DE10296662T5 - Systeme und Verfahren zum epitaxialen Aufwachsen von Filmen auf ein Halbleitersubstrat - Google Patents

Systeme und Verfahren zum epitaxialen Aufwachsen von Filmen auf ein Halbleitersubstrat Download PDF

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Kristian E. Los Gatos Johnsgard
David E. Union City Sallows
Daniel L. San Jose Messineo
Robert D. Sonora Mailho
Mark W. Campbell Johnsgard
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Abstract

Wafer-Bearbeitungssystem, umfassend:
eine Bearbeitungskammer mit einer Substrathaltevorrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Halbleitersubstrats;
eine Heizvorrichtung in Kommunikation mit der Bearbeitungskammer;
eine Vielzahl von Gaseinlässen zum Strömen von Gas in die Bearbeitungskammer über die Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wobei mindestens bestimmte der Gaseinlässe gestaltet sind zum Strömen eines Gases über einen Kantenbereich auf einem Halbleitersubstrat, mindestens bestimmte der Gaseinlässe gestaltet sind zum Strömen eines Gases über einen Mittelbereich auf einem Halbleitersubstrat, und mindestens bestimmte der Gaseinlässe gestaltet sind zum Strömen eines Gases über einen Mittenbereich auf einem Halbleitersubstrat;
eine Gaszufuhr, gestaltet zum Steuern einer Strömungsrate von Gasen, welche den Gaseinlässen zugeführt werden, zum wahlweisen Steuern der Strömung von Gasen über dem Kantenbereich, dem Mittelbereich und dem Mittenbereich eines Halbleitersubstrats; und ein Gasauslasssystem, gestaltet zum Auslassen von Gasen aus der Prozesskammer.

Description

  • Verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung basiert auf einer vorläufigen Anmeldung, eingereicht am 12. April 2001, mit der laufenden US-Eingangs-Nr. 60/283 541 und beansprucht Priorität bezüglich dieser.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft generell die Bearbeitung von Halbleitersubstraten, und insbesondere verbesserte Systeme und Verfahren zum epitaxialen Aufwachsen von Filmen auf ein Halbleitersubstrat.
  • Prozesse, welche ein epitaxiales Aufwachsen verwenden, beinhalten generell das Aufwachsen von einer oder mehr Schichten bzw. Filmen auf einem Halbleitersubstrat. Das Aufwachsen dieser Schichten wird sorgfältig gesteuert durch die zugrundeliegenden Prozesse und eine Einrichtung zum Erzeugen von Schichten mit den gewünschten physikalischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Diese Eigenschaften umfassen typischerweise beispielsweise Wachstumsrate und Dicke der Epitaxialschicht, spezifischen Widerstand, Dotierungskonzentration, Dotierungsübergangsbreite, Defektdichte, Niveau einer Metall- und Teilchenverunreinigung sowie Schlupf bzw. Gleitung. Da diese Eigenschaften in hohem Maße abhängig sind von den Betriebsbedingungen (beispielsweise Temperatur, Gasströmungsrate und Konzentration von Prozessgasen), unter welchen die Epitaxialschichten auf gewachsen werden, müssen die zugrundeliegenden Prozesse und die Einrichtung eine genaue Steuerung dieser Betriebsbedingungen aufrechterhalten, um Epitaxialschichten mit gleichmäßigen Eigenschaften über die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats zu erzeugen. Das Erreichen eines Aufrechterhaltens des erforderlichen Steuerniveaus hat sich jedoch als zunehmend schwierig erwiesen infolge des kürzlichen Übergangs von 200-mm- auf 300-mm-Fertigungsprozess, der strengeren Prozessspezifikationen, welche durch viele Halbleiterhersteller auferlegt werden, und der höheren Durchsatz- bzw. Produktivitätsanforderungen (Anzahl von Substraten, welche pro Zeiteinheit bearbeitet werden), welche erforderlich sind für eine kosteneffektive Fertigung. Im Lichte dieser erhöhten Verarbeitungsanforderungen hat sich ein Erreichen eines Aufrechterhaltens des erforderlichen Steuerniveaus bei gleichzeitiger Erfüllung von Durchsatz- bzw. Produktivitätsanforderungen als zunehmend schwierig bei Verwenden von herkömmlichen Epitaxialaufwachsverfahren erwiesen.
  • In 1 ist ein beispielhafter Reaktor zur Durchführung eines Epitaxialaufwachsens in Übereinstimmung mit einem existierenden Verfahren generell mit 100 bezeichnet. Der beispielhafte Reaktor besteht aus einer Quarzglocke 101, welche ein Halbleitersubstrat 102 umschließt und das Substrat 102 gegen Außenverunreinigungen isoliert. Die Glocke 101 umschließt ferner einen Suszeptor 103, welcher verwendet wird zum Tragen und Drehen des Halbleitersubstrats 102 während einer Bearbeitung. Die Prozessgase, welche verwendet werden zum Aufwachsen von Epitaxialschichten, werden eingeführt in den Reaktor durch einen Gaseinlasskanal 104 und werden ausgeführt aus dem Reaktor durch einen Auslasskanal 110, welcher am entgegengesetzten Ende des Reaktors angeordnet ist. Um sowohl das Halbleitersubstrat 102 als auch die Prozessgase auf Betriebstemperatur zu erwärmen, sind eine Anzahl von Quarz-Halogenlampen 112 angeordnet um den oberen Abschnitt der Glocke 101, um Energie in den Reaktor einzustrahlen durch die transparenten Wände der Glocke 101. Ein optisches Pyrometer 113, welches sich über einem kleinen Fenster 114 in der Reaktorwand befindet, erfasst die Temperatur des Reaktors. Das optische Pyrometer 113 leitet die Temperaturmessungen weiter zu einer (nicht dargestellten) geeigneten Lampensteuerschaltungsanordnung, welche dann die Ausgangsleistung der Halogenlampen 112 erhöht bzw. verringert in Reaktion auf die erfasste Temperatur des Reaktors.
  • Im Betrieb vollführt der beispielhafte Reaktor von 1 ein Aufwachsen einer Epitaxialschicht auf dem Halbleitersubstrat 102 durch Einführen von Prozessgasen in die Glocke 101 über den Gaseinlasskanal 104. Diese Prozessgase umfassen typischerweise ein Siliziumquellengas, wie etwa Siliziumtetrachlorid (SiCl4), Trichlorsilan (SiHCl3) und Dichlorsilan (SiH2Cl2), und ein Trägergas, wie etwa Wasserstoff. Die Prozessgase können ferner Dotierungsstoffe eines n-Typs oder Dotierungsstoffe eines p-Typs umfassen, welche geliefert werden können durch Precursorgase, Arsin (AsH3), Phosphin (PH3) oder Diboran (B2H6). Der Gaseinlasskanal 104 leitet einen Gasstrom 105 der Prozessgase horizontal hin zu dem Halbleitersubstrat 102. Wenn der Gasstrom 105 sich dem Halbleitersubstrat 102 nähert und über diesem passiert, bewirkt das verhältnismäßig große Volumen der Glocke 101 eine Aufteilung des Gasstroms 105 in eine laminare Strömung 106, welche über die Oberfläche des Substrats 102 strömt, und die frei zirkulierende Strömung 107, welche den oberen Abschnitt der Glocke 101 füllt. Die Strömung kann laminar oder turbulent sein, in Abhängigkeit von dem Temperaturgefälle und der charakteristischen Länge (von der Suszeptorfläche zur oberen Fläche einer Kammerhülle). Eine Grenzschicht 108 wird ferner erzeugt über der Fläche des Halbleitersubstrats 102 infolge des Geschwindigkeitsgefälles zwischen der laminaren Strömung 106 und dem verhältnismäßig stationären bzw. feststehenden (obwohl drehenden) Halbleitersubstrat 102.
  • Wenn sich die laminare Strömung hinwegbewegt über das Halbleitersubstrat 102, diffundiert ein Teil von Reaktanten durch die Grenzschicht 108, so dass eine Adsorption auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 102 erfolgt. Sobald eine Adsorption erfolgt ist, durchlaufen die Reaktanten 115 eine Flä chendiffusion, um einen geeigneten Gitterplatz 116 auf dem wachsenden Einkristallfilm zu finden. Dieser Flächendiffusionsschritt erfordert Energie und ist ein wichtiger Faktor, welcher die Güte der resultierenden Epitaxialschicht bestimmt. Wenn die Flächenenergie nicht ausreicht, damit ein Reaktant einen Gitterplatz einnimmt, bevor zusätzliche Atome sich über diesem ansammeln, treten unerwünschte Defekte im Kristallgitter auf. Die Reaktanten 115 reagieren ferner chemisch mit der Oberfläche des Halbleitersubstrats 102, um Nebenprodukte 117 zu bilden, welche von der Oberfläche desorbieren und durch die Grenzschicht 108 zurück in die laminare Strömung 106 diffundieren und dann aus dem Reaktor durch den Auslasskanal 110 entfernt werden.
  • Herkömmliche epitaxiale Reaktoren, wie etwa der in 1 dargestellte Reaktor, weisen mehrere Nachteile auf, welche verhindern, dass diese Reaktoren eine wirksame und kosteneffiziente Lösung für verschiedene Anwendungen bieten. Ein Problem ist, dass die Glocke 101 ein verhältnismäßig großes Volumen aufweist, welches die Fähigkeit des Reaktors zu einer genauen Steuerung der Bearbeitungstemperatur des Halbleitersubstrats 102 und der Prozessgase hemmt. Wie oben erwähnt, ist die Betriebstemperatur des Halbleitersubstrats 102 und der Prozessgase ein kritischer Faktor im Hinblick auf ein Erreichen der gewünschten physischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, haben die Reaktanten nicht genügend Energie, um einen geeigneten Gitterplatz einzunehmen, was zu einem Anstieg der Defektdichte innerhalb des Kristallgitters führen kann. Wenn die Temperatur zu hoch ist, erfolgt im Falle von SiH4 bzw. Si2H6 eine Bindung von Siliziummolekülen miteinander, um Siliziumanhäufungen in der Gasphase zu bilden. Diese Siliziumanhäufungen können dann auf die Oberfläche des Substrats 102 fallen und ein Einkristallwachstum stören. Obwohl es erwünscht wäre, das Volumen der Glocke 101 zu verringern, kann die Durchführbarkeit einer solchen Verringerung begrenzt sein durch bauliche Integritätsbedingungen des Reaktors.
  • Ein anderes Problem betrifft die Fähigkeit von existierenden Reaktoren zu einem Steuern der Strömung und Konzentration von Prozessgasen über die Fläche des Halbleitersubstrats 102. Wenn die laminare Strömung 106 von 1 sich hinwegbewegt über das Halbleitersubstrat 102, verarmen die Reaktanten innerhalb des Prozessgases stetig, so dass die laminare Strömung 106 eine niedrigere Konzentration von Reaktanten in der Nähe des Auslasskanals 110 als in der Nähe des Gaseinlasskanals 104 aufweist. Obwohl die Beeinträchtigungen einer verarmten Reaktantenkonzentration verringert werden können für den Umfang des Halbleitersubstrats 102 durch Drehen des Halbleitersubstrats 102 während der Verarbeitung, wird die verarmte Reaktantenkonzentration über dem Innenabschnitt des Halbleitersubstrats nicht angemessen berücksichtigt durch das Gasströmungssystem von 1. Folglich hat das Halbleitersubstrat 102 eine größere Dicke und einen niedrigeren spezifischen Widerstand um den Umfangsabschnitt des Halbleitersubstrats 102 als im Innenabschnitt des Halbleitersubstrats 102.
  • Ein weiteres Problem beinhaltet eine mögliche Bildung eines niederqualitativen Siliziumfilms auf den Wänden der Glocke 101. Konstrukteure von sogenannten "Kaltwandreaktoren" treiben typischerweise einen sehr hohen Aufwand, um die Temperatur von Reaktantgasen hoch genug zu halten, damit eine Reaktion auftritt, und gleichzeitig die Temperatur einer Glocke 101 niedrig genug zu halten, um das Aufwachsen eines amorphen niederqualitativen Siliziumfilms auf den Wänden davon zu vermeiden. Wenn die Wände zu warm werden, haften jedoch Siliziummoleküle nicht nur am Halbleitersubstrat 102, sondern bilden auch einen Dünnfilm auf den Quarzwänden des Reaktors. Dieser unerwünschte niederqualitative Film kann die Glocke 101 färben bzw. tönen und eine Vielzahl von Problemen hervorrufen. Da das amorphe Silizium schlecht anhaftet an der Quarzglocke 101 und die Wärmeausdehnungs-Koeffizienten von Silizium und Quarz nicht übereinstimmen, weist das Silizium eine Tendenz zum Abblättern von den Quarzwänden auf, wenn der Reaktor abgekühlt wird. Das amorphe Silizium kann ferner abblättern von den Quarzwänden während einer Bearbeitung und auf das Halbleitersubstrat 102 fallen, wodurch eine Teilchenverunreinigung entsteht. Die gefärbte Glokke 101 verringert ferner die Energiemenge, welche durch diese ausgehend von den Halogenlampen 112 passieren kann. Außerdem kann amorphes Silizium das Fenster 114 beschichten, was bewirkt, dass das optische Pyrometer 113 weniger Lichtenergie empfängt als dies sonst der Fall wäre. Das optische Pyrometer 113 erfasst dann irrtümlicherweise, dass die Wafer-Temperatur kälter ist als sie sein sollte, und weist die Halogenlampen 112 an, mehr Energie zu liefern, was zu noch mehr unerwünschtem Aufwachsen auf der Glocke 112 führt. Folglich ist es häufig nötig, diese Ablagerungen mittels HCl von der Glocke wegzuätzen nach jeder Bearbeitung eines Halbleitersubstrats, was zu einer Verringerung des Durchsatzes bzw. der Produktivität des Reaktors führt.
