DD280226A3 - CONTEXT OF GRAPHITE BODIES FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Ueberzug auf Graphitkoerpern zu ihrer Versiegelung. Diese Graphitkoerper werden in der Halbleiterfertigung als Scheibentraeger in plasmagestuetzten CVD-Anlagen verwendet. Erfindungsgemaess besteht der Ueberzug mindestens aus einer Schicht aus dotiertem amorphem Silicium von 1...5 mm Dicke, die an den Graphitkoerper angesintert ist. Der Schichtwiderstand des Ueberzuges betraegt 50...350 Ohm pro Quadrat. Dieser Ueberzug kann in der gleichen plasmagestuetzten CVD-Anlage hergestellt werden, in der der mit dem erfindungsgemaessen Ueberzug versiegelte Graphitkoerper als Scheibentraeger fuer die zu behandelnden Halbleiterscheiben verwendet wird. Durch den erfindungsgemaessen Ueberzug wird erreicht, dass die Homogenitaet von mit plasmagestuetzter CVD abgeschiedenen Schichten wesentlich verbessert ist.The invention relates to a coating on Graphitkoerpern to their seal. These graphite bodies are used in semiconductor production as a disk carrier in plasma-assisted CVD systems. According to the invention, the coating consists of at least one layer of doped amorphous silicon of 1 to 5 mm thickness, which is sintered to the graphite body. The sheet resistance of the coating is 50 ... 350 ohms per square. This coating can be produced in the same plasma-assisted CVD system in which the graphite body sealed with the coating according to the invention is used as a wafer carrier for the semiconductor wafers to be treated. The inventive coating ensures that the homogeneity of layers deposited with plasma-assisted CVD is substantially improved.
Description
Die Erfindung betrifft einen Überzug auf Graphitkörporn zu ihrer Versiegelung, die in der Haibleiteifertigiing als Trägerkörper für die Halbleiterscheiben vorzugsweise in Plasma-CVD-Anlagen dienen. Mit dem erfindungsgemäßen Überzug versehene Scheibenträger werden bei der Fertigung integrierter Schaltkreise, insbesondere hochintegrierter Schaltkreise, verwendet.The invention relates to a coating on Graphitkörporn to their seal, which serve in Haibleiteifertigiing as a carrier body for the semiconductor wafers, preferably in plasma CVD systems. Disc holders provided with the coating according to the invention are used in the manufacture of integrated circuits, in particular highly integrated circuits.
Bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen wird zur Abscheidung von Schichten, beispielsweise isolierenden Schichten, auf den Halbleiterscheiben als Standardverfahren die CVD (Chemical Vapor Deposition = chemische Gasphasenabscheidung) eingesetzt. Die Zuführung der erforderlichen Aktivierungsenergie für die chemische Reaktion erfolgt durch Wärme und/oder ein Niederdruckplasma. In den CVD-Anlagen sind die Halbleiterscheiben auf Scheibenträgern angeordnet, die unter anderem aus Reinstgraphit bestehen und mit einem Silicium- oder Siliciumkarbidüberzug versiegelt sind (Schade, Halbleitertechnologie Band 1, VEB Verlag Technik, Berlin, 1981, S. 149), um die Ausdiffusion der immer noch vorhandenen Verunreinigungen zu verhindern und auf diese Weise die Konzentration der Verunreinigungen in den abgeschiedenen Schichten unterhalb vorgeschriebener Grenzen zu halten. Infolge der prozeßbedingten Temperaturwechselbelastung treten jedoch im Laufe der Zeit in den Überzügen Mikrorisse und Poren auf, durc. die dann Verunreinigungen diffundieren. Es ist also erforderlich, die Scheibenträger aus Graphit nach einer bestimmten 3enutzungsdauer erneut zu versiegeln.In the manufacture of semiconductor devices, CVD (Chemical Vapor Deposition) is used as the standard method for the deposition of layers, for example insulating layers, on the semiconductor wafers. The supply of the required activation energy for the chemical reaction is carried out by heat and / or a low-pressure plasma. In the CVD systems, the semiconductor wafers are arranged on disc carriers, which consist among other things of ultrapure graphite and are sealed with a silicon or silicon carbide coating (Schade, Semiconductor Technology Volume 1, VEB Verlag Technik, Berlin, 1981, p 149) to the outdiffusion To prevent the remaining impurities and thus to keep the concentration of impurities in the deposited layers below prescribed limits. As a result of the process-related thermal cycling but occur over time in the coatings microcracks and pores, durc. which then diffuse impurities. It is therefore necessary to re-seal the graphite disk supports after a certain period of use.
