DE3531789C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Träger gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der DE-AS 15 21 601 ist ein beheizbarer Trägerkörper für monokristalline Silicium-Wafer beschrieben, dessen Kernmaterial aus Kohlenstoff besteht und der mit Silicium beschichtet ist.

Aus der US-PS 33 40 110 ist ein Substrathalter aus Graphit bekannt, der mit einer nicht ausgasenden Schicht aus Si-SiC- Keramik beschichtet ist.

Aus der US-PS 39 25 577 sind korrosionsbeständige Graphitheizkör­ per bekannt, die hohe thermische Emissionseigenschaften haben und die aus isotropem Graphit bestehen, das mit SiC infiltriert und mit einer Schicht von SiC überzogen ist.

Alle zuvor genannten Entgegenhaltungen betreffen also einen Träger oder Heizkörper, auf den eine Siliciumschicht, eine SiC- Schicht oder eine Si-SiC-Schicht aufgebracht ist. Diese Schichten können aber leicht von der Oberfläche des Trägerkörpers oder Substrathalters abblättern, da ein deutlicher Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht. Dies verschlechtert die mechanischen Eigenschaften und vergrößert die Gasdurchlässigkeit sowie die Kohlenstoffablösung auf den jeweiligen Schichten.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen Träger für die Herstellung einer Silicium-Halbleiterscheibe durch Beschichten in einem CVD-Verfahren zu schaffen, der eine hohe mechanische Festigkeit und Gas-Impermeabilität besitzt und bei dem die im CVD-Verfahren aufgebrachten Schichten nicht ohne weiteres wieder abblättern.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff.

Allgemein gesprochen hat der zur Verwendung bei dieser Erfindung vorgesehene Träger eine derart geeignete Größe, daß er für die übliche in-line oder kontinuierliche CVD-Beschichtung oder Ablagerung verwendet werden kann.

Der Träger wird auf einer seiner Oberfläche mit mindestens einer Haltevertiefung für das Halten einer Halbleiter­ scheibe versehen.

Die Haltevertiefung für den erfindungsgemäßen Träger kann auf übliche Weise hergestellt werden, beispielsweise durch maschinelle Bearbeitung o. ä.. Falls erforderlich, kann die Haltevertiefung auch durch Pressen gebildet werden.

Die Größe der Haltevertiefung hängt von der Größe der darauf aufzubringenden Silicium-Halbleiterscheibe ab. Ins­ besondere da der Träger aus Si-SiC-Keramik hergestellt wird, ist er von physikalischen Defekten frei, die bislang bei üblichen Laminatsstrukturen auftraten, und er kann die Haltevertiefung während der Beschichtung mit extrem großer Dimensionsgenauigkeit beibehalten, insbesondere im Falle eines Trägers mit großer Haltevertiefung für eine Silicium-Halbleiterscheibe von 15 cm oder mehr.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Träger durch Imprägnieren von SiC mit einer vorgegebenen Menge von metallischem Silicium gebildet, das eine hohe Reinheit hat, wobei der Träger eine hohe mechanische Festigkeit besitzt und für Gas undurchlässig ist. Es besteht hier keine Sorge, daß das Trägermaterial entweder Gase erzeugt, welche Verunreinigungen in die Atmosphäre einleiten oder die Schaffung der gewünschten elektrischen Eigenschaften in der Silicium-Halbleiterscheibe verhindern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erlautert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine in-line oder kontinuierliche CVD-Vorrichtung, welche Träger einsetzt; und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in der CVD-Vor­ richtung von Fig. 1 eingesetzten Trägers.

Fig. 1 zeigt einen Träger 3, der fest oder lösbar an einem Förderband 5 angebracht ist, das durch einen Reaktor 4 einer CVD-Vorrichtung 1 läuft. Das Förderband 5 wird um zwei angetriebene Rollen 6 und 7 geführt und dreht sich so, daß das obere, laufende Trum 8 in Richtung des Pfeils B bewegt wird, wenn sich die Rollen in Richtung A drehen.

Jeder der Träger 3, der an der Oberseite oder Außenseite des endlosen Förderbandes 5 angebracht ist, hat die Form einer Platte mit einer Breite w von 175 mm, einer Länge l von 400 mm und einer Dicke d von 5 mm und ist mit zur Halterung vorgesehenen Vertiefungen 10 und 11 ausgestat­ tet, die Durchmesser von jeweils 12,5 cm und eine Tiefe von 0,3 mm an der Außenseite 9 haben, d. h. der Seite, die nicht mit dem Förderband 5 in Berührung steht. Die Vertiefungen 10 und 11 sind beispielsweise durch maschi­ nelle Bearbeitung hergestellt.

