DE112018001223B4 - Epitaxialwachstumsvorrichtung, Vorwärmring und Verfahren zum Herstellen von Epitaxialwafern unter Verwendung dieser - Google Patents

Epitaxialwachstumsvorrichtung, Vorwärmring und Verfahren zum Herstellen von Epitaxialwafern unter Verwendung dieser Download PDF

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Abstract

Epitaxialwachstumsvorrichtung (100), die für ein Gasphasenwachstum einer Epitaxieschicht auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers (W) verwendet wird, wobei die Epitaxialwachstumsvorrichtung (100) umfasst:eine Kammer (10),einen Suszeptor (20) zum Anbringen des Halbleiterwafers (W) innerhalb der Kammer (10),einen Vorwärmring (60), der eine Seite des Suszeptors (20) mit einem dazwischen angeordneten Spalt umgibt; undeinen Reaktionsgaseinlass (15A) zum Zuführen eines Reaktionsgases für das Gasphasenwachstum einer Epitaxieschicht zu einer Vorderfläche des Halbleiterwafers (W),wobei eine Breite des Spalts wenigstens teilweise zwischen dem Suszeptor (20) und dem Vorwärmring (60) so eingestellt ist, dass sie länger ist als die Breite des Spalts zwischen dem Suszeptor (20) und dem Vorwärmring (60) in einer Nähe des Reaktionsgaseinlasses (15A),wobei eine Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser des Vorwärmrings (60) radial um den Vorwärmring variiert,wobei Außen- und Innenumfang des Vorwärmrings (60) Kreisformen unterschiedlicher Durchmesser aufweisen und Mittelpunkte des Außen- und Innenumfangs nicht miteinander übereinstimmen, undwobei ein Winkel um den Mittelpunkt des Außenumfangs zwischen einem dem Reaktionsgaseinlass (15A) am nächsten gelegenen Punkt und einer Position, wo die Breite des Spalts am kürzesten ist, nicht kleiner als -40° und weniger als 0° ist, wobei Winkel in einer Richtung einer Drehung des Suszeptors (20) als positive Winkel definiert sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Epitaxialwachstumsvorrichtung, einen Vorwärmring zur Verwendung in der Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Epitaxialwafern unter Verwendung dieser.
  • HINTERGRUND
  • Ein Epitaxialwafer ist ein Halbleiterwafer, der eine in einer Gasphase auf seiner Oberfläche aufgewachsene Epitaxieschicht aufweist. Wenn zum Beispiel eine extrem hohe Kristallperfektion oder eine mehrschichtige Struktur mit Schichten verschiedener Widerstände erforderlich ist, wird eine monokristalline Siliziumdünnschicht auf einem Siliziumwafer in einer Gasphase (epitaktisch) wachsen gelassen, um einen Siliziumepitaxialwafer herzustellen.
  • Beim Herstellen von Epitaxialwafern wird zum Beispiel eine Einzelsubstrat-Epitaxialwachstumsvorrichtung verwendet. Hier wird unter Bezugnahme auf 1 eine typische Einzelsubstrat-Epitaxialwachstumsvorrichtung beschrieben. Wie in 1 dargestellt, schließt eine Epitaxialwachstumsvorrichtung 100 eine Kammer 10 mit einer oberen Kuppel 11, einer unteren Kuppel 12 und einer Kuppelbasis 13 ein, wobei die Kammer 10 eine Epitaxieschichtbildungskammer definiert. Die Kuppelbasis 13 weist eine obere Auskleidung 17 und eine untere Auskleidung 18 auf, wobei ein Suszeptor die Grenze zwischen ihnen definiert. Die Kammer 10 ist auch so mit einem Reaktionsgaseinlass 15A und einem Reaktionsgasauslass 16A an der Seite der Kammer 10 auf der Seite der oberen Auskleidung 17 jeweils zum Zuführen und Abführen eines Reaktionsgases GP versehen, dass sie sich einander gegenüberliegen. Die Kammer 10 ist ferner so mit einem Atmosphärengaseinlass 15B und einem Atmosphärengasauslass 16B an der Seite der Kammer 10 auf der Seite der unteren Auskleidung 18 jeweils zum Zuführen und Abführen eines Atmosphärengases GA versehen, dass sie sich einander gegenüberliegen, wodurch der Teil der unteren Kuppel 12 der Kammer 10 in Wasserstoffatmosphäre gehalten wird.
  • Innerhalb der Kammer 10 ist ein Suszeptor 20 zum Anbringen eines Siliziumwafers W installiert. Der Suszeptor 20 wird von einer Suszeptorstützwelle 30 von unten gestützt. Die Suszeptorstützwelle 30 kommt mit dem rückseitigen Außenumfang des Suszeptors 20 mit drei Stützstiften (nicht gezeigt) am Ende eines Arms in Eingriff, wodurch der Suszeptor 20 gestützt wird. Im Suszeptor 20 sind ferner drei Durchgangsbohrungen (von denen eine nicht gezeigt ist) ausgebildet, und der Arm der Suszeptorstützwelle 30 weist ebenfalls entsprechende Durchgangsbohrungen auf. Hubstifte 40A, 40B und 40C (Hubstift 40B ist in der schematischen Querschnittsansicht von 1 wegen seiner Position nicht gezeigt) gehen durch die Durchgangsbohrungen im Arm und die Durchgangsbohrungen im Suszeptor. Die unteren Enden der Hubstifte 40 sind für Stützen durch eine Hubwelle 50 konfiguriert. Zum Stützen eines in die Kammer 10 geführten Halbleiterwafers W, zum Anbringen des Halbleiterwafers W am Suszeptor 20 oder zum Abführen des Epitaxialwafers aus der Kammer 10 nach einem Epitaxialgasphasenwachstum werden die Hubstifte 40 in Verbindung mit einer Auf- oder Abwärtsbewegung der Hubwelle 50 durch die Durchgangsbohrungen im Arm und die Durchgangsbohrungen im Suszeptor nach oben oder unten bewegt, wodurch die oberen Enden der Hubstifte 40 den Halbleiterwafer W nach oben oder unten bewegen. Bei Bildung einer Epitaxieschicht in dieser Einzelsubstrat-Epitaxialwachstumsvorrichtung wird die Vorderfläche des am Suszeptor 20 angebrachten Halbleiterwafers W zum Berühren eines Reaktionsgases GP veranlasst, während sich der Suszeptor 20 dreht. Es wird darauf hingewiesen, dass sich der Begriff „Reaktionsgas“ auf ein Gas bezieht, das mit einem Trägergas gemischtes Quellengas (gemischte Quellengase) einschließt. Für Bildung einer Siliziumepitaxieschicht als eine Epitaxieschicht wird ein Siliziumquellengas, wie z. B. Trichlorsilangas, als das Quellengas verwendet.
