專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在晶片基材上沉積來(lái)自于工藝氣體的材料層的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在晶片基材(substrate wafer)上沉積來(lái)自于工藝氣體(processgas)的材料層的裝置和使用所述裝置的方法。本發(fā)明特別涉及通過(guò)化學(xué)蒸汽沉積(CVD)來(lái)沉積材料層的裝置，例如用于在由半導(dǎo)體材料例如硅組成的晶片基材上沉積外延層的裝置。
背景技術(shù)：
在晶片基材上沉積來(lái)自于工藝氣體的材料層的裝置的基本結(jié)構(gòu)是已知和明顯的，例如，WO 2007/050309A1所公開(kāi)的。相應(yīng)地，這種裝置包含由上圓頂、下圓底和側(cè)壁定界的 反應(yīng)室。在反應(yīng)室之上和之下都配置輻射加熱系統(tǒng)，并在材料膜沉積過(guò)程中產(chǎn)生足夠的熱量以使得導(dǎo)向晶片基材上的工藝氣體被活化并且使得在晶片基材的表面形成從工藝氣體成分產(chǎn)生的材料層。所述晶片基材由被預(yù)熱環(huán)環(huán)繞的基座支撐。所述預(yù)熱環(huán)靠在作為反應(yīng)室側(cè)壁的一部分的內(nèi)襯上。預(yù)熱環(huán)有幫助加熱導(dǎo)向晶片基材的工藝氣體的功用。在側(cè)壁上設(shè)置進(jìn)料口和出料口，由此進(jìn)行工藝氣體的進(jìn)料和由其產(chǎn)生的廢氣的排出。JP2006049503A2討論了用于在由硅組成的半導(dǎo)體晶片上沉積外延膜的裝置。所述裝置有如上所述的基本構(gòu)造并在反應(yīng)室側(cè)壁上還設(shè)置有另外的進(jìn)料口和出料口。所述另外的進(jìn)料口和出料口用于引入吹掃氣體到反應(yīng)室內(nèi)基座下面的空間中并從所述空間排出吹掃氣體。根據(jù)JP2006049503A2的說(shuō)明書(shū)，氣態(tài)化合物可以通過(guò)預(yù)熱環(huán)和基座之間的間隙到達(dá)增長(zhǎng)中的外延層，并改變?cè)诎雽?dǎo)體晶片邊緣區(qū)域的外延層的電阻率。為了防止這種“自摻雜”效應(yīng)，JP2006049503A2提議封上所述間隙。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用大體上如WO 2007/050309A1或JP2006049503A2中
所描述的裝置那樣配備的裝置時(shí)，需要考慮所存在的一些問(wèn)題。這是因?yàn)榇嬖谶@種風(fēng)險(xiǎn)由硅組成的外延沉積層的電阻率在晶片基材的直徑方向上的徑向分布變得明顯不對(duì)稱(chēng)。理想地，所述分布是對(duì)稱(chēng)的或至少是幾乎對(duì)稱(chēng)的。此外，可預(yù)料的是顆粒會(huì)污染沉積的材料層到比較高的程度。所以，本發(fā)明的目的是提供避免所述問(wèn)題的解決方案。所述目的通過(guò)用于在晶片基材上沉積來(lái)自于工藝氣體的材料層的裝置實(shí)現(xiàn)，所述裝置包含反應(yīng)室，其由上圓頂、下圓底和側(cè)壁定界；基座，其在材料層沉積過(guò)程中支撐所述晶片基材；環(huán)繞基座的預(yù)熱環(huán)；內(nèi)襯，所述預(yù)熱環(huán)被支撐在其中心位置，并在所述中心位置預(yù)熱環(huán)和基座之間有一致寬度的間隙；和
在內(nèi)襯和預(yù)熱環(huán)之間的定距物，所述定距物保持預(yù)熱環(huán)在中心位置和在預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯之間提供間距A。在晶片基材上沉積材料層的過(guò)程中，所述基座和晶片基材繞著它們的中心旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，所述預(yù)熱環(huán)應(yīng)保持在中心位置不參與該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。發(fā)明者發(fā)現(xiàn)上述的問(wèn)題產(chǎn)生于如下的事實(shí)在沉積過(guò)程的開(kāi)始階段，所述預(yù)熱環(huán)在所述工藝過(guò)程中以非可控的方式離開(kāi)中心位置，原因是在預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯之間由于熱膨脹產(chǎn)生的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)是由于預(yù)熱環(huán)材料和內(nèi)襯材料的熱膨脹性能的不同引起的。首先，在內(nèi)襯上預(yù)熱環(huán)的位移有如下效果預(yù)熱環(huán)和基座之間的間隙寬度不像預(yù)熱環(huán)保持在中心位置的情況下那樣保持一致。在沉積過(guò)程中間隙寬度沿著基座的外圍開(kāi)始波動(dòng)。在間隙較寬的地方“自摻雜”效應(yīng)增強(qiáng)，因?yàn)樵谶@些位置更多氣體可以通過(guò)間隙到增長(zhǎng)中的材料層。