DE10329072B4

DE10329072B4 - Halbleiterwafer-Behandlungselement

Info

Publication number: DE10329072B4
Application number: DE10329072.9A
Authority: DE
Inventors: Masanari Yokogawa; Hirotaka Hagihara; Shinya Wagatsuma; Koutarou Kitayama; Chieko Fujiwara
Original assignee: Coorstek KK
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2023-06-28
Also published as: US7255775B2; US20040089236A1; DE10329072A1

Abstract

Halbleiterwafer-Behandlungselement (A) mit mindestens einer Oberfläche, die mit einer darauf ausgebildeten Siliciumcarbid(SiC)-Schicht (C) ausgestattet ist, wobei die Schicht (C) so ausgebildet ist, dass sie sowohl Vorsprünge (1), die durch Kristallkornteile gebildet werden, als auch Vertiefungen (2) hat, die zwischen den Vorsprüngen (1) gebildet werden, das einen Trägerbereich zum Tragen eines Halbleiterwafers umfasst, die oberen Oberflächen (1a) des Trägerbereichs sind aufgebaut aus geschliffenen Vorsprüngen (1) von den Kristallkörnern, mit denen der Halbleiterwafer in Kontakt kommt, und Vertiefungen (2), die zwischen den Vorsprüngen (1) ausgebildet und nicht geschliffen wurden, wobei die geschliffenen Vorsprünge (1) mit den oberen Oberflächen (1a) ausgestattet sind, die eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,05–1,3 μm aufweisen, und die ungeschliffenen Vertiefungen (2) Oberflächen (2a) mit einer Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 3 μm oder mehr, gemessen über eine Länge von 300 μm haben.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterwafer-Behandlungselement, das nur aus einer Siliciumcarbidschicht (SiC-Schicht) darauf besteht, oder auf der Oberfläche des Substrats eine Siliciumcarbidschicht aufweist, mit anderen Worten, zumindest auf der Oberfläche davon, und genauer betrifft sie ein Halbleiterwafer-Behandlungselement, das als Komponente in einer Setzmaschine zur Behandlung von Halbleitern, wie beispielsweise Waferplatten, Suszeptoren usw. verwendet wird.
Beschreibung des Standes der Technik:
Im Verfahren der Halbleiterherstellung ist es eine weit verbreitete Vorgehensweise, eine dünne Siliciumnitrid (Si₃N₄)- oder Polysiliciumschicht auf der Oberfläche von Halbleiterwafern auszubilden. Als eine Setzvorrichtung, die zum Arbeiten an Waferplatten in solchen Dünnschichtausbildungsprozessen verwendet wird, wird eine Quarzglassetzvorrichtung verwendet, oder eine Setzvorrichtung, die lediglich eine Siliciumcarbid(SiC)Schicht oder eine Siliciumcarbid(SiC)-Schicht, die auf kohlenstoffimprägnierten, SiC-imprägnierten oder SiC-Oberflächen ausgebildet ist, aufweist.
Solche Setzvorrichtungen, die aus einem Halbleiterwafer-Behandlungselement mit zumindest auf ihrer Oberfläche ausgebildeter SiC-Schicht aufgebaut sind, werden weit verbreitet in CVD-Vorrichtungen, die bei hohen Temperaturen betrieben werden, verwendet, da sie bessere Wärmebeständigkeitszyklus-Eigenschaften und eine bessere thermische Schockbeständigkeit im Vergleich zu Quarzglassetzvorrichtungen aufweisen.
Die Filmbildungsverfahren zum Erhalt eines Halbleiterwafer-Behandlungselements mit auf dessen Oberfläche befindlicher Siliciumcarbid(SiC)-Schicht schliessen folgendes ein: (1) ein Verfahren, worin Rohmaterialgase für Silicium und Kohlenstoff von aussen in den Reaktor zur Erwärmung bei Normaldruck oder reduziertem Druck eingeführt werden, oder (2) ein verfahren, worin bei Substraten aus Kohlenstoff ein Rohmaterialgas für Silicium von aussen zur Erwärmung bei Normaldruck oder reduziertem Druck in den Reaktor eingeführt wird.
Die Siliciumcarbid(SiC)-Schicht, die durch chemische Gasphasenabscheidung, wie oben diskutiert, gebildet wird, wird mit Kerbverzahnungen in ihrer Oberfläche ausgebildet. Obwohl von zufälliger Grösse, werden diese Kerbverzahnungen als Teile scharfer Kristallkörner ausgebildet. Die 4 und 5 geben allgemeine Ansichten hiervon wieder. 4 ist eine erläuternde Aufsicht und 5 ist eine erläuternde Querschnittsansicht auf die Oberfläche. Es ist festzuhalten, dass die schwarzen Bereiche Vertiefungen darstellen, wohingegen die weissen Bereiche Vorsprünge zeigen.
