DE102004024207B4

DE102004024207B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Niedertemperaturepitaxie auf einer Vielzahl von Halbleitersubstraten

Info

Publication number: DE102004024207B4
Application number: DE102004024207.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Grabolla Thomas; Dr. Ritter Georg; Dr. Tillack Bernd
Original assignee: IHP GmbH
Current assignee: IHP GmbH
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2024-05-11
Also published as: DE102004024207A1; WO2005108643A8; WO2005108643A1; US8932405B2; US20080050929A1

Abstract

Verfahren zur Abscheidung von Schichten auf einer Vielzahl von Halbleitersubstraten gleichzeitig, mit den Schritten – Reinigung mindestens je einer Oberfläche der Halbleitersubstrate in einem ersten Reaktor bei einer ersten Substrattemperatur Tred, – Transport der Halbleitersubstrate vom ersten in einen zweiten Reaktor, – nachfolgende Abscheidung mindestens je einer Schicht auf den Halbleitersubstraten im zweiten Reaktor bei einer zweiten Substrattemperatur Tdep wobei die Halbleitersubstrate während der Reinigung und während des Transports vom ersten in den zweiten Reaktor unterbrechungsfrei in einer reduzierenden Gasatmosphäre bewegt oder gelagert werden, solange die Substrattemperatur über einer vom Substratmaterial und dem Material der mindestens einen abzuscheidenden Schicht abhängigen kritischen Temperatur Tc liegt, oberhalb derer bei einer Lagerung oder einem Transport in einer nicht reduzierenden Gasatmosphäre durch unerwünschte Reaktionen oder Verunreinigungen die nachfolgende Abscheidung der Schichten beeinträchtigt würde, und bei dem der Transport der Halbleitersubstrate durch eine Transportkammer mit nicht reduzierender Gasatmosphäre bei einer Substrattemperatur unterhalb der kritischen Temperatur führt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Schichten auf einer Vielzahl von Halbleitersubstraten gleichzeitig sowie eine Reaktoranordnung für die Schichtabscheidung auf einer Vielzahl von Substraten.
Die Entwicklung der Silizium-Germanium-Kohlenstoff-Technologie hat die Herstellung von Halbleiterbauelementen ermöglicht, in denen funktionelle Schichten mit einer bis dahin nicht realisierbaren Kombination einer besonders geringen Schichtdicke und hoher Dotierstoffkonzentration enthalten sind. Damit konnte die wirtschaftlich hochentwickelte Siliziumtechnologie auch für hochfrequenztaugliche Bauelemente eingesetzt werden und die bis dahin dominierende Technologie auf der Basis von III-V-Halbleitern wie Galliumarsenid zum Teil ersetzen.
Die Si/SiGe-C-Technolgie profitiert zum einen von den vorteilhaften elektronischen Eigenschaften von Si/SiGe-Heterostrukturen gegenüber reinen Si-Strukturen und zum anderen von der doppelten Wirkung des Kohlenstoffeinbaus. Kohlenstoff kann die Gitterfehlanpassung von SiGe gegenüber Si kompensieren und hemmt darüber hinaus die Diffusion von Dotierstoffen, die im Ergebnis zu einer unerwünschten Schichtverbreiterung in Transistorstrukturen führt.
Die Vorteile der Si/SiGe:C-Technologie konnten jedoch nur aufgrund der begleitenden Entwicklung neuer, an die besonderen Erfordernisse der neuen Halbleiterstrukturen angepassten Abscheideverfahren zum Tragen kommen. So wurden Niedertemperatur-Abscheideverfahren entwickelt, die diffusionsfördernde Prozessschritte bei hohen Temperaturen soweit wie möglich vermeiden.
Aus der WO 03/012840 A2 ist ein solches Niedertemperatur-Verfahren zur Herstellung dünner epitaktischer Schichten bekannt. Bei diesen Verfahren wird eine Vielzahl von Substraten zunächst einer externen Vorreinigung und anschließend bei einer hohen Temperatur zwischen 750 und 1100°C einer Wasserstoffbehandlung („Wasserstoff-prebake”) unterzogen. Nach dieser Vorbehandlung werden die Substrate in einem Niederdruck-Heiß- oder Warmwand-Batch-Reaktor bei im Vergleich zur Wasserstoffbehandlung niedrigeren Temperaturen beschichtet.
Es ist aus der WO 03/012840 A2 weiterhin bekannt, das Wasserstoff-prebake in einer ersten Reaktorkammer und die Schichtabscheidung in einer zweiten Reaktorkammer durchzuführen. Die Substrate werden nach dem Wasserstoff-prebake von der ersten in die zweite Reaktorkammer überführt. Der Transport erfolgt durch eine Transportkammer in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum.
Aus der US 6 488 778 B1 ist eine ähnliche Anordnung bekannt.
Problematisch ist bei dem in diesen Dokumenten beschriebenen Verfahren der Transport zwischen den Reaktorkammern nach der Wasserstoffbehandlung. Durch den Wechsel der Gasatmosphäre bei erhöhten Substrattemperaturen kann es zu unerwünschten Reaktionen und neuen Verunreinigungen auf der Oberfläche der gerade gereinigten Substrate kommen, die die Homogenität der nachfolgenden Schichtabscheidung beeinträchtigen können.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schichtabscheidung anzugeben, bei dem bzw. bei der die genannten Nachteile nicht auftreten.
Der Verfahrensaspekt des genannten technischen Problems wird gelöst durch ein Verfahren zur Schichtabscheidung auf einer Vielzahl von Halbleitersubstraten gleichzeitig, mit den folgenden Schritten:

– Reinigung mindestens je einer Oberfläche der Substrate in einem ersten Reaktor bei einer ersten Substrattemperatur T_red,
– Transport der Substrate vom ersten in einen zweiten Reaktor,
– nachfolgende Abscheidung mindestens je einer Schicht auf den Halbleitersubstraten im zweiten Reaktor bei einer zweiten Substrattemperatur T_dep.