Der Träger 3 besteht aus einem Material, das gesintertes SiC aufweist, welches mit 7 bis 25 Gew.% Si oder metalli­ schem Si auf Basis des Gesamtgewichts imprägniert ist.

Ehe der Träger 3 in den CVD-Reaktor in der CVD-Vorrichtung 1 eingeführt wird, werden Silicium-Halbleiterscheiben 2 von im wesentlichen gleichem Durchmesser (15 cm) wie die Vertiefungen 10 oder 11 auf die Träger 3 in die Vertie­ fungen 10 und 11 mit einer Dicke von 0,6 bis 0,7 mm automatisch oder von Hand eingebracht.

Da der Träger 3 eine Si-SiC-Keramik ist, hat er im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Silicium-Halbleiterscheibe 2. Dementsprechend kön­ nen die Durchmesser der Vertiefungen 10, 11 des Trägers 3 im wesentlichen gleich groß wie der Durchmesser der Silicium-Halbleiterscheibe gewählt sein, so daß die Sili­ cium-Halbleiterscheibe 2 gerade in die Vertiefung 10 oder 11 hineinpaßt.

Die in die Vertiefungen 10 oder 11 des Trägers 3 in der Bestückungsstation C eingebrachten Silicium-Halbleiter­ scheiben 2 werden in den Reaktor 4 durch Drehung des Förderbandes 5 in Richtung des Pfeils B eingeleitet, womit eine Drehung der Rollen 6, 7 in Richtung des Pfeils A verbunden ist. Beispielsweise werden SiH₄, H₂ oder ähn­ liche Gase von einer Einleitvorrichtung 13 in den Reaktor 4 eingeleitet, durch eine nicht dargestellte Gaszirkula­ tionsvorrichtung im Reaktor 4 umgewälzt und dann durch eine ebenfalls nicht dargestellte Ablaßvorrichtung abge­ lassen, so daß die Silicium-Halbleiterscheibe 2 in dem Reaktor 4 durch das CVD-Verfahren beschichtet werden kann, beispielsweise mit Si.

Im Träger 3, dessen Poren des gesinterten SiC gemäß Erfindung mit metallischem Silicium von hoher Reinheit mit nicht weniger als 7 Gew.% basierend auf dem Gesamtgewicht des Trägers 3 imprägniert sind, wird eine einfache Sub­ stanz von Si im wesentlichen vollständig in die Poren eingefüllt und es tritt keine wirkliche Desorption der Verunreinigungen in den Poren auf und das atmosphärische Gas im Reaktor 4 wird kaum verunreinigt. Da ferner das in die Poren des gesinterten SiC bei dem Träger 3 eingefüllte Si auf nicht mehr als 25 Gew.% basierend auf dem Gesamt­ gewicht des Trägers 3 beschränkt ist, ist die mechanische Festigkeit des Trägers 3 verhältnismäßig hoch. Wenn auf den Träger 3 eine Kraft ausgeübt wird, beispielsweise an den Stellen 3a oder 3b der Rollen 6 oder 7 in Fig. 1, dann besteht keine Sorge, daß der Träger 3 verformt oder beschädigt wird.

Eine Heizung 4 ist zur Heizung der Silicium-Halbleiter­ scheiben 2 auf eine vorgegebene Temperatur vorgesehen, die vom Inneren des Förderbandes 5 durch den Träger 3 erfolgen soll und die Heizung 14 weist eine Wärmequelle 15 und eine Wärmeverteilungsplatte 16 auf, die als Wärmequelle zur Schaffung einer gleichmäßigen Temperatur über einen großen Bereich dient, wenn sie von der Wärmequelle 15 beheizt wird. Die Wärmequelle 15 kann eine Induktionswärmequelle, eine Widerstandswärmequelle oder eine Infrarot-Strahlungs­ quelle sein. Die Wärmeverteilungsplatte 16 ist beispiels­ weise ein Quarzglas.

Bei der CVD-Vorrichtung 1 besteht aufgrund der Tatsache, daß der Träger 3 im wesentlichen gleichförmige Si-SiC-Ke­ ramik aufweist, d. h. im Hinblick auf eine Makrobetrachtung ein gleichförmiges Material ist, eine geringere Wahr­ scheinlichkeit einer Verformung o. ä. und der Träger 3 kann daher eine Wärmeleitung für die Silicium-Halbleiterschei­ ben 2 in den Vertiefungen 10 oder 11 auf vorgegebene Temperaturen gewährleisten. Da der erfindungsgemäße Träger 3 ferner bei Makrobetrachtung eine gleichförmige Si-SiC-Ke­ ramik aufweist, hat der Träger 3 etwa das gleiche Maß an Wärmeleitfähigkeit wie die Silicium-Halbleiterscheibe 2. Dementsprechend kann die Silicium-Halbleiterscheibe 2 von der Seite des Trägers 3 vollständig erwärmt werden.