In 5 kennzeichnet (B) ein Substrat aus beispielsweise Kohlenstoff mit einer CVD-Siliciumcarbid(SiC)-Schicht (C). Ferner weist die Siliciumcarbid(SiC)-Schicht Vorsprünge (1) auf, die mit scharfkantigen Schnitten ausgebildet sind, die Teile von Kristallkörnern darstellen.
Wenn das Halbleiterwafer-Behandlungselement mit der oben beschriebenen Oberfläche zur Halbleiterwaferherstellung verwendet wird, bewirken die Schnitte mit scharfen Vorsprüngen (1) mechanische oder thermische Belastungen, wodurch die Halbleiterwafer fehlerhaft werden oder verrutschen.
Zur Lösung dieses Problems wird die (obere) Oberfläche der Siliciumcarbidschicht(SiC)-Schicht nach der Ausbildung der Siliciumcarbidschicht auf der Maschinenplatte einem Schleifvorgang unterworfen, wodurch die Kanten der Schnitte entfernt werden und eine Spiegeloberfläche erhalten wird. Eine erläuternde Ansicht der erhaltenen Oberfläche ist in 5 gezeigt, die einen Querschnitt zur Darstellung des Oberflächenzustands ist.
Auf diese Weise zeigt die zu einer Spiegeloberfläche polierte Siliciumcarbid(SiC)-Schicht starke Kontakteigenschaften in einem solchen Ausmass, dass der Halbleiterwafer an der Siliciumcarbidschicht anhaftet, was zu dem Problem führt, dass der Halbleiterwafer an der Siliciumcarbidschicht festhaftet, wenn der darauf plazierte Halbleiterwafer entnommen werden soll. Daher wird der Halbleiterwafer nach der Schleifbehandlung einer Strahlbehandlung unterworfen, damit optimale Kohäsionseigenschaften gegenüber dem Halbleiterwafer erhalten werden. Zum Erreichen dieses Ziels werden optimale Unregelmässigkeiten nach der Spiegeloberflächenpolitur ausgebildet.
Es ist festzuhalten, dass die zu einer Spiegeloberfläche polierte Siliciumcarbid(SiC)-Schicht aufgrund des Schleifens auf der Maschinenplatte externen mechanischen Kräften auf ihrer gesamten Oberfläche unterliegt.
Ferner ist die Siliciumcarbid(SiC)-Schicht, die nach dem Spiegelschleifen zur Ausbildung optimaler Unregelmässigkeiten einem Strahlverfahren unterworfen wird, auf ihrer gesamten Oberfläche externen mechanischen Kräften ausgesetzt.
Die Oberfläche des Siliciumcarbids (SiC), das solchen mechanischen Kräften ausgesetzt wurde, weist winzige Mikrorisse, insbesondere in den Korngrenzen des SiC-Kristalls, sowie durch visuelle Überprüfung nicht-beobachtbare beschädigte Bereiche auf. Wenn der Halbleiterwafer vor der oder anschliessend an die Halbleiterwaferbehandlung einer Trockenreinigung durch Ausbacken in Sauerstoff oder dergleichen oder einer Nassreinigung durch Wasserstofffluorid (HF) oder dergleichen unterworfen wird, beginnt folglich der Abbau der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht, ausgehend von den Mikrorissen oder Rissen, die das Wachstum der Schädigung begleiten, und stellen zur Verkürzung der Lebensdauer des Halbleiter-Behandlungselements beitragende Faktoren dar. Ferner führen solche Risse, wenn sie einmal gebildet sind, zu Problemen, dass die Substrate Gase emittieren, die Verunreinigungen enthalten, wie beispielsweise Kohlenmonoxid oder Kohlenstoffhydrid, wodurch der zu behandelnden Halbleiterwafer kontaminiert wird. Weiterer Stand der Technik findet sich in den Druckschriften EP 1 191 581 A1 , US 2004/0 218 340 A1 und US 5 460 684 A .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Die Erfinder haben intensive Forschungsarbeit bezüglich der Oberflächenbedingungen von Siliciumcarbid(SiC)-Schichten durchgeführt und haben herausgefunden, dass winzige Mikrorisse, Beschädigungen oder Waferkontaminierungen verringert werden, wenn die Oberfläche der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht in einem bestimmten Zustand vorliegt, wodurch eine längere Lebensdauer des Halbleiterwafer-Behandlungselements sowie optimale Kohäsionseigenschaften gegenüber dem Halbleiterwafer erzielt werden, mit dem Ergebnis, dass die vorliegende Erfindung erhalten wurde.
Folglich ist es ein erfindungsgemässes Ziel, ein Halbleiterwafer-Behandlungselement bereitzustellen, das zur Beschränkung des Verrutschens von Halbleiterwafern beiträgt und gleichzeitig optimale Kohäsionseigenschaften gegenüber den Halbleiterwafern zeigt.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben diskutierte Ziel zu erreichen, und das erfindungsgemäss beanspruchte Halbleiterwafer-Behandlungselement weist eine Siliciumcarbid(SiC)-Schicht auf, die zumindest auf einer Oberfläche davon ausgebildet ist, in der ein Trägerbereich zur Aufnahme eines Halbleiterwafers bereitgestellt ist, der Trägerbereich ist mit Vorsprüngen ausgestattet, mit denen der Halbleiterwafer im wesentlichen in Kontakt kommt, sowie Vertiefungen, die in der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht ausgebildet sind, wodurch eine Bedeckungsfläche zwischen den Vorsprüngen bereitgestellt wird. Die Vorsprünge weisen obere Oberflächen mit einer Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,05–1,3 μm (japanischer Industriestandard (JIS) B 0601-1994) auf.
Das erfindungsgemässe Halbleiterwafer-Behandlungselement ist wie oben diskutiert dadurch gekennzeichnet, dass Vorsprünge drin ausgebildet sind, mit denen der Halbleiterwafer im wesentlichen in Kontakt kommt, und in der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht sind Vertiefungen ausgebildet, die eine Bedeckungsfläche zwischen den Vorsprüngen bereitstellen. Da die Vertiefungen Oberflächen zwischen den Vorsprüngen aufweisen und die Schicht so ausgebildet ist, dass sie die Oberfläche bedeckt, ist die Ausbildung von winzigen Mikrorissen in der Oberfläche der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht über dem Trägerbereich, auf dem der Halbleiterwafer getragen werden soll, insbesondere an der Korngrenze zwischen Siliciumcarbid(SiC)-Kristallen unterdrückt. Entsprechend können durch visuelle Überprüfung nicht beobachtbare Fehler unterdrückt sein.
Als Ergebnis ist selbst dann, wenn das Element vor oder gleichzeitig mit der Halbleiterwaferbehandlung einer Trockenreinigung, wie beispielsweise durch Ausbacken in Sauerstoff, oder einer Nassreinigung durch beispielsweise Fluorwasserstoff (HF) unterworfen wird, die Siliciumcarbid(SiC)-Schicht frei von Verschlechterung und besitzt eine exzellente Dauerhaftigkeit, da die Ausbildung von Mikrorissen oder Fehlern unterdrückt ist. Ferner wird die Erzeugung von Gasen als Verunreinigungen, wie beispielsweise Kohlenmonoxidgas oder Kohlenstoffhydridgas, aus dem Substrat unterdrückt, wodurch die Kontaminierung des Halbleiterwafers verhindert werden kann. Da die Oberflächenrauhigkeit (Ra) der oberen Oberfläche der Vorsprünge, mit denen der Halbleiterwafer in Kontakt kommt, 0,05–1,3 μm beträgt, ist die erforderliche angemessene Kohäsionskraft gegenüber dem Halbleiterwafer sichergestellt.
Es ist erfindungsgemäss bevorzugt, dass die Fläche der Oberflächen der Vertiefungen 20–90% der Gesamtfläche einnimmt, wenn ein vorherbestimmter Bereich über den Trägerbereichen aus senkrechtem Winkel betrachtet wird. Wenn die Oberfläche der Vertiefungen eine Fläche von 20 oder mehr bedeckt, ist die Dauerhaftigkeit besonders hervorragend, so dass die Lebensdauer des auf dem Halbleiterwafer-Behandlungselement ausgebildeten Halbleiterwafers, insbesondere die eines Suszeptors mit darauf ausgebildeter Siliciumcarbid(SiC)-Schicht, verdoppelt wird.
Wenn die Fläche der auf der Oberfläche ausgebildeten Schicht ferner bei 90% oder weniger gehalten wird, ist es möglich, das Risiko des Verrutschens, das häufig beobachtet wird, wenn der Halbleiterwafer mit den scharfen Kanten von Teilen der kristallinen Teilchen in Kontakt kommt, die in den in der Schicht ausgebildeten Vertiefungen vorhanden sind, und die thermische Verformung des Halbleiterwafers begleitet, zu verringern.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Oberflächenrauhigkeit (Ra) (JIS B 0601-1994) 3 μm oder mehr beträgt, wenn sie auf einer Länge von 300 μm gemessen wird.
Dadurch dass die Oberflächenrauhigkeit (Ra) bei Messung über eine Länge von 300 μm über der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht 3 μm oder mehr beträgt, wird die Verformung des Halbleiterwafers unterdrückt. Wenn die Oberflächenrauhigkeit, gemessen über eine Länge von 300 μm, weniger als 3 μm beträgt, nimmt die Wärmeübertragung aus dem Halbleiter-Behandlungselement zu, mit dem Ergebnis, dass die Unterseite des Wafers einer rascheren Erwärmung unterworfen wird, wodurch sich der Halbleiterwafer verzieht. Die Oberflächenrauhigkeit (Ra) ist vorzugsweise 5 μm oder mehr, gemessen über eine Länge von 300 μm, in den Vertiefungen, da es dadurch möglich ist, das Auftreten des Verziehens des Halbleiterwafers zu verringern.
Ferner ist die vorliegende Erfindung vorzugsweise mit gewölbten Randbereichen ausgebildet, die die oberen Oberflächen der Vorsprünge und die Oberflächen der Vertiefungen verbinden. Folglich kommen die Randbereiche in Kontakt mit dem thermisch verformten Halbleiterwafer, wodurch das Risiko eines möglichen Verrutschens verringert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN:
1 ist eine Aufsicht, die typische Oberflächen der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht des erfindungsgemässen Halbleiter-Behandlungselements zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die typische Oberflächen der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht des erfindungsgemässen Halbleiter-Behandlungselements zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht, die typische Oberflächen der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht des erfindungsgemässen Halbleiter-Behandlungselements zeigt;
4 ist eine Aufsicht, die typische Oberflächen einer durch chemische Gasphasenabscheidung gebildeten Siliciumcarbid(SiC)-Schicht zeigt;
5 ist eine Querschnittsansicht, die typische Oberflächen einer durch chemische Gasphasenabscheidung gebildeten Siliciumcarbid(SiC)-Schicht zeigt; und
6 ist eine Querschnittsansicht, die typische Oberflächen einer durch chemische Gasphasenabscheidung gebildeten Siliciumcarbid(SiC)-Schicht zeigt, deren Oberflächen zu einer Spiegeloberfläche poliert wurden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM;
Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Halbleiterwafer-Behandlungselement unter Bezugnahme auf die 1 und 2 genauer erläutert.
1 ist eine Aufsicht, die die typische Oberfläche der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht auf dem Halbleiterwafer-Behandlungselement zeigt, 2 ist eine typische perspektivische Ansicht derselben und 3 ist eine typische Querschnittsansicht derselben.
Das Halbleiterwafer-Behandlungselement (A) ist aufgebaut aus einem kohlenstoffhaltigen Substrat (B) und einer Siliciumcarbid(SiC)-Schicht (C), die auf dessen Oberfläche ausgebildet ist. Das Halbleiterwafer-Behandlungselement (A) ist mit einem Trägerbereich ausgestattet, auf dem ein Halbleiterwafer aufgenommen wird, der Trägerbereich weist Vorsprünge (1) auf, mit denen der Halbleiterwafer tatsächlich in Kontakt kommt, und Vertiefungen (2), die eine schichtartige Oberfläche, die zwischen den Vorsprüngen ausgebildet ist, aufweisen.
In diesem Zusammensetzung ist festzuhalten, dass der ”tatsächliche Kontakt” des Halbleiterwafers den Halbleiterwafer betrifft, der einer thermischen oder mechanischen Verformung unterliegt, während er in Kontakt mit dem Trägerbereich steht.
In der Flächenaufsicht auf eine vorherbestimmte Fläche (genauer 200 μm × 300 μm) über dem Trägerbereich ist dieser so ausgestaltet, dass die Vertiefungen (2) 20–90% der Gesamtfläche des Trägerbereichs bedecken. In 1 beträgt der Wert beispielsweise 80%.
In dem speziellen Fall, dass die Vertiefungen (2) 20–70% der Gesamtfläche bedecken, kommt die Oberfläche des Halbleiterwafers üblicherweise nicht in Kontakt mit den Oberflächen (2a) der Vertiefungen, selbst wenn eine thermische oder mechanische Verformung auftritt, wodurch ein bevorzugtes Ergebnis erzielt wird.
Ferner werden die Vorsprünge (1) so geschliffen, dass sie eine flache obere Oberfläche (1a) ausbilden, d. h. die scharfen Kanten der Vorsprünge (1) (die SiC-Kristalle darstellen) werden abgeschliffen. Es ist festzuhalten, dass sich die obere Oberfläche über den in 3 gezeigten Bereich (L) erstreckt und nur der Bereich von (L) alleine bearbeitet wurde, wohingegen der Rest als Vertiefungen definiert ist.
Ferner weisen die oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge (1) eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,05–1,3 μm auf.
Es ist festzuhalten, dass das Schleifen nicht fortgeführt wird bis die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafer-Behandlungselements zu einer Spiegeloberfläche poliert ist, wie in 6 gezeigt, sondern der Schleifvorgang wird zu einem Zeitpunkt beendet, zu dem ein vorherbestimmter Anteil an Vertiefungen (2, 1), die mit einer Schicht bedeckt sind, zwischen den Vorsprüngen verblieben sind, wie später beschrieben. Mit anderen Worten weisen einige Bereiche in den Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen (1) SiC-Kristalleinschnitte (2) auf, deren Oberflächen auf niedrigeren Niveaus liegen als die oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge (1). In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass, obwohl die Grenzbereiche (1b), die die oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge (1) und die Oberflächen der Vertiefungen (2) verbinden, in 3 als scharfe Kanten gezeigt sind, diese Grenzbereiche (1b) in gekrümmter Form definiert sind.
Ferner werden nur die Oberflächen (2a) der Vertiefungen (2) einer Oberflächenrauhigkeitsmessung in einer Fläche, die sich horizontal über eine Länge von 300 μm erstreckt, zur Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit von 3 μm oder mehr unterworfen.
Mit anderen Worten werden nur die scharfen Spitzen der SiC-Kristalle in dem Halbleiterwafer-Behandlungselement (A) wie in 5 gezeigt einer Schleifbehandlung in einer solchen Weise unterworfen, dass die oberen Oberflächen (1a), mit denen ein Halbleiterwafer tatsächlich in Kontakt kommt, abgeflacht werden, während die Oberflächen der Vertiefungen (2) verbleiben wie sie sind und mit einer Schicht bedeckt sind.
Diese Art des Schleifens stellt sicher, dass geringe äussere Kräfte auf die Siliciumcarbid(SiC)-Korngrenzen ausgeübt werden und, sofern vorhanden, diese geringer sind als im Stand der Technik. Als Ergebnis wurde es ermöglicht, die Erzeugung von winzigen Mikrorissen, die bisher in Siliciumcarbid(SiC)-Schichten auf dem Trägerbereich für Halbleiterwafer beobachtet wurden, zu unterdrücken, insbesondere im Querschnitt von Kristallkörnern (in den oberen Oberflächen (1a)), die während des Schleifens mechanischen Kräften von aussen ausgesetzt sind. Ferner werden auch Fehler verringert, die nicht durch visuelle Überprüfung ermittelt werden können.
Daher stellt die Unterdrückung von Fehlern, wie beispielsweise den genannten Mikrorissen, sicher, dass die Verschlechterung und Ablösung der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht verhindert wird, wodurch ihr eine hervorragende Dauerhaftigkeit verliehen wird, selbst wenn das Halbleiterwafer-Behandlungselement (A) einer Trockenreinigung, wie beispielsweise dem Ausbacken mit Sauerstoff, oder einer Nassreinigung, wie beispielsweise einer Fluorwasserstoff(HF)-Reinigung unterworfen wird. Ferner stellt die Unterdrückung der Rissbildung die Verhinderung von Kohlenstoffmonoxidgas und, wenn aus einem kohlenstoffhaltigen Material hergestellt, Kohlenstoffhydridgas aus dem Substrat (B) sicher, wodurch die Kontaminierung von Halbleiterwafern verhindert wird.
Ferner liegt die Oberflächenrauhigkeit der oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge, mit denen der Halbleiterwafer tatsächlich in Kontakt kommt, wie oben festgestellt, im Bereich von 0,05–1,3 μm, wodurch eine angemessene Kohäsionskraft gegenüber dem Halbleiterwafer sichergestellt wird.
Mit anderen Worten können die oberen Oberflächen in einer solchen Weise extrem flach sein, dass der Halbleiterwafer dazu neigt, an der Siliciumcarbidschicht anzuhaften, wenn die Oberflächenrauhigkeit (Ra) der oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge (1) weniger als 0,05 μm beträgt. Andererseits wird bei einer Oberflächenrauhigkeit von mehr als 3 μm die obere Oberfläche (1a) der Vorsprünge (1) so auffällig, dass die Oberfläche der Halbleiterwafer zur mechanischen Beschädigung neigt. Daher ist es bevorzugt, dass die Oberflächenrauhigkeit (Ra) in einem Bereich von 0,05–1,3 μm liegt.
Es ist festzuhalten, dass die Oberflächenrauhigkeit, die durch Abrasion der Siliciumcarbidschicht erhalten wird, die Kohäsionskraft des Halbleiterwafers in einen geeigneten Bereich bringt, so dass die bislang durchgeführte Strahlbehandlung weggelassen werden kann.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Fläche, die durch Vertiefungen (2) eingenommen wird, bei Draufsicht auf eine vorherbestimmte Fläche im Trägerbereich, im Bereich von 20–90% der Gesamtfläche des Elements liegt.
Dieser Bereich der Oberflächen (2a) der Vertiefungen (2) von 20% oder mehr bewirkt eine bemerkenswerte Dauerhaftigkeit in einer solchen Weise, dass die Lebensdauer von Halbleiterwaferelementen, insbesondere von Suszeptoren, die mit einer Siliciumcarbid(SiC)-Schicht auf der Oberfläche eines kohlenstoffhaltigen Substrats ausgestattet sind, um das 2-fache oder mehr erhöht wird.
Durch Einstellung der Fläche der Oberflächen der Vertiefungen auf 90% oder weniger kommt der Halbleiterwafer als Ergebnis der thermischen Verformung mit den Spitzen der Kristallteilchen in Kontakt, die als Teil davon in den Vertiefungen, die mit einer Schicht versehen sind und zu scharfen Vorsprüngen ausgebildet sind, wodurch das Risiko des Verrutschens des Halbleiterwafers verringert wird.
Ferner ist es erfindungsgemäss bevorzugt, dass die Oberflächenrauhigkeit (JIS B 0601-1994) der Oberflächen der Vertiefungen 3 μm oder mehr beträgt, wenn die Messlänge 300 μm beträgt.
Auf diese Weise stellt die Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 3 μm oder mehr, gemessen über eine Länge von 300 μm oder mehr, beispielsweise 500 μm, über der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht die Verringerung der Halbleiterwaferverformung sicher.
Eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 3 μm oder weniger, gemessen über eine Länge von 300 μm, erlaubt eine grössere Strahlungswärmeübertragung aus dem Halbleiterwafer-Behandlungselement, wodurch die Unterseite des Wafers rascher erwärmt wird als dessen Oberseite, mit dem Ergebnis, dass sich der Halbleiterwafer verzieht. Eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 6 μm oder mehr, gemessen über eine Länge von 300 μm, in den Vertiefungen ist weiter bevorzugt, da die beobachtete Verformung des Halbleiterwafers verringert wird.
Ferner sind die Grenzbereiche, die die obere Oberfläche (1a) der Vorsprünge (1) und die Oberfläche (2a) der Vertiefungen (2) verbinden, vorzugsweise gekrümmt. Durch diese Formgebung wird das Risiko des Verrutschens durch den Kontakt des Halbleiterwafers, der einer thermischen Verformung unterliegt, mit dem Grenzbereich (1b) minimiert.
Ferner wird dadurch, dass der Grenzbereich, der die obere Oberfläche (1a) der Vorsprünge (1) und die Oberfläche (2a) der Vertiefungen (2) verbindet, gekrümmt ist, die mechanische Beschädigung des Halbleiterwafers durch den Grenzbereich (1b) beschränkt. Es ist festzuhalten, dass ein gekrümmter Grenzbereich vorzugsweise mit grossen Kristallteilchen in der Siliciumcarbidschicht beim Schleifen der Siliciumcarbid(SiC)-Schicht bewirkt wird.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf Ausführungsformen weiter erläutert.
BEISPIEL 1
Auf einem isotopen kohlenstoffhaltigen Substrat, das in Form eines Suszeptors hergestellt wurde, der mit einer Mehrzahl von Trägerbereichen mit einem gekrümmten Oberflächenhohlgrund (surface hollow ground) ausgestattet war, wurde eine Siliciumcarbid(SiC)-Schicht chemisch abgeschieden. Diese Gasphasenabscheidung wird nach einem allgemein bekannten Verfahren durchgeführt, indem ein Rohmaterialgas als Siliciumquelle unter reduziertem Druck in einem Reaktor erwärmt wird.
Genauer wird ein zu behandelndes Substrat in der Reaktionszone in dem Reaktor plaziert, wobei ein verringerter Druck von 27–0,13 hPa (20–0,1 Torr) bei einer Temperatur von 1.600–1.800°C aufrecht erhalten wird, bevor Siliciummonoxidgas in den Reaktor eingeführt wurde, wodurch auf der Substratoberfläche eine Siliciumcarbid(SiC)-Schicht chemisch ausgebildet wurde. Es ist festzuhalten, dass die Kristallteilchen, die die Siliciumcarbidschicht bilden, Grössen im Bereich von 30–180 μm aufweisen.
Der Waferträgerbereich des Suszeptors wird mit einer Dämpfung zwischen der Schleifmaschine und dem Schleifstein versehen, der Schleifstein wird mittels einer Rotationsschleifmaschine, die aus Sektoren mit jeweils vorherbestimmter Fläche aufgebaut ist, zum Schleifen verwendet, wodurch ein Suszeptor erhalten wird, der eine Siliciumcarbid(SiC)-Schicht aufweist, die eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,05 μm auf den oberen Oberflächen der Vorsprünge aufweist. Es ist festzuhalten, dass die Fläche des konvexen Bereichs, mit dem der Halbleiterwafer nicht tatsächlich in Kontakt kommt, so eingestellt ist, dass er 30% der Gesamtfläche bei Beobachtung in senkrechter Draufsicht auf einen vorherbestimmten Bereich oberhalb des Trägerbereichs beträgt. Ferner wurde festgestellt, dass die Oberflächenrauhigkeit der Oberflächen der Vertiefungen Ra = 10 μm bei einer Messlänge von 500 μm beträgt.
Dann wurden Halbleiterwafer auf dem Suszeptor, der in eine Epitaxialwachstumsvorrichtung zu inkorporieren war, plaziert, und 100 solcher Halbleiterwafer wurden behandelt, damit die Anzahl der in den Halbleiterwafern auftretenden Verrutschungen, die Anzahl der Halbleiterwafer, die an der Siliciumcarbidschicht anhaften, die Anzahl der Halbleiterschichten mit Defekten in ihren Unterseiten und die Anzahl der aufgrund von Verformungen zurückgewiesenen Produkte bestimmt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Es ist festzuhalten, dass die Behandlungen in der Epitaxialwachstumsvorrichtung bei einer Behandlungstemperatur von 1.100°C unter einem Druck von 33 hPa (25 Torr) mit einem Gasfluss aus SiCl₄/H₂-Gas für 1 Stunde durchgeführt wurden.
Ferner wurde mit dem Suszeptor der ersten Ausführungsform ein Korrosionsbeständigkeitstest durchgeführt. Dieser Test wurde durchgeführt bei einer Temperatur von 1.400°C bei einem Druck von 13 hPa (10 Torr) mit einem Fluss eines HCl/H₂-Gases für 1 Stunde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle angegeben.
BEISPIEL 2
Der Waferträgerbereich eines Suszeptors, der in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt wurde, wurde mittels einer Rotationsschleifmaschine geschliffen, wodurch ein Suszeptor erhalten wurde, der eine Siliciumcarbid(SiC)-Schicht aufwies, die eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,38 μm auf den oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge aufwies. Es ist festzuhalten, dass das Verhältnis der Fläche zu den Vertiefungen 60% beträgt, während die Oberflächenrauhigkeit derjenigen aus Beispiel 1 entspricht.
Dann wurden die Messungen unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 3
Der Waferträgerbereich eines Suszeptors, der in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt wurde, wurde mittels einer Rotationsschleifmaschine geschliffen, wodurch ein Suszeptor erhalten wurde, der eine Siliciumcarbid(SiC)-Schicht aufwies, die eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 1,3 μm auf den oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge aufwies. Es ist festzuhalten, dass das Verhältnis der Fläche zu den Vertiefungen 60% beträgt, während die Oberflächenrauhigkeit derjenigen aus Beispiel 1 entspricht.
Dann wurden die Messungen unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 4
Ein Suszeptor mit einer Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,39 μm auf den oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge (1) wurde wie in Beispiel 2 erhalten, mit dem Unterschied, dass Trichlorsilan als Siliciumquelle bei einer Temperatur von 1.100–1.250°C und unter einem reduzierten Druck von 67–40 hPa (50–30 Torr) bei der Ausbildung der SiC-Schicht verwendet wurde. Es ist festzuhalten, dass das Verhältnis der Fläche zu den Vertiefungen 60% beträgt, und die Oberflächenrauhigkeit (Ra) bei einer Messlängen von 500 μm beträgt 0,7 μm.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Der Waferträgerbereich eines Suszeptors, der nach einem wie in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, wurde mittels einer Rotationsschleifmaschine geschliffen, wodurch ein Suszeptor erhalten wurde, der eine Siliciumcarbidschicht und eine weitgehende Spiegeloberfläche auf den oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge (1) aufwies, wobei die Siliciumcarbidoberfläche eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,01 μm besass. Dann wurden die Messungen unter im wesentlichen den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Es ist festzuhalten, dass das Verhältnis der Fläche der Vertiefungen 60% beträgt und dass die Oberflächenrauhigkeit der Vertiefungen die gleiche ist wie in Beispiel 1.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Der Waferträgerbereich eines Suszeptors, der nach einem wie in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, wurde mittels einer Rotationsschleifmaschine geschliffen, wodurch ein Suszeptor erhalten wurde, der eine Siliciumcarbidschicht aufwies und eine weitgehende Spiegeloberfläche auf den oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge (1) aufwies, wobei die Siliciumcarbidoberfläche eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 1,8 μm besass. Dann wurden die Messungen unter im wesentlichen den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Es ist festzuhalten, dass das Verhältnis der Fläche der Vertiefungen 60% beträgt und dass die Oberflächenrauhigkeit der Vertiefungen die gleiche ist wie in Beispiel 1.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
Der Waferträgerbereich, der nach einem Verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt wurde, wurde ohne Schleifbehandlung als Suszeptor verwendet und dann wurden die Messungen unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
VERGLEICHSBEISPIEL 4
Der gesamte Waferträgerbereich, der nach einem wie in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, wurde unter Verwendung von Siliciumcarbid(SiC)-Teilchen einer Sandstrahlbehandlung unterworfen, wodurch ein Suszeptor erhalten wurde, bei dem die Vorderfläche des Trägerbereichs als Ergebnis der darauf ausgeübten äusseren Kraft eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,6 μm aufwies. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Wie aus Tabelle 1 klar ersichtlich ist, ist die Anzahl der Fälle der Ausmusterung aufgrund von Verrutschen, Anhaften und Verformung der Halbleiterwafer in den Beispielen 1 bis 4 weniger hoch als in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4, was zeigt, dass die Halbleiterwafer-Behandlungselemente eine exzellente geforderte Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Diejenigen mit einer Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 3 μm oder mehr auf den Oberflächen der Vertiefungen in den Beispielen 1 bis 3 zeigen in den Beispielen eine besonders exzellente Korrosionsbeständigkeit.
Wie oben festgestellt, wird erfindungsgemäss ein Halbleiterwafer-Behandlungselement mit besonders exzellenter Korrosionsbeständigkeit bereitgestellt, da das Auftreten des Verrutschens von Halbleiterwafern unterdrückt wird, während eine angemessene enge Anhaftung des Halbleiterwafers erzielt wird.
Es ist festzuhalten, dass das erfindungsgemässe Halbleiterwafer-Behandlungselement für ein Element für eine Halbleiterbehandlungs-Einspannvorrichtung, wie beispielsweise eine Wafertafel oder einen Suszeptor, verwendet werden kann. Insbesondere das als Suszeptor verwendete Element kann vorzugsweise für einen MO-CVD-Suszeptor oder einen Argontempersuszeptor verwendet werden.

Claims

Halbleiterwafer-Behandlungselement (A) mit mindestens einer Oberfläche, die mit einer darauf ausgebildeten Siliciumcarbid(SiC)-Schicht (C) ausgestattet ist, wobei die Schicht (C) so ausgebildet ist, dass sie sowohl Vorsprünge (1), die durch Kristallkornteile gebildet werden, als auch Vertiefungen (2) hat, die zwischen den Vorsprüngen (1) gebildet werden, das einen Trägerbereich zum Tragen eines Halbleiterwafers umfasst, die oberen Oberflächen (1a) des Trägerbereichs sind aufgebaut aus geschliffenen Vorsprüngen (1) von den Kristallkörnern, mit denen der Halbleiterwafer in Kontakt kommt, und Vertiefungen (2), die zwischen den Vorsprüngen (1) ausgebildet und nicht geschliffen wurden, wobei die geschliffenen Vorsprünge (1) mit den oberen Oberflächen (1a) ausgestattet sind, die eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,05–1,3 μm aufweisen, und die ungeschliffenen Vertiefungen (2) Oberflächen (2a) mit einer Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 3 μm oder mehr, gemessen über eine Länge von 300 μm haben.
Halbleiterwafer-Behandlungselement (A) gemäss Anspruch 1, worin die Fläche, die von den Vertiefungen (2) eingenommen wird, im Bereich von 20–90% der Gesamtfläche des Elements (A) liegt.
Halbleiterwafer-Behandlungselement (A) gemäss Anspruch 1 oder 2, worin die oberen Oberflächen (1a) der Vorsprünge (1) und die Oberflächen (2a) der Vertiefungen (2) Grenzbereiche in gekrümmter Form aufweisen.