DE2034152C3

DE2034152C3 - Device for depositing layers of inorganic material, in particular semiconductor material

Info

Publication number: DE2034152C3
Application number: DE19702034152
Authority: DE
Inventors: Peter 8012 Riemerling Eichler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-07-09
Filing date: 1970-07-09
Publication date: 1979-04-26
Also published as: DE2034152A1; DE2034152B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten aus anorganischem Material, insbesondere Halbleitermaterial, auf Scheiben aus anorganischem Material, insbesondere Halbleiterscheiben, die auf einer Unterlage aus einer elektrisch leitenden Heizerplatte aus inertem Material aufliegen und durch die in dieser Platte induktiv erzeugten elektrischen Ströme auf die für die Abscheidung erforderliche hohe Temperatur erhitzt werden, bei der die — Heizenergie liefernde — Hochfrequenzspule um das die Heizerplatte und die Scheiben enthaltende, von einem die Abscheidung bei hoher Temperatur bewirkenden Reaktionsgas durchströmte zylindrische oder prismatische Reaktionsgefäß gewickelt istThe invention relates to a device for depositing layers of inorganic material, in particular semiconductor material, on wafers made of inorganic material, in particular semiconductor wafers, which rest on a base made of an electrically conductive heater plate made of inert material and due to the electrical currents inductively generated in this plate on those for the deposition required high temperature are heated, at which the - heating energy supplying - high-frequency coil the one containing the heater plate and the disks, one effecting the high temperature deposition Reaction gas flowing through cylindrical or prismatic reaction vessel is wound

Solche Anordnungen sind an sich bekannt Sie werden vor allem zum Abscheiden einkristalliner Halbleiter-Schichten auf einkristallinen Halbleiterscheiben des gleichen Materials verwendet Der Vorteil einer solchen Anordnung ist vor allem darin zu sehen, daß mit Ausnahme der Heizerplatte und der zu beschichtenden Scheiben keine weiteren Körper im Innern des aus isolierendem Material, »vie Quarz, bestehenden Reaktionsgefäßes angeordnet werden müssen. Es besteht ferner die Möglichkeit die Wandungen des Reaktionsgefäßes mit einem Kühlmantel zu versehen, sofern dieser ebenso wie das Reaktionsgefäß aus isolierendem Material, beispielsweise aus Quarz oder Plexiglas, bestehtSuch arrangements are known per se. They are used primarily for depositing single-crystal semiconductor layers used on single crystal semiconductor wafers of the same material The advantage of such Arrangement can mainly be seen in the fact that with the exception of the heater plate and the one to be coated There are no disks in the interior of the reaction vessel, which is made of an insulating material such as quartz must be arranged. It is also possible to provide the walls of the reaction vessel with a cooling jacket, provided that this as well as the reaction vessel made of insulating material, for example made of quartz or plexiglass, consists

Bei solchen Anordnungen ist es nun erstrebenswert eine möglichst gleichmäßige Temperatur über die einzelnen, auf der Heizerplatte liegenden Halbleiterscheiben zu sichern. Mit dieser Aufgabe befaßt sich die vorliegende Erfindung.In such arrangements, it is desirable to have a temperature that is as uniform as possible over the to secure individual semiconductor wafers lying on the heater plate. This is the task of the present invention.

Die Erfindung sieht zu diesem Zweck vor, daß die Windungen der Hochfrequenzspule in ihrer gegenseitigen Lage durch isolierende Abstandshalter fixiert sind und daß die die Scheiben tragende Heizerplatte senkrecht zu ihrer Ausdehnung in Achsenrichtung des Reaktionsgefäßes und der Induktionsspule gegen ihre — etwa mit der vertikalen Symmetrieebene der Spule und des Reaktionsgefäßes zusammenfallende — vertikale Symmetrieebene stetig oder stufenartig verjüngt istThe invention provides for this purpose that the turns of the high-frequency coil in their mutual Position are fixed by insulating spacers and that the heater plate carrying the panes perpendicular to their extension in the axial direction of the reaction vessel and the induction coil against their - Coinciding approximately with the vertical plane of symmetry of the coil and the reaction vessel - vertical Plane of symmetry is tapered continuously or step-like

