Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Schicht auf einem Halbleitersubstrat sowie ein Halbleitersubstrat.

Zur Herstellung elektronischer oder optoelektronischer Halbleiterbauelemente, wie zum Beispiel Solarzellen oder LEDs werden unterschiedliche

Abscheidungsprozesse zur Ausbildung unterschiedlichster Schichten auf einem Halbleitersubstrat eingesetzt.

Ein bekannter Abscheidungsprozess ist die Atomlagenabscheidung auch ALD (atomic layer deposition) genannt. Hierbei werden zwei unterschiedliche

Prekursoren abwechselnd und getrennt durch Spülschritte in eine

Prozesskammer und auf die zu beschichtenden Halbleitersubstrate geleitet. Hierbei ergeben sich in der Regel die folgenden vier charakteristische Schritte: eine selbstbegrenzende Reaktion/Abscheidung des ersten Prekursors mit/auf dem Substrat, ein Spül- oder Evakuierungsschritt der Prozesskammer, um nicht reagiertes Gas des ersten Prekursors und gegebenenfalls weitere Reaktions- produkte aus der Prozesskammer zu entfernen, eine selbstbegrenzende

Reaktion/Abscheidung des zweiten Prekursors mit/auf dem Substrat, um eine Monolage der zu erzeugenden Schicht zu bilden und wieder ein Spül- oder Evakuierungsschritt der Prozesskammer, um nicht reagiertes Gas des zweiten Prekursors und gegebenenfalls weitere Reaktionsprodukte aus der

Prozesskammer zu entfernen.

Hierdurch können einzelne Atomlagen der zu bildenden Schicht aufgebaut werden, die eine hohe Homogenität aufweisen, sowie gute

Grenzflächeneigenschaften haben. Da einzelne Atomlagen in der Regel nicht ausreichen, um die gewünschten Schichteigenschaften zu erzeugen, wird in der obigen Weise eine Vielzahl von Monolagen aufgebracht, wobei 100 Zyklen oder mehr üblich sind. Der Aufbau der einzelnen Monolagen ist zeitaufwändig und mit einem hohen Materialeinsatz verbunden, da die in den Spül- oder Evakuierungsschritten abgesaugten Prekursoren in der Regel nicht recycelt werden können. Es ist bekannt einzelne oder auch alle der selbstbegrenzenden Reaktionen/Abscheidungen thermisch oder auch mittels eines Plasmas zu unterstützen.

Ein anderer bekannter Abscheidungsprozess ist die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung auch PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) genannt, bei der zum Beispiel aus einer Mischung

unterschiedlicher Prekursoren ein Plasma erzeugt wird, um aus dem Plasma heraus eine gleichzeitige Abscheidung unterschiedlicher Komponenten der einzelnen Prekursoren zu bewirken und hieraus eine gemeinsame Schicht zu bilden. Bei dieser Art der PECVD, lassen sich Schichten mit im Wesentlichen derselben Zusammensetzung wie bei der ALD erreichen. Da die Abscheidung im Wesentlichen kontinuierlich aus dem beide Prekursoren enthaltenden Plasma heraus erfolgt ohne zwischengelagerte Spül- oder Evakuierungsschritte lassen sich wesentlich höhere Wachstumsraten erreichen. Jedoch ist auch die Homogenität der so gebildeten Schicht nicht so hoch wie bei einer

vergleichbaren Schicht, die mittels ALD hergestellt wurde. Insbesondere ist auch die Grenzfläche Substrat-Schicht nicht so gut. Um die gewünschten Schichteigenschaften zu erzeugen sind in der Regel höhere Schichtdicken erforderlich als bei vergleichbaren Schichten, die mittels ALD hergestellt wurden. PECVD Schichten sind daher in der Regel um 1 ,5- bis 3-mal dicker als vergleichbare ALD Schichten. Trotz der höheren Schichtdicken lassen sich die PEVCD Schichten in der Regel wesentlich schneller aufbauen und benötigen einen wesentlich geringeren Materialeinsatz.

Ein konkretes Beispiel einer solchen Schicht ist eine AI ₂ O ₃ - Passivierungsschicht. Übliche im ALD-Verfahren hergestellte Al ₂ 0 ₃ - Passivierungsschichten haben beispielsweise Dicken im Bereich von 5nm, während im PECVD-Verfahren hergestellte Al ₂ 0 ₃ -Passivierungsschichten beispielsweise Dicken im Bereich von wenigstens 8-1 Onm besitzen. Die für die unterschiedlichen Abscheidungsverfahren eingesetzten Vorrichtungen unterscheiden sich in der Regel wesentlich. Insbesondere werden für ALD- Anlagen mit Plasmaunterstützung Einzelprozesse eingesetzt bei denen zwischen einer Elektrode die auch als Gaseinleitung dient und einem einzelnen Substrat ein Plasma erzeugt wird. Für PECVD-Anlagen werden hingegen häufig Batchprozesse eingesetzt, bei denen zum Beispiel zwischen benachbarten Substraten ein Plasma erzeugt wird. Eine solche PECVD Anlage ist zum

Beispiel in der DE 10 2015 004 352 beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Schicht auf einem Halbleitersubstrat sowie ein Halbleitersubstrat mit einer speziellen Schichtstruktur vorzusehen, welche Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise vermeiden.

