DE19832566A1

DE19832566A1 - CVD-Vorrichtung für die Herstellung von Halbleiterbauelementen, ihr Betriebsverfahren und Optimierungsverfahren eines Reinigungsverfahrens für eine Prozeßkammer

Info

Publication number: DE19832566A1
Application number: DE19832566A
Authority: DE
Inventors: Baik-Soon Choi; Jung-Il An; Jin-Sung Kim; Jung-Ki Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: KR19990034410A; GB2331107B; DE19832566C2; KR100253089B1; US20010019896A1; US6432838B1; US6279503B1; US6664119B2; TW376537B; CN1117887C; JP4005229B2; GB2331107A; GB9812786D0; JPH11145067A; CN1215764A

Description

Die Erfindung betrifft eine CVD-Vorrichtung (CVD: Chemical Vapor Deposition, chemische Abscheidung aus der Gasphase) für die Herstellung von Halbleiterbauelementen, ein Verfahren zum Optimieren des Reinigungsverfahrens für eine Prozeßkammer und insbesondere das In-Situ-Reinigen einer Prozeßkammer nach der Bearbeitung von Halbleiter-Wafern unter Verwendung eines Restgasanalyse-Quadrupolmassenspektrometers (RGA-QMS).

Im allgemeinen werden Halbleiterbauelemente in einer Prozeßkammer unter vorbestimmten Prozeßbedingungen hergestellt. Insbesondere wird, wenn ein CVD-Verfahren auf einem Halbleiter- Wafer durchgeführt wird, eine vorbestimmte Schicht nicht nur auf dem Wafer sondern auch auf der Innenwand der Prozeßkammer und auf einem Träger für die Wafer zum Transportieren derselben zwischen der Prozeßkammer und einer Schleusenkammer und zum Aufbewahren derselben ausgebildet. Aus diesen Schichten können Teilchen austreten, die während des Herstellungsverfahrens zu Defekten auf den Wafern führen können, da die Schichten während des Beladens/Entladens der Wafer eine Spannung erfahren.

Um diese Defektquelle zu minimieren, werden in vorbestimmten Zeitabständen präventive Wartungsarbeiten (PM, Preventing Maintenance) wiederholt durchgeführt, wodurch jedoch die Produktivität für die Halbleiterbauelemente verschlechtert wird, da das Herstellungsverfahren dafür unterbrochen werden muß.

Aus Fig. 1 ist ein herkömmlicher PM-Ablauf für eine Hauptprozeßkammer ersichtlich. Zuerst wird nach Durchführung eines vorbestimmten Verfahrens auf den Halbleiter-Wafern das System abgekühlt. Nachdem die Prozeßkammer vollständig abgekühlt ist, werden die einzelnen Kammern der Prozeßkammer herausgenommen und einem Naßätzverfahren (Reinigen) unterworfen. Das Naßätzverfahren verwendet im allgemeinen Verbindungen, wie HF-Gruppen, um Polysiliziumschichten oder Siliziumnitridschichten in den Prozeßkammern zu entfernen. Dann werden die entfernten Kammern wieder in der Prozeßkammer angeordnet, und durch Betätigen einer Vakuumpumpe wird eine Vakuumprüfung durchgeführt. Eine Verfahrensüberprüfung wird durchgeführt, um festzustellen, ob die Prozeßkammer für ein neues Verfahren bereit ist, und ob die Prozeßbedingungen für das nächste Verfahren voreingestellt sind.

Das oben beschriebene PM-Verfahren weist jedoch Probleme derart auf, daß es sehr aufwendig und teuer ist und eine Dauer von mehr als 24 Stunden erfordert. Deshalb wird, um diese Probleme zu vermeiden, ein Plasmaätzverfahren unter Verwendung von NF₃ und CF₄-Gas anstatt eines Naßätzverfahrens durchgeführt, es werden thermische Schock-Techniken verwendet, um die in der Kammer gebildeten Schichten mittels thermischer Spannungen zu entfernen, oder es wird ein Trockenätzverfahren unter Verwendung von ClF₃, BrF₅ durchgeführt.

Trotz Anwendung dieser Verfahren müssen die Kammern weiterhin entfernt und dann wieder eingebaut werden, so daß das Verfahren immer noch sehr teuer und aufwendig ist sowie viel Zeit in Anspruch nimmt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine CVD-Vorrichtung für die Herstellung von Halbleiterelementen bereit zustellen, bei der eine Prozeßkammer In-Situ gereinigt wird und bei der die oben beschriebenen von den Nachteilen und Beschränkungen des Standes der Technik herrührenden Probleme vermieden werden.

Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Optimieren des Reinigens einer Prozeßkammer bereitzustellen.

