Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abscheiden einer epitaktischen Schicht auf der Vorderseite einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Material, im Zuge dessen eine bereitgestellte Halbleiterscheibe auf einem Suszeptor angeordnet und mittels Wärmestrahlung auf eine Abscheidetemperatur erhitzt wird, und ein Ab scheidegas über eine Vorderseite der Halbleiterscheibe geleitet wird. Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren eine Vorrichtung zum Abscheiden einer epitaktischen Schicht auf einer Vorderseite einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Material.

Stand der Technik / Probleme

Das Abscheiden einer epitaktischen Schicht auf der Vorderseite einer Halbleiterschei be geschieht üblicherweise mittels CVD (Chemical vapor deposition) in einem CVD- Reaktor, häufig in einem Einzelscheiben-Reaktor. Beispielsweise sei die US 2014/0 251 208 A1 erwähnt, in der ein solcher CVD-Reaktor beschrieben ist. Ein Einzel scheiben-Reaktor stellt zwischen einem oberen und einem unteren Deckel (dorne) einen Reaktionsraum bereit, in dem ein Suszeptor von Suszeptor-Tragarmen einer Suszeptor-Tragwelle auf Suszeptor-Stützstiften gehalten wird. Der Suszeptor und ei ne darauf abgelegte Halbleiterscheibe wird durch Lampenreihen (arrays), die über und unter den Deckeln angeordnet sind, mittels Wärmestrahlung erhitzt, während ein Abscheidegas über die, zum oberen Deckel weisende Vorderseite der Halbleiter scheibe geleitet wird.

In US 2008/01 18712 A1 ist ein Suszeptor beschrieben, umfassend einen Suszeptor- ring und einen Suszeptorboden. Der Suszeptorring hat einen Sims (ledge) zum Able gen einer Halbleiterscheibe im Randbereich der Rückseite der Halbleiterscheibe. Zum Abscheiden einer Schicht auf der Vorderseite der Halbleiterscheibe wird der Suszep torring auf dem Suszeptorboden abgelegt.

In US 2007/0227441 A1 wird auf periodische Schwankungen der Dicke im Randbe reich von epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silizium hingewiesen. Grund sind unterschiedliche Wachstumsgeschwindigkeiten, mit denen die epitakti sche Schicht wächst. Die unterschiedlichen Wachstumsgeschwindigkeiten stehen in einem Zusammenhang mit der Kristallorientierung der Vorderseite der Halbleiter- scheibe. Die Vorderseite der Halbleiterscheibe ist diejenige Seitenfläche der Halb leiterscheibe, auf der die epitaktische Schicht abgeschieden wird. Um die Dicke der epitaktischen Schicht im Randbereich zu vergleichmäßigen, wird in US 2007/0227441 A1 vorgeschlagen, die Struktur des Suszeptors mit der Periode der Dickenschwan kungen zu verändern.

Mit derselben Zielsetzung wird in US 2015/0184314 A1 vorgeschlagen, die Breite des Randbereichs der Halbleiterscheibe zu beschränken.

Diese Lehre lässt unberücksichtigt, dass Halbleiterscheiben, bei denen die erwähnten Dickenschwankungen als problematisch betrachtet werden, mit einer Orientierungs kerbe (notch) im Randbereich versehen sind. Bei Halbleiterscheiben aus Silizium mit <100>-Orientierung der Vorderseite befindet sich die Orientierungskerbe meistens an einer der vier Stellen, an denen eine epitaktische Schicht vergleichsweise schnell wächst und markiert eine von vier <1 10>-Kristallrichtungen. Gelegentlich befindet sich die Orientierungsskerbe auch 45° entfernt von einer solchen Stelle und markiert eine von vier <100>-Kristallrichtungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Ebenheit von Halbleiterscheiben mit abgeschiedener epitaktischer Schicht im Randbereich insbesondere im Bereich des Notch zu verbessern und gleichzeitig periodische Schwankungen der Dicke im Rand bereich zu reduzieren, ohne dafür den Suszeptor oder die Form des Randbereichs der Halbleiterscheibe verändern zu müssen.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die in den Ansprüchen beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen des erfindungsgemä ßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsge mäße Vorrichtung übertragen werden. Umgekehrt können die bezüglich der vorste hend ausgeführten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angege benen Merkmale entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und in den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungen be schreiben, die selbstständig schutzfähig sind.

Kurzbeschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine Halbleiterscheibe (101 ) mit einer Orientierungskerbe (102). Die Halbleiterscheibe (101 ) weist eine <100>-Orientierung auf. Die obere Seitenfläche der Halbleiterscheibe (101 ) ist beispielsweise die (100)-Ebene. Die Orientierungskerbe 102 markiert eine von vier <1 10>-Kristallrichtungen, die um den Umfang der Halb leiterscheibe im Abstand von 90° verteilt auf entsprechende Ebenen im Bereich der Kante der Halbleiterscheibe hinweisen, auf denen eine epitaktische Schicht mit ver gleichsweise höherer Geschwindigkeit aufwächst, als auf Ebenen im Bereich der Kan te, auf welche vier <100>-Kristallrichtungen hinweisen.

Figur 2 zeigt entsprechend Figur 1 eine Halbleiterscheibe in Draufsicht eine Halb leiterscheibe (201 ) mit <1 10>-Orientierung mit einer Orientierungskerbe (202).

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung (Fig.3) umfasst neben einem Suszeptor (301 ) eine Einrichtung zum Halten und Drehen des Suszeptors (301 ) mit einer Suszeptor- Tragwelle (302) und Suszeptor-Tragarmen (303). Des Weiteren kann die Einrichtung zum Halten und Drehen des Suszeptors (301 ) eine Scheiben-Hebewelle (304) umfas sen sowie Scheiben-Hebestifte (305). Wesentliches Merkmal der Vorrichtung ist ein Ring (306), der von den Suszeptor-Tragarmen (303) gehalten wird und unter dem Suszeptor (301 ) angeordnet ist, ohne direkten Kontakt mit dem Suszeptor (301 ) zu haben. Der Ring (306) wird von den Suszeptor-Tragarmen (303) derart gehalten, dass er entlang seiner Umfangsrichtung nicht verschoben werden kann. Vorzugsweise be finden sich auf den Suszeptor-Tragarmen (303) Suszeptor-Stützstifte (307), die durch Bohrungen (402, 502, 602) des Rings (306) gesteckt sind. Der Abstand zwischen ei ner oberen Fläche des Rings (306) und einer unteren Fläche des Suszeptors (301 ) beträgt vorzugsweise nicht weniger als 5 mm und nicht mehr als 10 mm. Fig.4 zeigt in Draufsicht einen Ring (401 ), der in der gezeigten Ausführungsform Boh rungen (402) und vier, nach innen weisende Vorsprünge (403) aufweist, die im Ab stand von 90° über den Umfang verteilt angeordnet sind. Diese Ausführungsform eig net sich zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß Fig.3, um darin eine epitaktische Schicht auf der Vorderseite einer Halbleiterscheibe erfindungsgemäß abzuscheiden, die eine <100>-Orientierung hat. Der Ring (401 ) besteht vorzugsweise aus Quarzglas und die Vorsprünge (403) aus einem Material mit niedrigem Transmissionsgrad im IR- Bereich des Spektrums. Der Transmissionsgrad der Vorsprünge (403) beträgt in die sem Bereich, bezogen auf eine Materialdicke von 10 mm, vorzugsweise nicht mehr als 20 %, besonders bevorzugt nicht mehr als 5 %. Die Vorsprünge (403) bestehen vorzugsweise aus opakem Quarzglas.

Fig.5 zeigt in Draufsicht einen Ring (501 ), der in der gezeigten Ausführungsform Boh rungen (502) und zwei, nach innen weisende Vorsprünge (503) aufweist, die im Ab stand von 180° über den Umfang verteilt angeordnet sind. Diese Ausführungsform eignet sich zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß Fig.3, um darin eine epitakti sche Schicht auf der Vorderseite einer Halbleiterscheibe erfindungsgemäß abzu scheiden, die eine <110>-Orientierung hat.

Vorzugsweise befindet sich ein innerer Rand (404, 504) des Vorsprungs (403, 503) des Rings (401 , 501 ) an einer radialen Position, deren Abstand zu einem Zentrum Z des Rings (401 , 501 ) nicht weniger als 140 mm, vorzugsweise nicht weniger als 145 mm, besonders bevorzugt 148 mm bis 150 mm beträgt.

Fig.6 zeigt in Draufsicht einen Ring (601 ), der in der gezeigten Ausführungsform Boh rungen 602 und vier, nach innen weisende Vorsprünge (603) aufweist, die im Abstand von 90° über den Umfang verteilt angeordnet sind. Diese Ausführungsform eignet sich zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß Fig.3, um darin eine epitaktische Schicht auf der Vorderseite einer Halbleiterscheibe erfindungsgemäß abzuscheiden, die eine <100>-Orientierung hat. Die Vorsprünge (603) sind in der dargestellten Ausführungs form T-förmig und umfassen jeweils einen Steg (604) und ein Ringsegment (605).