Es ist ein Verfahren zur Gasabscheidunq dichter Siliciumkarbidschichten bekannt (DF.-AS 2131407; C 2? C- 11/08), nach dem auf dem Graphitsubstrat zunächst hei etwa 1000 'C eine 1... ΙΟμητι dicke Pyrographitschicht abgeschieden ν ird. Danach erfolgt eine Siliciumabscheidung bei einer Temperatur von mindestens 14200C aus Silan oder einem Siliciumhalogenid in einer Wasserstoffatmosphäre bis zur Umwandlung der gesamten Pyrographitschicht in Siliciumkarbid. Nachteilig ist, daß derart hohe Temperaturen Anlagen erfolgen, die bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen nicht üblich sind. Zur Versiegelung der Scheibenträger ist daher eine kostenaufwendige spezielle CVD-Anlage für höhere Temperaturen erforderlich. Nach der US-PS 3372671 ist es bekannt, auf Graphitkörpern Siliciumkarbid-Schichten von 25,4... 254μπι Dicke aus der Gasphase abzuscheiden, damit diese Schichten dicht sind. Derart dicke Schichten haben jedoch den Nachteil, daß sie wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Graphit und Siliciumkarbid bevorzugt zur Rißbildung neigen. Es ist ebenfalls bekannt, Siliciumkarbid-Schichten von 10... ΙΟΟμητι Dicke aus der Gasphase durch Reduktion von kohlenstoff- und siliciumhaltigen Verbindungen, beispielsweise C H3 Si Cl3, abzuscheiden. Derart dicke Schichten haben jedoch den Nachteil -wie schon dargelegt -, daß sie bevorzugt zi-r Rißbildung neigen.It is a method for Gasabscheidunq dense silicon carbide known (DF-AS 2131407, C 2? C- 11/08), after the graphite substrate at hei first about 1000 'C a 1 ... ΙΟμητι thick Pyrographitschicht deposited ν ird. This is followed by silicon deposition at a temperature of at least 1420 ° C. from silane or a silicon halide in a hydrogen atmosphere until the entire pyrographite layer has been converted to silicon carbide. The disadvantage is that such high temperatures installations take place, which are not common in the manufacture of semiconductor devices. To seal the disc carrier therefore a costly special CVD system for higher temperatures is required. According to the US-PS 3372671 it is known to deposit on graphite bodies silicon carbide layers of 25.4 ... 254μπι thickness from the gas phase, so that these layers are dense. However, such thick layers have the disadvantage that they tend to crack because of the different thermal expansion coefficients of graphite and silicon carbide. It is also known, silicon carbide layers of 10 ... ΙΟΟμητι thickness from the gas phase by reduction of carbon and silicon-containing compounds, for example, CH 3 Si Cl 3 , deposit. However, such thick layers have the disadvantage, as already stated, that they are prone to cracking.
Nach der DE-OS 2739258 (C23C- 11/08) ist es bekannt, auf Kohlenstofformkörper eine Schutzschicht aus kohlenstoffhaltigem Siliciumkarbid von 5... 100pm Dicke und kohlenstoffhaltigem Siliciumnitrid von 10... 1500pm Dicke aufzubringen. Zum Aufbringen der Siliciumkarbid-Schicht werden Temperaturen über 1 250°C benötigt, die bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen nicht üblich sind, so daß eine kostenaufwendige spezielle CVD-Anlage erforderlich ist. Weiterhin treten die oben beschriebenen Nachteile dicker Schichten auf.According to DE-OS 2739258 (C23C-11/08) it is known to apply to carbon moldings a protective layer of carbonaceous silicon carbide of 5 ... 100pm thickness and carbonaceous silicon nitride of 10 ... 1500pm thickness. For application of the silicon carbide layer temperatures above 1 250 ° C are required, which are not common in the manufacture of semiconductor devices, so that a costly special CVD system is required. Furthermore, the disadvantages of thick layers described above occur.
