DE112014005368T5

DE112014005368T5 - Epitaktische waferzuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE112014005368T5
Application number: DE112014005368.6T
Authority: DE
Inventors: Yu-Jin Kang
Original assignee: LG Siltron Inc
Current assignee: SK Siltron Co Ltd
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2016-08-04
Also published as: CN105765113A; WO2015076487A1; US20160273128A1; JP6169809B2; KR20150061104A; JP2016541127A; KR101539298B1

Abstract

Es wird eine epitaktische Waferzuchtvorrichtung zum Züchten einer epitaktischen Schicht auf einem Wafer unter Verwendung einer Prozessgasströmung offenbart. Die Vorrichtung weist eine Reaktionskammer auf; untere und obere Ummantelungen, die die Reaktionskammer umgeben; einen Suszeptor in der Reaktionskammer, wobei der Suszeptor eingerichtet ist, den Wafer darauf zu tragen; einen Vorwärmring, der auf einer Oberseite der unteren Ummantelung gelagert ist, wobei der Vorwärmring komplanar zu dem Suszeptor ist und der Vorwärmring zu dem Suszeptor beabstandet ist; und wenigstens einen Vorsprung, der sich von dem Vorwärmring nach unten erstreckt, wobei der Vorsprung eine umlaufende Kontaktfläche mit einer umlaufenden Seitenfläche der unteren Ummantelung aufweist, wobei der Vorsprung eingerichtet ist, den Vorwärmring an der unteren Ummantelung zu befestigen, um einen gleichförmigen Abstand zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor entlang des Vorwärmrings zu halten.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0143993 , angemeldet am 25.11.2013, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen ist, als ob sie hierin vollständig dargelegt wäre.
HINTERGRUND
Gebiet der vorliegenden Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine epitaktische Zuchtvorrichtung und insbesondere eine epitaktische Zuchtvorrichtung zum Züchten einer epitaktischen, dünnen Siliziumeinkristallschicht auf einem Wafer.
Erörterung des Stands der Technik
Ein epitaktischer Siliziumwafer bezieht sich auf eine epitaktische, dünne Siliziumeinkristallschicht, die auf einem spiegelähnlich gefertigten Siliziumwafer gezüchtet wird. Betreffend eine Bildung des epitaktischen Siliziumwafers wird ein spiegelähnlich gefertigter Siliziumwafer in einem epitaktischen Reaktor auf einem Suszeptor angebracht und dann wird ein Quellgas von einem Seitenende zu dem anderen Seitenende des Reaktors zugeführt. Somit reagiert das Gas mit dem Wafer, um auf einer Oberfläche des Wafers eine gezüchtete epitaktische Schicht zu bilden.
1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen epitaktischen Reaktors. Mit Bezug auf 1 ist eine untere Ummantelung 102 an einer äußeren, umfänglichen Seite eines Reaktorbehälters 101 angeordnet und ein Suszeptor 105 ist in dem Reaktorbehälter 101 und angrenzend zu der unteren Ummantelung 102 in einer symmetrischen Weise angeordnet. Der Suszeptor 105 ermöglicht, dass ein Wafer W darauf angebracht wird. Hierzu wird der Suszeptor 105 von einem Suszeptorträger 106 getragen. An einem Seitenende des Reaktorbehälters 101 ist ein Gaseinlass 103 angeordnet, um ein Quellgas von einer Gaszuleitung zu erhalten, das wiederum einer Oberfläche des Wafers W auf dem Suszeptor 105 zugeführt wird. An dem anderen Seitenende des Reaktorbehälters 101 ist ein Gasauslass 104 angeordnet, um das Gas über den Wafer zu erhalten und das Gas aus dem Behälter abzuführen.
Auf einer inneren, umfänglichen Seite der unteren Ummantelung 102 ist ein Vorwärmring 108 angeordnet, um eine gleichmäßige Wärmeübertragung zu dem Wafer zu ermöglichen. Der Vorwärmring 108 ist komplanar zu dem Suszeptor 105 angeordnet und umgibt den Suszeptor 105.
Der Vorwärmring 108 ist als Plattenring realisiert, der auf der unteren Ummantelung 102 gelagert ist. Somit kann der Vorwärmring 108 infolge einer thermischen Ausdehnung durch eine hohe Temperatur und/oder eine Vibration während eines epitaktischen Ablagerungsvorgangs verformt und/oder verschoben werden.