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , eine Vorrichtung gemäß Anspruch 14 und ein Halbleitersubstrat mit einer speziellen

Schichtstruktur gemäß Anspruch 15 vorgesehen. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Insbesondere ist ein dem Verfahren zum Ausbilden einer Schicht auf einer Vielzahl von Halbleitersubstraten vorgesehen, bei dem die Halbleitersubstrate in einem Waferboot derart aufgenommen sind, dass die Halbleitersubstrate paarweise einander gegenüberliegend und mit ihren zu beschichtenden Oberflächen zueinander weisend angeordnet sind und zwischen den Halbleitersubstraten jedes Paars eine Wechselspannung zum Erzeugen eines Plasmas zwischen den Wafern eines Paars anlegbar ist, wobei das Waferboot mit der Vielzahl von

Halbleitersubstraten in einer Prozesskammer aufgenommen ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erwärmen der Prozesskammer auf eine vorbestimmte Temperatur und Erzeugen eines vorbestimmten Unterdrucks in der Prozesskammer, Einleiten eines ersten Prekursorgases in die

Prozesskammer bei der vorbestimmten Temperatur, um eine Abscheidung einer Komponente des ersten Prekursorgases an der Oberfläche des Substrats zu erzeugen, wobei die Abscheidung selbstbegrenzend ist und im Wesentlichen eine einzelne Atomlage der abgeschiedenen Komponente erzeugt, Einleiten eines zweiten Prekursorgases in die Prozesskammer bei der vorbestimmten Temperatur, um eine Reaktion mit der abgeschiedenen Komponenten des ersten Prekursorgases zu bewirken und dadurch eine Abscheidung einer Komponente des zweiten Prekursorgases an der Oberfläche des Substrats zu erzeugen, wobei die Reaktion und somit Abscheidung selbstbegrenzend ist und eine Atomlage der abgeschiedenen Komponente erzeugt. Der Zyklus aus Einleiten der ersten und zweiten Prekursorgase wird wiederholt bis eine erste Schicht mit einer vorbestimmten Schichtdicke oder ein vorbestimmte Anzahl von Zyklen erreicht ist. Anschließend werden wenigstens zwei

unterschiedlichen Prekursorgase in die Prozesskammer eingeleitet und ein Plasma aus der Mischung der Prekursorgase zwischen den benachbarten Halbleitersubstraten eines jeden Paars erzeugt, um eine zweite Schicht auf der ersten Schicht abzuscheiden, wobei die zweite Schicht im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die erste Schicht aufweist.

Durch das Verfahren ergibt sich eine direkt aufeinanderfolgende Kombination eines ALD Prozesses mit einem PECVD Prozess innerhalb einer einzelnen Prozesskammer während eine Vielzahl von Halbleitersubstraten in dem

Waferboot aufgenommen ist und gleichzeitig beschichtet wird. Dies ermöglicht einen hohen Durchsatz bei geringem Gasverbrauch. Insbesondere ergibt sich auch ein gutes Verhältnis zwischen der zu beschichtenden Oberfläche der Halbleitersubstrate und der den nicht zu beschichtenden Oberflächen der Prozesskammer (Prozesskammerwand) selbst sowie sonstigen nicht zu beschichtenden Oberflächen innerhalb der Prozesskammer (am Waferboot an Gaszuleitungen etc). Durch die beschriebenen Prozessfolge ergibt sich ein Halbleitersubstrat mit einer darauf abgeschiedenen Schichtstruktur bestehend aus einer Grundschicht, die im ALD-Verfahren hergestellt ist und einer darauf aufgebrachten Schicht mit im Wesentlichen gleicher Zusammensetzung die im PECVD Verfahren ausgebildet ist. Dabei soll„im Wesentlichen dieselbe

Zusammensetzung" eine Abweichung innerhalb des Verhältnisses zwischen den Komponenten nicht aber andere Komponenten beinhalten. Während das ALD-Verfahren zum Beispiel eine genaue Verhältnismäßigkeit (Stöchiometrie) der Komponenten ermöglicht kann es beim CVD-Verfahren zu geringfügigen Abweichungen kommen. Die Grundschicht zeichnet sich durch eine hohe Homogenität innerhalb der Schicht und gute Grenzflächeneigenschaften an der Grenzfläche Substrat-Schicht aus. Durch die homogene Grundschicht wird auch die weitere Schichtbildung im PECVD-Verfahren positiv beeinflusst, sodass diese eine verbesserte Homogenität im Vergleich zu einer direkt im PECVD-Verfahren auf das Halbleitersubstrat aufgebrachte Schicht aufweisen kann. Insbesondere kann eine Inselbildung wie sie häufig im PPECVD