Um dies zu erreichen, weist die erfindungsgemäße CVD- Vorrichtung auf: eine Prozeßkammer, in der ein Beschichtungsverfahren für die Herstellung von Halbleiterbauelementen durchgeführt wird; eine Mehrzahl von Prozeßgas-Versorgungsleitungen zum Einleiten von Prozeßgasen in die Kammer; eine Gasentsorgungsleitung zum Entfernen des verbrauchten Gases aus der Prozeßkammer mittels einer Pumpvorrichtung nach Beendigung des Verfahrens; eine Reinigungsgas-Versorgungsleitung zum Einleiten eines Reinigungsgases in die Kammer; ein mit der Prozeßkammer verbundenes Prüfsystem zum Sammeln einer Stichprobe des Gases in derselben mittels Druckdifferenz; und einen Gasanalysator zum Analysieren des in dem Prüfsystem gesammelten Gases.

Vorzugsweise ist die Prozeßkammer eine Niederdruck-CVD-Kammer (LPCVD, Low Pressure CVD), die eine abgedichtete äußere Kammer und in dieser eine nach oben offene, innere Kammer aufweist. Das Reinigungsgas ist ClF₃-Gas, die Reinigungsgas- Versorgungsleitung ist mit der inneren Kammer verbunden, und das Prüfsystem ist mit der äußeren Kammer verbunden.

In dem Prüfsystem ist eine derartige Öffnung vorgesehen, daß der Druck in derselben der gleiche ist, wie der in der Prozeßkammer, und das Prüfsystem weist ein erstes Ventil, ein zweites Ventil, ein erstes Absperrventil, ein zweites Absperrventil, ein drittes Absperrventil und ein Endventil auf, die in dieser Reihenfolge beginnend am Anschluß an die äußere Kammer vorgesehen sind.

In der Sammelvorrichtung ist ferner eine Spülgas- Versorgungsleitung vorgesehen. Die Spülgas-Versorgungsleitung der Sammelvorrichtung ist mit dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil der Spülgas-Versorgungsquelle verbunden, und zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil sind ferner ein drittes Ventil und ein viertes Ventil vorgesehen. Eine Manometerkammer und eine Prüfpumpe sind ferner zwischen dem ersten Absperrventil und dem zweiten Absperrventil der Sammelvorrichtung angeordnet, um den Druck in dem Prüfsystem zu steuern.

Ferner ist eine Abscheidevorrichtung zum Reinigen/Erschöpfen des durch die Pumpvorrichtung der Gasentsorgungsleitung hindurchtretenden verbrauchten Gases vorgesehen.

Der Gasanalysator weist ein Restgasanalyse-Quadrupol massenspektrometer mit einem Massenanalysator, einer Turbomolekularpumpe und einer Ausheizpumpe auf, was unter umweltbezogenen Gesichtspunkten bevorzugt wird.

Ferner wird ein Betriebsverfahren für die erfindungsgemäße CVD- Vorrichtung für die Herstellung von Halbleiterbauelementen bereitgestellt, wobei die CVD-Vorrichtung aufweist: eine Prozeßkammer, in der ein Beschichtungsverfahren für die Herstellung von Halbleiterbauelementen durchgeführt wird; eine Mehrzahl von Prozeßgas-Versorgungsleitungen zum Einleiten von Prozeßgasen in die Kammer; eine Gasentsorgungsleitung zum Entfernen des verbrauchten Gases aus der Prozeßkammer mittels einer Pumpvorrichtung nach Beendigung des Verfahrens; eine Reinigungsgas-Versorgungsleitung zum Einleiten eines Reinigungsgases in die Kammer; ein mit der Prozeßkammer verbundenes Prüfsystem zum Sammeln einer Stichprobe des Gases in derselben mittels Druckdifferenz; und einen Gasanalysator zum Analysieren des in dem Prüfsystem gesammelten Gases, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Sammeln einer Stichprobe des Gases aus der Prozeßkammer in dem Prüfsystem b) Ausheizen, um den anfänglichen Hintergrunddruck in dem Gasanalysator unter einen vorbestimmten Wert zu bringen; c) Durchführen einer Verunreinigungsanalyse für jede der Prozeßgas-Versorgungsleitungen; d) Durchführen eines vorbestimmten Verfahrens für die Halbleiter-Wafer in der Prozeßkammer; e) Entladen der Wafer, nachdem das vorbestimmte Verfahren für die Halbleiter-Wafer beendet ist, und Abpumpen des verbrauchten Gases aus der Prozeßkammer; und f) Reinigen des Inneren der Prozeßkammer während ein Reinigungsgas In-Situ in diese eingeleitet wird.

Das Prüfsystem und der Gasanalysator werden vor dem Sammeln einer Stichprobe des Gases kontinuierlich unter Verwendung eines Spülgases gespült, was insbesondere vorteilhaft für die Präzision des Gasanalysators ist, und die Verunreinigungsanalyse der Prozeßgas-Versorgungsleitungen wird durchgeführt, indem die voneinander isolierten Prozeßgas- Versorgungsleitungen mit Stickstoffgas durchspült und dabei auf ein Leck geprüft werden. Vorzugsweise ist das Herstellungsverfahren der Halbleiter-Wafer ein derartiges, bei dem eine Schicht, wie z. B. Silizium, auf die Wafer aufgebracht wird, und das Reinigungsverfahren durch gleichmäßiges Einleiten von Stickstoffgas und ClF₃-Gas als Reinigungsgase durchgeführt wird, während der Druck und die Temperatur in der Prozeßkammer konstant gehalten werden, so daß das Ende des Reinigungsverfahrens einfach festgestellt werden kann.