2 veranschaulicht eine Draufsicht eines Zustands, in dem ein Kontakt zwischen dem Suszeptor und dem Vorwärmring auftritt. Mit Bezug auf 2 kann, wenn der Vorwärmring 108 verformt oder verschoben wird, so dass er einen teilweisen Kontakt mit dem Suszeptor 105 hat, die Gasströmung auf und entlang des Wafers auf dem Suszeptor 105 beeinträchtigt werden. Somit kann dies zu einer abgelagerten, ungleichmäßigen Dicke des Wafers führen, insbesondere an einem Rand hiervon.
Weiterhin kann, wenn der Vorwärmring 108 in einem Kontaktzustand mit der unteren Ummantelung 102 verformt oder verschoben wird, eine Reibung zwischen der unteren Ummantelung 102 und dem Ring 109 auftreten. Dies kann zu Teilchen führen, die erzeugt werden. Solche Teilchen können das Reaktionsgas in dem Reaktorbehälter 101 kontaminieren, um eine Qualität eines resultierenden epitaktischen Wafers zu verschlechtern.
Darüber hinaus kann eine Reibung zwischen dem Vorwärmring 108 und dem Suszeptor 105 eine Siliziumkarbid-(SiC)-Beschichtung von dem Suszeptor 105 ablösen und/oder ein Metall, das mit der Beschichtung bedeckt ist, kann von dem Suszeptor 105 entfernt werden, um Metallteilchen in dem Reaktorbehälter zu bilden. Diese können das Reaktionsgas in dem Reaktorbehälter 101 weiter kontaminieren. Dies kann eine Qualität eines resultierenden epitaktischen Wafers verschlechtern und somit eine Ausbeute des epitaktischen Wafers verringern.
Dieser Abschnitt „Erläuterung des Stands der Technik“ wird lediglich als Hintergrundinformation bereitgestellt. Die Aussagen in dieser „Erläuterung des Stands der Technik“ sind keine Anerkennung, dass der in dem Abschnitt „Erläuterung des Stands der Technik“ offenbarte Gegenstand Stand der Technik für die vorliegende Offenbarung begründet, und kein Teil dieses Abschnitts „Erläuterung des Stands der Technik“ kann als eine Anerkennung verwendet werden, dass irgendein Teil dieser Anmeldung, einschließlich dieses Abschnitts „Erläuterung des Stands der Technik“ Stand der Technik für die vorliegende Offenbarung begründet.
KURZFASSUNG
Aus den obigen Überlegungen stellt die vorliegende Offenbarung Mittel zur Befestigung des Vorwärmrings an der unteren Ummantelung bereit und ermöglicht somit einen gleichmäßigen Abstand zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor während eines heißen epitaktischen Ablagerungsvorgangs.
Die vorliegende Offenbarung stellt Mittel zur Ermöglichung einer verringerten Kontaktfläche zwischen dem Vorwärmring und der unteren Ummantelung bereit, während der gleichmäßige Abstand zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor gehalten wird.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine epitaktische Waferzuchtvorrichtung zum Züchten einer epitaktischen Schicht auf einem Wafer unter Verwendung einer Prozessgasströmung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Reaktionskammer, in welcher die Prozessgasströmung auftritt; obere und untere Ummantelungen, wobei jede Ummantelung eine Seitenfläche der Reaktionskammer umgibt; einen Suszeptor, der konzentrisch in und zu der Reaktionskammer angeordnet ist, wobei der Suszeptor eingerichtet ist, den Wafer darauf zu tragen; einen Vorwärmring, der auf einer Oberseite der unteren Ummantelung gelagert ist, wobei der Vorwärmring komplanar zu dem Suszeptor ist und der Vorwärmring zu dem Suszeptor beabstandet ist; und wenigstens einen Vorsprung, der sich von dem Vorwärmring nach unten erstreckt, wobei der Vorsprung eine umlaufende Kontaktfläche mit einer umlaufenden Seitenfläche der unteren Ummantelung aufweist, wobei der Vorsprung eingerichtet ist, den Vorwärmring an der unteren Ummantelung zu befestigen, um einen gleichförmigen Abstand zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor entlang des Vorwärmrings zu halten.
Die epitaktische Zuchtvorrichtung der vorliegenden Offenbarung umfasst das Befestigungselement, das eingerichtet ist, den Vorwärmring an der unteren Ummantelung zu befestigen und somit die horizontale Verformung und/oder Verschiebung des Vorwärmrings zu unterbinden. Dies kann zu dem gleichmäßigen Gasdurchfluss auf und entlang der Waferoberfläche führen und daher zu der gleichmäßigen epitaktischen Schichtdicke insbesondere an dem Rand hiervon. Dies kann eine bessere Ebenheit des resultierenden Wafers verbessern und somit eine bessere Ausbeute eines Halbleiterbauelements.
