WO2016155915A1 - Verfahren zum beschichten von halbleiterscheiben - Google Patents

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WO2016155915A1
WO2016155915A1 PCT/EP2016/052227 EP2016052227W WO2016155915A1 WO 2016155915 A1 WO2016155915 A1 WO 2016155915A1 EP 2016052227 W EP2016052227 W EP 2016052227W WO 2016155915 A1 WO2016155915 A1 WO 2016155915A1
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coating
epitaxial reactor
gas
etching gas
semiconductor wafers
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PCT/EP2016/052227
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Jörg HABERECHT
Christian Hager
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Siltronic Ag
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4404—Coatings or surface treatment on the inside of the reaction chamber or on parts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth

Definitions

  • the present invention relates to a method for coating of
  • Epitaxially coated semiconductor wafers in particular silicon wafers, are suitable, for example, for use in the semiconductor industry, in particular for the fabrication of highly integrated electronic components such as, for example, microprocessors or memory chips.
  • starting materials so-called substrates, with high demands on global and local flatness, edge geometry, thickness distribution, single-sided local flatness, so-called nanotopology, and freedom from defects are needed.
  • a deposition gas is passed through the epitaxial reactor, thereby epitaxially depositing material on a surface of the semiconductor wafers
  • Platzhalterin is arranged on a susceptor of the epitaxial reactor, first passed an etching gas through the epitaxial reactor and then a deposition gas for the deposition of silicon through the epitaxial reactor is passed.
  • etching gas for example hydrogen chloride
  • the residues of the preceding coating operations can be removed and the interior of the epitaxy reactor can be sealed by the deposition gas, for example to prevent contaminants diffusing from the surfaces from penetrating into the epitaxial layer on the subsequently to be coated Get semiconductor wafer.
  • Semiconductor wafers each having an epitaxially deposited layer in an epitaxial reactor is suitable.
  • a coating process at least one semiconductor wafer on a respective susceptor in the Epitaxy reactor arranged, and there will be a first Abscheidegas
  • Coating the at least one semiconductor wafer passed through the epitaxial reactor After each coating operation, a cleaning process is carried out after removal of the coated semiconductor wafer (s), in which a second etching gas is passed through the epitaxy reactor and then, in particular while a spacer disc is arranged on the respective susceptor. In this case, a protective layer is deposited on the susceptor, in particular in the area around the support surface of the placeholder disk.
  • Protective layer is preferably 5 to 15 ⁇ thick, more preferably about 10 ⁇ .
  • the dummy disk is preferably made of the semiconductor material of the semiconductor wafer or of another material. According to the invention is now between two successive cleaning operations
  • At least one intermediate cleaning process is carried out, in which a second etching gas is passed through the epitaxial reactor between two immediately successive coating operations, without a deposition gas is passed through the epitaxial reactor.
  • the at least one intermediate cleaning process is comparable to a cleaning process, but there is no passage of a deposition gas.
  • a period of passage of etching gas in the intermediate cleaning process of the cleaning process sometimes significantly, in particular deviate downwards.
  • the reason for the changed conditions lies in material which is deposited on the susceptor during the coating processes, in particular in the area around the bearing surface of the semiconductor wafers. With each new wafer to be coated, the thickness of the deposited material in the area around the wafer increases, while each newly arranged wafer is always the same thickness.
  • this interfering material can now be definedly reduced or preferably completely removed so that the conditions for the individual coating processes are matched to one another. Under defined reduction of the disturbing material is a Reduction of more than 50%, but especially of more than 70 to 90% or more. Thus, the variation in the geometry of the semiconductor wafers can be significantly reduced.
  • Support surface of the semiconductor wafer on the susceptor can be cleaned.
  • a placeholder disc is arranged on the respective susceptor. These placeholder discs can then, for example, during the subsequent passage of the second
  • an intermediate cleaning operation is performed between two consecutive cleaning operations after each coating operation.
  • Intermediate cleaning process can be performed, which may accept smaller variations in the geometry of the semiconductor wafers can be accepted, but a higher throughput of semiconductor wafers to be coated can be achieved.
  • the second etching gas is passed through the epitaxial reactor in such a way that material which has been deposited in the interior of the epitaxial reactor since the previous intermediate purification process by passing deposition gas is reduced or preferably removed.
  • the at least one intermediate cleaning operation the second etching gas is passed through the epitaxial reactor in such a way that material which has been deposited in the interior of the epitaxial reactor since the previous intermediate purification process by passing deposition gas is reduced or preferably removed.