Nach der DD-PS 133072 (B01J-17/28) ist es schließlich bekannt, mehrschichtige Überzüge für Graphitheizer in CVD-Anlagen zu verwenden. Ein Überzug besteht abwechselnd aus jeweils mehreren Schichten von Polysilicium einer Korngröße von 10... 20 nm und 2... 15pm Dicke und von einem amorphen Isolatormaterial, beispielsweise Siliciumoxid oder Siliciumnitrid, einer Dicke von 0,4... 1,2pm. Die Anzahl der Schichten muß mindestens vier betragen. Nachteilig ist neben dem hohen Aufwand zum Erzeugen der Schichten die mit der Anzahl der Schichten steigende Dicke des Überzuges mit den bereits beschriebenen Nachteilen.Finally, according to DD-PS 133072 (B01J-17/28), it is known to use multilayer coatings for graphite heaters in CVD plants. A coating consists alternately of several layers of polysilicon with a grain size of 10 ... 20 nm and 2 ... 15pm thickness and of an amorphous insulator material, such as silicon oxide or silicon nitride, a thickness of 0.4 ... 1.2pm. The number of layers must be at least four. A disadvantage is in addition to the high cost of producing the layers with the number of layers increasing thickness of the coating with the disadvantages already described.
Es ist Ziel der Erfindung, Überzüge auf Graphitkörpern für die Halbleiterfertigung hinsichtlich Dichtigkeit und Herstellbarkeit zu verbessern.It is an object of the invention to improve coatings on graphite bodies for semiconductor manufacturing in terms of tightness and manufacturability.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Überzug auf Graphitkörpern für die Halbleiterfertigung anzugeben, der in einer für die Fertigung von Halbleiterbauelementen üblichen CVD-Anlage hergestellt werden kann, der bei nur geringer Dicke dicht ist und der eine verbesserte Homogenität der Schichtabscheidung bei der Halbleiterfertigung gestattet.The object of the invention is to provide a coating on graphite bodies for semiconductor manufacturing, which can be produced in a conventional for the production of semiconductor devices CVD plant, which is dense at only a small thickness and which allows improved homogeneity of the layer deposition in semiconductor production.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe, einen Überzug auf Graphitkörpern für die Halbleiterfertigung zum Versiegeln dieser Graphitkörper mit Silicium und/oder Siliciumverbindungen zum Einsatz in der plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) anzugeben, dadurch gelöst, daß der Überzug mindestens aus einer Schicht von etwa 1 ...5μιη Dicke aus dotiertem amorphem Silicium besteht, daß die Schicht einem Schichtwiderstand von etwa 50... 350 Ohm pro Quadrat hat und daß die Schicht angesintert ist.The object of the present invention is to provide a coating on graphite bodies for semiconductor production for sealing these graphite bodies with silicon and / or silicon compounds for use in plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD), characterized in that the coating comprises at least one layer of about 1 ... 5μιη thickness of doped amorphous silicon is that the layer has a sheet resistance of about 50 ... 350 ohms per square and that the layer is sintered.
Es ist zweckmäßig, daß die Schicht aus dotiertem amorphem Silicium unmittelbar auf dem Graphitkörper aufgebracht ist.It is expedient that the layer of doped amorphous silicon is applied directly to the graphite body.
Es ist zweckmäßig, daß die Schicht aus dotiertem amorphem Silicium mit Phosphor dotiert ist.It is desirable that the layer of doped amorphous silicon is doped with phosphorus.
Es ist auch zweckmäßig, daß über der Schicht aus dotiertem amorphem Silicium eine Schicht aus Phosphorsilikatglas von etwa 2...5μπι Dicke angeordnet ist.It is also appropriate that a layer of phosphosilicate glass of about 2 ... 5μπι thickness is disposed over the layer of doped amorphous silicon.
Es ist dann schließlich zweckmäßig, daß über der Schicht aus Phosphorsilikatglas eine Siliciumnitridschicht von etwa 0,2...0,5μπΊ Dicke angeordnet ist.Finally, it is expedient for a silicon nitride layer of about 0.2 to 0.5 μm thickness to be arranged above the layer of phosphosilicate glass.
