DE3741708A1

DE3741708A1 - Device for depositing material from the gas phase

Info

Publication number: DE3741708A1
Application number: DE19873741708
Authority: DE
Inventors: Roger Dipl Ing Weber; Robert Dipl Phys Dr Huber; Georg Dipl Phys Dr Wahl
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1989-06-22

Abstract

The object of the invention is to improve a device for individual coating of substrates by depositing material from the gas phase. In the proposed solution, a substrate (5) to be coated is clamped, inside a reaction chamber (3), into a rotating plate-like substrate holder (6). Through a gas douche (9), a gas mixture flows against the face (8) to be coated, and the substrate is heated with an infrared heater (4). Preferably, the holder (6) is of annular design, so that the substrate does not lie on a plate over a large area but is held only at the substrate edge. The invention can be used, in particular, for coating semiconductor wafers. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ma terialabscheidung nach einem CVD (chemical vapor deposi tion)-Prozeß auf flächigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Flächige Substrate können beispielsweise auch Isolatoren oder Metallteile sein.The invention relates to a device for Ma material deposition after a CVD (chemical vapor deposi tion) process on flat substrates, in particular Semiconductor wafers according to the preamble of claim 1. Two-dimensional substrates can also be insulators, for example or be metal parts.

Eine solche Einrichtung ist aus einer Firmen-Druck schrift der Fa. varian GmbH, Stuttgart, zum Produkt "va rian Modul 5101 CVD-System" bekannt. Dabei handelt es sich um eine Einrichtung zur Einzelbeschichtung von Wa fern. Mit Hilfe einer Belade-Einrichtung werden die Wa fer einer Reaktionskammer zugeführt und dort in einer infrarotbeheizten tellerförmigen Halterung gehalten. Die Reaktionskammer enthält eine gegenüber der Waferhalte rung angeordnete Vorrichtung zur Gaszufuhr, mit deren Hilfe ein Gasgemisch auf den Wafer geleitet wird, wo sich Material aus dem Gasgemisch abscheidet. Such a facility is from a company printing Written by varian GmbH, Stuttgart, on the product "va rian module 5101 CVD system " a device for individual coating of Wa remote. With the help of a loading device, the wa fer fed to a reaction chamber and there in a infrared heated plate-shaped bracket held. The Reaction chamber contains one opposite the wafer hold tion arranged device for gas supply, with the Help a gas mixture is directed onto the wafer where material separates from the gas mixture.

Derartige Einrichtungen zur Einzelbeschichtung von Wa fern werden aus wirtschaftlichen Gründen so konzipiert, daß der Beschichtungsvorgang, d.h. die erforderliche Verweildauer des Wafers in der Kammer möglichst kurz ist. Außerdem wird im Hinblick auf die vorgesehene Ver wendung der Wafer eine möglichst gleichmäßige Beschich tung des Wafers angestrebt.Such devices for individual coating of Wa fern are designed for economic reasons that the coating process, i.e. the required Residence time of the wafer in the chamber as short as possible is. In addition, with regard to the proposed Ver coating the wafer as evenly as possible striving for the wafer.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Einrichtung zur Materialabscheidung aus der Gasphase weiter zu verbessern.The invention is therefore based on the object known device for material separation from the To further improve the gas phase.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung nach dem Ober begriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.This task is done at a facility according to the waiter Concept of claim 1 by its characterizing Features solved.

Die mit der Erfindung vorgeschlagene Ausführung der Sub strathalterung als Drehteller hat den Vorteil, daß eine besonders gleichmäßige Beschichtung erzielt wird, da nicht ganz ideale Verhältnisse in der Gasanströmung und der Beheizung ausgeglichen werden. Nach einer bevorzug ten Ausgestaltung wird die Halterung als bodenloser Tel ler, also nur als Spannring für das Substrat ausgeführt. Dadurch wird ein Temperaturschock vermieden, den ein Substrat erfährt, das auf eine bereits heiße Spannvor richtung aufgelegt wird. Außerdem trägt die damit er zielte direkte Infrarotbestrahlung des Substrats zu ei ner kürzeren Aufheizzeit und damit einer Beschleunigung des Beschichtungsprozesses bei. Eine Ausführung der Vor richtung zur Gaszufuhr als Gasdusche trägt weiterhin zu einer schnellen und gleichmäßigen Beschichtung bei.The proposed embodiment of the sub strathalterung as a turntable has the advantage that a particularly uniform coating is achieved because not quite ideal conditions in the gas flow and the heating can be compensated. After one preferred th embodiment is the bracket as a bottomless phone ler, so only designed as a clamping ring for the substrate. This avoids a temperature shock, the one Substrate experiences that on an already hot clamping device direction is placed. He also wears it with it aimed at direct infrared radiation of the substrate shorter heating-up time and thus acceleration of the coating process. An execution of the pre The direction of gas supply as a gas shower continues to increase a quick and even coating.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is based on a Darge in the drawing presented embodiment explained in more detail.

