DE69827734T2 - Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Ansaugluft einer CVD-Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Ansaugluft einer CVD-Vorrichtung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Ansaugluft einer CVD-Vorrichtung.
  • Feine Partikel oder Chemikalien können hochintegrierte Halbleitervorrichtungen bei der Fertigung verunreinigen, was die Qualität mindert. Insbesondere bei einer in sehr hohem Maß integrierten Halbleitervorrichtung, wie einem 1 Gb DRAM mit einer Linienbreite von 0,18 μm, können Betriebsstörungen durch feine Partikel oder Chemikalien beim Fertigungsprozess in unerwartetem Bereich auftreten. Daher ist große Sorgfalt in Hinblick auf Partikelverunreinigungen erforderlich, um Partikelverunreinigungen zu unterdrücken, und Neubewertung von herkömmlichen Halbleiterherstellungsvorrichtungen ist erforderlich, um in sehr hohem Maß integrierte Halbleitervorrichtungen zu fertigen. Insbesondere ein Verfahren und Gerät zur Herstellung von Halbleitern, das eine Prozessvariation bewirkt, wenn es durch Umgebungsfaktoren wie feinen Partikeln und Chemikalien beeinflusst wird, muss gründlich umgesetzt werden. Allgemein verwendet Halbleiterfertigungsgerät verschiedene Arten von Filter, um Partikel abzuschotten, die hereinkommen können. Die meisten Filter können jedoch nur feste Partikel entfernen, d. h. Partikelverunreinigungen und keine chemischen Verunreinigungen. Als Folge davon strömen in der Luft enthaltenes Ozon (O3), Sauerstoffstickstoffverbindungen (NOx) und Sauerstoffschwefelverbindungen (SOx) in das Halbleiterfertigungsgerät durch den Filter, ohne dass sie durch den Filter eliminiert werden. Die O3, NOx und SOx bewirken bei der Bearbeitung eine chemische Reaktion im Wafer, wodurch die erhaltene Halbleitervorrichtung beeinträchtigt wird. Es gibt viele Arten von Halbleiterfertigungsgerät, das auf chemische Verunreinigungen empfindlich ist. Eine solche Verunreinigung durch Chemikalien ist besonders ernst zu nehmen bei Geräten für das chemische Aufdampfen (CVD, chemical vapour deposition), das in einem Prozess mit halbkugelförmi gem Polysilicium verwendet wird, das auf eine native Oxidschicht empfindlich ist.
  • Die 1 und 2 zeigen herkömmliche Luftansaugungen für Halbleiterfertigungsvorrichtungen.
  • 1 zeigt ein Lufteinlassgerät, das hauptsächlich verwendet wird, wenn der Lufteinlassweg relativ kurz ist, und 2 zeigt ein Lufteinlassgerät, das hauptsächlich verwendet wird, wenn der Lufteinlassweg relativ lang ist. Das Lufteinlassgerät weist ein Gebläse 10 (20) zum Einziehen von Außenluft in das Gerät auf; und einen hocheffizienten Partikelfilter (HEPA) 12 (22) zum Entfernen von partikelförmigen Verunreinigungen, die in der Luft enthalten sind. Das heißt, nach dem Einziehen von Luft von außen über das Gebläse 10 (20), werden die Partikelverunreinigungen unter Verwendung des HEPA-Filters 12 (22) eliminiert. Das Bezugszeichen 14 in 1 stellt einen Vorfilter zum Eliminieren grober Partikelverunreinigungen vor dem Gebläse 10 dar.
  • Da jedoch das oben beschriebene Lufteinlassgerät für Halbleiterfertigungsgerät in der Luft vorhandene chemische Verunreinigungen wie O3, NOx und SOx nicht entfernen kann, strömen die Chemikalien in das Gerät, wodurch sie die Qualität einer Halbleitervorrichtung in Bearbeitung beeinträchtigen. Das Problem der Beeinträchtigung einer Halbleitervorrichtung ist besonders ernst bei einem CVD-Gerät, das in einem Prozess mit halbkugelförmigem Polysilicium verwendet wird, das auf eine native Oxidschicht empfindlich ist.
  • US 5 626 820 beschreibt Gerät zum Entfernen chemischer Verunreinigung aus Luft, die in einen Reinraum eintritt. Das Gerät umfasst einen Verteiler vor einem Gasphasenfilter. Hinter dem Gasphasenfilter ist ein HEPA-Filter vorgesehen.
