen Kammer von den stöchiometrischen Verhältnissen variieren. Je effizienter die Kammern sind, desto weniger Gas wird verbraucht, so dass Strömungsraten benutzt werden können, die sich in der Nähe der stöchiometrischen Mengen befinden.
- Um die geeigneten relativen Strömungsraten von SiF&sub4;, Silan und Sauerstoff für eine bestimmte Kammer zu bestimmen, um die gewünschte dielektrische Konstante unterhalb 3,5, vorzugsweise unter 3,4 und noch mehr bevorzugt unter 3,3 zu erreichen, könnten die Verhältnisse der drei Komponenten in irgendeiner gewünschten Art und Weise verändert werden, um eine Zahl von dielektrischen Filmen auf dem Substrat 20 zu erzeugen; die dielektrische Konstante könnte dann an unterschiedlichen Positionen entlang eines jeden dielektrischen Filmes gemessen werden. Jedoch sind einige Begrenzungen bei den relativen Mengen in Ordnung. Der prozentuale Anteil von SiF&sub4; sollte ungefähr zwischen 40 bis 60% des gesamten Silicium zugeführten Gases sein, um die Probleme, die von zu viel oder zu wenig SiF&sub4; und Silan resultieren, zu reduzieren oder zu eliminieren. Sauerstoff sollte ungefähr zwischen 60 bis 100% an dem gesamten Silicium zugeführten Gas beteiligt sein.
- Fig. 4 stellt die Ergebnisse einer Reihe von durchgeführten Tests dar, bei denen die Verhältnisse von SiF&sub4; zu Silan und zu Sauerstoff verändert werden. Es wurde herausgefunden, dass durch das Auswählen einer Gesamtströmungsrate eines relativen Gases, das eine Strömungsrate für die Kombination aus SiF&sub4; und Silan ist (was zu einer konstanten Menge von Silicium führt) durch Aufteilen des gesamten Stromes auf SiF&sub4; und Silan, um verschiedene Verhältnisse von SiF&sub4; und Silan zu erreichen und dann unter Benutzung dieser Verhältnisse die Sauerstoffströmung verändert wird, wurde der in Fig. 4 dargestellte Graph der dielektrischen Konstante zur Sauerstoffströmung erzeugt. Dieser Graphtyp bietet sehr wertvolle Daten an. Graph A, der aus 44 sccm SiF&sub4; bis 36,4 sccm Silan resultiert, führt zu einer dielektrischen Konstante, die zwischen 3,4 bei einer Sauerstoffströmung von ungefähr 62 sccm bis ungefähr 3,8 bei einer Sauerstoffflussrate von ungefähr 110 sccm variiert. Von diesem Graph ist es nicht klar erkenntlich, wo das Minimum der dielektrischen Konstante für dieses Verhältnis von SiF&sub4; zu Silan sein würde. Es erscheint jedoch, dass das Minimum bei einer nicht akzeptablen niedrigen Sauerstoffflussrate auftreten würde. Der Graph B mit einem sccm- Flussratenverhältnis von SiF&sub4; zu Silan von 36 bis 44,4 zeigt die niedrigste Dielektrizitätskonstante: diese liegt ungefähr bei 3,2 bei einem Sauerstofffluss von 60 sccm. Die Graphen C und D haben jeweils minimale Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 3,5 und 3,6. Von diesem Graph ist es klar, dass für diese besonderen Verhältnisse von SiF&sub4; zu Silan, das Verhältnis für den Graph B die niedrigste Dielektrizitätskonstante bei einer Sauerstoffströmung mit einem akzeptablen Wert bietet. Das Betrachten der Graphen A und B lässt erkennen, dass ein Verhältnis von SiF&sub4; zu Silan, das zwischen den Verhältnissen für diese zwei Graphen liegt, zu einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante führen kann, als mit dem Verhältnis für Graph B erreichbar wäre.
- Entsprechend bieten die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine nützliche und wirksame Möglichkeit zur Bestimmung, wie Filme mit niedriger Dielektrizitätskonstante unter Benutzung von SiF&sub4; (oder anderen Fluor liefernden Gasen) und chemischen Silanverbindungen, um verkleinerte Dielektrizitätskonstanten zu erreichen, erhalten werden können. Während das oben beschriebene Verfahren zur Auswahl einer einzigen gesamten reaktiven Gasflussströmungsrate für jeden dieser Tests gegenwärtig bevorzugt wird, können andere Verfahren zum ordentlichen Sammeln von Informationen zur Dielektrizitätskonstanten durchgeführt werden. Zum Beispiel kann es gewünscht werden, allen drei Variablen zu erlauben, sich innerhalb der Gesamtparameter zu verändern.
