DE60211181T2 - Suszeptor mit bauteilen zur reglung der epitaktischen wachstum und ein dieser verwendender epitaxiereaktor - Google Patents

Suszeptor mit bauteilen zur reglung der epitaktischen wachstum und ein dieser verwendender epitaxiereaktor Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Suszeptor für epitaxiale Wachstumsreaktoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen diesen verwendenden epitaxialen Reaktor.
  • Auf dem Gebiet der epitaxialen Reaktoren für die Mikroelektronik-Industrie wird unter dem Begriff „Suszeptor" ein beheizter Träger verstanden, der eine oder mehrere Substrate während des epitaxialen Wachstumsprozesses beherbergt; ein solcher Träger wird im Wesentlichen durch Ausnutzung seiner Suszeptanz beheizt; solche Träger behalten in der Regel den Namen „Suszeptor" auch dann bei, wenn die Beheizung dieser Reaktoren in einer anderen Art und Weise erfolgt, z. B. durch Lampen. Die vorliegende Erfindung ist unabhängig von der Art und Weise der Beheizung.
  • Epitaxiale Wachstumssuszeptoren können in zwei große Gruppen unterteilt werden: solche, bei denen die Substrate während des epitaxialen Wachstumsprozesses in einer im Wesentlichen horizontalen Position liegen und jene, bei der die Substrate während des epitaxialen Wachstumsprozesses in einer im Wesentlichen vertikalen Position (häufig ein paar Grad von der vertikalen Position abweichend) liegen. Die vorliegende Erfindung zielt auf die zweite Gruppe der Suszeptoren.
  • Wie in 5 gezeigt, umfasst ein solcher Suszeptor einen Körper 2 mit einer unteren Basis 3, einem oberen Ende 4 und einigen im Wesentlichen ebenen Seitenflächen 5; die Seitenflächen 5 sind dafür eingerichtet, in vorbestimmten Bereichen 6 Substrate aufzunehmen, auf denen sich das epitaxiale Wachstum entwickelt; der Körper 2 ist mit Seitenkantenbereichen 7 versehen, die von Paaren benachbarter Seitenflächen 5 gebildet werden. Der Körper 2 hat die Gestalt einer Pyramide, oder häufiger, von einer abgeschnittenen Pyramide und, z. B., die untere Basis 3 hat die Form eines Heptagons und das obere Ende 4 hat ebenfalls die Form eines Heptagons jedoch von einer geringeren Größe als die untere Basis 3. Die Seitenflächen 5 sind im Wesentlichen rechtwinkelig geformt, wobei die Seitenkantenbereiche 7 im Wesentlichen dreieckig geformt sind; falls die Seitenflächen 5 im Wesentlichen trapezartig geformt sind, sind die Seitenkantenbereiche 7 wahre Kanten. Ein Reaktor mit einem Suszeptor in der Gestalt einer abgeschnittenen Pyramide ist beispielsweise bekannt aus dem 1987 angemeldeten italienischen Patent Nr. 1 215 444.
  • Wie in 5 gezeigt, trägt der Suszeptor gewöhnlicher Weise auf jeder Seitenfläche mehrere Substrate, die vertikal aufeinander angeordnet und geeignet voneinander beabstandet sind; die Anzahl der Substrate hängt von ihrem Durchmesser ab.
  • Es ist ebenso bekannt, einen Suszeptor innerhalb einer Glasglocke zu platzieren, die gewöhnlicher Weise aus Quarz ist; in die Glasglocke werden Reaktionsgase injiziert; der Strom der Reaktionsgase entlang der Seitenflächen 5 (wo die Substrate angeordnet sind) erlaubt und bestimmt das Wachstum auf den exponierten Flächen der Substrate; deutlich ausgedrückt: viele Parameter bestimmen das Wachstum.
