DE3851627T2

DE3851627T2 - Reaktionskammer und chemischer dampfniederschlag.

Info

Publication number: DE3851627T2
Application number: DE3851627T
Authority: DE
Inventors: Albert E Ovias
Original assignee: Advanced Semiconductor Materials America Inc
Current assignee: ASM America Inc
Priority date: 1987-06-24
Filing date: 1988-06-17
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2008-06-18
Also published as: JP2679833B2; ATE111969T1; US4846102A; JPH03500064A; EP0368900A4; DE3851627D1; EP0368900A1; WO1988010324A1; EP0368900B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft verbesserte Reaktionskammern zur Verwendung bei Systemen mit chemischer Dampfabscheidung (CVD) und spezieller betrifft sie Reaktionskammern zur Verwendung bei Systemen für epitaktische Abscheidung zum Bearbeiten jeweils nur eines einzigen Wafers.

Beschreibung des Standes der Technik

Chemische Dampfabscheidung (CVD) ist die Ausbildung einer stabilen Verbindung auf einem beheizten Substrat oder einem Wafer durch eine thermische Reaktion oder durch Zersetzung bestimmter gasförmiger Verbindungen. Epitaktisches Wachstum ist eine spezielle Art von CVD, die erfordert, daß sich die Kristallstruktur des Wafers durch die abgeschiedene Schicht hindurch fortsetzt.
Die Grundkomponenten jedes CVD-Systems sind eine Reaktionskammer, die den oder die zu bearbeitenden Wafer aufnimmt, ein Gassteuerabschnitt, ein Zeit- und Folgesteuerabschnitt, eine Heizquelle und eine Komponente zum Handhaben des ausströmenden Mediums. Die Reaktionskammer sorgt für eine überwachte Umgebung für sichere Abscheidung stabiler Verbindungen. Die Kammerbegrenzung kann aus Quarz, rostfreiem Stahl, Aluminium oder sogar einem Teppich nichtreagierenden Gases (wie Stickstoff) bestehen. Käufliche Reaktionskammern für epitaktische Abscheidung können von einem von drei Typen sein, hauptsächlich abhängig von der Gasströmung. Bei horizontalen Systemen strömt das Gas horizontal in ein Ende der Reaktionskammer ein, es strömt über die Wafer, und es strömt am anderen Ende aus. Bei vertikalen Systemen fließt das Gas vertikal von oben her zu den Wafern, und der Aufnehmer wird normalerweise rotiert, um für gleichmäßigere Verteilungen der Temperaturen des Gases zu sorgen. Bei einem zylindrischen oder Trommel-Reaktionsgefäßsystem, strömt das Gas vertikal von oben her in die Kammer ein und läuft über die Wafer auf einem rotierenden Aufnehmer.
Das Beheizen in einem CVD-System mit kalter Wand wird durch Hochfrequenz (HF)-Energie, Strahlungsenergie im Ultraviolett (UV)- oder im Infrarot(IR)-Band oder durch Widerstandsheizung erzielt. Bei einem HF-beheizten Aufnehmer wird die in einer HF-Spule vorhandene Energie in einen mit Siliciumcarbid beschichteten Kohlenstoffaufnehmer eingekoppelt, und die Wafer werden durch Leitung erwärmt. UV- oder IR-Strahlungserwärmung wird unter Verwendung von Lampen hoher Intensität ausgeführt, um die Wafer und ihre Halter aufzuheizen. Die Kammerwände müssen gekühlt werden, um einen großen Temperaturanstieg der Reaktionskammer zu verhindern. Bei einem System für epitaktische Abscheidung ist eine sorgfältig überwachte Umgebung erforderlich, damit die epitaktische Abscheidung stattfindet.
Zu den verschiedenen Gasen, wie sie in einer Epitaxie-Reaktionskammer verwendet werden, gehören ein nichtreagierendes Spülgas, wie es zu Beginn und am Ende jeder Abscheidung verwendet wird, wenn die Reaktionskammer nach jedem Lauf zur Atmosphäre hin geöffnet wird. Das nichtreagierende Spülgas, im allgemeinen Stickstoff, schwemmt unerwünschte Gase aus der Reaktionskammer aus. Ein Trägergas wird vor, während und nach jedem tatsächlichen Wachstumszyklus verwendet. Es wird mit den Gasen vermischt, die für das Ätzen, das Wachstum oder das Dotieren eines Wafers zuständig sind. Am häufigsten wird Wasserstoff als Trägergas verwendet, obwohl manchmal auch Helium verwendet wird. Ätzgase können vor der tatsächlichen epitaktischen Abscheidung verwendet werden, um von der Oberfläche eines Wafers eine dünne Schicht Silicium zusammen mit irgendwelchen Fremdstoffen oder vorhandenen Kristallschäden abzutragen. Das Ätzen schafft atomare Stellen zur Keimbildung oder zum Auslösen des epitaktischen Abscheidungsprozesses. Zu Quellengasen für epitaktische Abscheidungen gehören Silan (SiH&sub4;), Dichlorsilan (SiH&sub2;Cl&sub2;), Trichlorsilan (SiHCl&sub3;) und Siliciumtetrachlorid (SiCl&sub4;). Zu Dotiergasen, wie sie bei epitaktischer Abscheidung normalerweise verwendet werden, gehören Arsin (AsH&sub3;), Phosphin (PH&sub3;) und Diboran (B&sub2;H&sub6;). Das Ätzgas ist im allgemeinen HCl.
Zu Schwierigkeiten, wie sie allen bekannten CVD-Systemen innewohnen, insbesondere bei epitaktischer Abscheidung, gehören: ungleichmäßige Abscheidung auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Wafers; das Vorliegen von Verunreinigungen in der Reaktionskammer vor dem Bearbeiten; Wandabscheidungen, die an den Innenwänden der Reaktionskammer ausgebildet sind; die Abscheidung reagierender Chemikalien am beheizten Aufnehmer und dessen Trägerstruktur; unzureichende Gasströmungseigenschaften; lange Bearbeitungszeiten und ungleichmäßige Abscheidungen aufgrund ungesteuerter Gasgeschwindigkeitsprofile oder gasdichte Profile.
Diese Schwierigkeiten werden mit dem modernen Trend weg von Chargenbearbeitungssystemen zu Prozessen mit einem einzigen Wafer oder einem Substrat jeweils zu einer Zeit noch bedeutsamer. Bei einem Einzelwafer-Bearbeitungssystem kann nicht dasselbe Gasvolumen, wie es normalerweise durch eine Reaktionskammer mit vielen zu bearbeitenden Wafern strömt, verwendet werden, da für einen Wafer zu viel Reaktionsgas verbraucht würde. Die Zykluszeiten zum Verarbeiten einer Charge sind bei weitem zu lang für Einzelwaferbearbeitung. Ein Einzelwaferprozeß erfordert eine schnellere Abscheidungsrate, um die Zykluszeit zu minimieren. Bei Einzelwaferbearbeitung bilden sich die Abscheidungen von Reaktionsnebenprodukten viel schneller pro Wafer aus, als bei Chargenbearbeitung. Käufer fordern zunehmend verringerte Partikelverunreinigung.