Das Verfahren weist ferner Schritte auf, in denen die Teilchen in der Prozeßkammer vor bzw. nach dem Reinigungsverfahren gemessen werden, und das Verfahren weist auch Schritte auf, in denen Metallverunreinigungen und Ionenverunreinigungen in der Prozeßkammer vor bzw. nach dem Reinigungsverfahren gemessen werden, so daß die Wirkung des Reinigungsverfahrens bestimmt werden kann.

Gemäß eines anderen Gesichtspunktes der Erfindung weist ein Verfahren zum Optimieren eines In-Situ durchgeführten Reinigungsverfahrens für die Prozeßkammer, nachdem ein vorbestimmtes Verfahren für in der Prozeßkammer angeordnete Wafer durchgeführt wurde, unter Verwendung der oben beschriebenen Vakuumvorrichtung folgende Schritte auf: a) Reinigen der Prozeßkammer durch Einleiten einer vorbestimmten Menge von Stickstoffgas und ClF₃ als Reinigungsgase, während ein konstanter Druck und eine konstante Temperatur in der Prozeßkammer aufrechterhalten werden, nachdem ein vorbestimmtes Verfahren für die Halbleiter-Wafer durchgeführt wurde, bis der Gasanalysator das Ende des Reinigungsverfahrens festgestellt hat; und b) nachdem das gleiche vorbestimmte Verfahren für andere Halbleiter-Wafer durchgeführt wurde: Reinigen der Prozeßkammer durch Einleiten einer vorbestimmten Menge von Stickstoffgas und ClF₃ als Reinigungsgase bei verändertem Druck und veränderter Temperatur in der Prozeßkammer, bis der Gasanalysator das Ende des Reinigungsverfahrens festgestellt hat.

Vorzugsweise wird das Ende des Reinigungsverfahrens vom Gasanalysator durch den Schnittpunkt der Konzentrationskurve eines Ätzgases mit der Konzentrationskurve der Ätzprodukte bestimmt.

Erfindungsgemäß werden von der Prüfvorrichtung und von dem Gasanalysator bei der Durchführung eines vorbestimmten Verfahrens für einen Halbleiter-Wafer und bei dem In-Situ- Reinigungsverfahren für die Prozeßkammer unter Verwendung von ClF₃-Gas die Mechanismen exakt aufgezeichnet, so daß das Reinigungsverfahren optimiert werden kann, so daß ferner das Verfahren vereinfacht werden kann und die Produktivität verbessert werden kann.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm des herkömmlichen Reinigungsverfahrens der Prozeßkammer der herkömmlichen CVD- Vorrichtung zum Herstellen von Halbleiterbauelementen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der CVD-Vorrichtung zum Herstellen von Halbleiterbauelementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm der Prozeßanalyse und des Reinigungsverfahrens für die aus Fig. 2 ersichtliche CVD- Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein Gasanalyse-Diagramm für das Speicherpolysilizium- Aufbringverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 ein Gasanalyse-Diagramm für das Reinigungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Auftragung der Ätzrate bei dem Reinigungsverfahren gegen den Innendruck der Prozeßkammer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine Auftragung der Ätzrate bei dem Reinigungsverfahren gegen die Innentemperatur der Prozeßkammer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 8 eine Auftragung der Ätzrate bei dem Reinigungsverfahren gegen den ClF₃-Fluß in der Prozeßkammer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Im folgenden wird detailliert auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eingegangen, die auch aus der Zeichnung ersichtlich sind.

Aus Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der CVD- Vorrichtung zum Herstellen von Halbleiterbauelementen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Eine Prozeßkammer 10 weist eine Doppelkammer, d. h. eine Außenkammer 14 und eine Innenkammer 16, auf. In der Prozeßkammer 10 werden verschiedene Verfahren, wie Beschichtungsverfahren, Plasmaverfahren, Diffusionsverfahren, CVD-Verfahren usw., durchgeführt. Unter der Prozeßkammer ist eine Schleusenkammer 12 angeordnet, und ein Träger 18 zum Halten der zu bearbeitenden Wafer ist derart angeordnet, daß er mittels einer Hubvorrichtung 20 zwischen der Prozeßkammer 10 und der Schleusenkammer 12 hin und her bewegt werden kann.

Eine Gas-Versorgungsleitung 22 zum Einleiten von Gas während des Verfahrens ist mit der Unterseite der Innenkammer 16 sowie über Ventile 32, 34, 36, 38, 40 mit einer SiH₄-Quelle 24, einer PH₃-Quelle 26, einer N₂-Quelle 28 bzw. einer ClF₃-Quelle 30 verbunden. Die ClF₃-Quelle 30 dient als Reinigungsgas-Quelle und wird weiter unten beschrieben.