  • Die Qualität und Gleichmäßigkeit des wachsenden Materials ist von höchster Bedeutung für den Gebrauch der behandelten Substrate in der Mikroelektronik-Industrie und wird hochgradig beeinflusst durch die Gleichförmigkeit und Konstanz der Strömung der Reaktionsgase entlang der Seitenflächen 5 des Suspektors und daher entlang der Substrate. Aus diesem Grunde müssen die Strömungen sorgfältig geregelt werden.
  • Der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung hat in der Vergangenheit – z. B. in den italienischen Patenten Nr. 1 231 547 (=EP-A 0 415 191), angemeldet 1989 und Nr. 1 261 886, angemeldet 1992 und in der italienischen Patentanmeldung Nr. MI 99 A 000607, angemeldet 1999 – die Verwendung von entlang der Seitenkantenbereiche angeordneten ersten Rippen vorgeschlagen, um die Strömung der Reaktionsgase entlang der Seitenflächen zu steuern.
  • Anfangs (1989) wurde vorgeschlagen, dass die Rippen sich von der Spitze des Körpers zu der Basis des Körpers erstrecken. Dann (von 1992 bis heute), bei der Umsetzung der Idee in Produkte, wurde es vorgezogen, ihre Erstreckung auf den oberen Teil des Körpers 2 begrenzen, dieses geschah wegen zwei Gründen: Die vermutete Nutzlosigkeit des unteren Teils der Rippen und die Deformationen der Rippen, welche proportional zur Länge der Rippen ist, ausgelöst durch die Umweltbedingungen in der Reaktionskammer.
  • Schließlich sind diese weit verbreitet in Gebrauch genommen worden bei der Herstellung von mikroelektronischen Geräten, also in Bereichen der Substrate annähernd an den Kanten (einige Millimeter).
  • Durch Messungen ist herausgefunden worden, dass wenn die Bereiche sehr nah an den Kanten betrachtet wurden, die Gleichförmigkeit des gewachsenen Materials sich vergleichsweise schlecht verhält, insbesondere bei den Substraten, die zu unterst an der unteren Basis angeordnet sind.
  • Wie auch immer, es wurde überprüft, dass die einfache Idee einer Verlängerung der Rippen herab, z. B. bis zu der unteren Basis, ist nicht effektiv ist; in der Tat, das Verlängern der Rippen führt zu einer Verstärkung der Dicke des gewachsenen Materials in den Bereichen benachbart zu den Kanten und zu den Rippen, zugleich aber zu einer Verschlechterung, z. B. in den Bereichen nahe der Kanten, jedoch weit entfernt von den Rippen.
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, das Problem der Gleichförmigkeit der Dicke der epitaxial gewachsenen Substraten besser zu lösen als dies in der Vergangenheit geschehen ist.
  • Gelöst wird dieses Problem durch den Suszeptor mit den im unabhängigen Anspruch 1 niedergelegten Merkmalen.
  • Die Verwendung der zweiten Rippen losgelöst und beabstandet von den ersten Rippen und angeordnet in dem unteren Bereich des Körpers des Suszeptors verbessert vergleichsweise die Gleichförmigkeit der Dicke der epitaxial wachsenden Substrate insbesondere im Bereich der Substratgrenzen.