Verfahren auftritt verhindert werden, da die Grundschicht als Seedlayer oder Keimschicht für die weitere Abscheidung dienen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Waferbootes zur Aufnahme von Halbleitersubstraten;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das Waferboot gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Plasma-Behandlungsvorrichtung mit darin aufgenommen Waferboot gemäß Fig. 1 ;

Fig. 4 eine Schematische Frontansicht einer Prozesskammer der Plasma- Behandlungsvorrichtung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf einen Teil einer Gaszuführung der Prozesskammer gemäß Fig. 4.

In der Beschreibung verwendete Begriffe wie oben, unten, links und rechts beziehen sich auf die Darstellung in den Zeichnungen und sind nicht einschränkend zu sehen. Sie können aber bevorzugte Ausführungen beschreiben. Die Formulierung im Wesentlichen bezogen auf parallel, senkrecht oder Winkelangaben soll Abweichungen von ± 3° umfassen, vorzugsweise ± 2°. Im Nachfolgenden wird der Begriff Wafer für scheibenförmige Substrate verwendet, die bevorzugt Halbleiterwafer insbesondere Si- Wafer für Halbleiter- oder Photovoltaikanwendungen sind, wobei aber auch Substrate anderer Materialien vorgesehen und prozessiert werden können.

Im Nachfolgenden wird ein beispielhafter Aufbau eines Waferbootes 1 für den Einsatz in einem Verfahren zum Ausbilden einer Schicht auf

Halbleitersubstraten (nachfolgend auch als Wafer bezeichnet) gemäß der vorliegenden Offenbarung anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. In den Figuren werden dieselben Bezugszeichen verwendet, sofern dieselben oder ähnliche Elemente beschrieben werden. Das Waferboot 1 wird durch eine Vielzahl von Platten 6, Kontaktierungs- einheiten und Spanneinheiten gebildet. Das dargestellte Waferboot 1 ist speziell für eine durch Plasma unterstützte Schichtabscheidung konzipiert, kann aber auch in einer thermischen Abscheidung eingesetzt werden. Die Platten 6 bestehen jeweils aus einem elektrisch leitenden Material, und sind insbesondere als Graphitplatten ausgebildet, wobei je nach Prozess eine Beschichtung oder Oberflächenbehandlung des Platten-Grundmaterials vorgesehen sein kann. Die Platten 6 besitzen jeweils sechs Aussparungen 10, die im Prozess von den Wafern abgedeckt sind, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Obwohl bei der dargestellten Form sechs Aussparrungen pro Platte 6 vorgesehen sind, sei bemerkt, dass auch eine größere oder kleinere Anzahl vorgesehen sein kann. Die Platten 6 besitzen jeweils parallele Ober- und Unterkanten, wobei in der Oberkante beispielsweise eine Vielzahl von Kerben ausgebildet sein kann, um einer Lageerkennung der Platten zu ermög- liehen, wie in der DE 10 2010 025 483 beschrieben ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind insgesamt dreiundzwanzig Platten 6 vorgesehen, die über die entsprechende Kontaktiereinheiten und Spanneinheiten im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, um dazwischen Aufnahmeschlitze 11 zu bilden. Bei dreiundzwanzig Platten 6 werden somit zweiundzwanzig der Aufnahmeschlitze 1 1 gebildet. In der Praxis werden jedoch auch häufig 19 oder 21 Platten verwendet, und die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Platten beschränkt. Die Platten 6 weisen wenigstens jeweils auf ihrer zu einer benachbarten Platte 6 weisenden Seite Gruppen von jeweils Aufnahmeelementen 12 auf, die so angeordnet sind, dass sie einen Wafer dazwischen aufnehmen können. Die Gruppen der Aufnahmeelemente 12 sind jeweils um eine jede Aussparungen 10 herum angeordnet, wie schematisch in Fig. 1 angedeutet ist. Die Wafer können derart aufgenommen werden, dass die Aufnahmeelemente jeweils unterschiedliche Seitenkanten des Wafers kontaktieren. Dabei sind in

Längsrichtung der Plattenelemente (entsprechend den Ausnehmungen 10) insgesamt jeweils sechs Gruppen von Aufnahmeelementen zum jeweiligen Aufnehmen eines Halbleiterwafers vorgesehen.