Erfindungsgemäß werden die Substrate weiterhin während der Reinigung und während des Transports vom ersten in den zweiten Reaktor unterbrechungsfrei in einer reduzierenden Gasatmosphäre bewegt oder gelagert, solange die Substrattemperatur über einer vom Substratmaterial und dem Material der mindestens einen abzuscheidenden Schicht abhängigen kritischen Temperatur T_c liegt.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Beeinträchtigung der Homogenität der Schichtabscheidung durch nach der Wasserstoffbehandlung der Substrate unerwünscht aufgetretene Reaktionen oder Verunreinigungen ein von der Temperatur abhängiges Phänomen ist. Es kann eine vom Substratmaterial abhängige kritische Temperatur T_c bestimmt werden, oberhalb derer die Schichtabscheidung beeinträchtigt ist.
Erfindungsgemäß wird die Vielzahl der Substrate während der Reinigung und während des anschließenden Transports vom ersten in den zweiten Reaktor unterbrechungsfrei in einer reduzierenden Gasatmosphäre bewegt oder gelagert, solange die Substrattemperatur größer oder gleich der kritischen Temperatur T_c ist. Auf diese Weise gelingt es, bei der nachfolgenden Schichtabscheidung besonders homogene Schichten zu erzeugen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, einen robusteren Substrattransport zu ermöglichen. Die Lagerung und der Transport der Substrate bei Temperaturen oberhalb der kritischen Temperatur in einer reduzierenden Gasatmosphäre wie einer Wasserstoffatmosphäre bewirken eine Passivierung der Substratoberflächen. Ursprünglich offene Valenzen an der Oberfläche des Substrats werden von Atomen des Gases der reduzierenden Gasatmosphäre besetzt. Die so erzielte Passivierung, beispielsweise eine Wasserstoffpassivierung, hält bei Temperaturen unterhalb der kritischen Temperatur ausreichend lange an, um einen Substrattransport in Stickstoffatmosphäre ohne die Gefahr störender Oberflächenreaktionen zu gewährleisten. Unerwünschte Reaktionen mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit während des Substrattransportes auch bei niedrigen Temperaturen können auf diese Weise unterdrückt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Substrate während des Transports vom ersten in den zweiten Reaktor aus der reduzierenden Gasatmosphäre heraustransportiert, nachdem die Substrattemperatur unterhalb die kritische Temperatur gesunken ist. Auf diese Weise kann zum einen der Transport der Substrate noch in der reduzierenden Gasatmosphäre begonnen werden, wodurch Zeit gewonnen wird. Zum anderen muss nicht der gesamte Transport der Halbleitersubstrate vom ersten in den zweiten Reaktor in einer reduzierenden Gasatmosphäre durchgeführt werden. Nach der erläuterten Passivierung der Oberflächen in einer reduzierenden Gasatmosphäre wie beispielsweise einer Wasserstoffatmosphäre oberhalb der kritischen Temperatur können die Substrate auch in einer anderen Gasatmosphäre bewegt werden, beispielsweise in einer inerten Gasatmosphäre wie einer Stickstoffatmosphäre oder im Vakuum. Hierfür ist weniger Aufwand erforderlich als für die Bereitstellung von Reaktorbereichen, die auf eine reduzierende Gasatmosphäre umgestellt werden müssen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Transport der Substrate vom ersten in den zweiten Reaktor die folgenden Schritte:

– Transport der Substrate aus dem ersten Reaktor in eine erste Schleusenkammer mit einstellbarer Temperatur und Gasatmosphäre bei einer Substrattemperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c
– Abkühlen der Substrate in der ersten Schleusenkammer auf eine Substrattemperatur unterhalb der kritischen Temperatur T_c
– Transport der Substrate von der ersten Schleusenkammer in den zweiten Reaktor.

Durch Verwendung der ersten Schleusenkammer können die Substrate nach der Wasserstoffbehandlung im ersten Reaktor in einer reduzierenden Gasatmosphäre transportiert werden. Dadurch wird der erste Reaktor wieder frei für die Bestückung mit neuen Substraten. Die gerade gereinigten Substrate können in der ersten Schleusenkammer anschließend in der reduzierenden Gasatmosphäre abgekühlt werden, bis sie die kritische Temperatur T_c unterschritten haben. Anschließend kann der Transport der Substrate in den zweiten Reaktor in einer inerten Gasatmosphäre oder im Vakuum fortgeführt werden. Hierzu wird beispielsweise die Gasatmosphäre in der ersten Schleusenkammer ausgetauscht oder soweit abgepumpt, bis sich die gewünschten Bedingungen für den weiteren Transport eingestellt haben. Anschließend kann die Schleusenkammer geöffnet werden und können die Substrate zum zweiten Reaktor weitertransportiert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die erste Schleusenkammer dem ersten Reaktor zugeordnet. Der Transport der Substrate von der ersten Schleusenkammer in den zweiten Reaktor umfasst hierbei die folgenden Schritte:

– Erforderlichenfalls Umstellen der Gasatmosphäre in der zweiten Schleusenkammer auf eine reduzierende Gasatmosphäre
– Erwärmen der Substrate auf eine Substrattemperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c
– Transport der Substrate in den zweiten Reaktor in der reduzierenden Gasatmosphäre.

Bei diesem Verfahren sind zwei Schleusenkammern vorgesehen. Die erste Schleusenkammer dient dem Transport und der Lagerung der Substrate vor und nach dem Wasserstoff-prebake. Die zweite Schleusenkammer dient dem Transport und der Lagerung der Substrate vor und nach der Schichtabscheidung. Bei dieser Ausführungsform werden die Schichten mit dem Einbringen der Substrate in den zweiten Reaktor in der reduzierenden Gasatmosphäre in der zweiten Schleusenkammer auf eine Substrattemperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c erwärmt.
Auch hier ist es denkbar, dass während der Abscheidung einer Anzahl von Substraten im zweiten Reaktor in der zweiten Schleusenkammer bereits ein oder mehrere weitere Substratträger gelagert sind und auf die für die Abscheidung erforderliche Temperatur gebracht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Transport der Substrate von der ersten in die zweite Schleusenkammer durch eine Transportkammer mit nicht reduzierender Gasatmosphäre. Es versteht sich, dass dies im Sinne der Erfindung nur bei Temperaturen unterhalb der kritischen Temperatur T_c erfolgt.
Bei einer weiteren Ausführungsform hat die Gasatmosphäre im zweiten Reaktor beim Einbringen der Substrate eine zum Erwärmen der Substrate auf die zweite Substrattemperatur T_dep erforderliche Temperatur.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch ohne den Transport und die Lagerung der Substrate in Schleusenkammern durchgeführt werden. Bei einer solchen Ausführungsform sind beispielsweise der erste und der zweite Reaktor aneinanderangrenzend angeordnet und voneinander durch gas- und vakuumdichte Verschlüsse trennbar. Nach dem Reinigungsschritt im ersten Reaktor und vor dem Schichtabscheideschritt im zweiten Reaktor werden bei dieser Ausführungsform die folgenden Schritte durchgeführt:

– Abkühlen der Substrate im ersten Reaktor auf eine Substrattemperatur, die gleich der Abscheidetemperatur T_dep im zweiten Reaktor ist,
– Umstellen der Gasatmosphäre im zweiten Reaktor auf eine reduzierende Gasatmosphäre,
– Transport der Substrate in den zweiten Reaktor,
– Erforderlichenfalls Umstellen der Gasatmosphäre im zweiten Reaktor auf die für die Schichtabscheidung benötigte Gasatmosphäre.

