DE3442849A1

DE3442849A1 - Leitende vorrichtung

Info

Publication number: DE3442849A1
Application number: DE19843442849
Authority: DE
Inventors: Donald M. Scottsdale Ariz. Olson
Original assignee: Advanced Semiconductor Materials America Inc
Current assignee: Advanced Semiconductor Materials America Inc
Priority date: 1983-11-23
Filing date: 1984-11-23
Publication date: 1985-08-29
Also published as: GB2150126B; GB2150126A; JPS60112671A; GB8417942D0; KR850003817A; FR2555351A1; NL8403313A; US4633051A

Description

Beschreibung Leitende Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf stabile, beständige leitende Elemente und insbesondere auf stabile leitende Elemente , die chemischen Reaktionen standhalten und bei erhöhten Temperaturen gasundurchlässig sind.

Bisher wurden für leitende Elemente, die dazu bestimmt sind, über einen Temperaturbereich Reaktionsmitteln direkt ausgesetzt zu werden, vielerlei Zusammensetzungen verwendet. Im allgemeinen wiesen solche Elemente Metalle oder Halbleiter enthaltende Mischungen oder Verbindungen auf, die entweder eine wesentliche Qualitätsminderung erfahren würden, wenn sie bei hohen Temperaturen Reaktionsgasen ausgesetzt werden, oder die so porös sind, daß unerwünschte Gase infolge des Durchgangs durch das Heizelement oder des Einschlusses in dem Heizelement eine Verunreinigung verursachen könnten. Diese leitenden Elemente mußten daher im allgemeinen von dem Arbeitsraum des Ofens oder der Reaktionskammer durch einen unporösen, nicht reagierenden Überzug oder durch ein Rohr oder eine anderweitige Umhüllung getrennt werden. Im Zusammenhang mit leitenden Elementen, die direkt Reaktionsmitteln ausgesetzt werden, besteht ein weiteres Problem darin, daß sie eventuell gereinigt oder geäzt, zum Beispiel chemisch geäzt,we.rden müssen, angesammelte Reaktionsprodukte zu beseitigen. Wenn die

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leitenden Elemente dem Reinigungsverfahren nicht widerstehen können, würde dies zu ihrer vorzeitigen Zerstörung führen. Es ist beispielsweise bekannt, HF-beheizte Suszeptoren oder Empfänger zu verwenden, die aus Graphit hergestellt sind, das sowohl reaktionsfähig als auch durchlässig ist. Um solch einen Empfänger gegen die Reaktionsumgebung zu isolieren, ist es bekannt, einen Überzug aus Siliziumkarbid vorzusehen. Solch ein Überzug kann leicht beschädigt werden und neigt zum Rissigwerden unter thermischen Ausdehnungen. Ferner müssen dort, wo verlangt wird, daß ein Ofen frei von unerwünschten Reaktionsmitteln ist, die Werkstücke von den Heizelementen , zum Beispiel Widerstandsdrähten oder Siliziumkarbid-Widerstandselementen, durch Ofenrohre aus Quarz oder Aluminium isoliert werden, die teuer sind, zum Bruch neigen, schwierig zu reinigen sind und einen unerwünschten Wärmewiderstand zwischen die Heizelemente und die Werkstücke einführen.

Eh bestand daher ein Bedarf für die Schaffung inerterer, weniger durchlässiger und besser leitender Elemente, die mit dem Arbeitsraum direkt in Kontakt stehen können. Im Falle einer Heizkammer bestand ein Bedarf für die Schaffung eines Heizelementes, das gleichzeitig auch dazu dient, den Arbeitsraum gegen Reaktionsmittel aus der Umgebung zu isolieren.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht ein Ziel von dieser darin, ein verbessertes hitzebeständiges, leitendes Element für Prozesse, die bei erhöhten Temperatüren stattfinden, zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindugn besteht darin, ein verbessertes hitzebeständiges, leitendes Element zu schaffen, das dem Arbeitsraum in einer reaktiven Umgebung direkt ausgesetzt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein undurchlässiges , hitzebeständiges, leitendes Element mit einem genügenden elektrischen Widerstand für eine direkte