  • Wenn erforderlich, können weitere Rippen im mittleren Teil des Substratkörpers vorgesehen werden.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen epitaxialen Reaktor mit den in den unabhängigen Anspruch 10 niedergelegten Merkmalen, der diesem Suszeptor verwendet.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung unter Zuhilfenahme der zugehörigen Zeichnungen deutlicher werden, wobei:
  • 1: eine Reaktionskammer eines epitaxialen Reaktors entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2: einen Teilschnitt entlang der horizontalen Ebene A-A der Kammer aus 1 zeigt;
  • 3: einen Teilschnitt entlang der horizontalen Ebene B-B der Kammer aus 1 zeigt;
  • 4: einen Suszeptor entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgerüstet mit zwei Gruppen von Rippen zeigt;
  • 5: den Körper des Suszeptors aus 4 ohne Rippen zeigt;
  • 6: einen ersten Streifen für Suszeptoren entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 7: einen zweiten Streifen für Suszeptoren entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren, insbesondere auf die 4 und 5, umfasst der erfindungsgemäße Suszeptor 1 für das epitaxiale Wachstum einen Körper 2 mit einer unteren Basis 3, einem oberen Ende 4 und einigen im Wesentlichen ebenen Seitenflächen 5; die Seitenflächen 5 sind dafür eingerichtet, in vorbestimmten Bereichen 6 Substrate aufzunehmen, auf welchen sich das epitaxiale Wachstum entwickelt; der Körper 2 ist mit Seitenkantenbereichen 7 versehen, die von Paaren benachbarter Seitenflächen 5 gebildet werden; entlang der Seitenkantenbereiche 7 sind im oberen Bereich des Körpers 2 erste Rippen 8 vorgesehen und dazu einrichtet, die Strömung der Reaktionsgase entlang der Seitenflächen zu steuern; zusätzlich werden jedoch weiterhin entlang der Seitenkantenbereiche in dem unteren Teil des Körpers zweite Rippen 9 vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, die Strömung der Reaktionsgase entlang der Seitenflächen 5 zu steuern.
  • Die zweiten Rippen 9 sind hierfür vereinzelt und von den ersten Rippen 8 geeignet beabstandet und in einer Weise platziert, um die Dicke des wachsenden Materials in den Bereichen nahe der Kanten und der Rippen zu verbessern und zugleich die Dicke des anderswo wachsenden Materials nicht zu verschlechtern.
  • Wenn notwendig, insbesondere dann, wenn die Anzahl der Substrate pro Seitenfläche groß ist, ist es vorteilhaft, entlang der Seitenkantenbereiche 7 in der Mitte des Körpers 2 dritte (und in diesem Falle, weitere) Rippen vorzusehen und diese zur Steuerung der Strömung der Reaktionsgase entlang der Seitenflächen 5 einzurichten; diese werden hierfür vereinzelt und geeignet beabstandet sowohl von den ersten Rippen 8 und den zweiten Rippen 9.
  • Dadurch, dass die Rippen in ihrer Länge begrenzt sind, um eine bessere Strömungskontrolle zu gewährleisten, wird das beschriebene Problem der Deformation der Rippen gelindert; durch die Verformung der Rippen (hauptsächlich bedingt durch die hohen Temperaturen in der Reaktionskammer) ändert sich die Einwirkung auf die Strömung der Reaktionsgase mit der Zeit und es ist aus diesem Grunde schwer etwas Gegenteiliges zu dem vorherzusagen, was notwendig wäre.
  • Solche Rippen, gemäß der einfachsten, jedoch noch immer der effektivsten Ausführungsform, können aus Streifen bestehen; jeder Streifen ist mittig entlang der Seitenkantenbereiche 7 angeordnet.
  • Alternativ können solche Rippen aus Streifenpaaren bestehen; ein erster Streifen des Paars ist entlang der ersten Kante des Seitenkantenbereichs 7 angeordnet und ein zweiter Streifen des Paars ist entlang der zweiten Kante des selben Seitenkantenbereichs 7 angeordnet.
  • Die Rippen sind bevorzugt aus dem selben Material hergestellt wie der Suszeptorkörper, dies ist von Siliziumcarbiden bedecktes Graphit; die Verwendung von mit Siliziumcarbiden bedecktes Quarz ist nicht empfehlenswert, da es Probleme mit der Reinigung der Streifen verursacht; es ist nämlich so, dass diese Streifen periodisch von dem Material gereinigt werden müssen, welches sich auf diesen während der wiederholten epitaxialen Wachstumsreaktion ansammelt.
  • Wenngleich es vorteilhaft ist, dasselbe Material sowohl für beide Rippen als auch für den Suszeptorkörper zu verwenden, werden diese bevorzugt als gesonderte Teile ausgeführt, um so den Wärmefluss aus dem Körper in die Rippen zu begrenzen; würden die Rippen wesentlich zu der Erwärmung der Substrate beitragen, würden diese zwangsläufig uneben werden.