  • Cleaning process produced protective layer which preferably in about 10 ⁇ is obtained in the epitaxial reactor and reduces or preferably removes only the interfering material deposited during the coating operations. This can advantageously be done by specifying a time duration of the passage of etching gas and / or by specifying a
  • Gas flow of the etching gas can be achieved. This period of time depends on the frequency of the intermediate cleaning operations or the number of semiconductor wafers coated since the last cleaning or intermediate cleaning process. Under a gas flow can in particular a
  • Flow rate i. Volume of gas per time, expressed in standard liters per minute (slm), understood. Typically, the gas flow is in the range of 5 to 30 slm and the time in the range of 20 to 40 seconds.
  • At least one material deposited in the region around a support surface for semiconductor wafers on the respective susceptor is reduced or preferably removed, since material deposited predominantly in this region alters the thermal and / or flow conditions of the deposition gas in the edge region of the semiconductor wafers, which in turn is the interfering one Variations in the geometry of the
  • semiconductor wafers may have an annular region on the susceptor outside the contact surface of the semiconductor wafers, for example with a radial
  • Expansion can be understood up to 10 or 20 mm.
  • a layer between 1 and 10 ⁇ , in particular between 2 and 5 ⁇ is deposited on the at least one semiconductor wafer. These are preferred values for the thickness of epitaxial layers on semiconductor wafers.
  • the cleaning process is carried out in each case after 8 to 30, in particular after 10 to 15 coating operations.
  • This corresponds, for example, to a thickness of on average between 30 and 70 ⁇ on deposited material in the interior of the epitaxial reactor, if no
  • the frequency of cleaning operations can be chosen to ensure proper over all coating operations
  • Hydrogen chloride used This can be particularly effective in the interior of the epitaxial reactor deposited material removed.
  • the etching gas may be passed alone or together with a carrier gas such as hydrogen through the epitaxial reactor.
  • the volume flow of the carrier gas is preferably 5 to 8 slm.
  • Figure 1 shows schematically an epitaxial reactor, with which a method according to the invention can be carried out.
  • Figure 2 shows schematically a section of a coated
  • FIG. 3 shows in a diagram the difference ⁇ of the edge drop before and after the respective coating operation for a series of
  • inventive method were coated.
  • FIG. 4 shows in a diagram the difference ⁇ of the edge drop before and after the respective coating process for a series of
  • FIG. 1 shows, by way of example and schematically, an epitaxial reactor 100 in FIG. 1
  • a susceptor 110 In the middle of the epitaxial reactor 100 is a susceptor 110, on which a semiconductor wafer 120 to be coated, for example a silicon wafer or a silicon wafer, is arranged, i. can be stored.
  • a semiconductor wafer can, depending on the size of the epitaxial reactor, for example, have a diameter of up to 450 mm.
  • Susceptor 1 10 has a central recess, so that the
  • Wafer 120 rests only in the range of a few millimeters of its edge on the susceptor 1 10.
  • Gas may be passed through epitaxial reactor 100, in the present example from an opening on the left side to an opening on the right side of epitaxial reactor 100, as indicated by two arrows.
  • heat generating means for example heating lamps 130 on the upper and lower side of the epitaxial reactor 100, one of which is provided with a reference numeral
  • the gas passed through the epitaxial reactor 100 can be brought to a desired temperature as required.
  • a first deposition gas for example trichlorosilane, optionally mixed with hydrogen, is then passed through the epitaxy reactor 100. Gas flow, duration of the passage and temperature can be adjusted here, for example, depending on the desired thickness of the layer to be epitaxially deposited on the semiconductor wafer 120.
  • An often desired thickness of the epitaxial layer is, for example, 4 ⁇ .
  • a gas flow of trichlorosilane of about 15 slm over a period of about 100 seconds is needed.
  • the susceptor 1 10 can be rotated with the semiconductor wafer 120 disposed thereon about an axis, as indicated in the figure. In this way, a uniform deposition of the epitaxial layer can be achieved.
  • This coating process is repeated for further semiconductor wafers. After a number of, for example, 10 to 12 coating operations, each with 4 ⁇ eptitaktischer layer on the respective semiconductor wafer is also deposited in the interior of the epitaxial reactor 100 from material, total, for example. Approximately 40 to 50 ⁇ .
  • a cleaning process is carried out in which first a first etching gas, for example hydrogen chloride, is passed through the epitaxy reactor 100.
  • first a first etching gas for example hydrogen chloride
  • Abscheidegas eg. Trichlorosilane
  • a defined layer of material for example. Silicon
  • This layer is used for sealing in order to prevent any impurities which may diffuse from the surfaces inside the epitaxial reactor 100 from reaching the epitaxial layer on the semiconductor wafer to be subsequently coated.
  • the trichlorosilane is passed through the epitaxial reactor with a gas flow of 29 slm (standard liters per minute) for a period of 200 seconds.
  • 29 slm standard liters per minute
  • FIG. 2 schematically shows a detail of a semiconductor wafer 120 on the susceptor 110 of the epitaxy reactor 100. On the semiconductor wafer 120 is an epitaxially deposited layer 121. It should be noted that the relationships of the dimensions shown here are not true to scale.
