Halbleiterscheibe mittels Gasphasenabscheidung

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einer Halbleiterscheibe mittels Gasphasen ^¬ abscheidung und ein Verfahren, das diese Vorrichtung verwendet

Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise in der

US2004/0144323 AI gezeigt. Sie umfasst einen oberen und einen unteren Deckel aus transparentem Material und eine Seitenwand, die einen Reaktorraum definieren. Der Reaktorraum wird durch einen Suszeptor in einen oberen Reaktorraum und in einen unteren Reaktorraum aufgeteilt. Der Suszeptor trägt eine zu beschichtende Halbleiterscheibe und ruht selbst auf Armen eines Traggestells, welches das obere Ende einer den Suszeptor und die Halbleiterscheibe drehenden Welle bildet. Obere und untere Lampenbänke erhitzen den Suszeptor und die Halbleiterscheibe. Ein Abscheidegas wird parallel zur Oberfläche der Halbleiter ^¬ scheibe durch den oberen Reaktorraum geleitet und dabei ther- misch gespalten, wobei Spaltprodukte sich unter Bildung einer möglichst gleichmäßig dicken Schicht auf der Oberfläche der Vorderseite der Halbleiterscheibe ablagern. Gleichzeitig wird ein Spülgas durch den unteren Reaktorraum geleitet, um zu verhindern, dass Abscheidegas oder Spaltprodukte davon zur Rück- seite des Suszeptors und zur Rückseite der Halbleiterscheibe gelangen .

Aus der US4 821 674 ist bekannt, dass Spülgas durch die Welle und durch einen Spalt, der zwischen der Welle und einem sie umgebenden Rohr besteht, geleitet werden kann, um Abscheidegas daran zu hindern, in den Bereich unter dem Suszeptor zu

gelangen .

Das Abscheiden einer gleichmäßig dicken Schicht auf einer

Halbleiterscheibe bereitet jedoch Probleme. Selbst nach einer Optimierung von entscheidenden Prozessparametern wie der elektrischen Leistung der Lampenbänke und des Volumenstroms von Abscheidegas und Spülgas, stellt man nach der Analyse einer be ^¬ schichteten Halbleiterscheibe fest, dass die Schichtdicke im Zentrum der Halbleiterscheibe etwas größer ist, als im Rand ^¬ bereich der Halbleiterscheibe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gleichmäßigere Schichtdicke zu erreichen.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass eine im Zentrum der beschichteten Halbleiterscheibe gefundene erhöhte Schichtdicke auf eine Temperaturerhöhung im Zen ^¬ trumsbereich des Suszeptors zurückzuführen ist, und dass diese lokale Temperaturerhöhung mit den Mitteln der Optimierung der genannten Prozessparameter nicht zu vermeiden ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird daher eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einer Halbleiterscheibe mittels Gaspha- senabscheidung vorgeschlagen, umfassend einen Suszeptor mit einer Vorderseite und einer Rückseite;

eine Welle zum Drehen des Suszeptors, wobei die Welle ein oberes und ein unteres Ende hat und mit einem Kanal versehen ist, der sich vom unteren bis zum oberen Ende erstreckt;

einen Gasverteiler-Kopf, der am oberen Ende der Welle befestigt ist und ein Gebiet der Rückseite des Suszeptors mittels eines kühlenden Gases kühlt, wobei sich das gekühlte Gebiet vom

Zentrum des Suszeptors aus radial nach außen erstreckt; und eine Leitung zum Zuführen des kühlenden Gases von einer Quelle zum unteren Ende der Welle, von wo aus das kühlende Gas durch den Kanal zum oberen Ende der Welle und in den Verteilerkopf gelangt und zur Rückseite des Suszeptors gelenkt wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren, bei dem diese Vorrichtung verwendet wird. Das Kühlen eines Gebiets der Rückseite des Suszeptors, das sich vom Zentrum des Suszeptors radial nach außen erstreckt, bewirkt letztlich auch eine Verringerung der Temperatur auf der zu beschichtenden Oberfläche der Halbleiterscheibe im Zentrum der Vorderseite der Halbleiterscheibe und in einem radial um das Zentrum herum sich erstreckenden Bereich der Oberfläche der Vorderseite der Halbleiterscheibe. Mit der niedrigeren Tempera ^¬ tur sinkt wiederum die Geschwindigkeit der Abscheidung der Schicht, so dass durch die gezielte Kühlmaßnahme eine radial gleichmäßigere Schichtdickenverteilung zu erreichen ist.

