[發明專利]用于在晶片基材上沉積來自于工藝氣體的材料層的方法和裝置

有效

• 申請號: 201210109937.3
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102751181A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: G·布倫寧格;A·艾格納;C·哈格爾
• 申請（專利權）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/67;C23C16/44
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 于輝

技術領域

本發明涉及用于在晶片基材(substrate?wafer)上沉積來自于工藝氣體(process?gas)的材料層的裝置和使用所述裝置的方法。

本發明特別涉及通過化學蒸汽沉積(CVD)來沉積材料層的裝置，例如用于在由半導體材料例如硅組成的晶片基材上沉積外延層的裝置。

背景技術

在晶片基材上沉積來自于工藝氣體的材料層的裝置的基本結構是已知和明顯的，例如，WO?2007/050309A1所公開的。相應地，這種裝置包含由上圓頂、下圓底和側壁定界的反應室。在反應室之上和之下都配置輻射加熱系統，并在材料膜沉積過程中產生足夠的熱量以使得導向晶片基材上的工藝氣體被活化并且使得在晶片基材的表面形成從工藝氣體成分產生的材料層。所述晶片基材由被預熱環環繞的基座支撐。所述預熱環靠在作為反應室側壁的一部分的內襯上。預熱環有幫助加熱導向晶片基材的工藝氣體的功用。在側壁上設置進料口和出料口，由此進行工藝氣體的進料和由其產生的廢氣的排出。

JP2006049503A2討論了用于在由硅組成的半導體晶片上沉積外延膜的裝置。所述裝置有如上所述的基本構造并在反應室側壁上還設置有另外的進料口和出料口。所述另外的進料口和出料口用于引入吹掃氣體到反應室內基座下面的空間中并從所述空間排出吹掃氣體。根據JP2006049503A2的說明書，氣態化合物可以通過預熱環和基座之間的間隙到達增長中的外延層，并改變在半導體晶片邊緣區域的外延層的電阻率。為了防止這種“自摻雜”效應，JP2006049503A2提議封上所述間隙。

發明內容

本發明的發明者發現，當使用大體上如WO?2007/050309A1或JP2006049503A2中所描述的裝置那樣配備的裝置時，需要考慮所存在的一些問題。

這是因為存在這種風險：由硅組成的外延沉積層的電阻率在晶片基材的直徑方向上的徑向分布變得明顯不對稱。理想地，所述分布是對稱的或至少是幾乎對稱的。

此外，可預料的是顆粒會污染沉積的材料層到比較高的程度。

所以，本發明的目的是提供避免所述問題的解決方案。

所述目的通過用于在晶片基材上沉積來自于工藝氣體的材料層的裝置實現，所述裝置包含：

反應室，其由上圓頂、下圓底和側壁定界；

基座，其在材料層沉積過程中支撐所述晶片基材；

環繞基座的預熱環；

內襯，所述預熱環被支撐在其中心位置，并在所述中心位置預熱環和基座之間有一致寬度的間隙；和

在內襯和預熱環之間的定距物，所述定距物保持預熱環在中心位置和在預熱環和內襯之間提供間距Δ。

在晶片基材上沉積材料層的過程中，所述基座和晶片基材繞著它們的中心旋轉。與此同時，所述預熱環應保持在中心位置不參與該旋轉運動。發明者發現上述的問題產生于如下的事實：在沉積過程的開始階段，所述預熱環在所述工藝過程中以非可控的方式離開中心位置，原因是在預熱環和內襯之間由于熱膨脹產生的徑向相對運動，所述相對運動是由于預熱環材料和內襯材料的熱膨脹性能的不同引起的。

首先，在內襯上預熱環的位移有如下效果：預熱環和基座之間的間隙寬度不像預熱環保持在中心位置的情況下那樣保持一致。在沉積過程中間隙寬度沿著基座的外圍開始波動。在間隙較寬的地方“自摻雜”效應增強，因為在這些位置更多氣體可以通過間隙到增長中的材料層。

其次，在內襯上預熱環的位移有如下效果：顆粒因摩擦而產生，并傳到沉積的材料層而污染該層。預熱環的位移甚至會有使預熱環和基座互相接觸的效果，這會加劇顆粒的形成。因此要小心地確保預熱環和基座之間的間隙有至少2mm的寬度。然而，這樣的間隙寬度增進了上述的“自摻雜”效果。

為了避免上述問題，本發明要求保護的裝置具有間隔于內襯和預熱環之間的定距物，所述定距物使得預熱環不受其熱膨脹和內襯熱膨脹的影響而保持在中心位置，并產生預熱環和內襯之間的間隔Δ。這樣就完全或幾乎完全防止了預熱環和內襯的直接接觸。由于缺少接觸，在材料膜沉積過程中因熱膨脹所致的預熱環和內襯之間的徑向相對運動不再導致顆粒的形成。

所述裝置的基座和預熱環優選由WO?2007/050309A1中所描述的適合的材料組成，特別優選由碳化硅組成。所述預熱環優選地具有WO2007/050309A1中所描述的適合的形狀。

所述裝置的上圓頂、下圓底和內襯由能傳達IR輻射的材料組成，優選的是石英。