  • Semiconductor wafer 120 is placed on the susceptor 1 10, the thickness of the deposited material 140 increases with each coating operation. This increase in material 140 is shown in the figure by a dashed line. This leads for each coating process to a changed temperature field and to changed flow conditions of the
  • Coating operations (in the figure to the right) is relatively constant and thus has a significantly lower variation than would be the case without the intermediate cleaning operations.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Halbleiterscheiben (120) mit jeweils einer epitaktisch abgeschiedenen Schicht in einem Epitaxie-Reaktor (100), wobei in einem Beschichtungsvorgang wenigstens eine Halbleiterscheibe (120) auf einem jeweiligen Suszeptor (110) in dem Epitaxie- Reaktor (100) angeordnet wird und ein erstes Abscheidegas zum Beschichten der wenigstens einen Halbleiterscheibe (120) durch den Epitaxie-Reaktor (100) geleitet wird, und wobei jeweils nach mehreren Beschichtungsvorgangen ein Reinigungsvorgang durchgeführt wird, bei dem ein erstes Ätzgas und anschließend ein zweites Abscheidegas durch den Epitaxie-Reaktor (100) geleitet werden, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reinigungsvorgängen wenigstens ein Zwischenreinigungsvorgang durchgeführt wird, bei dem zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Beschichtungsvorgangen ein zweites Ätzgas durch den Epitaxie-Reaktor (100) geleitet wird, ohne dass ein Abscheidegas durch den Epitaxie-Reaktor (100) geleitet wird.

Description

Verfahren zum Beschichten von Halbleiterscheiben
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von
Halbleiterscheiben mit jeweils einer epitaktisch abgeschiedenen Schicht in einem Epitaxie-Reaktor.
Stand der Technik
Epitaktisch beschichtete Halbleiterscheiben, insbesondere Siliziumscheiben, eignen sich bspw. für die Verwendung in der Halbleiterindustrie, insbesondere zur Fabrikation von hochintegrierten elektronischen Bauelementen wie bspw. Mikroprozessoren oder Speicherchips. Für die moderne Mikroelektronik werden Ausgangsmaterialien, sog. Substrate, mit hohen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, Randgeometrie, Dickenverteilung, Einseiten-bezogene lokale Ebenheit, sog. Nanotopologie, und Defektfreiheit benötigt.
Zum epitaktischen Beschichten von Halbleiterscheiben in einem Epitaxie- Reaktor wird ein Abscheidegas durch den Epitaxie-Reaktor geleitet, wodurch sich auf einer Oberfläche der Halbleiterscheiben epitaktisch Material
abscheiden kann. Außer auf den Halbleiterscheiben scheidet sich das Material jedoch auch im Inneren des Epitaxie-Reaktors ab. Daher ist es üblicherweise notwendig, solche Rückstände von Oberflächen im Epitaxie-Reaktor von Zeit zu Zeit zu entfernen, die sich während des Abscheidens auf diesen Oberflächen unkontrolliert abgelagert haben. Aus der DE 10 2010 006 725 A1 ist bspw. ein Verfahren bekannt, bei dem in einem Reinigungsvorgang, der jeweils nach einer gewissen Anzahl an beschichteten Halbleiterscheiben wiederholt wird, während eine
Platzhalterscheibe auf einem Suszeptor des Epitaxie-Reaktors angeordnet ist, zunächst ein Ätzgas durch den Epitaxie-Reaktor geleitet und anschließend ein Abscheidegas zum Abscheiden von Silizium durch den Epitaxie-Reaktor geleitet wird. Durch das Ätzgas, bspw. Chlorwasserstoff, können die Rückstände der vorangegangen Beschichtungsvorgänge entfernt und durch das Abscheidegas kann das Innere des Epitaxie-Reaktors versiegelt werden, um bspw. zu verhindern, dass von den Oberflächen diffundierende Verunreinigungen in die epitaktische Schicht auf der nachfolgend zu beschichtenden Halbleiterscheibe gelangen.