Die Gas-Versorgungsleitung 22 kann voneinander getrennte Leitungen für jedes Prozeßgas oder jedes Reinigungsgas aufweisen.

Das nach dem Verfahren verbrauchte Gas wird mittels einer Pumpe 44 durch eine Abpumpleitung 42 hindurch abgepumpt und mittels einer Abscheidevorrichtung gereinigt.

Um den Ablauf der in der Prozeßkammer 10 stattfindenden Gasänderung zu messen, ist in der Außenkammer 14 ein Prüfanschluß 48 vorgesehen, der mit einer Prüfvorrichtung 50 mittels einer flexiblen Verbindung 52 verbunden ist. Die Prüfleitung 54 der Prüfvorrichtung 50 ist aus Edelstahl und elektropoliert, und ihr Durchmesser beträgt 3/8 Zoll (ca. 0,95 cm). Entlang der Prüfleitung 54 sind ein erstes Ventil 62, ein zweites Ventil 66, ein erstes Absperrventil 68, ein zweites Absperrventil 70, ein drittes Absperrventil 72 und ein Endventil 74 in dieser Reihenfolge angeordnet. Der Durchmesser der Öffnung des ersten Absperrventils 68 bzw. des zweiten Absperrventils 70 beträgt jeweils 100 µm, und der Durchmesser der Öffnung des dritten Absperrventils 72 beträgt 250 µm.

Die Prüfvorrichtung 50 weist eine N₂-Quelle 56 auf, so daß jederzeit Spülgas bereitgestellt werden kann, selbst wenn kein Prüfverfahren durchgeführt wird, und die von der N₂-Quelle 56 kommende Leitung verzweigt sich mittels eines T-Stücks 58, wobei ein Ende mit dem ersten Ventil 62 verbunden ist und das andere Ende mit dem zweiten Ventil 66 verbunden ist. Ferner ist eine Ionenröhre 76 zwischen dem ersten Absperrventil 68 und dem zweiten Absperrventil 70 angeordnet. Zwischen diesen beiden Ventilen weist die Prüfleitung 54 eine Abzweigung auf, die durch die Prüfpumpe 90 hindurchführt und mit der Abscheidevorrichtung 46 verbunden ist.

Die das Endventil 74 aufweisende Prüfleitung 54 weist einen Gasanalysator 80 auf, der mit dem hinteren Teil der Prüfleitung verbunden ist. Der Gasanalysator 80 verwendet ein kommerzielles RGA-QMS mit einem Massenspektrometer 84. Die Prüfleitung läuft durch eine Turbomolekularpumpe 86 und eine Ausheizpumpe 88 hindurch und ist mit der Abscheidevorrichtung 46 verbunden. Über dem Massenanalysator 84 ist eine Ionenröhre 82 angeordnet.

Das erfindungsgemäß verwendete ClF₃-Gas ist ein Reinigungsgas, das auch für das Reinigen von Polysilizium, Siliziumnitrid, Siliziumglas und Wolframsilizid verwendet werden kann. Es kann sowohl bei geringen Temperaturen als auch in Plasmen verwendet werden und weist eine besonders gute chemische Selektivität auf, so daß auch in den Bereichen, die von den Plasmen nicht erreicht werden, ein Abätzen stattfindet. Es weist ferner den Vorteil auf, daß die Bildung von Partikeln auf den Wafer- Oberflächen sehr gering ist, und es wird im allgemeinen mit einem inaktiven Gas, wie PN₂, auf eine Konzentration von 20±5 Volumen-% verdünnt. Während ein geringer Druck in der Prozeßkammer gut für ein gleichmäßiges Abätzen der Schichten in der Kammer ist, erhöht ein größerer Anteil des Ätzgases die Ätzrate. Um die gewünschten Ätzraten zu erzielen, ist es besser, die Prozeßkammer vom dem Einleiten von ClF₃ vor Beginn des Verfahrens auf eine Temperatur aufzuheizen, die höher als der Siedepunkt von ClF₃ und vorzugsweise höher als 400°C ist. Da ClF₃ ein sehr aktives Gas ist, kann, falls die Ätzrate zu hoch ist, die Kammer selbst angeätzt werden, so daß die Dicke der Kammer abnimmt, womit die Lebensdauer der Kammer verkürzt wird. Eine Beschädigung des Vakuumsystems kann schon aufgrund geringer Mengen Wassers in dem Gasverteilungssystem auftreten, so daß es sehr wichtig ist, den Spülschritt und/oder die Reinigungszeit für die Prozeßkammer zu steuern.

Ferner werden für die ClF₂-Versorgungsleitung aufgrund der Eigenschaften von ClF₃ Nickel, Monel, Hastelloy, Edelstahl 316 L sowie Polymere verwendet.