  • Wenn die Streifen an dem Suszeptorkörper angebracht sind, sollten diese so geformt sein, dass sie, wie in den 6 und 7 dargestellt, an einem ersten Ende einen Haken 11 oder Zähne 12 aufweisen. Dies erlaubt die Befestigung an dem Suszeptorkörper; zusätzlich ist es vorteilhaft, den Streifen an einem zweiten Ende mit einem Zentrierstift 13 zu versehen, der oszillierende Bewegungen des Streifens verhindert, wenn der Suszeptor in der Reaktionskammer rotiert.
  • Um deutlicher zu werden, auf dem Suszeptorkörper müssen geeignete Löcher oder Vertiefungen für den Haken, die Zähne und den Zentrierstift vorgesehen sein: Diese sind deutlich in der Schnittdarstellung auf der linken Seite der 4 und 5 dargestellt.
  • Um des Weiteren den Wärmefluss aus dem Körper in die Streifen zu begrenzen, sollten die Streifen auf der Seite, die sich an den Suszeptorkörper anlehnt, mit einer Nut 14 versehen sein; auf diese Weise wird die Kontaktfläche des Streifens mit dem Körper deutlich verkleinert.
  • Wie bereits verdeutlicht, ist die Anordnung der Rippen zum Erreichen des gewünschten Effekts besonders wichtig.
  • Auf experimentellem Wege ist herausgefunden worden, dass gute Ergebnisse dadurch erreicht werden, dass sich die ersten Rippen 8 von einem Niveau entsprechend dem oberen Ende des Körpers zu einem Niveau entsprechend der Mitte einer der Substratbereiche 6, insbesondere in den am nächsten zur Spitze 4 des Körpers 2 angeordneten Bereich, hin erstrecken.
  • Hinsichtlich der zweiten Rippen 9 ist auf experimentellem Wege herausgefunden worden, dass gute Ergebnisse dadurch erzielt werden, dass sich die zweiten Rippen 9 von einem Niveau entsprechend dem oberen Ende eines der Substratbereichen 6, insbesondere des Bereich 6b, der am nächsten zu der Basis 3 des Körpers 2 angeordnet ist, bis zu dem Niveau der Basis 3 des Körpers 2 hin erstrecken.
  • Die dritten Rippen sollten auf allen Seitenbereichen 7 angeordnet sein, z. B. einfach fluchtend mit einem der Substratbereichen 6 (vielleicht mit seiner oberen Hälfte); auf diese Weise tragen sie zu der Steuerung ausgewählter Strömungen der Reaktionsgase über gewisse Bereiche der Seitenfläche 5 bei.
  • Neben ihrer Anordnung ist die Wahl der Größe der Rippen ebenso wichtig, insbesondere ihr Hervorstehen aus dem Suszeptorkörper; im Übrigen besteht ein Zusammenhang zwischen dem Hervorstehen und der Dicke des wachsenden Materials.
  • Um die Strömung der Reaktionsgase besser steuern zu können, ist es vorteilhaft, die ersten Rippen 8 aus dem Körper 2 um ein erstes Maß hervorstehen zu lassen und die zweiten Rippen 9 von dem Körper 2 um ein zweites Maß hervorstehen zu lassen; selbstverständlich kann das erste und das zweite Maß unterschiedlich voneinander sein.
  • Um eine Vorstellung von dem Vorsprungsmaß zu machen, soll einfach gesagt werden, dass bei einem um die 500 mm hohen Suszeptor mit einen Basisdurchmesser von etwa 350 mm Vorsprünge von 1 mm bis 10 mm geprüft wurden.
  • Sofern dritte Rippen verwendet werden, sollten diese von dem Körper 2 um ein drittes Maß hervorstehen, das sowohl von dem ersten als auch von dem zweiten Maß abweicht.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese einen epitaxialen Reaktor, der eine Reaktionskammer umfasst, in der mindestens ein Suszeptor 1 mit dem oben beschriebenen Merkmal angeordnet ist.