Diese Schwierigkeiten werden durch die Vorrichtung von Anspruch 1 überwunden.
Eine Reaktionskammer verfügt über eine Deckplatte, eine Bodenplatte parallel zur Deckplatte, Seiten, die die Deck- und die Bodenplatte miteinander verbinden, um einen hohlen Innenraum von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt festzulegen, einen Reaktionsgaseinlaß an einem Ende der Reaktionskammer sowie einen Gasauslaß am entgegengesetzten Ende der Rektionskammer, um aus diesem die Gase auszulassen. Ein einen Hohlraum festlegender Topf steht von der Bodenplatte aus nach unten, um einen Aufnehmerträger aufzunehmen, um einen Aufnehmer entweder leicht über, in oder leicht unter der Ebene der Bodenplatte zu positionieren. Die Verwendung des Topfs zum Positionieren des Aufnehmers ermöglicht es, den Abstand zwischen der Deck- und der Bodenplatte auf etwa die Hälfte des normalen Abstands zu verringern, um für eine verringerte Querschnittsfläche zu sorgen. Die verringerte Querschnittsfläche ermöglicht es, die Geschwindigkeit der Reaktionsgase, die mit gleichmäßiger Strömungsrate zugeführt werden, stark zu erhöhen, was die Bearbeitungszeit stark verkürzt, wie sie für einen Vorgang mit epitaktischer Abscheidung erforderlich ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Reaktionskammer ist eine erweiterte Kammer stromabwärts in bezug auf den Aufnehmer vorhanden, um den Aufnehmer und eine Einrichtung zum Tragen des Aufnehmers aufzunehmen, und um für leichten Zugriff zum Aufnehmer und seiner Trägerstruktur zu sorgen.
Ein Quarzausflußrohr oder eine Platte mit nach innen gekrümmter Kante kann dazu verwendet werden, einen Teil des Umfangs des Aufnehmers zu umschließen, um für einen engen Spalt dazwischen zu sorgen. Die nach innen gekrümmte Kante kann so geformt oder bemessen sein, daß sie den Spalt in der Mitte entlang der Längsachse der Reaktionskammer deutlich verkleinert und den Spalt in beiden Richtungen zu den Seiten der Kammer verbreitert, um das Geschwindigkeitsprofil der Gase in ein vorgegebenes Profil zu formen, um die Gleichmäßigkeit der Abscheidung auf einem Wafer zu optimieren.
Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine verbesserte Reaktionskammer bei der Einzelwaferverarbeitung mit chemischer Dampfabscheidung zu schaffen. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Steuern des Geschwindigkeitsprofils des Reaktionsgases zu schaffen, um eine gleichmäßige Abscheidung auf einem Wafer zu gewährleisten. Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einzelwafer- CVD-Reaktionskammer mit kurzer Verarbeitungszeit und ohne Vergeudung von Reaktionsgasen zu schaffen. Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einzelwafer-CVD-Reaktionskammer zu schaffen, die Abscheidungen unter dem Aufnehmer verringert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verringern der Reaktionsgasströmung zu schaffen, wie sie pro Wafer verbraucht wird.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Wafers innerhalb einer Reaktionskammer mit einem Einlaßende und einem Auslaßende zu schaffen. Der Wafer wird auf einem Aufnehmer gehalten, der stromabwärts einer Endkante liegt, die den Beginn eines Topfs festlegt, in dem der Aufnehmer untergebracht ist. Das Geschwindigkeitsprofil von Reaktionsgas wird geformt, wenn es über den Wafer und durch einen Spalt strömt, der zwischen der Endkante und dem Aufnehmer ausgebildet ist. Der Spalt weist im mittleren Abschnitt eine vorgegebene Breite auf, und er verfügt in den entgegengesetzten Querrichtungen über zunehmende Breite. Die Strömungsrate des Reaktionsgases kann stromabwärts in bezug auf den Aufnehmer dadurch verringert werden, daß für eine Zweifachhöhe der Reaktionskammer gesorgt wird, die über einen hinteren Teil vom Einlaß bis zur Endkante und einen hinteren Teil von der Endkante bis zum Auslaß verfügt, wobei der hintere Teil einen Querschnitt aufweist, der ungefähr das Doppelte desjenigen des vorderen Abschnitts ist.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann deutlich, wenn die Beschreibung derselben fortschreitet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird mit größerer Detailliertheit und Klarheit in bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Teilquerschnitt durch eine Reaktionskammer für epitaktische Abscheidung ist;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der in Fig. 1 dargestellten Reaktionskammer ist;
Fig. 3 ein Querschnitt für ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Reaktionskammer für epitaktische Abscheidung ist;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der in Fig. 3 dargestellten Reaktionskammer ist;
Fig. 5 ein Teilquerschnitt ist, der eine Quarzplatte zeigt, die auf der Bodenplatte der in Fig. 1 dargestellten Reaktionskammer angeordnet ist;
Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung eines in Fig. 5 eingekreisten Teils ist;
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung eines anderen in Fig. 5 dargestellten eingekreisten Teils ist;
Fig. 8 eine Draufsicht auf den Aufnehmer, den Wafer und die Quarzplatte ist, wie in Fig. 5 dargestellt;
Fig. 9 ein Querschnitt ist, der eine Quarzplatte zeigt, die auf der Bodenplatte der in Fig. 3 dargestellten Reaktionskammer angeordnet ist; und
Fig. 10 eine Teildraufsicht auf die Quarzplatte und den Aufnehmer ist, wie in Fig. 9 dargestellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN

AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 1 veranschaulicht einen Querschnitt durch eine Reaktionskammer für epitaktische Abscheidung, die hier als Reaktionskammer 11 mit verringerter Fläche und tiefem Topf bezeichnet wird. Die Reaktionskammer beinhaltet eine Deckplatte 13 und eine Bodenplatte 15, die jeweils als langgestreckte, im wesentlichen rechtwinklige, im wesentlichen ebene Quarzplatte, die im wesentlichen für sichtbare Strahlung und solche kürzerer Wellenlänge transparent ist, vorliegen, um teilweise ein Reaktionsgefäß mit kalter Wand zu bilden. Die Reaktionskammer 11 beinhaltet ein Vorderende 19 mit einem Reaktionsgaseinlaß 21 sowie ein Hinterende 23 mit einem Abgasauslaß 25. Die Gasströmung ist durch einen Pfeil 27 gekennzeichnet. Eine kreisförmige Öffnung 31 ist in der Mitte in Querrichtung der Bodenplatte 15 vorhanden. Ein zylindrischer Topf 33 mit einer zylindrischen Wand 35 und einem Boden 37 mit einer darin ausgebildeten zentralen Öffnung 39 steht von der Öffnung 31 nach unten und legt einen Hohlraum 36 fest. Über der Mitte der Öffnung 39 befindet sich innerhalb des Bodenteils des Hohlraums 36 und zumindest teilweise innerhalb der Öffnung 31 eine Aufnehmeranordnung 41. Die Aufnehmeranordnung beinhaltet einen Aufnehmer 43 mit einer ebenen Oberfläche 50 zum wegnehmbaren Anbringen eines Wafers 45, eine Sockelplatte 47 und einen Schaft 49, der von der Sockelplatte durch die Öffnung 39 zu einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung hin nach unten steht. Eine Flachdichtung oder eine andere Dichtung kann innerhalb der Öffnung 39 um den Schaft 49 herum zu Dichtzwecken vorhanden sein; es können auch herkömmliche Lager verwendet werden. Ein ringförmiger Spalt 53 ist zwischen dem Umfang 59 des Aufnehmers und einer die Öffnung 31 festlegenden Lippe 55 ausgebildet.
Die Reaktionsgase strömen durch einen Zwischenabschnitt 29 der Reaktionskammer 11, und der Hauptteil des Gasstroms strömt über die Oberfläche des Wafers 45, und ein (nicht dargestellter) Teil strömt durch den Spalt 53 nach unten in den Hohlraum 36 hinein und aus diesem heraus. Jedes Reaktionsgas innerhalb des Hohlraums 36 kann unerwünschte chemische Überzüge oder Abscheidungen auf der beheizten Unterseite der Aufnehmeranordnung 41 und im Topf 33 ausbilden; diese Abscheidungen können Verunreinigungsschwierigkeiten, Zeitverluste zum Reinigen, eine Verringerung des Wirkungsgrads des Systems usw. hervorrufen.
Der Vertikalabstand oder die Höhe "d&sub1;", wie sie zwischen der Innenseite 63 der Deckplatte 13 und der Innenseite 65 der Bodenplatte 15 gemessen wird, beträgt ungefähr die Hälfte des Abstandes, wie er bei bekannten Abscheidungssystemen verwendet wird. Das Verringern der Höhe zumindest im Einlaßabschnitt der Reaktionskammer 11 verringert die Querschnittsfläche, durch die das Gas strömt. Die Höhenverringerung würde normalerweise verhindern, daß die Reaktionskammer die Aufnehmeranordnung 41 aufnehmen könnte. Der Topf 33 sorgt für den zusätzlichen Raum, wie er dazu erforderlich ist, die Aufnehmeranordnung innerhalb des Hohlraums 36 aufzunehmen, und einen Wafer 45 im wesentlichen coplanar zur Bodenplatte 17 oder leicht vertikal über der Platte angeordnet unterzubringen, um eine optimale Abscheidung auf dem Wafer zu erzielen. Die Tiefe kann der Höhe "d&sub1;" gleich sein oder geringfügig größer sein. Der Zweck des reduzierten Einlasses 21 ist es, die Strömung des Gases, wie sie für eine vorgegebene Abscheidung erforderlich ist, ungefähr um den Faktor zwei oder mehr zu verringern. Wenn angenommen wird, daß die Tiefe des Tops 33 geringfügig größer als d&sub1; ist, können sogar noch größere Wirkungsgrade erzielt werden.