Das als Gasanalysator 80 verwendete RGA-QMS ist kommerziell erhältlich und wird derart betrieben, daß das in der Prozeßkammer verwendete Gas oder das darin verbliebene Gas gesammelt wird und mit auf eine Energie von 70 eV beschleunigten Elektronen beschossen wird, so daß das Gas ionisiert wird. Mit diesen Ionen wird ein Massenspektrum erhalten, indem durch das Quadrupol-Massenspektrometer, an dem eine Gleichspannung und eine Wechselspannung anliegen, nur solche Ionen hindurchtreten, die ein vorbestimmtes Verhältnis von Masse zu elektrischer Ladung aufweisen. Durch die somit erhaltene Zusammensetzung der Ionen können die Abläufe in dem Gas bestimmt werden. Das erfindungsgemäß verwendete RGA-QMS ist ein bewegbares System, und anders als bei allgemeinen für Kathodenzerstäubungsverfahren (Sputter-Verfahren) verwendete offene Ionenquellen ist die hier verwendete Ionenquelle eine geschlossene Ionenquelle, so daß es möglich ist Prozeßgase, reine Gase usw. zu analysieren.

Der Prüfdruck wird derart gesteuert, daß er gleichbleibend unter dem Druck der Prozeßkammer liegt, indem in der Prüfvorrichtung 50 eine kritische Öffnung (100/250 µm) verwendet wird.

Aus Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm der Prozeßanalyse und des Reinigungsverfahrens für die aus Fig. 2 ersichtlichen CVD- Vorrichtung ersichtlich, und im folgenden wird detailliert auf Fig. 3 eingegangen.

Zuerst wird eine Prüfung mit dem RGA-QMS durchgeführt. Das heißt, daß der Gasanalysator 80 mit der Prüfvorrichtung verbunden und kontinuierlich N₂-Gas eingeleitet wird, um das RGA-QMS zu spülen, nachdem das erste Ventil 62 und das dritte Ventil 60 geschlossen wurden und das zweite Ventil 66 und das vierte Ventil 64 geöffnet wurden. Dann wird das Gas in der Prozeßkammer 10 gesammelt, nachdem das vierte Ventil 64 geschlossen und das erste Ventil 62 geöffnet wurde. Zu diesem Zeitpunkt kann, falls es erforderlich ist, den Druck in der Prozeßkammer 10 bzw. der Prüfleitung 54 zu messen, dies durch Betreiben der Prüfpumpe 90 basierend auf dem von der Ionenröhre 76 gemessenen Druck durchgeführt werden.

Dann wird das RGA-QMS während eines Ausheizvorgangs betrieben. Das heißt, das nach dem Anordnen eines Quadrupolmassenspektrometers in der RGA-QMS-Kammer (nicht gezeigt) diese ausgeheizt wird, um den Hintergrunddruck zu verringern. Da das RGA-QMS eine Vorrichtung ist, die sehr sensibel auf Verunreinigungen in der Vorrichtung selbst reagiert, wird deren Verunreinigungsgrad aufgrund einer Verunreinigung durch Wasser und Sauerstoff mittels einer Analyse des Hintergrundspektrums bestimmt. Daher wird, wenn das Verunreinigungsniveau hoch ist, die RGA-QMS-Kammer bei ca. 250°C ausgeheizt, und die Prüfevorrichtung wird bei ca. 150°C ausgeheizt, so daß die Verunreinigungen verringert werden. Bei der Durchführung des Ausheizverfahrens wird die Amplitude (PPM) des Partialdrucks jeder molekularen Verunreinigung (H₂O, H₂, O₂, Ar, CO₂ usw.) als Intensität aufgezeichnet, und das Ausgasen der Verunreinigungen wird aufgrund des Ausheizens beschleunigt, so daß der anfängliche Hintergrunddruck in dem RGA-QMS verringert wird.

Die Verunreinigungen in den Gasleitungen werden nacheinander analysiert. Das heißt, daß N₂-Gas mit 500 SCCM isoliert in jede Versorgungsleitung eines jeden Prozeßgases eingelassen wird, um die Versorgungsleitung für jedes Prozeßgas (SiH₄, PH₃, N₂) zu analysieren, und das Gas in der Prozeßkammer wird gesammelt und analysiert, so daß bestimmt werden kann, ob in einer der Gas- Versorgungsleitungen ein Leck besteht.

Dann wird ein vorbestimmtes Verfahren für die Halbleiter-Wafer durchgeführt. Danach findet ein Prüfverfahren zum Analysieren des Verfahren statt. Zu diesem Zeitpunkt kann zum Beispiel beim Aufbringen von Speicher-Polysilizium in einen DRAM-Verfahren ein Prüfen kontinuierlich vor dem Spülen, nach dem Spülen als auch während des Aufbringens stattfinden, indem eine kritische Öffnung in der Prüfvorrichtung des RGA-QMS verwendet wird, so daß diese unter 0,9 Torr (ca. 119,9 Pa), dem Druck der Prozeßkammer, gehalten wird.

Aus Fig. 4 ist eine Gasanalyse für das Speicherpolysilizium- Aufbringverfahren ersichtlich.

Nachdem das vorbestimmte Verfahren für die Halbleiter-Wafer beendet ist und der die Wafer aufweisende Träger aus der Prozeßkammmer entfernt wurde, wird das verbliebene Gas abgepumpt.