Die reduzierende Gasatmosphäre ist vorzugsweise eine ultrareine reduzierende Gasatmosphäre. Ultrarein bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Verunreinigungen nur in einer Konzentration von insgesamt weniger als 10 ppb vorhanden sind.
Vorzugsweise besteht die reduzierende Gasatmosphäre aus Wasserstoff, wobei der Restgehalt an oxidierenden Bestandteilen wie beispielsweise Sauerstoff und Feuchtigkeit wie Wasserdampf nicht höher ist als 1 ppb.
Wie eingangs schon erläutert, hängt die kritische Temperatur vom verwendeten Substratmaterial und von dem Material der abzuscheidenden Schicht ab. Die kritische Temperatur ist typischer Weise kleiner als die Abscheidetemperatur T_dep. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gilt folgende Beziehung zwischen den ersten und zweiten Substrattemperaturen T_red und T_dep und der kritischen Temperatur T_c gilt: 200°C < T_c < T_dep < T_red ≤ 1000°C
Hierbei bezeichnet T_red die Temperatur der reduzierenden Gasatmosphäre während des Wasserstoff-prebakes.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit mindestens 25 Substraten gleichzeitig durchgeführt.
Besonders geeignet ist das Verfahren für die Abscheidung auf Siliziumsubstraten. Es sind jedoch auch andere Substratmaterialien denkbar, beispielsweise Silizium-Germanium, Siliziumcarbid oder Germanium.
Vorzugsweise wird im zweiten Reaktor mindestens eine epitaktische Schicht abgeschieden. Zusätzlich oder alternativ umfasst der Abscheideschritt in einer anderen Ausführungsform das Abscheiden mindestens einer dielektrischen Schicht auf den Substraten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer bevorzugten Ausführungsform parallel an mehreren Batches durchgeführt. Während eine erste Vielzahl von Substraten dem Abscheideschritt unterzogen wird, wird gleichzeitig mindestens eine zweite Vielzahl von Substraten dem Reinigungsschritt unterzogen. Auf diese Weise kann eine gegenüber Einkammersystemen und gegenüber einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit nur einer Vielzahl von Substraten gleichzeitig, also nur einem Batch, eine deutliche Erhöhung des Waferdurchsatzes pro Stunde erzielt werden.
Da der Abscheideschritt in aller Regel deutlich länger dauert als der Reinigungsschritt können während der Abscheidung auch mehrere Batches gereinigt werden. Nach dem Prebake und der Abkühlung unter die kritische Temperatur wird das zweite Batch, also die zweite Vielzahl von Substraten, entweder in der Schleusenkammer oder in der Transportkammer gelagert, bis das erste Batch, also die erste Vielzahl nach dem Abscheideschritt aus der Schleusenkammer des Abscheidereaktors herausgeführt worden ist. Die Lagerung in der Transportkammer ist in dem Fall vorteilhaft, wenn ein drittes oder noch weitere Batche zur Reinigung im Prebake-Reaktor vorgesehen sind, während im Abscheide-Reaktor das erste Batch dem Abscheideschritt unterzogen wird.
Die vorstehende Überlegung motiviert ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung mit zwei oder mehr zweiten Reaktorkammern zur Durchführung der Abscheidung. Bei diesem Ausführungsbeispiel müssen die gereinigten Batches nicht lange gelagert werden, sondern können gleich zur jeweils nächsten frei werdenden Abscheidekammer bzw. einer dort vorgesehenen Schleusenkammer transportiert werden. Die parallele Durchführung des Abscheideschrittes in mehreren Abscheidereaktoren ermöglicht eine weitere Effizienzsteigerung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die erste Substrattemperatur T_red durch kurzzeitiges Bestrahlen je eines Substrates mit einer Lichtquelle eingestellt wird. Auf diese Weise kann das thermische Budget, dem die Substrate ausgesetzt werden, deutlich verringert werden. Weiterhin werden aufwändige Heizvorrichtungen an der Prebake-Reaktorkammer gespart. Im Unterschied zum Beheizen der gesamten Reaktorkammer wird bei dieser Ausführungsform jedes Substrat eines Batches einzeln bestrahlt. Es wird also nur kurzzeitig einer definierten Heizleistung ausgesetzt.
Bevorzugt wird dabei je ein Substrat entweder mit einem Lichtblitz oder mit mehreren Lichtblitzen bestrahlt, wobei Anzahl, Frequenzspektrum, Intensität und Zeitdauer des Lichtblitzes bzw. der Lichtblitze so gewählt sind, dass das Substrat für eine vorbestimmte Zeitspanne auf die erste Substrattemperatur T_red erhitzt wird. Zur Durchführung einer Oberflächenreinigung reicht eine Zeitspanne von maximal ca. 10 Sekunden in Wasserstoffatmosphäre bei der ersten Substrattemperatur.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reaktoranordnung für die Schichtabscheidung auf einer Vielzahl von Substraten angegeben. Die erfindungsgemäße Reaktoranordnung umfasst:

– eine erste Reaktorkammer, die zur Durchführung einer Reinigung der Vielzahl von Substraten ausgebildet ist,
– eine zweite Reaktorkammer, die zur Abscheidung mindestens je einer Schicht auf der Vielzahl von Substraten ausgebildet ist,
– eine erste Heizvorrichtung zum Einstellen der Substrattemperatur der Substrate in der ersten Reaktorkammer,
– eine zweite Heizvorrichtung zum Einstellen der Substrattemperatur der Substrate in der zweiten Reaktorkammer,
– eine Vorrichtung zum Herstellen einer Gasatmosphäre vorgegebener Zusammensetzung und vorgegebenen Drucks wahlweise in der ersten Reaktorkammer oder in der zweiten Reaktorkammer oder in beiden Reaktorkammern.