Allerdings treten beim Beschichten von Halbleiterscheiben trotzdem Variationen der Geometrie zwischen den einzelnen Halbleiterscheiben auf. Insbesondere im Randbereich der Beschichtung gibt es große Abweichungen, was der Qualität der beschichteten Halbleiterscheiben abträglich ist. Bspw. kann der
Randbereich daher nicht oder nur für Anwendungen mit geringeren
Qualitätsanforderungen verwendet werden. Aus der US 2009/0252942 A1 ist bspw. ein Verfahren bekannt, bei dem durch gezielte Vorgabe des Gasflusses des Abscheidegases zum Abscheiden einer epitaktischen Schicht versucht wird, den Randbereich der Halbleiterscheiben kontrolliert zu beschichten. Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit anzugeben, Variationen in der Geometrie von epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Beschichten von Halbleiterscheiben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der
nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, das sich zum Beschichten von
Halbleiterscheiben mit jeweils einer epitaktisch abgeschiedenen Schicht in einem Epitaxie-Reaktor eignet. Dabei wird in einem Beschichtungsvorgang wenigstens eine Halbleiterscheibe auf einem jeweiligen Suszeptor in dem Epitaxie-Reaktor angeordnet, und es wird ein erstes Abscheidegas zum
Beschichten der wenigstens einen Halbleiterscheibe durch den Epitaxie- Reaktor geleitet. Jeweils nach mehreren Beschichtungsvorgängen wird - nach Entfernen der beschichteten Halbleiterscheibe(n) - ein Reinigungsvorgang durchgeführt, bei dem ein erstes Ätzgas und anschließend, insbesondere während jeweils eine Platzhalterscheibe auf dem jeweiligen Suszeptor angeordnet ist, ein zweites Abscheidegas durch den Epitaxie-Reaktor geleitet werden. Dabei wird eine Schutzschicht auf dem Suszeptor insbesondere im Bereich um die Auflagefläche der Platzhalterscheibe abgeschieden. Die
Schutzschicht ist vorzugsweise 5 bis 15 μιτι dick, besonders bevorzugt etwa 10 μιτι. Die Platzhalterscheibe besteht vorzugsweise aus dem Halbleitermaterial der Halbleiterscheibe oder aus einem anderen Werkstoff. Erfindungsgemäß wird nun zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reinigungsvorgängen
wenigstens ein Zwischenreinigungsvorgang durchgeführt, bei dem zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Beschichtungsvorgängen ein zweites Ätzgas durch den Epitaxie-Reaktor geleitet wird, ohne dass ein Abscheidegas durch den Epitaxie-Reaktor geleitet wird. Mit anderen Worten ist der wenigstens eine Zwischenreinigungsvorgang mit einem Reinigungsvorgang vergleichbar, jedoch erfolgt kein Durchleiten eines Abscheidegases. Außerdem kann eine Zeitdauer des Durchleitens von Ätzgas beim Zwischenreinigungsvorgang von der des Reinigungsvorgangs mitunter deutlich, insbesondere nach unten abweichen.
Hierbei wurde erkannt, dass Variationen in der Geometrie der beschichteten Halbleiterscheiben, und zwar insbesondere im Randbereich, durch veränderte thermische und/oder Strömungsverhältnisse des Abscheidegases
hervorgerufen werden. Der Grund für die veränderten Verhältnisse liegt dabei in Material, das während der Beschichtungsvorgänge insbesondere im Bereich um die Auflagefläche der Halbleiterscheiben auf dem Suszeptor abgeschieden wird. Mit jeder neuen zu beschichtenden Halbleiterscheibe nimmt die Dicke des abgeschiedenen Materials im Bereich um die Halbleiterscheibe zu, während jede neu angeordnete Halbleiterscheibe immer gleich dick ist. Durch den wenigstens einen Zwischenreinigungsvorgang kann nun dieses störende Material definiert reduziert oder vorzugsweise ganz entfernt werden, sodass die Bedingungen für die einzelnen Beschichtungsvorgänge aneinander angeglichen werden. Unter definierter Reduktion des störenden Materials soll eine Reduktion von über 50 %, insbesondere aber von über 70 bis 90 % oder darüber, verstanden werden. Damit kann die Variation in der Geometrie der Halbleiterscheiben deutlich reduziert werden. Der wenigstens eine
Zwischenreinigungsvorgang erfolgt dabei bevorzugt ohne eine
Platzhalterscheibe, da dann besonders effektiv der Bereich um die
Auflagefläche der Halbleiterscheibe auf dem Suszeptor gereinigt werden kann.
Es ist dabei auch von Vorteil, wenn bei jedem Reinigungsvorgang während des Durchleitens des ersten Ätzgases jeweils eine Platzhalterscheibe auf dem jeweiligen Suszeptor angeordnet wird. Diese Platzhalterscheiben können dann bspw. auch während des nachfolgenden Durchleitens des zweiten
Abscheidegases auf dem Suszeptor angeordnet bleiben. Damit kann beim Reinigungsvorgang sichergestellt werden, dass die jeweilige Auflagefläche auf dem jeweiligen Suszeptor, auf weiche bei einem Beschichtungsvorgang jeweils Halbleiterscheiben platziert werden, möglichst unverändert hinsichtlich Abtrag und/oder Abscheiden von Material bleiben. Damit können möglichst optimale Bedingungen für die Beschichtungsvorgänge erzielt werden.