  • Hier ist die Seite des Suszeptors 20 vom Vorwärmring 60 umgeben, der im Allgemeinen einen Spalt von etwa 3 mm zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 aufweist. Der Vorwärmring 60 wird auch als Aufwärmring oder Vorheizring bezeichnet; der Vorwärmring 60 erwärmt das Reaktionsgas GP, bevor das Reaktionsgas GP in die Epitaxieschichtbildungskammer eingeführt wird und mit dem Halbleiterwafer W in Beführung kommt. Der Vorwärmring 60 erwärmt auch den Suszeptor 20. Auf diese Weise verbessert der Vorwärmring 60 die thermischen Gleichmäßigkeiten des Suszeptors 20 und des Halbleiterwafers vor und während einer Filmbildung.
  • Herkömmliche Vorwärmringe weisen bei Draufsicht Ringformen auf, die um den Mittelpunkt des Suszeptors zentralsymmetrisch sind. Einer der Gründe für die Zentralsymmetrie besteht darin, einen Kontakt zwischen einem Suszeptor und einem Vorwärmring zu verhindern, während sich der Suszeptor bei Bildung einer Epitaxieschicht dreht, wie oben beschrieben. Ferner wurde für eine verbesserte thermische Gleichmäßigkeit des Halbleiters vor und während einer Filmbildung ein Vorwärmring mit einer zentralsymmetrischen Struktur um den Mittelpunkt eines Halbleiterwafers oder eines Suszeptors als bevorzugt betrachtet.
  • Die Druckschrift JP H07- 78 863 A offenbart eine Epitaxialwachstumsvorrichtung mit einem Vorwärmring (Vorheizring), der den Umfang eines Suszeptors umgibt und zum Erwärmen eines von einem Gaseinlass zu einem Gasauslass strömenden Reaktionsgases konfiguriert ist.
  • Die US 2012 / 0 103 263 A1 zeigt eine Epitaxialwachstumsvorrichtung mit einem Vorwärmring, der eine Seite eines Suszeptors mit einem dazwischen angeordneten Spalt umgibt. Eine Breite des Spalts ist wenigstens teilweise zwischen dem Suszeptor und dem Vorwärmring so eingestellt, dass sie länger is als die Breite des Spalts 140 zwischen dem Suszeptor 138 und dem Vorwärmring in einer Nähe eines Reaktionsgaseinlasses.
  • Eine weitere Epitaxialwachstumsvorrichtung mit einem Suszeptor ist aus der US 2013 / 0 319 319 A1 bekannt.
  • KURZFASSUNG
  • (Technische Problemstellung)
  • In der Zwischenzeit haben Bestimmungen von Dickenprofilen von mit einer Einzelsubstrat-Epitaxialwachstumsvorrichtung gebildeten Epitaxieschichten Abweichungen in Dickenprofilen ergeben. Da in den kommenden Jahren weitere Größenreduzierungen bei Halbleiterbauelementen erwartet werden, sind Techniken erforderlich, die eine verbesserte Dickengleichmäßigkeit einer Epitaxieschicht bereitstellen können.
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Epitaxialwachstumsvorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte Dickengleichmäßigkeit einer Epitaxieschicht bereitstellen kann.
  • Wir haben uns intensiv bemüht, mögliche Ursachen für derartige Abweichungen in Dickenprofilen zu finden. Selbst bei präziser Positionierung eines Suszeptors und eines Halbleiterwafers werden die Mittelpunkte des Suszeptors und des Halbleiterwafers in Bezug auf die Mittelachse einer Einzelsubstrat-Epitaxialwachstumsvorrichtung in der Größenordnung von Mikrometern verschoben. Dadurch weicht die Breite des Spalts (Spaltbreite) zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor beim Drehen des Suszeptors ab, was zu einem inhomogenen Fluss des Reaktionsgases führt. Wir haben berücksichtigt, dass eine derartige inhomogene Strömung des Reaktionsgases eine Abweichung im Dickenprofil einer Epitaxieschicht verursacht. Wir haben auch festgestellt, dass eine Fluktuation beim Aufwärtsströmen des Atmosphärengases GA im Spalt zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses 15A einen inhomogenen Kontakt des Reaktionsgases GP mit der Vorderfläche des Halbleiterwafers W verursacht hat, was insbesondere die Dickengleichmäßigkeit einer Epitaxieschicht beeinträchtigt.
  • Hier werden unter Bezugnahme auf 2 Ströme eines Reaktionsgases GP und eines Atmosphärengases GA in der Nähe des Reaktionsgasauslasses 16A und in der Nähe des Atmosphärengasauslasses 16B schematisch beschrieben. Der größte Teil des Reaktionsgases GP strömt in Richtung des Reaktionsgasauslasses 16A, aber ein wenig strömt durch den Spalt zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 und sinkt in der Nähe des Atmosphärengasauslasses 16B. Im Gegensatz dazu strömt der größte Teil des Atmosphärengases GA in Richtung des Atmosphärengasauslasses 16B, aber ein wenig strömt durch den Spalt zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 in der Nähe des Reaktionsgasauslasses 16A aufwärts. Dieses Phänomen wird im Allgemeinen durch den Druckunterschied zwischen dem oberen Kuppelteil und dem unteren Kuppelteil der Kammer 10 verursacht.
  • Wir haben berücksichtigt, dass absichtliches Intensivieren eines Aufwärtsströmens des Atmosphärengases GA im Spalt zwischen dem Vorwärmring 60 und dem Suszeptor 20 in der Nähe des Reaktionsgasauslasses 16A dazu beitragen kann, ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases GA in der Nähe des oben beschriebenen Reaktionsgaseinlasses 15A zu reduzieren. Dies reduziert relativ eine Fluktuation bei einem Aufwärtsströmen des Atmosphärengases GA in der Nähe des Einlasses 15A. Wir haben berücksichtigt, dass das Aufwärtsströmen des Atmosphärengases GA in der Nähe des Auslasses 16A zum Beispiel durch Vergrößern der Spaltbreite w zwischen dem Vorwärmring 60 und dem Suszeptor 20 im Vergleich zur Spaltbreite in der Nähe des Einlasses intensiviert werden kann.
  • Wir haben weitere große Anstrengungen unternommen. Zum Erzeugen eines Aufwärtsströmens des Atmosphärengases GA in der Nähe des Auslasses 16A wird wenigstens teilweise zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 auf der Versorgungsseite des Reaktionsgases GP ein Spalt bereitgestellt, der länger ist als die Spaltbreite zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60, was dazu beiträgt, ein Aufwärtsströmen in der Nähe des Einlasses 15A zu reduzieren. Wir haben festgestellt, dass eine derartige Epitaxialwachstumsvorrichtung Lösungen für die oben erwähnten Probleme bereitgestellt, und die vorliegende Offenbarung wurde somit erreicht.