Weiterhin ist eine Steuervorrichtung vorhanden, die mit den Heizvorrichtungen und der Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre verbunden und ausgebildet ist, die Heizvorrichtungen und die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre so zu steuern, dass die Substrate während der Reinigung und während eines danach erfolgenden Transports der gereinigten Substrate vom ersten in den zweiten Reaktor unterbrechungsfrei in einer reduzierenden Gasatmosphäre bewegt oder gelagert werden, solange die Substrattemperatur über einer vom Substratmaterial und dem Material der mindestens einen abzuscheidenden Schicht abhängigen kritischen Temperatur T_c liegt.
Die erfindungsgemäße Reaktoranordnung ist zur Durchführung des Schichtabscheideverfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Die Steuervorrichtung der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung koordiniert das Zusammenspiel der Heizvorrichtungen und der Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre vorgegebener Zusammensetzung und vorgegebenen Drucks. Die Steuerung erfolgt mit der Maßgabe, dass die Substrate während der Reinigung und während eines danach erfolgenden Transports der gereinigten Substrate vom ersten in den zweiten Reaktor unterbrechungsfrei in einer reduzierenden Gasatmosphäre bewegt oder gelagert werden, solange die Substrattemperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c liegt. Vorteile der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung ergeben sich zum Einen unmittelbar aus der Beschreibung der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung sind die erste und zweite Reaktorkammer von einander getrennt und dienen jeweils der Durchführung klar definierter Verfahrensschritte. So wird die zweite Reaktorkammer zur Schichtabscheidung verwendet, und nicht zur Durchführung einer Reinigung der Substrate. Das hat Vorteile im Hinblick auf die Reinheit der Atmosphäre bei der Substratreinigung (Prebake) und bei der Schichtabscheidung, sowie auf die Häufigkeit notwendiger Reinigungsprozeduren der Reaktorkammer selbst. Die Substratreinigung erfolgt typischerweise bei gegenüber der Schichtabscheidung erhöhter Temperatur. Werden Substratreinigung und Schichtabscheidung in einer Kammer durchgeführt, muss die Temperatur der Kammer zur Reinigung erhöht und später zur Schichtabscheidung wieder verringert werden. Bei der Schichtabscheidung tritt ein Niederschlag auch an den Wandungen der Reaktorkammer auf. Aufgrund der thermischen Zyklen in aufeinanderfolgenden Reinigungs- und Abscheideschritten kann dieser Niederschlag in einer Reaktoranordnung nach dem Stand der Technik aufgrund der bei den thermischen Zyklen entstehenden Schichtspannungen im Niederschlag an den Wandungen vor allem während der Hochtemperaturphasen abblättern. So kann die Gasatmosphäre während der Substratreinigung verunreinigt werden, wodurch die Reinheit der Substratoberflächen beeinträchtigt wird. Diese Gefahr ist in der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung zumindest verringert. Die abgeschiedenen Schichten sind weitestgehend frei von Fremdpartikeln und haben so eine besonders gute Schichtqualität.
In der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung kann die zweite Reaktorkammer weiterhin einfacher und seltener gereinigt werden, weil die Kammer stets auf der gleichen Temperatur gehalten werden kann, der Niederschlag an den Wandungen des Reaktors geringer ist und aufgrund der konstanten Temperatur keine thermisch erzeugten Spannungen in der Niederschlagsschicht entstehen, die zum Abblättern führen. Dies ermöglicht eine längere Standzeit des erfindungsgemäßen Reaktors zwischen notwendigen Reaktor-Reinigungsprozessen, unabhängig davon, ob dies in Form einer in-situ Reinigung oder als externe Reinigung mit Reaktorwechsel erfolgt. Daher hat die erfindungsgemäße Reaktoranordnung eine gegenüber bekannten Anordnungen erhöhte Effizienz.
Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung weisen die erste Reaktorkammer und die zweite Reaktorkammer je mindestens eine Öffnung für den Durchtransport der Vielzahl von Substraten auf. Beide Öffnungen sind mit Hilfe mindestens eines gas- und vakuumdichten Verschlusses schließbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel grenzen die Reaktorkammern zumindest in einem Bereich, der mindestens eine Öffnung enthält, aneinander an. Diese Anordnung ohne Schleusenkammern ist besonders platzsparend. Sie hat allerdings den Nachteil, dass der Durchsatz an Substraten gegenüber einer Anordnung mit Schleusenkammern verringert ist.
Eine alternative Ausführungsform sieht eine erste Schleusenkammer vor, die mit der ersten Reaktorkammer über eine gemeinsame, mit einem dicht schließenden Verschluss schließbaren Öffnung verbunden ist.
Zusätzlich ist in einer weiteren Ausführungsform eine zweite Schleusenkammer vorgesehen, die mit der zweiten Reaktorkammer über eine gemeinsame, mit einem dicht schließenden Verschluss schließbaren Öffnung verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform kann vorteilhafter Weise zwischen der ersten Schleusenkammer und der zweiten Schleusenkammer eine Transportkammer vorgesehen sein, die mit diesen durch je eine mit einem dicht schließenden Verschluss schließbare Öffnung verbunden ist, wobei in der Transportkammer eine Transportvorrichtung vorgesehen ist, die ausgebildet ist, die Vielzahl von Substraten von der ersten in die zweite Schleusenkammer zu transportieren. Bei der Transportvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Transportroboter handeln.
Die erste Heizvorrichtung, die für die Einstellung der Temperatur während des Wasserstoff-prebakes verwendet wird, ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel ausgebildet, die Gasatmosphäre in der ersten Reaktorkammer auf maximal etwa 1000°C zu erhitzen.
Die erste und zweite Heizvorrichtung sind vorzugsweise so ausgebildet und werden jeweils in geeigneter Weise gesteuert, dass die für das Wasserstoff-Prebake bzw. das Abscheiden erforderliche Temperatur der Substrate schon während des Einfahrens der Substrate in die erste bzw. zweite Reaktorkammer erreicht wird. Auf diese Weise kann die Effizienz des Prozesses weiter erhöht werden, weil sofort nach dem Einfahren der Substrate in die jeweilige Reaktorkammer mit der Reinigung bzw. der Abscheidungssequenz begonnen werden kann.
Das Erhitzen der Substrate kann wie oben im Zusammenhang eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens schon erläutert, auch allein oder mit Unterstützung einer kurzzeitigen Bestrahlung der Substrate erfolgen. Hierzu umfasst bei einer Ausführungsform der Reaktoranordnung die erste Heizvorrichtung eine Bestrahlungsvorrichtung, die ausgebildet ist, Strahlungsimpulse einer vorbestimmten Anzahl, eines vorbestimmten Frequenzspektrums, einer vorbestimmten Intensität und einer vorbestimmten Dauer abzugeben, derart, dass ein mit dem Strahlungsimpuls oder den Strahlungsimpulsen unter vorbestimmtem Abstand von der Bestrahlungsvorrichtung bestrahltes Substrat für eine vorbestimmte Zeitspanne auf die erste Substrattemperatur T_red erhitzt wird.
Vorzugsweise ist weiterhin eine der ersten Reaktorkammer zugeordnete erste Drucksteuervorrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, den Druck der Gasatmosphäre in der ersten Reaktorkammer auf atmosphärischen Druck oder leichten Unterdruck einzustellen und zu halten.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Reaktoranordnung in einem anderem Ausführungsbeispiel eine Kühlvorrichtung auf, die ausgebildet ist, in der ersten Reaktorkammer eine Temperatursenkung der Gasatmosphäre um maximal 40 K/min zu bewirken. Durch derartige schnelle Temperaturwechsel kann der Durchsatz des ersten Reaktors erhöht werden. Eine derartige Kühleinrichtung ist nicht erforderlich, wenn das Erhitzen der Substrate allein mit der Bestrahlungsvorrichtung durchgeführt wird. Es ist aber sinnvoll, wenn die Heizvorrichtung zum einen eine Bestrahlungsvorrichtung und zum anderen eine die gesamte Reaktoratmosphäre erfassende Heizung umfasst, wobei mit der Heizung eine „Sockeltemperatur” im Prebake-Reaktor eingestellt wird und die Bestrahlungsvorrichtung von dieser ausgehend die Substrate erhitzt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre zusätzlich mit der ersten Schleusenkammer verbunden und ausgebildet, in der ersten Schleusenkammer eine Gasatmosphäre vorgegebener Zusammensetzung und vorgegebenen Drucks herzustellen. Weiterhin sind die erste Heizvorrichtung, die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre und die Steuervorrichtung zusätzlich ausgebildet, in der ersten Schleusenkammer eine reduzierende Gasatmosphäre auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c einzustellen und zu halten. Die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre und die Steuervorrichtung sind weiterhin vorzugsweise ausgebildet, eine ultrareine Wasserstoffatmosphäre mit einem Restgehalt an oxidierenden Bestandteilen von maximal 1 ppb einzustellen und zu halten.