Dann wird das ClF₃-In-Situ-Reinigungsverfahren durchgeführt und analysiert. Das heißt, daß für den Fall, daß eine Speichersiliziumschicht mit einer Dicke von 48000 Å aufgebracht wurde, die an der Innenseite der Prozeßkammer haftende Schicht abgeätzt wird, indem N₂-Gas mit 2800 SCCM und ClF₃-Gas mit 700 SCCM in die Prozeßkammer eingeleitet wird.

Dann wird das Reinigungsverfahren optimiert. Das heißt, daß, um das Ende des Reinigungsverfahrens während dessen Durchführung zu bestimmen, das Reinigungsverfahren analysiert wird, indem der Druck und die Temperatur der Prozeßkammer wiederholt und einander abwechselnd verändert werden, während der Fluß des Reinigungsgases konstant bleibt (z. B. N₂-Gas mit 2800 SCCM und ClF₃-Gas mit 700 SCCM).

Wie die Analyse des Speicherpolysilizium-Aufbringverfahrens wird die Bestimmung des Endes des Reinigungsverfahrens während des gesamten Reinigungsverfahrens unter Verwendung einer kritischen Öffnung in der Prüfevorrichtung durchgeführt, die im Druckbereich der Prozeßkammer (z. B. 0,9 bis 1 Torr (119,9 Pa bis 133,3 Pa)) gehalten wird.

Aus Fig. 5 ist eine mit einem RGA-QMS ermittelte Analyse des In-Situ-Reinigungsverfahrens mittels ClF₃ nach Aufbringen eines Speicherpolysiliziums ersichtlich.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, läßt sich das gesamte Reinigungsverfahren im wesentlichen in 3 Schritte aufteilen. Der erste Schritt weist die Vakuumerzeugung und das Spülen vor dem Reinigen auf; und gemäß Fig. 5 entspricht dem ersten Schritt die Zeit von 0 bis 50 Scans. Das Ätzverfahren wird im zweiten Schritt durchgeführt, dem die Zeit von 50 bis etwa 280 Scans entspricht. Der dritte Schritt weist die Vakuumerzeugung und das Spülen nach Beendigung des Ätzens im zweiten Schritt auf; und dem dritten Schritt entspricht die Zeit nach etwa 280 Scans.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, liegt das Ende des Reinigungsverfahrens im Bereich um 280 Scans und ist in der Figur mit einem Pfeil gekennzeichnet. Durch die Einleitung des Reinigungsgases ClF₃ erzeugte F-Radikale und Cl-Radikale ätzen die Silizium aufweisenden Schichten, die auf den Innenwänden der Prozeßkammer gebildet wurden, ab, und insbesondere Ätzmittel zum Ätzen der Polysiliziumschicht, wie HF⁺ (20 amu), F⁺ (19 amu) reagieren aktiv mit Si⁺ während des zweiten Ätzschrittes, so daß als Produkte SiF₃⁺ (85 amu) und SiF⁺ (47 amu) gebildet werden. Das bedeutet, daß der Kreuzungspunkt des Intensitätsverlaufs des Ätzmittels HF⁺ (20 amu) mit dem Intensitätsverlauf des Produktes SiF₃⁺ (65 amu) bei etwa 280 Scans der Bereich des Endes des Reinigungsverfahrens ist.

Durch Durchführung des gleichen Speicherpolysilizium- Aufbringverfahrens und durch Verändern des Drucks und der Temperatur in der Prozeßkammer sowie des Flusses des ClF₃-Gases und Bestimmen des Endes des Reinigungsverfahrens bei den jeweils veränderten Randbedingungen wird die Prozeßdauer für jeden Schritt des Reinigungsverfahrens immer kürzer und optimiert, so daß ein optimaler Druck, eine optimale Temperatur und ein optimaler Fluß erreicht werden. Die Resultate der oben beschriebenen Optimierung sind aus den Fig. 6 bis 8 ersichtlich, wobei Fig. 6 ein Graph ist, in dem die Ätzrate des Reinigungsverfahrens als Funktion des Innendrucks der Prozeßkammer aufgetragen ist, Fig. 7 ein Graph ist, bei dem die Ätzrate des Reinigungsverfahrens als Funktion der Innentemperatur der Prozeßkammer aufgetragen ist, und Fig. 8 ein Graph ist, bei dem die Ätzrate des Reinigungsverfahrens als Funktion des ClF₃-Flusses in der Prozeßkammer aufgetragen ist.

Durch Bestimmen der Partikel in der Prozeßkammer vor bzw. nach dem Reinigungsverfahren wird der Effekt des Reinigens bestimmt, und zusätzlich kann der Effekt des Reinigungsverfahrens bestimmt werden durch Messen der Metall/Ionen-Verunreinigungen, wie Fe, Cr, Ni, Zn, Ti, S, Cl, F, NH₄, usw. mit TXRF (Total X- ray Reflection Fluorescence)/HPIC (High Performance Ion Chromatography) vor bzw. nach dem Reinigungsverfahren.