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  • Daher existiert vor dem Hintergrund der Nachteile des Standes der Technik und der zunehmenden Wichtigkeit eines epitaxialen Aufwachsens in einer Vielzahl von integrierten Schaltungstechnologien, wie etwa Technologien für bipolare Sperrschichttransistoren (BJT) und Komplementär-Metalloxid-Halbleiter (CMOS), eine Notwendigkeit für verbesserte Systeme und Verfahren zum Aufwachsen von epitaxialen Schichten auf einem Halbleitersubstrat.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern verbesserte Systeme und Verfahren zur Erhöhung der Güte und Produktivität von Halbleitersubstraten. In Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Erfindung ist ein Epitaxialreaktor gestaltet zum Umfassen eines Heißwandprozesshohlraums, umschlossen durch ein Heizsystem, ein Wärmeisoliersystem und Kammerwände. Eine der Wände, welche den Prozesshohlraum umschließt, umfasst einen Schlitz, durch welchen ein Halbleitersubstrat eingeführt werden kann in den Prozesshohlraum und daraus herausgenommen werden kann, ohne dass eine Kühlung der Prozesskammer erforderlich ist. Die Wände des Prozesshohlraums können ferner ein Material wie Quarz oder Silizi umkarbid umfassen, welches im wesentlichen ähnliche thermische Eigenschaften wie das Halbleitersubstrat aufweist. Dabei können die Wände der Prozesskammer erwärmt werden auf eine Temperatur innerhalb 200°C des Halbleitersubstrats, insbesondere eine Temperatur innerhalb 100°C des Halbleitersubstrats, während das Halbleitersubstrat erwärmt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel beispielsweise können die Wände der Prozesskammer erwärmt werden auf etwa die Bearbeitungstemperatur des Halbleitersubstrats.
  • Durch Verwenden einer Heißwandbearbeitungskammer bilden während der Ausbildung von Schichten, welche Silizium enthalten, Moleküle, welche an der Oberfläche der Wände haften, metallisches Silizium statt amorphem Silizium. Dieses metallische Silizium ist stabiler als der amorphe Siliziumfilm, welcher sich typischerweise auf den Wänden von Kaltwandreaktoren ausbildet, wodurch ein Reaktor möglich ist, welcher den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung enthält, um erfolgreich mehrere Halbleitersubstrate zu bearbeiten, ohne dass eine Reinigung der Reaktorwände zwischen jedem Bearbeitungszyklus nötig ist. Folglich können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwendet werden zum Ermöglichen eines epitaxialen Aufwachsens mit hoher Produktivität innerhalb einer stabilen thermischen Umgebung und können die Verwendung von komplexen und teuren Lampensystemen meiden. Der Prozesshohlraum kann ferner ein verhältnismäßig kleines Volumen aufweisen, welches die Dicke der Grenzschicht begrenzt und einen wirksameren Austausch von Reaktanten mit Reaktionsnebenprodukten durch die Grenzschicht zum Substrat ermöglicht.
  • Der Reaktor kann ferner ein Gaszufuhrsystem umfassen, welches Prozessgas einführt in die Prozesskammer durch eine Vielzahl von Gaseinlasskanälen. Die Strömungsrate und/oder Konzentration von jedem der Vielzahl von Einlasskanälen können individuell oder in Gruppen gesteuert werden zum selektiven Steuern der Strömung von Prozessgasen beispielsweise über die Rand-, Zwischen- und Mittenbereiche des Halbleitersubstrats. Das Gaszu fuhrsystem kann ferner die Strömungsrate von jedem einer Vielzahl von Auslasskanälen steuern zum selektiven Steuern der Strömung von Prozessgasen über dem Halbleitersubstrat, entweder allein oder in Kombination mit der selektiven Steuerung der Gaseinlasskanäle.
  • Alternativ kann das Gasströmungssystem einen Duschkopf in einem oberen Abschnitt der Prozesskammer enthalten zum Leiten von Prozessgasen nach unten in Richtung der Oberfläche des Substrats, wodurch die Grenzschicht verringert wird. Eine andere Alternative zum Verringern der Grenzschicht beinhaltet ein Formen der oberen Wand des Prozesshohlraums derart, dass ein vertiefter bzw. schalenförmiger Abschnitt innerhalb des Prozesshohlraums gebildet wird. Das Gaszufuhrsystem kann ferner zusätzliche Verfahren zum Liefern von Gas in den Prozesshohlraum, wie etwa Durchgangsöffnungen, verwendet für Temperaturmessvorrichtungen, umfassen. Ferner kann, da der beispielhafte Reaktor einen Heißwandprozesshohlraum umfasst, und da die Wärmequelle des beispielhaften Reaktors intern bezüglich der Bearbeitungskammer ist und nicht übertragen wird durch eine Klarquarzglocke, dieser Reaktor gestaltet sein zur wirksamen und effizienten Verwendung von Silan als Siliziumquellengas.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen die Gaseinlässe, welche verwendet werden zum Zuführen von Gas in die Kammer, einen Längsabschnitt und einen Seitenabschnitt. Der Längsabschnitt kann sich erstrecken in die Kammer ausgehend vom Boden der Kammer oder ausgehend von der Oberseite der Kammer. Der Seitenabschnitt hingegen kann gestaltet sein zum Leiten der Strömung von Gasen über die Oberfläche des Wafers. Bei dieser Anordnung strömen die Gase in einer generell vertikalen Richtung in die Kammer und werden dann horizontal über den Wafer geleitet. Ferner kann der Seitenabschnitt gestaltet sein zum Plenumisieren der Strömung von Gasen über die Oberfläche des Wafers.
  • Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel kann der Längsabschnitt der Gaseinlässe neben einer Heizvorrichtung angeordnet sein, wie etwa neben einer elektrischen Widerstandsheizvorrichtung, welche verwendet wird zum Heizen der Kammer. Auf diese Weise werden die durch die Gaseinlässe strömenden Gase vorerhizt, bevor sie zum Wafer freigegeben werden.
  • Die Seitenabschnitte jedes der Gaseinlässe können in Kommunikation mit einem Tragring sein, welcher ein gemeinsames Plenum definiert. Das Plenum kann verwendet werden zum Verteilen der Gase über die Gesamtfläche des Wafers. In ähnlicher Weise kann dieses System ein Auslasssystem umfassen, welches auf der gegenüberliegenden Seite des Wafers von den Gaseinlässen angeordnet ist. Das Auslasssystem kann einen Auslassring zum Auslassen von Gasen aus der Kammer umfassen. Der Auslassring kann in Kommunikation mit mehreren Gasauslassöffnungen sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das System mindestens fünf Gaseinlässe und mindestens fünf Gasauslässe umfassen.
  • Die Bearbeitungskammer kann eine Heizvorrichtung zum Heizen der Kammer und beliebiger Halbleitersubstrate, welche in der Kammer enthalten sind, umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Heizvorrichtung ein käfigartiges Heizsystem umfassen. Das käfigartige Heizsystem kann eine obere Widerstandsheizvorrichtung, eine untere Widerstandsheizvorrichtung und mindestens eine seitliche Widerstandsheizvorrichtung umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Längsabschnitte der Gaseinlässe neben mindestens einer der Widerstandsheizvorrichtungen angeordnet sein. Auf diese Weise werden Gase vorgeheizt, bevor sie in Kontakt gelangen mit dem Halbleiter-Wafer.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Hebestiftvorrichtung, welche ein Substrat von einem Suszeptor weghebt, fähig zu einem Drehen mit dem Suszeptor während einer Bearbeitung. Diese Fähigkeit zur Drehung der Hebestifte mit dem Suszeptor beseitigt die Schwierigkeit und das Risiko eines Hebestiftbruchs bei einem Stoppen der Drehung des Suszeptors, so dass die Hebestifte in Ausrichtung relativ zu entsprechenden Löchern im Suszeptor sind. Dieses Ausführungsbeispiel erhöht ferner die Produktivität durch Verringern der Zeitmenge, welche nötig ist zum Herausnehmen von Substraten aus dem Prozesshohlraum, infolge einer Vermeidung der Zeit, welche aufgewendet wird zum Zurückstellen der Drehung zu normal stationären bzw. feststehenden Stiften.
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  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für Fachleute auf diesem Gebiet aus der nachfolgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegendenen Zeichnung deutlich ersichtlich.
  • 1 zeigt einen beispielhaften Reaktor zum Aufwachsen epitaxialer Schichten in Übereinstimmung mit einem existierenden Verfahren;
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Reaktorsystem, bei welchem der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ausgeführt werden kann;
  • 3 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Reaktors, wobei das Innere des linken Abschnitts freigelegt ist;
  • 4 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des Innern des linken Abschnitts des beispielhaften Reaktors;
  • 5 zeigt ein beispielhaftes Heizsystem, welches den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
  • 6 zeigt eine Draufsicht einer beispielhaften Bearbeitungskammer, wobei Einzelheiten der Kantenheizvorrichtungen, Seitenquarzauskleidungen, Gaseinführrohre und Gasauslassrohre dargestellt sind;
  • 7 zeigt eine beispielhafte monolithische Plattenheizvorrichtung in Übereinstimmung mit dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung;
  • 8 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Reaktors, wobei beide Bearbeitungsstationen freigelegt sind, sowie die Symmetrie der Gaseinführ- und der Gasauslasssysteme;
  • 9 zeigt eine Draufsicht der Gaseinführrohre und Gasauslassrohre:
  • 10A zeigt, wie das Gas von einem Gaseinführrohr verteilt werden kann, um eine gleichmäßigere Verteilung zu erreichen;
  • 10B zeigt eine schematische Darstellung, wie die Dotierungskonzentration von dem Speisegasstrom verarmt werden kann;
  • 11 zeigt, wie das Gaseinführsystem gestaltet sein kann zum Erreichen einer gewünschten Dicke und Gleichmäßigkeit eines spezifischen Widerstands;
  • 12A zeigt schematisch eine dicke Gasströmungsgrenzschicht bei einem herkömmlichen Epitaxialreaktor;
  • 12B zeigt schematisch eine dünne Gasströmungsgrenzschicht gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, wobei Gase begrenzt sind auf einen schmalen Raum zwischen zwei parallelen Platten;
  • 13 zeigt eine beispielhafte Verteilung von Temperaturmessvorrichtungen, welche Messwerte nehmen von der Oberseite des Substrats und bei manchen Ausführungsbeispielen ferner Gase einführen zum Einstellen einer Dicke und einer Gleichmäßigkeit eines spezifischen Widerstands;
  • 14A zeigt eine Draufsicht von zwei sich kreuzenden Anordnungen von Temperaturmessvorrichtungen;
  • 14B zeigt eine Seitenansicht, welche darstellt, wie Temperaturmessvorrichtungen längs einer Anordnung verteilt sein können, in Abhängigkeit von einem Abstand, von der Mitte zur Kante eines Substrats;
  • 15 zeigt eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Reaktors, bei welchem eine Temperaturmessvorrichtung verwendet werden kann zum Einführen eines Spülgases in eine Bearbeitungskammer; und
  • 16 zeigt eine beispielhafte Gestaltung einer optischen Faser und eines Mantels, in welchem ein Spülgas innerhalb des Mantels, jedoch außerhalb der optischen Faser, strömen kann.
  • Genaue Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung liefern verbesserte Systeme und Verfahren zur Bearbeitung von Halbleitersubstraten. Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert eine stabile heißwandige Wärmeumgebung für eine epitaxiale bzw. beliebige andere thermische CVD- Beschichtung auf Halbleiter-Wafern. Ein isolierter Bearbeitungshohlraum ist gebildet aus undurchsichtigen Quarzwänden und einem drehenden Suszeptor und kann ein Widerstandsheizsystem umschließen bzw. von diesem umgeben sein. Die Wände isolieren den Bearbeitungshohlraum thermisch gegen die kältere Umgebung und liefern eine verhältnismäßig gleichmäßige und stabile thermische Bearbeitungsumgebung. Die Bearbeitungsumgebung kann ferner auf Vakuumdruck gehalten werden, um eine Isolierung und die Stabilität der thermischen Umgebung zu erhöhen. Wafer werden eingeführt durch einen schmalen Schlitz in die Bearbeitungsumgebung und auf Stifte, welche den Wafer auf den erhitzten Suszeptor senken. Der Wafer wird gedreht auf einem Suszeptor, und ein Silizium-abscheidendes Gas strömt über die Oberfläche des Wafers. Der Bearbeitungshohlraum ist verhältnismäßig kompakt, was eine Prozesseffizienz und Steuerung verbessert. Während Ablagerungen entstehen können auf den heißen Wänden des Bearbeitungshohlraums, tendieren die Ablagerungen dazu, metallisches Silizium zu sein, welches verhältnismäßig stabil ist. Nach einer Bearbeitung wird der Wafer angehoben auf den Stiften und entfernt aus dem Hohlraum. Der Bearbeitungshohlraum kann umschlossen sein innerhalb der Bearbeitungskammer, welche einen ausgerichteten Schlitz bzw. Kanal aufweist, so dass der Wafer eingeführt werden kann in den Bearbeitungshohlraum und die Kammer in Lateralrichtung in einer einzigen Bewegung längs derselben Horizontalebene und in der gleichen Weise daraus entfernt werden kann. Der Bearbeitungshohlraum kann gehalten werden auf einer hohen Temperatur sowohl während einer Einführung als auch während einer Entfernung. So kann eine sehr hohe Produktivität bzw. ein sehr hoher Durchsatz erreicht werden mit einer stabilen thermischen Umgebung und ohne Notwendigkeit komplexer Lampensysteme bzw. eines Aufheizens und Abkühlens einer Kaltwandbearbeitungsumgebung für jeden Wafer, welcher bearbeitet wird.