Die Schicht aus dotiertem amorphem Silicium wird bekanntermaßen mittels einer Niederdruck-CVD, vorzugsweise mittels einer plasmagestützten CVD, in inerter Atmosphäre bei einem Druck von etwa 100...350Pa, bei einer Temperatur des Graphitkörpers von etwa 325...475°C und bei Strömungsmengen von etwa 40... 150ml/min Silan, etwa 5...50ml/min Phosphin und etwa 500...2000ml/min Stickstoff als Trägergas hergestellt.The layer of doped amorphous silicon is known to be by means of a low-pressure CVD, preferably by means of a plasma-enhanced CVD, in an inert atmosphere at a pressure of about 100 ... 350Pa, at a temperature of the graphite body of about 325 ... 475 ° C and at Flow rates of about 40 ... 150ml / min silane, about 5 ... 50ml / min phosphine and about 500 ... 2000ml / min nitrogen as carrier gas.
Die Schicht aus dotiertem amorphem Silicium ist derart mit Phosphor dotiert, daß sich nach einer Wärmebehandlung in inerter Atmosphäre bei etwa 900°C während einer Dauer von etwa 30 Minuten ein Schichtwiderstand von etwa 50... 350 Ohm pro Quadrat einstellt.The layer of doped amorphous silicon is doped with phosphorus such that after a heat treatment in an inert atmosphere at about 900 ° C for a period of about 30 minutes, a sheet resistance of about 50 ... 350 ohms per square adjusts.
Das Ansintern der Schicht aus dotiertem amorphem Silicium auf dem Graphitkörper erfolgt in inerter Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1000... 1 200°C während einer Dauer von etwa 0,5...5 Stunden.The sintering of the layer of doped amorphous silicon on the graphite body takes place in an inert atmosphere at a temperature of about 1000 ... 1 200 ° C for a period of about 0.5 ... 5 hours.
Der erfindungsgemäßo Überzug hat den Vorteil, daß er in der gleichen CVD-Anlage hergestellt werden kann, in der der mit dem erfindungsgemäßen Überzug versiegelte Graphitkörper als Scheibenträger für die zu behandelnden Halbleiterscheiben verwendet wird. Es ist also eine kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Überzuges möglich, da keine kostenaufwendigen speziellen CVD-Anlagen für höhere Temperaturen benötigt werden. Die geringe Dicke des erfindungsgemäßen Überzuges bringt weiterhin den Vorteil, daß nur eine geringe Neigung zur Rißbildung besteht, so daß der Überzug über eine gröRe-e Anzahl von Temperaturzyklen bei der Behandlung von Halbleiterscheiben dicht ist. Durch die dadurch erhöhte Reinheit bei der CVD, insbesondere bei der plasmagestützten CVD, erfolgt eine Ausbeutesteigerung bei der Fertigung integrierter Schaltkreise, insbesondere bei der Fertigung hochintegrierter Schaltkreise mit kleinen Strukturabmessungen.The coating according to the invention has the advantage that it can be produced in the same CVD plant in which the graphite body sealed with the coating according to the invention is used as a wafer carrier for the semiconductor wafers to be treated. So it is a cost-effective production of the coating according to the invention possible because no expensive special CVD systems for higher temperatures are needed. The small thickness of the coating according to the invention further brings the advantage that there is little tendency for cracking, so that the coating over a large e-number of temperature cycles in the treatment of semiconductor wafers is tight. The resulting increased purity in the CVD, especially in the plasma-enhanced CVD, increases the yield in the production of integrated circuits, especially in the production of highly integrated circuits with small structural dimensions.
Weiterhin wurde gefunden, daß bei der Plasnv -CVD unter Verwendung von mit dem erfindungsgemäßen Überzug versehenen Schtibenträgern die Homoge.iität der auf der 'lalbleiterscheiben abgeschiedenen Schichten sowohl bezogen auf die einzelne Halbleiterscheibe als auch auf die Charge be .eutend besser war als bei der Verwendung von Scheibenträgern mit dem üblichen Siliciumkarbid-Überzug. Außerdem wurde gefunden, daß die Reproduzierbarkeit der Schichtabscheidung durch die Verwendung von Scheibenträgern mit dem erfindungsgemäßen Überzug bedeutend verbessert wurde. Die Folge davon ist eine Ausbeutesteigerung bei der Fertigung integrierter Schaltkreise.Furthermore, it has been found that in the Plasnv CVD using slide carriers provided with the coating according to the invention, the homogeneity of the layers deposited on the semiconductor wafers was significantly better, both relative to the individual semiconductor wafer and to the charge, than during use disk carriers with the usual silicon carbide coating. In addition, it has been found that the reproducibility of the layer deposition has been significantly improved by the use of wafer carriers with the coating according to the invention. The consequence of this is an increase in yield in the production of integrated circuits.