其次，在內(nèi)襯上預(yù)熱環(huán)的位移有如下效果顆粒因摩擦而產(chǎn)生，并傳到沉積的材料層而污染該層。預(yù)熱環(huán)的位移甚至?xí)惺诡A(yù)熱環(huán)和基座互相接觸的效果，這會(huì)加劇顆粒的 形成。因此要小心地確保預(yù)熱環(huán)和基座之間的間隙有至少2mm的寬度。然而，這樣的間隙寬度增進(jìn)了上述的“自摻雜”效果。為了避免上述問(wèn)題，本發(fā)明要求保護(hù)的裝置具有間隔于內(nèi)襯和預(yù)熱環(huán)之間的定距物，所述定距物使得預(yù)熱環(huán)不受其熱膨脹和內(nèi)襯熱膨脹的影響而保持在中心位置，并產(chǎn)生預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯之間的間隔△。這樣就完全或幾乎完全防止了預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯的直接接觸。由于缺少接觸，在材料膜沉積過(guò)程中因熱膨脹所致的預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯之間的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)不再導(dǎo)致顆粒的形成。所述裝置的基座和預(yù)熱環(huán)優(yōu)選由WO 2007/050309A1中所描述的適合的材料組成，特別優(yōu)選由碳化硅組成。所述預(yù)熱環(huán)優(yōu)選地具有W02007/050309A1中所描述的適合的形狀。所述裝置的上圓頂、下圓底和內(nèi)襯由能傳達(dá)IR輻射的材料組成，優(yōu)選的是石英。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述定距物通過(guò)預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯的合適構(gòu)型而形成。這種構(gòu)型可以例如存在于有楔形凸出物的預(yù)熱環(huán)中，所述凸出物置于所述內(nèi)襯的槽中，其中凸出物的開(kāi)度角比所述槽的開(kāi)度角大。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述定距物通過(guò)滑球形成，所述滑球?qū)㈩A(yù)熱環(huán)保持在內(nèi)襯上中心位置并與內(nèi)襯有特定距離?；谶@個(gè)實(shí)施方式的實(shí)施例，并參考附圖，在下文對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的解釋。
圖I示出具備本發(fā)明所述特征的反應(yīng)室。圖2示出所述基座、預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯的俯視圖。圖3示出本發(fā)明特征的詳細(xì)視圖。圖4示出基于實(shí)施例和對(duì)比例，在硅晶片上外延沉積的硅層的電阻率的徑向分布。圖5和圖6示出顆粒測(cè)量的結(jié)果，該測(cè)量在有外延沉積的硅層的硅晶片上進(jìn)行。
具體實(shí)施例方式圖I示出具有在晶片基材上沉積來(lái)自于工藝氣體的材料層的裝置的典型特征并包含本發(fā)明的特征的反應(yīng)室。所述圖示的特征包括上圓頂1，下圓底2和側(cè)壁3。所述晶片基材4由被預(yù)熱環(huán)6環(huán)繞的基座5支撐。所述預(yù)熱環(huán)6靠在屬于反應(yīng)室側(cè)壁3的一部分的內(nèi)襯7上?；?分布于預(yù)熱環(huán)6的邊緣區(qū)域在預(yù)熱環(huán)6和內(nèi)襯7之間起定距物的作用?；騼?yōu)選由碳化硅組成，且滑球數(shù)量?jī)?yōu)選為3到8，特別優(yōu)選為4。圖2示出基座5、預(yù)熱環(huán)6和內(nèi)襯7的俯視圖，并且示出了 4個(gè)滑球8在預(yù)熱環(huán)6圓周上的位置。圖3明顯看出滑球8部分嵌入預(yù)熱環(huán)6和內(nèi)襯7中。在各情況中滑球8臥于徑向延伸拉長(zhǎng)的洞9中，使得預(yù)熱環(huán)6保持在中心位置不受其自身熱膨脹和內(nèi)襯7 的熱膨脹的影響且不與安置其下的內(nèi)襯7接觸。在與滑球8鄰接的區(qū)域內(nèi)的預(yù)熱環(huán)6和內(nèi)襯7之間的間距A優(yōu)選不小于0. Olmm和不大于2mm。如果間距過(guò)小，因摩擦產(chǎn)生顆粒的風(fēng)險(xiǎn)增大。如果間距過(guò)大，基座下方空間內(nèi)的氣體引起“自摻雜”和/或沉積在反應(yīng)器壁上的風(fēng)險(xiǎn)增大。為了消除“自摻雜”效應(yīng)，預(yù)熱環(huán)6和基座5之間的間隙D有一致的優(yōu)選不小于0. Imm和不大于2mm的寬度,特別優(yōu)選不大于1mm。若間隙D小于0. Imm,預(yù)熱環(huán)6可能因熱膨脹與基座5接觸。若間隙D大于2_，會(huì)發(fā)生顯著的“自摻雜”效應(yīng)。預(yù)熱環(huán)6的外側(cè)邊界和與所述邊界相對(duì)的內(nèi)襯7的內(nèi)側(cè)邊界之間的間距d優(yōu)選地不小于0. Imm和不大于1.9mm。