  • Ein zusätzlicher Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist seine Fähigkeit zu einer Bearbeitung einer Vielzahl von verschiedenen Größe und Formen von Halbleitersubstraten. In einem Kaltwandlampensystem ist es möglich, dass die Lampen und das Temperatursteuersystem wesentlich neu gestaltet werden müssen für Substrate von verschiedenen Größen, jedoch ermöglicht die stabile thermische Umgebung des obigen Ausführungsbeispiels eine verhältnismäßig einfache Aufnahme von verschiedenen Größen. Obwohl der Reaktor spezifisch ausgelegt sein kann zur Bearbeitung von Silizium-Wafern mit 300 mm Durchmesser, kann er Silizium-Wafer mit 200 mm, 150 mm und 125 mm zulassen, welche ebenso verarbeitet werden. Die Fähigkeit zur Verarbeitung einer Vielzahl von verschieden bemessenen Wafern kann die Betriebskosten senken. Der Reaktor kann dienen als "Brückenwerkzeug", welches den Übergang eines Herstellers von einer Größe eines Substrats zu einer anderen überbrückt. Eine Chip-Herstellereinrichtung, welche noch nicht bereit ist für einen Übergang von 300 mm Substraten beispielsweise, kann noch immer das Werkzeug zur Bearbeitung von 200 mm Substraten verwenden. Sobald die Größenumwandlung schließlich realisiert ist, kann der Hersteller die Notwendigkeit zum Kauf eines vollständig neuen Systems vermeiden.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes System, bei welchem der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ausgeführt werden kann. Die Bauteile des beispielhaften Systems umfassen eine Verarbeitungskammer zum Umschließen und einen Prozesshohlraum, wobei der Prozesshohlraum einen Suszeptor (welcher auch beschrieben werden könnte als Substrat-Tragplatte), und eine Haube, welche die Unterseite bzw. die Oberseite des Hohlraums bilden, aufweist. Heizvorrichtungen umschließen den Prozesshohlraum an der Oberseite und der Unterseite und längs der Seiten an bestimmten Stellen, abhängig davon, wie viele Substrate bearbeitet werden und von den gewünschten Wärmetransfer-Charakteristiken. Außerhalb der Heizvorrichtungen finden sich Kammerauskleidungen, welche eine Wärmeisolierung und Schutz gegen Verunreinigung von den Kammerwänden und schließlich der Kammerwände selbst bieten. Innerhalb der Heizvorrichtungskäfigstruktur und neben und unter dem Suszeptor befindet sich eine Hebestift-Tragplattenanordnung, welche zuständig ist für das Anheben des Sub strats weg vom Suszeptor. Ferner umschlossen in diesem Bereich ist ein Mittelpfosten (und dazugehörige Hardware) zum Anheben und Senken des Suszeptors in Positionen in dem Prozesshohlraum, und neben dem Transferkanal. Prozessgase werden eingeführt in den Prozesshohlraum und ausgelassen aus dem Prozesshohlraum durch ein Gaszufuhrsystem. Vor dem Hintergrund dieser Übersicht des beispielhaften Systems erfolgt nun eine genauere Beschreibung der Komponenten des beispielhaften Systems, der drehenden Hebestift-Tragstruktur, des Heizsystems und des Gaseinführsystems.
  • Wie dargestellt in 2, umfasst das beispielhafte System einen Epitaxial-Aufwachs-Reaktor, generell bezeichnet mit 200, mit einer Vorderplatte 201, welche gepaart werden kann mit der Roboter-Wafer-Transferkammer eines Substrat-Transportsystems 207. Ein beispielhaftes Substrat-Transportsystem ist das System Aspen III, erhältlich bei Mattson Technology, Inc.. Der Horizontalschlitz 202 in der Mitte der Vorderplatte 201 ist der Kanal, durch welchen die Wafer transportiert werden in den Reaktor 200 bzw. aus dem Reaktor 200 von der Transferkammer des Wafer-Bediensystems 207. Der Reaktor 200 umfasst ferner elektrische Durchführungen 203 an der Oberseite des Reaktors 200 und eine Suszeptor-Bedieneinrichtung 204 an der Unterseite der Kammer. Gaszufuhreinlässe 205 sind vorgesehen an einem unteren Abschnitt der Kammer. Die Bearbeitungskammer umfasst ferner einen Prozesshohlraum, umgeben von mindestens einer Schicht von isolierenden Schirmen, welche wiederum umgeben sind von den Bearbeitungskammerwänden.
  • Der Epitaxial-Reaktor 200 ist ferner verbunden mit einem Gaszufuhrsystem 210 zum Aufnehmen von Prozessgasen in den Reaktor 200, einem Pumpensystem bzw. einer Atmosphären-Auslassleitung 208 zum Auslassen von Gasen von dem Reaktor 200, einem Wafer-Transportsystem 207 zum Einführen und Entfernen von Wafern, einem mechanischen System 209 zum Bedienen des Suszeptors und einem Steuersystem 212 zum Steuern und Überwachen des Betriebs des Reaktors 200 und der vorhergehenden Teilsysteme sowie einer peripheren Einrichtung, wie etwa optische Pyrometer und andere Temperaturmessvorrichtungen des Temperatursteuersystems 210.
  • Bezugnehmend auf 3, ist der beispielhafte Reaktor von 2 dargestellt im Querschnitt, wobei die Vorderplatte 201 von dem linken Abschnitt 301 des Reaktors 200 entfernt wurde, um das Innere des linken Abschnitts 301 zu zeigen. Der freigelegte linke Abschnitt 301 ist im wesentlichen gespiegelt auf die rechte Seite 302, welche noch durch die Vorderplatte 201 bedeckt ist.
  • Bezugnehmend auf 4, ist eine vergrößerte Ansicht des Prozesshohlraums, generell bezeichnet mit 303 in 3, dargestellt. Der Prozesshohlraum 303 enthält eine Substrathaltevorrichtung 401, welche eine leichte Vertiefung 402 aufweist zum Unterstützen eines sicheren Haltens der Position des (nicht dargestellten) Substrats auf der Substrathaltevorrichtung 401 während einer Bearbeitung. Die Größe und Form der Vertiefung 402 kann beispielsweise derart gestaltet sein, dass die Kante eines 300 mm Silizium-Wafers (12 Zoll Silizium-Wafers) gegen die Vertiefung 402 aufliegt. Die Substrathaltevorrichtung 401 kann festes bzw. massives Siliziumkarbid, Siliziumkarbid-beschichtetes Graphit oder ein anderes Material umfassen, welches einen Verunreinigungsstrom von der Substrathaltevorrichtung 401 minimiert und kompatible Wärmeeigenschaften mit dem Halbleiter-Wafer aufweist. Die Substrathaltevorrichtung 401 kann bezeichnet werden als ein Suszeptor.
  • Die Substrathaltevorrichtung 401 wird wiederum getragen durch eine Tragplatte 403, welche bestehen kann aus einem Material wie Quarz. Quarz bietet Vorteile für diese besondere Anwendung, da Quarz ausgebildet werden kann zu einem Teil mit sehr niedrigem Störstellengehalt, sehr niedrigem CTE, und da Quarz generell weniger kostet als Siliziumkarbid. Die Tragplatte 403 kann einfach verbunden werden mit dem Mittelpfosten 404. Die Hebestift-Tragplatte 405 kann ferner hergestellt sein aus Quarz und hat Behältnis se 406 für die Hebestifte 407. Die Hebestifte 407 durchdringen den gesamten Weg durch die Tragplatte 403 und enden im Innern der Substrathaltevorrichtung 401, wobei sie sich nicht über die obere Fläche der Substrathaltevorrichtung 401 hinaus erstrecken. Die Hebestifte 407 sind "verschachtelt" innerhalb der Substrathaltevorrichtung 401. Die Hebestift-Tragplatte 405 ist angebracht an einem äußeren Mittelpfostenrohr 408, welches den Mittelpfosten 404 koaxial umgibt. Der Mittelpfosten 404 trägt und deckt ferner die Tragplatte auf einem Vorsprung 409 in einer Mittenstellung (relativ zur Mitte des Substrats).
  • Es gibt Vorteile eines Vorsehens der Hebestifte 407, welche verschachtelt sind in jeweiligen Löchern in der Substrathaltevorrichtung 401, und ferner Vorteile eines Vorsehens einer Koaxialanordnung des Mittelpfostens 404 und des äußeren Mittelpfostenrohrs 408 in einer mittig angeordneten Position relativ zur Hebestift-Tragplatte 405. Ein Drehen der Hebestifte 407 mit dem Drehen des Substrats während einer Bearbeitung bietet Vorteile im Hinblick auf die Produktivität durch Beseitigen der Notwendigkeit einer Verzögerung der Substrathaltevorrichtung und eines langsamen Drehens der Substrathaltevorrichtung, so dass die Hebestifte perfekt ausgerichtet sind mit entsprechenden Löchern auf der Unterseite der Substrathaltevorrichtung vor einem Betätigen der Stifte zum Heben des Wafers weg vom Suszeptor 401.
  • Das beispielhafte Ausführungsbeispiel von 4 versieht die Hebestift-Tragplatte 405 mit Behältnissen 406, an welchen die Hebestifte 407 angebracht sind, angepasst an den Mittelpfosten 404 in einem Drehgehäuse. Bei einer derartigen Gestaltung befinden sich die Stifte konstant in Ausrichtung mit den Löchern in der Substrathaltevorrichtung, selbst während einer Drehung des Substrats während einer Bearbeitung. Wärmeverluste werden ebenso minimiert, da die Hebestifte kontinuierlich in Ausrichtung sind mit ihren jeweiligen Löchern in der Substrat-Tragplatte 403 und teilweise darin enthalten sind. Da die Hebestifte 407 sich mit der Substrat-Tragplatte 403 während einer Verarbeitung drehen, sind die Hebestifte 407 den Großteil der Zeit innerhalb der Löcher der Substrat-Tragplatte 403 angeordnet. Das äußere Mittelpfostenrohr 408 ist angepasst an den Mittelpfosten 404 in dem Drehgehäuse unterhalb der Bearbeitungskammer (an einer Position, welche annähernd bezeichnet ist durch ein Bezugszeichen 204 in 2), und die Hardware, welche zuständig ist zum Anheben des Wafers weg von der Substrat-Tragplatte 403 und damit in Zusammenhang steht, drehen sich zusammen, mit dem Ergebnis, dass die Hebestifte 407 sich immer in Ausrichtung befinden mit ihren jeweiligen Löchern in der Substrathaltevorrichtung 401 und der Tragplatte 403. Durch Schließen dieser "Wärmespalte" (die Löcher in der Platte) wird ein Wärmeverlust von dem Wafer verringert, und das Wärmeprofil, welches sich dem Wafer von der Substrat-Tragplatte 403 bietet, ist gleichmäßiger. Dies verringert einen Wärmeverlust von dem Wafer. Wenn es Zeit ist, den Wafer zu entladen, wird der Wafer zuerst von der Substrathaltevorrichtung 401 weg angehoben durch die Hebestifte 407. Da die Hebestifte 407 bereits in Ausrichtung sind mit den Löchern, müssen sie lediglich genügend angehoben werden, um einen Spalt für den Roboter-Transferarm zu liefern, wie etwa ½ bis 1 Zoll über die obere Fläche von 401.
  • Die Tragstiftstruktur von 4 vermeidet die mechanischen Risiken einer stationären bzw. feststehenden Hebestift-Tragplatte, während sich eine Substrathaltevorrichtung und eine Tragplatte drehen. Dies vermeidet die Risiken eines Anhebens der Hebestiftauflage und einer Fehlausrichtung der Hebestifte. Wenn die Hebestifte brechen sollten, muss der Reaktor geöffnet werden und mindestens teilweise demontiert werden, um diese Stifte zu ersetzen, was zu dem Verlust einer erheblichen Menge an Bearbeitungszeit führt. Die beispielhafte Tragstiftstruktur vermeidet die Risiken einer Temperaturungleichmäßigkeit, welche hervorgerufen wird durch offene (unblockierte) Löcher in der Tragplatte, welche den Wafer trägt, und das Wärmerisiko eines Wärmeschocks für den Wafer, wenn die Hebestifte, welche den Wafer berühren, eine andere Temperatur als der Wafer haben.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Gedanke von drehenden Hebestiften nicht beschränkt ist auf Epitaxial-Bearbeitungssysteme. Vielmehr kann dieses Verfahren verwendet werden in verschiedenen Typen von Halbleiter-Bearbeitungseinrichtungen, wie etwa bei RTP- und CVD-Reaktoren (RTP: rapid thermal processing = schnelle thermische Bearbeitung; CVD: chemical vapor deposition = chemische Aufdampfung), sowie anderen Systemen, welche mit Stiften bzw. drehenden Auflagen arbeiten.
  • In 4 ist die Oberseite des Prozesshohlraums vorgesehen durch eine Haube 409. Der Prozesshohlraum, erzeugt durch den Suszeptor 401 an der Unterseite und durch die Haube 409 an der Oberseite, dient zum Begrenzen von Reaktantgasen zum Prozesshohlraum für eine Bearbeitung des Halbleitersubstrats.