Die Kühlmaßnahme umfasst die Verwendung eines Gasverteiler- Kopfes, der die Wirkung des kühlenden Gases auf ein Gebiet der Rückseite des Suszeptors lenkt und beschränkt, das sich vom Zentrum des Suszeptors aus radial nach außen erstreckt. Der

Durchmesser des Gebiets ist kleiner als der Durchmesser der zu beschichtenden Halbleiterscheibe, und das Verhältnis der Durch ^¬ messer d/D beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,1 und nicht mehr als 0,4, wobei d den Durchmesser des gekühlten Gebiets der Rückseite des Suszeptors bezeichnet und D den Durchmesser einer auf dem Suszeptor abgelegten, zu beschichtenden Halbleiterscheibe. Der Durchmesser des gekühlten Gebiets darf nicht zu groß werden, weil sonst auch Bereiche der Halbleiterscheibe gekühlt werden, die nicht gekühlt werden sollten. Er darf aber auch nicht zu klein sein, weil sonst Bereiche der Halbleiterscheibe nicht gekühlt werden, die gekühlt werden sollten.

Je nach Anwendung kann der Gasverteiler-Kopf unterschiedlich ausgeführt sein. Bevorzugt ist ein Gasverteiler-Kopf, der den Strom des ausströmenden kühlenden Gases aufgefächert gegen die Rückseite des Suszeptors lenkt. Das gekühlte Gebiet der Rück ^¬ seite des Suszeptors ist das Gebiet, das unmittelbar vom Gas ^¬ strom getroffen wird, der den Gasverteiler-Kopf verlässt. Der Gasverteiler-Kopf hat vorzugsweise einen bestimmten Abstand zur Rückseite des Suszeptors und einen bestimmten Öffnungswinkel zum Auffächern des Gasstroms.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst vorzugsweise einen Massendurchfluss-Regler oder Massendurchfluss-Begrenzer, der einen Volumenstrom des kühlenden Gases, der das Gebiet der Rückseite des Suszeptors kühlt, derart einstellt, dass er nicht weniger als 1 slm und nicht mehr als 20 slm beträgt. Bei einem Volumenstrom von mehr als 20 slm besteht die Gefahr, dass die Wirkung des kühlenden Gases die beabsichtigte Wirkung übertrifft und letztendlich weniger Material im Zentrum der Oberfläche der Halbleiterscheibe abgeschieden wird, als beabsich ^¬ tigt ist. Bei dem kühlenden Gas handelt es sich vorzugsweise um Wasser ^¬ stoff, Stickstoff oder ein Edelgas oder um eine beliebige

Mischung der genannten Gase.

Die Halbleiterscheibe besteht vorzugsweise aus einkristallinem Silizium. Die abgeschiedene Schicht ist vorzugsweise eine

Schicht aus epitaktisch abgeschiedenem Silizium, das mit einem elektrisch aktiven Dotierstoff dotiert sein kann. Der Durchmesser der zu beschichtenden Halbleiterscheibe beträgt vorzugs ^¬ weise nicht weniger als 300 mm, besonders bevorzugt 300 mm oder 450 mm.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnungen weiter erläutert. Fig.l zeigt eine Vertikalschnitt-Zeichnung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei einige Merkmale nicht darge ^¬ stellt sind, die zum Verständnis der Erfindung nichts bei ^¬ tragen . Fig.2 zeigt, ebenfalls im Vertikalschnitt, die relative Lage eines bevorzugt ausgebildeten Gasverteiler-Kopfes zu einem Suszeptor und einer darüberliegenden Halbleiterscheibe. Fig.3 zeigt die radiale Verteilung der Schichtdicke h am