Vorzugsweise ist weiterhin die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre zusätzlich mit der zweiten Schleusenkammer verbunden und ausgebildet, in der zweiten Schleusenkammer eine Gasatmosphäre vorgegebener Zusammensetzung und vorgegebenen Drucks herzustellen. Weiterhin sind die zweite Heizvorrichtung, die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre und die Steuervorrichtung zusätzlich ausgebildet, eine reduzierende Gasatmosphäre in der zweiten Schleusenkammer auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c einzustellen und zu halten.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische und vereinfachte Darstellung einer Reaktoranordnung für die Niedertemperatur-Epitaxie in einer Draufsicht,
2 Schnittdarstellungen der beiden Reaktoren der Reaktoranordnung der 1 entlang der Linien A-A, A-B und B-B, und
3 ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
4 eine tabellarische Darstellung der Verfahrensführung eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem mindestens zwei Batche parallel prozessiert werden
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Reaktoranordnung unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. 1 zeigt eine schematische und vereinfachte Darstellung einer Reaktoranordnung 10 für die Niedertemperatur-Epitaxie in einer Draufsicht. Die Reaktoranordnung 10 enthält folgende Komponenten: eine Be- und Entladekammer 12 zur Ein- und Ausgabe von Kassetten 14 mit Substraten 16, eine Transferkammer 18 mit integriertem Roboterhandler 20, sowie zwei Prozesssystemen 22 und 24, hierin auch als Reaktoren bezeichnet. Der Reaktor 22 dient zur Reinigung der Substrate in Wasserstoff-Atmosphäre. Der Reaktor 24 dient zur Beschichtung der Substrate.
Bei den beiden Reaktoren (22, 24) handelt es sich einmal um einen Niederdruck-CVD-Reaktor (24) für die epitaxielle Abscheidung und zum anderen um einen System (22), welches bei atmosphärischen Bedingungen oder leichtem Unterdruck die Realisierung einer Wasserstoffbehandlung (Prebake) bei erhöhten Temperaturen (bis ca. 1000°C) ermöglicht. Dieser Reaktor verfügt über eine Zwangskühlung und ist somit für schnelle Temperaturwechsel (bis ca. 40 K/min) geeignet.
Der Aufbau der Reaktoren 22 und 24 ist aus der schematischen und vereinfachten Schnittdarstellung in 2 ersichtlich. Die Schnittdarstellung folgt den Linien A-A, A-B und B-B in 1, wobei die Strecke A-B nicht maßstabsgetreu zur 1 dargestellt ist. Die Reaktoren 22 und 24 weisen jeweils eine Reaktorkammer 220, 240 und eine Schleusenkammer 222, 242 auf. Die Schleusenkammern werden auch als Loadlock-Systeme bezeichnet. Die Schleusenkammern befinden sich jeweils unterhalb des zugeordneten Reaktors. Alle erwähnten Kammern sind untereinander und nach außen durch dicht schließende Türen voneinander getrennt, die in den 1 und 2 durch gepunktete Linien symbolisiert sind.
In den Schleusenkammern sind je ein Lift 224, 244 vorgesehen, mit Hilfe dessen Quarzboote 226, 246 mit einer Vielzahl von Substraten 16 zwischen der Reaktorkammer und der ihr zugeordneten Schleusenkammer hin- und hertransportiert werden können. Es können in jeder Kammer auch mehrere Lifte vorgesehen sein, die unabhängig voneinander betrieben werden können. Die Beladung der Quarzboote 226 und 246 erfolgt jeweils in der Schleusenkammer 222 bzw. 242.
Die Be- und Entladekammer 12 und die Transportkammer 18 können mit Inertgas gespült werden. Dies ist in 1 der besseren Übersichtlichkeit halber allein für die Transportkammer dargestellt, und zwar anhand einer Zuleitung 26 und eines den Gasfluss über die Zuleitung 26 steuernden Ventils 28. Die Zuführung von Inertgas ist in 1 am oberen Ende des dargestellten Abschnitts der Zuleitung durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt. Auf die Darstellung der Quellgasbehälter und eine detaillierte Erörterung des fachüblichen Zuleitungssystems wird hier verzichtet. Die Transportkammer und die Be- und Entladekammer sind weiterhin mit Hilfe von Pumpen 30 bzw. 32 evakuierbar.
Auch die Loadlocksysteme 222 und 242 sind über entsprechende Vorrichtungen, die allein in 1 dargestellt sind, mit Inertgas zu spülen. Der Zufluss von Inertgas in die erste Schleusenkammer 222 unterhalb der ersten Reaktorkammer 220 über eine Zuleitung 34 wird mit Hilfe eines Ventils 36 gesteuert. Der Zufluss von Inertgas in die zweite Schleusenkammer 242 unterhalb der zweiten Reaktorkammer 240 über eine Zuleitung 38 wird mit Hilfe eines Ventils 40 gesteuert.
Die Loadlocksysteme 222 und 242 enthalten zusätzlich Vorrichtungen zur Spülung mit Wasserstoff. Die Wasserstoffzuführung ist durch Pfeile mit durchgezogenen Linien gekennzeichnet. Der Zufluss von Wasserstoff in die erste Schleusenkammer 222 über Zuleitungen 42 wird mit Hilfe eines Ventils 44 gesteuert. Der Zufluss von Wasserstoff in die zweite Schleusenkammer 222 über Zuleitungen 46 wird mit Hilfe eines Ventils 48 gesteuert.
Weiterhin ist der gesteuerte Zufluss von Prozessgasen während der Abscheidung in die zweite Reaktorkammer 240 über geeignete Zuleitungen exemplarisch durch einen Pfeil mit einer Strich-Punkt-Linie sowie eine Zuleitung 50 und ein Ventil 52 symbolisiert. Je nach Anzahl der zu verwendenden Prozessgase während der Abscheidung sind selbstverständlich die erforderliche Anzahl von Ventilen und Zuleitungen vorzusehen.
Es sei hinzugefügt, dass die im Rahmen dieser Beschreibung gemachten und in den Figuren ersichtlichen Angaben zur Anzahl und Anordnung der Ventile nicht den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen müssen. Die vorliegende Beschreibung beschränkt sich darauf festzustellen, dass Zuleitungen vorhanden sind und dass der Zufluss mit Hilfe jeweils eines oder mehrerer Ventile gesteuert werden kann. Die Ausbildung, Anordnung und Anzahl der Zuleitungen und Ventile wird nach den technischen Notwendigkeiten mit Hilfe fachüblicher Maßnahmen festgelegt.
Alle Kammern sind mit Hilfe von Pumpen 30, 32, 54 und 56 evakuierbar.
Darüber hinaus ermöglicht je ein in die Reaktoren 22, 24 integriertes Kühlsystem, z. B. mittels einer wassergekühlten Ummantelung, das Ausfahren der Substrate aus dem Reaktorkammern 220, 240 bei hohen Temperaturen und nachfolgend deren schnelle Abkühlung in den zugeordneten Schleusenkammern 222, 242. Das Kühlsystem des ersten Reaktors 22 ist schematisch anhand eines Blocks 58 dargstellt. Dieser Reaktor verfügt über eine Zwangskühlung und ist somit für schnelle Temperaturwechsel (bis ca. 40 K/min) geeignet. Das Kühlsystem des zweiten Reaktors 24 ist schematisch anhand eines Blocks 60 dargstellt.
Die erste und zweite Reaktorkammer sowie die erste und zweite Schleusenkammer sind jeweils individuell mit entsprechenden Heizvorrichtungen beheizbar. In 1 sind, der schematischen Darstellung geschuldet, Heizsysteme 62 und 64 am ersten bzw. zweiten Reaktor 22, 24 jeweils nur als Ganzem dargestellt. Jedoch ist ungeachtet dessen jede der vier genannten Kammern mit einer eigenen Heizvorrichtung ausgerüstet. Dies ist in 2 dargestellt. Das Heizsystem 62 am ersten Reaktor 22 weist eine Heizvorrichtung 620 für die erste Reaktorkammer 220 und eine Heizvorrichtung 622 für die erste Schleusenkammer 222 auf. Das Heizsystem 64 am zweiten Reaktor 24 weist eine Heizvorrichtung 640 für die zweite Reaktorkammer 240 und eine Heizvorrichtung 642 für die zweite Schleusenkammer 242 auf.
