Реактор для плазменного осаждения

 

Использование: изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для плазменного осаждения материалов в микроэлектронике. Сущность изобретения: редактор содержит корпус в виде трубы, на одном конце которого размещен патрубок для откачки реактора, а на другом - герметизирующая крышка. ВЧ-электроды размещены с внешней стороны корпуса, экранирующий элемент в виде диска из осаждаемого материала размещен внутри корпуса перед патрубком для откачки реактора. 1 ил. , 2 табл.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано при конструировании установок для плазменного осаждения материалов в микроэлектронике, в частности при формировании антиадгезионных покрытий на фотошаблонах.

Известны реакторы объемного типа с корпусом в виде трубы, выполненным из диэлектрического материала. Они широко применяются в установках, используемых для плазменных обработок подложек, причем как для проведения процессов травления материалов или удаления фоторезиста, так и для осаждения слоев материалов (Плазменная технология в производстве СБИС. Под ред. Н. Айнсбрука и Д. Брауна. Пер. с анг. , М. : Мир. 1987, с. 170). Преимуществом этого типа реактора является простота их конструкции и высокая производительность реализуемых с их помощью плазменных обработок.

Недостатком этих реакторов является неравномерность осаждаемых пленок.

Известно устройство планарного реактора для процессов плазменного осаждения (заявка Японии N 60-123033, кл. Н 01 L 21/301, опубл. 1985), содержащее размещенные внутри заземленного корпуса плоскопараллельные ВЧ-электрод-подложкодержатель и заземленный электрод, выполненный в виде конуса из осаждаемого материала и размещенный над обрабатываемой подложкой. Преимущество данного реактора заключается в высокой равномерности осаждаемых пленок, но подобные системы отличаются низкой производительностью из-за малого количества одновременно обрабатываемых подложек.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является известное устройство реактора объемного типа для плазменных обработок (Новейшая полупроводниковая технология. Плазменные методы формирования конфигураций элементов полупроводниковых приборов и интегральных схем. М. , ОНТИ, 1979, с. 42-52), содержащее корпус в виде трубы из диэлектрического материала, на одном конце которого выполнен патрубок для откачки реактора, герметизирующую крышку на втором конце трубы. ВЧ-электроды, размещенные с внешней стороны корпуса, патрубки для ввода рабочих газов, размещенные внутри корпуса, и кассеты для обрабатываемых подложек.

Это наиболее простой по конструкции и традиционный реактор, используемый в полупроводниковом производстве для плазменных обработок (главным образом для удаления фоторезиста с полупроводниковых подложек после проведения фотолитографических процессов). Он позволяет получить наиболее высокую производительность плазменных обработок. Однако он непригоден для реализации процессов плазменного осаждения материалов из-за высокой неравномерности формируемых пленок и существенной зависимости скорости осаждения от количества одновременно обрабатываемых подложек (так называемый загрузочный эффект), что приводит к низкой воспроизводимости плазменных обработок.

Цель изобретения - повышение равномерности осаждаемых пленок и воспроизводимости процессов плазменного осаждения.

Цель достигается тем, что реактор для плазменного осаждения, включающий корпус в виде трубы, на одном конце которой выполнен патрубок для откачки реактора, герметизирующую крышку на втором конце корпуса, патрубки для ввода рабочих газов, размещенные с внешней стороны корпуса ВЧ-электроды, дополнительно содержит экранирующий элемент, выполненный в виде диска из осаждаемого материала и размещенный внутри корпуса перед патрубком для откачки реактора, при этом диаметр экранирующего элемента составляет 0,66-0,98 внутреннего диаметра корпуса.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Реактор содержит корпус 1 в виде цилиндрической трубы. На одном конце корпуса выполнен патрубок 2 для откачки реактора. Герметизирующая крышка 3 размещена на другом конце трубы. ВЧ-электроды 4 размещены с внешней стороны корпуса, патрубки 5 для ввода газовых реагентов - внутри корпуса перед герметизирующей крышкой, кассета 6 для обрабатываемых подложек во время обработок расположена внутри трубы. Экранирующий элемент 7 в виде диска из осаждаемого материала размещен перед патрубком 2 для откачки реактора.

Устройство работает следующим образом.

В кассету 6 загружают обрабатываемые подложки (это могут быть кремниевые пластины или фотошаблоны), затем кассету 6 загружают в корпус 1 реактора, закрывают реактор герметизирующей крышкой 3. Через патрубок 2 для откачки реактора производят вакуумную откачку. Вводят газовые реагенты в реактор через патрубки 5, подают ВЧ-напряжение на ВЧ-электроды 4, и в реакторе зажигается плазма тлеющего разряда. В результате химических взаимодействий активных частиц плазмы в разряде, на стенках корпуса реактора 1, кассете 6, экранирующем элементе 7 и на поверхности обрабатываемых подложек происходит осаждение пленки. Наличие экранирующего элемента 7 перед патрубком 2 откачки резко повышает равномерность и воспроизводимость процесса осаждения. Очень важно, чтобы экранирующий элемент был выполнен из того же материала, что и формируемая пленка.