In Fig. 2 ist dargestellt, daß ein Paar Seiten 71 die Kanten der Deck- und der Bodenplatte 13, 15 miteinander verbindet, um einen langgestreckten, kastenähnlichen Aufbau mit rechteckigem Querschnitt und im wesentlichen hohlem Inneren zu bilden. Das Vorderende 19 der Reaktionskammer 11 weist einen Flansch 77 auf, der in der Nähe einer Kombinationsschleuse und eines Reaktionsgas-Einlaßstutzens 75 angeordnet ist. Das hintere Ende 23 beinhaltet einen den Auslaß 25 umgebenden Flansch 73, um die Abgase aus dem Innenraum der Reaktionskammer auszulassen. Ein langgestrecktes Rohr 79 mit zylindrischer Wand 80, einem Innenraum 84 und einem Spülgaseinlaß 86 steht von der Öffnung 39 im Boden 37 aus nach unten.
Fig. 3 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Reaktionskammer 81 für epitaktische Abscheidung. Die Reaktionskammer wird allgemein als Reaktionskammer mit doppelter Höhe bezeichnet. Sie beinhaltet eine langgestreckte, im wesentlichen rechteckige, im wesentlichen ebene Deckplatte 83 aus Quarz; die Platte ist für Strahlungsenergie höherer Frequenz transparent, und sie bleibt kühl, während irgendwelche energieabsorbierenden Materialien wie der Aufnehmer und der Wafer im Inneren erwärmt werden. Eine vordere Bodenplatte 85 ist zwischen dem Vorderende 19 und einem Zwischenabschnitt 29 angeordnet. Eine vertikale Wand 88 steht vom Ende der vorderen Bodenplatte aus nach unten, und sie endet in einer langgestreckten, im wesentlichen rechteckigen, im wesentlichen ebenen hinteren Bodenplatte aus Quarz. Eine kreisförmige Öffnung 41 ist innerhalb des Zwischenabschnitts 29 der zweiten Bodenplatte ausgebildet. Ein Rohr 91 erstreckt sich von der Öffnung ausgehend vertikal nach unten. Ein Schaft 49 steht durch das Rohr zum Tragen der Sockelplatte 47, des Aufnehmers 43 und des Wafers 45 nach unten. Spülgas wird einem Einlaß 95 zugeführt, der durch die Wand 99 des Rohrs 91 festgelegt wird, und das Spülgas wird im Innenraum 93 innerhalb des Rohrs und dann in den Innenraum 111 der Reaktionskammer 81 transportiert. Das Spülgas strömt so, wie es durch Pfeile 97 dargestellt ist. Das Vorderende 19 der Reaktionskammer beinhaltet einen Flansch 101 und einen Reaktionsgas-Einlaßstutzen. Eine Schleusenanordnung 103 ist so angeordnet, daß sie am Flansch 101 anliegt, um Reaktionsgase durch den Einlaß 21 einzublasen. Auf ähnliche Weise weist das hintere Ende 23 der Reaktionskammer einen Flansch 105 und eine Schleusenanordnung 107 mit einem Abgasauslaß 25 auf. Das obere Ende der vertikalen Wand 81 an der Verbindungsstelle mit der vorderen Bodenwand 85 wird als Lippe 109 bezeichnet; der Bereich zwischen der Lippe und dem Umfang 59 des Aufnehmers 45 legt zwischen diesen einen Spalt 110 fest. Der Spalt ermöglicht es, daß Gas vom Innenraum am Vorderende 19 zum Innenraum Ill unter dem Aufnehmer 43 strömt.
Die vertikale Höhe zwischen der Deckplatte 83 und der hinteren Bodenplatte 89 entspricht ungefähr dem Doppelten der Höhe des Vorderendes, oder ist geringfügig größer, gemessen als rechtwinkliger Abstand zwischen der Innenfläche 115 der Deckplatte 83 und der Innenfläche 117 der vorderen Bodenplatte 85 (siehe Fig. 3).
Das Vorderende 19 der Reaktionskammer 81 endet in einem Flansch 101, der so angeordnet ist, daß er mit der Schleusenanordnung 103 zusammenwirkt. Das Hinterende 23 der Reaktionskammer beinhaltet einen Flansch 105, der den Gasauslaß 25 umgibt. Die vordere Bodenplatte und das Vorderende 19 enden stromabwärts in einer gekrümmten, vertikalen Wand 35. Die Höhe des hinteren Teils der Reaktionskammer, wie zwischen der Innenfläche 119 der Deckplatte und der Innenfläche 120 der hinteren Bodenplatte 89 gemessen, entspricht dem Doppelten der Höhe des Vorderendes 19 oder ist geringfügig größer.
Fig. 5 veranschaulicht noch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Reaktionskammer zum Verbessern des Abscheidungsprozesses, während unerwünschte chemische Abscheidungen unter dem Aufnehmer 43 beseitigt oder zumindest deutlich verringert sind. Die Horizontalfläche des Topfs 33 ist durch eine Quarzplatte 121 verkleinert, die sich entlang der Oberfläche der Bodenplatte 15 vom Vorderende 19 zum Aufnehmer 43 hin erstreckt. Die Quarzplatte beinhaltet eine Verlängerung 122 über die Lippe 61 des Topfs hinaus, um den Spalt 53 auf einen realtiv engen Spalt 125 zwischen der Kante 127 und dem Umfang 59 des Aufnehmers zu verringern. Der Spalt 125 beschränkt die Möglichkeit des Reaktionsgases, durch den Spalt und unter den Aufnehmer zu strömen, um auf diesem unerwünschte Ablagerungen zu bilden.