Darüber hinaus kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung die Teilchenbildung, die von der Reibung zwischen dem Vorwärmring und der unteren Ummantelung resultiert, verringert werden, um die Verunreinigungen des resultierenden gezüchteten, epitaktischen Wafers zu unterbinden.
Ferner kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ein Kontakt zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor derart unterbunden werden, dass die Teilchenbildung, die von der abgelösten Beschichtung des Suszeptors infolge der Reibung zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor resultiert, minimiert ist. Dies kann zu einer gleichmäßigen Qualität des resultierenden epitaktischen Wafers führen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen, die aufgenommen sind, ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, und die in dieser Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil hiervon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und zusammen mit der Beschreibung und dienen dazu, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu erläutern. In den Zeichnungen:
1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen epitaktischen Reaktors.
2 veranschaulicht eine Draufsicht auf einen Zustand, in dem ein Kontakt zwischen dem Suszeptor und dem Vorwärmring auftritt.
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer epitaktischen Zuchtvorrichtung 200 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Vorwärmrings in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 veranschaulicht eine Unteransicht eines Vorwärmrings in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Vorwärmrings in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 veranschaulicht eine Draufsicht auf einen Vorwärmring und einen Suszeptor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
8 veranschaulicht einen Vergleich von LLS-Defekten (Lokalisierte Lichtstreuungen) zwischen resultierenden Wafern jeweils in den Fällen des Vorhandenseins und des Fehlens eines Kontakts zwischen einem Suszeptor und einem Vorwärmring während eines epitaktischen Waferprozesses.
9 veranschaulicht epitaktische Schichtdickenschwankungen über eine radiale Richtung jeweils für resultierende Wafer jeweils in den Fällen des Vorhandenseins und des Fehlens eines Kontakts zwischen einem Suszeptor und einem Vorwärmring während eines epitaktischen Waferprozesses.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispiele verschiedener Ausführungsformen sind in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht und weiter unten beschrieben. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung hierin nicht dazu vorgesehen ist, die Ansprüche auf die spezifischen, beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist es beabsichtigt, Alternativen, Modifizierungen und Äquivalente abzudecken, wie sie innerhalb des Sinns und des Umfangs der vorliegenden Offenbarung umfasst sind und durch die angehängten Ansprüche definiert sind.
Beispielhafte Ausführungsformen werden detaillierter mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch in verschiedenen, unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und sollte nicht lediglich auf die hierin veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen als Beispiele bereitgestellt, so dass diese Offenbarung vollständig und komplett ist und den Fachleuten die Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung vollauf vermittelt werden.
Es ist zu verstehen, dass, obwohl die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ und so weiter hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt sein sollen. Diese Begriffe werden verwendet, um ein Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt von einem anderen Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Somit könnte ein nachfolgend beschriebenes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von dem Sinn und dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Es ist zu verstehen, dass, wenn ein Element oder eine Schicht als „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer Schicht bezeichnet wird, es sich direkt auf, verbunden mit oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der Schicht sein kann oder ein oder mehr Zwischenelemente oder Zwischenschichten vorhanden sein können. Zusätzlich ist zu verstehen, dass, wenn ein Element oder eine Schicht als „zwischen“ zwei Elementen oder Schichten bezeichnet wird, es das einzige Element oder Schicht zwischen den zwei Elementen oder Schichten sein kann oder ein oder mehr Zwischenelemente oder Zwischenschichten ebenso vorhanden sein können.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als die vorliegende Offenbarung beschränkend beabsichtigt. Wie hierin verwendet, sind die Einzahlformen „ein“ auch die Pluralformen umfassend beabsichtigt, sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes besagt. Es ist weiter zu verstehen, dass die Begriffe „aufweisen“, „aufweisend“, „umfassen“ und „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer Merkmale, Ganzzahlen, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Teilen hiervon ausschließt. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ irgendeine und alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugehörigen, aufgeführten Elemente. Der Ausdruck wie zum Beispiel „wenigstens eines von“, wenn es einer Liste von Elementen vorangestellt ist, kann die gesamte Liste der Elemente modifizieren und kann nicht die einzelnen Elemente der Liste modifizieren.