In der Zeichnung ist schematisch der Aufbau einer erfin dungsgemäßen Einrichtung zur Substratbeschichtung nach einem CVD-Verfahren dargestellt. Die Zeichnung zeigt ein Trägerteil 1, das gemeinsam mit einem haubenförmigen Oberteil 2 eine abgeschlossene Reaktionskammer 3 bildet. Der Trägerteil 1 enthält in einem mittleren Bereich eine Anordnung von Infrarotheizungsmodulen 4. Parallel zu den Heizungsmodulen 4 ist ein zu beschichtendes Substrat 5 angeordnet, das in einer drehbaren, ringförmigen Sub strathalterung 6 gehalten wird. Das Substrat 5 wird um eine Drehachse 7 während des Beschichtungsvorganges ge dreht, wobei die Achse 7 senkrecht zu einer Hauptfläche des Substrats 5 angeordnet ist. Eine dazu erforderliche Lagerung und Antriebseinrichtung für die Substrathalte rung 6 ist nicht dargestellt. Parallel zu der zu be schichtenden Fläche 8 des Substrats 5 ist in einem Ab stand zum Substrat 5 eine Gasdusche 9 angeordnet. Der Gasdusche 9 ist über eine Gasleitung 10 ein Gasgemisch zugeführt, das die auf dem Substrat abzuscheidenden Ma terialien enthält und an der Gasdusche 9 über mehrere düsenartige Auslässe 11 auf das Substrat gerichtet aus strömt.In the drawing, the structure of an inventive device for substrate coating according to a CVD method is shown schematically. The drawing shows a carrier part 1 which, together with a hood-shaped upper part 2, forms a closed reaction chamber 3 . The carrier part 1 contains an arrangement of infrared heating modules 4 in a central region. In parallel to the heating modules 4 , a substrate 5 to be coated is arranged, which is held in a rotatable, annular substrate holder 6 . The substrate 5 is rotated about an axis of rotation 7 during the coating process, the axis 7 being arranged perpendicular to a main surface of the substrate 5 . A necessary storage and drive device for the substrate holding tion 6 is not shown. Parallel to the forming layer to be surface 8 of the substrate 5 is in a stand from the substrate 5, a gas nozzle disposed. 9 The gas shower 9 is supplied via a gas line 10, a gas mixture which contains the materials to be deposited on the substrate and flows from the gas shower 9 through a plurality of nozzle-like outlets 11 directed onto the substrate.

In einem Bereich zwischen der Substrathalterung 6 und der Gasdusche 9 sind mehrere Strahlungsbleche 12 ange ordnet. Diese Strahlungsbleche 12 weisen einen nicht dargestellten großen Ausschnitt auf, so daß der Gasstrom von der Gasdusche 9 zur Substratfläche 8 nicht behindert wird. Die Strahlungsbleche 12 haben die Aufgabe, die hauptsächlich von der Halterung 6 ausgehende Wärmestrah lung abzuschirmen, wodurch sich eine Energieeinsparung für die Infrarotheizung 4 ergibt und vor allem auch eine Aufheizung des Oberteils 2 und sonstiger Komponenten der Einrichtung verringert wird. Außerdem wird durch z.B. Wasserkühlung des Oberteils 2 und der Gasdusche 9 dafür gesorgt, daß diese Einrichtungsteile eine niedrige Temperatur annehmen und dadurch eine Materialabscheidung möglichst vermieden wird.In an area between the substrate holder 6 and the gas shower 9 , a plurality of radiation plates 12 are arranged. These radiation sheets 12 have a large section, not shown, so that the gas flow from the gas shower 9 to the substrate surface 8 is not hindered. The radiation plates 12 have the task of shielding the heat radiation emanating mainly from the holder 6 , which results in energy savings for the infrared heater 4 and, above all, heating of the upper part 2 and other components of the device is reduced. In addition, for example, water cooling of the upper part 2 and the gas shower 9 ensures that these parts of the device assume a low temperature and that material separation is avoided as far as possible.