Fig. 6 veranschaulicht das über den Wafer 45 strömende Reaktionsgas (Pfeil 27), und ein Pfeil 28 veranschaulicht einen kleinen Teil des Reaktionsgases, das durch den Spalt 125 in den Hohlraum 26 strömt. Das (mit dem Pfeil 28 gekennzeichnete) Reaktionsgas kann zu unerwünschten Abscheidungen unter dem Aufnehmer und auf den Trägerkomponenten führen, was zu einer Verunreinigung des Wafers 45 führen kann.
In Fig. 7 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Quarzplatte dargestellt. Die einzelne Quarzplatte ist durch eine Verlängerung 129 der überhängenden Lippe 61 der Bodenplatte 15 gebildet. Die Verlängerung endet in einer Kante 131 eines Hinterendes 145, und sie verfügt über eine Struktur, die durch die Kante 127 der Quarzplatte 121 gekennzeichnet ist. Das Ergebnis, wie es mit dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel erzielt wird, ist im wesentlichen dasselbe wie das, das mit dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel erzielt wird. Die Kante 131 ist so ausgebildet, daß sie im mittleren Abschnitt 143 den engsten Spalt entlang dem Umfang 59 um den Aufnehmer 43 festlegt. Der Spalt zwischen dem Hinterende 145 und dem Umfang 59 des Aufnehmers 43 ist nichtlinear. Der Spalt 135 ist eng und verbreitert sich in Querrichtung nach außen ausgehend von der Längsachse 151 zu den Seiten der Reaktionskammern hin auf maximale Breite, wie durch die Zahl 147 gekennzeichnet.
Das Hinterende 145 umschließt zumindest teilweise einen Teil des Umfangs 59 des Aufnehmers, und tatsächlich umschließt es nahezu 180º des Umfangs. Der Spalt verbreitert sich kontinuierlich, so wie er sich in Querrichtung in jeder Richtung ausgehend vom mittleren Abschnitt 143 aus erstreckt. Die Enge des Spalts im mittleren Abschnitt verringert die Wahrscheinlichkeit, daß das Reaktionsgas durch ihn hindurchdringt, und daß sich unerwünschte Abscheidungen unter dem Aufnehmer 43 bilden. Ferner übt der verringerte Spalt eine positive Wirkung auf die darüber existierende Reaktionsgasströmung aus, und er wirkt so, daß er das Geschwindigkeitsprofil des über ihn strömenden Reaktionsgases teilweise neu formt, um die Herstellung einer gleichmäßigeren Abscheidung auf der Oberfläche des Wafers 45 zu gewährleisten.
Fig. 9 veranschaulicht eine Reaktionskammer 81 doppelter Höhe, die der in Fig. 3 dargestellten ähnlich ist. Eine Quarzplatte 121 ist mit ihrer Unterseite 118 auf die Oberseite 117 der vorderen Bodenplatte 185 zwischen dem Vorderende 19 und dem Aufnehmer 43 aufgelegt. Eine Verlängerung der Quarzplatte erstreckt sich über die Lippe 61 hinaus, um nahe der Bodenplatte 89 im wesentlichen parallel zu dieser überzustehen, um den Spalt 125 zwischen der Kante 127 der Quarzplatte und dem Umfang des Aufnehmers 43 zu verringern. Die Höhe des Hinterendes 23 der Reaktionskammer entspricht im wesentlichen dem Doppelten der Höhe des Vorderendes der Reaktionskammer. Zusätzlich dazu, daß die Höhe der Reaktionskammer am Hinterende für den erforderlichen Raum zum Unterbringen des Aufnehmers, des Wafers, der Sockelplatte und des Schafts schafft, schafft diese Höhe angemessenen Aufnahmeraum zum Unterbringen der Aufnehmeranordnung und der Quarzplatte 121.