  • EP 748 990 beschreibt Gerät zum Zuführen von sauberer Luft in einen Speicher. Luft tritt durch einen Lufteinlassgebläse in das Gerät ein und läuft dann durch einen Vorfilter. Vorgefilterte Luft läuft durch einen Kohlenwasserstoff entfernenden Filter und dann durch einen weiteren Filter zum Entfernen von Partikeln, die im Kohlenwasserstoff entfernenden Filter erzeugt sind.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Ansaugluft einer CVD-Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
  • Ansaugen von Luft von außerhalb der CVD-Vorrichtung unter Verwendung eines Luftansaugmittels, worin partikelförmige Verunreinigungen aus der Luft unter Verwendung eines ersten Filters entfernt werden; Entfernen von Ozon aus der angesaugten Luft unter Verwendung eines Ozonfilters mit Aktivkohle; Ausgleichen eines Luftdruckabfalls unter Verwendung eines zwischen dem Ozonfilter und einem zweiten Filter angeordneten Gebläses; und Entfernen von Partikeln aus der Luft unter Verwendung eines zweiten Filters, wobei die Luftansauglöcher des ersten Filters größer sind als die Luftansauglöcher des zweiten Filters.
  • Der Vorfilter weist Luftansauglöcher auf, die größer sind als die des HEPA-Filters, und der Lufteinlass kann ein Gebläse umfassen.
  • Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 und 2 herkömmliche Lufteinlassvorrichtungen für Halbleiterherstellungsgerät zeigen;
  • 3 und 4 ein Luftansauggerät für Halbleiterfertigungsvorrichtungen und ein Verfahren zur Entfernung von chemischen Verunreinigungen unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;
  • 5 ein Luftansauggerät für Halbleiterfertigungsvorrichtungen und ein Verfahren zur Entfernung von chemischen Verunreinigungen unter Verwendung des Geräts gemäß einem weiteren bevorzugten Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 6 bis 8 Schaubilder sind, die die Ergebnisse zeigen, wenn das Luftansauggerät gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Vorrichtung für chemisches Aufdampfen (CVD) angewendet wird, die für einen Prozess mit halbkugelförmigem Polysilicium (HSG, hemispherical polysilicon grain) verwendet wird.
  • Im Folgenden beinhaltet ein chemischer Filter die breiteste Bedeutung und ist nicht auf eine spezielle Form oder Struktur beschränkt. In den folgenden Beispielen ist der Körper des chemischen Filters mit den Lufteinlasslöchern und darin enthaltener Aktivkohle rechteckig. Die Form des Körpers des chemischen Filters kann jedoch zu einem Kreis, einer Ellipse oder einem Polygon modifiziert sein. Ebenso sind die Luftansauglöcher des chemischen Filters als gerundete Zickzackform gestaltet. Die Anordnung der Lufteinlasslöscher kann jedoch modifiziert sein. Daher sollte diese Erfindung nicht auf die hier angeführten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.
  • Beispiel 1
  • 3 ist eine Seitenansicht der Luftansaugvorrichtung für Halbleiterherstellungsgerät zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn der Lufteinlassweg lang ist. Zunächst werden partikelförmige Verunreinigungen, die relativ groß sind, durch einen Vorfilter 100 eliminiert. Dann wird zum Filtern Luft in das Luftansauggerät durch ein erstes Gebläse eingezogen, das einem Luftansaugmittel 102 entspricht. Dann werden in der Luft verbliebene chemische Verunreinigungen wie Ozon (O3) durch einen chemischen Filter 104 aus der Luft entfernt. Wenn hier der Lufteinlassweg lang ist, kann der Druck der über das erste Gebläse als Luftansaugmittel 102 eingeströmten Luft abnehmen, während sie den chemischen Filter 104 passiert. Daher wird ein zweites Gebläse 206 betrieben, um den reduzierten Luftdruck zu unterstützen, so dass die den chemischen Filter 104 durchlaufene Luft einen Hochleistungspartikelluftfilter (HEPA, high efficiency particle air) 108 erreicht, um Partikelverunreinigungen zu entfernen. Die verbleibenden Partikelverunreinigungen werden durch den HEPA-Filter 108 entfernt. Deshalb entfernt das Luftansauggerät für CVD-Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung chemische Verunreinigungen sowie Partikelverunreinigungen aus der von außen ankommenden Luft, wodurch die Leistung einer Halbleitervorrichtung verbessert wird, die durch das Halbleiterherstellungsgerät bearbeitet wird.