- Beim Gebrauch kann ein Film mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten auf dem Substrat 20 aufgedampft werden, indem zuerst die geeigneten Flussraten von SiF&sub4;, Silan und Sauerstoff bestimmt werden, was typischerweise in der Art und Weise geschieht, die oben diskutiert worden ist, indem die Ergebnisse der unterschiedlichen Tests aufgezeichnet werden. Wenn die gewünschte Rate für die bestimmte Kammer bestimmt worden ist, dann wird Silan in die Kammer 18 von der zweiten Gasquelle 35a eingeführt, von der dritten Gasquelle 58 wird eine Mischung aus Silan und SiF&sub4; in die Kammer 18 eingeleitet, von der Sauerstoffquelle 71 wird Sauerstoff in die Kammer eingeleitet und eine Mischung aus Sauerstoff und SiF&sub4; wird von der ersten Gasquelle 35 in die Kammer 18 eingeleitet. Argon wird auch von der ersten und der dritten Quelle 35 und 58 eingeleitet. Die Gleichmäßigkeit des Aufdampfens wird auch gefördert, indem sichergestellt wird, dass die Temperatur des Substrates 20 über seine Oberfläche einheitlich geregelt wird, und durch den Einsatz von variablen Frequenzquellen-Hochfrequenzgeneratoren 10 und 11, um ein gleichmäßiges Zerstäuben zu erreichen.
- Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel wurde für Substrate 20 mit einem Durchmesser von 8 inch (20 cm) entworfen. Substrate mit einem größeren Durchmesser, wie zum Beispiel Substrate mit einem Durchmesser von 12 inch (30 cm) können den Einsatz von mehreren Mittelpunktsdüsen 56a, wie dies in Fig. 5 durch den Düsenaufbau 56' dargestellt ist, erfordern. In solchen Ausführungsbeispielen würde der Aufdampfdickenvariationsgraph wahrscheinlich eine Form von drei Wellen (wie in Fig. 3), vier Wellen oder fünf Wellen haben. Die besondere Form des Aufdampfdickengraphs würde durch den Typ, die Anzahl, die Orientierung und die räumliche Verteilung der Mittelpunktsdüsen 56a und Öffnungen 64 beeinflusst werden.
- Zusätzlich zu der Öffnung 76 kann Sauerstoff in die Kammer 18 über eine Anzahl von nach unten und nach außen gerichteten Durchgangswegen, so wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, eingeleitet werden. Jeder Durchgangsweg 80 hat eine Öffnung 82, wo Sauerstoff in die Kammer 18 fließt. Wenn es gewünscht wird, dann können andere Gase, wie zum Beispiel Argon, mit Silan, das durch die Öffnung 64 fließt, oder mit Sauerstoff, das durch die ringförmige Öffnung 76 oder Öffnung 82 fließt, oder mit beiden gemischt werden.
Claims (17)
1. Verfahren zum Aufdampfen eines Films auf ein Substrat (20) in einer
Aufdampfungskammer (2) mit einem Gehäuse mit einem Oberteil (75), wobei das Verfahren die
folgenden Schritte aufweist:
Zuführen von wenigstens einem ersten Prozessgas in die Kammer (2) an einer
Vielzahl von Positionen (34), die ein Substrat (20) in der Kammer (2) umgeben;
Zuführen eines zweiten Prozessgases in die Kammer (2) von einer zentralen Düse in
einer Position in der Mitte des Oberteils (75), welche Position unter Abstand von und mittig
oberhalb des Substrates (20) liegt; und
Zuführen eines dritten Prozessgases in die Kammer (2) von einer ringförmigen
Öffnung, die die zentrale Düse umgibt, in einer Position in der Mitte des Oberteils (75), welche
Position unter Abstand von und mittig oberhalb des Substrats (20) liegt,
wobei der Schritt der Zufuhr des dritten Prozessgases in einer solchen Weise
ausgeführt wird, dass sich das dritte Prozessgas und das zweite Prozessgas nicht mischen, bis sie
sich in der Kammer befinden, und wobei das zweite Prozessgas oder das dritte Prozessgas
Silan und das dritte Prozessgas oder das zweite Prozessgas ein Sauerstoff lieferndes Gas
respektive aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Zuführens des ersten
Prozessgases ausgeführt wird unter Verwendung eines Sauerstoff liefernden Gases, vorzugsweise
Sauerstoff, als erstes Prozessgas und eines Fluor liefernden Gases, vorzugsweise
Siliciumtetrafluorid, als weiters Prozessgas.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Zuführens des ersten
Prozessgases dadurch durchgeführt wird, dass wenigstens Silan als erstes Prozessgas separat von dem
Sauerstoff liefernden Gas als ein weiteres Prozessgas zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Zuführens des zweiten
Prozessgases unter Verwendung von wenigstens Silan durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schritte des Zuführens des ersten und des
zweiten Prozessgases unter Verwendung eines Fluor zuführenden Gases und Silan
durchgeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schritte des Zuführens des ersten und des
zweiten Prozessgases unter Verwendung von Gasen mit unterschiedlichen
Zusammensetzungen durchgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Zuführens des dritten
Prozessgases unter Verwendung eines Sauerstoff liefernden Gases, vorzugsweise Sauerstoff,
durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Zuführens des zweiten
Prozessgases unter Verwendung von wenigstens Silan und Silantetrafluorid durchgeführt wird, und
worin die Flußrate des Siliciumtetrafluorids und des Silans bei etwa 36 und 44 sccm
respektive gewählt werden und eine Gesamtsauerstoffflußrate von weniger als 80 sccm gewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, worin eine grafische Darstellung erzeugt wird, in der
die Elektrizitätskonstante gegen die Flußrate des Sauerstoff liefernden Gases für jeden Satz
der Silan und Fluorid zuführenden Gasflußraten aufgetragen ist, und wobei der gewünschte
Satz von Flußraten auf der Basis der minimalen die Elektrizitätskonstanten der grafischen
Darstellungen ausgewählt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die drei Zuführungsschritte
gleichzeitig ablaufen.
11. Aufdampfungssystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 10, umfassend:
- ein Gehäuse (4) mit einem Oberteil (75), dass eine Kammer (2) definiert;
- eine Substrathalterung (14) in der Kammer (2);
- einen ersten Gasverteiler (34) mit einer ersten Mündung (38), die sich in die Kammer
anstellen um eine Substrathalteoberfläche (16) öffnen;
- einen zweiten Gasverteiler (56), der eine zentrale Düse (56) aufweist, die an einer
Position in der Mitte des Oberteils (75) angeordnet ist, welche Position unter Abstand von
und mittig oberhalb des Substrats (20) liegt; und
- einen dritten Prozessgasverteiler (70), der eine ringförmige Mündung (76), die die
zentrale Düse (56) umgibt, umfasst und an einer Position in der Mitte des Oberteils (75)
angeordnet ist, welche Position unter Abstand von und mittig oberhalb des Substrates (20) liegt;
- worin die ersten, zweiten und dritten Prozessgasverteiler (34, 56, 70) mit ersten,
zweiten und dritten Prozessgasquellen (35, 58, 71) verbunden sind, die separat voneinander
sind.
12. Aufdampfungssystem nach Anspruch 11, worin die ersten Mündungen (38) des
ersten Gasverteilers (34) unter gleichförmigen Abständen um die Mitte des Substrats (20)
herum angeordnet sind.
13. Aufdampfungssystem nach Anspruch 11 oder 12, worin der erste Gasverteiler (34)
einen ersten und einen zweiten Satz von Düsen (34, 34a) aufweist, wobei der erste Satz der
Düsen strömungsmäßig von dem zweiten Satz der Düsen isoliert ist.
14. Aufdampfungssystem nach Anspruch 11, worin die zentrale Düse (56) eine
Vielzahl von zweiten Öffnungen (64) aufweist, und der dritte Gasverteiler (70) eine Vielzahl von
dritten Mündungen (82) aufweist, die an nach außen versetzten Positionen an der Position in
der Mitte des Oberteils (75) angeordnet sind, welche Position unter Abstand von und mittig
oberhalb des Substrats (20) liegt.
15. Aufdampfungssystem nach Anspruch 11, worin das Gehäuse (4) ein Oberteil
aufweist, wobei das Oberteil eine Zugangsöffnung (74) durch es hindurch definiert; wobei die
zentrale Düse (56) durch die Zugangsmündung (74) hindurch tritt, und wobei der dritte
Gasverteiler (70) einen Durchgang (76) aufweist, der in einem Teil einer
Strömungsmitteldichtung (78) definiert ist, welches zwischen einem Körper (70) und dem Oberteil (75) eingesetzt
ist, und die Zutrittsöffnung (74) umgibt.
16. Aufdampfungssystem nach Anspruch 15, worin der Durchgang eine Vielzahl von
nach außen und unten verlaufenden Wegabschnitten (84) aufweist, die von der Düse (56)
unter Abstand sind und zusätzliche Mündungen (82) des dritten Gasverteilers (70) bilden.
17. Aufdampfungssystem nach Anspruch 11, worin das Gehäuse (4) eine dielektrische
Kammer aufweist, wobei die dielektrische Kammer ein Oberteil (75) aufweist, und worin
induktive Spulen (8) an dem Gehäuse (4) montiert und mit einem Hochfrequenzgenerator (10,
11) gekoppelt sind.
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