Aus Symmetriegründen wird man vornehmlich diese Verjfingiing ebenfalls symmetrisch zu der besagten Symmetrieebene ausgestalten. Man kommt dann etwa zu dem aus den F i g. 1 und 2 ersichtlichen Querschnittsprofil der Heizerplatte, während im Längsschnitt dieser Platte keine augenfälligen Veränderungen vorgesehen sind. Vielmehr wird zum Zwecke der Vergleichmäßigung der Temperatur in Längsrichtung und damit in Strömungsrichtung des Reaktionsgases vorgesehen, die Windungen der Induktionsspule so anzuordnen und zu fixieren, daß auch in Längsrichtung ein gleichmäßiges Temperaturprofil resultiertFor reasons of symmetry, this Verjfingiing is primarily also symmetrical to the said one Design the plane of symmetry. One then comes, for example, to the one from FIGS. 1 and 2 apparent cross-sectional profile the heater plate, while no obvious changes are provided in the longitudinal section of this plate are. Rather, for the purpose of equalizing the temperature in the longitudinal direction and thus in Direction of flow of the reaction gas provided to arrange the windings of the induction coil and to fix that a uniform temperature profile also results in the longitudinal direction

Dies geschieht, indem die Windungen der Induktionsspule an ihren Enden dichter als in ihrem zentralen Teil liegen.It does this by making the turns of the induction coil are closer at their ends than in their central part.

Weiter kann es vorteilhaft sein, die Induktionsspule als ein von einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel durchflossenes Rohr auszugestalten und mit einer Isolation, beispielsweise aus einer Kunststoff- oder Lackschicht, zu versehen. Die Kühlung hat dann auch die Aufgabe, ein Verbrennen der Isolation zu verhindern. It can also be advantageous to use the induction coil as one of a liquid or gaseous coolant design through-flow pipe and with an insulation, for example made of a plastic or Lacquer layer to be provided. The cooling then also has the task of preventing the insulation from burning.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich gleichmäßige Temperaturprofile auf der die zu beschichtenden Scheiben tragenden Oberseite der Heizerplatte erzielen. Diese Oberseite ist entweder eben oder hat den aufzunehmenden Scheiben entsprechende Ausnehmungen. Die gemäß der ErfindungThe measures according to the invention allow uniform temperature profiles on the Achieve coating discs bearing top of the heater plate. That top is either flat or has recesses corresponding to the disks to be accommodated. According to the invention

vorzunehmende Verjüngung wird ausschließlich durch Ausnehmungen an der Unterseite der Heizerplatte bewirktThe tapering to be made is exclusively through recesses on the underside of the heater plate causes

Sie stellt einen Graben von homogenem Querschnitt dar, der in Richtung der Achse des horizontalen Reaktionsrohres und damit auch in Längsrichtung der ebenfalls länglichen Heizplatte verläuft Dw Heizplatte kann am Boden des Reaktionsrohres frei aufliegen oder liegt auf einem frei beweglichen QuarzgestelLIt represents a trench of homogeneous cross-section, running in the direction of the axis of the horizontal Dw heating plate runs through the reaction tube and thus also in the longitudinal direction of the likewise elongated heating plate can lie freely on the bottom of the reaction tube or lie on a freely movable quartz frame

In der F i g. 3 ist eine der Erfindung entsprechende Vorrichtung stiiematisch dargestellt Das aus Quarz bestehende zylindrische oder quaderförmige Reaktionsgefäß 1 ist an seinen Enden mit einer Zuführung 2 für das frische Reaktionsgas und einer Abführung 3 für das verbrauchte Reaktionsgas versehen. Außerdem sind mindestens diejenigen Teile des Reaktionsgefäßes, die sich während des Betriebes stark erhitzen, doppelwandig ausgestaltet, so daß ein Kühlmantel 4 für ein strömendes Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, gebildet ist Die Induktionsspule 5 ist auf das Reaktionsgefäß aufgewickelt, und ihre Windungen sind mittels Abstandshalter 6, z.B. aus keramischem Material oder TeP.on, in ihrer Lage fixiert Die Windungen dieser Spule 5 sind zweckmäßig an den Enden der Spule dichter als im zentralen Teil der Spule angeordnet Symmetrisch zur mittleren Querschnittsebene der Spule ist nur im Innern des Reaktionsgefäßes 1 eine beispielsweise aus siliciumcarbidisiertem hochreinem Graphit bestehende Heizerplatte 7 angeordnet, die sich zweckmäßig vollständig innerhalb des Spulenbereiches befindet Diese Heizerplatte wird nebst den auf ihr angeordneten und zu beschichtenden Halbleiterscheiben 8, beispielsweise Siliciumscheiben, im Betrieb von dem an der Stelle 2 in das Reaktionsgefäß gelangenden Reaktionsgas umströmt. Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Verjüngung der Heizerplatte 7 ist senkrecht zur Zeichenebene vorgesehen. Sie ist in Fig.3 nicht erkennbar.In FIG. 3 is one according to the invention The device is shown stiiematically consisting of quartz cylindrical or cuboid reaction vessel 1 is at its ends with a feed 2 for provided the fresh reaction gas and an outlet 3 for the used reaction gas. Also are at least those parts of the reaction vessel that become very hot during operation are double-walled designed so that a cooling jacket 4 for a flowing coolant, in particular cooling water, is formed The induction coil 5 is wound on the reaction vessel, and its turns are by means of spacers 6, e.g. made of ceramic material or TeP.on, fixed in place Coil 5 are expediently arranged closer to the ends of the coil than in the central part of the coil Only in the interior of the reaction vessel 1 is one symmetrical to the central cross-sectional plane of the coil for example from silicon carbidized high purity Graphite existing heater plate 7 arranged, which is expediently completely within the coil area This heater plate is located in addition to the semiconductor wafers that are arranged on it and are to be coated 8, for example silicon wafers, in operation from the one arriving at point 2 in the reaction vessel Reaction gas flows around. The in the F i g. 1 and 2 shown tapering of the heater plate 7 is vertical intended for the plane of the drawing. It cannot be seen in FIG.