  • Das Heizsystem arbeitet nach außen ausgehend von dem Prozesshohlraum (und den Suszeptor-Hebevorrichtungen, welche zu den Hebestiften gehören). Das Heizsystem kann eine käfigartige Struktur umfassen, welche im wesentlichen den Prozesshohlraum (und die Suszeptor-Hebevorrichtung) umschließt. In 4 kann eine obere Heizvorrichtung 410 über der Haube 409 angeordnet sein. Da diese Heizvorrichtung im Querschnitt dargestellt ist, kann das Heizelement in die Ebene von 4 und aus dieser heraus verlaufen, so dass das Heizelement erscheint als eine Vielzahl von diskreten Elementen in 4. Es sei darauf hingewiesen, dass die obere Heizvorrichtung 410 gestaltet sein kann mittels mehrerer Heizvorrichtungen zum Bilden mehrerer Heizbereiche. Bei dem Ausführungsbeispiel von 4 ist die obere Heizvorrichtung 410 gestaltet mittels einem Innenbereich und einem Außenbereich, obwohl andere Gestaltungen erwogen werden und durch die vorliegende Erfindung eingeschlossen sind. Die äußersten vier Rechtecke an der fernen rechten und der fernen linken Seite der oberen Heizvorrichtung 410 umfassen einen Außenheizbereich 410a. Jedes der etwa neunzehn Rechtecke in der Mitte (lediglich eines trägt eine Bezeichnung) umfasst einen Innenbereich 410b.
  • Das Heizsystem kann ferner seitliche Heizkomponenten umfassen. Beispielsweise kann der Reaktor eine seitliche Heizvorrichtung mit einem oberen Element 411a und einem unteren Element 411b umfassen. Alternativ könnten ein oberes und ein unteres seitliches Heizelement 411a und 411b kombiniert sein, so dass sie eine einzige Heizvorrichtung umfassen, jedoch liefern getrennte obere und untere Elemente die Fähigkeit zu einer genaueren Steuerung einer Temperaturgleichmäßigkeit des Wafers, insbesondere an seinen Kanten. Kantenheizvorrichtungen liefern eine verbesserte Temperaturgleichmäßigkeit des Substrats, da sie Energie kompensieren, welche von den Kanten des Wafers und dem Suszeptor zu den Seiten der Bearbeitungskammer abstrahlt. Bei manchen Ausführungsbeispielen könnte die Kantenheizvorrichtung eine einzige Bereichsheizvorrichtung umfassen, wenn bestimmt wird, dass zwei Kantenheizvorrichtungen nicht nötig sind. Beispielsweise könnte eine einzige Bereichskantenheizvorrichtung verwendet werden, wenn der Wafer zu bearbeiten ist an einer Vertikalposition, welche angenähert ist durch ein Bezugszeichen 412 in 4, das auf den Kanal zeigt, durch welchen das Substrat in die Bearbeitungskammer geladen wird und aus dieser entladen wird. Bei dem beispielhaften Reaktor von 4 ist eine untere Heizvorrichtung mit einer einzigen Bereichsheizvorrichtung bezeichnet mit 413. Selbstverständlich kann die untere Heizvorrichtung auch mehrere Bereiche aufweisen.
  • Zur weiteren Verdeutlichung sind das obere, untere und seitliche Heizelement dargestellt in 5, obwohl sie extrahiert wurden als einzelne Einheit aus der Bearbeitungskammer. Ferner dargestellt in 5 sind die Substrathaltevorrichtung 401 und die Tragplatte 403 unter dieser, die Haube 409, welche die Oberseite des Prozesshohlraums bildet, und der Mittelpfosten 404. 5 hebt den Punkt hervor, dass bei manchen Ausführungsbeispielen das Heizsystem eine käfigartige Struktur umfassen kann, welche den Prozesshohlraum 303 umgibt, und dass dadurch eine isothermische Umgebung erreicht wird, welche zu einer gewünschten Wirkung eines ausbleiben den Wärmedurchflusses und einer hervorragenden Wärmegleichmäßigkeit des Substrats führt.
  • Es sei in 4 darauf hingewiesen, dass jedes Heizelement, wie etwa die untere Heizvorrichtung 413, ein Siliziumkarbid-beschichtetes Graphit-Heizelement umfassen kann, welches eingeschlossen ist in einem unteren Schirm 414 und einem oberen Schirm 415. Jeder der Schirme kann ferner ein Siliziumkarbid-beschichtetes Graphit umfassen, jedoch ist der Graphitkern des Schirms nicht widerstandsbeheizt, wie dies der Fall ist bei dem Heizelement. Diese Schirme (synonym genannt "Hüllen") haben mehrere Zwekke. Sie glätten Temperaturungleichmäßigkeiten von den Bereichen neben einer Wärmebahn und den Räumen dazwischen, wobei eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit neben der Heizvorrichtung erzeugt wird, da die Wärme nach oben in den Hohlraum strahlt. Sie umschließen ferner die Heizelemente, um zu verhindern, dass diese möglicherweise Sauerstoff ausgesetzt werden. Ein dritter Zweck besteht im Schützen der Heizelemente in dem Fall, dass Risse in der den Graphitkern überziehenden Siliziumkarbidschicht existieren. Dies verhindert, dass Verunreinigungen im Graphit den Prozesshohlraum erreichen.
  • Die oberen Heizvorrichtungen 410a und 410b können ebenfalls umgeben sein von Siliziumkarbid-beschichteten Graphitschirmen aus ähnlichen Gründen. Beispielsweise kann die obere Heizvorrichtung 410 umschlossen sein durch den oberen Schirm 416 und den unteren Schirm 417. Die seitlichen Heizvorrichtungen können ebenso von Schirmen umschlossen sein, jedoch müssen die Schirme nicht notwendigerweise Siliziumkarbid-beschichtetes Graphit sein. Beispielsweise können die seitlichen Heizvorrichtungen 411 bei einem Ausführungsbeispiel umschlossen sein in Quarz.
  • In 6 ist eine Draufsicht des Reaktors 200, welche beide Bearbeitungsstationen 301 und 302, das Innere Quarzrohr 601 und die äußere Quarz"Erdnuss" 602 zeigt, dargestellt. Es gibt ein inneres Quarzrohr 601, welches jede der Bearbeitungsstationen umgibt, eine auf der linken und eine auf der rechten Seite. Es gibt nur einen erdnussförmigen äußeren Quarzschirm 602 in diesem Ausführungsbeispiel, so dass der Schirm 602 beide Bearbeitungsstationen umgibt. Seitliche Heizvorrichtungen 411 sind ebenfalls erdnussförmig und sind innerhalb des äußeren Erdnuss-artigen Quarzschirms 602 angeordnet.
  • In 4 liegt ein oberes Seitenheizvorrichtungs-Tragstück 418 zwischen den beiden seitlichen Heizvorrichtungen 411a und 411b. Das Tragstück 418 ermöglicht ein Aufliegen der oberen Heizvorrichtung auf der unteren Heizvorrichtung, ohne in elektrischem Kontakt zu sein. Es erhält einen konstanten Trennabstand zwischen den beiden Heizvorrichtungen und trägt die obere Heizvorrichtung. Die untere Heizvorrichtung wird getragen durch ihr eigenes Tragstück 419. Diese Seitenheizvorrichtungs-Tragstücke können eine Vielfalt von Formen annehmen, abhängig von der Geometrie des Reaktors, und in dem Fall, dass die Tragstücke eine im wesentlichen erdnussförmige Gestaltung aufweisen, ebenso wie bei den seitlichen Heizvorrichtungen selbst.
  • Das Heizelement einer Widerstandsheizvorrichtung kann bei manchen Ausführungsbeispielen einen Streifen aus einem elektrisch leitfähigen Material umfassen, welcher eingebettet ist in eine Grundsubstanz bzw. Matrix aus einem nicht leitfähigen Material mit einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass eine monolithische Struktur gebildet wird. Weitere Einzelheiten einer derartigen Heizvorrichtung sind beschrieben in einer anhängigen Anmeldung mit dem Titel "Apparatus and methods for resistively heating a thermal processing system", eingereicht am 16. November 2000 und übertragen dem Rechtsnachfolger bzw. Zessionar der vorliegenden Anmeldung, und hierin durch Verweis enthalten. Das aktive Heizelement kann eine Bahn mit niedrigem spezifischen Widerstand eines Keramikmaterials sein, welches eingebettet ist in ein Keramikmaterial mit höherem spezifischen Widerstand und ähnlichen Eigenschaften einer Wärmeausdehnung. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Material mit niedrigem spezifi schen Widerstand ein Stickstoff-dotiertes Siliziumkarbid sein, welches einen Widerstand aufweist, der etwa 4 Größenordnungen kleiner ist als bei der undotierten Siliziumkarbidmatrix.
  • Eine beispielhafte monolithische Plattenheizvorrichtung ist dargestellt in 7. Wie bei den herkömmlichen Siliziumkarbid-beschichteten Graphitheizvorrichtungen kann eine monolithische Plattenheizvorrichtung mehrere Bereiche aufweisen, wie dargestellt durch eine innere Bereichsheizvorrichtungen 701 und eine äußere Bereichsheizvorrichtung 702 in 7. Jeder Bereich hat seinen eigenen Verbindungsanschluss, wie dargestellt als 703 bzw. 704.
  • Die Heizvorrichtungen, welche den Prozesshohlraum umgeben, und die Strukturen, welche das Heizvorrichtungssystem umgeben, können eine Kammerauskleidung umfassen, bis sie schließlich die Kammerwände selbst erreichen. Über dem Schirm 416 befindet sich eine Kammerauskleidung 420, welche die Hardware schützt, die angeordnet ist hin zum Innern der Bearbeitungskammer, gegen Verunreinigungen, welche herausdiffundieren aus der Kammerwand 421, wobei ferner ein Schutz der Kammerwände gegen die korrosiven Gase erfolgt, welche in der Prozesszelle verwendet werden. Der Schirm 416 liefert ferner eine Wärmeisolation für den Prozesshohlraum, wodurch die Temperaturgleichmäßigkeit des Hohlraums verbessert wird und die Kammerwände gegen hohe Temperaturen geschützt werden. Die Kammerwände können Aluminium, anodisiertes Aluminium und rostfreien Stahl umfassen. Die Kammerauskleidung 420 umfasst undurchsichtiges Quarz bei diesem Ausführungsbeispiel, so dass eine Infrarotenergie begrenzt wird auf die Bearbeitungskammer.
  • Die Seitenwände 422 der Kammer können wassergekühlt werden durch Strömen einer Kühlflüssigkeit, wie etwa Wasser, durch die Mitte der Wand. Die oberen und unteren Kammerwände haben ebenso Wasserkühllöcher (nicht bezeichnet). Die Seitenwände 422 sind geschützt durch seitliche Quarzkammerauskleidungen 424. Die unteren Kammerwände 426 aus rostfreiem Stahl sind geschützt durch eine Quarzauskleidung 425.
  • 8 zeigt die Symmetrie zwischen den beiden Substratbearbeitungsbereichen eines beispielhaften Reaktors 200. 8 hebt den Gedanken hervor, dass der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann zum gleichzeitigen Bearbeiten zweier Substrate. Der äußere obere Heizvorrichtungsbereich für die rechte Bearbeitungsstation 302 ist bezeichnet mit 810a in 8. Der Heizbereich 810a in 8 ist die rechte Analogie zum linken Heizbereich 410a in 4. Der mittlere Heizbereich 810b in 8 ist analog zu dem Heizbereich 410b auf der linken Seite des Reaktors 200. Wie zu erkennen ist, gibt es keine seitlichen Heizelemente in der Mitte von 8, etwa an einer Stelle 801, da diese Heizvorrichtung erdnussförmig ist und sich nicht erstreckt in den Bereich zwischen den beiden Bearbeitungsstationen (siehe auch 6). Ebenso ist eine untere Heizvorrichtung 830, ein unterer Schirm 814 und ein oberer Schirm 815 der rechten Bearbeitungsstation 302 dargestellt in 8.
  • Als nächstes wird das Gaseinführsystem beschrieben. Ausführungsbeispiele des vorliegenden Gaseinführsystems sind teilweise zuständig für das Erreichen der gewünschten Gleichmäßigkeit der Dicke, Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands und Steuerung über die Dotierübergangsbreite, welche erreichbar ist gemäß Ausführungsbeispielen des vorliegenden Reaktors.
  • In 4 ist ein Gaseinführrohr 427 dargestellt, welches gestaltet ist zum Liefern von Gas in Vertikalrichtung durch die Unterseite der Kammer 426 hinauf den Prozessraum 303. Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gibt es fünf dieser Gaseinführrohre (mit einem Satz von Rohren für jede Seite 301 und 302). Obwohl 4 ein Querschnitt der Bearbeitungskammer ist, sind drei andere Gaseinführrohre dargestellt in 4 in einer "quasi dreidimensionalen" Ansicht des Reaktors. Der Querschnitt von 4 verläuft durch das Gaseinführrohr auf der fernen linken und kann verwendet werden zum Darstellen, wie die Gaseinführrohre das Gas "plenumisieren" (bzw. „plenumize"). Der Begriff "plenumisieren" bezieht sich auf ein Aufteilen eines Gasflusses in einer gewünschten Weise durch Strömen des Gases durch ein Plenum. Ein Plenum ist eine Vorrichtung (welche ein Verteiler sein kann), die dient zum Begrenzen des Flusses des Gases, so dass der Gasfluss höher ist auf der Stromaufwärtsseite des Plenums, und dadurch wird der Gasstrom geformt zu einem gewünschten Strömungsmuster.