Weiterhin sind in der Zeichnung eine Dichtungseinrich tung 13 zwischen dem Trägerteil 1 und dem Oberteil 2 der Reaktionskammer 3 dargestellt und Rohrdurchführungen 14 im Trägerteil 1 für den Anschluß einer zur Durchführung des CVD-Prozesses erforderlichen Vakuumpumpe. Schließ lich wird durch den mittleren Teil des Trägerteils 1 und die Substrathalterung 6 mit Substrat 5 ein Heizungsraum 15 gebildet, in dem die Heizungsmodule 4 angeordnet sind. Durch den Trägerteil 1 mündet in diesen Heizungs raum 15 ein Anschlußrohr 16 für die Zufuhr von Inertgas. Das Inertgas wird mit leichtem Überdruck gegenüber dem Gasdruck in der Reaktionskammer 3 zugeführt, füllt den Heizungsraum 15 aus und gelangt über Undichtigkeiten an der sich drehenden Substrathalterung 6 und auch während des Substratwechsels in den übrigen Raum der Reaktions kammer 3 und wird schließlich mit dem Gasgemisch über die Rohrdurchführung 14 abgesaugt. Mit der beschriebenen Inertgas-Spülung wird erreicht, daß das über die Leitung 10 zugeführte Gasgemisch weitgehend von den Heizungsmo dulen 4 und von der Unterseite des Substrats 5 fernge halten wird und dadurch eine Materialabscheidung unter bleibt.Furthermore, a Dichtungseinrich device 13 between the carrier part 1 and the upper part 2 of the reaction chamber 3 are shown in the drawing and pipe bushings 14 in the carrier part 1 for the connection of a vacuum pump required to carry out the CVD process. Finally, a heating chamber 15 is formed by the central part of the carrier part 1 and the substrate holder 6 with substrate 5 , in which the heating modules 4 are arranged. Through the support part 1 opens into this heating room 15, a connecting pipe 16 for the supply of inert gas. The inert gas is supplied with a slight overpressure compared to the gas pressure in the reaction chamber 3 , fills the heating chamber 15 and passes through leaks on the rotating substrate holder 6 and also during the substrate change in the remaining space of the reaction chamber 3 and is finally over with the gas mixture sucked off the pipe bushing 14 . With the described inert gas flushing it is achieved that the gas mixture supplied via the line 10 is largely held by the Heizungsmo modules 4 and from the underside of the substrate 5 Fernge and thereby a material deposition remains.

In einer praktisch ausgeführten Einrichtung enthält das Oberteil 2 zweckmäßig wenigstens eine schleusenartige Öffnung, über die mit Hilfe einer Substrate-Wechselein richtung beschichtete Substrate entnommen und unbe schichtete Substrate zugeführt werden. Nachdem ein Sub strat in die Halterung eingesetzt ist, beginnt sich die Halterung mit dem Substrat zu drehen, die Infrarothei zung erhitzt das Substrat und auf der zu beschichtenden Fläche scheidet sich Material aus dem über die Gasdusche zuströmenden Gas ab. Eine Drehzahl von etwa 1 bis 30 U/min für die Substrathalterung ist geeignet. Nach Abschluß des Prozesses wird das beschichtete Substrat entnommen.In a practically executed device, the upper part 2 expediently contains at least one lock-like opening, through which coated substrates are removed with the aid of a substrate-changing device and uncoated substrates are supplied. After a substrate is inserted into the holder, the holder begins to rotate with the substrate, the infrared heating heats the substrate and material separates from the gas flowing in via the gas shower on the surface to be coated. A speed of about 1 to 30 rpm is suitable for the substrate holder. After the process is complete, the coated substrate is removed.

Claims

1. Device for material deposition from the gas phase after a CVD (chemical vapor deposition) process on flat substrates, in particular semiconductor wafers, consisting of at least one reaction chamber with a holder for the substrates to be coated, a device for supplying a gas mixture and one Infrared heating device for heating the substrate holder with the substrate, characterized in that the substrate holder ( 6 ) is rotatable by means of a bearing and drive device in an axis of rotation ( 7 ) perpendicular to a main surface of the substrate ( 5 ) and rotated during the coating process is.

2. Device according to claim 1, characterized in that the substrate holder ( 6 ) is guided in a ring and a substrate ( 5 ) held therein is directly and completely exposed to the infrared radiation of the heating device ( 4 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the device for the supply of the gas mixture is a water-cooled gas shower ( 9 ), that is a gas distribution device from which via several nozzle-type outlets ( 11 ) the gas on the substrate ( 5 ) flows out.