若間隙過(guò)小，因熱膨脹內(nèi)襯7和預(yù)熱環(huán)接觸的風(fēng)險(xiǎn)增大。在由硅組成的半導(dǎo)體晶片上提供由硅組成的外延沉積層的情況下，比較各種性質(zhì)，例如沉積層電阻率的徑向分布或在沉積層上所檢測(cè)到的顆粒數(shù)目，本發(fā)明的有利效果是明顯的。圖4顯示了基于實(shí)施例和對(duì)比例，在硅晶片上外延沉積的硅層電阻率的徑向分布。該圖顯示了在各情況下沿著硅晶片直徑的徑向的位置P的五個(gè)測(cè)量點(diǎn)和相應(yīng)的電阻率R0圖中如圓圈狀的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)代表對(duì)比例的硅晶片，所述硅晶片在沒(méi)有本發(fā)明的定距物的裝置中被沉積。該電阻率的徑向分布顯示了明顯的不對(duì)稱(chēng)性且在硅晶片的邊緣區(qū)域與硅晶片中心區(qū)域相比電阻率顯著下降。相比之下，由偏菱形狀的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體晶片的外延沉積層的電阻率的徑向分布是幾乎對(duì)稱(chēng)且?guī)缀跻恢碌?。?shí)施例的硅晶片在含有本發(fā)明所述的定距物的裝置中與對(duì)比例的硅晶片在相同的工藝條件下被沉積。圖5和圖6顯示了顆粒測(cè)量的結(jié)果，所述顆粒測(cè)量在有外延沉積硅層的硅晶片上進(jìn)行。圖中顯示了由散射光測(cè)量法在對(duì)比例和實(shí)施例中各25塊硅晶片上得到的平面圖，也顯示了顆粒的位置。實(shí)施例的硅晶片(圖6所示)含有顯著較少量的污染顆粒，而且不像對(duì)比例的硅晶片那樣在與預(yù)熱環(huán)鄰接的邊緣區(qū)域有顆粒累積。
權(quán)利要求
1.用于在晶片基材上沉積來(lái)自于工藝氣體的材料層的裝置，所述裝置包含 反應(yīng)室，其由上圓頂、下圓底和側(cè)壁定界； 基座，其在材料層沉積過(guò)程中支撐所述晶片基材； 環(huán)繞基座的預(yù)熱環(huán)； 內(nèi)襯，所述預(yù)熱環(huán)被支撐在其中心位置，并在所述中心位置預(yù)熱環(huán)和基座之間具有一致寬度的間隙；和 在內(nèi)襯和預(yù)熱環(huán)之間的定距物，所述定距物保持預(yù)熱環(huán)在中心位置和在預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯之間提供間距A。
2.權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述間隙具有一致的不小于0.Imm和不大于2_的寬 度。
3.權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中預(yù)熱環(huán)的外側(cè)邊界和與所述邊界相對(duì)的所述內(nèi)襯的內(nèi)側(cè)邊界之間的間距優(yōu)選地不小于0. Imm和不大于I. 9mm。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中在與所述定距物鄰接的區(qū)域內(nèi)的預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯之間的間距A不小于0. Olmm和不大于2mm。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其中用滑球形成所述定距物，其中滑球分布于預(yù)熱環(huán)的邊緣區(qū)域且部分嵌入于預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯中。
6.在晶片基材上沉積來(lái)自于工藝氣體的材料層的方法，所述方法包括 在權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的裝置中，將工藝氣體從預(yù)熱環(huán)上導(dǎo)向由基座支撐的晶片基材上。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中在沉積過(guò)程中晶片基材被保持在中心位置，在所述的中心位置在預(yù)熱環(huán)和基座之間有一個(gè)間隙，且所述間隙具有一致的不小于0. Imm和不大于2mm的寬度。
全文摘要
用于在晶片基材上沉積來(lái)自于工藝氣體的材料層的裝置，所述裝置包含反應(yīng)室，其由上圓頂、下圓底和側(cè)壁定界；基座，其在材料層沉積過(guò)程中支撐所述晶片基材；環(huán)繞基座的預(yù)熱環(huán)；內(nèi)襯，所述預(yù)熱環(huán)被支撐在其中心位置，并在所述中心位置在預(yù)熱環(huán)和基座之間有一致寬度的間隙；和在內(nèi)襯和預(yù)熱環(huán)之間的定距物，所述定距物保持預(yù)熱環(huán)在中心位置和在預(yù)熱環(huán)和內(nèi)襯之間提供間距Δ。
文檔編號(hào)H01L21/67GK102751181SQ20121010993
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者A·艾格納, C·哈格爾, G·布倫寧格 申請(qǐng)人:硅電子股份公司