Räumlich relative Begriffe wie zum Beispiel „unterhalb“, „unter“, „unten“, „oberhalb“, „oben“ und dergleichen können hierin zur leichteren Erläuterung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht ist. Es ist zu verstehen, dass die räumlich relativen Begriffe verschiedene Orientierungen der in Verwendung oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassend vorgesehen sind zusätzlich zu der Orientierung, die in den Figuren dargestellt ist. Zum Beispiel, wenn die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, würden Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben sind, dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen orientiert sein. Somit können die Beispielbegriffe „unterhalb“ und „unter“ sowohl eine Orientierung oberhalb und unterhalb umfassen. Die Vorrichtung kann ansonsten zum Beispiel anders orientiert sein, um 90 Grad oder in anderen Orientierungen gedreht sein und die räumlich relativen, hierin verwendeten Deskriptoren sollten entsprechend interpretiert werden.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe, die technische und wissenschaftliche Begriffe umfassen, dieselbe Bedeutung wie sie gewöhnlich von einem Fachmann des Gebiets verstanden werden, zu dem das erfinderische Konzept gehört. Es ist weiter zu verstehen, dass Begriffe, wie zum Beispiel solche, die in herkömmlich verwendeten Lexika definiert sind, als eine Bedeutung aufweisend interpretiert werden sollten, die konsistent mit der Bedeutung in dem Kontakt des betreffenden Gebiets ist und nicht in einer idealisierten oder übermäßig formalen Bedeutung zu interpretieren sind, sofern dies nicht ausdrücklich hierin definiert ist.
In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein genaues Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Die vorliegende Offenbarung kann ohne einige oder aller dieser spezifischen Details ausgeübt werden. In anderen Fällen sind gut bekannte Prozessstrukturen und/oder Prozesse nicht im Detail beschrieben worden, um die vorliegende Offenbarung nicht unnötigerweise zu verschleiern.
Des Weiteren sind alle in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Zahlen, die Dimensionen, physikalische Eigenschaften und so fort ausdrücken, in allen Fällen als durch den Begriff „etwa“ modifiziert zu verstehen. Dementsprechend, sofern nicht das Gegenteil angegeben ist, können sich die numerischen Werte, die in der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen dargelegt sind, abhängig von den gewünschten Eigenschaften verändern, die als durch die Praktizierung der vorliegenden Offenbarung zu erreichend angestrebt sind. Außerdem sind alle hierin offenbarten Bereiche als irgendeinen und alle Unterbereiche umfassend zu verstehen, die darin subsumiert sind. Zum Beispiel ist ein angegebener Bereich von „1 bis 10“ als irgendeinen oder alle Unterbereiche zwischen (und einschließlich) des minimalen Werts 1 und dem maximalen Wert 10 umfassend zu verstehen; das heißt, alle Unterbereiche, die mit einem minimalen Wert von 1 oder mehr beginnen und mit einem maximalen Wert von 10 oder weniger enden, zum Beispiel 1 bis 6,3 oder 5,5 bis 10 oder 2,7 bis 6,1.
Wie hierin verwendet, werden die Begriffe „im Wesentlichen“, „etwa“ und ähnliche Begriffe als Begriffe einer Annäherung und nicht als Begriffe eines Grads verwendet und sind die inhärenten Abweichungen von gemessenen und berechneten Werten berücksichtigend beabsichtigt, die von den Fachleuten auf dem Gebiet anerkannt werden würden. Ferner bezeichnet die Verwendung von „kann“, wenn Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, „eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung“.
Hierin nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail mit Bezug auf angehängte Zeichnungen beschrieben.
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer epitaktischen Zuchtvorrichtung 200 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Mit Bezug auf 3 kann die epitaktische Zuchtvorrichtung 200 in einer Art eines Einzelwafers realisiert sein, bei der ein epitaktischer Zuchtvorgang für einen einzelnen Wafer W darin durchgeführt wird. Die epitaktische Zuchtvorrichtung 200 kann eine Reaktionskammer 201 umfassen, eine Gaszuleitung 203, einen Gasauslass 204, einen Suszeptor 205, einen Suszeptorträger 206, einen Suszeptorträgerstift 207, eine untere Ummantelung 202, eine obere Ummantelung 212, einen Vorwärmring 208 und eine Hauptwelle 211.