An ihren Enden weisen die Platten 6 jeweils eine vorstehende Kontaktnase 13 auf, die für eine elektrische Kontaktierung der Platten 6 dient. Dabei sind zwei Ausführungsformen von Platten 6 vorgesehen, die sich hinsichtlich der Lage der Kontaktnasen 13 unterscheiden und jeweils abwechselnd angeordnet sind. Die Platten gleicher Bauart sind jeweils über Kontaktblöcke 15 elektrisch leitend miteinander verbunden. Somit sind die Platten 6, die in der Reihenfolge einen ungerade Platz einnehmen (Platten 1 , 3, 5... ) gemeinsam als Gruppe elektrisch verbunden. Die Platten 6, die in der Reihenfolge einen gerade Platz einnehmen (Platten 2, 4, 6... ) sind gleichsam gemeinsam als Gruppe elektrisch verbunden Diese Anordnung ermöglicht, dass direkt benachbarte Platten 6 mit unterschiedlichem Potential beaufschlagt werden können, während jede zweite Platte mit demselben Potential beaufschlagt werden kann. Hierdurch kann dann zwischen benachbarten an den Platten aufgenommenen Wafern ein Plasma erzeugt werden.

Für weitere Einzelheiten des Aufbaus sei beispielsweise auf die schon oben genannte DE 10 2010 025 483 oder die DE 10 2015 004 352 hingewiesen, die bezüglich beispielhafter Aufbauten des Waferbootes hier durch Bezugnahme aufgenommen werden.

Im Nachfolgenden wird nun der Grundaufbau einer Plasma-Behandlungsvorrichtung 30, in der ein Waferboot 1 des obigen Typs (aber auch ein anderes Waferboot, dass die Erzeugung eines Plasmas zwischen benachbarten Wafern erlaubt) einsetzbar ist, anhand der Figuren 3 und 4 näher erläutert. Die Behandlungsvorrichtung 30 besteht aus einem Prozesskammerteil 32 und einem Steuerteil 34. Der Prozesskammerteil 32 besteht aus einem einseitig verschlossenen Rohrelement 36, dass im inneren eine Prozesskammer 38 bildet. Das offene Ende des Rohrelements 36 dient zur Beladung der

Prozesskammer 38 und es kann über einen nicht dargestellten Schließmechanismus verschlossen und hermetische abgedichtet werden, wie es in der Technik bekannt ist. Das Rohrelement besteht aus einem geeigneten Material, das in den Prozess keine Verunreinigungen einbringt, elektrisch isoliert ist und den Prozessbedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck (Vakuum) standhält, wie zum Beispiel Quarz. Das Rohrelement 36 weist an seinem geschlossenen Ende gasdichte Durchführungen für die Zu- und Ableitung von Gasen sowie Strom auf, die in bekannter Weise ausgebildet sein können.

Entsprechende Zu- und Ableitungen könnten aber auch am anderen Ende oder aber auch seitlich an einem geeigneten Ort zwischen den Enden vorgesehen sein.

Das Rohrelement 36 ist von einer Ummantelung 40 umgeben, die das

Rohrelement 38 thermisch gegenüber der Umgebung isoliert. Zwischen der Ummantelung 40 und dem Rohrelement 36 ist eine nicht näher dargestellte Heizeinrichtung vorgesehen, wie beispielsweise ein Widerstandsheizer, der geeignet ist das Rohrelement 36 aufzuheizen. Eine solche Heizeinrichtung kann aber zum Beispiel auch im Inneren des Rohrelements 36 vorgesehen sein oder das Rohrelement 36 selbst könnte als Heizeinrichtung ausgebildet sein.

Derzeitig wird aber eine außen liegende Heizeinrichtung bevorzugt und insbesondere eine solche, die verschiedene, individuell ansteuerbare

Heizkreise aufweist.

Im inneren des Rohrelements 36 sind nicht näher dargestellte Aufnahmeelemente vorgesehen, die eine Aufnahmeebene zur Aufnahme eines Wafer- bootes 1 (das in Fig. 4 nur teilweise gezeigt ist), das beispielsweise des obigen Typs sein kann, bilden. Das Waferboot kann aber auch derart in das

Rohrelement 36 eingesetzt werden, dass es auf der Wand des Rohrelements 36 aufsteht. Dabei wird das Waferboot im Wesentlichen oberhalb der Aufnah- meebene gehalten und ist ungefähr mittig im Rohrelement angeordnet, wie beispielsweise in der Frontansicht der Fig. 4 zu erkennen ist. Durch entsprechende Aufnahmeelemente und oder ein direktes Aufsetzen auf das Rohrelement wird somit in Kombination mit den Abmessungen des Waferbootes ein

Aufnahmeraum definiert, in dem sich ein ordnungsgemäß eingesetztes

Waferboot befindet. Das Waferboot kann über einen geeigneten nicht dargestellten Handhabungsmechanismus als Ganzes im beladenen Zustand in die Prozesskammer 38 hinein und aus dieser heraus gehandelt werden. Dabei wird bei einer Beladung des Waferbootes automatisch ein geeigneter

elektrischer Kontakt mit jeder der Gruppen von Platten 6 hergestellt.