Da jeder Träger 3 im wesentlichen gleichmäßig und homogen geformt ist, sind die Eigenschaften für jeden der Träger 3 etwa identisch und die Temperatur für jede der Halbleiter­ scheiben 2 kann bei der CVD-Vorrichtung 1 im wesentlichen gleich eingestellt werden. Demnach kann die Oberfläche der in die zur Halterung dienenden Vertiefungen 10 oder 11 des Trägers 3 eingesetzten und von diesen getragenen Halblei­ terscheiben 2 auf eine vorgegebene Temperatur sicher eingestellt und gehalten werden, wodurch nach dem CVD-Ver­ fahren ein Film von vorgegebener Zusammensetzung und gleichmäßiger, vorgegebener Dicke beschichtet werden kann.

Die Silicium-Halbleiterscheibe 2, die in dem Reaktor 4 mit dem CVD-Film beschichtet wird, wird zusammen mit dem Träger 3 aus dem Reaktor 4 herausgeführt und anschließend vom Träger 3 am Ausgabeteil der Austragestation D abgenom­ men.

Bei der CVD-Vorrichtung 1 kann eine Infrarot-Strahlungs­ quelle o. ä. wahlweise an der Stelle 17 der Vorrichtung 3 angeordnet sein, so daß die Erwärmung auch oder nur von oben erfolgen kann.

Bei der Bildung einer Siliciumschicht auf der Silicium-Halbleiterscheibe 2 kann die Temperatur der Halbleiterscheibe 2 auf etwa 1200°C einge­ stellt werden, so daß eine Reaktion zwischen SiCl₄ und H₂ oder zwischen SiH₂Cl₂ und H₂ erfolgen kann.

Wenn die Temperatur der Silicium-Halbleiterscheibe 2 auf etwa 800°C eingestellt wird, dann kann die Reaktion zwischen SiH₄ und NH₃, SiH₂Cl₂ und NH₃ o. ä. zur Bildung eines Si₃N₄-Films herangezogen und eine Reaktion zwischen SiH₄, CO₂ und H₂ oder eine Reaktion zwischen SiCl₄, CO₂ und H₂ kann für die Bildung der SiO₂-Schicht verwendet werden.

Die Art des Reaktionsgases und die Temperatur der Silicium-Halbleiterscheibe kann wahlweise je nach Art des aufzubringenden Films oder der aufzubringenden Schicht verändert werden.

Beispiele und Vergleichsbeispiel

Es wurde eine Platte aus Si-SiC-Keramik mit einer Breite von 175 mm, eine Länge von 400 mm und einer Dicke von 5 mm mit 12 Gew.% metallischem Silicium verwendet und minde­ stens eine zur Halterung dienende Vertiefung von 12,5 cm Durchmesser wurde in einer Oberfläche eingearbeitet, um den Träger 3 mit Vertiefungen 10 oder 11 zur Verwendung einer in-line oder kontinuierlichen CVD-Beschichtung gemäß Fig. 2 zu schaffen (Beispiel 1).

Auf gleiche Weise wurde der Träger für ein Vergleichsbei­ spiel 1 aus einem Substrat der gleichen Größe wie oben beschrieben hergestellt und mit einer Cr₂O₃-Schicht zu Ver­ gleichszwecken versehen.

Auf gleiche Weise wurden Träger für die in-line oder kontinuierliche CVD-Beschichtung mit haltenden Vertiefun­ gen von jeweils 10 cm Durchmesser (Beispiel 2) und mit 15 cm Durchmesser (Beispiel 3) hergestellt. Es wurde eine in-line oder kontinuierliche CVD-Beschichtung der Silicium-Halbleiterscheibe mit der CVD-Vorrichtung von Fig. 1 in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Trägern (Beispiel 1, 2, 3) und mit dem Vergleichsbeispiel durchge­ führt.

Bei allen Trägern des Vergleichsbeispiels 1 war die Cr₂O₃-Schicht nach 10-maliger Verwendung der Träger teilweise abgelöst und die Träger konnten kaum mehr benutzt werden.

Bei den erfindungsgemäßen Trägern aus Siliciumcarbid wur­ den jedoch keine Materialveränderungen festgestellt, und zwar selbst nicht nach 1000-maligem Gebrauch.

Während bei den bekannten Trägern die Abmessungen der Vertiefungen nach 10-maligem Gebrauch stark schwankten, wenn die Vertiefungen größer als 12,5 cm waren (Vergleichs­ beispiel 1), traten bei den erfindungsgemäßen Tragern keine dimensionellen Veränderungen auf.