  • Die Prozessgase strömen hinauf durch das Rohr 427 und passieren den Gaseinführtragring 428. Der Gaseinführtragring 428 liegt auf dem Quarzinnentragrohr 601 auf. Das Innentragrohr 601 liefert eine mechanische Auflage für den Gaseinführtragring 428, jedoch "beherbergt" es ferner die Kreisform des Quarzrohrs (bzw. nimmt diese auf), so dass es in Deckung bzw. Übereinstimmung mit einer bestimmten Position ist. Der Gaseinführtragring 428 wiederum trägt das Gaseinführplenum 429, in welches die Gase eingespeist werden von dem Gaseinführrohr 427. Die Gase strömen dann durch den Plenumschlitz 430, bevor sie umgelenkt werden von einer vertikalen zu einer horizontalen Strömung über das Substrat. Der Plenumschlitz 430 dient ferner zum Aufrechterhalten einer Bereichssteuerung sowohl der Konzentration als auch der Strömung durch jedes der fünf Einlassrohre. Die Gase werden durch das Plenum 429 "plenumisiert" und aufgefächert zu einem linearen Fächer über dem Substrat. Dieses Konzept ist deutlicher zu erkennen in 9 und 10.
  • Wie auf 9 ersichtlich, ist das Plenum 429 in Draufsicht bogenförmig, und die Oberseiten der fünf Einlassrohre 427 sind nur sichtbar durch ihre jeweiligen Schlitze 430 im Plenum. Wieder ist der Grundgedanke eines Vorsehens des Plenums 429 und von Schlitzen 430 der, dass eine Strömung geschaffen wird, welche stärker aufgefächert ist als dies sonst bei fünf einzelnen Rohren der Fall wäre. Dies ist schematisch dargestellt in 10A, wo ein Gasstrom 1001 aufgefächert ist zu einer fächerförmigen Strömung, bevor er den Schlitz 430 passiert. Dies führt zu einer breiteren Abdeckung über dem Substrat, mit einer beispielhaften Breite 1003, statt mit der kleineren Breite 1004, welche aufgetreten wäre, wenn der Gasstrom 1001 begrenzt worden wäre auf eine Strömung mit demselben Durchmesser wie das Rohr 427 an der Stelle 1005. Der Fächer zwingt die Strömung zu einer Bewegung von einer kreisförmigen Form zu einer geschlitzten bzw. schlitzartigen linearen Strömung. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Auffächerungsdüse ein Teil des Quarzgaseinführrohrs sein.
  • Es gibt fünf Gaseinführrohre 427 bei diesem Ausführungsbeispiel, jedoch könnte die Anzahl reichen von etwa 1 bis 9. Fünf Einführrohre können verwendet werden, insbesondere bei 300 mm Substraten, infolge der Weise, in welcher die Gase über dem Substrat aufgefächert werden, und infolge der Fähigkeit zu einem Steuern von Dotierungssubstanz-, Silizium- und Hauptstromgaskonzentrationen über verschiedenen Bereichen des Substrats und somit zu einem Erreichen einer Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands und der Dicke sowie einer Gesamtgleichmäßigkeit.
  • Bezugnehmend auf 11 wird die Gestaltung des Gaseinführsystems nun beschrieben, um die verschiedenen vorteilhaften Merkmale dieses Ausführungsbeispiels zu erläutern. Die beiden äußeren Gaseinführrohre werden gespeist von der selben Quelle und sind bezeichnet mit "E" für "Kante" (edge). Nach innen arbeitend ausgehend von den Kanten hin zur Mitte, sind die nächsten beiden Gasrohre bezeichnet mit "M" für "Mittel". Schließlich sind die Mittenrohre bezeichnet mit "C" für "Mitte". Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Gase sondiert (bzw. „plumbed"), so dass eine unabhängige Steuerung der Siliziumkonzentration, der Dotierungskonzentration und der Trägergasströmung (das Trägergas kann Wasserstoff sein und bezeichnet werden als "Wasserstoffhauptstrom") für jeden der drei Bereiche; Kantenbereich, Mittelbereich und Mittenbereich, existiert.
  • Die Kantenzufuhr plenumisiert (bzw. teilt sich auf) in zwei Kantenstrahlen, und dieser Abschnitt der Quelle strömt über die Kanten des Wafers, welche (wenn ein zeitlicher "Schnappschuss" beobachtet werden könnte) generell dargestellt ist durch die kreuzschraffierten Bereiche 1101 in 11. Da sich das Substrat dreht, füllt der Bereich den durch die beiden Kanteneinführrohre abgedeckten Wafer den Ringraum außerhalb des Kreises, dargestellt durch 1102 in 11. Die Bereiche, welche versorgt sind durch die beiden mittleren Einführrohre, sind bei einer zeitlichen Momentanaufnahme dargestellt durch den unschraftierten Bereich 1103 des Substrats. Gase von dem mittleren Bereich werden aufgefächert, um einen Bereich abzudecken, welcher im Wesen weder Kantenbereich noch Mittenbereich ist. Der Mittenstrahl deckt den doppelkreuzschraffierten Bereich 1104 ab, wobei wieder die Tatsache ignoriert wird, dass das Substrat sich dreht. Selbstverständlich gibt es ein Mischen bzw. Vermengen der Bereiche, obwohl die Strömungen als diskret und nicht überlappend in 11 dargestellt sind.
  • Die Fähigkeit zum Steuern der Konzentration der Dotierungssubstanz in den Gasströmungen, welche zu jedem der drei Bereiche geliefert werden, hat Folgen im Hinblick auf die Eigenschaften des Epitaxialfilms, wie etwa die Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands. Wie oben erwähnt, kann die Dotierungskonzentration höher sein als gewünscht an den Kanten des Substrats infolge der Eigendotierwirkung, hervorgerufen durch Dotierungssubstanz-Entgasung von der Rückseite von stark dotierten Wafern. Wenn dies der Fall ist, kann die Dotierungskonzentration in der Gasströmung, welche geliefert wird zu dem Kantenbereich 1101, verringert werden, um die Tatsache zu kompensieren, dass die Dotierung an den Kanten wegen der Rückseiteneigendotierung hoch ist.
  • Eine andere Kantenwirkung beruht auf der Tatsache, dass die Dotierungskonzentration verarmt werden kann von einem Zufuhrgas, wenn das Zufuhrgas über das Substrat strömt. Dies ist schematisch dargestellt in 10B, welche eine graphische Darstellung des elektrischen spezifischen Widerstands eines Epitaxialfilms in Abhängigkeit von einem Abstand zu der Kante des Substrats 1006 ist. Die Dotierungssubstanz wird verbraucht von dem Gasstrom, wenn das Gas über das Substrat strömt. Da der elektrische spezifische Widerstand umgekehrt proportional ist zur Dotiersubstanzkonzentration (je höher die Dotierungskonzentration, desto höher die elektrische spezifische Leitfähigkeit, das heißt, desto niedriger der spezifische Widerstand), erfolgt eine Zunahme des elektrischen spezifischen Widerstands von einer ersten Kante 1007 zur Mitte 1008 zur entgegengesetzten Kante 1009. Der spezifische Widerstand beginnt niedrig an der Kante 1007, da die Gase, welche über den Kantenbereich strömen, reich an Dotierungssubstanz sind. Der spezifische Widerstand nimmt zu von 1007 nach 1008, da die Dotierungssubstanz von dem Speisegasstrom verarmt. Würde sich das Substrat nicht drehen, würde das spezifische Widerstandsprofil einen kontinuierlichen Anstieg aufweisen, wie dargestellt durch eine Strichlinie 1010 in der Figur. Da sich jedoch das Substrat dreht, nimmt der spezifische Widerstand ab längs der Linie 1011, da sich der markierte Bereich 1009 schließlich dreht zu 1007 und nun dem Speisegasstrom mit der höchsten Dotiersubstanzkonzentration zugewandt ist.
  • Es sei die Fähigkeit zum Einführen von mehr Dotierungssubstanz durch das Mitteneinführrohr C betrachtet. Ein Einführen eines Speisegases durch das Gaseinführrohr C, welches eine etwas höhere Dotiersubstanzkonzentration aufweist als das Speisegas, welches eingeführt wird durch die Speisegasrohre E, kann die Verarmung einer Dotiersubstanz von dem Speisegas bei dessen Strömen über das Substrat kompensieren. Obwohl die Kante des Substrats durch die mit 1105 und 1106, Bereiche, welche gekennzeichnet sind durch eine Strömung ausgehend von der Mitte, verläuft, verbringt die Kante trotzdem weniger Zeit in diesen Bereichen als bei 1101.
  • Ein derartiges Gaseinführverfahren bietet die Fähigkeit zum Kompensieren von natürlichen Phänomenen, wie etwa einer Kantenverarmung und Eigendotierung. Es sei darauf hingewiesen, dass das System eine Steuerung der Konzentration aller drei Komponenten des Speisegases in jedem der drei Bereiche ermöglicht, wobei die drei Komponenten die Konzentration des Sili ziumquellengases, die Konzentration des Dotiersubstanzquellengases sowie der Typ und die Strömung eines Trägergases sind. Die Fähigkeit zur Manipulation jeder dieser Komponenten in unabhängiger Weise und in jedem der drei Bereiche getrennt bietet Flexibilität bei der Fähigkeit zum Steuern der Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands. Beispielsweise kann, wenn erwünscht ist, den spezifischen Widerstand in einem bestimmten Bereich zu erhöhen, die Konzentration einer Dotierungssubstanz verringert werden. Alternativ kann, wenn erwünscht wird, die Dicke in einem bestimmten Bereich zu erhöhen, die Konzentration von Silizium erhöht werden. In einem anderen Fall könnte das Verhältnis von Silizium zu einer Dotierungssubstanz aufrechterhalten werden, und die Strömung des Trägergases allein kann erhöht oder verringert werden, um dasselbe Verhältnis von Silizium zu Dotierungssubstanz zu liefern, jedoch eine Änderung der Gleichmäßigkeit dieser Mischung zu ermöglichen.
  • Die Prozessgase werden ausgestoßen nach einem Strömen über die Oberfläche des Wafers. Sobald das Speisegas eingetreten ist durch die Gaseinführrohre 427 in den Plenumgasring 429, aus den Plenumschlitzen 430 heraus und in den Prozessraum 303, überquert es das Substrat und tritt aus durch denselben Gaseinführring 429. Dies erfolgt durch Austreten in eine Auslasswanne 432 (welche nicht wirklich ein Plenum ist, da kein Rückdruck bzw. Gegendruck erzeugt wird), dargestellt auf der rechten Seite von 4. Das Auslassrohr 431 kann eines von einer Vielzahl von Auslassrohren sein, und es existieren fünf Auslassrohre bei diesem Ausführungsbeispiel, jedoch kann die Anzahl größer oder kleiner sein als fünf. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl von Auslassrohren reichen von etwa 1 bis 9, wobei jedes Rohr einen Durchmesser etwa zwischen ¼ Zoll bis ½ Zoll aufweisen kann. In der Weise der Darstellung von 4 treten Gase von links ein und treten nach rechts aus. Bezugnehmend auf 6 und 8 könnte man jedoch den Eindruck erlangen, dass bei diesem beispielhaften Bearbeitungsreaktor für gleichzeitig zwei Substrate Gase eintreten von der äußersten linken Seite und der rechten Seite der Figuren und in die Mitte austreten. In 8 treten Gase von Einführrohren 427 innerhalb der rechten Bearbeitungsstation 301 aus dem Prozesshohlraum durch die Auslassrohre 831 aus. In symmetrischer Weise treten Gase aus Einführrohren 827 innerhalb der rechten Bearbeitungsstation 302 aus dem rechten Prozesshohlraum durch die Auslassrohre 832 (von welchen zwei der drei bezeichnet sind) aus.
  • Die Fähigkeit zum Steuern der Strömung von Gasen und somit der Beeinflussung der Gleichmäßigkeit von Dicke und spezifischem Widerstand existiert auf der Auslassebene sowie auf der Einführebene. Der Auslasspumpdruck kann individuell gesteuert werden an jedem der fünf Auslassrohre (pro Prozessstation), so dass das Auslassgas in ein beliebiges der fünf Rohre eintreten kann, abhängig davon, welches das größte Vakuum (Unterdruck bezüglich des Prozesshohlraums) aufweist, welches darauf angewandt ist.
  • Eine allgemeine Übersicht über die Gaszufuhr- und Gasauslasssysteme wurde nicht beschrieben. In dieser Beschreibung war die Weise enthalten, in welcher diese System konfiguriert sein können, um eine Steuerung der Filmeigenschaften, wie etwa der Filmdicke und der Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands, auszuüben. Nach einer erneuten Betrachtung der Hardware, welche ein Prozessgas zu einem Prozesshohlraum liefert und von diesem entfernt, folgt eine genauere Beschreibung der Gaschemie in Zusammenhang mit einem epitaxialen Aufwachsen.
  • Gase werden durch Rohre 427 eingeführt, werden geleitet durch Plenumschlitze 430 in den Prozesshohlraum 303, anschließend wandern sie über das Substrat und werden durch Kanäle 431 ausgelassen. Wenn sie aus dem Schlitz 430 ausgestoßen werden, "prallen" diese ab von der unteren inneren Fläche der Haube 409 und ändern die Richtung von vertikal nach horizontal, um über den Prozesshohlraum hin zu den Auslassrohren zu strömen. Diese Umlenkung der Strömung wird aus verschiedenen Gründen ausgeführt, wovon einer besteht in einem Vorheizen des Speisegases in Vorbereitung auf dessen Zersetzung und anschließende Reaktion. Ein besonderer Vorteil dieser Strategie ist deutlich zu erkennen, wenn Silan verwendet wird als Siliziumquellengas, jedoch wird zum gegenwärtigen Zeitpunkt ein epitaxiales Siliziumaufwachsen gewöhnlich durchgeführt mit Chlorosilanen, wobei Trichlorosilan vielleicht der Industriestandard ist.