Im Inneren des Rohrelements 36 sind ferner wenigstens ein unteres

Gasführungsrohr 44 und ein oberes Gasführungsrohr 46 vorgesehen, die aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Quarz bestehen. Die

Gasführungsrohre 44, 46 erstrecken sich in Längsrichtung des Rohrelements 36 und zwar wenigstens über die Länge des Waferbootes 1. Die

Gasführungsrohre 44, 46 besitzen jeweils einen runden Querschnitt und sind jeweils in Querrichtung ungefähr mittig unter bzw. oberhalb des Waferbootes 1 angeordnet. Die Gasführungsrohre 44, 46 stehen an Ihrem näher zum

geschlossenen Ende des Rohrelements 36 liegenden Ende mit wenigstens einer Gaszuführeinheit bzw. einer Gasabführeinheit in Verbindung, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Das jeweils entgegengesetzte Ende der Gasführungsrohre 44, 46 ist verschlossen. Es ist aber grundsätzlich auch eine kurze Gasführung denkbar, bei der zum Beispiel nur an einem Ende des Rohrelements Gas eingelassen wird und sich über Diffusion verteilt und/oder über eine Vakuumanschluss (bevorzugt am Gegenüberliegenden Ende des Rohrelements 36) gepumpt wird.

Das untere Gasführungsrohr 44 besitzt eine Vielzahl von Öffnungen 48, durch die Gas aus dem Gasführungsrohr austreten kann. Die Öffnungen befinden sich alle in einer oberen Hälfte des Gasführungsrohrs, sodass ein hieraus

austretendes Gas eine nach oben gerichtete Komponente aufweist. Das untere Gasführungsrohr 44 dient somit als Gasverteiler (showerhead) in der Prozesskammer 38. Das untere Gasführungsrohr 44 sollte einen großen Querschnitt mit einer entsprechenden Vielzahl von Öffnungen aufweisen um einen geringen Druckverlust in der Verteilung von bevorzugt max. 10 mBar zu ermöglichen.

Das obere Gasführungsrohr 46 besitzt einen ähnlichen Aufbau mit Öffnungen, wobei hier die Öffnungen in der unteren Hälfte ausgebildet sind. Im Wesentlichen können die Gasführungsrohre 44, 46 identisch, jedoch in einer jeweils anderen Orientierung angeordnet sein, sodass die Öffnungen jeweils zum Waferboot 1 zeigen. Somit weisen sowohl die Öffnungen im unteren Gasführungsrohr 44 als auch im oberen Gasführungsrohr 46 zu dem Aufnahmeraum, d.h. dem Bereich in dem ein ordnungsgemäß eingesetztes Waferboot angeordnet wird.

Über solche Gasführungsrohre 44, 46 kann eine gute homogene Gasverteilung innerhalb der Prozesskammer erreicht werden, insbesondere auch in den Aufnahmeschlitzen 1 1 des Waferbootes. Auch ist ein rascher Gasaustausch möglich. Hierzu wird beispielsweise bevorzugt das untere Gasführungsrohr mit Gas beaufschlagt, während entsprechend über das oberer Gasführungsrohr 46 Gas abgesaugt wird. Das untere Gasführungsrohr 44 sorgt für eine gute Verteilung von Gas unterhalb des Waferbootes, und die Absaugung am oberen Gasführungsrohr 46 sorgt dafür, dass das Gas zwischen den Platten 6 des Waferbootes 1 nach oben transportiert wird.

Um diesen Effekt zu verstärken, d.h. den Gasstrom insbesondere zwischen die Platten 6 des Waferbootes zu lenken, sind im Prozessraum zwei optionale, bewegliche Umlenkelemente 50 vorgesehen. Bei der Darstellung sind jeweils ein unteres und ein oberes im Schnitt rundes Gasführungsrohr vorgesehen. Es ist aber auch möglich unterschiedliche Anzahlen von Gasführungsrohren vorzusehen, insbesondere zwei untere Gasführungsrohre, über die zum Beispiel sequentiell unterschiedliche Gase zugeleitet werden können, oder aber auch gleichzeitig, sodass sie sich erst in der Prozesskammer vermischen. Gemäß einer nicht dargestellten

Ausführungsform sind drei untere Gasführungsrohre sowie ein einzelnes oberes Gaszuführungsrohr vorgesehen, die bezüglich einer vertikalen Mittelebene des Prozessrohrs symmetrisch angeordnet sind. Insbesondere können bei dieser oder einer ähnlichen Anordnung mit mehreren unteren Gasführungsrohren für die Gaszuleitung über die unterschiedlichen Gasführungsrohre sequentiell oder auch gleichzeitig unterschiedliche Gase in die Prozesskammer eingeleitet werden. Durch die symmetrische Anordnung ergibt sich eine gute Verteilung in der Prozesskammer und bei gleichzeitiger Einleitung eine gute Vermischung der Gase.