Die Reaktionskammer 201 kann aus Quarz hergestellt sein. Entlang einer äußeren umfänglichen Seite der Reaktionskammer 201 kann die untere Ummantelung 202 angeordnet sein. Über der unteren Ummantelung 202 kann die obere Ummantelung 212 angeordnet sein, um von der unteren Ummantelung 202 beabstandet zu sein. Somit kann ein bestimmter Kanal zwischen der oberen Ummantelung 212 und der unteren Ummantelung 202 für eine Gasströmung erzeugt werden. Ein Seitenabschnitt des Kanals kann den Gaseinlass 203 festlegen, während der andere Seitenabschnitt des Kanals, der dem einen Seitenabschnitt gegenüberliegt, den Gasauslass 204 festlegen kann. Durch den Gaseinlass 203 kann ein Quellgas in die Reaktionskammer 201 eingespeist werden und kann entlang der Waferoberfläche strömen und kann durch den Gasauslass 204 aus der Kammer abgeführt werden.
Der Suszeptor 205 kann als eine kreisförmige, flache Trägerplatte realisiert sein, die aus einem Siliziumcarbid hergestellt ist, die mit einem Kohlenstoffgraphit beschichtet ist. Der Suszeptor 205 kann konzentrisch zu einem inneren Außenumfang der Reaktionskammer 201 angeordnet sein. Auf dem Suszeptor 205 kann der Wafer W gelagert sein, um eine dünne Schicht hierauf auszubilden.
Der Suszeptor 205 kann durch die Hauptwelle 211 gestützt sein. Insbesondere kann sich die Hauptwelle 211 in einem bestimmten Winkel in mehrere Suszeptorträger 206 verzweigen. Jeder Träger 206 kann den Suszeptor 205 stützen. Hierbei kann jeder Suszeptorträger 206 jeden Trägerstift 207 an einem freien Ende hiervon aufweisen, der einen äußeren Umfang des Suszeptors 205 trägt. Auf diese Weise kann der Suszeptor 205 eben und horizontal gestützt werden.
Der Vorwärmring 208 kann komplanar zu dem Suszeptor 205 sein. Der Vorwärmring 208 kann als plattenförmiger Ring realisiert sein, der auf einer horizontalen, äußeren Umfangsfläche der unteren Ummantelung 202 angrenzend an den Suszeptor 205 gelagert ist. Der Vorwärmring 208 kann eine gleichmäßige Wärmeübertragung des Gases auf den Wafer ermöglichen. Die vorliegende Offenbarung stellt Mittel zur Befestigung des Vorwärmrings 208 an der unteren Ummantelung 202 bereit und ermöglicht somit einen gleichmäßigen Abstand zwischen dem Vorwärmring 208 und dem Suszeptor 205 während eines heißen epitaktischen Ablagerungsvorgangs. Hierin nachstehend können die bereitgestellten Mittel in der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben werden.
4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Vorwärmrings in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere veranschaulicht 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils, der in 3 mit einer strichpunktierten Linie dargestellt ist.
Mit Bezug auf 4 kann ein Befestigungselement 209 als ein nach unten gerichteter Vorsprung von dem Vorwärmring 208 angeordnet sein. Das Befestigungselement 209 kann die untere Ummantelung 202 berühren. Insbesondere kann eine innere vertikale Umfangsfläche der unteren Ummantelung 202 eine äußere vertikale Umfangsfläche des Befestigungselements 209 berühren. Auf diese Weise kann das Befestigungselement 209 den Vorwärmring 208 an der unteren Ummantelung 202 befestigen.
Der Vorsprung 209 kann als eine polygonale Querschnittsstruktur realisiert sein. Somit kann jede vertikale Fläche der polygonalen Querschnittsstruktur eine horizontale Verformung und/oder Verschiebung des Vorwärmrings 208 unterbinden. Zum Beispiel kann die polygonale Querschnittsstruktur als eine hexagonale Querschnittsstruktur realisiert sein. Hierbei kann die vertikale Fläche der polygonalen Querschnittstruktur 209, die die untere Ummantelung 202 berührt, mit derselben Krümmung gekrümmt sein wie jene eines inneren Umfangs der unteren Ummantelung 202.
Das Befestigungselement 209 kann mehrere Vorsprünge umfassen. Somit kann ein Berührpunkt zwischen dem Befestigungselement 209 und der unteren Ummantelung 202 mehrere Berührpunkte umfassen. Die mehreren Berührpunkte können ermöglichen, dass der Vorwärmring 208 fest und horizontal an der unteren Ummantelung 202 gesichert wird. Dies kann die Verformung und/oder Verschiebung des Vorwärmrings und damit die Teilchenerzeugung unterbinden.