В табл. 1 представлены сравнительные данные о зависимости результатов проведения процессов осаждения антиадгезионных пленок фторуглеродных соединений (толщиной 10 нм) на фотошаблонах при обработках в реакторах, имеющих конструкции прототипа и заявляемого устройства. Технологические параметры горения плазмы были абсолютно идентичны: давление в реакторе 20-25 Па, мощность разряда 300-350 Вт, расход газового реагента 3-5 л/ч. В качестве прототипа использовался серийный реактор установки 08ПХО-100Т-001 с обрезанными коллекторными трубками. В качестве заявляемого технического решения - тот же реактор с размещенным перед патрубком откачки экранирующим диском из фторопласта, диаметр которого составлял 0,98 внутреннего диаметра реактора.

Таким образом, введение дополнительного экранирующего элемента из осаждаемого материала позволяет в 3-6 раз увеличить равномерность осаждения слоев антиадгезионного покрытия (фторопласта), в 3 раза увеличить загрузку в реактор и в 3-6 раз повысить скорость процесса осаждения по сравнению с прототипом. Размещение элементов из осаждаемого материала в непосредственной близости от обрабатываемых подложек, например в кассете, хотя и позволяет повысить скорость осаждения в 2-4 раза, но не позволяет существенно повысить равномерность осаждения слоев, она возрастала на 5-8% . Если же экранирующий элемент выполнен, например, из кварца, то скорость осаждения по сравнению с прототипом не увеличивается и равномерность осаждения повышается незначительно на 20-25% .

Таким образом, экранирующий элемент в заявляемом устройстве выполняет следующие функции: во-первых, служит дополнительным источником химически активных частиц, из которых формируется пленка, а во-вторых, оптимизирует газовые потоки в реакторе.

Если диаметр экранирующего элемента составляет меньше чем 0,66 внутреннего диаметра корпуса, то повышение равномерности в реакторе практически не наблюдается и скорость осаждения слоя незначительно (25-50% ) превышает скорость осаждения, достигаемую при использовании прототипа.

Если диаметр экранирующего элемента больше, чем 0,98 внутреннего диаметра корпуса, то существенно замедляется откачка реактора (ее скорость падает в 3-10 раз), что не позволяет использовать реактор для процессов осаждения.

Для получения поставленного технического результата необходимо, чтобы диаметр экранирующего элемента составлял 0,66-0,98 внутреннего диаметра корпуса.

Заявляемое устройство было реализовано следующим образом.

П р и м е р 1. В известном реакторе установки 08ПХО 100Т-001 с корпусом в виде кварцевой трубы с внутренним диаметром 198 мм и внешними емкостными ВЧ-электродами устанавливают экранирующий элемент в виде фторопластового диска диаметром 195 мм, толщиной 40 мм на расстоянии 7-35 мм от патрубка откачки.

Реактор используют для осаждения антиадгезионной пленки фторопласта на фотошаблонах путем обработки в плазме димергексафторпропилена.

П р и м е р 2. В стандартном реакторе установки 08ПХО-100Т-001, выполненном в виде кварцевой трубы с внутренним диаметром 198 мм и внешними емкостными ВЧ-электродами, устанавливают элемент в виде графитового диска с металлическими ножками для центровки элемента в реакторе, диаметр диска 133-188 мм, толщина 10-20 мм, диск устанавливают на расстоянии 5-20 мм от патрубка откачки.

Реактор используют для осаждения антиадгезионной пленки графита на фотошаблонах (квадратные стекла со стороной 100-127 мм) путем обработки в плазме толуола.

В табл. 2 представлены зависимости равномерности осаждения пленок, длительности протекания процесса, предельной загрузки в реактор и изменения скорости осаждения при снижении количества обрабатываемых подложек в 2 раза от отношения диаметров экранирующего элемента и реактора.

Как видно из табл. 1, введение экранирующего элемента в конструкцию реактора позволяет по сравнению с прототипом увеличить равномерность осаждения слоев, повысить скорость процесса осаждения и увеличить загрузку в реактор. (56) Заявка Японии N 60-123033, кл. Н 01 L 21/302, 1985.

Appl. Phys. , 1978, v. 47, N 15, р. р. 490-3.

Формула изобретения

РЕАКТОР ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ, включающий корпус в виде трубы с патрубком для откачки реактора на одном конце и герметизирующей крышкой на другом, патрубки ввода рабочих газов, ВЧ-электроды, размещенные с внешней стороны корпуса, отличающийся тем, что он дополнительно содержит экранирующий элемент, выполненный в виде диска из осаждаемого материала и размещенный в корпусе перед патрубком для откачки реактора, при этом диаметр экранирующего элемента составляет 0,66 - 0,98 внутреннего диаметра корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3