Die Abstandshalter 6 zwischen den Windungen der Induktionsspule 5 sind derart ausgestaltet daß sie die Windungen mindestens teilweise konkav umfassen und sich an deren Oberfläche anschmiegen. Zweckmäßig sind zwischen zwei benachbarten Windungen mindestens je zwei Abstandhalter vorgesehen, die gleichmäßig längs des Umfangs verteilt sind (vgL Fig.4). Gegebenenfalls kann auch eine Verankerung s»n der Außenwand des Reaktionsgefäßes 1 bzw. des Kühlmantels 4 zweckmäßig sein.The spacers 6 between the turns of the induction coil 5 are designed such that they the At least partially concave windings and cling to their surface. Appropriate are provided between two adjacent turns at least two spacers that evenly are distributed along the circumference (see Fig. 4). If necessary, an anchoring can also be used The outer wall of the reaction vessel 1 or of the cooling jacket 4 can be expedient.

Wenn mit Kühlmantel gearbeitet wird, können die Abstandshalter auch aus Kunststoff bestehen. Gegebenenfalls können sie dann zu einem einzigen sowohl die Windungen der Induktionsspule als auch die an ihr angrenzenden Teile des Reaktiocsgefäßes 1 einhüllenden Kunststoffmantel zusammengefaßt sein, sofern ausreichend Möglichkeit gewährleistet isi, das Innere des Reaktionsgefäßes 1 zu überwachen.
An dem der Eintrittsstelle 2 zugewandten Ende können ⁷.ur weiteren Temperaturvergleichmäßigung in Längsrichtung die Windungen noch dichter als am anderen Ende gewickelt sein. Hierdurch wird der im allgemeinen niedrigeren Temperatur des frischenIf a cooling jacket is used, the spacers can also be made of plastic. If necessary, they can then be combined into a single plastic jacket enveloping both the windings of the induction coil and the adjacent parts of the reaction vessel 1, provided that there is sufficient possibility of monitoring the interior of the reaction vessel 1.
At the point of entry 2 facing end ⁷ can .ur further temperature equalization in the longitudinal direction of the turns as to be wound at the other end more densely. This will result in the generally lower temperature of the fresh

to Reaktionsgases gegenüber dem die Apparatur verlassenden Reaktionsgas Rechnung getragen. Die Anzahl der Windungen der Induktionsspule bestimmen sich nach der insgesamt zuzuführenden Leistung. Eine enge Anordnung ihrer Windungen unterdrückt die durch dieto reaction gas compared to the reaction gas leaving the apparatus into account. The number of the turns of the induction coil are determined by the total power to be supplied. A close one Arrangement of their turns suppresses the through the

is Struktur der Spule bedingten Temperaturinhomogenitäten in Längsrichtung der Heizerplatte.is structure of the coil caused by temperature inhomogeneities in the longitudinal direction of the heater plate.