  • (Lösung des Problems)
  • Mit anderen Worten, der Erfindungsinhalt der vorliegenden Offenbarung ist wie folgt:
    • (1) Epitaxialwachstumsvorrichtung, die für ein Gasphasenwachstum einer Epitaxieschicht auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers verwendet wird, wobei die Epitaxialwachstumsvorrichtung umfasst:
      • eine Kammer,
      • einen Suszeptor zum Anbringen des Halbleiterwafers innerhalb der Kammer;
      • einen Vorwärmring, der eine Seite des Suszeptors mit einem dazwischen angeordneten Spalt umgibt; und
      • einen Reaktionsgaseinlass zum Zuführen eines Reaktionsgases für das Gasphasenwachstum einer Epitaxieschicht zu einer Vorderfläche des Halbleiterwafers,
      • wobei eine Breite des Spalts wenigstens teilweise zwischen dem Suszeptor und dem Vorwärmring so eingestellt ist, dass sie länger ist als die Breite des Spalts zwischen dem Suszeptor und dem Vorwärmring in einer Nähe des Reaktionsgaseinlasses.
      • Eine Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser des Vorwärmrings variiert radial um den Vorwärmring variiert.
      • Außen- und Innenumfang des Vorwärmrings weisen Kreisformen unterschiedlicher Durchmesser auf, wobei Mittelpunkte des Außen- und Innenumfangs nicht miteinander übereinstimmen.
      • Ein Winkel um den Mittelpunkt des Außenumfangs zwischen einem dem Reaktionsgaseinlass am nächsten gelegenen Punkt und einer Position, wo die Breite des Spalts am kürzesten ist, ist nicht kleiner als -40° und weniger als 0°, wobei Winkel in einer Richtung einer Drehung des Suszeptors als positive Winkel definiert sind.
    • (2) Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß dem vorgenannten Punkt (1), wobei die Breite des Spalts zwischen dem Suszeptor und dem Vorwärmring in einer Nähe einer dem Reaktionsgaseinlass gegenüberliegenden Seite länger ist als die Breite des Spalts zwischen dem Suszeptor und dem Vorwärmring in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses.
    • (3) Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß dem vorgenannten Punkt (1), wobei der Innenumfang des Vorwärmrings mit einer Kerbe versehen ist.
    • (4) Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß einem beliebigen der vorgenannten Punkte (1) bis (3), wobei der Vorwärmring eine ringförmige Struktur aufweist.
    • (5) Vorwärmring zum Umgeben einer Seite eines Suszeptors zum Anbringen eines Halbleiterwafers mit einem zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor angeordneten Spalt innerhalb einer Epitaxialwachstumsvorrichtung, wobei eine Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser des Vorwärmrings radial um den Vorwärmring variiert. Außen- und Innenumfang des Vorwärmrings weisen Kreisformen unterschiedlicher Durchmesser auf, wobei Mittelpunkte des Außen- und Innenumfangs nicht miteinander übereinstimmen. Ein Winkel um einen Mittelpunkt des Außenumfangs zwischen einem dem Reaktionsgaseinlass am nächsten gelegenen Punkt und einer Position, wo die Breite des Spalts am kürzesten ist, ist nicht kleiner als -40° und weniger als 0°, wobei Winkel in einer Richtung einer Drehung des Suszeptors als positive Winkel definiert sind.
    • (6) Vorwärmring gemäß dem vorgenannten Punkt (5), wobei der Innenumfang des Vorwärmrings mit einer Kerbe versehen ist.
    • (7) Vorwärmring gemäß einem beliebigen der vorgenannten Punkte (5) bis (6), wobei der Vorwärmring eine ringförmige Struktur aufweist.
    • (8) Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers, umfassend: Zuführen eines Atmosphärengases und eines Wasserstoffgas als ein Trägergas enthaltenden Reaktionsgases zur Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß einem beliebigen der vorgenannten Punkte (1) bis (4) oder zu einer Epitaxialwachstumsvorrichtung, die den Vorwärmring gemäß einem beliebigen der vorgenannten Punkte (5) bis (7) umfasst.
  • (Vorteilhafte Wirkung)
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Epitaxialwachstumsvorrichtung bereitgestellt, die eine verbesserte Dickengleichmäßigkeit einer Epitaxieschicht bereitstellen kann.
  • Figurenliste
  • In den begleitenden Zeichnungen ist:
    • 1 eine Querschnittsansicht einer Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
    • 2 eine schematische Querschnittsansicht, die in unserer Studie gefundene Gasströme in der Nähe von Gasauslässen in einer Epitaxialwachstumsvorrichtung veranschaulicht.
    • 3 eine schematische Draufsicht, die eine beispielhafte Positionsbeziehung zwischen einem Suszeptor und einem Vorwärmring in der Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
    • 4A eine schematische Draufsicht, die einen bevorzugten Modus eines Vorwärmrings in der Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß einer nicht beanspruchten Implementierug der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
    • 4B eine schematische Draufsicht, die einen bevorzugten Modus eines Vorwärmrings in der Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß einer nicht beanspruchten Implementierung der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
    • 4C eine schematische Draufsicht, die einen bevorzugten Modus eines Vorwärmrings in der Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß einer nicht beanspruchten Implementierung der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
    • 5 ein Graph, der die Filmdickengleichmäßigkeit einer Epitaxieschicht in Experimentierbeispiel 1 angibt;
    • 6 ein Graph, der die Beziehung zwischen Abständen zwischen P1 und P2 und einer Abweichung im Dickenprofil einer Epitaxieschicht in Experimentierbeispiel 2 angibt.
    • 7A ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Winkel φ und einer Abweichung im Dickenprofil einer Epitaxieschicht in Experimentierbeispiel 3 angibt; und
    • 7B ein Graph, der die Beziehung zwischen Winkeln φ und einer Abweichung im Dickenprofil der Epitaxieschicht in Experimentierbeispiel 3 angibt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden Hubstifte der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Seitenverhältnisse einiger Elemente in den Zeichnungen übertrieben und die Elemente daher möglicherweise nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind.
  • (Epitaxialwachstumsvorrichtung)
  • Eine Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung lässt eine Epitaxieschicht in einer Gasphase auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers W wachsen. Hier schließt eine Epitaxialwachstumsvorrichtung 100 eine Kammer 10, einen Suszeptor 20 zum Anbringen eines Halbleiterwafers innerhalb der Kammer 10, einen Vorwärmring 60, der die Seite des Suszeptors 20 mit einem dazwischen angeordneten Spalt umgibt, und einen Reaktionsgaseinlass 15A zum Zuführen eines Reaktionsgases GP für ein Gasphasenwachstum einer Epitaxieschicht zur Vorderfläche des Halbleiterwafers W ein. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wie in 3 beispielhaft dargestellt, ist in der Epitaxialwachstumsvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform eine Breite w2 des Spalts wenigstens teilweise zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 länger als eine Breite w1 des Spalts zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses 15A. Details dieser Elemente werden der Reihe nach im Folgenden beschrieben.
  • <Kammer>
  • Die Kammer 10 schließt eine obere Kuppel 11, eine untere Kuppel 12 und eine Kuppelbasis 13 ein, wobei die Kammer 10 eine Epitaxieschichtbildungskammer definiert. Im Allgemeinen ist die Kammer 10 auch so mit dem Reaktionsgaseinlass 15A und einem Reaktionsgasauslass 16A an der Seite der Kammer 10 auf der Seite der oberen Auskleidung 17 jeweils zum Zuführen und Abführen des Reaktionsgases GP versehen, dass sie sich einander gegenüberliegen. Im Allgemeinen ist die Kammer 10 ferner so mit einem Atmosphärengaseinlass 15B und einem Atmosphärengasauslass 16B an der Seite der Kammer 10 auf der Seite der unteren Auskleidung 18 jeweils zum Zuführen und Abführen eines Atmosphärengases GA versehen, dass sie in einem Winkel zueinander stehen. Die Einlässe und Auslässe des Reaktionsgases GP und des Atmosphärengases GA sind in 1 der Einfachheit halber als auf derselben Querschnittsebene befindlich dargestellt, und die Einlässe für das Reaktionsgas GP und das Atmosphärengas GA können wie in 1 parallel zueinander positioniert sein.
  • <Suszeptor>
  • Der Suszeptor 20 ist ein scheibenförmiges Element zum Anbringen des Halbleiterwafers W innerhalb der Kammer 10. Im Allgemeinen weist der Suszeptor 20 drei Durchgangsbohrungen auf, die sich senkrecht von der Vorderfläche zur Rückfläche erstrecken und in einem Winkel von 120° radial voneinander beabstandet sind. Hubstifte 40A, 40B und 40C sind so konfiguriert, dass sie durch entsprechende Durchgangsbohrungen hindurchgehen. Es kann der Suszeptor 20 verwendet werden, der eine Dicke von etwa 2 bis 8 mm aufweist und aus Kohlenstoffgraphit als Basismaterial hergestellt und an seiner Oberfläche mit Siliziumkarbid (SiC) mit einer Vickershärte von 2.346 kgf/mm2 beschichtet ist. In der Oberfläche des Suszeptors 20 ist eine Stufe (nicht gezeigt) zum Aufnehmen und Stützen des Halbleiterwafers W vorgesehen.
  • <Vorwärmring>
  • Der Vorwärmring 60 umgibt die Seite des Suszeptors 20 mit einem dazwischen angeordneten Spalt. Der Vorwärmring 60 erwärmt das Reaktionsgas GP, bevor das Reaktionsgas GP unter Erwärmung durch von einer nicht gezeigten Halogenlampe ausgestrahltes Licht in die Epitaxieschichtbildungskammer eingeführt wird und mit dem Halbleiterwafer W in Berührung kommt. Der Vorwärmring 60 erwärmt auch den Suszeptor 20. Auf diese Weise verbessert der Vorwärmring 60 die thermischen Gleichmäßigkeiten des Suszeptors 20 und des Halbleiterwafers vor und während einer Filmbildung.
  • Ähnlich wie der Suszeptor 20 kann der Vorwärmring 60 verwendet werden, der aus Kohlenstoffgraphit als Basismaterial besteht und an der Oberfläche mit Siliziumkarbid (SiC) einer Vickershärte von 2.346 kgf/mm2 beschichtet ist. Der Vorwärmring 60 kann eine Dicke aufweisen, die gleich oder größer als die Dicke des Suszeptors 20 ist, und kann zum Beispiel eine Dicke von 2 bis 6 mm aufweisen. Ferner wird der Vorwärmring 60 vorzugsweise horizontal eingebaut, eine Neigung von etwa ± 1 Grad zur Horizontalen ist jedoch zulässig.
  • Die Breite des Spalts zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 in dieser Spezifikation wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Ausgehend vom Basispunkt A des Vorwärmrings 60, welcher der Punkt ist, der dem Reaktionsgaseinlass am nächsten liegt, wird die Breite des Spalts zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 an einer um θ Grad um den Mittelpunkt P1 des Außenumfangs des Vorwärmrings 60 im Uhrzeigersinn verschobenen Position als wθ bezeichnet. Wie in 3 dargestellt, werden die Spaltbreite (w0°) auf der stromaufwärtigen Seite und die Spaltbreite (w180°) auf der stromaufwärtigen Seite der Reaktionsgasströmung vom Basispunkt A aus jeweils besonders als w1 und w2 bezeichnet. Im Beispiel in 3 ist die Spaltbreite w2 an der dem Reaktionsgaseinlass gegenüberliegenden Position, d. h. auf der stromabwärtigen Seite der Reaktionsgasströmung, die längste Spaltbreite, während die Spaltbreite w1 auf der stromaufwärtigen Seite die kürzeste Spaltbreite ist. Im Allgemeinen, wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses des Vorwärmrings 60“ auf einen Bereich, der durch Verschieben der Position A, wo der Abstand zwischen dem Vorwärmring 60 und dem Reaktionsgaseinlass 15A, um ±45 Grad im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn um den Mittelpunkt P1 des Außenumfangs definiert ist, obwohl diese Definition je nach Form des Vorwärmrings 60 und der Lage des Reaktionsgaseinlasses variiert.. Im Allgemeinen wird das Reaktionsgas GP auf der stromaufwärtigen Seite eingeleitet und strömt in der durch den Pfeil in der Zeichnung angegebenen Richtung stromabwärts, obwohl es aufgrund der durch die Drehung des Suszeptors 20 induzierten Zentrifugalkraft beeinflusst werden kann.
  • Ferner wird, ähnlich wie bei den oben beschriebenen Spaltbreiten, wie in 3 dargestellt, die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz (Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser) des Vorwärmrings 60 an der um θ Grad um den Mittelpunkt P1 des Außenumfangs des Vorwärmrings 60 im Uhrzeigersinn verschobenen Position als Dθ bezeichnet. Ferner werden die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz des Vorwärmrings 60 (D0°) auf der stromaufwärtigen Seite und dessen Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz (D180°) auf der stromaufwärtigen Seite der Reaktionsgasströmung jeweils besonders als D1 und D2 bezeichnet.
  • Bei dieser Ausführungsform ist, mit Ausnahme eines Teils des Vorwärmrings 60 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses, ein längerer Spalt als die Spaltbreite zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses 15A wenigstens teilweise zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 bereitgestellt. Die technische Bedeutung dieser Konfiguration wird im Folgenden beschrieben.
  • Eine inhomogene Berührung des Reaktionsgases GP mit der Vorderfläche des Halbleiterwafers W in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses 15A kann reduziert werden, indem ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases GA in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses 15A reduziert wird. Eine Reduzierung eines derartigen Aufwärtsströmens wird zum Beispiel erreicht, indem ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases GA im Spalt zwischen dem Vorwärmring 60 und dem Suszeptor 20 in der Nähe des Reaktionsgasauslasses 16A absichtlich verstärkt wird, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Alternativ kann ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases GA in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses 15A auch durch absichtliches Verstärken eines Aufwärtsströmens des Atmosphärengases GA in anderen Bereichen als der Nähe des Reaktionsgasauslasses 16A reduziert werden, mit Ausnahme der Nähe des Reaktionsgaseinlasses 15A.