  • Ein Aufwachsen von epitaxialem Silizium aus Trichlorosilan setzt eine Reihe von reversiblen Reaktionen voraus:

    SiHCl3 + H2 <-> SiH2Cl2 + HCl
    SiHCl3 <-> SiCl2 + HCl
    SiH2Cl2 <-> SiCl2 + H2
    SiCl2 + H2 <-> Si + 2HCl
  • Die diese Reaktionen reversibel sind, konkurriert das Aufwachsen (die Vorwärtsreaktion) mit einem Ätzen (die Umkehrreaktion). Hingegen ist ein Aufwachsen aus Silan nicht reversibel: SiH4 <-> Si + 2H2 und es gibt keine HCl-Nebenprodukte. Vorteile eines Aufwachsens aus Silan sind, dass Epitaxialfilme erhalten werden können bei niedrigeren Temperaturen als bei Chlorosilanen, Silan leichter verfügbar und umweltfreundlicher ist und das Fehlen von Chlor bedeutet, dass Zuführleitungen und Systeme weniger stark chemisch angegriffen werden und somit eine mögliche metallische Verunreinigung des Films verringert ist.
  • Der Chlorgehalt des Siliziumquellengases beeinträchtigt die Wachstumsrate des Films gemäß dem folgenden Muster: bei einer bestimmten Temperatur gilt, je höher der Chlorgehalt, desto niedriger die Wachstumsrate. Der Chlorgehalt beeinträchtigt ferner die Übergangstemperatur, bei welcher polykristallines und einkristallines Silizium wächst. Mit Silan als Quelle können epi taxiale Siliziumfilme bei Temperaturen von nur 900°C aufgewachsen werden. Am anderen Ende der Extremsituation müssen Reaktionstemperaturen für das Aufwachsen von einkristallinem Silizium aus SiCl4 oberhalb 1100°C gehalten werden.
  • Ein Nachteil eines Aufwachsens aus Silan ist, dass eine (homogene) Gasphasenkernbildung üblicherweise beobachtet wird, und ein derartiges Ereignis ist unerwünscht, da Siliziumanhäufungen zu einer Teilchenverunreinigung führen können. Da die möglichen Vorteile sämtliche Nachteile überwiesen, ist ein Reaktor nötig, welcher speziell gestaltet ist, diese Probleme zu verringern, so dass er gestaltet sein kann zum Aufwachsen eines epitaxialen Siliziumfilms aus Silan. Eine Beschreibung der Fähigkeit des vorliegenden Reaktors zum epitaxialen Aufwachsen von Silizium aus Silan erfolgt weiter unten.
  • Fortfahrend mit dem Chlorosilan, welches derzeit den Industriestandard darstellt, erfährt Trichlorosilan eine thermische Zersetzung, welche beginnt in einem Temperaturbereich von etwa 400 bis 700°C. Die Notwendigkeit zum Liefern einer Aktivierungsenergie für die Reaktion, welche bei einem Ausführungsbeispiel ergänzt sein kann durch ein Vorheizen der Reaktantgase, bevor sie das Substrat erreichen, ist hervorgehoben durch die Tatsache, dass bei herkömmlichen Systemen ein Fehler bzw. Ausbleiben eines Vorheizens des Reaktanten zusätzliche Wartungsschwierigkeiten und schlechte Reaktionsausbeuten hervorrufen kann.
  • Lampenerwärmte, herkömmliche Glockenreaktoren sind häufig Horizontalströmungssysteme. Bei dem in 1 dargestellten Reaktor ist zu erkennen, dass die Reaktantgase zuerst über den Abschnitt 115 des Suszeptors 103 strömen, bevor sie auf irgendein Teil des Substrats treffen. Dies dient zum Vorerwärmen der Gase. Der Vorerwärmungsschritt leitet die Dissoziation der Silizium enthaltenden Komponente des Speisegases ein; andernfalls bewegt sich der Gasstrom bis weit über das Substrat fort, bevor irgendeine Dissozia tion beginnt. In diesem letzteren Fall ohne Vorerwärmung der Gase, und wobei eine Dissoziation des Silizium enthaltenden Gases in einer zu späten Phase beginnt, existiert die Tendenz, dass das Aufwachsen dicker ist auf den Stromabwärtsabschnitten des Substrats, so dass eine schlechte Dikkengleichmäßigkeit die Folge sein kann.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können höhere Wachstumsraten als bei dem in 1 dargestellten Reaktor liefern. Ein Grund, welcher erlaubt, dies zu erreichen, ist der "hohe Energiegehalt" des Prozesshohlraums. Das Substrat ist angeordnet zwischen zwei Platten (Haube 409 und Suszeptor 401), welche bei manchen Ausführungsbeispielen auf einer Temperatur von etwa 1150°C gehalten werden, so dass die Gase sich schnell erwärmen und den thermischen Erregungszustand erlangen, welcher für die Zersetzung und die anschließende Reaktion nötig ist. Die Reaktantgase können vorgeheizt werden in einem herkömmlichen Lampensystem, welches ausreicht, den Dissoziationsprozess einzuleiten, jedoch erfolgt, wenn die Gase über ein heißes Substrat 102 in einer kalten Quarzglocke 101, welche über dem Prozessraum liegt, strömen, eine Aufwärmung und Ausdehnung der Gase, und dann erfolgt eine natürliche Konvektion nach oben weg von dem Wafer hin zu einem kühleren Bereich in der Nähe des kühlen oberen Quarzfensters. Diese Konvektion kann die Wachstumsrate nachteilig beeinflussen.
  • Ein zweites Problem, welches bei herkömmlichen Reaktoren beobachtet wurde, ist, dass Gase, welche nicht reagiert haben, und Reaktionsnebenprodukte in die Auslassleitungen geleitet werden, wo sie rekondensieren zu einer Trichlorosilan-basierten flüssigen Abfallsubstanz. Tatsächlich kann eine gefährliche Situation entstehen, da die resultierenden Beschichtungen selbstentzündlich sein können. Die Wirksamkeit der Reaktion in einem Reaktor ähnlich dem von 1 wurde geschätzt auf etwa 5 bis 10 Prozent, selbst bei einem Vorheizen, was bedeutet, dass eine große Mehrheit der Re aktantgase verschwendet wird, da sie auf den Wänden der Auslassleitungen kondensieren.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können Reaktantgase vorgeheizt werden mittels der Tatsache, dass Gaseinführrohre 427 in die Bearbeitungskammer eintreten, durch die untere Wand 426. Nach Passieren der unteren Wand 426 passieren sie die untere Heizvorrichtung 413, so dass sie beinahe unmittelbar nach einem Eintreten in die Bearbeitungskammer innerhalb des "Heizvorrichtungskäfigs" angeordnet sind. Nach Passieren der unteren Heizvorrichtung 413 wandern sie hin zur Oberseite der Bearbeitungskammer in einem Raum neben den seitlichen Heizvorrichtungen 411b und 411a, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, dass das Speisegas, welches zum Prozesshohlraum wandert, vorgeheizt wird.
  • Trotz des Erwünschtseins eines Vorheizens des Speisegases ist es wichtig, dass dieses nicht überhitzt wird. Im Falle von Silan kann, wenn die Reaktantgase im Speisegasstrom zu heiß werden, eine Gasphasenkernbildung auftreten, wobei kleine Gruppen von festen Siliziumatomen in der Gasphase erzeugt werden. Dies ist unerwünscht, da es unwahrscheinlich ist, dass eine kleine Gruppe von Siliziumatomen die Oberfläche des aufwachsenden Epitaxialfilms in einer geeigneten Ausrichtung zum Fortsetzen eines Einkristallwachstums erreicht. Dies kann selbst dann der Fall sein, wenn die Gruppe nur wenige Atome umfasst. Zusätzlich zu der Unfähigkeit der Gruppe zu einer geeigneten Ausrichtung zur Oberfläche für ein Einkristallwachstum, was bestenfalls einen polykristallinen Film erzeugt, kann sie einfach auf die Oberfläche als Teilchenverschmutzung fallen.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vollführen ein Vorheizen des Gases, ohne es zu überhitzen, unter anderem durch Steuern der Geschwindigkeit, mit welcher das Speisegas durch die Gaseinführrohre 427 strömt, und des Volumens der Trägergaskomponente. Je größer das Volumen der Trägergaskomponente (wie etwa Wasserstoff) im Speisegasstrom, desto kühler das Gas, wenn es aus dem Rohr durch den Schlitz 430 austritt, um in den Prozessraum 303 einzutreten. Der Speisegasstrom nimmt weniger Wärme auf, je schnellerer durch das Gaseinführrohr strömt.
  • Eine andere Technik zum Steuern der Temperatur der Reaktantgase vor ihrem Eintreten in den Prozesshohlraum besteht, bei einer weniger dynamischen Weise, in einer Auswahl der Materialien, aus welchen die Gaseinführrohre 427 hergestellt sind. Anders ausgedrückt, eine Grobsteuerung der Temperatur des Speisegases kann realisiert werden durch Wählen eines geeigneten Materials für das Rohr 427. (Es sei darauf hingewiesen, dass für eine noch geringere Gaserwärmung als bei durchsichtigem Quarz ein Koaxialrohr verwendet werden könnte, mit H2 in dem äußeren Ringraum und dem Prozessgas in dem inneren Rohr.) Eine erste Wahl ist durchsichtiges Quarz, welches ein verhältnismäßig niedriges Wärmeniveau bietet infolge des Übergangs der Mehrheit von eingehender Strahlung (Emissionsvermögen ~ 0,15). Eine zweite Wahl ist undurchsichtiges Quarz, welches eine Strahlung teilweise absorbiert und folglich ein höheres Erwärmungsniveau bietet. Ein dritte Wahl ist Siliziumkarbid, welches ein noch höheres Wärmeniveau bietet infolge dessen, dass es einen Hauptteil der Strahlung absorbiert. Die mittlere Wahl, undurchsichtiges Quarz (Emissionsvermögen ~ 0,30), erwärmt das Gas stärker als bei durchsichtigem Quarz, jedoch weniger stark als bei Siliziumkarbid (Emissionsvermögen ~ 0,75). Computermodellierungsarbeiten, welche durchgeführt wurden zur Unterstützung der Entwicklung der zahlreichen Ausführungsbeispiele dieser Erfindung, haben gezeigt, dass die Temperatur des Gases, welches aus dem Schlitz 430 austritt, geändert werden kann etwa zwischen 300 und 900°C, lediglich durch Ändern der Materialien des Gaseinführrohrs. Lediglich die Materialien wurden bei einem Modell variiert. Das Modell wurde betrachtet bei einer unveränderten Strömung, wobei lediglich die Materialien des Rohrs variiert wurden.
  • Die Ausbeute der Reaktion kann beeinflusst werden nicht nur durch die Temperatur des Reaktantgases, sondern auch durch die Form der Grenz schicht. Eine Duschkopfgestaltung, bei welcher Gase senkrecht hin zum Substrat gerichtet sind, liefert eine effizientere Nutzung des Speisegases, teilweise aufgrund des Mangels jeglicher wesentlicher Grenzschicht. Die Grenzschicht einer herkömmlichen Glocke sowie ein Direktströmungsreaktor können dargestellt werden als Grenzschicht 1201 in 12A. Die Grenzschicht zieht weiterhin weg vom Substrat nach deren Ausbildung an der Stelle 1202 und mit einem Strömen der Gase hin zur Position 1203. Eine Konkurrenz wird hervorgerufen innerhalb der Grenzschicht zwischen den siliziumhaltigen Gasmolekülen, welche hin zur Oberfläche des Substrats diffundieren, und den HCl-Reaktionsprodukten, welche ausgehend von der Oberfläche des Substrats zurück in den Gasstrom 1204 diffundieren. Die Glockenreaktoren von 12A weisen eine Grenzschicht 1201 auf, welche an Dicke bei einem Wandern von der Position 1202 hin zur Position 1203 zunimmt, und folglich wird ein Austausch immer schwieriger.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Strömung zwischen zwei in dichtem Abstand angeordneten parallelen Platten, wobei die untere Platte 401 der Suszeptor und die obere Platte 409 die Haube ist, wie in 12B dargestellt. Eine zweite Grenzschicht 1203 ist angrenzend an die obere Platte (Haube 409) ausgebildet. Durch Begrenzen der Höhe des Prozesshohlraums auf diese Weise ist die Dicke der Grenzschicht 1201 dünner, und die Grenzschichten in 12B, wie dargestellt als 1202 und 1203, laufen etwas asymptotisch zusammen. 12B zeigt die herkömmliche Reaktorgrenzschicht 1201 in Relation zur "neuen" Grenzschicht 1202. Die obere Platte (Haube 409) hat die Wirkung eines Zusammendrückens der Grenzschicht 1201 zu deren neuern Form 1202. Der Vorteil der Existenz einer dünneren Grenzschicht 1202 besteht darin, dass der Transportabstand zum Befördern von Reaktanten zum Substrat geringer ist, und dass, in ähnlicher Weise, der Abstand, den die Reaktionsnebenprodukte zurücklegen müssen, um sich dem Gasstrom anzuschließen, ebenso geringer ist.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen die Möglichkeit, den Abstand, welcher zwei Platten (Suszeptor 401 und Haube 409) trennt, zu variieren. Typische Trennabstände liegen in dem Bereich von etwa 0,25 Zoll bis etwa 3 Zoll. Der Abstand, der den Suszeptor und die Haube trennt, beeinflusst viele Eigenschaften, einschließlich Wachstumsrate, Dicke und Einheitlichkeit des spezifischen Widerstands, Eigendotierung und andere Dotierungseigenschaften, da für ein bestimmtes Gasvolumen das Strömen für einen kleineren Prozessraum schneller ist. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Fähigkeit des Variierens des Trennabstands 1205 (der Prozesshohlraumhöhe) verwendet werden zum Liefern einer zusätzlichen Steuerung bezüglich Bearbeitungseigenschaften. Es wird davon ausgegangen, dass Ausführungsbeispiele des vorliegenden Reaktors eine Reaktionseffizienz liefern, welche mindestens zweimal wirksamer ist als ein Reaktor des in 1 dargestellten Typs.
