[发明专利]用于在晶片基材上沉积来自于工艺气体的材料层的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于在晶片基材(substrate wafer)上沉积来自于工艺气体(process gas)的材料层的装置和使用所述装置的方法。

本发明特别涉及通过化学蒸汽沉积(CVD)来沉积材料层的装置，例如用于在由半导体材料例如硅组成的晶片基材上沉积外延层的装置。

背景技术

在晶片基材上沉积来自于工艺气体的材料层的装置的基本结构是已知和明显的，例如，WO 2007/050309A1所公开的。相应地，这种装置包含由上圆顶、下圆底和侧壁定界的反应室。在反应室之上和之下都配置辐射加热系统，并在材料膜沉积过程中产生足够的热量以使得导向晶片基材上的工艺气体被活化并且使得在晶片基材的表面形成从工艺气体成分产生的材料层。所述晶片基材由被预热环环绕的基座支撑。所述预热环靠在作为反应室侧壁的一部分的内衬上。预热环有帮助加热导向晶片基材的工艺气体的功用。在侧壁上设置进料口和出料口，由此进行工艺气体的进料和由其产生的废气的排出。

JP2006049503A2讨论了用于在由硅组成的半导体晶片上沉积外延膜的装置。所述装置有如上所述的基本构造并在反应室侧壁上还设置有另外的进料口和出料口。所述另外的进料口和出料口用于引入吹扫气体到反应室内基座下面的空间中并从所述空间排出吹扫气体。根据JP2006049503A2的说明书，气态化合物可以通过预热环和基座之间的间隙到达增长中的外延层，并改变在半导体晶片边缘区域的外延层的电阻率。为了防止这种“自掺杂”效应，JP2006049503A2提议封上所述间隙。

发明内容

本发明的发明者发现，当使用大体上如WO 2007/050309A1或JP2006049503A2中所描述的装置那样配备的装置时，需要考虑所存在的一些问题。

这是因为存在这种风险：由硅组成的外延沉积层的电阻率在晶片基材的直径方向上的径向分布变得明显不对称。理想地，所述分布是对称的或至少是几乎对称的。

此外，可预料的是颗粒会污染沉积的材料层到比较高的程度。

所以，本发明的目的是提供避免所述问题的解决方案。

所述目的通过用于在晶片基材上沉积来自于工艺气体的材料层的装置实现，所述装置包含：

反应室，其由上圆顶、下圆底和侧壁定界；

基座，其在材料层沉积过程中支撑所述晶片基材；

环绕基座的预热环；

内衬，所述预热环被支撑在其中心位置，并在所述中心位置预热环和基座之间有一致宽度的间隙；和

在内衬和预热环之间的定距物，所述定距物保持预热环在中心位置和在预热环和内衬之间提供间距Δ。

在晶片基材上沉积材料层的过程中，所述基座和晶片基材绕着它们的中心旋转。与此同时，所述预热环应保持在中心位置不参与该旋转运动。发明者发现上述的问题产生于如下的事实：在沉积过程的开始阶段，所述预热环在所述工艺过程中以非可控的方式离开中心位置，原因是在预热环和内衬之间由于热膨胀产生的径向相对运动，所述相对运动是由于预热环材料和内衬材料的热膨胀性能的不同引起的。

首先，在内衬上预热环的位移有如下效果：预热环和基座之间的间隙宽度不像预热环保持在中心位置的情况下那样保持一致。在沉积过程中间隙宽度沿着基座的外围开始波动。在间隙较宽的地方“自掺杂”效应增强，因为在这些位置更多气体可以通过间隙到增长中的材料层。

其次，在内衬上预热环的位移有如下效果：颗粒因摩擦而产生，并传到沉积的材料层而污染该层。预热环的位移甚至会有使预热环和基座互相接触的效果，这会加剧颗粒的形成。因此要小心地确保预热环和基座之间的间隙有至少2mm的宽度。然而，这样的间隙宽度增进了上述的“自掺杂”效果。

为了避免上述问题，本发明要求保护的装置具有间隔于内衬和预热环之间的定距物，所述定距物使得预热环不受其热膨胀和内衬热膨胀的影响而保持在中心位置，并产生预热环和内衬之间的间隔Δ。这样就完全或几乎完全防止了预热环和内衬的直接接触。由于缺少接触，在材料膜沉积过程中因热膨胀所致的预热环和内衬之间的径向相对运动不再导致颗粒的形成。

所述装置的基座和预热环优选由WO 2007/050309A1中所描述的适合的材料组成，特别优选由碳化硅组成。所述预热环优选地具有WO2007/050309A1中所描述的适合的形状。

所述装置的上圆顶、下圆底和内衬由能传达IR辐射的材料组成，优选的是石英。