通過cvd方法在半導體晶片上沉積層的方法以及用於實施該方法的室的製作方法

2023-05-15 15:38:26 2

專利名稱：：通過cvd方法在半導體晶片上沉積層的方法以及用於實施該方法的室的製作方法通過CVD方法在半導體晶片上沉積層的方法以及用於實施該方法的室本發明涉及在室中通過CVD("化學氣相沉積")方法在半導體晶片上沉積層的方法，包括將沉積氣體從室的進氣口，經過半導體晶片，輸送到室的出氣口，其中通過在頂部受窗約束的通道輸送沉積氣體，該窗能透過熱輻射。用於通過CVD方法在半導體晶片上沉積層的室的典型結構舉例來說見述於US6,325,858B1。該室分成上半部和下半部。上半部用蓋板封閉，也稱為上室。蓋板包括形成蓋板側壁的基部和由石英組成的可透過熱輻射的窗。基部在室的側壁上，室的側壁配有進氣口和布置在後者對面的出氣口。位於上半部和下半部之間的是容納要塗敷的半導體晶片的感受器(Suszeptor)。感受器用帶蜘蛛狀臂的支架固定並且可以藉助支架上升、下降和旋轉。室的下半部用類似於蓋板的基板封閉，所述基板類似地可透過熱輻射。觸發布置在蓋板上面和基板下面的燈，以便在安置在室中的半導體晶片上沉積層。沉積氣體通過進氣口引導到出氣口並且經過路徑上的半導體晶片。在此情況下，它流動通過受頂部窗約束的通道。通過CVD方法在半導體晶片上沉積層時的挑戰之一是要求沉積層能夠達到層厚度儘可能均勻。評價層厚度變化的一種測量方法是變化範圍，定義為層的最高厚度U^和最小厚度Un之差。由此導出的參數R描述了該差的半值與平均厚度tm之比的百分數，根據公式R-10(^/^(Uax-1^)/2*、進行計算。相應地，層厚度越均勻，R的值越小。US2002/0020358A1致力於改善通過CVD方法沉積的層的厚度均勻性。其中所述的方法包括生成特別的反應區域("Prewaferreactionlayer")，該區域可抗衡半導體晶片邊緣區域的過分層生長，就是通常所說的"邊緣效應"。由於該方法相對比較複雜，本發明的目的是給出可以更簡單實施的可能方法，用於改善通過CVD方法在半導體晶片上沉積的層的厚度均勻性。本發明涉及在室中通過CVD方法在半導體晶片上沉積層的方法，其包括將沉積氣體從室的進氣口，經過半導體晶片，輸送到室的出氣口，其中通過在頂部受窗約束且在底部受平面E約束的通道來輸送沉積氣體，其中所述窗能透過熱輻射，並且要塗敷的半導體晶片的表面位於平面E中，其中輸送沉積氣體經過半導體晶片的速度是變化的，這是由於在所述窗的中心區域和在所述窗的邊緣區域，所述平面與窗之間的距離D在外側大於內側，並且在中心區域與邊緣區域之間的邊界處，所述距離的徑向分布的切線與所述平面形成不小於15°且不大於25°的角，其中窗的中心區域是覆蓋半導體晶片的窗的內側區域，而窗的邊緣區域是不覆蓋半導體晶片的窗的外側區域。發明人發現，要塗敷的半導體晶片所在的平面與布置在半導體晶片上面的窗之間的距離的徑向分布可以用來在局部影響沉積速度，也就是說影響層在半導體晶片上的沉積速度。窗與平面之間的距離還影響沉積氣體流經半導體晶片的速度。距離越小，速度越高。發明人進一步發現，在離平面距離較大的情況下沉積速度較低。相反地，如果離平面距離較小，則沉積速度較高。基於此見解，發明人最後發現了，在採用CVD方法塗敷半導體晶片時，為了使^l積層的厚度變化特別小，離平面距離的徑向分布應該怎樣配置。在此情況下，他們還考慮到了距離保持穩定時，觀察到沉積速度在半導體晶片的中心比在半導體晶片的邊緣處更低。本發明還涉及用於通過CVD方法在半導體晶片上沉積層的室，其包括引導沉積氣體進入室的進氣口、引導沉積氣體離開室的出氣口、用於容納要塗敷的半導體晶片的感受器(Suszeptor)、和布置在感受器對面的能透過熱輻射的窗，其中就要塗敷的半導體晶片所在的平面與窗之間的距離而言，在所述窗的中心區域和在所述窗的邊緣區域外側大於內側，並且在中心區域與邊緣區域之間的邊界處，所述距離的徑向分布的切線與所述平面形成不小於15°且不大於25°的角，其中窗的中心區域是覆蓋半導體晶片的窗的內側區域，而窗的邊緣區域是不覆蓋半導體晶片的窗的外側區域。以下參考附圖更詳細地解釋本發明。圖l以截面圖顯示了根據本發明構造的室的特徵。圖2顯示了窗與平面E之間距離D的徑向分布，使用根據本發明的窗實圖35顯示了應用及不應用本發明塗敷的半導體晶片的層厚度的徑向分布，考慮了3mm的邊緣排除。根據圖l的室包括側壁，側壁上有用於輸送沉積氣體進入室的進氣口l和引導沉積氣體離開室的出氣口2，用於容納要塗敷的半導體晶片的感受器3，和布置在感受器對面的窗5。窗5連接到基部(basis)6，基部6在室的側壁之上。其透過熱輻射並優選由石英組成。要塗敷的半導體晶片的表面限定了離窗5特定距離D的平面E。距離D優選2535mm。基部的下部區域與平面E平行。覆蓋要塗敷的半導體晶片的窗的部分區域以下稱為窗中心區域7。其半徑相應於半導體晶片的半徑。鄰接中心區域的窗外側區域以下稱為窗邊緣區域8。窗中心區域的寬度與邊緣區域的寬度之比典型地為1.52.5。引導沉積氣體經過半導體晶片的速度不是恆定的，因為窗與要塗敷的半導體晶片表面所在的平面之間的距離是變化的。距離的徑向分布滿足-所述距離從窗的邊緣區域朝窗的中心區域減小。速度的大小在圖l中用箭頭的長度表示。圖2顯示了窗與平面E之間的距離D，作為離窗中心的距離L的函數，使用根據本發明的窗實例，顯示了距離D的徑向分布。該分布的特徵在於在窗中心區域與窗邊緣區域相鄰接的部位，距離D的徑向分布的切線與平面E形成不小於15。且不大於25°的角。在所述窗特別優選的構造中，從外向內，所述距離如下減小在窗的中心區域窗離所述平面的最大距離與最小距離之差Dmax-D^不小於0.5mm且不大於2mm，在窗的邊緣區域窗離所述平面的最大距離與最小距離之差D加ax-Dmin不小於0.5譲且不大於2mm。由於窗邊緣區域的寬度相對於窗中心區域的寬度更小，距離的變化在窗的邊緣區域比窗的中心區域更大。從外向裡看距離不必連續減小。它還可以保持不變，尤其是在中心區域的裡面部分，如同根據圖2的徑向分布所實施例/比較例由矽組成的外延層在每一情況下都沉積在由矽組成的直徑300mm的半導體晶片上。測試所述窗的實施方案影響半導體晶片上沉積的層的厚度的6徑向分布的方式。只有對應於圖2中圖示的離平面E的距離D的徑向分布是根據本發明實施的。在包括所述窗的室中塗敷的半導體晶片得到其厚度分布如圖3所示的層(實施例)。用於塗敷其層厚度分布如圖4中所示的半導體晶片的窗(比較例1)具有以下特性窗離平面E的距離D的徑向分布使得中心區域和邊緣區域之間邊界處的切線與平面￡形成9.2°的角。在中心區域，窗的構造滿足窗離平面E的最大距離與最小距離之差Dm狀-Dmin的值為2.3mm。在邊緣區域，窗的構造滿足窗離平面E的最大距離與最小距離之差Dmax-D^的值為2.9mm。用於塗敷其層厚度分布如圖5中所示的半導體晶片的窗(比較例2)具有以下特性窗離平面E的距離D的徑向分布使得中心區域和邊緣區域之間邊界處的切線與平面E形成32.5。的角。在中心區域，窗的構造應能使窗離平面E的最大距離與最小距離之差D,-Dmin的值為0.3mm。在邊緣區域，窗的構造應能使窗離平面E的最大距離與最小距離之差Dm戰-D幽的值為2.2mm。