Beispiel einer Halbleiterscheibe aus Silizium, die auf erfin ^¬ dungsgemäße Weise mit einer Schicht aus Silizium epitaktisch beschichtet wurde. Fig.4 zeigt zum Vergleich die radiale Verteilung der Schichtdicke h am Beispiel einer Halbleiterscheibe aus Silizium, die auf sonst gleichartige Weise beschichtet wurde, wobei während der Beschichtung auf eine Kühlung der Rückseite des Suszeptors mit einem kühlenden Gas verzichtet wurde.

Die Vorrichtung gemäß Fig.l umfasst einen Suszeptor 3, der eine zu beschichtende Halbleiterscheibe 5 trägt und selbst auf Armen eines Traggestells 1 ruht. Das Traggestell sitzt gemeinsam mit einem Gasverteiler-Kopf 9 auf dem oberen Ende einer sich dreh- enden Welle 7. Die Welle ist umgeben von einem Rohr 6, das an einem oberen Ende zu einem Tragring 2 erweitert ist, auf dem Hebestifte 4 zum Anheben und Absenken der Halbleiterscheibe 5 auf dem Suszeptor 3 aufsetzen. Zwischen dem Rohr 6 und der Welle 7 besteht ein Spalt, der sich nach oben bis zum Tragring erstreckt. Das untere Ende der Welle steht über eine Leitung mit einer Quelle 10 in Verbindung, die das kühlende Gas bereit ^¬ stellt. In diese Leitung ist vorzugsweise ein Massendurchfluss- Regler oder Massendurchfluss-Begrenzer 8 integriert, der den Volumenstrom des kühlenden Gases regelt oder begrenzt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine weitere Quelle 11 eines Gases, eine weitere Lei ^¬ tung und einen weiteren Massendurchfluss-Regler oder Massendurchfluss-Begrenzer 12 zum Zuführen des weiteren Gases. Das weitere Gas, das die Zusammensetzung des kühlenden Gases oder eine andere Zusammensetzung haben kann, wird als Spülgas ver- wendet, das den Austrittsbereich des weiteren Gases am oberen Ende des Rohrs frei von reaktiven Gasen hält.

Der Gasverteiler-Kopf 9 hat vorzugsweise die Form eines konisch erweiterten Rotations-Körpers, wie sie Fig.2 zeigt, und er fächert den ihn verlassenden Gasstrom auf. Bei einem Verhältnis der Durchmesser d/D = 0,1 ist der Durchmesser dl des zu kühlenden Gebiets der Rückseite des Suszeptors 38 mm lang, wenn eine Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser D von 300 mm zu be- schichten beabsichtigt ist. Dazu muss der Abstand AI, den der Gasverteiler-Kopf zur Rückseite des Suszeptors hat, etwa 11 mm betragen und der Gasverteiler-Kopf den ihn verlassenden Gasstrom mit einem Öffnungswinkel Wl von etwa 20° auffächern. Bei einem Verhältnis der Durchmesser d/D = 0,4 ist der Durchmesser d2 des zu kühlenden Gebiets der Rückseite des Suszeptors 152 mm lang, wenn eine Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser D von 300 mm zu beschichten beabsichtigt ist. Dazu muss der Abstand A2, den der Gasverteiler-Kopf zur Rückseite des Suszeptors hat, etwa 81 mm betragen und der Gasverteiler-Kopf den ihn verlas- senden Gasstrom mit einem Öffnungswinkel W2 von etwa 37° auffächern .

Beispiel : Wie der Vergleich von Fig.3 und Fig.4 zeigt, ist die radiale

Verteilung der Schichtdicke h deutlich gleichmäßiger, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird.