DE19649508A1 - Halter für Halbleiterplatten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halter, genannt Suszeptoren, für Halbleiterplatten­ bearbeitung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen verbesserten mehrteiligen Halter oder Suszeptor für rasche Hitzebehandlung von Halbleiterplatten.

Bei der Herstellung von Halbleiterplatten gibt es zahlreiche Bearbeitungsstufen. Ein Stufensatz wird als epitaxische Abscheidung bezeichnet und besteht allgemein aus einer Abscheidung einer dünnen Schicht (zwischen etwa 10 bis weniger als 1 Mikron) von epitaxischem Silicium auf dem Plättchen. Dies erreicht man unter Verwendung einer speziellen Einrichtung und eines Verfahrens der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (CVD). Das CVD-Verfahren erfordert, daß die Platte auf sehr hohe Temperaturen in der Größenordnung von 1200°C (2000°F) erhitzt wird.

In jüngster Zeit gibt es einen Trend in dieser Technik, eine Einrichtung zu verwenden, die mit einem einzigen Plättchen statt mit einer Gruppe von Plättchen arbeitet. In dieser Einrichtung für ein einziges Plättchen wird das Erhitzen des Plättchens auf die CVD-Temperatur stark beschleunigt, so daß das Plättchen typischerweise innerhalb von etwa 30 Sekunden von Raumtemperatur auf die erhöhte Temperatur kommt. Dies wurde als rasche Hitzebehandlung oder RTP bekannt. Obwohl das Siliciumplättchen diese rasche Temperaturveränderung gut verträgt, muß das Plättchen mit einem mechanischen Teil, das als ein Halter oder Suszeptor bekannt ist, in seiner Position gehalten werden. Um einen Halter zu bilden, der seine Form behält und doch der Temperaturveränderung standhält, wurden die Halter oder Suszeptoren aus Graphitkernen, die von einer Siliciumcarbidschicht umgeben waren, hergestellt.

Obwohl dies annehmbar für das rasche Erhitzen und den CVD-Teil des Verfahrens war, ist die Abscheidung der epitaxischen Siliciumschicht nicht auf das Plättchen beschränkt. Mit anderen Worten, das Silicium wird auch auf dem Halter abgeschieden, der das Plättchen hält. Um unmäßige Ansammlung von Silicium zu verhindern, wird der Halter periodisch durch Verwendung von Chlorwasserstoffsäuredampf oder ähnlicher Ätzmittel gereinigt. Dieser Dampf entfernt das abgeschiedene Silicium von dem Halter. Er entfernt jedoch auch kleine Mengen der Siliciumcarbidschicht unter Bildung von Nadellöchern. Dies legt den Graphitkern frei.

Die Herstellung von Halbleitern erfordert sehr strenge Standards für Reinheit und Reinlichkeit. Obwohl der Siliciumcarbidüberzug auf dem Halter sehr inert und unschädlich für das Verfahren ist, trifft dies nicht für Graphit zu. Als solche verursacht die Bildung von Nadellöchern, die den Graphitkern des Halters freilegen, eine Verunreinigung des zu erzeugenden Plättchens. Die Anzahl der Nadellöcher steigt mit jeder Reinigung des Halters, und damit steigt auch die Verunreinigungsmenge von dem Halter. An irgendeinem Punkt (typischerweise nach etwa 1000- 5000 Zyklen) wird die Menge an Plättchenverunreinigung unannehmbar und muß der Halter ausgetauscht werden.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Halter oder Suszeptor für die epitaxische Plattenbehandlung vom RTP-Typ zu bekommen.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen solchen Halter zu bekommen, der zuverlässig die Temperaturveränderungen eines solchen Verfahrens toleriert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen solchen Halter oder Suszeptor zu bekommen, der inert ist und keine Verunreinigung des Plättchens oder der Platte verursacht.

Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Halter zu bekommen, der ohne ernsthafte Beschädigung und ohne Freilegung von verunreinigenden Materialien gereinigt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen solchen Halter oder Suszeptor zu liefern, der eine verbesserte Lebensdauer von vielen tausend bis zu zehn tausend Zyklen hat.

Diese und andere Ziele erreicht man mit einem Halter oder Suszeptor für rasche Hitzebehand­ lung für epitaxische Abscheidung auf Halbleiterplättchen. Der Halter enthält einen äußeren Stützring, auf welchem das Plättchen ruht. Dieser äußere Ring wird vorzugsweise von einer monolithischen Siliciumcarbidmasse und am meisten bevorzugt von Siliciumcarbid der β-Phase (kubisch flächenzentriert) hoher Reinheit gebildet. Das Plättchen wird von einer kleinen Plättchenschulter auf dem Ring unterstützt. Um eine Abscheidung auf der hinteren oder Bodenfläche des Plättchens zu verhindern, ist auch eine Blockiereinrichtungsschulter in dem Ring unter der Plättchenschulter vorgesehen und eine Blockiereinrichtung auf dieser Schulter angeordnet. Die Blockiereinrichtung besteht vorzugsweise aus Quarz und ruht einfach auf der Schulter. Auf diese Weise können sich der Ring und die Blockiereinrichtung bei raschen Temperaturveränderungen unterschiedlich ausdehnen und kann die Blockiereinrichtung oder der Ring ersetzt werden.

Die obigen Ziele und Merkmale der Erfindung werden in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnung erklärt, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bedeuten und in welcher

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung, teilweise weggeschnitten, ist, die einen Halter oder Suszeptor nach der vorliegenden Erfindung zeigt, der ein Plättchen trägt,

Fig. 2 eine Querschnittsseitenansicht des Halters und Plättchens von Fig. 1 ist und die

Fig. 3 und 4 Einzelheiten in perspektivischer Darstellung sind, die zusammenpassende Ansätze und Vorsprünge zwischen dem Halterring und Blockiereinrichtung zeigen.

In Fig. 1 ist ein Halter nach der vorliegenden Erfindung allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Wie gezeigt, wird der Halter 10 verwendet, um ein Halbleiterplättchen 12 während verschiedener Herstellungsprozesse für das Plättchen, wie Dotieren usw., zu unterstützen. Wie bekannt, haben solche Plättchen die Form einer relativ dünnen, starren Scheibe.

Der Halter 10 wird von zwei Grundkomponenten gebildet, einem Ring 14 und einer Blockier­ einrichtung 16. Der Ring 14 ist ein allgemein ringförmiges Teil mit oberen und unteren Flächen 18 bzw. 20 und inneren und äußeren Seitenwänden 22 bzw. 24. Der Ring enthält auch zwei Schultern, die an der inneren Seitenwand 22 ausgebildet sind und als Plättchenschulter 26 und Blockiereinrichtungsschulter 28 bezeichnet sind (Fig. 1). Die Plättchenschulter 26 ist zu der oberen Fläche 18 offen, während die Blockiereinrichtungsschulter 28 zu der Plättchenschulter hin offen ist.

Speziell enthält die Plättchenschulter einen ebenen Sitz 30, der sich normal zu der Längsachse des Rings erstreckt, und eine röhrenförmige Rückwand 32, die koaxial mit der Längsachse ist. Es ist die Rückwand 32, die die obere Fläche 18 schneidet. In ähnlicher Weise enthält die Blockiereinrichtungsschulter einen Sitz 34 und eine Rückwand 36, wobei die Rückwand 36 der Blockiereinrichtungsschulter den Sitz 30 der Plättchenschulter schneidet. Wie bekannt, ergeben die Sitze eine Unterstützung gegen die Schwerkraft für das Plättchen und die Blockier­ einrichtung, während die Rückwände eine Unterstützung gegen eine seitliche Bewegung des Plättchens zu der Blockiereinrichtung liefern. In jedem Fall wird der Durchmesser der Rückwand etwas größer als jener des Blättchens bzw. der Blockiereinrichtung sein, um zu erlauben, daß diese leicht in den Ring eingesetzt und aus ihm entfernt werden können. Außerdem finden sich die Sitze in einem größeren Abstand als die Dicke der Blockiereinrichtung, so daß ein Raum zwischen der Bodenfläche des Plättchens und der oberen Fläche der Blockiereinrichtung vorliegt, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Es wird festgestellt, daß die Schultern in der Zeichnung übertrieben groß dargestellt wurden. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die radiale Tiefe der Schultern (d. h., der Sitze 30 und 34) tatsächlich in der Größenordnung von 0,1 bis 0,65 cm (0,05 bis 0,25 inch). Dies ist ausreichend, um das Plättchen oder die Blockiereinrichtung zu unterstützen. Außerdem ist dies ausreichend, um einen Unterschied der Wärmeausdehnung zu erlauben, falls der Ring aus Materialien gebildet ist, die sich von jenen des Plättchens und/oder der Blockiereinrichtung unterscheiden. Materialien zur Bildung des Ringes und der Blockiereinrichtung werden nachfolgend vollständiger diskutiert.

Obwohl die Blockiereinrichtung als einfach auf der Schulter 28 ruhend gezeigt wurde, kann irgendeine andere Anordnung der Festlegung der Blockiereinrichtung an ihrer Stelle auf dem Ring verwendet werden. Es ist auch möglich, die Blockiereinrichtung und/oder den Ring mit geeigneten Ausrichtungselementen für die Verwendung mit einer bestehenden Plättchenver­ arbeitungsanlage zu versehen. Beispielsweise kann der Ring mit geeigneten Vertiefungen (nicht gezeigt) für einen Eingriff mit Halter- und Hebefingern versehen werden. In ähnlicher Weise kann die Blockiereinrichtung mit mehreren Durchgangslöchern 38 (Fig. 2) versehen werden, um einen Durchgang von Plättchenanhebefingern, die in der Technik bekannt sind, zu erlauben und so das Plättchen von dem Halter zu entfernen.

Wenn die Blockiereinrichtung mit den Löchern 38 versehen ist, ist es typischerweise erforderlich, zu gewährleisten, daß die Löcher in der geeigneten Position sind, um die Finger aufzunehmen, und damit ist es erforderlich, die Blockiereinrichtung mit einer Anordnung zu versehen, die eine geeignete Ausrichtung der Blockiereinrichtung in Bezug auf den Ring gewährleistet. Verschiedene Anordnungen sind natürlich möglich. Eine bevorzugte Anordnung ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt.

In Fig. 3 ist der Ring 14 mit mehreren (vorzugsweise drei) Ausrichtungsansätzen 40 in Winkelabstand versehen. Die Ansätze 40 sind auf dem Sitz 34 der Blockiereinrichtungsschulter 28 angeordnet. Insbesondere erstrecken sich die Ansätze 40 nach außen von der Rückwand 36 entlang dem Sitz 34 und besitzen einen Abstand von dem Sitz 30 der Plättchenschulter. Die Ansätze können während der maschinellen Bearbeitung unter Bildung der Blockier­ einrichtungsschulter ausgebildet werden. Die Blockiereinrichtung 16 ist mit mehreren dazu passenden Ausrichtungsvertiefungen 42 versehen, von denen jede eine Größe, Form und Anordnung hat, um einen der Ansätze 40 aufzunehmen. Dies führt dazu, daß die Vertiefungen 42 sich vom Umfang der Blockiereinrichtung aus nach innen erstrecken, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Wie man sich vorstellen kann, wird die Anordnung der Blockiereinrichtung auf der Schulter, wobei die Vertiefungen die Ansätze aufnehmen, dazu führen, daß die Blockiereinrichtung vertikal auf der Schulter getragen wird und gegen eine Drehung um die Längsachse in Bezug auf den Ring gesichert ist.

Es wird festgestellt, daß eine solche Ausrichtungsanordnung nur für die Verwendung mit einer Einrichtung mit Plättchenanhebefingern erforderlich ist, die sich durch die Löcher 38 erstrecken. Andere bekannte Plättchenbearbeitungseinrichtungen verwenden Vakuum-Plättchenanhebeein­ richtungen, und für diese Einrichtungsart braucht die Blockiereinrichtung nicht mit der Loch- oder Ausrichtungsanordnung versehen zu sein.

Die obige Beschreibung vervollständigt die äußere oder strukturelle Beschreibung der Erfindung. Um die Beschreibung zu vervollständigen, werden als nächstes die verschiedenen Materialien beschrieben, die zur Bildung des Ringes und der Blockiereinrichtung verwendet werden können.

Im allgemeinen können der Ring und die Blockiereinrichtung aus gleichen oder verschiedenen Materialien bestehen. Für jedes Element besteht die einzige Beschränkung darin, daß das Material den Verarbeitungstemperaturen widerstehen muß, während es ausreichend starr und flach bleibt, ohne das Plättchen unangemessen zu verunreinigen. Es können natürlich verschiedene übliche Materialien verwendet werden. Beispielsweise können der Ring und/oder die Blockiereinrichtung aus Quarz, Silicium, mit Siliciumcarbid beschichtetem Graphit oder üblichem (d. h. a-Phase) Siliciumcarbid bestehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Blockiereinrichtung aus Quarz.

Die Verwendung von Quarz für die Blockiereinrichtung ist aus verschiedenen Gründen vorteilhaft. Erstens ist Quarz ein relativ billiges Material, und die Ausbildung einer Blockier­ einrichtung aus Quarz wäre recht wirtschaftlich. Quarz ergibt auch ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und Wärmeausdehnungseigenschaften und bleibt starr bei erhöhten Temperaturen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Quarz transparent oder nahezu transparent gegenüber viel Wärmestrahlung ist. Somit wird der Wärmestrahlungsanteil der Heizung durch den Quarz gehen und dazu dienen, das Plättchen zu erhitzen. Da es das Plättchen ist, das erwünschtermaßen für die epitaxische Abscheidung erhitzt werden soll, kann dies die Zeit reduzieren, die erforderlich ist, um das Plättchen für die Abscheidung zu erhitzen. Dies könnte natürlich zu einer Verminderung der Zykluszeit und zu erhöhter Plättchenproduktion führen.

Während die Blockiereinrichtung vorteilhafterweise aus Quarz gebildet wird, besteht der Ring vorzugsweise aus einer monolithischen Masse von äußerst reinem Siliciumcarbid der β-Phase.

Solche monolithischen Massen sind bei der Erwerberin der vorliegenden Erfindung erhältlich und bestehen aus extrem reinem β-Siliciumcarbid (kubisch flächenzentriert), das in einem Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase gebildet wird, wie es in der US-Patentschrift 5 465 184 von Pickering et al. beschrieben ist, auf die hier Bezug genommen wird. Dieses bevorzugte Material ist zu 99,999% reines Siliciumcarbid, ist hohlraumfrei, stöchiometrisch (gleiche Anzahl von Si- und C-Atomen) und hat große Korngröße. Dies führt zu einem Ring (und möglicherweise einer Blockiereinrichtung), die bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen fest sind, zu genauen Abmessungen maschinell bearbeitet werden können, ihre Form (und insbesondere ihre Flachheit) nach wiederholten Heiz- und Abkühlzyklen behalten, ausgezeichne­ te Wärmeleitfähigkeit besitzen und inert sind und so in der Abscheidungsatmosphäre und bei der Säuredampfreinigung dauerhaft sind, ohne Plättchenverunreinigung zu bewirken. Aus diesen Gründen ist die monolithische Masse von Siliciumcarbid der β-Phase für den Ring bevorzugt.

Obwohl irgend eines der angegebenen Materialien zur Bildung des Halters nach der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, dürfte die Verwendung einer monolithischen Masse von β-Siliciumcarbid die vorliegende Erfindung wenigstens für wirtschaftlich durchführbare Anwendung benötigen. Speziell, während das Siliciumcarbid ein bevorzugtes Material aus den oben angegebenen Gründen ist, wird die üblichste bekannte Halterkon­ struktion nicht effektiv arbeiten, wenn sie aus diesem Siliciumcarbid besteht.

Beispielsweise ist es im Stand der Technik bekannt, einen Halter ähnlich einer flachen Platte mit einem niedrigen Rand an der Kante auszubilden, um eine seitliche Bewegung des Plättchens zu verhindern. Dies ist ähnlich einer Erstreckung des Plättchenschultersitzes 30 dieser Erfindung über den Mittelteil des Ringes, um eine ununterbrochene Ebene zu bilden, auf welcher das Plättchen ruht. Diese Konstruktion arbeitet gut, wenn sie aus einem mit Standardsiliciumcarbid überzogenen Graphitkern besteht. Wenn Siliciumcarbid der β-Phase verwendet wird, um einen solchen Halter oder Suszeptor zu bilden, ist die Leistung jedoch beschränkt, während Kosten erhöht sind. Speziell ist die Leistung annehmbar, wenn ein solcher Halter aus β-Siliciumcarbid rasch zusammen mit einem Plättchen erhitzt wird. Wenn ein solcher Halter jedoch alleine erhitzt wird (wie dies während der Säureätzung/Reinigung geschieht), kann der Halter nach einer unannehmbar niedrigen Anzahl von Zyklen brechen, wenn nicht der Wärmegradient gesteuert wird.

Obwohl der genaue Grund für dieses Brechen nicht bekannt ist, wird doch angenommen, daß es auf den Spannungen beruht, die durch den Unterschied der Wärmemenge zwischen dem dünneren Mittelbereich zur Unterstützung des Plättchens und dem dickeren Außenrand erzeugt werden. Ausgehend von den erhöhten Kosten einer Bildung einer monolithischen Masse des β-Siliciumcarbids macht die geringe Anzahl von Zyklen, bevor ein solches Reißen auftritt, dieses Material ungeeignet für die Verwendung in bekannten Konstruktionen. Durch Ausbildung des Halters als Ring mit einer getrennten Blockiereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch das Rißproblem vermieden. Obwohl die Schultern 26 und 28 zu einem Dickenunter­ schied führen, erzeugt die geringe radiale Tiefe der Schultern keine ausreichenden Spannungen, um den Ring zu zerstören.

Weiterhin ist die Blockiereinrichtung getrennt von dem Ring und kann sich so in Bezug auf den Ring derart ausdehnen, daß keine Spannungen übertragen werden. In der Praxis kann die epitaxische Abscheidung zu einer dünnen Siliciumschicht führen, die über die Verbindung der Blockiereinrichtung und des Ringes abgeschieden wird, was diese beiden Teile miteinander befestigt. Die dünne Natur eines solchen Überzuges dürfte jedoch gewährleisten, daß der Überzug bricht, bevor gefährliche Spannungen zwischen dem Ring und der Blockiereinrichtung übertragen werden.

Als solcher kann der Halter oder Suszeptor der vorliegenden Erfindung Vorteile im Gewicht, den Kosten und der Produktion ergeben, wenn man ihn mit bekannten Materialien verwendet. Außerdem erlaubt der Halter der vorliegenden Erfindung die Verwendung des verbesserten Siliciumcarbids der β-Phase, was bei bekannten Haltern nicht möglich war.

Aus dem Obigen ergibt sich, daß diese Erfindung gut geeignet ist, alle oben beschriebenen Ziele und Aufgaben zu erreichen bzw. zu lösen, zusammen mit anderen Vorteilen, die auf der Hand liegen und die mit der Konstruktion inhärent sind.

Es ist verständlich, daß bestimmte Merkmale und Unterkombinationen von Brauchbarkeit sein können und ohne rechtzeitige Verwendung anderer Merkmale und Unterkombinationen eingesetzt werden können. Dies liegt auch innerhalb des Erfindungsgedankens.

Claims (10)

1. Halter zur Unterstützung einer einzelnen Halbleiterplatte, z. B. während einer Abscheidung, gekennzeichnet durch einen Ring mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche und inneren und äußeren Seitenwänden, wobei die innere Seitenwand eine Plattenschulter aufweist, die so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie die Platte darauf aufnimmt, und eine auf dem Ring in einer Position unter der Plattenschulter angeordnete Blockiereinrichtung, wobei diese Blockiereinrichtung mit einem radialen Abstand zwischen dem Ring und der Blockiereinrichtung, der eine Relativbewegung in der Radialrichtung in Bezug auf den Ring gestattet, angeordnet ist.

2. Halter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus einer monoli­ thischen Masse von äußerst reinem Siliciumcarbid der β-Phase besteht.

3. Halter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung aus Quarz besteht.

4. Halter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Seitenwand des Ringes zusätzlich eine Blockiereinrichtungsschulter enthält und diese Blockiereinrichtung auf dieser Blockiereinrichtungsschulter ruht.

5. Halter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus einer monoli­ thischen Masse von äußerst reinem Siliciumcarbid der β-Phase besteht.

6. Halter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung aus Quarz besteht.

7. Halter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenschulter einen Sitz und eine Rückwand aufweist, wobei diese Rückwand die obere Fläche des Ringes schneidet, und daß die Blockiereinrichtungsschulter einen Sitz und eine Rückwand aufweist, wobei diese Rückwand der Blockiereinrichtungsschulter den Sitz der Plattenschulter schneidet.

8. Halter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus einer monoli­ thischen Masse von sehr reinem Siliciumcarbid der β-Phase besteht.

9. Halter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung aus Quarz besteht.

10. Halter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtungsschulter wenigstens einen Vorsprung aufweist und die Blockiereinrichtung wenigstens eine dazu passende, den Vorsprung aufnehmende Vertiefung aufweist.