5 veranschaulicht eine Unteransicht eines Vorwärmrings in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Mit Bezug auf 5 ist das Befestigungselement 209 mehrfach unterhalb des Vorwärmrings 208 angeordnet, so dass jedes Element eine Kontaktfläche mit der unteren Ummantelung 202 aufweist. Zum Beispiel können wenigstens drei Befestigungselement 209 in Form von jeweiligen Vorsprüngen angeordnet sein, um eine horizontale Verschiebung und/oder Verformung des Vorwärmrings 208 zu unterbinden. In einer anderen Ausführungsform kann das Befestigungselement 209 als eine Ringstruktur realisiert sein, um die untere Ummantelung 202 kontinuierlich zu berühren.
Wenn das Befestigungselement 209 als mehrere Vorsprünge realisiert ist, können die Vorsprünge in einer symmetrischen Weise und entlang des Vorwärmrings 208 angeordnet sein. Mit anderen Worten können zwei gegenüberliegende Vorsprünge derart angeordnet sein, dass sie voneinander in einem 180-Grad-Winkelabstand beabstandet sind. Das heißt, eine Verlängerungslinie zwischen den gegenüberliegenden Vorsprüngen kann eine Mitte eines inneren Umfangs des Vorwärmrings 208 treffen. Auf diese Weise kann das Unterbinden der Verschiebung und/oder Verformung des Vorwärmrings 208 in einer symmetrischen und gleichförmigen Weise durchgeführt werden. Ferner kann der Vorwärmring 208 mit Beachtung eines Rands hergestellt werden, um das Lagern des Rings 208 auf der unteren Ummantelung 202 zu ermöglichen.
Für eine gleichmäßige Unterbindung der Verschiebung und/oder Verformung des Vorwärmrings 208 können die mehreren Vorsprünge 209 entlang des Vorwärmrings 208 angeordnet sein, während sie voneinander in einem gleichmäßigen Abstand beabstandet sind. Das heißt, die mehreren Befestigungselemente 209 können in einem gleichmäßigen Abstand um den Suszeptor 205 angeordnet sein. Obwohl es bevorzugt wird, die Anzahl der Befestigungselemente 209 so klein wie möglich zu halten, um einen Kontaktbereich zwischen der unteren Ummantelung 209 und den Befestigungselementen 209 zu verringern, kann die Anzahl der Befestigungselemente 209 und die Kontaktfläche hiervon mit der unteren Ummantelung 209 basierend auf einer Größe des Vorwärmrings 208 und einer Korrelation zwischen den Befestigungselementen und der unteren Ummantelung im Sinne der Prozessbedingungen gewählt werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Winkelabstand zwischen benachbarten Befestigungselementen 209 45 Grad betragen. Somit kann eine Gesamtzahl an Befestigungselementen 209 8 sein.
In Bezug auf eine Ausbildung des Befestigungselements 209 kann das Befestigungselement 209 in einer monolithischen Weise an dem Vorwärmring 208 ausgebildet sein. Dies kann erreicht werden, indem ein unterer Teil eines Vorwärmringwerkstücks in einer vorherbestimmten Form entfernt wird. In einer Alternative kann das Befestigungselement 209 an dem/von dem Vorwärmring 208 befestigt/gelöst werden. In diesem Fall können das Befestigungselement 209 und der Vorwärmring 208 aus demselben Material hergestellt sein, um dieselbe Wärmeausdehnung zu haben.
Wenn die epitaktische Zuchtvorrichtung umfassend den Vorwärmring mit dem Befestigungselement in Übereinstimmung mit der Ausführungsform verwendet wird, kann eine abgelöste SiC-Beschichtung von dem Suszeptor infolge der Reibung zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor unterbunden werden, was zu einer Verringerung der Kontaminationen in der Kammer infolge der abgelösten SiC-Beschichtung führt. Ferner kann die Teilchenerzeugung infolge der Reibung zwischen dem Vorwärmring und der unteren Ummantelung unterbunden werden, was zu einer Unterbindung von Kontaminationen auf dem resultierenden gezüchteten, epitaktischen Wafer führt.
6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Vorwärmrings in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Mit Bezug auf 6 kann der Vorwärmring 208‘ eine darin festgelegte Nut 210 aufweisen. Die Nut kann eine vorherbestimmte Tiefe aufweisen und kann die untere Ummantelung 209 berühren. Die Nut 210 berührt eine Oberseite der unteren Ummantelung 202. Die Nut kann in mehrere Unternuten unterteilt sein, die wiederholt und umfänglich in einem gleichmäßigen Abstand entlang des Vorwärmrings 208‘ angeordnet sind. Die Nut kann dazu dienen, einen Kontaktbereich zwischen dem Vorwärmring 208‘ und der unteren Ummantelung 202 zu verringern. In einer Alternative kann sich die Nut 210 kontinuierlich und umfänglich entlang des Vorwärmrings erstrecken. In diesem Fall erstreckt sich die Nut in einer Ringform entlang des Vorwärmrings.
Auf diese Weise kann lediglich ein im Wesentlichen äußerster Teil des Vorwärmrings 208‘ die untere Ummantelung 202 berühren. Dies kann die Teilchenerzeugung infolge der Reibung zwischen der Ummantelung und dem Ring verringern, die von der Wärmeausdehnung während des epitaktischen Prozesses resultiert.
Ferner kann das Befestigungselement 209, das unter dem Vorwärmring 208‘ angeordnet ist, mit einer Struktur ausgebildet sein, die mehrere Seitenflächen aufweist, wie in der in 4 dargestellten Ausführungsform. Das Befestigungselement 209 kann mehrere Vorsprünge umfassen, die voneinander beabstandet sind und entlang des Vorwärmrings 208‘ angeordnet sind, um eine Reibung zwischen der unteren Ummantelung 202 und dem Ring 208‘ zu verringern. Die Anzahl der Vorsprünge, der Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen und/oder ein Kontaktbereich zwischen der unteren Ummantelung 202 und den Vorsprüngen können abhängig von einer Größe des Vorwärmrings 208‘, Prozessbedingungen etc. variieren.
7 veranschaulicht eine Draufsicht auf einen Vorwärmring und einen Suszeptor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. Mit Bezug auf 7 kann die epitaktische Zuchtvorrichtung der vorliegenden Offenbarung eine gleichmäßige Gasströmung entlang und auf dem Wafer während einer Drehung des Suszeptors ermöglichen, weil der Suszeptor 205 und der Vorwärmring 208 voneinander in einem konstanten Abstand um den Suszeptor beabstandet sind, während sie zueinander komplanar sind.
Ferner kann unterbunden werden, dass der Vorwärmring 208 und der Suszeptor 205 einander berühren und somit kann verhindert werden, dass der Suszeptor abgelöst wird und wiederum dass Metallabscheidungen gebildet werden. Somit können Metallkontaminierungen unterbunden werden. Dies kann eine Ausbeute des resultierenden epitaktischen Wafers verbessern.
8 veranschaulicht einen Vergleich von LLS-Defekten (Lokalisierte Lichtstreuungen) zwischen resultierenden Wafern jeweils in den Fällen des Vorhandenseins und des Fehlens eines Kontakts zwischen einem Suszeptor und einem Vorwärmring während eines epitaktischen Waferprozesses.
8(a) veranschaulicht LLS-Defekte auf der Waferoberfläche, wenn es einen Kontakt zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor gibt. Insbesondere sind vielfache LLSs in einem Bereich gebildet, der durch eine strichpunktierte Linie festgelegt ist, um gemusterte LLSs einer Größe von 0,2 µm zu zeigen.
8(b) veranschaulicht LLS-Defekte auf der Waferoberfläche, wenn es keinen Kontakt zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor gibt, das heißt, wenn ein gleichmäßiger Abstand hierzwischen eingehalten wird. Dies kann unter Verwendung des Vorwärmrings der ersten und/oder zweiten Ausführungsformen erreicht werden. Wie in der Figur gezeigt ist, treten gemusterte LLSs nicht auf.
9 veranschaulicht epitaktische Schichtdickenschwankungen über eine radiale Richtung jeweils für resultierende Wafer jeweils in Fällen eines Vorhandenseins und eines Fehlens eines Kontakts zwischen einem Suszeptor und einem Vorwärmring während eines epitaktischen Waferprozesses.
Wenn es keinen Kontakt zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor gibt, das heißt, wenn ein gleichmäßiger Abstand hierzwischen eingehalten wird, kann eine gleichmäßige Gasströmung entlang und auf der Waferoberfläche ermöglicht werden, um zu einer symmetrischen Schwankung der epitaktischen Schichtdicke zu führen, die auf dem Wafer über die radiale Richtung abgeschieden wird. Im Gegensatz hierzu kann, wenn es einen Kontakt zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor gibt, das heißt, wenn ein gleichmäßiger Abstand hierzwischen nicht eingehalten wird, eine nichtgleichmäßige Gasströmung entlang und auf der Waferoberfläche auftreten, um zu einer asymmetrischen Schwankung der epitaktischen Schichtdicke zu führen, die auf dem Wafer über die radiale Richtung abgeschieden wird. Insbesondere ist die asymmetrische Schwankung erheblich an einem Rand des Wafers. Dies kann zu einer schlechten Ebenheit des resultierenden Wafers führen und somit zu einer schlechten Ausbeute eines Halbleiterbauelements.