  • Das Hauptverfahren eines Einführens von Gasen in den Prozesshohlraum sowie die Gründe eines Vorwärmens der Gase und die Techniken, durch welche dieses Verfahren ausgeführt werden kann, wurden nun diskutiert. Bei alternativen Ausführungsbeispielen existieren andere Verfahren zum Einführen von Gasen in das System. Diese Techniken umfassen eine Gaszuführung über eine Zusatzhardware, wie beispielsweise die Temperaturmessvorrichtungen, sowie über einen innerhalb des Prozesshohlraums angeordneten Duschkopf. Einige bzw. sämtliche der Speisegaskomponenten können zugeführt werden gemäß diesen Techniken. Beispielsweise kann ein Dotiersubstanzzuführgas über eine Temperaturmessvorrichtung, wie beispielsweise ein optisches Pyrometer, eingeführt werden, um die Einheitlichkeit des spezifischen Widerstands der aufwachsenden Epitaxialschicht einzustellen. Alternativ hierzu kann ein Trägergas, wie beispielsweise Wasserstoff, über einen Duschkopf eingeführt werden, um die Temperatur des Speisegases zu steuern, und um die Konzentration der Quellengaskomponenten zu abzuschwächen. Eine beispielhafte Duschkopfgestaltung könnte beispielsweise einen plenumisierten Hauptstrom zur Gastemperatursteuerung über dem Wafer, plenumisiertes Silizium mit H2, eine plenumisierte Dotiersubstanz mit H2 und plenumisiertes Silizium und plenumisierte Dotiersubstanz mit H2 umfassen. Der Duschkopf könnte ferner lokalisiertes Silizium, Dotiersubstanz, Silizium und Dotiersubstanzeinführung liefern in den Fällen, in welchen der Duschkopf verwendet wird zum "Auffächern" des Direkteinführungspunkts zu einem größeren Diametralbereich über den Wafer, wobei der Bereich davon abhängig ist von den Duschkopflöchergrößen und der Gesamtströmung von der Direkteinführungsquelle oberhalb des Duschkopfs.
  • Eine gebräuchliche Vorrichtung zum Messen der Temperatur einer Oberfläche innerhalb einer Verarbeitungskammer ist ein optisches Pyrometer, umgangssprachlich bekannt als "Lichtröhre". Die Normalfunktion eines optisches Pyrometers besteht im Betrachten des Substrats durch eine Vakuumdurchführung und im Sammeln von Informationen bezüglich des Substrats hinsichtlich der Temperatur davon. Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung jedoch kann ein gereinigtes optisches Pyrometer ebenso verwendet werden zum Einführen zusätzlicher Dotiersubstanzzuführgase, je nach Bedarf, in unterversorgte Bereiche der Substrate. Die Einführung wird erreicht durch Einführen eines Spülgases über das optische Pyrometer.
  • 13 zeigt eine Seitenansicht der Verarbeitungskammer, mit Teilen des Reaktors in dreidimensionaler Darstellung, um Alternativen für die Einführgase in den Prozesshohlraum zu zeigen. Dieses Verfahren kann verwendet werden zum Zuführen einer Dotiersubstanz zu spezifischen Stellen auf dem Substrat zum Abschwächen eines Verarmungseffekts bzw. zum Handhaben eines Zustands ungleichmäßigen Aufwachsens. 13 zeigt mehrere Temperaturmessdurchführsysteme 1301. Die Systeme umfassen eine Quarzlichtröhre, welche Lichtenergie vom zu messenden Bereich zu einem optischen Pyrometer transportiert, und das optische Pyrometer ist die Vorrichtung, welche einen tatsächlichen Temperaturmesswert erzeugt. Die in 13 mit 1301 bezeichneten Lichtröhren sind entlang einer Radialrichtung ausgerichtet, und ex können mehrere zusätzliche Radialrichtungen vorhanden sein, entlang welcher Lichtröhren ausgerichtet sind, wie beispielsweise eine zweite Richtung, bezeichnet mit 1302, wobei 1303 in der Mitte ist und in jeder der beiden bisher genannten Richtungen partizipiert. Dies ist schematisch in 14A dargestellt.
  • Die Lichtröhren müssen nicht gleichmäßig verteilt sein längs irgendeines Radius, wie dargestellt in 14B. In 14B ist ein beispielhaftes optisches Pyrometer in etwa 1,5 Zoll von der Mitte des Substrats angeordnet, wo die Lichtröhre 1303 angeordnet ist. Ausgehend von dieser Stelle, nach außen hin zur Kante arbeitend, sind die ersten paar optischen Pyrometer in 1-Zoll-Inkrementen von der Mitte angeordnet, so dass ein zweites optisches Pyrometer etwa 3 Zoll von der Mitte angeordnet ist und ein drittes optisches Pyrometer 4,0 Zoll von der Mitte angeordnet ist. In Richtung der Kante fortfahrend schaltet die Trennung zwischen den Pyrometer auf Einhalb-Zoll-Inkremente, und die vierten, fünften und sechsten Pyrometer sind 4,5, 5,0 und 5,5 Zoll von der Mitte des Wafers angeordnet. Von hier aus werden die Inkremente noch geringer, so dass der folgende bis hin zum letzten Pyrometer 5,8 Zoll von der Mitte angeordnet sind.
  • Die Pyrometer sind im Mittenbereich des Substrats nicht derart eng voneinander in Abstand angeordnet, da die Kantenheizvorrichtungen keine derart starke Wirkung im Mittenbereich haben wie an der Kante. Das Pyrometer, welches den weitesten Abstand von der Mitte des Wafers hat, was in 5,8 Zoll oder weiter sein kann, ist tatsächlich in einer Position, welche ebenso über dem Suszeptor liegt. Das letzte optische Pyrometer, welches die Kante des Suszeptors betrachtet, ist mit 601 bezeichnet.
  • Die Temperaturüberwachung, welche erfolgt mittels der gespülten Lichtröhrenanordnung, beschrieben als in der Lage, ein Hilfsgaseinführsystem zu liefern, kann passiv erfolgen; das heißt, ohne Partizipieren in einem geschlossenen Schleifensystem. In einem geschlossenen Schleifensystem werden Informationen von einer Temperaturmessvorrichtung weitergeleitet an ein Steuersystem, welches wiederum die an ein Heizsystem gelieferte Leistung einstellt. Eine passive Überwachung zeichnet einen Messwert auf, verwendet diese Information jedoch nicht in einer Rückkopplungsschleife an die Heizvorrichtungen. Alternativ hierzu kann das Gaseinführsystem an einem aktiven System partizipieren.
  • In jedem Fall können die Temperaturmessvorrichtungen verwendet werden zum Einführen von Gasen, wie in 15 dargestellt. In 15 wird ein Lichtröhrengehäuse 1501 verwendet zum Empfangen von Informationen von der obere Kantenheizvorrichtung 411a. In ähnlicher Weise betrachtet das Lichtröhrengehäuse 1502 die untere Kantenheizvorrichtung 411b.
  • Spülgase können über eine Lichtröhrengehäusevorrichtung auf folgende Weise eingeführt werden. Ein Mantel 1504 ist koaxial um das tatsächliche Lichtröhrenübertragungsrohr angebracht und ragt in das Lichtröhrengehäuse hinein. Diese Mantel/Lichtröhren-Anordnung tritt in Bereiche innerhalb der Prozesskammer über einen Kanal ein, welcher durch die Kammerwand, die Quarzisolierung und den äußeren Schirm der Heizvorrichtung verläuft. Die Lichtenergie von der Heizvorrichtung wird durch eine innere Totalreflexion in der Faser nach außen in das Lichtröhrengehäuse übertragen, wo diese übergeht in ein flexibles Glasfaserbündel am 1503 und ihren Weg fortsetzt über eine innere Totalreflexion zum tatsächlichen Pyrometer, welches die Lichtenergieinformationen in eine kalibrierte Temperatur umwandelt.
  • Ein Spülgas kann durch die Halterung 1505 eingeführt werden. Das Spülgas wandert von der Halterung 1505 zur Verarbeitungskammer durch Strömen innerhalb des Mantels und um das Äußere der optischen Faser. Eine vereinfachte Zeichnung, welche dies genauer darstellt, ist in 16 zu sehen. Eine optische Faser 1602 ist koaxial innerhalb des Mantels 1601 angeordnet, und Spülgase 1604 strömen innerhalb des Mantels. Licht, welches einer in neren Totalreflexion 1603 ausgesetzt wird, ist bei einer Wanderung innerhalb der optischen Faser dargestellt.
  • Ein typisches Spülgas kann ein Inertgas, Edelgas bzw. ein Trägergas, wie beispielsweise Wasserstoff, sein. Die Art des Gases ist unwichtig, solange ein Fluss irgendeines Gases vorhanden ist, um eine unerwünschte Ablagerung auf der Faserspitze zu verhindern. Das Volumen des Gases, welches zum Sauberhalten des Systems erforderlich ist, ist minimal und kann in dem Bereich von etwa 100–500 Kubikzentimeter pro Minute liegen, wobei 100–200 Kubikzentimeter pro Minute typisch sind. Das Spülgas kann aus der Kammer unter Verwendung von Auslassrohren 431 ausgelassen werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen, wie beispielsweise dem beispielhaften Ausführungsbeispiel von 13, lässt jedes der optischen Pyrometer 1301 und 1302 ihre jeweiligen Gase über das Substrat aus.
  • Ein Spülgas der oben beschriebenen Art weist mindestens zwei Vorteile auf. Erstens trägt das Spülgas dazu bei zu verhindern, dass sich Materialien auf bzw. um das Ende der optischen Faser ablagern. Derartige Ablagerungen sind nicht erwünscht, da diese die Lichtmenge, welche in die optische Faser eintritt, verringern und die empfundene Temperatur beeinflussen, selbst wenn sich die tatsächliche Temperatur nicht geändert hat. Das Spülgas hält das Ende der Faser rein und ermöglicht einen zuverlässigen Temperaturmesswert.
  • Zweitens kann das Spülgas verwendet werden zum Feinabstimmen der Einheitlichkeit des spezifischen Widerstands durch Zuführen eines Dotiersubstanzzuführgases zu dotiersubstanzarmen Bereichen der aufwachsenden Epitaxialschicht. Wie zuvor erörtert, kann die Dotiersubstanzkonzentration in bestimmten Bereichen gering sein beispielsweise infolge von Abbau- bzw. Entgasungsvorrichtungen. Um diese Wirkungen abzuschwächen, kann ein Dotiersubstanzzuführgas durch den Mantel eines optischen Pyrometers eingeführt werden. Ein Beispiel eines besonders wirksamen Einsatzes dieser Technik ist die Einführung eines Dotiersubstanzträgergases durch ein zentrales optisches Pyrometer 1303 zum Ausgleichen des Mangels an Dotiersubstanz an der Mitte der Schicht, was an der Stelle 1008 (siehe 10B) auftreten kann. Somit kann das Spülgas eines optischen Pyrometers gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter anderem verwendet werden, um die Spitze der optischen Faser rein zu haften und den spezifischen Widerstand der Epitaxialschicht lokal zu beeinflussen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist Fachleuten auf diesem Gebiet ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr zahlreiche andere Abwandlungen, Veränderungen und Substitute sowie umfassende äquivalente Anordnungen, welche innerhalb des Wesens und Umfangs der folgenden Ansprüche liegen, abdecken soll.
  • Zusammenfassung
  • Systeme und Verfahren zum epitaxialen Aufwachsen. Der Reaktor umfasst einen Heißwandprozesshohlraum, welcher umschlossen ist von einem Heizvorrichtungssystem, einem Wärmeisoliersystem und Kammerwänden. Die Wände des Prozesshohlraums können ein Material umfassen, welches einen im wesentlichen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der des Halbleitersubstrats aufweist, wie etwa Quarz und Siliziumkarbid, und kann einen isothermischen bzw. annähernd isothermischen Hohlraum umfassen, welcher erhitzt werden kann auf Temperaturen bis 1200°C. Prozessgase können eingeführt werden durch eine Vielzahl von Kanälen und sind fähig zu einem Erreichen einer Feinsteuerung eines Verteilungsniveaus der Gaskomponenten, einschließlich des Filmquellengases, des Dotiersubstanzquellengases und des Trägergases. Das Gaszufuhrsystem umfasst zusätzliche Verfahren zur Lieferung von Gas zum Prozesshohlraum, wie etwa durch Temperaturmessvorrichtungen und durch einen Duschkopf. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das System fähig zu einem Verwenden von Silan als Siliziumquellengas. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Hebestiftvorrichtung, welche ein Substrat von einem Suszeptor weg anhebt, fähig zu einem Drehen mit dem Suszeptor während einer Bearbeitung.