Fig. 10 ist eine Teildraufsicht auf einen Teil der in Fig. 9 dargestellten Reaktionskammer, und sie veranschaulicht den Spalt zwischen der Kante 127 der Verlängerung und dem Umfang 59 des Aufnehmers 43. Gemäß der Darstellung weist die Quarzplatte ein Vorderende und ein Paar paralleler Seiten 137, 139 auf, die im wesentlichen rechtwinklig zum Vorderende 141 stehen, und die im wesentlichen benachbart zu den Seiten der Reaktionskammer liegen. Das Hinterende 145 legt einen engen Spalt 125 zum Umfang 59 fest. Der Spalt beinhaltet einen mittleren Abschnitt 143, der mit der Längsachse 151 zusammenfällt, und der Spalt verbreitert sich in Querrichtung ausgehend vom mittleren Abschnitt so, daß der breiteste Spalt an den entgegengesetzten Enden 147 des Spalts liegt. Die Kante 127 ist so geformt, daß sie den Spalt nichtlinear festlegt. Ein Bogen von weniger als 180º des Umfangs des Aufnehmers wird von der Kante 127 umschlossen.
Eine Variante der Glasplatte 121 ist in Fig. 9 dargestellt, und sie ist durch die gestrichelte Horizontalverlängerung der vorderen Bodenplatte 85 über die Lippe 61 hinaus in den Innenraum 111 hinein gekennzeichnet. Diese Verlängerung wirkt auf dieselbe Weise wie die Quarzplatte 121.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Deckplatte, die Bodenplatte und die Seiten der Reaktionskammer aus Quarz oder einem anderen geeigneten Material, das für die zum Aufheizen des Innenraums der Reaktionskammer verwendete Strahlung transparent ist, jedoch ist das Material typischerweise Quarz. Das Material der Sockelplatte, des nach unten stehenden Schafts, des rohrförmigen Elements und der Quarzplatte sind typischerweise ebenfalls Quarzglas.
Der Aufnehmer weist typischerweise einen Körper aus Graphit (Kohlenstoff) mit einem dünnen Überzug aus Siliciumcarbid auf seiner Außenseite auf. Der Graphit kann aufgeheizt werden. Die Reaktionsgase, wie sie bei beinahe allen epitaktischen Abscheidungen von Silicium verwendet werden, sind Verbindungen, die ein Siliciumatom und vier andere Atome beinhalten, die entweder Chlor oder Wasserstoff oder eine Kombination der beiden sind. Die vier üblichsten verwendeten Quellen für Silicium sind Silan (SiH&sub4;), Dichlorsilan (SiH&sub2;Cl&sub2;), Trichlorsilan (SiHCl&sub3;) und Siliciumtetrachlorid (SiCl&sub4;). Auf ähnliche Weise müssen die Gase, die am üblichsten dazu verwendet werden, den Leitungstyp und den spezifischen Widerstand der Epitaxieschicht einzustellen, mit den Gasen verträglich sein, die bereits in der Reaktionskammer vorhanden sind. Diese werden als Dotiergase bezeichnet, und die am üblichsten verwendeten sind Arsen (AsH&sub3;), Phosphin (PH&sub3;) und Diboran (B&sub2;H&sub6;).
Um den Vertikalabstand zwischen dem Niveau des Aufnehmers und dem Niveau der angrenzenden Bodenplatte zu optimieren, können der Schaft und die Sockelplatte, die den Aufnehmer abstützen, für eine optimale Wirkungsweise des Systems angehoben oder abgesenkt werden. Ferner kann der Schaft gedreht werden, um den Aufnehmer und den auf diesem wegnehmbar angebrachten Wafer zu drehen, um Störungen im Abscheidungsprozeß auszumitteln und für eine wirklich gleichmäßige Abscheidung auf der Oberfläche des Wafers zu sorgen. Die Wichtigkeit des Formens des Geschwindigkeitsprofils der eintretenden Reaktionsgase besteht darin, entweder eine lineare Dickenverteilung stromaufwärts oder stromabwärts oder eine wirklich gleichmäßige Beschichtung auf der Oberfläche des Wafers zu schaffen. Wenn der Wafer gedreht wird, wird eine lineare Abscheidung ausgemittelt und es ergibt sich eine wirklich gleichmäßige Abscheidung. Verschiedene Merkmale wie die Quarzplatte und der verengte Spalt tragen dazu bei, das Geschwindigkeitsprofil so zu erzeugen oder zu formen, daß die Gleichmäßigkeit der Abscheidung optimiert wird.
Die Verringerung der Querschnittsfläche, im Vergleich zum Stand der Technik, der Reaktionskammer stromaufwärts in bezug auf den Aufnehmer dient dazu, die Geschwindigkeit der Gasströmung stark zu erhöhen, die Verarbeitungszeit zu verkürzen, den Anfall von Abgas zu verringern und die Gasmenge zu verringern, die zum Ausführen des Abscheidungsprozesses erforderlich ist. So wird der Wirkungsgrad des Prozesses, insbesondere zum Bearbeiten jeweils eines einzelnen Wafers verbessert.