Die epitaktische Zuchtvorrichtung der vorliegenden Offenbarung umfasst das Befestigungselement, das ausgelegt ist, den Vorwärmring an der unteren Ummantelung zu befestigen und somit die horizontalte Verformung und/oder Verschiebung des Vorwärmrings zu unterbinden. Dies kann zu dem gleichmäßigen Gasdurchfluss auf und entlang der Waferoberfläche führen und daher zu der symmetrischen Schwankung der epitaktischen Schichtdicke. Dies kann eine bessere Ebenheit des resultierenden Wafers verbessern und somit eine bessere Ausbeute eines Halbleiterbauelements.
Die obige Beschreibung ist nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen, sondern wird lediglich zu dem Zweck der Beschreibung der allgemeinen Prinzipien von beispielhaften Ausführungsformen ausgeführt und viele zusätzliche Ausführungsformen dieser Offenbarung sind möglich. Es wird verstanden, dass keine Beschränkung des Geltungsbereichs der Offenbarung hierdurch beabsichtigt ist. Der Geltungsbereich der Offenbarung ist mit Bezug auf die Ansprüche zu bestimmen. Ein Bezug innerhalb dieser Beschreibung auf „eine Ausführungsform“ oder ähnliche Redeweise bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, Struktur oder Eigenschaft, das/die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Somit können, müssen jedoch nicht notwendigerweise, das Auftreten der Formulierungen „in einer Ausführungsform“ und ähnliche Redeweisen innerhalb dieser Beschreibung sich alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen.

Claims

Epitaktische Waferzuchtvorrichtung zum Züchten einer epitaktischen Schicht auf einem Wafer unter Verwendung einer Prozessgasströmung, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Reaktionskammer, in welcher die Prozessgasströmung auftritt; obere und untere Ummantelungen, wobei jede Ummantelung eine Seitenfläche der Reaktionskammer umgibt; einen Suszeptor, der konzentrisch in und zu der Reaktionskammer angeordnet ist, wobei der Suszeptor eingerichtet ist, den Wafer darauf zu tragen; einen Vorwärmring, der auf einer Oberseite der unteren Ummantelung gelagert ist, wobei der Vorwärmring komplanar zu dem Suszeptor ist und der Vorwärmring zu dem Suszeptor beabstandet ist; und wenigstens einen Vorsprung, der sich von dem Vorwärmring nach unten erstreckt, wobei der Vorsprung eine umlaufende Kontaktfläche mit einer umlaufenden Seitenfläche der unteren Ummantelung aufweist, wobei der Vorsprung eingerichtet ist, den Vorwärmring an der unteren Ummantelung zu befestigen, um einen gleichförmigen Abstand zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor entlang des Vorwärmrings zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der Vorsprung kontinuierlich entlang eines Umfangs der unteren Ummantelung erstreckt, um eine Ringform zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Vorsprung wenigstens drei Vorsprünge umfasst, die entlang des Vorwärmrings angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die wenigstens drei Vorsprünge acht Vorsprünge umfassen, wobei benachbarte der acht Vorsprünge zueinander in einem 45-Grad-Winkelabstand beabstandet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Vorsprung mehrere Vorsprünge umfasst, die entlang des Vorwärmrings angeordnet sind, wobei die mehreren Vorsprünge symmetrisch um den Suszeptor angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Vorsprung mehrere Vorsprünge umfasst, die entlang des Vorwärmrings angeordnet sind, wobei die mehreren Vorsprünge wiederholt in einem gleichmäßigen Abstand um den Suszeptor angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die umlaufende Kontaktfläche dieselbe Krümmung aufweist wie die umlaufende Seitenfläche der unteren Ummantelung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung monolithisch mit dem Vorwärmring ist.
Vorrichtung nach Anspruch, wobei der Vorsprung eingerichtet ist, an/von dem Vorwärmring befestigt/abgetrennt zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vorwärmring eine darin definierte Nut aufweist, wobei die Nut die untere Ummantelung berührt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei sich die Nut kontinuierlich und umlaufend entlang des Vorwärmrings erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei sich die Nut in einer Ringform entlang des Vorwärmrings erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Nut in mehrere Unternuten aufgeteilt ist, die wiederholt und umlaufend in einem gleichmäßigen Abstand entlang der Vorwärmrings angeordnet sind.