  • Der Vorfilter 100 entfernt Partikel aus der Luft in der selben Weise wie der HEPA-Filter 108. Die Größe der im Vorfilter 100 ausgebildeten Lufteinlasslöcher ist jedoch größer als die derjenigen, die im HEPA-Filter 108 ausgebildet sind.
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht des in 3 gezeigten Chemikalienfilters. Im Detail wird der chemische Filter durch chemisches Bearbeiten der Oberfläche eines allgemeinen Filters erhalten, so dass in der Luft enthaltene chemische Verunreinigungen durch eine chemische Reaktion absorbiert werden. Der chemische Filter der vorliegenden Erfindung ist zum Entfernen von Ozon (O3) aus Luft vorgesehen, indem dabei Aktivkohle in der Oberfläche eines Körpers 110 verwendet wird. Ebenso weist der chemische Filterkörper 110 eine Mehrzahl von Luftansauglöchern 112 auf.
  • Hier sind in einer äußersten Schicht 114 des Körpers 110 des chemischen Filters die Lufteinlasslöcher wiederholt in gerundeter Zickzackform angeordnet, so dass die Aktivkohlekomponente so weit wie möglich darüber verteilt ist. Auf diese Weise werden chemische Verunreinigun gen wie Ozon (O3), Sauerstoffstickstoffverbindung (NOx) und Sauerstoffschwefelverbindung (SOx), die durch die Lufteinlasslöcher 112 hereinkommen, von der Aktivkohle absorbiert, wobei Kohlendioxid (CO2) als Reaktionsprodukt gebildet wird. Das heißt, die durch den chemischen Filter hindurchtretende Ozonkomponente wird entfernt, weil Sauerstoff und elementarer Kohlenstoff durch eine chemische Reaktion Kohlendioxid (CO2) bilden. Bevorzugt ist der Körper 110 des chemischen Filters aus einer Mehrzahl von Schichten gebildet. Hier sind in einer zweiten Schicht 116 neben der äußersten Schicht 114, Lufteinlasslöcher gerundete Zickzackformen in 90° zu denen der äußersten Schicht 114. Auf diese Weise ergibt sich eine größere Wahrscheinlichkeit, dass in chemischen Verunreinigungen der Luft enthaltener Sauerstoff mit dem Kohlenstoff der Aktivkohle reagiert, während sie den chemischen Filter passieren, so dass Ozon wirksam entfernt werden kann. Auf diese Weise kann der oben genannte chemische Filter seine Ozonentfernungswirkung durch Verändern der Struktur des chemischen Filterkörpers 110 als 90° gerundete Zickzackformen in der zweiten Schicht 116 erhöhen, während eine äußerste Schicht 114 eine Körperstruktur in Zickzackform aufweist. Hier bezeichnet das Bezugszeichen 118 einen Montageteil für den chemischen Filter, der verwendet wird, um den chemischen Filter in einem Halbleiterherstellungsgerät zu installieren.
  • Nun wird ein Verfahren zum Entfernen von chemischen Verunreinigungen unter Verwendung einer Luftansaugvorrichtung für Halbleiterherstellungsgerät mit Bezug zu den 3 und 4 beschrieben.
  • Zunächst werden Luftansaugmittel 102 (das erste Gebläse) von 3 zum Ansaugen von Luft von außen betrieben. Hier entfernt der Vorfilter 100, der am Einlaufende des Luftansaugmittels 102 installiert ist, zunächst vergleichsweise große Partikelverunreinigungen aus der einströmenden Luft. Dann strömt die Luft durch die Lufteinlasslöcher 112 (siehe 4) des chemischen Filters 104. Hier kombiniert sich in den chemischen Verbindungen wie Ozon (O3), Sauerstoffstickstoffverbindung (NOx) und Sauerstoffschwefelverbindung (SOx) enthaltener Sauerstoff, die durch die Lufteinlasslöcher 112 strömen, mit der im chemischen Filterkörper 110 enthaltenen Aktivkohle, wodurch sich Kohlendioxid (CO2) bildet. Als Folge davon wird das Ozon in der Luft entfernt. Wenn der Lufteinlassweg lang ist, tritt ein Luftdruckabfall auf, während sie den chemischen Filter 104 passiert. Ein solcher Luftdruckverlust kann jedoch durch Betreiben eines zweiten Gebläses 106 zwischen dem chemischen Filter 104 und dem HEPA-Filter 108 ausgeglichen werden. Schließlich werden feine Partikelverunreinigungen, die den HEPA 108 erreichen, durch Betreiben des zweiten Gebläses 106 entfernt. Hier sind die Lufteinlasslöcher des HEPA-Filters 108 kleiner als die des Vorfilters 100. Das heißt, die feinen Partikelverunreinigungen werden über zwei Schritte durch den Vorfilter 100 und den HEPA-Filter 108 entfernt.