Nachfolgend wird nun der Steuerteil 34 der Behandlungsvorrichtung 30 näher erläutert. Der Steuerteil 34 weist eine Gassteuereinheit 60, Unterdruck- Steuereinheit 62, eine elektrische Steuereinheit 64 und eine nicht näher dargestellte Temperatursteuereinheit auf, die alle gemeinsam über eine übergeordnete Steuerung, wie beispielsweise einen Prozessor angesteuert werden können. Die Temperatursteuereinheit steht mit der nicht dargestellten Heizeinheit in Verbindung, um primär die Temperatur des Rohrelements 36 bzw. der Prozesskammer 38 zu steuern bzw. zu regeln.

Die Gassteuereinheit 60 steht mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Gasquellen 66, 67, 68, wie beispielweise Gasflaschen, die unterschiedliche Gase enthalten in Verbindung. In der dargestellten Form sind drei Gasquellen dargestellt, wobei natürlich auch eine beliebige andere Anzahl vorgesehen sein kann. Beispielsweise kann eine erste Gasquelle ein erstes Prozessgas vorhalten, das Sauerstoff enthält und wenigstens eines der folgenden aufweist: N ₂ O, eine Mischung aus N ₂ 0 und NH ₃₎ H ₂ 0, H2O2 und 0 ₃ . Eine zweite

Gasquelle kann ein zweites Prozessgas vorhalten, wie zum Beispiel TMA oder ein anderes reaktives Gas, das für eine Schichtbildung bevorzugt sowohl in einem ALD-Verfahren als auch eine PECVD Verfahren einsetzbar ist. Eine dritte Gasquelle kann bevorzugt ein Gas für die Abscheidung einer SiON- oder SiNx-Schicht geeignet ist. Die Gasquellen, welche natürlich auch noch andere geeignete Gase enthalten können stellen die Gase an entsprechenden

Eingängen der Gassteuereinheit 60 bereit. Insbesondere kann auch noch eine Gasquelle für Stickstoff oder ein inertes Gas, das als zum Beispiel als Spülgas eingesetzt werden kann vorgesehen sein. Die Gassteuereinheit 60 besitzt wenigstens zwei Ausgänge, wobei einer der Ausgänge mit dem unteren

Gasführungsrohr 44 verbunden ist und der Andere mit einer Pumpe 70 der Unterdruck-Steuereinheit 62. Die Gassteuereinheit 60 kann die Gasquellen in geeigneter Weise mit den Ausgängen verbinden und den Durchfluss von Gas Regeln, wie es in der Technik bekannt ist. Somit kann die Gassteuereinheit 60 insbesondere über das untere Gasführungsrohr 44 (oder die Vielzahl von unteren Gasführungsrohren) sequentiell oder auch gleichzeitig unterschiedliche Gase in die Prozesskammer einleiten.

Die Unterdruck-Steuereinheit 62 besteht im Wesentlichen aus der Pumpe 70 und einem Druck-Regelventil 72. Die Pumpe 70 ist über das Druck-Regelventil 72 mit dem oberen Gasführungsrohr 46 verbunden und kann hierüber die Prozesskammer auf einen vorbestimmten Druck abpumpen. Die Verbindung von der Gassteuereinheit 60 zur Pumpe dient dazu aus der Prozesskammer abgepumptes Prozessgas gegebenenfalls mit N ₂ zu verdünnen.

Die elektrische Steuereinheit 64 weist wenigstens eine Spannungsquelle auf, die geeignet an einem Ausgang wenigstens eine Niederfrequenzspannung oder eine Hochfrequenzspannung zu erzeugen. Der Ausgang der elektrischen Steuereinheit 64 steht über eine geeignete Leitung mit einer Kontaktiereinheit für das Waferboot in der Prozesskammer 38 in Verbindung, um die Spannung zwischen den Gruppen von Platten 6 anzulegen und dazwischen ein Plasma zu erzeugen, wenn dies gewünscht ist.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Verfahren, zur Schichtabscheidung gemäß der vorliegenden Offenbarung, das zum Beispiel in der obigen Vorrichtung durchgeführt wird näher erläutert. Bei dem Verfahren wird das Waferboot mit Halbleitersubstraten derart beladen, dass die Halbleitersubstrate paarweise einander gegenüberliegend und mit ihren beschichtenden Oberflächen zueinander weisend angeordnet sind. Das Waferboot wird in die

Prozesskammer geladen und so kontaktiert, dass über die elektrische

Steuereinheit 64 zwischen den Halbleitersubstraten jedes Paars eine

Wechselspannung zum Erzeugen eines Plasmas anlegbar ist. Bei dem oben beschriebenen Waferboot würde sich insgesamt 138 Waferpaare ergeben, mithin würden 268 Wafer gleichzeitig Prozessiert. Bevorzugt sollte das