  • In 1 ist eine Reaktionskammer eines erfindungsgemäßen epitaxialen Reaktors im Querschnitt gezeigt; bei dieser Figur ist neben anderen Dingen die Glasglocke 10 und der in der Glasglocke 10 aufgenommene Suszeptor 1 hervorzuheben.
  • 2 zeigt einen Teilschnitt entlang der horizontalen Ebene A-A der Kammer aus 1; der Teilschnitt ist auf die Glasglocke und den Suszeptor begrenzt.
  • 3 zeigt einen Teilschnitt entlang der horizontalen Ebene B-B der Kammer aus 1; der Querschnitt ist auf die Glasglocke und den Suszeptor begrenzt.

Claims (10)

  1. Suszeptor (1) für epitaxiale Wachstumsreaktoren, umfassend einen Körper (2) mit einer unteren Basis (3), einem oberen Ende (4) und einigen im wesentlichen flachen Seitenflächen (5), wobei die Seitenfronten geeignet sind, in vorbestimmten Bereichen (6) Substrate aufzunehmen, auf denen sich das epitaxiale Wachstum entwickelt, und die mit Seitenkantenbereichen (7) versehen sind, die durch Paare von benachbarten Seitenflächen (5) definiert sind, wobei entlang dieser Seitenkantenbereiche (7) in dem oberen Teil des Körpers erste -Rippen (8) vorgesehen sind, die geeignet sind, den Strom der Reaktionsgase entlang der Seitenflächen (5) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Seitenkantenbereiche (7) in dem unteren Bereich des Körpers zweite Rippen (9) vorgesehen sind, die geeignet sind, den Strom der Reaktionsgase entlang der Seitenflächen (5) zu steuern.
  2. Suszeptor nach Anspruch 1, wobei entlang der Seitenkantenbereiche (7) in dem mittleren Teil des Körpers mindestens drei Rippen vorgesehen sind, die geeignet sind, den Strom der Reaktionsgase entlang der Seitenflächen (5) zu steuern.
  3. Suszeptor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten (8) und/oder zweiten (9) und/oder dritten Rippen aus Streifen oder Streifenpaaren bestehen.
  4. Suszeptor nach Anspruch 3, wobei ein oder jeder Streifen mit einem Haken (11) oder einem Zahn (12) an einem ersten Ende versehen ist, und vorzugsweise mit einem Zentrierstift (13) an einem zweiten Ende, und wobei ein oder jeder Streifen durch den Haken oder Zahn (11, 12) und vorzugsweise den Zentrierstift (13), an dem Körper (2) befestigt ist.
  5. Suszeptor nach Anspruch 4, wobei ein oder jeder Streifen mit einer Rille (14) auf der Seite, die nach dem Körper (2) des Suszeptors (1) hin geneigt ist versehen ist.
  6. Suszeptor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die ersten Rippen (8) von einem Niveau aus, das etwa dem oberen Ende (4) es Körpers (2) entspricht, bis zu einem Niveau, das etwa der Mitte eines der Substratbereiche (6) entspricht, insbesondere dem Bereich (6a) der sich am nächsten zu dem oberen Ende (4) des Körpers (2) befindet, erstrecken.
  7. Suszeptor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die zweiten Rippen (9) von einem Niveau aus, das etwa dem oberen Ende eines der Substratbereiche (6), insbesondere dem Bereich (6b) der sich am nächsten zu der Basis (3) des Körpers (2) befindet, bis zu einem Niveau, das etwa der Basis (3) des Körpers (2) entspricht, erstrecken.
  8. Suszeptor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ersten Rippen (8) von dem Körper in einem ersten Maße herausragen und wobei die zweiten Rippen (9) on dem Körper in einem zweiten Maße herausragen.
  9. Suszeptor nach Anspruch 8, wobei die dritten Rippen von dem Körper in einem dritten Maße herausragen.
  10. Epitaxialer Reaktor, umfassend mindestens eine Reaktionskammer, wobei sich in einer oder jeder Reaktionskammer mindestens ein Suszeptor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche befindet.
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