如比較層厚度分布所顯示，在根據本發明塗敷的半導體晶片的情況下和在比較例的情況下，在直徑d的分布中沉積層的厚度t波動程度顯著較小。此外，關於比較例，特別明顯的是層厚度在外側明顯減小(比較例l)和層厚度在外側明顯增加(比較例2)。為了量化沉積層厚度的變化，測定前文中所述的參數R，其中在考慮了3mm的邊緣排除的96個分布點測得的層厚度的算術平均值用作平均層厚度U。結果歸納在下表中表tableseeoriginaldocumentpage7權利要求1.一種用於在室中通過CVD方法在半導體晶片上沉積層的方法，其包括將沉積氣體從室的進氣口，經過半導體晶片，輸送到室的出氣口，其中沉積氣體通過在頂部受窗約束且在底部受平面E約束的通道輸送，其中所述窗能透過熱輻射，要塗敷的半導體晶片的表面位於平面E中，其中輸送沉積氣體經過半導體晶片的速度是變化的，這是由於在所述窗的中心區域和在所述窗的邊緣區域，所述平面與窗之間的距離D在外側大於內側，並且在中心區域與邊緣區域之間的邊界處，所述距離的徑向分布的切線與所述平面形成不小於15°且不大於25°的角，其中窗的中心區域是覆蓋半導體晶片的窗的內側區域，而窗的邊緣區域是不覆蓋半導體晶片的窗的外側區域。2.權利要求l的方法，其中在所述窗的中心區域中，窗離平面的最大與最小距離之差D皿-Dmin不小於0.5mm且不大於2mm。3.權利要求1或權利要求2的方法，其中在所述窗的邊緣區域中，窗離平面的最大與最小距離之差Dmax-D^不小於0.5mm且不大於2mm。4.一種用於通過CVD方法在半導體晶片上沉積層的室，其包括引導沉積氣體進入室的進氣口、引導沉積氣體離開室的出氣口、用於容納要塗敷的半導體晶片的感受器、和布置在感受器對面的能透過熱輻射的窗，其中在所述窗的中心區域和在所述窗的邊緣區域，所述平面與窗之間的距離D在外側大於內側，並且在中心區域與邊緣區域之間的邊界處，所述距離的徑向分布的切線與所述平面形成不小於15°且不大於25°的角，其中窗的中心區域是覆蓋半導體晶片的窗的內側區域，而窗的邊緣區域是不覆蓋半導體晶片的窗的外側區域。5.權利要求4的室，其中在所述窗的中心區域中，窗離平面的最大與最小距離之差Dm^-Dmin不小於0.5mm且不大於2mm。6.權利要求4或權利要求5的室，其中在所述窗的邊緣區域中，窗離平面的最大與最小距離之差Dmax-Dmin不小於0.5mm且不大於2mm。7.權利要求46中任何一項的室，其中距離D為2535mm。8.包括外延層的半導體晶片，其中層的厚度是不均勻的，其中根據公式11=100%*(1^-tmin)/2*tm計算得出的描述層厚度變化的參數R小於0.5%，其中在所述公式中，tmax表示層的最大厚度，tmin表示層的最小厚度，tm表示層的平均厚度。全文摘要本發明涉及通過CVD方法在半導體晶片上沉積層的方法，其中通過在頂部受窗約束且在底部受平面E約束的通道輸送沉積氣體，其中所述窗能透過熱輻射，並且要塗敷的半導體晶片的表面位於平面E中。輸送沉積氣體經過半導體晶片的速度是變化的，這是由於在所述窗的中心區域和在所述窗的邊緣區域，所述平面與窗之間的距離D在外側大於內側，並且在中心區域與邊緣區域之間的邊界處，所述距離的徑向分布的切線與所述平面形成不小於15°且不大於25°的角，其中窗的中心區域是覆蓋半導體晶片的窗的內側區域，而窗的邊緣區域是不覆蓋半導體晶片的窗的外側區域。本發明進一步涉及用於通過CVD方法在半導體晶片上沉積層的室，以及包括外延層的半導體晶片。文檔編號C23C16/44GK101634014SQ20091014929公開日2010年1月27日申請日期2009年6月12日優先權日2008年7月16日發明者A·艾格納,G·布倫寧格申請人:矽電子股份公司