Ein weiterer Vorteil ist, daß nach Entfernen eines nicht mehr dichten Überzuges beinahe beliebig oft ein erfindungsgemäßer Überzug wieder auf dem Graphitkörper aufgebracht werden kann.Another advantage is that after removal of a no longer dense coating almost any number of times an inventive coating can be applied to the graphite body again.
Es wird vermutet, daß dio verbesserte Homogenität der auf den Halbleiterscheiben abgeschiedenen Schichten mittels Plasma-CVD auf die elektrische Leitfähigkeit des Überzuges aus dotiertem amorphem Silicium zurückzuführen ist, obwohl Überzüge aus Siliciumkarbid ebenfalls elektrisch leitfähig sind.It is believed that the improved homogeneity of the layers deposited on the wafers by plasma CVD is due to the electrical conductivity of the doped amorphous silicon coating, although silicon carbide coatings are also electrically conductive.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.
Ein zu versiegelnder Scheibenträger aus Reinstgraphit wird nach den üblichen Reinigungsschritten in eine Plasma-CVD-Anlage eingebrach'.. Nach dem Evakuieren der Anlage wird der zu versiegelnde Scheibenträger auf 4250C erwärmt. Bei einem Druck von etwa 150 Pa und Strömungsmenge von 500 ml/min Stickstoff, 60 ml/min Silan und 10 ml/min Phosphin wird dotiertes amorphes Silicium abgeschieden. Die Abscheiderate beträgt etwa 15nm/min, so daß nach 70 Minuten eine Schichtdicke von etwa 1 pm erreicht wird. Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung in inorter Atmosphäre bei 9000C während einer Dauer von 30 Minuten.A disk carrier made of ultrapure graphite to be sealed is introduced after the usual cleaning steps into a plasma CVD system. After the system has been evacuated, the wafer carrier to be sealed is heated to 425 ° C. At a pressure of about 150 Pa and a flow rate of 500 ml / min of nitrogen, 60 ml / min of silane and 10 ml / min of phosphine doped amorphous silicon is deposited. The deposition rate is about 15 nm / min, so that after 70 minutes, a layer thickness of about 1 pm is achieved. This is followed by a heat treatment in inorter atmosphere at 900 0 C for a period of 30 minutes.
Zur Bestimmung des Schichtwiderstandes wird eine oxidierte Siliciumscheibe mitgeführt. Nach der Wärmebehandlung soll der Schichtwiderstand etwa 350 Ohm pro Quadrat betragen.To determine the sheet resistance, an oxidized silicon wafer is carried along. After the heat treatment, the sheet resistance should be about 350 ohms per square.
Die Abscheidung der Schicht aus dotiertem amorphem Silicium kann auch in einer Niederdruck-CVD-Anlage ohne Flasmaunterstützung erfolgen.The deposition of the layer of doped amorphous silicon can also be carried out in a low-pressure CVD system without Flasmaunterstützung.
Wird der versiegelte Scheibenträger in CVD-Anlagen ohne Plasmaunterstützung verwendet, so kann zur Erhöhung oer Einsatzdauer des Scheibenträgers über der Schicht aus dotiertem amorphem Silicium eine Schicht aus Phosphorsilikatglas von etwa 2...5pm Dicke abgeschieden werden, die auch noch zusätzlich mit einer Schicht aus Siliciumnitrid von etwa 0,2...0,5pm Dicke bedeckt werden kann.If the sealed disk carrier used in CVD systems without plasma support, it can be deposited to increase the service life of the disk support over the layer of doped amorphous silicon, a layer of phosphosilicate glass of about 2 ... 5pm thickness, which also additionally with a layer of Silicon nitride of about 0.2 ... 0.5pm thickness can be covered.
Bei der Verwendung der Scheibenträger in CVD-Anlagen ohne Plasmaunterstützung kann anstelle der dotierten amorphen Siliciumschicht auch eine Schicht aus undotiertem amorphem Silicium oder polykristallinem Silicium verwendet werden.When using the wafer carriers in CVD systems without plasma assistance, a layer of undoped amorphous silicon or polycrystalline silicon may be used instead of the doped amorphous silicon layer.
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Cited By (1)
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1987
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Legal Events
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| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |