DE19622322C2 - Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase, die mit einem Waferhaltetisch zum Lagern eines Halbleiterwafers im Inneren einer Reaktionskammer und mit einer Heizeinrichtung ausgestattet ist, die unter dem auf dem Wafer­ haltetisch gelagerten Wafer angeordnet ist, um auf der Oberfläche eines Wafers in einem erwärmten Zustand aus der Dampfphase zu züchten.

Eine herkömmliche Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase ist z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 5-152207 bekannt. Bei dieser Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase wird ein aus der Dampfphase gezüchteter Film durch Erwärmen eines Heizelementes gebildet, das von einem Waferhalteelement gelagert und unter dem Waferhalteelement angeordnet ist. Beispielsweise ist ein sich nach oben erstreckender Hohlzylinder auf der Unterseite einer Basis montiert und eine Lagereinrichtung für die Heizeinrichtung ist auf der Oberseite des Zylinders montiert. Über der Lagereinrichtung für die Heizeinrichtung ist eine plattenartige Reflexionsplatte vorgesehen, in der die Heizeinrichtung aufgenommen ist, und eine Ausgleichsplatte ist auf deren Oberseite angeordnet. Die Oberseite der plattenartigen Reflexionsplatte ist über der Ausgleichsplatte angeordnet. An deren Oberseite greift ein ringartiger Waferhaltetisch an. An dem Innenumfang der Waferhalteplatte ist eine rückseitige Paßfläche ausgebildet, an der der Wafer angeordnet ist.

Der Druck in der Reaktionskammer dieser Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase wird auf 66, 67 bis 533,28 mbar (50 bis 400 Torr) reduziert, eine große Menge an Beschickungsgas wie Dichlorsilan und Trägergas wie Wasserstoff werden über einen Gaseinlaß eingeführt und der Vorgang des Züchtens aus der Dampfphase wird ausgeführt, wenn der Wafer auf eine Temperatur von etwa 1.150°C erwärmt ist.

Eine solche herkömmliche Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase hat einen Nachteil dahingehend, daß eine plattenartige Reflexionsplatte aus Molybdän unter der Heizeinrichtung vor­ gesehen ist, die eine Kontamination der Heizeinrichtung mit Verunreinigungen verursacht, was zu einer erheblichen Ver­ ringerung der Lebensdauer der Heizeinrichtung führt. Die verringerte Lebensdauer der Heizeinrichtung ist ein Nachteil bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Züchten der Dampfphase. Im Falle einer aus SUS und Quarz bestehenden Reflexionsplatte ist es andererseits unmöglich, nach der Wärmebehandlung mit einer wäßrigen Lösung aus HNO₃-HF auszuwaschen, da die Oberfläche einer solchen Reflexionsplatte gegenüber Korrosion mit der wäßrigen Lösung aus HNO₃-HF nicht resistent ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase anzugeben, mit einer Reflexionsplatte, die hinsichtlich der Wirksamkeit und des Erhalts der Reflexion selbst bei einer Wärmebehandlung optimiert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase gemäß Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Reflexionsplatte aus einem glasigen bzw. glasähnlichen ("glassy") Kohlenstoff gebildet wobei zumindest die der Heizeinrichtung gegenüber­ liegende Fläche der Reflexionsplatte eine Ober­ flächenrauhigkeit von Ra 0,001 bis 0,05 µm aufweist . Auch ein vorzugsweise vorgesehener Isolationszylinder wird aus glasigem Kohlenstoff oder Quarzglas gebildet. Die Oberfläche der aus glasigem Kohlenstoff hergestellten Reflexionsplatte ist glatt (nicht rauh), und hat daher einen hohen Reflexionswirkungsgrad.

Selbst wenn die Oberfläche der Reflexionsplatte ihre Glattheit durch die Wärmebehandlung verliert und der Reflexionswirkungsgrad verringert ist, kann die Oberfläche leicht mit einer wäßrigen Lösung aus HNO₃-HF ausgewaschen werden, da die Reflexionsplatte aus glasigem Kohlenstoff hergestellt ist. Die Oberfläche der Reflexionsplatte nimmt dann ihre ausgezeichnete Glattheit wieder an.

Der glasige Kohlenstoff, der für die vorliegende Erfindung vorzugsweise verwendet wird, ist ein harter Kohlenstoff mit einem glasartigen Erscheinungsbild, der z. B. durch Festkar­ bonisation eines wärmeaushärtenden Harzes gebildet ist. Vorzugs­ weise hat der glasige Kohlenstoff eine Rohdichte bzw. Fülldichte von 1,50 bis 1,60 g/cm³, wobei eine Rohdichte von weniger als 1,50 g/cm³ aufgrund der erhöhten Porosität zu einem schlechten Reflexionswirkungsgrad führt. Andererseits führt eine Rohdichte von mehr als 1,60 g/cm³ nicht mehr zu einem harten Kohlenstoff, was aufgrund der Partikelerzeugung zu einer verminderten Waferausbeute führt. Vorzugsweise ist die Biegefestigkeit des glasigen Kohlenstoffes 100 MPa oder größer. Eine Biegefestigkeit von weniger als 100 MPa führt bei der Behandlung von einigen hundert Wafern zu einer Verbiegung und zu einem Bruch der Reflexionsplatte. Weiterhin ist der spezifische Widerstand vorzugsweise in einem Bereich von 4.000 bis 4.400 µΩcm, die offene Porosität ist 0,1% oder kleiner, die Shorehärte 100 oder größer und als Reflexionsplatte ist die Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von 5 bis 10 W/mK.

In der deutschen Offenlegungsschrift 27 05 904 ist eine Vorrich­ tung zur Epitaxial-Züchtung von periodischen Halbleiterstrukturen aus der Gasphase beschrieben. Hierbei ist ein Schichtträger zwischen zwei Erhitzern angeordnet. Zwischen dem Schichtträger und jedem der Erhitzer ist eine Scheibe aus glasartigem Kohlen­ stoff angeordnet. Diese Scheiben sind zwecks Erreichen einer gleichmäßigen Erwärmung der gesamten Oberfläche des Schicht­ trägers aus einem wärmeleitenden Material, für das Graphit oder glasartiger Kohlenstoff angegeben sind, gefertigt. Darüber hinaus weist diese bekannte Vorrichtung Wärmeabschirmungen zur Reduzie­ rung von Wärmeverlusten vom Erhitzer zu weiter außen liegenden Flanschen auf. Die Abschirmungen werden aus Graphit, Molybdän, Quarz, das mit einer Kohlenstoffschicht überzogen ist, oder aus anderen Materialien gefertigt, die in bezug auf das Gasmedium innerhalb des Reaktors chemisch inert sind. Somit ist aus diesem Dokument zwar eine Verwendung von glasartigem Kohlenstoff bekannt, jedoch dienen die Scheiben aus diesem Material hier gerade nicht zur Reflexion von Wärme in Richtung des zu erwärmen­ den Wafers. Eine Reflexionswirkung des glasartigen Kohlenstoffs würde die Wärme bei dieser Vorrichtung gerade von dem zu erwärmenden Wafer wegreflektieren.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 43 837 ist eine Anordnung zum Herstellen eines Einkristalls bekannt, wobei der Kristall in einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze wächst. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Vorrichtung besteht der Tiegel aus glasartiger Kohle, deren Oberfläche von keinem der zur Anwendung kommenden Materialien praktisch benetzt wird. Der glasartige Kohlenstoff ist eine spezielle Art undurchlässiger Kohlenstoff-Formkörper. Er zeigt ein glasartiges Aussehen und weist die Vor- und Nachteile von Kohlenstoff und Glas auf. Die Formkörper aus glasartigem Kohlenstoff lassen sich mit einem hohen Reinheitsgrad herstellen. Eine Verwendung von Reflexions­ platten, insbesondere aus dem glasartigen Kohlenstoff, ist aus diesem Dokument jedoch nicht bekannt.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf ein Beispiel das Verfahren zum Herstellen einer Reflexionsplatte aus glasigem Kohlenstoff beschrieben. Zunächst wird ein Rohharz (z. B. Furanharz oder Phenolharz) in eine vorgeschriebene Form geformt und hiernach wird das geformte Harz bei 950°C in einer nicht oxidierenden Atmosphäre calciniert. Im Detail wird das Furanharz unter Zusatz von 0,1 Teilen eines Polymerisationspromotors polymerisiert, gegossen und in einer Gußform geformt.

Das geformte Harz wird erwärmt, um bei einer Temperatur von unterhalb 100°C auszuhärten. Hiernach wird das ausgehärtete Harz einem ersten Verarbeitungsvorgang ausgesetzt. Das verar­ beitete Produkt wird der ersten Calcinierung bei einer Temperatur von etwa 1.000°C in einer nicht oxidierenden Atmosphäre gefolgt von einer zweiten Calcinierung bei einer Temperatur von etwa 2.000°C ausgesetzt. Dann wird das calcinierte Produkt einem zweiten Verarbeitungsvorgang ausgesetzt und poliert, vorzugsweise diamantpoliert. Das polierte Produkt wird einer Purifikations­ behandlung bei einer Temperatur von 2.000°C oder mehr in einer Halogengasatmosphäre ausgesetzt.

Die Oberflächenrauhigkeit der Reflexionsplatte auf zumindest der der Heizeinrichtung gegenüberliegenden Seite ist in einem Bereich von Ra 0,001 bis 0,05 µm, um einen großen Reflexionswirkungsgrad zu erreichen. Eine noch kleinere Ober­ flächenrauhigkeit als Ra 0,001 µm führt hinsichtlich des Reflexionswirkungsgrades nicht zu einem bemerkenswerten Unter­ schied und erhöht die Verarbeitungskosten erheblich (um mehr als das Zehnfache). Eine größere Oberflächenrauhigkeit als Ra 0,05 µm führt zu einem erheblich verminderten Reflexionswirkungs­ grad.

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

An der Unterseite einer Basis 10 ist ein Hohlzylinder 11 montiert, der sich hierdurch nach oben erstreckt. Die Oberseite des Hohlzylinders 11 ist mit einer Lagereinrichtung 12 für eine Heizeinrichtung 16 versehen. Die Heizeinrichtung 16 ist an der Lagereinrichtung 12 über eine Anordnung aus wenigstens einem Isolationsstab 13, einer Reflexionsplatte 14 und wenigstens einem weiteren Isolationsstab 15 montiert. Die Reflexionsplatte 14 ist aus dem oben erwähnten glasigen Kohlenstoff gebildet und umfaßt einen scheibenartigen Boden und eine zylindrische Seitenwand, die einstückig mit dem Außenumfang der Scheibe ausgebildet ist, so daß die Reflexionsplatte 14 die Form eines flachen Gefäßes aufweist. Das untere Ende des Hohlzylinders 11 ist mit einer Abdeckung 18 geschlossen. Eine mit der Heizein­ richtung 16 verbundene Leistungsversorgungsleitung 17 ist in dem Hohlzylinder 11 vorgesehen und erstreckt sich durch die Abdeckung 18. Die Heizeinrichtung 16 unterstützt ein schnelles Erwärmen auf eine Temperatur von 1.000°C oder mehr.

Eine drehbare Hohlwelle 20 ist um den Außenumfang des Hohl­ zylinders 11 herum vorgesehen. Die drehbare Hohlwelle 20 ist über Lager 21 drehbar und unabhängig von dem Hohlzylinder 11 an der Basis 10 montiert. Eine Riemenscheibe 22 ist an der drehbaren Hohlwelle 20 festgelegt und wird über einen Riemen 23 von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Motor ange­ trieben.

Das obere Ende der drehbaren Hohlwelle 20 erstreckt sich in das Innere einer Reaktionskammer 25, die auf der Oberseite der Basis 10 durch einen Gockentopf 24 gebildet ist, der in der Figur nur teilweise gezeigt ist. Eine Lagerscheibe 27 aus Kohlenstoff ist an dem oberen Ende der drehbaren Hohlwelle 20 über Längskeile ("keys") 26 festgelegt. An der Lagerscheibe 27 ist ein aus Quarzglas, Kohlenstoff oder Keramik bestehender Lagerring 28 montiert, so daß er einstückig mit der Lagerscheibe 27 drehbar ist.

Der Lagerring 28 erstreckt sich über die Heizeinrichtung 16 hinaus nach oben und umgibt die Lagereinrichtung 12, die Reflexionsplatte 14 und die Heizeinrichtung 16.

Am oberen Ende des Lagerrings 28 ist eine Stufe 31 ausgebildet, an der eine ringförmige Waferlagereinrichtung 32 angreift. Ein Wafer W ist an einer Stufe 33 gelagert, die an dem oberen Innenumfang der Waferlagereinrichtung 32 ausgebildet ist. Der von der Waferlagereinrichtung 32 gelagerte Wafer W ist gegenüber der Heizeinrichtung 16 mit einem vorbestimmten Abstand ange­ ordnet.

Ein Isolationszylinder 40 ist koaxial außerhalb des Lagerrings 28 angeordnet, wobei ein gewisser Spalt zwischen diesen Elementen vorgesehen ist. Der Isolationszylinder 40 besteht aus Quarzglas oder aus glasigem Kohlenstoff.

Im folgenden wird der Betrieb der beschriebenen Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase beschrieben.

Die Heizeinrichtung 16 wird zur Wärmeerzeugung mit Leistung versorgt und die drehbare Hohlwelle 20 wird gedreht, wodurch die Waferlagereinrichtung 32 und der Wafer W gedreht werden. Der Wafer W und die Waferlagereinrichtung 32 werden von der Heizeinrichtung 16 erwärmt.

Die Waferlagereinrichtung 32 dient dazu, den Wafer W unter Aufrechterhaltung eines gewissen Spaltes gegenüber der Heizein­ richtung 16 zu lagern und die Temperaturverteilung über die gesamte Fläche des Wafers W ausgehend vom Zentrum zu dessen Außenumfang zu vereinheitlichen, indem die Waferlagereinrichtung 32 Wärme von der Heizeinrichtung 16 aufnimmt und die Wärme an den Umfangsabschnitt des Wafers W abgibt, um eine Absenkung der Temperatur des Wafers W am Umfangsabschnitt zu vermeiden.

Der Wafer wird schnell auf die vorgeschriebene Temperatur zum Züchten aus der Dampfphase erwärmt, z. B. auf 1.000°C oder mehr, worauf ein Reaktionsgas von oben (in Fig. 1) zugeführt wird, um das Züchten aus der Dampfphase einzuleiten. Im vorliegenden Fall wird ein aus der Dampfphase gezüchteter Film nicht nur auf der Oberfläche des Wafers W sondern auch auf der Oberfläche der Waferlagereinrichtung 32 gebildet.

Eine Reflexionsplatte aus isotropem Kohlenstoff erzeugte im Vergleich zu einer Reflexionsplatte aus glasigem Kohlenstoff Dukte, so daß die Verwendung der Reflexionsplatte nach dem Züchtungsvorgang an nur einem Wafer nicht mehr zu verwenden war. Im Gegensatz hierzu war die Reflexionsplatte aus glasigem Kohlenstoff selbst nach Züchtungsvorgängen an tausend Wafern noch verwendbar.

Insbesondere bei einer Vorrichtung zur Züchtung aus der Dampf­ phase, die für schnelle Temperaturanstiege von 800 bis 1.150°C innerhalb von 90 Sekunden geeignet ist, wird die Ausbeute der Dicke des aus der Dampfphase gezüchteten Films bei Verwendung einer Reflexionsplatte aus glasigem Kohlenstoff gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase auf einer Oberfläche eines Wafers (W) in einem erwärmten Zustand, wobei der Wafer (W) mit einer Waferlagereinrichtung (32) innerhalb einer Reaktionskammer (25) gelagert wird, und wobei die Vorrichtung zum Züchten aus der Dampfphase eine Heizeinrichtung (16) unter dem von der Waferlagereinrichtung (32) gelagerten Wafer (W) aufweist, und wobei eine Re­ flexionsplatte (14) zum Reflektieren von zumindest von der Heizeinrichtung (16) nach unten abgestrahlter Wärme vorgesehen ist,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsplatte (14) aus glasigem Kohlenstoff hergestellt ist und daß zumindest die der Heizeinrichtung (16) gegenüberliegende Fläche der Reflexionsplatte (14) eine Oberflächenrauhigkeit von Ra 0,001 bis 0,05 µm aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (16) derart steuerbar ist, daß sie innerhalb von 90 Sekunden auf eine Temperatur von 800-1.150°c aufheizen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der glasige Kohlenstoff eine Rohdichte von 1,50 bis 1,60 g/cm³ und eine Biegefestigkeit von 100 MPa oder mehr aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsplatte (14) einen scheibenartigen Boden und eine zylindrische Seitenwand aufweist und daß die Heizeinrichtung (16) in dem hierdurch gebildeten zylindrischen Raum vorgesehen ist.