oder indirekte elektrische Erregung zu schaffen. 5

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Einheit aus einem leitenden Element und einer Kapsel oder Umschließung zu schaffen, die genügend inert und undurchlässig ist, um Behandlungsverfahren bei hohen Temperaturen !0 und mit einem hohen Reinheitsgrad zu ermöglichen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein elektrisch erregbares,leitdendes Element zu schaffen, das wiederholten chemischen Reinigungsprozessen unterzogen werden kann, ohne daß seine Qualität wesentlich darunter leidet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das leitende Element Alphasiliziumkarbid mit einem kleinen Prozentanteil eines leitenden Materials in einem homogenen Körper auf, dessen spezifischer elektrischer Widerstand unter einem Ohmzentimeter liegt. Der leitende Zusatz, der beispielsweise Graphit, Molybden oder Wolfram umfassen kann, senkt den spezifischen Widerstand des Körpers, um die direkte elektrische Erregung ohne bedeutsame Begünstigung der Gasdurchlässigkeit oder chemischen Reaktionsfähigkeit des Alphasiliziumkarbids zu ermöglichen. In Form einer Platte kann eine solche Zusammensetzung als Suszeptor oder Empfänger in einer HF-beheizten Reaktionskammer benützt werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein hitzebeständiges Material, das Alphasi,liziumkarbid aufweist, das einen kleinen Prozentanteil eines leitenden Materials zur Senkung des spezifischen elektrischen Wider-

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Standes auf einen Wert unter einem Ohmzentimeter enthält, zu einer Einheit aus'einem Heizelement und einer Reaktionskammer geformt, die für Gase aus der Umgebung im wesentlichen undurchlässig ist und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen korrosive chemische Reinigung besitzt.

Die vorstehenden und anderweitige Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierteren Beschreibung von bevorzugten AusführungsjQ formen der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes leitendes Element zur Ver-,(-Wendung in einer Vorrichtung zum chemischen Auf

dampfen, und

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene Ansicht einer erfindungsgemäßen widerstandsbeheizten Kammer.

Gemäß einem bekannten Verfahren können Teilchen von Alphasiliziumkarbid in einer bei hoher Temperatur stattfindenden Reaktion hergestellt werden. Diese Teilchen haben eine Größe in einem Bereich von etwa sieben bis etwa zehn

2g Mikron. Aus diesen Teilchen können Festkörper dadurch geformt werden, daß sie grob in die gewünschte Form gepresst

werden und dann die komprimierte Masse bei etwa 1800 C gesintert wird , wobei die Teilchen durch Sintern im Festzustand zusammenschmelzen und einen dichten, undurch-QQ lässigen Körper bildet, der im wesentlichen reines Alphasiliziumkarbid aufweist. Nach dem Sintern schrumpft das

s.
Material linear um etwa 18° . Der spezifische elektrische

Widerstand des gebildeten Gegenstandes ist sowohl hoch als auch variabel. Die hergestellten Gegenstände sind Q5 somit nicht besonders als leitende Elemente geeignet, da die Widerstände zu groß sind.

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Es ist auch bekannt^ Siliziumkarbid aufweisende elektrische Heizelemente dadurch herzustellen, daß Teilchen von Betasiliziumkarbid und Kohlenstoff (z.B. Ruß) kombiniert werden und die Masse in Gegenwart eines Dampfes einer Reaktionssinterung unterzogen wird, um so ein Material mit einem relativ kleinen spezifischen elektrischen Widerstand herzustellen. Das Material weist allgemein einen Überschuß an freiem Silizium zusätzlich zu der Siliziumkarbidverbindung auf. Das freie Silizium, das an keiner Reaktion teilgenommen hat, ist dort, wo das Element reaktionsfähigen Umgebungen bei hohen Temperaturen/oder einer korrodierenden chemischen Reinigung bei Raumtemperatur unterzogen werden soll, wegen der Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Gegenstandes in hohem Maße unerwünscht.