Wenn eine CVD-Schicht durch die CVD-Vorrichtung 1 auf der Silicium-Halbleiterscheibe gebildet wird, nachdem die Ver­ tiefung verändert wird, indem der Träger in dem Vergleichsbeispiel 1, das die größte Veränderung in der Vertiefung zeigt, verwendet wird, kann eine CVD-Schicht von gleichmäßiger Dicke nicht ohne weiteres gebildet werden, da der Kontakt zwischen der Halbleiterscheibe und dem Träger unvollständig wird, um die Temperatur an der Oberfläche der Halbleiterscheibe für jede Scheibe verän­ derlich zu machen, oder die Richtung der Halbleiterscheibe verändert sich für jede Scheibe und führt zu einem Unterschied in der Art des Kontaktes zwischen Gasstrom und Halbleiterscheibe. Während ferner Unterschiede in der Dicke der CVD-Schicht zwischen den Halbleiterscheiben von 6 bis 9% bei der Verwendung von Trägern nach dem Vergleichs­ beispiel 1 betrugen, hauptsächlich weil es nicht leicht ist, genau gesteuerte Abmessungen oder Vertiefungsformen in dem Träger zu bilden und weil es nicht vermieden werden kann, daß die Träger des Vergleichsbeispiels 1 Unterschiede in den Abmessungen oder in der Form der Vertiefungen untereinander haben können, die zu Unterschieden im Kon­ takt der Vertiefung mit den darin liegenden Halbleiter­ scheiben haben, waren die Unterschiede nur 2 bis 4% groß und es wurde bei der Erfindung ein gleichmäßigere und bessere CVD-Schicht mit geringer Streuung auf dem Träger 3 gebildet, der aus der Siliciumcarbidplatte gebildet ist.

Dann wurden zum Vergleich ein Si-SiC-Träger mit 35 Gew.% metallischem Silicium (Vergleichsbeispiel 2) und ein Si-SiC-Träger mit 3 Gew.% metallischem Silicium (Ver­ gleichsbeispiel 3) auf die gleiche Weise wie der Träger nach dem vorhergehenden Beispiel 1 hergestellt und es wurde eine in-line oder kontinuierliche CVD-Beschichtung in der gleichen Weise wie das vorhergehende Beispiel 1 auf der Silicium-Halbleiterscheibe durchgeführt.

Dabei wurden keine Veränderungen oder Unterschiede im Material und in der Form bei allen erfindungsgemäß herge­ stellten Trägern festgestellt und zwar selbst nicht nach Verwendung über etwa 100 Stunden.

Andererseits brach der Träger nach dem Vergleichsbeispiel 2 an einem Endabschnitt aufgrund des großen Anteils von metallischem Si und der geringeren mechanischen Festigkeit und weil der Träger nicht richtig aufgesetzt oder die Halbleiterscheibe nicht richtig am Träger angebracht war, so daß diese Träger nach mehr als 10-maligem Gebrauch nicht mehr verwendbar waren.

Bei dem Träger nach dem Vergleichsbeispiel 3 war der Anteil an metallischem Si gering und der restliche Teil Kohlenstoff im Material reagierte mit der Silicium-Halb­ leiterscheibe während des CVD-Verfahrens und lieferte einen unerwünschten Effekt in bezug auf die elektrischen Eigenschaften der als Chip verwendeten Silicium-Halbleiter­ scheibe.

Wie oben in Einzelheiten beschrieben, hat der erfindungs­ gemäße Träger eine verbesserte mechanische Festigkeit und verbesserte Dimensionsstabilität, kann viele Male verwen­ det werden, gestattet die Beschichtung mit einem gleich­ mäßigen Film, der auf die Silicium-Halbleiterschicht nach dem CVD-Verfahren beschichtet oder aufgebracht werden kann und er ist für Gas extrem undurchdringbar, wodurch es möglich ist, eine Silicium-Halbleiterscheibe mit den ge­ wünschten elektrischen Eigenschaften ohne Verunreinigung der Halbleiterscheibe zu schaffen.

Claims (5)

1. Träger zur Verwendung bei der in-line-Aufbringung auf eine Silicium-Halbleiterscheibe in einem chemischen Aufdampf­ verfahren, mit einer Si-SiC-Keramik, die metallisches Silicium von hoher Reinheit enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Si-SiC-Keramik gesintertes SiC aufweist, das in seinen Poren mit metallischem Si imprägniert ist.

2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Si-SiC-Keramik nicht weniger als 7 Gew.% metallisches Si enthält.

3. Träger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Si-SiC-Keramik nicht mehr als 25 Gew.% metallisches Si enthält.

4. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinheit des metallischen Si nicht geringer als 99 Gew.% ist.

5. Träger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinheit des metallischen Si nicht geringer als 99,9 Gew.% ist.