Vorzugsweise wird zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reinigungsvorgängen nach jedem Beschichtungsvorgang ein Zwischenreinigungsvorgang
durchgeführt. Auf diese Weise können für jeden Beschichtungsvorgang die gleichen Ausgangsbedingungen hergestellt werden, wodurch die Variation der Geometrie der Halbleiterscheiben verhindert oder zumindest sehr stark reduziert wird. Hierbei ist anzumerken, dass bspw. auch nur nach jedem zweiten oder jedem dritten Beschichtungsvorgang ein
Zwischenreinigungsvorgang durchgeführt werden kann, wodurch zwar möglicherweise kleinere Variationen der Geometrie der Halbleiterscheiben in Kauf genommen werden, aber ein höherer Durchsatz an zu beschichtenden Halbleiterscheiben erzielt werden kann.
Vorteilhafterweise wird bei dem wenigstens einen Zwischenreinigungsvorgang das zweite Ätzgas derart durch den Epitaxie-Reaktor geleitet, dass Material, das seit dem vorangegangenen Zwischenreinigungsvorgang durch Durchleiten von Abscheidegas im Inneren des Epitaxie-Reaktors abgeschieden worden ist, reduziert oder vorzugsweise entfernt wird. Auf diese Weise wird die beim
Reinigungsvorgang produzierte Schutzschicht, welche bevorzugt in etwa 10 μιτι beträgt, im Epitaxie-Reaktor erhalten und nur das während der Beschichtungsvorgänge abgeschiedene, störende Material reduziert oder vorzugsweise entfernt. Dies kann vorteilhafterweise durch Vorgabe einer Zeitdauer des Durchleitens von Ätzgas und/oder durch Vorgabe eines
Gasflusses des Ätzgases erreicht werden. Diese Zeitdauer ist dabei abhängig von der Häufigkeit der Zwischenreinigungsvorgänge bzw. der Anzahl an seit dem letzten Reinigungs- bzw. Zwischenreinigungsvorgang beschichteten Halbleiterscheiben. Unter einem Gasfluss kann dabei insbesondere ein
Volumenstrom, d.h. Volumen an Gas pro Zeit, angegeben in Standard-Liter pro Minute (slm), verstanden werden. Typischerweise liegt der Gasfluss im Bereich von 5 bis 30 slm und die Zeitdauer im Bereich von 20 bis 40 s.
Es wird dabei insbesondere wenigstens ein im Bereich um eine Auflagefläche für Halbleiterscheiben auf dem jeweiligen Suszeptor abgeschiedenes Material reduziert oder vorzugsweise entfernt, da überwiegend in diesem Bereich abgeschiedenes Material die thermischen und/oder Strömungsverhältnisse des Abscheidegases im Randbereich der Halbleiterscheiben verändert, welche wiederum zu den störenden Variationen in der Geometrie der
Halbleiterscheiben führen. Unter dem Bereich um die Auflagefläche für
Halbleiterscheiben kann dabei ein ringförmiger Bereich auf dem Suszeptor außerhalb der Auflagefläche der Halbleiterscheiben, bspw. mit radialer
Ausdehnung bis zu 10 oder 20 mm verstanden werden.
Es ist von Vorteil, wenn bei einem Beschichtungsvorgang jeweils eine Schicht zwischen 1 und 10 μιτι, insbesondere zwischen 2 und 5μηη auf der wenigstens einen Halbleiterscheibe abgeschieden wird. Hierbei handelt es sich um bevorzugte Werte für die Dicke epitaktischer Schichten auf Halbleiterscheiben.
Vorzugsweise wird jeweils nach 8 bis 30, insbesondere jeweils nach 10 bis 15 Beschichtungsvorgängen der Reinigungsvorgang durchgeführt. Dies entspricht bspw. einer Dicke von im Mittel zwischen 30 und 70 μιτι an abgeschiedenem Material im Inneren des Epitaxie-Reaktors, wenn kein
Zwischenreinigungsvorgang durchgeführt würde. Je nach verwendetem
Epitaxie-Reaktor kann die Häufigkeit der Reinigungsvorgänge gewählt werden, um über alle Beschichtungsvorgänge hinweg einen ordnungsgemäßen
Durchfluss von Abscheidegas zu ermöglichen. Hierbei ist auch anzumerken, dass durch die Zwischenreinigungsvorgänge in erster Linie auf das Reduzieren und vorzugsweise Entfernen von abgeschiedenem Material um den Bereich um die Auflagefläche der Halbleiterscheiben auf dem jeweiligen Suszeptor abgestellt wird. Insofern kann sich in weiteren Bereichen des Epitaxie-Reaktors möglicherweise ähnlich viel Material abscheiden, wie dies ohne
Zwischenreinigungsvorgang der Fall wäre. Andererseits können durch viele Zwischenreinigungsvorgänge trotzdem kürzere Reinigungsvorgänge möglich sein.