Das Ringsegment (605) hat eine radiale Länge und eine Breite in Umfangsrichtung. Die radiale Länge beträgt vorzugsweise nicht weniger als 3 mm und nicht mehr als 8 mm. Die Breite beträgt, ausgedrückt als Öffnungswinkel a, vorzugsweise nicht weni ger als 15° und nicht mehr als 25°, besonders bevorzugt 20°. Der Ring (601 ) und/oder die Stege (604) bestehen vorzugsweise aus Quarzglas und die Ringsegmente aus einem Material mit niedrigem Transmissionsgrad im IR-Bereich des Spektrums. Der Transmissionsgrad der Ringsegmente (605) beträgt in diesem Bereich, bezogen auf eine Materialdicke von 10 mm, vorzugsweise nicht mehr als 20 %, besonders bevor zugt nicht mehr als 5 %. Die Ringsegmente (605) bestehen vorzugsweise aus opa kem Quarzglas.

Die Figuren 7 und 8 zeigen einen Suszeptorring (701 , 801 ) mit einer Ablagefläche (703, 805) und der daran angrenzenden stufenförmigen Begrenzung (702, 806). Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Suszeptorrings (701 , 801 ) sieht vor, dass die Ablagefläche einen nach innen weisenden Vorsprung aufweist. Damit ist gemeint, dass die radiale Breite Wi der Ablagefläche (703, 805) des Suszeptorrings (701 , 801 ) an einer azimutalen Position größer ist, als die radiale Breite W2 an der gegenüberlie genden Position.

Eine Halbleiterscheibe (704, 804) kann dabei bevorzugt so in dem Suszeptorring (701 , 801 ) positioniert werden, dass die Position mit der größten Breite der Ablageflä che W1 (802) mit der Position der Orientierungskerbe (803) übereinstimmt.

Die an die Ablage angrenzende stufenförmige Begrenzung (Fig. 9, 901 ) kann dabei bevorzugt so ausgeführt werden, dass sie eine nach innen weisende Ausbuchtung (Fig. 9, 902) aufweist.

Bevorzugt ist die azimutale Position einer nach innen weisenden Ausbuchtung der an die Ablage angrenzende stufenförmige Begrenzung (902) mit der azimutalen Position des nach innen weisenden Vorsprungs der Ablagefläche (403, 503) identisch.

Zum Abscheiden einer epitaktischen Schicht auf einer Vorderseite einer Halbleiter scheibe aus einkristallinem Material, wird bevorzugt die Halbleiterscheibe in der be schriebenen Vorrichtung angeordnet, dass die Orientierungskerbe der Halbleiter scheibe dieselbe azimutale Position hat wie ein Vorsprung des Rings. Danach wird die Halbleiterscheibe auf eine Abscheidetemperatur mittels Wärmestrahlung gebracht, die zu einer Vorderseite und zu einer Rückseite der Halbleiterscheibe gerichtet ist und Abscheidegase über die Vorderseite der Halbleiterscheibe geleitet. Abscheidegase enthalten dabei bevorzugt Silane, Chlorsilane oder Mischungen dar aus verdünnt in einem Trägergas (bevorzugt Wasserstoff).

Als Abscheidetemperatur wird dabei die Temperatur verstanden, bei der unter den gegebenen Randbedingungen sich eine Schicht auf der Halbleiterscheibe abscheidet.

Mit den Mitteln der beschriebenen Vorrichtung wird dafür gesorgt, dass das selektive Reduzieren der Intensität eines Anteils der Wärmestrahlung, die zur Rückseite der Halbleiterscheibe gerichtet ist, wodurch Teilbereiche am Rand der Halbleiterscheibe, in denen eine Wachstumsgeschwindigkeit der epitaktischen Schicht bei einheitlicher Temperatur der Halbleiterscheibe wegen der Orientierung des einkristallinen Materials größer ist, als in benachbarten zweiten Teilbereichen, schwächer erhitzt werden.

Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und um fasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen sowie Äquivalente durch den Schutzbe reich der Ansprüche abgedeckt sein.

In Figur 10 wird der Effekt verdeutlicht, der durch das Anwenden des erfinderischen Verfahrens bei der Epitaxie erreicht wird. An der Abszisse D _x sind hierbei die azimuta len Koordinaten in Grad [°] aufgetragen. Die Ordinate D _y zeigt die Schichtdicke in di mensionslosen Koordinaten, die entlang eines Perimeters der Halbleiterscheibe ge messen werden. Die gestrichelte Linie A steht dabei für die Höhenkurve, die mit Me thoden des Standes der Technik erreicht werden kann. Die durchgezogene Linie B wird durch Anwendung des erfinderischen Verfahrens erreicht. Die Orientierungsker be befand sich an der Position 0°, bzw. 360°.