In allen vier Kammern, den Schleusenkammern 222, 242 und den Reaktorkammern 220 und 240 sind Temperatursensoren vorgesehen, stellvertretend gekennzeichnet in 1 durch Blöcke 66 und 68 am ersten bzw. zweiten Reaktor, sowie weiterhin dargestellt in 2 durch Blöcke 660 in der ersten Reaktorkammer, 662 in der ersten Schleusenkammer, 680 in der zweiten Reaktorkammer und 682 in der zweiten Schleusenkammer. Weiterhin sind in allen Kammern der Reaktoranordnung Drucksensoren vorgesehen, die hier der Einfachheit der Darstellung halber nicht eingezeichnet sind.
Eine Steuerschaltung 70 ist eingangsseitig mit den Temperatur- und Drucksensoren aller Kammern verbunden. Weiterhin ist sie ausgangsseitig mit den erwähnten Ventilen, Pumpen, Heiz- und Kühlvorrichtungen verbunden und steuert deren Betriebszustand.
Die Betriebsweise der Steuerschaltung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand des Flussdiagramms der 3.
Soweit nachfolgend nicht ausdrücklich anders angegeben, befinden sich alle Kammern unter permanenter Inertgas-Spülung. Der Restgehalt an Feuchte und Sauerstoff wird über entsprechende Messgeräte überwacht und sollte ein Gefälle von Be- und Entladekammer 12 über die Transportkammer 18, die erste Schleusenkammer 222 zur ersten Reaktorkammer 220, bzw. die zweite Schleusenkammer 242 zur zweiten Reaktorkammer 240 hin zu niedrigeren Werten aufweisen.
Sofern aktive Transportvorgänge dies nicht verhindern, bleiben Türen grundsätzlich geschlossen.
Das Verfahren wird in einem Schritt S10 gestartet. Nach einer externen Vorreinigung der Substrate (z. B. Piranha/SC1/HF-dip/SC2/DI) in einem Schritt S12 werden diese in einem Schritt S14 in die Be- und Entladekammer 12 eingebracht und verbleiben hier unter Inertgas-Spülung bis ein ausreichend niedriger Restgehalt an Feuchte und Sauerstoff erreicht ist.
Anschließend erfolgt in einem Schritt S16 mittels Roboter 20 der Transfer der Substrate in ein in der ersten Loadlock-Kammer 222 befindliche Prozessboot 226 des Prebake-Systems 22. Falls erforderlich, kann hier über eine wechselnde Abfolge von Abpumpen und Inertgas- oder Wasserstoffspülung eine rasche weitere Reduktion der Restgehaltes an Feuchte und Sauerstoff erreicht werden.
Das anschließende Einfahren des Prozessbootes 226 in die erste Reaktorkammer 220 geschieht in einem Schritt S18 ebenfalls unter Inertgas oder Wasserstoff, bei einer Reaktor-Temperatur von 500 bis 750°C. Die nachfolgende Prebake-Behandlung erfolgt in einem Schritt S20 unter reduzierender Atmosphäre (Wasserstoff) bei Temperaturen ≥ 800°C.
Nach dem Ausfahren des Bootes unter Wasserstoff und wieder bei 500 bis 750°C in einem Schritt S22 verbleiben die Substrate in der Schleusenkammer 222 und kühlen hier unter Wasserstoff in einem Schritt S24 auf ca. 200°C ab.
Erst jetzt erfolgt in einem Schritt S26 unter Stickstoff der Transfer der Wafer in das Boot 246 in der Loadlock-Kammer 242 unterhalb der CVD-Reaktorkammer 240. Anschließend wird in einem Schritt S28 auf Wasserstoffatmosphäre umgeschaltet, die auch während des Einfahrens in einem Schritt S32 aufrechterhalten wird. Die Reaktorkammer 240 ist hierbei bereits auf den Bereich der Temperatur der späteren Abscheidung (ca. 550 bis 650°C) eingestellt.
Es folgt in einem Schritt S34 eine CVD-typische Sequenz von Prozessschritten zur Einstellung der Prozessparameter für die epitaxiale Abscheidung unter Steuerung von Druck, Temperatur und des Flusses der Prozessgase in der Reaktorkammer 240 durch die Steuervorrichtung 70.
Nach erfolgter Abscheidung wird der Reaktor 240 in einem Schritt S36 freigespült und der Druck dem der Loadlock-Kammer 242 angeglichen.
An das Ausfahren des Bootes in einem Schritt S38 schließt in einem Schritt S40 sich der Rücktransfer in die Be- und Entladekammer 12 durch den Roboter 20 an.
Nach der Entnahme der Kassetten in einem Schritt S42 wird der Prozess in einem Schritt S44 abgeschlossen.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer tabellarischen Darstellung. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden mindestens zwei Batche parallel verarbeitet. Auf diese Weise kann gegenüber sowohl einem Zweikammer-System, in dem stets nur ein Batch verarbeitet wird, als auch gegenüber einem herkömmlichen Einkammer-System eine Verfahrensbeschleunigung und damit eine Erhöhung des Waferdurchsatzes erreicht werden.
In der tabellarischen Darstellung der 4 sind in der linken Spalte alle Schritte S50–S80 aufgeführt, die ein Batch durchläuft. Diese entsprechen im wesentlichen dem anhand von 3 schon beschriebenen Verfahrensablauf. In der rechts benachbarten Spalte („Ort”) ist aufgeführt, wo der Verfahrensschritt einer jeweiligen Zeile durchgeführt wird. In der nächsten Spalte („Medium”) ist die Gasatmosphäre benannt, die während des betreffenden Verfahrensschrittes eingestellt ist. In der rechten Spalte ist die Temperatur genannt, bei der der Verfahrensschritt durchgeführt. Hierbei kennzeichnet die Abkürzung RT die Raumtemperatur. Ein Pfeil (=>) zwischen zwei Temperaturwerten zeigt an, das die Temperatur während der Durchführung des Verfahrensschrittes von dem links vom Pfeil stehenden Temperaturwert auf den rechts vom Pfeil stehenden Temperaturwert geändert wird.
Nachfolgend wird das Verfahren dieses Ausführungsbeispiels näher erläutert. In einem Schritt S50 sind die Substrate in der Transferkammer angeordnet. Die Transferkammer wird gespült. Anschließend findet in einem Schritt S52 ein Transfer eines ersten Batches in die erste Schleusenkammer 222 unterhalb der Prebake-Reaktorkammer 220 statt. Nach Abschluss des Transfers wird die Schleusenkammer 222 in einem Schritt S54 mit Stickstoff gespült und abgepumpt, um eine möglichst reine Atmosphäre zu erhalten. Die Schritte S50–S54 werden bei Raumtemperatur durchgeführt. Anschließend wird das Prozessboot in einem Schritt S56 in die Prebake-Reaktorkammer 220 eingefahren. Dieser Schritt findet unter Stickstoffatmosphäre statt. Die Reaktorkammer 220 wird auf eine Temperatur von 650°C erhitzt. In einem anschließenden Schritt S58 wird die Gasatmosphäre der Prebake-Reaktorkammer durch Wasserstoff ersetzt und die Temperatur auf 900°C erhöht. In einem Schritt S60 findet anschließend bei 900°C unter Wasserstoffatmosphäre das Prebake statt. Danach wird in einem Schritt S62 auf 650°C heruntergekühlt und das Boot in einem Schritt S64 in die Schleusenkammer 222 ausgefahren und hier auf eine Temperatur unterhalb von 200°C abgekühlt. Anschließend wird die Schleusenkammer 222 in einem Schritt S66 mit Stickstoff gespült und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Der vorstehend beschriebene Prozessablauf eines Prebakes wird nachfolgend für ein weiteres Batch wiederholt, während zeitgleich das erste Batch wie nachfolgend beschrieben weiter prozessiert wird.
Das erste Batch wird bei Raumtemperatur in Stickstoffatmosphäre aus der Schleusenkammer 222 des Prebake-Reaktors in einem Schritt S68 in die Schleusenkammer 242 des Epitaxie-Reaktors transportiert. Anschließend wird in einem Schritt S70 die Schleusenkammer 242 mit Stickstoff gespült und abgepumpt. In einem nachfolgenden Schritt S72 wird die Schleusenkammer 242 bei Raumtemperatur mit Wasserstoff gespült. In einem nachfolgenden Schritt S74 wird die Temperatur der Schleusenkammer 242 von Raumtemperatur auf 600°C erhöht und das Prozessboot mit dem ersten Batch in die Reaktorkammer 240 eingefahren. Anschließend findet bei einer Temperatur von etwa 600°C in der Reaktorkammer 240 der Epitaxie-Prozess statt, wobei Prozessgase in die Reaktorkammer 240 eingeleitet werden. Nach Abschluss des Epitaxie-Prozesses wird in einem Schritt S78 das Boot in Stickstoffatmosphäre in die Schleusenkammer 242 zurückgefahren und die Temperatur in der Schleusenkammer wird von 600°C auf Raumtemperatur zurückgefahren. Abschließend wird das erste Batch in einem Schritt S80 zurück in die Transferkammer transportiert.
Da der Epitaxie-Prozess im Schritt S76 die längste Zeitspanne in Anspruch nimmt (beispielsweise 2 Stunden), können während des Epitaxie-Prozesses mehrere Batches nacheinander den Prebake-Prozess der Schritte S50–S66 durchlaufen. Fertig behandelte Batches, die auf die Epitaxie warten, können in der Transferkammer gelagert werden.
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren wurde gegenüber einem Einkammer-System eine Erhöhung des Waferdurchsatzes von 29,3 Wafer pro Stunde auf 35,3 Wafer pro Stunde erzielt, wobei jedes Batch 100 Produktwafer enthält.