Claims

1. Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung zum Bearbeiten eines Wafers (45), die folgendes in Kombination aufweist:

a) eine Reaktionskammer (11), die einen Einlaß (21) und einen Auslaß (25) zum Einlassen bzw. Auslassen eines Reaktionsgases (27) und eine Bodenplatte (25) aufweist, die sich stromabwärts in bezug auf den Einlaß (21) erstreckt und die eine Endkante (55) aufweist;

b) einen Aufnehmer (43) mit einem Umfang (59) zum Tragen des Wafers (45) während der Bearbeitung innerhalb der Rektionskammer (11), welcher Aufnehmer (43) stromabwärts in bezug auf die Endkante (55) angeordnet ist;

c) einen Topf (53), der in der Nähe der genannten Endkante (55) angeordnet ist, um den Aufnehmer (43) aufzunehmen;

d) eine Einrichtung (47) zum Positionieren des Aufnehmers (43) in bezug auf die Bodenplatte (15); und

e) einen horizontalen Spalt (53), der zwischen der Endkante (55) und dem Umfang (59) angeordnet ist, wobei diese Endkante (55) so ausgebildet ist, daß sie den Verlauf einer Kante des Spalts (53) festlegt, um das Geschwindigkeitsprofil der Strömung des Reaktionsgases (27) über den Wafer (45) einzustellen, wobei die Endkante (55) nicht konzentrisch zum Umfang (59) des Aufnehmers (43) ist, um eine Vergrößerung des Spalts (53) in jeder Querrichtung ausgehend vom am meisten stromaufwärtig liegenden Punkt des Umfangs (59) des Aufnehmers (43) festzulegen.

2. Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung nach Anspruch 1, bei der die Endkante (55) so ausgebildet ist, daß sich der Spalt (53) nichtlinear in entgegengesetzten Richtungen ausgehend vom am meisten stromaufwärtig liegenden Punkt auf dem Umfang (59) aus verbreitert.

3. Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung zum Bearbeiten eines Wafers (45), die folgendes in Kombination aufweist:

c) einen Topf (33), der in der Nähe der genannten Endkante (55) angeordnet ist, um den Aufnehmer (43) aufzunehmen;

e) wobei die Bodenplatte eine Quarzplatte (151) zum Festlegen einer weiteren Endkante (127) aufweist;

f) einen horizontalen Spalt (125), der zwischen der weiteren Endkante (127) und dem Umfang (59) angeordnet ist, wobei diese weitere Endkante (127) so ausgebildet ist, daß sie den Verlauf einer Kante des Spalts (125) festlegt, um das Geschwindigkeitsprofil der Strömung des Reaktionsgases (27) über den Wafer (45) einzustellen, wobei die weitere Endkante (127) nicht konzentrisch zum Umfang (59) des Aufnehmers (43) ist, um eine Vergrößerung des Spalts (125) in jeder Querrichtung ausgehend vom am meisten stromaufwärtig liegenden Punkt des Umfangs (59) des Aufnehmers (43) festzulegen.

4. Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung nach Anspruch 1, bei der die weitere Endkante (127) so ausgebildet ist, daß sich der Spalt (125) nichtlinear in entgegengesetzten Richtungen ausgehend vom am meisten stromaufwärtig liegenden Punkt auf dem Umfang (59) aus verbreitert.

5. Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung-nach einem der Ansprüche 1 oder 3, bei der sich der Topf (33) stromabwärts in bezug auf den Auslaß (25) erstreckt.

6. Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung nach Anspruch 5, bei der die Innenhöhe der Reaktionskammer (11) stromaufwärts in bezug auf den Topf (33) ungefähr die Hälfte der Innenhöhe der Reaktionskammer (11) stromabwärts in bezug auf den Aufnehmer (43) ist.

7. Verfahren zum Verarbeiten eines Wafers (45) innerhalb einer Reaktionskammer (11), welches Verfahren in Kombination folgendes aufweist:

a) Einlassen und Auslassen eines Reaktionsgases (27) durch einen Einlaß (21) bzw. einen Auslaß (25) der Reaktionskammer (11), die eine Bodenplatte (15) aufweist, die sich stromabwärts in bezug auf den Einlaß (21) erstreckt und in einer Endkante (55) endet;

b) Halten des Wafers (45) auf einem Aufnehmer (43), der stromabwärts in bezug auf die Endkante (55) der Bodenplatte (15) liegt;

c) Anordnen des Aufnehmers (43) in einem Topf (33), der in der Nähe der Endkante (55) der Bodenplatte (15) angeordnet ist, um zu verhindern, daß der Aufnehmer (43) im Hauptstrom des Flusses des Reaktionsgases (57) zwischen dem Einlaß (21) und dem Auslaß (25) liegt; und