  • Durch Bereitstellen einer längeren Spaltbreite wenigstens teilweise zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 als der Spaltbreite zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses 15A wird somit ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases GA in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses 15A reduziert, was dazu beiträgt, eine inhomogene Berührung des Reaktionsgases GP mit der Vorderfläche des Halbleiterwafers W zu reduzieren. Dadurch kann die Dickengleichmäßigkeit einer mit der Epitaxialwachstumsvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform gebildeten Epitaxieschicht verbessert werden.
  • Zu diesem Zweck wird vorzugsweise die Spaltbreite zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 in der Nähe einer dem Reaktionsgaseinlass gegenüberliegenden Stelle (d. h. in der Nähe des Reaktionsgasauslasses) länger eingestellt als die Spaltbreite zwischen dem Suszeptor und dem Vorwärmring in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses. Besonders bevorzugt ist die Spaltbreite zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses am kürzesten, und die Spaltbreite zwischen dem Suszeptor und dem Vorwärmring in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses wird vorzugsweise allmählich in Richtung des dem Reaktionsgaseinlass gegenüberliegenden Bereichs reduziert. Ferner variiert die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz des Vorwärmrings 60 vorzugsweise radial.
  • Unter Bezugnahme auf die 3 und 4A bis 4C werden spezifische Beispiele beschrieben, die wie oben beschrieben Spaltbreiten bereitstellen. Die für diese Ausführungsform anwendbaren Formen des Vorwärmrings 60 sind jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
  • Vorzugsweise, wie in 3 dargestellt, weisen der Außen- und Innenumfang des Vorwärmrings 60 Kreisformen unterschiedlicher Durchmesser auf, und der Mittelpunkt P1 des Außenumfangs und der Mittelpunkt P2 des Innenumfangs stimmen nicht miteinander überein. Man könnte auch sagen, dass der Außenumfang und der Innenumfang des Vorwärmrings 60 voneinander versetzt sind. In diesem Fall ist die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz des Vorwärmrings 60 radial nicht konstant (d. h. sie variiert), wodurch ein längerer Spalt als die Spaltbreite w1 zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 bereitgestellt wird.
  • In diesem Fall können der Außenumfangsradius R1 und der Innenumfangsradius R2 des Vorwärmrings 60 jeweils etwa 220 bis 224 mm und etwa 187 bis 191 mm betragen. Ferner kann der Abstand zwischen dem Mittelpunkt P1 des Außenumfangs und dem Mittelpunkt P2 des Innenumfangs etwa 1 bis 3 mm betragen. Im Beispiel in 3 sind der Maximal- und Minimalwert der Spaltbreite zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 jeweils w2 und w1. Die minimale Spaltbreite w1 von 1 mm oder länger wird bevorzugt, um Bildung von Partikeln wegen einer Berührung des Suszeptors 20 mit dem Vorwärmring 60, wenn sich der Suszeptor 20 während eines Epitaxialwachstums radial dreht, zu verhindern. Andererseits ist die maximale Spaltbreite w2 zum Reduzieren eines Aufwärtsströmens des Atmosphärengases GA in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses vorzugsweise 3 mm oder länger.
  • Ferner ist, wie in der später zu beschreibenden 7A dargestellt, ein Winkel φ um den Mittelpunkt P1 des Außenumfangs zwischen einem Punkt A, der dem Reaktionsgaseinlass am nächsten liegt, und einer Position B, in der die Spaltbreite am kürzesten ist, nicht kleiner als -40° und weniger als 0°, wobei Winkel in einer Richtung einer Drehung des Suszeptors als positive Winkel definiert sind.
  • Ferner ist, wie in 4A, die für sich genommen keine beanspruchte Implementierung zeigt, dargestellt, vorzugsweise eine Kerbe am Innenumfang des Vorwärmrings 60 vorgesehen. Im Beispiel in 4A, obwohl die Mittelpunkte P des Außen- und Innenumfangs des Vorwärmrings 60 miteinander übereinstimmen, stellt die vorgesehene Kerbe die Spaltbreite w2 an der dem Reaktionsgaseinlass gegenüberliegenden Position bereit, die länger ist als die Spaltbreite w1 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses. Zum Beispiel kann die Spaltbreite w2 in der Nähe der Kerbe etwa 3 bis 10 mm betragen, und die Spaltbreite w1 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses kann etwa 1 bis 3 mm betragen. Ferner kann die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz D2 in der Nähe der Kerbe etwa 29 bis 33 mm betragen, und die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz D1 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses kann etwa 33 bis 34 mm betragen. Da die Kerbe ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases verstärkt, ist es in diesem Fall möglich, ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses zu reduzieren.
  • Alternativ wird, wie in 4B dargestellt, in einer nicht beanspruchten Implementierung auch bevorzugt, dass der Außenumfang des Vorwärmrings 60 eine Kreisform und der Innenumfang des Vorwärmrings 60 eine elliptische Form aufweist. Obwohl die Mittelpunkte P des Außen- und Innenumfangs des Vorwärmrings 60 im Beispiel in 4B übereinstimmen, erstreckt sich die kurze Achse des elliptischen Innenumfangs entlang der Richtung der Strömung des Reaktionsgases und die lange Achse des elliptischen Innenumfangs entlang der Richtung senkrecht zur Strömung des Reaktionsgases. In diesem Fall können die Spaltbreiten w1 und w2 in der Richtung der Strömung des Reaktionsgases etwa 1 bis 3 mm betragen, und die Spaltbreite w3 (W90°) im Bereich senkrecht zur Richtung der Strömung des Reaktionsgases kann etwa 3 bis 10 mm betragen. Weiterhin können die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenzen D1 und D2 in der Richtung der Strömung des Reaktionsgases etwa 33 bis 34 mm betragen, und die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz D3 (D90◦) im Bereich senkrecht zur Richtung der Strömung des Reaktionsgases kann etwa 29 bis 33 mm betragen. In diesem Fall verstärkt sich ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases an den Seiten der langen Achse des Vorwärmrings 60, was zum Reduzieren eines Aufwärtsströmens des Atmosphärengases in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses beiträgt.
  • Immer noch alternativ wird, wie in 4C dargestellt, bei einer nicht beanspruchten Implementierung auch bevorzugt, dass der Außenumfang des Vorwärmrings 60 eine Kreisform aufweist und der Innenumfang eine unrunde Form aufweist. Im Beispiel in 4C, obwohl die Mittelpunkte P des Außen- und Innenumfangs des Vorwärmrings 60 miteinander übereinstimmen, weist der Innenumfang in der linken Hälfte der Zeichnung eine Kreisform auf, und die Form des Innenumfangs in der rechten Hälfte ist teilweise elliptisch. Die Spaltbreite w2 an der dem Reaktionsgaseinlass gegenüberliegenden Position ist so eingestellt, dass sie länger ist als die Spaltbreite w1 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses. Im Falle dieses Beispiels wird ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases auch in der Nähe des elliptischen Innenumfangs verstärkt, was zum Reduzieren eines Aufwärtsströmens des Atmosphärengases in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses beiträgt. Im Falle von 4C kann die Spaltbreite w2 etwa 3 bis 15 mm betragen, und die Spaltweite w1 kann etwa 1 bis 3 mm betragen. Weiterhin kann die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz D2 etwa 26 bis 33 mm betragen, und die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz D1 kann etwa 33 bis 34 mm betragen. Alternativ kann, obwohl nur die rechte Hälfte des Innenumfangs in der Zeichnung in 4C einen elliptischen Umriss aufweist, eine ovale oder parabolische Form oder eine unrunde Form überall außer in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses bereitgestellt werden.
  • Verschiedene bevorzugte Modi des Vorwärmrings 60 wurden beschrieben. Solange jedoch eine längere Spaltbreite als die Spaltbreite zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses wenigstens teilweise zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 bereitgestellt ist, wird, wie oben beschrieben, ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses reduziert, was zu einer verbesserten Filmdickengleichmäßigkeit der Epitaxieschicht beiträgt.
  • Bei dieser Ausführungsform weist der Vorwärmring 60 vorzugsweise eine ringförmige Struktur mit einer kontinuierlich gekrümmten Struktur auf, wie oben unter Bezugnahme auf 3 und 4A bis 4C und andere Zeichnungen oder Beschreibungen beschrieben.
  • In der Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird vorzugsweise ein Siliziumwafer als der Halbleiterwafer W verwendet, und eine auf dem Siliziumwafer zu bildende Epitaxieschicht ist vorzugsweise eine Siliziumepitaxieschicht. Die Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist jedoch auch für Verbindungshalbleiterwafer und auch für Heteroepitaxialwachstum anwendbar.
  • Ferner kann die Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform eine Suszeptorstützwelle, Hubstifte, eine Hubwelle und Heizlampen aufweisen, die erörtert werden, und kann beliebige andere Elemente, die typischerweise bei Epitaxialwachstumsvorrichtungen verwendet werden, aufweisen. Diese Ausführungsform ist nicht auf diese spezifischen Modi beschränkt.
  • <Suszeptorstützwelle>
  • Die Suszeptorstützwelle 30 stützt den Suszeptor 20 von unten innerhalb der Kammer 10, und die Stützwelle davon ist ungefähr koaxial zur Mitte des Suszeptors 20.
  • <Hubstifte>
  • Die Hubstifte 40A, 40B und 40C gehen durch die entsprechenden Durchgangsbohrungen im Suszeptor 20 hindurch. Während die Hubstifte 40A, 40B und 40C von der Hubwelle 50 nach oben oder unten bewegt werden, stützen die oberen Enden der Hubstifte 40A, 40B und 40C den Halbleiterwafer W (50 % oder mehr im Radius der Rückseite des Halbleiterwafers W). Die Auf- oder Abwärtsbewegung der Hubstifte 40A, 40B und 40C bewirkt, dass der Halbleiterwafer W auf den Suszeptor 20 gesetzt oder von diesem abgenommen wird. Die Einzelheiten der Bewegungen werden ebenfalls später beschrieben. Ähnlich wie beim Suszeptor 20 wird im Allgemeinen Kohlenstoffgraphit und/oder Siliziumkarbid als Material für die Hubstifte 40A, 40B und 40C verwendet.
  • <Hubwelle>
  • Die Hubwelle 50 weist einen Hohlraum auf, der eine Hauptwelle der Suszeptorstützwelle 30 aufnimmt, und das Ende der Stützwelle ist dazu konfiguriert, die unteren Enden der Hubstifte zu stützen. Die Hubwelle 50 besteht vorzugsweise aus Quarz. Eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Hubwelle bewirkt, dass die Hubstifte 40A, 40B und 40C entlang der Hauptwelle des Suszeptorstützwelle 30 nach oben oder unten bewegt werden.
  • <Heizlampen>
  • Heizlampen sind im oberen und unteren Bereich der Kammer 10 angeordnet, und im Allgemeinen werden Halogen- oder Infrarotlampen verwendet, die höhere Temperaturerhöhungsraten und bessere Temperatursteuerbarkeiten aufweisen.
  • (Vorwärmring)
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung handelt es sich beim Vorwärmring um einen solchen, der die Seite des Suszeptors zum Anbringen eines Halbleiterwafers innerhalb einer Epitaxialwachstumsvorrichtung mit einem zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor angeordneten Spalt umgibt. Die Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz des Vorwärmrings variiert radial. Die Verwendung eines derartigen Vorwärmrings in einer Epitaxialwachstumsvorrichtung kann ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses für Epitaxie, wie oben beschrieben, reduzieren, was zu einer verbesserten Filmdickengleichmäßigkeit einer Epitaxieschicht beiträgt. Obwohl bevorzugte Modi eines derartigen Vorwärmrings unter Bezugnahme auf die vorgenannten 3 und 4 beschrieben werden, werden jegliche Wiederholungen der Beschreibungen einer Ausführungsform der Epitaxialwachstumsvorrichtung weggelassen.
  • Wie in 3 dargestellt, weisen der Außen- und Innenumfang des Vorwärmrings 60 vorzugsweise Kreisformen unterschiedlicher Durchmesser auf, und die Mittelpunkte P1 und P2 des Außen- und Innenumfangs stimmen vorzugsweise nicht miteinander überein. Ferner ist, wie in 4A dargestellt, der Innenumfang des Vorwärmrings 60 vorzugsweise mit einer Kerbe versehen. Weiterhin wird bevorzugt, dass der Außenumfang des Vorwärmrings 60 eine Kreisform und der Innenumfang des Vorwärmrings 60 eine elliptische Form aufweist.
  • Darüber hinaus schließt ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Zuführen eines Atmosphärengases und eines Wasserstoffgas als Trägergas enthaltenden Reaktionsgases zur oben beschriebenen Epitaxialwachstumsvorrichtung oder einer Epitaxialwachstumsvorrichtung, die die oben beschriebene Epitaxialwachstumsvorrichtung einschließt, ein, um eine Epitaxieschicht auf einem Halbleiterwafer epitaktisch wachsen zu lassen. Dadurch kann ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses für Epitaxie, wie oben beschrieben, reduziert werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Durchflussmenge zum Zuführen des Reaktionsgases einschließlich Wasserstoffgas als ein Trägergas 5 bis 100 slm, die Durchflussmenge zum Zuführen des Atmosphärengases 1 bis 50 slm betragen kann. Wasserstoffgas wird vorzugsweise als das Trägergas, Dichlorsilan oder Trichlorsilan vorzugsweise als ein Siliziumquellengas verwendet. Wasserstoffgas wird vorzugsweise als das Atmosphärengas verwendet. Ein Siliziumwafer wird vorzugsweise als der Halbleiterwafer W verwendet, und die auf dem Siliziumwafer zu bildende Epitaxieschicht ist vorzugsweise eine Siliziumepitaxieschicht.
  • BEISPIELE
  • Obwohl die folgenden Beispiele präsentiert werden, um die vorteilhaften Auswirkungen der vorliegenden Offenbarung zu verdeutlichen, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • «Experimentierbeispiel 1»
  • (Beispiel 1)
  • Der in 3 dargestellte Vorwärmring 60 wurde in eine Epitaxialwachstumsvorrichtung eingebaut. Ähnlich wie bei 3 wurde die Position mit der kürzesten Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz des Vorwärmrings 60 in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses bereitgestellt, und die Position mit der längsten Außendurchmesser-Innendurchmesser-Differenz des Vorwärmrings 60 wurde in der Nähe des Reaktionsgasauslasses bereitgestellt. Der Abstand zwischen den in 3 dargestellten Mittelpunkten P1 und P2 wurde auf 1,5 mm eingestellt, und die Spaltbreiten w1 und w2 zwischen dem Suszeptor 20 und dem Vorwärmring 60 wurden jeweils auf 2 mm und 5 mm eingestellt.
  • Ein mit Bor dotierter Siliziumwafer W mit einem Durchmesser von 300 mm wurde als das Siliziumepitaxialwafersubstrat verwendet. Aus diesem Siliziumwafer W wurde mit der Epitaxialwachstumsvorrichtung gemäß Beispiel 1 ein Epitaxialwafer hergestellt. Zum Herstellen des Epitaxialwafers wurde zunächst Trichlorsilangas als Rohstoffquellengas bei einer Temperatur von 1130 °C zugeführt, und eine Siliziumbeschichtung auf der Oberfläche des Suszeptors 20 bereitgestellt. Der Siliziumwafer W wurde dann in die Epitaxieschichtbildungskammer geführt und anschließend mit den Hubstiften am Suszeptor 20 angebracht. Danach wurde Wasserstoffgas bei 1130 °C zugeführt, um einen Wasserstoffbackvorgang durchzuführen. Eine Siliziumepitaxieschicht wurde dann bei 1130 °C auf eine Dicke von 4 µm wachsen gelassen, um einen Siliziumepitaxialwafer zu erhalten. Bei diesem Prozess wurden Trichlorsilan, Diboran und Wasserstoffgase jeweils als das Rohstoffquellengas, das Dotiergas und das Trägergas verwendet. Die Gesamtdurchflussmenge des Reaktionsgases GP (die Gesamtdurchflussmenge des Quellengases und des Trägergases) betrug 70 slm, und die Durchflussmenge des Atmosphärengases GA betrug 25 slm.
  • (Herkömmliches Beispiel)
  • Eine Epitaxieschicht wurde auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 1 gebildet, mit der Ausnahme, dass anstelle des Vorwärmrings 60 in Beispiel 1 ein ringförmiger Vorwärmring verwendet wurde, der nach dem Stand der Technik um einen Mittelpunkt punktsymmetrisch war. Es wird darauf hingewiesen, dass im Herkömmlichen Beispiel die Spaltbreite zwischen dem Vorwärmring und dem Suszeptor etwa 3,5 mm betrug und radial konstant war.
  • <Bewertungen: Messungen der Filmdicke der Epitaxieschichten>
  • Mit einem FT-IR-Filmdickenmessgerät (QS-3300EG von Nanometrics Incorporated.) wurden Filmdickenprofile der Epitaxieschichten auf den in Beispiel 1 und im Herkömmlichen Beispiel hergestellten Epitaxialwafern bestimmt. Die Ergebnisse sind in 5 veranschaulicht. Die Werte auf der vertikalen Achse im Graphen von 5 sind relative Werte. 5 zeigt, dass die Abweichung im Dickenprofil des Epitaxialwafers im Bereich außerhalb von 100 mm eine Verbesserung von ungefähr 58 % gegenüber der des Herkömmlichen Beispiels aufweist. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Abweichung“ auf die Abweichung von Werten am äußeren Umfangsbereich eines Wafers (der andere Bereich als der Bereich innerhalb von 100 mm im Radius von der Wafermitte), gemessen mit dem oben beschriebenen Filmdickenmessgerät, und wurde durch die folgende Gleichung bestimmt: { (maximaler Messwert - minimaler Messwert) / (maximaler Messwert + minimaler Messwert)} × 100 %. Dies wurde auch in den folgenden Experimentierbeispielen 2 und 3 verwendet.
  • «Experimentierbeispiel 2»
  • Ein Siliziumepitaxialwafer wurde auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Abstand zwischen dem Außenumfangsmittelpunkt P1 und dem Innenumfangsmittelpunkt P2 geändert wurde, aber der gleiche Außenumfangsradius R1 und Innenumfangsradius R2 des Vorwärmrings wie bei Beispiel 1 verwendet wurden. Die Beziehung zwischen den Abständen zwischen den Außen- und Innenumfangsmittelpunkten P1 und P2 und einer Abweichung im Dickenprofil ist in 6 angegeben. Ein Epitaxialwachstum fand nicht normal statt, wenn der Abstand zwischen dem Außenumfangsmittelpunkt P1 und dem Innenumfangsmittelpunkt P2 3 mm oder länger war, weil w1 fast null wurde und der Vorwärmring den Suszeptor berührte.
  • 6 zeigt an, dass eine breitere w2 bei Beispiel 1 eine verbesserte Abweichung im Filmdickenprofil im Bereich des Außenumfangs im Vergleich zum Herkömmlichen Beispiel aufwies, solange w1 nicht weniger als 1 mm betrug. Insbesondere wurde bestätigt, dass der Abstand zwischen dem Außenumfangsmittelpunkt P1 und dem Innenumfangsmittelpunkt P2 von 1 mm oder länger die Abweichung auf 0,6 % oder weniger verringerte. Es versteht sich, dass die Epitaxialvorrichtung gemäß den Bedingungen der vorliegenden Offenbarung ein Aufwärtsströmen des Atmosphärengases in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses in einer Epitaxialvorrichtung reduzierte, was zur Verbesserung der Filmdickengleichmäßigkeit beitrug.