Zusammenfassend und ergänzend läßt sich also folgendes feststellen:
Zur Abscheidung von Schichten auf Halbleiter- und sonstigen Scheiben aus der Gasphase, z. B. Silicium, S13N4 oder SiO₂, in sogenannten Horizontalreaktoren mit Hochfrequenzheizung, wird gemäß der Erfindung ein exakt einstellbares und reproduzierbares Temperaturprofil der zur Beheizung der Substratscheiben zu verwendenden Heizerplatte, insbesondere Graphitplatte (Suszeptoren), erzielt Da aber die Seiten von Platten mit rechteckigem Querschnitt durch erhöhte Abstrahlung immer kälter sind als ihre Mitte, wird dieser Temperaturunterschied durch entsprechende Formgebung aufgehoben. Das Temperaturprofil in Längsrichtung hängt stark von dem Abstand der einzelnen Windungen der Hochfrequenzspule ab. Durch Festlegung der Windungen und durch die beschriebene Formgebung der Heizerplatten lassen sich die besagtenIn summary and in addition, the following can be stated:
For the deposition of layers on semiconductor and other wafers from the gas phase, e.g. B. silicon, S13N4 or SiO ₂ , in so-called horizontal reactors with high frequency heating, according to the invention, an exactly adjustable and reproducible temperature profile of the heater plate to be used to heat the substrate wafers, in particular graphite plate (susceptors), is achieved because the sides of plates with a rectangular cross-section are always colder than their center due to increased radiation, this temperature difference is canceled out by appropriate shaping. The temperature profile in the longitudinal direction depends heavily on the distance between the individual turns of the high-frequency coil. By defining the windings and by shaping the heater plates as described, said

Compensate for temperature differences in full.

Ergänzend zu dem Obigen wird noch auf eine weitere wichtige Ausbildung der Erfindung hingewiesen, die in der Anwendung auswechselbarer Abstandshalter aus isolierendem Material, beispielsweise Teflon, Eternit oder Keramik, besteht Durch Anwendung unterschiedlicher Abstandshalter bei ein und derselben Apparatur und Induktionsspule, die zu diesem Zweck entsprechend verformbar sein muß, lassen sich verschiedene Abstände einstellen, so daß auch das Temperaturprofil in Längsrichtung bei derselben Anordnung betriebsmäßig in definierter Weise variiert werden kann. Weiter kann der Temperaturausgleich an dem Träger und Heizer 7 in Längsrichtung auch durch eine ähnliche Querschnittsänderung in Längsrichtung erfolgen, wie sie gemäß der Erfindung in Querrichtung vorgesehen und in den F i g. 1 und 2 dargestellt istIn addition to the above, reference is made to a further important embodiment of the invention, which is shown in the use of exchangeable spacers made of insulating material, for example Teflon, Eternit or ceramic, consists of using different spacers in one and the same apparatus and induction coil, which must be appropriately deformable for this purpose, can be set at different distances set so that the temperature profile in the longitudinal direction is operational with the same arrangement can be varied in a defined way. Furthermore, the temperature compensation on the carrier and heater 7 in The longitudinal direction can also be carried out by a similar change in cross-section in the longitudinal direction, as is the case according to FIG Invention provided in the transverse direction and in FIGS. 1 and 2 is shown

In addition 1 BJatt drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for depositing layers of inorganic material, in particular semiconductor material, on wafers made of inorganic material, in particular semiconductor wafers, which are on a Place a pad made of an electrically conductive heater plate made of inert material and through the in this plate inductively generated electrical currents to the high required for the deposition Temperature are heated at which the heating energy supplying high frequency coil around the heater plate and one containing the wafers, one effecting high temperature deposition Reaction gas flowing through cylindrical or prismatic reaction vessel is wound, thereby characterized in that the turns of the high frequency coil in their mutual position are fixed by insulating spacers, and that the cross-section of the bearing the discs Heater plate perpendicular to its expansion in the axial direction of the reaction vessel and the Induction coil is tapered steadily or in steps towards the center of the cross-section

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the taper by a trench-like Recess on the underside of the panes to be coated on their upper side Heater rod is generated

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the top of the heater plate is even

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the otherwise flat top of the Heater plate for receiving the individual panes to be coated certain and other Has recesses adapted to size and shape

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the between the Windings of the induction coil provided and made of insulating material spacers are interchangeable and the induction coil itself with regard to their winding spacing by Deformation is changeable.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the induction coil consists of a twisted metal tube through which a coolant flows

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the induction coil is provided with a coating of insulating material

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the turns of the Induction coil at the ends are arranged closer than in the central part of the coil.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the turns of the induction coil the end facing the entry point of the fresh reaction gas closer than the opposite end Are arranged at the end.