Waferboot so ausgelegt sein, dass wenigstens 200 bevorzugt sogar mehr als 300 Wafer gleichzeitig aufgenommen und prozessiert werden. Die Prozesskammer wird auf eine vorbestimmte Temperatur, die beispielsweise im Temperaturbereich von 260-320°C, insbesondere von 280-300° liegt (bevorzugt auf ungefähr 290°C) erwärmt und auf einen Unterdruck

beispielsweise in einem Bereich von 900-1500mTorr evakuiert. Dabei kann die Kammer optional ein oder mehrmals gespült werden, um eine kontrollierte Ausgangsatmosphäre zu schaffen.

Nun wird ein erstes Prozessgas in die Prozesskammer eingeleitet. Hierbei handelt es sich bevorzugt um ein Sauerstoff enthaltendes Prekursorgas, um eine Abscheidung einer Komponente (hier bevorzugt Sauerstoff) des ersten Prekursorgases an der Oberfläche des Substrats zu erzeugen, wobei die Abscheidung selbstbegrenzend ist und im Wesentlichen eine einzelne

Atomlage der abgeschiedenen Komponente erzeugt. Als Abscheidung ist wird hier explizit jegliche Anlagerung der Komponente angesehen. Durch die Anlagerung kommt es zu einer Oberflächensättigung mit der Komponente, die einen bestimmten Bindungstyp bevorzugt, der durch die entsprechende Anlagerung verändert wird. Hierdurch ergibt sich in bekannter Weise die Selbstbegrenzung der Abscheidung. Insbesondere können zum Beispiel O ^" oder OH ^" Prekursoren auf der Substratoberfläche erzeugt werden. Die

Abscheidung kann durch das Anlegen der Wechselspannung und die Bildung eines Plasmas aus dem ersten Prozessgas beschleunigt werden, bzw. kann das Plasma eine vollständige Oberflächensättigung bzw. ein vollständiges abreagieren des ersten Prozessgases fördern. Im Anschluss kann die Prozesskammer gespült werden, um das erste

Prozessgas vollständig zu entfernen, sofern es nicht schon im Wesentlichen vollständig oder ausreichend abreagiert hat. Anschließend wird ein zweites Prozessgas in die Prozesskammer eingeleitet, welches geeignet ist mit der abgeschiedenen Komponente, wie zum Beispiel den O ^" oder OH ^" Prekursoren auf der Substratoberfläche zu reagieren, um eine Abscheidung aus dem zweiten Prozessgas zu bewirken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich beim zweiten Prozessgas um TMA als Prekursorgas für eine AI Abscheidung, Insbesondere kann hierbei eine Lage AI ₂ O ₃ erzeugt werden. Auch dieser Vorgang ist selbstlimitierend da für die Anlagerung von AI ein bestimmter Bindungstyp bevorzugt wird, der durch die Anlagerung selbst verändert wird. Mithin wird eine einzelne Atomlage abgeschieden.

Im Anschluss kann die Prozesskammer wieder optional gespült werden, um nunmehr das zweite Prozessgas zu entfernen, sofern es nicht schon im

Wesentlichen vollständig abreagiert hat. Dann wird wieder das erste

Prozessgas in die Prozesskammer eingeleitet und der obige Zyklus wiederholt. Der Zyklus aus Einleitung erstes dann zweites Prozessgas, optional mit

Anlegen eines Plasmas und Zwischenspülung wird mehrfach wiederholt, um eine gewünschte Schichtdicke zu erreichen. Dabei sollten bevorzugt weniger als 100 Zyklen, insbesondere weniger als wird 50 Zyklen und insbesondere weniger als 10 Zyklen durchgeführt werden, um eine gleichmäßige und homogene Grundschicht zu erhalten. Für die Grundschicht kann zum Beispiel eine Schichtdicke von wenigstens 1 nm, bevorzugt von wenigstens 1 .5 nm angestrebt werden. Im direkten Anschluss kann dann ohne das Vakuum zu brechen ein drittes Prozessgas in die Prozesskammer eingeleitet und aus diesem ein Plasma erzeugt werden, um eine weitere Abscheidung auf der Grundschicht zu erreichen. Insbesondere kann die Zeitdauer zwischen dem Ende der zyklischen Behandlung zur Erzeugung der Grundschicht und der Einleitung des dritten Prozessgases auf unter 10 Sekunden bevorzugt auf unter 1 Sekunde begrenzt werden. Das dritte Prozessgas ist eine Mischung aus zwei unterschiedlichen Prekursorgasen, und kann insbesondere eine Mischung der beiden ersten Prozessgase sein, wobei die hieraus abgeschieden Schicht im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die Grundschicht besitzt. Diese Abscheidung wird beibehalten, bis eine gewünschte Gesamtdicke der Schicht erreicht wird. Insbesondere kann durch die Abscheidung aus dem dritten Prozessgas eine Schichtdicke von wenigstens 2,5 nm, insbesondere von wenigstens 4,5 nm auf der Grundschicht angestrebt werden.

Die unterschiedlichen Prekursorgase können bei einer Ausführungsform getrennt in die Prozesskammer eingeleitet und erst in dieser vermischt werden. Je nach Anwendung ist es aber auch möglich diese schon vermischt

einzuleiten. Bevorzugt kann die Temperatur und der Druck in der

Prozesskammer während und zwischen den obigen Schritten im Wesentlichen konstant gehalten werden.

Gemäß einer Ausführungsform weist das erste Prozessgas wenigstens eines der folgenden auf: N ₂ 0, eine Mischung aus N ₂ 0 und NH ₃ , H ₂ 0, H ₂ 0 ₂ und 0 ₃ während als zweites Prozessgas zum Beispiel Trimethylaluminium verwendet wird, um auf der Substratoberfläche eine Al ₂ 0 ₃ -Schicht zu bilden.

Auf die so gebildete Schicht kann eine Deckschicht optional zusätzlich eine SiON und/oder SiN _x Schicht aufgebracht werden, indem zum Beispiel im Anschluss die Temperatur in der Prozesskammer erhöht und ein weiteres Prekursorgas in die Prozesskammer eingeleitet wird, das eine entsprechende Schichtabscheidung mit oder ohne Einsatz eines Plasmas bewirkt. Die oben beschriebene Vorrichtung ist für die Durchführung einer solchen Prozessfolge geeignet, doch können auch andere Vorrichtungen für die

Prozessfolge eingesetzt werden. Durch die beschriebenen Prozessfolge ergibt sich ein Halbleitersubstrat mit einer darauf abgeschiedenen Schichtstruktur bestehend aus einer Grundschicht, die im ALD-Verfahren hergestellt ist und einer darauf aufgebrachten Schicht mit im Wesentlichen gleicher

Zusammensetzung die im PECVD Verfahren ausgebildet ist. Die Grundschicht zeichnet sich durch eine hohe Homogenität innerhalb der Schicht und einer homogenen Grenzfläche Substrat-Schicht aus. Durch die homogene Grundschicht wird auch die weitere Schichtbildung im PECVD-Verfahren positiv beeinflusst, sodass diese eine verbesserte Homogenität im Vergleich zu einer direkt im PECVD-Verfahren auf das Halbleitersubstrat aufgebrachte Schicht aufweisen kann. Insbesondere kann eine Inselbildung wie sie häufig im PPECVD Verfahren auftritt verhindert werden, da die Grundschicht als

Seedlayer oder Keimschicht für die weitere Abscheidung dienen kann.

Bei der Verwendung von H ₂ 0 als erstes Prozessgas liegt dieses bei der

Prozessierung in Dampfform vor, wobei das H ₂ 0 flüssig beispielsweise mittels einer Mikrodosierpumpe einem Verdampfer (nahe der Prozesskammer) zugeführt und anschließend gasförmig in die Prozesskammer eingeleitet werden kann. Es ist auch möglich H ₂ 0 flüssig in die Prozesskammer einzuleiten und erst in der Prozesskammer oder einem in der Prozesskammer liegenden Gasverteiler zu verdampfen. Eine alternative H ₂ 0 Dosierung könnte gasförmig mittels temperiertem, vakuumfähigen Wasserbehälter und einem Niederdruck- Mass-Flow Controller erfolgen. Als H ₂ O Prozessgasmenge werden 1-7 slm entsprechend 0.8-12 g/min in Betracht gezogen. Die Einleitung der

Prozessgase kann kontinuierlich oder gepulst erfolgen. Bei gepulster Einleitung sollte im zeitlichen Mittel über alle Pulse die gleiche Gasmenge erreicht werden wie bei kontinuierlicher Einleitung. Die gepulste Einleitung mindestens eines

Prozessgases kann in sehr kurzen Pulsen (< 100 ms) erfolgen, wobei auch eine Kombination aus gepulster Einleitung mindestens eines Prozessgases während kontinuierlicher Einleitung mindestens eines weiteren Prozessgases angedacht. Bei einer gepulsten Einleitung mindestens eines Prozessgases kann diese gegebenenfalls mit einer gepulsten Einleitung elektrischer Leistung für eine Plasmaerzeugung zeitlich koordiniert werden. Dadurch können gegebenenfalls Spül- oder Wartezyklen zur Entfernung von Prozessgaskomponenten welche bevorzugt nicht durch Plasma aktiviert werden dürfen vermieden oder wenigsten verkürzt werden.