Vorteilhafterweise wird als erstes Ätzgas und/oder als zweites Ätzgas
Chlorwasserstoff verwendet. Damit kann besonders effektiv im Inneren des Epitaxie-Reaktors abgeschiedenes Material entfernt werden. Das Ätzgas kann alleine oder zusammen mit einem Trägergas wie bspw. Wasserstoff durch den Epitaxie-Reaktor geleitet werden. Der Volumenstrom des Trägergases beträgt dabei vorzugsweise 5 bis 8 slm.
Es ist von Vorteil, wenn als Halbleiterscheiben Siliziumscheiben verwendet werden, da es sich hierbei um das für übliche Halbleiteranwendungen
bevorzugte Material handelt. Zweckmäßigerweise wird dann als erstes
Abscheidegas und/oder als zweites Abscheidegas Trichlorsilan oder ein anderes Gas einer Siliziumverbindung verwendet.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figurenbeschreibung Figur 1 zeigt schematisch einen Epitaxie-Reaktor, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann.
Figur 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer beschichteten
Halbleiterscheibe auf einem Suszeptor eines Epitaxie-Reaktors.
Figur 3 zeigt in einem Diagramm die Differenz Δ des Randabfalls vor und nach dem jeweiligen Beschichtungsvorgang für eine Serie von
Halbleiterscheiben aus Silizium, die nicht nach einem
erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet wurden.
Figur 4 zeigt in einem Diagramm die Differenz Δ des Randabfalls vor und nach dem jeweiligen Beschichtungsvorgang für eine Serie von
Halbleiterscheiben aus Silizium, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform beschichtetet wurden.
In Figur 1 ist beispielhaft und schematisch ein Epitaxie-Reaktor 100 im
Querschnitt gezeigt, mit welchem bspw. ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann. In der Mitte des Epitaxie-Reaktors 100 befindet sich ein Suszeptor 1 10, auf welchem eine zu beschichtende Halbleiterscheibe 120, bspw. eine Siliziumscheibe bzw. ein Siliziumwafer, angeordnet, d.h. abgelegt werden kann. Eine Halbleiterscheibe kann dabei, je nach Größe des Epitaxie- Reaktors bspw. einen Durchmesser von bis zu 450 mm aufweisen. Der
Suszeptor 1 10 weist dabei eine mittige Vertiefung auf, sodass die
Halbleiterscheibe 120 bspw. nur im Bereich weniger Millimeter ihres Randes auf dem Suszeptor 1 10 aufliegt.
Durch den Epitaxie-Reaktor 100 kann Gas geleitet werden, im vorliegenden Beispiel von einer Öffnung auf der linken Seite bis zu einer Öffnung auf der rechten Seite des Epitaxie-Reaktors 100, wie dies durch zwei Pfeile angedeutet ist. Mittels Wärmeerzeugungsmittel, bspw. Heizlampen 130 auf der oberen und der unteren Seite des Epitaxie-Reaktors 100, von denen beispielhaft eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, kann das durch den Epitaxie-Reaktor 100 geleitete Gas je nach Bedarf auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden. Zum Beschichten einer Halbleiterscheibe 120 wird nun ein erstes Abscheidegas, bspw. Trichlorsilan, ggf. gemischt mit Wasserstoff, durch den Epitaxie-Reaktor 100 geleitet. Gasfluss, Zeitdauer des Durchleitens sowie Temperatur können hierbei bspw. je nach gewünschter Dicke der epitaktisch abzuscheidenden Schicht auf der Halbleiterscheibe 120 eingestellt werden. Eine oftmals gewünschte Dicke der epitaktischen Schicht beträgt bspw. 4 μιτι. Typischerweise wird für eine derartige Schicht ein Gasfluss an Trichlorsilan von etwa 15 slm über eine Zeitdauer von etwa 100 s benötigt. Zudem kann der Suszeptor 1 10 mit der darauf angeordneten Halbleiterscheibe 120 um eine Achse rotiert werden, wie dies in der Figur angedeutet ist. Auf diese Weise kann ein gleichmäßiges Abscheiden der epitaktischen Schicht erreicht werden.
Dieser Beschichtungsvorgang wird für weitere Halbleiterscheiben wiederholt. Nach einer Anzahl von bspw. 10 bis 12 Beschichtungsvorgängen mit jeweils 4 μιτι eptitaktischer Schicht auf der jeweiligen Halbleiterscheibe scheidet sich im Inneren des Epitaxie-Reaktors 100 ebenfalls Material ab, insgesamt bspw. ca. 40 bis 50 μηη.
Zum Reinigen des Epitaxie-Reaktors 100, d.h. zum Entfernen oder zumindest Reduzieren des unerwünschten Materials, wird daher nach bspw. 10 oder 12 Beschichtungsvorgängen ein Reinigungsvorgang durchgeführt, bei dem zunächst ein erstes Ätzgas, bspw. Chlorwasserstoff, durch den Epitaxie- Reaktor 100 geleitet wird. Auf diese Weise kann das unerwünschte Material im Inneren des Epitaxie-Reaktors 100 entfernt bzw. zumindest reduziert werden. Bei geeigneter Einstellung von Zeitdauer und Gasfluss kann dieses Material vollständig entfernt werden.