  • (2)

Claims (52)

  1. Wafer-Bearbeitungssystem, umfassend: eine Bearbeitungskammer mit einer Substrathaltevorrichtung zum Aufnehmen mindestens eines Halbleitersubstrats; eine Heizvorrichtung in Kommunikation mit der Bearbeitungskammer; eine Vielzahl von Gaseinlässen zum Strömen von Gas in die Bearbeitungskammer über die Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wobei mindestens bestimmte der Gaseinlässe gestaltet sind zum Strömen eines Gases über einen Kantenbereich auf einem Halbleitersubstrat, mindestens bestimmte der Gaseinlässe gestaltet sind zum Strömen eines Gases über einen Mittelbereich auf einem Halbleitersubstrat, und mindestens bestimmte der Gaseinlässe gestaltet sind zum Strömen eines Gases über einen Mittenbereich auf einem Halbleitersubstrat; eine Gaszufuhr, gestaltet zum Steuern einer Strömungsrate von Gasen, welche den Gaseinlässen zugeführt werden, zum wahlweisen Steuern der Strömung von Gasen über dem Kantenbereich, dem Mittelbereich und dem Mittenbereich eines Halbleitersubstrats; und ein Gasauslasssystem, gestaltet zum Auslassen von Gasen aus der Prozesskammer.
  2. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Gaszufuhr gestaltet ist zum individuellen Steuern der Strömungsrate und der Konzentration von Gasen, welche zu jedem der Vielzahl von Gaseinlässen zugeführt werden.
  3. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei das Gasauslasssystem gestaltet ist zum Steuern der Flussraten von Gasen, welche ausgelassen werden durch eine Vielzahl von Auslasskanälen, zum wahlweisen Steuern der Strömung von Gasen über den Kantenbereich, den Mittelbereich und den Mittenbereich eines Halbleitersubstrats.
  4. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zweiten Satz von Gaseinlässen, angeordnet über der Substrathaltevorrichtung.
  5. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungskammer eine obere Wand umfasst, wobei die obere Wand einen vertieften Abschnitt innerhalb der Bearbeitungskammer zum Verringern einer Grenzschicht eines durch die Kammer strömenden Gases definiert.
  6. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl von Temperaturmessvorrichtungen zum Überwachen der Temperatur eines Halbleitersubstrats, welches in der Kammer enthalten ist, wobei die Temperaturmessvorrichtungen Koaxialkabel umfassen, ebenfalls zum Liefern von Gasen in die Kammer.
  7. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 6, wobei die Temperaturmessvorrichtungen Pyrometer umfassen.
  8. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Heizvorrichtung eine Vielzahl von Widerstandsheizvorrichtungen umfasst.
  9. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Gaseinlässen einen Längsabschnitt und einen Seitenabschnitt umfassen, so dass Gase nach oben bzw. nach unten durch den Längsab schnitt strömen, bevor sie über ein Halbleitersubstrat durch den Seitenabschnitt geleitet werden.
  10. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 9, wobei der Längsabschnitt der Gaseinlässe angeordnet ist in Kommunikation mit der Heizvorrichtung zum Vorheizen eines durch die Gaseinlässe strömenden Gases vor einem Berühren eines Halbleitersubstrats.
  11. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Wafer-Drehvorrichtung zum Drehen der Substrathaltevorrichtung.
  12. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungskammer gestaltet ist zum Aufnehmen zweier Halbleitersubstrate in einer Seite-an-Seite-Beziehung.
  13. Wafer-Bearbeitungssystem, umfassend: eine Bearbeitungskammer mit einer Substrathaltevorrichtung zum Aufnehmen eines Halbleitersubstrats, wobei die Substrathaltevorrichtung drehbar ist; eine Heizvorrichtung in Kommunikation mit der Bearbeitungskammer; eine Vielzahl von Gaseinlässen zum Strömen von Gas in die Bearbeitungskammer über die Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wobei jeder der Gaseinlässe einen Längsabschnitt und einen Seitenabschnitt umfasst, wobei Gase nach oben bzw. nach unten strömen durch den Längsabschnitt und dann plenumisiert werden durch den Seitenabschnitt, wenn die Gase über die Oberfläche eines Halbleitersubstrats geleitet werden; und eine Gasauslasssystem, gestaltet zum Auslassen von Gasen aus der Prozesskammer.
  14. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei die Seitenabschnitte der Gaseinlässe in Kommunikation sind mit einem Gaseinführtragring, welcher ein gemeinsames Plenum bildet.
  15. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 14, wobei der Gaseinführtragring bogenförmig ist.
  16. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei der Längsabschnitt der Gaseinlässe angeordnet ist in Kommunikation mit der Heizvorrichtung zum Vorheizen eines durch die Gaseinlässe strömenden Gases vor einem Berühren eines Halbleitersubstrats.
  17. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 16, wobei die Längsabschnitte der Gaseinlässe aus einem Quarz hergestellt sind.
  18. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 16, wobei die Längsabschnitte der Gaseinlässe aus Siliziumkarbid hergestellt sind.
  19. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei das System mindestens fünf Gaseinlässe umfasst.
  20. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei das Gasauslasssystem eine Pumpe zum Pumpen von Auslassgasen aus der Prozesskammerumfasst.
  21. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Gaszufuhr, gestaltet zum individuellen Steuern einer Strömungsrate und einer Konzentration von Gasen, welche zugeführt werden zu jedem der Vielzahl von Gaseinlässen, zum selektiven Steuern der Strömung von Gasen über einen Kantenbereich, einen Mittelbereich und einen Mittenbereich eines Halbleitersubstrats, welches in der Kammer enthalten ist.
  22. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei der Seitenabschnitt jedes der Vielzahl von Gaseinlässen sich aus der Unterseite der Bearbeitungskammer erstreckt.
  23. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei der Seitenabschnitt jedes der Vielzahl von Gaseinlässen sich aus der Oberseite der Bearbeitungskammer erstreckt.
  24. Wafer-Bearbeitungssystem, umfassend: eine Bearbeitungskammer mit einer Substrathaltevorrichtung zum Aufnehmen eines Halbleitersubstrats, wobei die Bearbeitungskammer eine obere Wand, eine untere Wand und mindestens eine seitliche Wand umfasst; und eine käfigartige Heizanordnung, umfassend: (a) eine obere Widerstandsheizvorrichtung, angeordnet über der oberen Wand; (b) eine untere Widerstandsheizvorrichtung, angeordnet unter der unteren Wand; und (c) eine seitliche Widerstandsheizvorrichtung, angeordnet neben der mindestens einen seitlichen Wand.
  25. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 24, wobei die obere Widerstandsheizvorrichtung mindestens zwei unabhängig gesteuerte Heizbereiche umfasst.
  26. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 24, wobei die käfigartige Heizanordnung mindestens zwei seitliche Widerstandsheizvorrichtungen umfasst.
  27. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 24, wobei die obere Widerstandsheizvorrichtung und die untere Widerstandsheizvorrichtung eingeschlossen sind zwischen einem Paar von Schirmelementen.
  28. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 27, wobei die Schirmelemente aus einem Material hergestellt sind, welches Siliziumkarbid umfasst.
  29. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 24, wobei die Bearbeitungskammer einen Heißwandprozesshohlraum umfasst, in welchem mindestens die obere Wand und die untere Wand der Bearbeitungskammer aus Materialien hergestellt sind, welche generell dieselben Erwärmungseigenschaften wie ein Halbleitersubstrat aufweisen, welches erwärmt wird.
  30. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 24, wobei die Bearbeitungskammer gestaltet ist zum Halten zweier Halbleitersubstrate in einer Seite-an-Seite-Anordnung, wobei die seitliche Widerstandsheizvorrichtung gestaltet ist zum Umschließen der beiden Halbleitersubstrate.
  31. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 30, wobei die seitliche Widerstandsheizvorrichtung eine Erdnussform aufweist.
  32. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 29, wobei die obere Wand und die untere Wand aus einem Material hergestellt sind, welches ausgewählt wurde aus der Gruppe, die aus Quarz, Siliziumkarbid und Mischungen davon besteht.
  33. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 24, wobei die obere Wand in einem Abstand zur unteren Wand von etwa ¼ Zoll bis etwa 3 Zoll angeordnet ist.
  34. Wafer-Bearbeitungssystem, umfassend: eine Bearbeitungskammer zum Aufnehmen mindestens eines Halbleitersubstrats; eine Heizvorrichtung in Kommunikation mit der Bearbeitungskammer; eine Substrathaltevorrichtung, verbunden mit einem Mittenpfosten, wobei der Mittenpfosten zum Drehen der Substrathaltevorrichtung dient, wobei die Substrathaltevorrichtung eine Vielzahl von Löchern definier; eine Vielzahl von Hebestiften, wobei jeder der Hebestifte untergebracht ist in einem jeweiligen Loch, welches definiert ist durch die Substrathaltevorrichtung; und eine Hebestift-Tragplatte in Eingriff mit einer Vielzahl von Hebestiften, wobei die Tragplatte verbunden ist mit einem Tragrohr, wobei das Tragrohr koaxial ist mit dem Mittenpfosten, wobei das Tragrohr beweglich ist längs des Mittenpfostens, zum wahlweisen Bewegen der Tragplatte nach oben und unten, wobei, wenn die Tragplatte nach oben bewegt wird, die Tragplatte ein Anheben der Hebestifte bewirkt, so dass Halbleitersubstrate weg von der Substrathaltevorrichtung angehoben werden.
  35. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 34, wobei die Hebestift-Tragplatte, das Tragrohr und die Hebestifte sich mit der Substrathaltevorrichtung drehen, wenn die Substrathaltevorrichtung durch den Mittenpfosten gedreht wird.
  36. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 34, wobei die Substrathaltevorrichtung aus einem Material hergestellt ist, welches Siliziumkarbid umfasst.
  37. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 34, wobei die Hebestifte und die Hebestift-Tragplatte aus einem Material hergestellt sind, welches Quarz umfasst.
  38. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 34, wobei die Heizvorrichtung mindestens eine elektrische Widerstandsheizvorrichtung umfasst.
  39. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 34, ferner umfassend ein Gaszufuhrsystem zum Zuführen von Gasen zu der Bearbeitungskammer für eine Reaktion mit einem in der Kammer enthaltenen Halbleitersubstrat.
  40. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 34, wobei das Tragrohr angeordnet ist auf der Außenseite des Mittenpfostens.
  41. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 34, wobei die Hebestifte aus einem Material hergestellt sind, welches undurchsichtiges Quarz umfasst.
  42. Wafer-Bearbeitungssystem nach Anspruch 34, wobei die Bearbeitungskammer gestaltet ist zum Aufnehmen zweier Halbleitersubstrate in einer Seite-an-Seite-Beziehung, wobei die Kammer zwei jeweilige Substrathaltevorrichtungen umfasst.
  43. Prozess zum Aufwachsen einer Schicht auf einem Halbleitersubstrat, umfassend die folgenden Schritte: Anordnen eines Halbleitersubstrats in einer Bearbeitungskammer; Erwärmen des Halbleitersubstrats in der Bearbeitungskammer; und Strömen eines Gases in die Bearbeitungskammer, wobei das Gas generell in einer Vertikalrichtung strömt und dann plenumisiert wird, so dass es über die Oberfläche des Halbleitersubstrats strömt, von einer Seite des Substrats zu einer zweiten und entgegengesetzten Seite, wenn das Substrat gedreht wird, wobei das Gas teilweise vorerhitzt wird, wenn es in einer generell vertikalen Richtung strömt, wobei das Gas reagiert mit der Oberfläche des Halbleitersubstrats, um eine Schicht auszubilden.
  44. Prozess nach Anspruch 43, wobei das Gas Silan umfasst.
  45. Prozess nach Anspruch 44, wobei die Temperatur des Halbleitersubstrats niedriger ist als etwa 1000°C während einer Ausbildung der Schicht.
  46. Prozess nach Anspruch 43, wobei das Gas Chlorosilan umfasst.
  47. Prozess nach Anspruch 43, wobei die Bearbeitungskammer eine Heißwandkammer umfasst, so dass die Wände der Kammer erhitzt werden auf eine Temperatur innerhalb 200°C des Halbleitersubstrats, während das Halbleitersubstrat erhitzt wird.
  48. Prozess nach Anspruch 43, wobei die Bearbeitungskammer eine Heißwandkammer umfasst, so dass die Wände der Kammer erhitzt werden auf eine Temperatur innerhalb 100°C des Halbleitersubstrats, während das Halbleitersubstrat erhitzt wird.
  49. Prozess nach Anspruch 43, wobei die Bearbeitungskammer eine Höhe von etwa ¼ Zoll bis etwa 3 Zoll aufweist.
  50. Prozess nach Anspruch 43, wobei die Strömung des Gases in die Kammer wahlweise gesteuert wird über einem Kantenbereich, einem Mittelbereich und einem Mittenbereich des Halbleitersubstrats.
  51. Prozess nach Anspruch 43, wobei die Bearbeitungskammer eine Heißwandbearbeitungskammer umfasst, und wobei die Bearbeitungskammer vor einem Anordnen des Halbleitersubstrats in die Kammer vorerhitzt wird.
  52. Prozess nach Anspruch 51, wobei die Bearbeitungskammer erhitzt wird auf eine Temperatur, welche innerhalb mindestens etwa 100°C einer maximalen Bearbeitungstemperatur während einer Ausbildung der Schicht liegt.
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