  • Beispiel 2
  • Während das erste Beispiel den chemischen Filter nach dem ersten Gebläse als Lufteinlassmittel platziert, platziert das zweite Beispiel den HEPA-Filter nach dem ersten Gebläse und dann den chemischen Filter nach dem HEPA-Filter.
  • 5 ist eine Seitenansicht der Lufteinlassvorrichtung, die geeignet ist, wenn der Lufteinlassweg lang ist. Die Luftansaugvorrichtung weist einen Vorfilter 200 auf, der an der Vorderkante des Lufteinlassweges gelegen ist, ein erstes Gebläse als Luftansaugmittel 202, einen HEPA-Filter 208, der direkt nach dem Luftansaugmittel 202 installiert ist, ein zweites Gebläse 206 zum Ergänzen eines Druckverlusts und einen chemischen Filter 204, der am Ende des Lufteinlassweges installiert ist. Die Struktur und die Rolle jeder Einheit, die die Luftansaugvorrichtung bilden, sind die selben wie bei denen des ersten Beispiels, daher wird eine Erläuterung hierzu weggelassen.
  • Nun wird ein Verfahren zum Entfernen chemischer Verunreinigungen unter Verwendung der Luftansaugvorrichtung eines Halbleiterherstellungsgeräts gemäß dem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 5 beschrieben.
  • Zunächst wird Luft von außerhalb des Halbleiterherstellungsgeräts durch Betreiben des ersten Gebläses als Lufteinlassmittel 202 von 5 angesaugt. Hier ist der Vorfilter 200 an der Vorderkante des Luftansaugmittels 202 installiert, um vergleichsweise große Partikelverunreinigungen aus der angesaugten Luft zu entfernen. Dann werden feine Partikelverunreinigungen durch den HEPA-Filter 208 aus der eingeströmten Luft entfernt. Hier tritt, wenn der Lufteinlassweg lang ist, Druckverlust auf, während sie den HEPA-Filter 208 passiert, und ein solcher Druckabfall wird durch Betreiben des zweiten Gebläses 206 kompensiert, das zwischen dem HEPA-Filter 208 und dem chemischen Filter 204 installiert ist. Schließlich werden in den chemischen Verunreinigungen wie Ozon (O3), Sauerstoffstickstoffverbindung (NOx) und Sauerstoffschwefelverbindung (SOx) enthaltene Sauerstoffkomponenten mit der im Körper des chemischen Filters enthaltenen Aktivkohle kombiniert, während sie durch die Lufteinlasslöcher des chemischen Filters strömen, wodurch im chemischen Filter 204 Kohlendioxid (CO2) gebildet wird. Als Folge davon wird Ozon aus der Luft entfernt.
  • Versuchsbeispiel
  • Der HSG-Prozess zur Erhöhung der Kapazität durch Vergrößern der Oberflächenausdehnung einer Kondensatorspeicherelektrode in DRAM wird angewendet, wenn sehr große DRAM gefertigt werden. Die Vergrößerung der Oberfläche wird durch Ausbilden von HSGs auf der Oberfläche der Speicherelektrode erreicht. Der Mechanismus zum Ausbilden der HSGs ist wie folgt. Zunächst werden kleine amorphe Siliciumkeime auf Polysilicium gebildet, das die Speicherelektrode eines Kon densators bildet. Dann migrieren unter Vakuum und bei einer geeigneten Temperatur Polysiliciumatome der Speicherelektrode, so dass sie sich den kleinen amorphen Siliciumkeimen nähern, wodurch die kleinen amorphen Siliciumkeime zu Körnern auf der Oberfläche der Speicherelektrode des Kondensators anwachsen.
  • Wenn jedoch chemische Verunreinigungen wie Ozon über die Luftansaugvorrichtung der CVD-Anlage eingeblasen werden, wird während des HSG-Wachstumsprozesses eine native Oxidschicht (SiO2) auf der Oberfläche des Polysilicium der Speicherelektrode gebildet. Die native Oxidschicht verhindert die Migration der Polysiliciumatome um die kleinen amorphen Siliciumkeime, so dass die Größe der HSG reduziert ist, wodurch sich die Leistung des DRAM wegen der geringeren Kapazität verringert.
  • 6 ist ein Schaubild, das den Reflexionsindex gemessen an der Oberfläche von Polysilicium der Speicherelektrode beim HSG-Wachstumsprozess gegen die Ozondichte in der CVD-Vorrichtung zeigt. Allgemein bildet sich die native Oxidschicht, wenn Ozon in die Halbleiterherstellungsanlage einströmt, wodurch sich der Reflexionsindex erhöht. In 6 stellt die X-Achse die Ozondichte (ppb) und die Y-Achse den Reflexionsindex dar. Wie aus dem Schaubild zu sehen ist, weisen die Ozondichte und der Reflexionsindex eine direkt proportionale Abhängigkeit auf. Das heißt, wenn die Ozondichte zunimmt, nimmt bedingt durch die Wirkung der durch das Ozon gebildeten natürlichen Oxidschicht, der Reflexionsindex zu.
  • 7 ist ein Schaubild, das eine Korrelation zwischen dem Reflexionsindex auf der Oberfläche der Kondensatorspeicherelektrode und der minimalen Kapazität (Cmin) des Kondensators beim HSG-Wachstumsprozess zeigt. In 7 stellt die X-Achse den Reflexionsindex und die Y-Achse die minimale Kapazität (Cmin) dar. Hier nimmt, weil der Reflexi onsindex und die minimale Kapazität (Cmin) eine invers proportionale Abhängigkeit aufweisen, die minimale Kapazität (Cmin) mit zunehmendem Reflexionsindex ab. Das heißt, ein höherer Reflexionsindex verhindert das Wachstum von HSGs, wodurch Schwierigkeiten beim Ausbilden einer höheren Kapazität entstehen. Aus den Ergebnissen der 6 und 7 ist verständlich, dass die Größe der HSGs der Kondensatorspeicherelektrode abnimmt, wenn die Ozondichte zunimmt, wodurch die Kapazität abnimmt.
  • 8 ist ein Schaubild, das das Ozonentfernungsvermögen der Luftansaugvorrichtung zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die oben und an der Seite der CVD-Vorrichtung installiert ist, die für den HSG-Prozess verwendet wird. Hier stellt das Schaubild mit Kreisen (-o-o-) die Ozondichte im Gerät dar, das heißt, die Ozondichte nachdem chemische Verunreinigungen wie Ozon durch die Luftansaugvorrichtung reduziert wurden. Das Schaubild mit Rechtecken (-☐-☐-) stellt die Ozondichte außerhalb der Vorrichtung dar, das heißt, die Ozondichte, bevor die chemischen Verunreinigungen und Partikelverunreinigungen herausgefiltert wurden. Hier stellt die X-Achse die Zeit dar, zu der jede Messung vorgenommen wurde, und die Y-Achse stellt die Ozondichte (ppb) dar.
  • Wie aus 8 ersichtlich ist, wird durch Installieren der Luftansaugvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung in CVD-Vorrichtungen zur Verwendung für den HSG-Prozess installiert ist, die Ozondichte in der Anlage merklich vermindert. In Prozentsätzen ausgedrückt sinkt die innere Ozondichte im Durchschnitt um 57,3% im Vergleich zur äußeren Ozondichte. Dementsprechend werden aufgrund der Abnahme der Ozondichte, die HSGs während des HSG-Prozesses größer, wodurch die Kapazität in einer kleinen Fläche steigt.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Ansaugluft einer CVD-Vorrichtung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Ansaugen von Luft von außerhalb der CVD-Vorrichtung unter Verwendung eines Luftansaugmittels (102), worin partikelförmige Verunreinigungen aus der Luft unter Verwendung eines ersten Filters (100) entfernt werden; Entfernen von Ozon aus der angesaugten Luft unter Verwendung eines Ozonfilters (104) mit Aktivkohle; Ausgleichen eines Luftdruckabfalls unter Verwendung eines zwischen dem Ozonfilter (104) und einem zweiten Filter (108) angeordneten Gebläses (106); und Entfernen von Partikeln aus der Luft unter Verwendung eines zweiten Filters (108), wobei die Luftansauglöcher des ersten Filters (100) größer sind als die Luftansauglöcher des zweiten Filters (108).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Luftansaugmittel (102) ein Gebläse umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der zweite Filter (108) vor dem Ozonfilter (104) angeordnet ist.
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