Anschließend wird im Rahmen des Reinigungsvorgangs und in Gegenwart einer auf dem Suszeptor liegenden Platzhalterscheibe noch ein zweites
Abscheidegas, bspw. Trichlorsilan, durch den Epitaxie-Reaktor 100 geleitet, um eine definierte Schicht Material, bspw. Silizium, im Inneren des Epitaxie- Reaktors 100 abzuscheiden. Diese Schicht dient der Versiegelung, um zu verhindern, dass ggf. aus den Oberflächen im Inneren des Epitaxie-Reaktors 100 diffundierende Verunreinigungen in die epitaktische Schicht auf der nachfolgend zu beschichtenden Halbleiterscheibe gelangen. Um eine solche Schicht zur Versiegelung mit einer Dicke von ca. 10 μιτι zu erzielen, kann bspw. das Trichlorsilan mit einem Gasfluss von 29 slm (Standard-Liter pro Minute) für eine Zeitdauer von 200 Sekunden durch den Epitaxie-Reaktor geleitet werden. Während des Durchleitens des zweiten Abscheidegases ist eine
Platzhalterscheibe anstelle einer Halbleiterscheibe 120 auf dem Suszeptor 1 10 angeordnet, damit die Auflagefläche für die Halbleiterscheiben frei von abgeschiedenem Material bleibt und die Schutzschicht entsteht.
Gegebenenfalls kann eine Platzhalterscheibe auch während des Durchleitens des ersten Ätzgases auf dem Suszeptor 1 10 angeordnet sein. In Figur 2 ist schematisch ein Ausschnitt einer Halbleiterscheibe 120 auf dem Suszeptor 1 10 des Epitaxie-Reaktors 100 gezeigt. Auf der Halbleiterscheibe 120 befindet sich eine epitaktisch abgeschiedene Schicht 121 . Hierbei sei angemerkt, dass die Verhältnisse der hier gezeigten Abmessungen zueinander nicht maßstabsgetreu sind.
Dabei ist zu sehen, dass die epitaktische Schicht 121 am Rand (in der Figur links) in ihrer Stärke abnimmt. Der Grund hierfür liegt in den
Strömungsverhältnissen des Abscheidegases beim Beschichten der
Halbleiterscheibe, die am Rand der Halbleiterscheibe anders sind als bspw. über deren Oberfläche. Weiterhin ist im Bereich um die Auflagefläche der Halbleiterscheibe 120 auf dem Suszeptor 1 10 unerwünschtes Material 140 vorhanden. Wie bereits erläutert, wird dieses Material 140 während der
Beschichtungsvorgänge abgeschieden. Während nun jedoch für jeden Beschichtungsvorgang eine neue
Halbleiterscheibe 120 auf dem Suszeptor 1 10 angeordnet wird, nimmt die Stärke des abgeschiedenen Materials 140 mit jedem Beschichtungsvorgang zu. Diese Zunahme des Materials 140 ist in der Figur durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Dies führt für jeden Beschichtungsvorgang zu einem veränderten Temperaturfeld und zu veränderten Strömungsverhältnissen des
Abscheidegases und zwar insbesondere im Randbereich der Halbleiterscheibe 120. So führt mehr Material 140 bspw. zu einem stärkeren Randabfall der epitaktischen Schicht 121 , wie dies durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun zwischen zwei Reinigungsvorgängen nach jedem Beschichtungsvorgang in einem Zwischenreinigungsvorgang ein zweites Ätzgas, bspw. Chlorwasserstoff, durch den Epitaxie-Reaktor 100 geleitet, so dass das beim letzten Beschichtungsvorgang abgeschiedene Material 140 reduziert und vorzugsweise wieder entfernt wird. Auf dem Suszeptor 1 10 ist dabei weder eine Platzhalter- noch eine Halbleiterscheibe angeordnet. Dabei wird darauf geachtet, indem bspw. die Zeitdauer und der Gasfluss geeignet gewählt werden, dass die im vorangegangen Reinigungsvorgang aufgebrachte Schutzschicht erhalten bleibt und möglichst nur das während des letzten Beschichtungsvorgangs abgeschiedene Material entfernt wird. Ein Durchleiten von Abscheidegas vor dem Beschichten der darauffolgenden Halbleiterscheibe wie beim Reinigungsvorgang wird dabei nicht durchgeführt.