  • «Experimentierbeispiel 3»
  • Wie in 7A dargestellt, wurde ein Siliziumepitaxialwafer auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Winkel φ; um den Außenumfangsmittelpunkt P1 zwischen dem Punkt A, der dem Reaktionsgaseinlass am nächsten liegt, und der Position B, an der die Spaltbreite zwischen dem Vorwärmring 60 und dem Suszeptor 20 am kürzesten war, verschoben wurde (ein Winkel φ von 0° wurde beim Beispiel 1 verwendet), während der gleiche Außenumfangsradius R1 und Innenumfangsradius R2 des Vorwärmrings von Beispiel 1 verwendet wurden. Der Kürze der Beschreibungen halber werden die in 3 verwendeten Bezugssymbole w1 (minimale Spaltbreite) und w2 (maximale Spaltbreite) auch in 7A zur Veranschaulichung der Positionsbeziehung zum Bereitstellen klarerer Kontraste verwendet. Somit erfüllte die Spaltbreite wφ zwischen dem Vorwärmring 60 und dem Suszeptor 20 am Punkt A, der dem Reaktionsgaseinlass am nächsten liegt, die Ungleichung: w1 < wφ < w2. Was den Winkel φ anbetrifft, repräsentieren negative Werte des Winkels φ im Gegenuhrzeigersinn vom Basispunkt A in Richtung der Position B, wo die Spaltbreite am kürzesten war, verschobene Winkel, während positive Werte des Winkels φ im Uhrzeigersinn vom Basispunkt A in Richtung der Position B der kürzesten Spaltbreite verschobene Winkel repräsentieren. Im Gegensatz zum Experimentierbeispiel 2 wurde der Abstand zwischen dem Außenumfangsmittelpunkt P1 und dem Innenumfangsmittelpunkt P2 auf 1,5 mm gehalten.
  • 7B veranschaulicht die Beziehung zwischen den Winkeln φ und einer Abweichung im Dickenprofil. Die Abweichung blieb innerhalb von 0,8 %, wenn der Winkel φ um den Mittelpunkt P1 zwischen dem Basispunkt A in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses und der Position B mit der kürzesten Spaltweite innerhalb von ±45° lag. Somit legt 7B nahe, dass die Abweichung im Dickenprofil reduziert werden könnte, wenn der Winkel φ in einem Bereich innerhalb von ±45° liegt. Insbesondere ergab ein Winkel φ von -40° bis +15° eine Abweichung im Dickenprofil von 0,6% oder niedriger, was auf hohe vorteilhafte Effekte hinweist. Es hat sich auch gezeigt, dass Winkel φ von weniger als 0° weitere vorteilhafte Effekte brachten. Die Drehung des Suszeptors im Uhrzeigersinn wurde als einer der Gründe angesehen, warum der Graph von 7B in Bezug auf einen Winkel φ von 0° nicht symmetrisch ist.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Epitaxialwachstumsvorrichtung bereitgestellt, die eine verbesserte Dickengleichmäßigkeit einer Epitaxieschicht bereitstellen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Epitaxialwachstumsvorrichtung
    10
    Kammer
    11
    obere Kuppel
    12
    untere Kuppel
    13
    Kuppelbasis
    14
    Heizlampe
    15A
    Reaktionsgaseinlass
    15B
    Atmosphärengaseinlass
    16A
    Reaktionsgasauslass
    16B
    Atmosphärengasauslass
    17
    obere Auskleidung
    18
    untere Auskleidung
    20
    Suszeptor
    30
    Suszeptorstützwelle
    40A, 40C
    Hubstift
    50
    Hubwelle
    60
    Vorwärmring
    W
    Halbleiterwafer

Claims (8)

  1. Epitaxialwachstumsvorrichtung (100), die für ein Gasphasenwachstum einer Epitaxieschicht auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers (W) verwendet wird, wobei die Epitaxialwachstumsvorrichtung (100) umfasst: eine Kammer (10), einen Suszeptor (20) zum Anbringen des Halbleiterwafers (W) innerhalb der Kammer (10), einen Vorwärmring (60), der eine Seite des Suszeptors (20) mit einem dazwischen angeordneten Spalt umgibt; und einen Reaktionsgaseinlass (15A) zum Zuführen eines Reaktionsgases für das Gasphasenwachstum einer Epitaxieschicht zu einer Vorderfläche des Halbleiterwafers (W), wobei eine Breite des Spalts wenigstens teilweise zwischen dem Suszeptor (20) und dem Vorwärmring (60) so eingestellt ist, dass sie länger ist als die Breite des Spalts zwischen dem Suszeptor (20) und dem Vorwärmring (60) in einer Nähe des Reaktionsgaseinlasses (15A), wobei eine Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser des Vorwärmrings (60) radial um den Vorwärmring variiert, wobei Außen- und Innenumfang des Vorwärmrings (60) Kreisformen unterschiedlicher Durchmesser aufweisen und Mittelpunkte des Außen- und Innenumfangs nicht miteinander übereinstimmen, und wobei ein Winkel um den Mittelpunkt des Außenumfangs zwischen einem dem Reaktionsgaseinlass (15A) am nächsten gelegenen Punkt und einer Position, wo die Breite des Spalts am kürzesten ist, nicht kleiner als -40° und weniger als 0° ist, wobei Winkel in einer Richtung einer Drehung des Suszeptors (20) als positive Winkel definiert sind.
  2. Epitaxialwachstumsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Breite des Spalts zwischen dem Suszeptor (20) und dem Vorwärmring (60) in einer Nähe einer dem Reaktionsgaseinlass (15A) gegenüberliegenden Seite länger ist als die Breite des Spalts zwischen dem Suszeptor (20) und dem Vorwärmring (60) in der Nähe des Reaktionsgaseinlasses (15A).
  3. Epitaxialwachstumsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Innenumfang des Vorwärmrings (60) mit einer Kerbe versehen ist.
  4. Epitaxialwachstumsvorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Vorwärmring (60) eine ringförmige Struktur aufweist.
  5. Vorwärmring (60) zum Umgeben einer Seite eines Suszeptors (20) zum Anbringen eines Halbleiterwafers (W) mit einem zwischen dem Vorwärmring (60) und dem Suszeptor (20) angeordneten Spalt innerhalb einer Epitaxialwachstumsvorrichtung (100), wobei eine Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser des Vorwärmrings (60) radial um den Vorwärmring variiert, wobei Außen- und Innenumfang des Vorwärmrings (60) Kreisformen unterschiedlicher Durchmesser aufweisen und Mittelpunkte des Außen- und Innenumfangs nicht miteinander übereinstimmen. wobei ein Winkel um einen Mittelpunkt des Außenumfangs zwischen einem einem Reaktionsgaseinlass (15A) am nächsten gelegenen Punkt und einer Position, wo die Breite des Spalts am kürzesten ist, nicht kleiner als -40° und weniger als 0° ist, wobei Winkel in einer Richtung einer Drehung des Suszeptors (20) als positive Winkel definiert sind.
  6. Vorwärmring (60) nach Anspruch 5, wobei der Innenumfang des Vorwärmrings (60) mit einer Kerbe versehen ist.
  7. Vorwärmring (60) nach einem beliebigen der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Vorwärmring (60) eine ringförmige Struktur aufweist.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers, umfassend: Zuführen eines Atmosphärengases und eines Wasserstoffgas als ein Trägergas enthaltenden Reaktionsgases zur Epitaxialwachstumsvorrichtung (100) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4 oder zu einer Epitaxialwachstumsvorrichtung (100), die den Vorwärmring (60) nach einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 7 umfasst, um eine Epitaxieschicht epitaktisch auf einem Halbleiterwafer wachsen zu lassen.
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