Deshalb kann erfindungsgemäß die Prozeßkammer In-Situ gereinigt werden, ohne daß sie geöffnet werden muß, so daß die Betriebsdauer der Einrichtigung verlängert ist, die Reinigungszeit verkürzt ist sowie die Produktivität erhöht ist.

Zusätzlich kann erfindungsgemäß das In-Situ-Reinigungsverfahren optimiert werden, so daß die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht ist und die Reinigungszeit verringert ist.

Ferner werden erfindungsgemäß die Verfahren für die Wafer kontinuierlich aufgezeichnet und analysiert, so daß Prozeßstörungen vermieden werden, was die Produktivität erhöht.

Claims

1. CVD-Vorrichtung zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit:
einer Prozeßkammer (10), in der ein Beschichtungsverfahren für die Herstellung von Halbleiterbauelementen durchgeführt werden kann;
einer Mehrzahl von Prozeßgas-Versorgungsleitungen zum Einleiten von Prozeßgasen in die Prozeßkammer (10);
einer Abpumpleitung (42) zum Abpumpen des verbrauchten Gases aus der Prozeßkammer (10) mittels einer Pumpvorrichtung (44) nach dem Verfahren;
einer Reinigungsgas-Versorgungsleitung zum Einleiten eines Reinigungsgases in die Prozeßkammer (10);
einer mit der Prozeßkammer (10) verbundenen Prüfvorrichtung (50) zum Sammeln von Gas mittels Druckunterschied; und
einem Gasanalysator (80) zum Analysieren des gesammelten Gases in der Prüfvorrichtung (50).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Prozeßkammer (10) eine Niederdruck-CVD-Kammer ist, die eine abgedichtete Außenkammer (14) und eine in dieser angeordnete nach oben offene Innenkammer (16) aufweist, wobei das Reinigungsgas ClF₃ ist und die Reinigungsgas-Versorgungsleitung mit der Innenkammer (16) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Prozeßkammer (10) eine Niederdruck-CVD-Kammer ist, die eine abgedichtete Außenkammer (14) und eine in dieser angeordnete nach oben offene Innenkammer (16) aufweist, wobei die Prüfvorrichtung (50) mit der Außenkammer (14) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine kritische Öffnung in der Prüfvorrichtung (50) derart vorgesehen ist, daß der Druck in derselben auf dem gleichen Wert wie der in der Prozeßkammer (10) gehalten wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Prüfvorrichtung (50) ein erstes Ventil (62), ein zweites Ventil (66), ein erstes Absperrventil (68), ein zweites Absperrventil (70), ein drittes Absperrventil (72) und ein Endventil (74) aufweist, die in dieser Reihenfolge beginnend an der Anbringung der Prüfvorrichtung (50) an der Außenkammer (14) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei in der Prüfvorrichtung (50) eine Spülgas-Versorgungsleitung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Spülgasquelle (56) mittels der Spülgas-Versorgungsleitung mit dem ersten Ventil (62) und dem zweiten Ventil (66) verbunden ist, wobei zwischen der Prüfvorrichtung (50) und dem ersten Ventil (62) sowie zwischen der Prüfvorrichtung (50) und dem zweiten Ventil (66) ein drittes Ventil (60) bzw. ein viertes Ventil (64) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Vakuumröhre (76) und eine Prüfpumpe (90) zwischen dem ersten Absperrventil (68) und dem zweiten Absperrventil (70) der Prüfvorrichtung (50) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Öffnungen des ersten Absperrventils (68), des zweiten Absperrventils (70) bzw. des dritten Absperrventils (72) der Prüfvorrichtung (50) im Durchmesser 100 µm, 100 µm bzw. 250 µm betragen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine Abscheidevorrichtung (46) zum Reinigen des verbrauchten Gases, das durch die Pumpvorrichtung (44) der Abpumpleitung (42) hindurchtritt, vorgesehen ist, wobei das durch die Prüfpumpe (90) hindurchtretende Gas mittels der Abscheidevorrichtung (46) gereinigt/erschöpft wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gasanalysator (80) ein Restgasanalyse-Quadrupolmassenspektrometer (RGA-QMS) mit einem Massenanalysator (84), einer Turbomolekularpumpe (86) und einer Ausheizpumpe (88) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine Abscheidevorrichtung (46) zum Reinigen des durch die Pumpvorrichtung der Abpumpleitung (42) und durch den Gasanalysator (80) hindurchtretenden, verbrauchten Gases vorgesehen ist, das von der Abscheidevorrichtung (46) gereinigt/erschöpft wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Prüfvorrichtung (50) Leitungen aus Edelstahl verwendet, die elektropoliert sind.