d) Formen des Geschwindigkeitsprofils der über den Wafer (45) strömenden Strömung des Reaktionsgases (27) so, daß es dazu beiträgt, den Dampfabscheidungsprozeß über den Wafer (45) gleichmäßiger auszuführen, wobei dieser Formungsschritt den Schritt des Erzielens einer sich verändernden Strömungsrate des Reaktionsgases (27) durch einen Spalt (53) aufweist, der zwischen der Endkante (55) und dem Umfang (59) des Aufnehmers (43) festgelegt wird, in den Topf (33) hinein, wobei der Spalt (53) in einem mittleren Abschnitt seiner selbst, der an den Umfang (53) des Aufnehmers (43) stromaufwärts in bezug auf die Mitte des Aufnehmers (43) anschließt, eine vorgegebene Breite aufweist, mit zunehmender Breite in entgegengesetzten Richtungen entlang der Endkante (55), wobei die sich ändernde Reaktionsgas-Strömungsrate über den Wafer (45) im mittleren Segment des Spalts (53) einen ersten Wert aufweist, der sich entlang dem Spalt (53) in entgegengesetzten Richtungen auf einen zweiten Wert an den entgegengesetzten Enden des Spalts (53) ändert, wodurch das Geschwindigkeitsprofil der Reaktionsgasströmung quer über den Wafer (45) eine Funktion der Reaktionsgasströmung ist, und durch diese verändert wird, die stromabwärts in bezug auf den Wafer (45) durch den Spalt (53) sich verändernder Breite strömt.

8. Verfahren zum Bearbeiten eines Wafers (45) innerhalb einer Reaktionskammer, wie in Anspruch 7 dargelegt, mit dem Schritt des Verringerns der Strömungsrate des Reaktionsgases (27) stromabwärts in bezug auf den Aufnehmer (43) dadurch, daß sich eine ebene, hintere Bodenplatte (89) ausgehend von einer gekrümmten Wand (35) des Topfs (33) zum Gasauslaß (25) hin so erstreckt, daß die Reaktionskammer (11) eine Zweihöhen-Reaktionskammer ist, mit einem hinteren Teil, der ungefähr die doppelte Höhe eines vorderen Teils (19) aufweist.

9. Verfahren zum Verarbeiten eines Wafers (45) innerhalb einer Reaktionskammer (11), welches Verfahren in Kombination folgendes aufweist:

a) Einlassen und Auslassen eines Reaktionsgases (27) durch einen Einlaß (21) bzw. einen Auslaß (25) der Reaktionskammer (11), die eine Quarzplatte (121) aufweist, die sich stromabwärts in bezug auf den Einlaß (21) erstreckt und in einer Endkante (55) endet;

b) Halten des Wafers (45) auf einem Aufnehmer (43), der stromabwärts in bezug auf die Endkante (127) der Quarzplatte (121) liegt;

c) Anordnen des Aufnehmers (43) in einem Topf (33), der in der Nähe der Endkante (127) der Quarzplatte (121) angeordnet ist, um zu verhindern, daß der Aufnehmer (43) im Hauptstrom des Flusses des Reaktionsgases (27) zwischen dem Einlaß (21) und dem Auslaß (25) liegt; und

d) Formen des Geschwindigkeitsprofils der über den Wafer (45) strömenden Strömung des Reaktionsgases (27) so, daß es dazu beiträgt, den Dampfabscheidungsprozeß über den Wafer (45) gleichmäßiger auszuführen, wobei dieser Formungsschritt den Schritt des Erzielens einer sich verändernden Strömungsrate des Reaktionsgases (27) durch einen Spalt (125) aufweist, der zwischen der Endkante (127) und dem Umfang (59) des Aufnehmers (43) festgelegt wird, in den Topf (33) hinein, wobei der Spalt (125) in einem mittleren Abschnitt seiner selbst, der an den Umfang (59) des Aufnehmers (43) stromaufwärts in bezug auf die Mitte des Aufnehmers (43) anschließt, eine vorgegebene Breite aufweist, mit zunehmender Breite in entgegengesetzten Richtungen entlang der Endkante (127), wobei die sich ändernde Reaktionsgas-Strömungsrate über den Wafer (45) im mittleren Segment des Spalts (125) einen ersten Wert aufweist, der sich entlang dem Spalt (125) in entgegengesetzten Richtungen auf einen zweiten Wert an den entgegengesetzten Enden des Spalts (125) ändert, wodurch das Geschwindigkeitsprofil der Reaktionsgasströmung quer über den Wafer (45) eine Funktion der Reaktionsgasströmung ist, und durch diese verändert wird, die stromabwärts in bezug auf den Wafer (45) durch den Spalt (125) sich verändernder Breite strömt.

10. Verfahren zum Bearbeiten eines Wafers (45) innerhalb einer Reaktionskammer, wie in Anspruch 9 dargelegt, mit dem Schritt des Verringerns der Strömungsrate des Reaktionsgases (27) stromabwärts in bezug auf den Aufnehmer (43) dadurch, daß sich eine ebene, hintere Bodenplatte (89) ausgehend von einer gekrümmten Wand (35) des Topfs (33) zum Gasauslaß (25) hin so erstreckt, daß die Reaktionskammer (11) eine Zweihöhen-Reaktionskammer ist, mit einem hinteren Teil, der ungefähr die doppelte Höhe eines vorderen Teils (19) aufweist.