Gemäß der Erfindung können die vorstehenden und weitere Nachteile bekannter leitender Elemente für einen direkten Kontakt mit reaktionsfähigen Umgebungen dadurch überwunden werden, daß diese Elemente aus einem Material hergestellt werden, das AlphasLlizium karbid aufweist, welches zur Herabsetzung des spezifischen elektrischen Widerstandes ohne wesentliche Vergrößerung der Gasdurchlässigkeit (Porosität) oder chemischen Reaktionsfähigkeit des Materials einen kleinen Bruchteil von homogen verteilten leitenden Teilchen enthält. Alphasilikonkarbidteilchen, die vorzugsweise eine Größe im Bereich von etwa sieben bis etwa zehn Mikron haben, werden mit kleineren leiten-

den Teilchen gemischt und bei etwa 1800 C gesintert.

Vorzugsweise werden leitende Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als etwa sechs Mikron verwendet. Die leitenden Teilchen sollten einen hohen Schmelzpunkt, eine geringe chemische Reaktionsfähigkeit und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der von demjenigen des Alphasilikonkarbids nicht zu sehr verschieden ist, aufweisen.

/ ausgesetzt _5_

Als leitende Teilchen von geringem spezifischem Widerstand geeignete Zuschläge sind vorzugsweise - einzeln oder in Kombination - Graphit, Wolfram und Molybden.

Z.B. ergab eine fünfprozentige Mischung von Graphit in Alphasilikonkarbid ein Endmaterial mit einem spezifischen Widerstand von etwa einem Ohmzentimeter, während zehn Prozent Graphit zu einem spezifischen Widerstand von etwa 0,1 Ohmzentimetern führten. Jegliche Kohleteilchen, die an der Oberfläche des leitenden Endprodukts verbleiben, können durch Oxydation bei höheren Temperaturen entfernt werden.

Leitende Gegenstände mit vernünftigen Abmessungstoleranzen können dadurch hergestellt werden, daß die Mischung des Alphasilikonkarbids und der leitenden Teilchen in die gewünschte Form gepresst und eine lineare Schrumpfung von ungefähr 18% während des Sinterns zugelassen wird. Zur Nacharbeitung oder Feinung der Form kann der gesinterte Gegenstand einer Bearbeitung mit elektrischer Entladung unterzogen werden.

Die Fig. 1 zeigt als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein Beispiel einer leitenden Anordnung. Die dargestellte Vorrichtung ist in einem Apparat zum plasmaverstärkten chemischen Aufdampfen bei hoher Temperatur verwendbar, der in näheren Einzelheiten beispielsweise in der US-PS 4, 401,507 vom 30. August 1983 von George M. Engle beschrieben ist. Die Platten 1 sind aus dem oben beschriebenen Material hergestellt und dienen als leitende Elektroden zur Aufrechterhaltung einer Plasmaentladung in dem Raum zwischen den Platten. Die Platten 1 sind durch Abstandshalter 3 isoliert, die aus unverfälschtem Alphasilikonkarbid ( einem Dielektrikum) hergestellt und in Ilöcher in den Platten 1 eingepresst sein können. Die