14. Betriebsverfahren für eine CVD-Vorrichtung zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, wobei die CVD-Vorrichtung aufweist:
eine Prozeßkammer (10); eine Mehrzahl von Prozeßgas- Versorgungsleitungen zum Einleiten von Prozeßgasen in die Prozeßkammer (10); eine Abpumpleitung (42) zum Entfernen verbrauchten Gases aus der Prozeßkammer (10) nach einem in dieser durchgeführten Verfahren; eine Reinigungsgas- Versorgungsleitung zum Einleiten von Reinigungsgas in die Prozeßkammer (10); eine mit der Prozeßkammer (10) verbundene Prüfvorrichtung (50); und einen Gasanalysator (80) zum Analysieren des gesammelten Gases in der Prüfvorrichtung (50), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) Sammeln einer Stichprobe des Gases aus der Prozeßkammer (10) in der Prüfvorrichtung (50);
b) Ausheizen und damit Ausgasen, um den anfänglichen Hintergrunddruck des Gasanalysators (80) unter einen vorbestimmten Wert zu bekommen;
c) Durchführen einer Verunreinigungsanalyse für jede Prozeßgas-Versorgungsleitung;
d) Durchführen eines vorbestimmten Verfahrens für die Halbleiter-Wafer in der Prozeßkammer (10);
e) Entladen der Wafer nach dem obigen vorbestimmten Verfahren und Abpumpen des verbrauchten Gases aus der Prozeßkammer (10); und
f) Reinigen des Inneren der Prozeßkammer (10) während eines In-Situ-Einleitens eines Reinigungsgases in die Prozeßkammer (10).

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Reinigungsgas ClF₃ ist, und der Gasanalysator (80) ein RGA-QMS mit einem Massenspektrometer ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15; wobei die Prüfvorrichtung (50) und der Gasanalysator (80) kontinuierlich unter Verwendung eines Spülgases gespült werden, bevor das Prüfen durchgeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei in der Prüfvorrichtung (50) eine derartige Öffnung vorgesehen ist, daß der Druckbereich in der Prüfvorrichtung (50) auf gleichen Niveau wie der in der Prozeßkammer (10) gehalten wird.

18. Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Prüfpumpe (90), die eine von der zum Gasanalysator (80) führenden Leitung verschiedene Pumpleitung aufweist, in der Mitte der Prüfvorrichtung (50) derart angeordnet ist, daß mit der Prüfpumpe (90) der Druck des Prüfgases steuerbar ist.

19. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Verunreinigungsanalyse der Prozeßgas-Versorgungsleitung mittels dem Durchfluß von Stickstoffgas durch die einzelnen voneinander getrennten Prozeßgas-Versorgungsleitungen durchgeführt wird, wodurch auf ein Leck geprüft wird.

20. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Herstellungsverfahren ein Verfahren ist, bei dem eine Silizium aufweisende Schicht auf einem Wafer ausgebildet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Reinigungsverfahren durchgeführt wird, indem gleichmäßig Stickstoffgas und ClF₃-Gas als Reinigungsgas eingeleitet werden, während der Druck und die Temperatur in der Prozeßkammer (10) jeweils konstant gehalten werden.

22. Verfahren nach Anspruch 14, das Schritte aufweist, in denen Partikel in der Prozeßkammer (10) vor bzw. nach dem Reinigungsverfahren gemessen werden.

23. Verfahren nach Anspruch 14 mit Schritten, in denen Metall /Ionen-Verunreinigungen in der Prozeßkammer (10) vor bzw. nach dem Reinigungsverfahren gemessen werden.

24. Verfahren zum Optimieren eines nach der Bearbeitung eines Wafers in einer Prozeßkammer (10) durchgeführten In-Situ- Reinigungsverfahrens, wobei eine Reinigungsgas- Versorgungsleitung zum Einleiten von Reinigungsgas in die Prozeßkammer (10), eine mit der Prozeßkammer (10) verbundene Prüfvorrichtung (50) und ein Gasanalysator (80) zum Analysieren des Prüfgases in der Prüfvorrichtung (50) vorgesehen sind, und das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) Durchführen eines vorbestimmten Verfahrens für die in der Prozeßkammer (10) angeordneten Halbleiter-Wafer; und danach
Reinigen der Prozeßkammer (10) durch Einleiten einer vorbestimmten Menge von Stickstoffgas und ClF₃ als Reinigungsgas während in der Prozeßkammer (10) ein konstanter Druck und eine konstante Temperatur aufrecht erhalten werden, bis der Gasanalysator (80) das Ende des Reinigungsverfahrens ermittelt hat; und
b) Durchführen des gleichen vorbestimmten Verfahrens für die in der Prozeßkammer (10) angeordneten Halbleiter-Wafer wie in a); und danach
Reinigen der Prozeßkammer (10) durch Einleiten einer vorbestimmten Menge von Stickstoffgas und ClF₃ als Reinigungsgas, wobei in der Prozeßkammer (10) der Druck und die Temperatur gegenüber den Werten im Schritt a) verändert sind, bis der Gasanalysator (80) das Ende des Reinigungsverfahrens ermittelt hat.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Ende des Reinigungsverfahrens mit Hilfe des Schnittpunktes der Intensität des Ätzgases mit der Intensität der Ätzprodukte bestimmt wird.