Auf diese Weise ist die Ausgangssituation beim Beschichten der
Halbleiterscheiben für jeden Beschichtungsvorgang gleich. Damit werden Variationen in der Geometrie der Halbleiterscheiben, insbesondere im
Randbereich, vermieden oder zumindest deutlich reduziert. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass nach dem letzten Beschichtungsvorgang vor einem Reinigungsvorgang sinnvollerweise kein Zwischenreinigungsvorgang erforderlich ist.
In Figur 3 ist für eine Serie von n aufeinander folgenden
Beschichtungsvorgängen in einem Diagramm die Differenz des Randabfalls Δ in nm/mm2 (ausgedrückt in Form der Differenz des sog. ZDD, einer die
Krümmung des Randbereichs beschreibenden Messgröße) von dabei beschichteten Halbleiterscheiben über der Anzahl der Beschichtungsvorgänge n aufgetragen, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Beschichtungsvorgängen kein Zwischenreinigungsvorgang durchgeführt wurde. Dabei ist zu sehen, dass der Randabfall vom ersten Beschichtungsvorgang nach einem
Reinigungsvorgang (in der Figur links) über die Beschichtungsvorgänge hinweg (in der Figur nach rechts) abnimmt und somit eine deutliche Variation aufweist.
In Figur 4 ist für eine Serie von n aufeinander folgenden
Beschichtungsvorgängen in einem Diagramm die Differenz des Randabfalls Δ in nm/mm2 (ausgedrückt als Differenz des ZDD) von dabei beschichteten Halbleiterscheiben über der Anzahl der Beschichtungsvorgänge n aufgetragen, wobei nach einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform, wie dies oben beschrieben wurde, vorgegangen wurde. Dabei ist zu sehen, dass der Randabfall vom ersten Beschichtungsvorgang nach einem Reinigungsvorgang (in der Figur links) über die
Beschichtungsvorgänge hinweg (in der Figur nach rechts) relativ konstant ist und somit eine deutliche geringere Variation aufweist, als dies ohne die Zwischenreinigungsvorgänge der Fall wäre.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Beschichten von Halbleiterscheiben (120) mit jeweils einer epitaktisch abgeschiedenen Schicht (121 ) in einem Epitaxie-Reaktor (100),
wobei in einem Beschichtungsvorgang wenigstens eine Halbleiterscheibe (120) auf einem jeweiligen Suszeptor (1 10) in dem Epitaxie-Reaktor (100) angeordnet wird und ein erstes Abscheidegas zum Beschichten der wenigstens einen Halbleiterscheibe (120) durch den Epitaxie-Reaktor (100) geleitet wird, und
wobei jeweils nach mehreren Beschichtungsvorgangen ein
Reinigungsvorgang durchgeführt wird, bei dem ein erstes Ätzgas und
anschließend ein zweites Abscheidegas durch den Epitaxie-Reaktor (100) geleitet werden,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reinigungsvorgängen wenigstens ein Zwischenreinigungsvorgang durchgeführt wird, bei dem zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden
Beschichtungsvorgangen ein zweites Ätzgas durch den Epitaxie-Reaktor (100) geleitet wird, ohne dass ein Abscheidegas durch den Epitaxie-Reaktor (100) geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei bei jedem Reinigungsvorgang während des Durchleitens des ersten Ätzgases und/oder des zweiten
Abscheidegases jeweils eine Platzhalterscheibe auf dem jeweiligen Suszeptor angeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Reinigungsvorgängen nach jedem
Beschichtungsvorgang ein Zwischenreinigungsvorgang durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei dem wenigstens einen Zwischenreinigungsvorgang das zweite Ätzgas derart durch den Epitaxie-Reaktor (100) geleitet wird, dass das Material (140), das seit dem vorangegangenen Zwischenreinigungsvorgang durch Durchleiten von
Abscheidegas im Inneren des Epitaxie-Reaktors (100) abgeschieden worden ist, reduziert oder entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei wenigstens ein im Bereich um eine Auflagefläche für Halbleiterscheiben (120) auf dem jeweiligen Suszeptor (1 10) abgeschiedenes Material (140) reduziert oder entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das abgeschiedene Material (140) durch Vorgabe einer Zeitdauer des Durchleitens des zweiten Ätzgases und/oder durch Vorgabe eines Gasflusses des zweiten Ätzgases reduziert oder entfernt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einem Beschichtungsvorgang jeweils eine Schicht (121 ) zwischen 1 und 10 μιτι, insbesondere zwischen 2 und 5μηη auf der wenigstens einen Halbleiterscheibe (120) abgeschieden wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeweils nach 8 bis 30, insbesondere jeweils nach 10 bis 15 Beschichtungsvorgängen der Reinigungsvorgang durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als erstes Ätzgas und/oder als zweites Ätzgas Chlorwasserstoff verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als
Halbleiterscheiben (120) Siliziumscheiben verwendet werden.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, wobei als erstes Abscheidegas und/oder als zweites Abscheidegas Trichlorsilan verwendet wird.
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