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Werkstücke 7 können z.B. mit einem Überzug zu versehende Halbleiterscheiben sein. Die Werkstücke 7 werden durch kegelige Zapfen 5 an die Bootplatten 1 angedrückt und an diesen festgehalten. Die Zapfen 5 bestehen vorzugsweise ebenfalls aus dem oben beschriebenen leitenden Siliziumkarbid. Wenn der spezifische Widerstand des Plattenmaterials weniger als etwa ein Ohmzentimeter beträgt, kann zur Beheizung der Werkstücke beispielsweise im Falle eines thermisch aktivierten chemischen Aufdampfsystems HF-Energie induktiv eingekoppelt werden. In jedem Falle ist die Platte oder sind die Platten den reaktionsfähigen Gasen bei höheren Temperaturen ausgesetzt und werden mit den Niederschlagsprodukten überzogen , die periodisch entfernt, z.B. chemisch weggeäzt , werden müssen. Die aus der beschriebenen Zusammensetzung hergestellten Gegenstände werden durch dieses Ätzen nicht wesentlich angegriffen, und das Ätzmittel dringt auch nicht in irgendeinem bedeutendem Ausmaß in sie ein, so daß eine umfangreiche Entgasung bei hoher Temperatur zur Reinigung der leitenden Gegenstände nicht nötig ist.

Als weiteres Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt die Fig. 2 eine aus dem vorstehend beschriebenen leitenden, hitzebeständigen Material bestehende Behandlungskammer. In dieser Figur ist das Element 10 ein Rohr, das aus dem Alphasiliziumkarbid hergestellt ist, welches einen kleinen Bruchteil an homogen verteilten leitenden Teilchen des oben erläuterten bevorzugten Typs aufweist. Als Elektroden zum Einführen eines elektrischen Stromes für die Beheizung des mittleren Teiles des Rohres 10 dienen ringnutförmige, leitende Kontakte 20, von denen nur einer zu sehen ist. Ähnliche ringförmig abgesetzte Endbereiche 30 bilden Flächen zum Ansetzen einer oder mehrerer , nicht dargestellter Endkappen, die das Beladen und Abdichten der Behandlungs-

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kammer ermöglichen. Beide Sätze der vorzugsweise eingezogener^ ringförmigen Bereiche 20 und 30 , die zunächst in dieser Form hergestellt werden, werden anschließend stromlos vernickelt oder verkupfert. Das Ergebnis ist eine einheitliche Behandlungskammer, die sowohl als Heizelement als auch als hitzebeständige Kapsel oder hitzebeständiges Gehäuse für Hochtemperaturprozesse in reaktionsfähigen Umgebungen dient. Ein passend abgewandelter Behälter könnte beispielsweise als ciigenbeheizter Tiegel für einen

O Kristallziehapparat z.B. zum Ziehen eines Halbleiterkristalls aus einer Halbleiterschmelze Verwendung finden.

Claims

Patentansprüche

Leitende Vorrichtung , die durch HF-Energie oder
durch direkten Anschluß an eine elektrische Energiequelle beheizt werden kann, während sie einer reaktionsfähigen Umgebung ausgesetzt ist, d a d ur c h
gekennzeichnet, daß sie aus einem Körper aus Alphasilikonkarbid besteht, der aucheinen kleinen Bruchteil an homogen verteilten leitenden Teilchen zur
Steuerung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit des Körpers ohne wesentliche Vergrößerung von
dessen Porosität aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Teilchen Graphitteilchen und/oder Molybdenteilchen und/oder Wolframteilchen
sind.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der spezifische elektrische Widerstand des Körpers weniger als etwa ein Ohmzentimetor beträgt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch HF-Energie erhitzt
wird.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der Körper durch direkten Anschluß an eine elektrische Energiequelle erhitzt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper die Form einer Platte zum Aufrechterhalten einer Plasmaentladung in einem Apparat zum chemischen Aufdampfen aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper als HF-beheizter Suszeptor zur Verwendung bei einem chemischen Aufdampfprozess ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zu einer im wesentlichen gasundurchlässigen , widerstandsbeheizten Behandlungskammer geformt ist.

9. Verfahren zum Herstellen des leitenden Körpers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch qokonnzoM chnot, daß der kleine Bruchteil an elektrisch leitendem Material in dem Körper von Alphasilikonkarbid homogen verteilt wird, um den spezifischen elektrischen Widerstand des Körpers herabzusetzen.