Claims

Verfahren zur Abscheidung von Schichten auf einer Vielzahl von Halbleitersubstraten gleichzeitig, mit den Schritten – Reinigung mindestens je einer Oberfläche der Halbleitersubstrate in einem ersten Reaktor bei einer ersten Substrattemperatur T_red, – Transport der Halbleitersubstrate vom ersten in einen zweiten Reaktor, – nachfolgende Abscheidung mindestens je einer Schicht auf den Halbleitersubstraten im zweiten Reaktor bei einer zweiten Substrattemperatur T_dep wobei die Halbleitersubstrate während der Reinigung und während des Transports vom ersten in den zweiten Reaktor unterbrechungsfrei in einer reduzierenden Gasatmosphäre bewegt oder gelagert werden, solange die Substrattemperatur über einer vom Substratmaterial und dem Material der mindestens einen abzuscheidenden Schicht abhängigen kritischen Temperatur T_c liegt, oberhalb derer bei einer Lagerung oder einem Transport in einer nicht reduzierenden Gasatmosphäre durch unerwünschte Reaktionen oder Verunreinigungen die nachfolgende Abscheidung der Schichten beeinträchtigt würde, und bei dem der Transport der Halbleitersubstrate durch eine Transportkammer mit nicht reduzierender Gasatmosphäre bei einer Substrattemperatur unterhalb der kritischen Temperatur führt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Halbleitersubstrate während des Transports vom ersten in den zweiten Reaktor aus der reduzierenden Gasatmosphäre heraus transportiert werden, nachdem die Substrattemperatur unterhalb die kritische Temperatur T_c gesunken ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Transport der Halbleitersubstrate vom ersten in den zweiten Reaktor die folgenden Schritte umfasst: – Transport der Halbleitersubstrate aus dem ersten Reaktor in eine erste, Schleusenkammer mit einstellbarer Temperatur und Gasatmosphäre bei einer Substrattemperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c – Abkühlen der Halbleitersubstrate in der ersten Schleusenkammer auf eine Substrattemperatur unterhalb der kritischen Temperatur T_c – Transport der Halbleitersubstrate von der ersten Schleusenkammer in den zweiten Reaktor.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Schleusenkammer dem ersten Reaktor zugeordnet ist und der Transport der Halbleitersubstrate von der ersten Schleusenkammer in den zweiten Reaktor die folgenden Schritte umfasst: – Transport der Halbleitersubstrate aus der ersten Schleusenkammer in eine zweite, dem zweiten Reaktor zugeordnete Schleusenkammer bei einer Substrattemperatur unterhalb der kritischen Temperatur T_c in einer reduzierenden oder in einer nicht reduzierenden Gasatmosphäre – Erforderlichenfalls Umstellen der Gasatmosphäre in der zweiten Schleusenkammer auf eine reduzierende Gasatmosphäre – Erwärmen der Halbleitersubstrate auf eine Substrattemperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c – Transport der Halbleitersubstrate in den zweiten Reaktor in der reduzierenden Gasatmosphäre.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gasatmosphäre im zweiten Reaktor beim Einbringen der Halbleitersubstrate eine zum Erwärmen der Halbleitersubstrate auf die zweite Substrattemperatur T_dep erforderliche Temperatur hat.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der erste und der zweite Reaktor aneinander angrenzend angeordnet sind und voneinander durch gas- und Vakuumdichte Verschlüsse getrennt werden können, und bei dem nach dem Reinigungsschritt im ersten Reaktor und vor dem Schichtabscheideschritt im zweiten Reaktor die folgenden Schritte durchgeführt werden: – Abkühlen der Halbleitersubstrate im ersten Reaktor auf eine Substrattemperatur, die gleich der Abscheidetemperatur T_dep im zweiten Reaktor ist, – Umstellen der Gasatmosphäre im zweiten Reaktor auf eine reduzierende Gasatmosphäre, – Transport der Halbleitersubstrate in den zweiten Reaktor, – Erforderlichenfalls Umstellen der Gasatmosphäre im zweiten Reaktor auf die für die Schichtabscheidung benötigte Gasatmosphäre.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem als reduzierende Gasatmosphäre eine reduzierende Gasatmosphäre verwendet wird, in der Verunreinigungen nur in einer Konzentration von insgesamt weniger als 10 ppb vorhanden sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die reduzierende Gasatmosphäre aus Wasserstoff besteht, wobei der Restgehalt an oxidierenden Bestandteilen wie beispielsweise Sauerstoff oder Feuchtigkeit nicht höher als 1 ppb ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem folgende Beziehung zwischen den ersten und zweiten Substrattemperaturen T_red und T_dep und der kritischen Temperatur T_c gilt: 200°C < T_c < T_dep < T_red < 1000°C
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Vielzahl von Halbleitersubstraten auf geeigneten Trägern zwischen beiden Reaktoren in der reduzierenden Gasatmosphäre transportiert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das mit mindestens 25 Halbleitersubstraten gleichzeitig durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das mit Siliziumsubstraten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abscheideschritt das Abscheiden mindestens einer epitaktischen Schicht umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abscheideschritt das Abscheiden mindestens einer dielektrischen Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem, während eine erste Vielzahl von Halbleitersubstraten dem Abscheideschritt unterzogen wird, gleichzeitig mindestens eine zweite Vielzahl von Halbleitersubstraten dem Reinigungsschritt unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die zweite Vielzahl von Halbleitersubstraten in der Transportkammer gelagert wird, bis der mit der ersten Vielzahl von Halbleitersubstraten durchgeführte Abscheideschritt beendet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Substrattemperatur T_red durch kurzzeitiges Bestrahlen je eines Halbleitersubstrates mit einer Lichtquelle eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem je ein Halbleitersubstrat entweder mit einem Lichtblitz oder mit mehreren Lichtblitzen bestrahlt wird, wobei Anzahl, Frequenzspektrum, Intensität und Zeitdauer des Lichtblitzes bzw. der Lichtblitze so gewählt sind, dass das Halbleitersubstrat für eine vorbestimmte Zeitspanne auf die erste Substrattemperatur T_red erhitzt wird.
Reaktoranordnung für die Schichtabscheidung auf einer Vielzahl von Halbleitersubstraten, mit – einer ersten Reaktorkammer, die zur Durchführung einer Reinigung der Vielzahl von Halbleitersubstraten ausgebildet ist, – mindestens einer zweiten Reaktorkammer, die zur Abscheidung mindestens je einer Schicht auf der Vielzahl von Halbleitersubstraten ausgebildet ist, – einer Transportkammer, in der eine Transportvorrichtung vorgesehen ist, die ausgebildet ist, die Vielzahl von Halbleitersubstraten von der ersten in die zweite Schleusenkammer zu transportieren, – einer ersten Heizvorrichtung zum Einstellen der Substrattemperatur der Halbleitersubstrate in der ersten Reaktorkammer, – einer zweiten Heizvorrichtung zum Einstellen der Substrattemperatur der Halbleitersubstrate in der zweiten Reaktorkammer, – eine Vorrichtung zum Herstellen einer Gasatmosphäre vorgegebener Zusammensetzung und vorgegebenen Drucks wahlweise in der ersten Reaktorkammer oder in der zweiten Reaktorkammer oder in beiden Reaktorkammern, und in der Transportkammer, und mit – einer Steuervorrichtung, die mit den Heizvorrichtungen und der Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre verbunden und ausgebildet ist, die Heizvorrichtungen und die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre so zu steuern, dass – die Halbleitersubstrate während der Reinigung und während eines danach erfolgenden Transports der gereinigten Halbleitersubstrate vom ersten in den zweiten Reaktor unterbrechungsfrei in einer reduzierenden Gasatmosphäre bewegt oder gelagert werden, solange die Substrattemperatur über einer vom Substratmaterial und dem Material der mindestens einen abzuscheidenden Schicht abhängigen kritischen Temperatur T_c liegt, oberhalb derer bei einer Lagerung oder einem Transport in einer nicht reduzierenden Gasatmosphäre durch unerwünschte Reaktionen oder Verunreinigungen die nachfolgende Abscheidung der Schichten beeinträchtigt würde, und dass – die Halbleitersubstrate nach der Reinigung während eines Transports vom ersten in den zweiten Reaktor durch die Transportkammer erst dann in einer nicht reduzierenden Gasatmosphäre bewegt oder gelagert werden, wenn die Substrattemperatur unter der kritischen Temperatur T_c liegt.
Reaktoranordnung nach Anspruch 19, bei der – die erste Reaktorkammer und die zweite Reaktorkammer je mindestens eine Öffnung für den Durchtransport der Vielzahl von Halbleitersubstraten aufweisen, die mit Hilfe mindestens eines gas- und vakuumdichten Verschlusses schließbar ausgebildet sind, und bei der – die Reaktorkammern zumindest in einem Bereich, der die mindestens eine Öffnung enthält, aneinander angrenzen.
Reaktoranordnung nach Anspruch 19, bei der eine erste Schleusenkammer mit der ersten Reaktorkammer über eine gemeinsame, mit einem dicht schließenden Verschluss schließbaren Öffnung verbunden ist.
Reaktoranordnung nach Anspruch 19 oder 21, bei der eine zweite Schleusenkammer mit der zweiten Reaktorkammer über eine gemeinsame, mit einem dicht schließenden Verschluss schließbaren Öffnung verbunden ist.
Reaktoranordnung nach einem der Ansprüche 19, 21 oder 22, bei der die Transportkammer zwischen der ersten Schleusenkammer und der zweiten Schleusenkammer vorgesehen ist, die mit diesen durch je eine mit einem dicht schließenden Verschluss schließbare Öffnung verbunden ist.
Reaktoranordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei der die erste Heizvorrichtung ausgebildet ist, die Gasatmosphäre in der ersten Reaktorkammer auf maximal etwa 1000°C zu erhitzen.
Reaktoranordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei der die erste Heizvorrichtung eine Bestrahlungsvorrichtung umfasst, die ausgebildet ist, Strahlungsimpulse einer vorbestimmten Anzahl, eines vorbestimmten Frequenzspektrums, einer vorbestimmten Intensität und einer vorbestimmten Dauer abzugeben, derart, dass ein mit dem Strahlungsimpuls oder den Strahlungsimpulsen unter vorbestimmtem Abstand von der Bestrahlungsvorrichtung bestrahltes Halbleitersubstrat für eine vorbestimmte Zeitspanne auf die erste Substrattemperatur T_red erhitzt wird.
Reaktoranordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, mit einer der ersten Reaktorkammer zugeordneten ersten Drucksteuervorrichtung, die ausgebildet ist, den Druck der Gasatmosphäre in der ersten Reaktorkammer auf atmosphärischen Druck oder leichten Unterdruck einzustellen und zu halten.
Reaktoranordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei der die erste Reaktorkammer eine Kühlvorrichtung aufweist, die ausgebildet ist, eine Temperatursenkung der Gasatmosphäre in der ersten Reaktorkammer um maximal 40 Kelvin pro Minute zu bewirken.
Reaktoranordnung nach Anspruch 21, bei der – die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre zusätzlich mit der ersten Schleusenkammer verbunden und ausgebildet ist, in der ersten Schleusenkammer eine Gasatmosphäre vorgegebener Zusammensetzung und vorgegebenen Drucks herzustellen, und bei der – die erste Heizvorrichtung, die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre und die Steuervorrichtung zusätzlich ausgebildet sind, eine reduzierende Gasatmosphäre in der ersten Schleusenkammer auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c einzustellen und zu halten.
Reaktoranordnung nach Anspruch 19, bei der – die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre zusätzlich mit der zweiten Schleusenkammer verbunden und ausgebildet ist, in der zweiten Schleusenkammer eine Gasatmosphäre vorgegebener Zusammensetzung und vorgegebenen Drucks herzustellen, und bei der – die zweite Heizvorrichtung, die Vorrichtung zum Herstellen der Gasatmosphäre und die Steuervorrichtung zusätzlich ausgebildet sind, eine reduzierende Gasatmosphäre in der ersten Schleusenkammer auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur T_c einzustellen und zu halten.
Reaktoranordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, bei der beide Reaktorkammern aufrecht stehende Zylinderkörper bilden.
Reaktoranordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 30, bei der die zweite Reaktorkammer vom Typ eines Heißwandreaktors ist, wobei die zweite Heizvorrichtung außerhalb der Reaktorkammer angeordnet ist.
Reaktoranordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 31, mit zwei oder mehr zweiten Reaktorkammern.