JP2008511179A - 半導体処理の構成材およびそれを用いた半導体の処理 - Google Patents

Abstract

半導体処理の構成材は基材および基材の上にある層を含む。層は組成物ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}を有す、ここで、ＲｅはＹ、Ｌａ、ランタノイド族元素、またはそれらの組み合わせ、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦ｌである。

Description

本発明は、一般的に半導体処理の構成材、およびそうした構成材を利用する処理技術を対象とする。

現代の半導体処理では、半導体ウェハーは、種々の装置またはツールを通って処理される。処理操作ｈは、例えば、拡散、酸化、イオン注入、アニーリング、および堆積（deposition）等の高温処理を含む。個々のプロセス装置またはツールでは、粒子および／又は外部または望まれない種による半導体ウェハーの汚染を最小化するために、一般的に大きな注意が払われる。より小さな装置のサイズ、およびより小さな半導体ダイあたりの回路密度への動きを含む産業内の多数の要因によって、さらに増加し且つさらに厳しいクリーン基準が、必要に迫られている。さらに、半導体ウェハーのサイズが引き続き増加するにつれて、半導体ウェハー当たりの価格は、指数関数的に増加し続ける。この点において、産業は、２００ｍｍウェハーから３００ｍｍに移っており、そうしたウェハーに関連するコストは、かなり上昇した。

半導体処理のコストに照らすと、半導体ウェハーを含む原料のコスト、および現行および次世代半導体デバイスと関係する電気密度と関連して、処理中の汚染を減少するための強い原動力がある。いったん汚染源が一般的に充分に理解されると、高温堆積を含む種々の堆積プロセス中に発生する粒子と関連付けられる。さらに特に、ポリシリコン、窒化ケイ素、および堆積二酸化ケイ素等の薄いフィルムは、特に水平のおよび垂直の釜を利用するバッチ処理を含む化学気相堆積（ＣＶＤ）処理を経て堆積される。従来、石英は、ウェハー保持具（水平のウェハーボートおよび垂直のラック）、バッフル、内部ライナー、およびプロセスチューブを含むそうしたプロセスツールの種々の構成材に好まれる材料として利用されてきた。しかし、これらの石英半導体処理の構成材と堆積する材料の間の熱膨張の違いによって、フィルム応力は、繰り返される熱冷サイクルの間に大きくなる傾向がある。これらの応力は、堆積材料の厚さの増加に従って増加する。したがって、多数の処理サイクルの後では、臨界の厚さに達し、フィルム応力は、堆積フィルムの弾性係数を越えて、亀裂が生じる。亀裂が生じたフィルムは、通常半導体処理の構成材からラミネートがはがれ、処理を汚染しダイの収率を下げる処理のツールの中の粒子を形成する。

上記に照らして、ツールをオフラインにして、処理サイクルの特定の数の後でクリーニングを行うことが基本であった。半導体処理のコストでは、ツールの休止時間は非常に高く、ツールをラインに戻すための再品質化および再キャリブレーション手順は、満たすには骨が折れ難しい。

現世代技術は、半導体処理の構成材（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と堆積フィルム間の熱膨張係数の違いを最小化する代替材料の使用に焦点を当てている、従ってツールの休止時間を減少させクリーニング間隔を延ばす代替材料の使用に焦点がある。この点では、シリコンカーバイドベースの半導体処理の構成材の導入および広範な使用は、これらの新世代処理の構成材およびと堆積フィルム間の熱膨張係数のよりよいマッチによって、成功してきた。実際、堆積フィルム中の圧縮応力は、堆積フィルムの最大または臨界厚が少なくとも桁違いに増加した程減少した。そのままで、かなりのさらなるプロセスサイクルが、クリーニングの前に単一のツールで繰り返される可能性がある。

バッチ処理に加えて、半導体製造は、一般的にエッチング等の種々の反応のためのハロゲンプラズマを利用する一連の単一のウェハープロセスを使用する。ハロゲンプラズマ適用は、異方性のエッチ特性によるエッチング金属および誘電体層の好ましい方法である。一部、単一のウェハー処理でのそうした攻撃的なプラズマの広い使用により、通常構成材は、陽極酸化したＡｌまたは酸化アルミニウムセラミックによって形成されている。しかし、技術は、Ａｌ含有組成物の使用から発生する受け入れ難い高レベルのＡｌ金属、およびＡｌＦ_３およびＡｌＣｌ_３粒子汚染の発生を認識した。

シリコンカーバイドベースの半導体バッチ処理構成材の導入が広く成功と証明された一方で、汚染レベルを減少し、または減少を可能にし、さらに改善された半導体ダイ収率を与える処理の技術および半導体処理の構成材のための要求が、技術的に存在し続ける。さらに、攻撃的なプラズマに耐えるための単一のウェハー処理での陽極酸化したＡｌおよび酸化アルミニウムセラミックの広範な使用にもかかわらず、特に金属および粒子汚染が減少した構成材を有する改善された構成材のための技術的への要求が存在し続ける。

本発明の一つの面によれば、基材の上にある基材および特別な層を含む半導体処理の構成材が与えられる。当該層は、組成物ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}を有する、ここでＲｅは、Ｙ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦１である。

本発明の別の面によれば少なくとも一つの半導体ウェハー処理のための方法が与えられ、該方法は半導体処理の構成材、ウェハーの上に材料を堆積させることによる半導体ウェハー処理、および堆積装置内の半導体処理の構成材のクリーニングを含む、堆積装置の中への少なくとも一つの半導体ウェハーの装填を含む。クリーニングは、一般的に半導体処理の構成材から堆積種（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｓｐｅｃｉｅｓ）を除くために、反応性ガスへの露出によって行なわれる。半導体処理の構成材は、希土類酸化物、および（ｉｉ）ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}からなる群から選択された組成物を含む外側表面を有し、ここでＲｅは、Ｙ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦１である。

別の態様によって、複数の半導体ウェハーを支持するためのウェハーボート（ｗａｆｅｒ ｂｏａｔ）等のバッチ処理の構成材は、基材および基材の上にある層、（ｉ）希土類酸化物、および（ｉｉ）ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}からなる層からの組成物を含む層を含む、ここでＲｅはＹ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦１である。

本発明の一つの面に従って、基材および基材の上にある層を含む半導体処理の構成材が与えられる。処理の構成材は、種々の処理操作等の種々の幾何学的な配置の一つから選択されていてもよく、例えば１５０ｍｍ、２００ｍｍ、またはさらに新しい世代の３００ｍｍウェハーである種々のサイズのウェハーを受けるために配置されていても良い。処理の構成材は、ラフに複数のウェハーが同時に処理されるバッチ処理の構成材、および単一のウェハー処理の構成材の二つの範疇に分けられる。バッチ処理は、拡散、堆積、アニーリング、酸化ほか等の高温処理に関係して使用される。単一のウェハー処理は、例えばリソグラフィーおよびエッチに関係して、通常利用される。

バッチ処理の構成材は、例えば、水平のウェハーボートおよび垂直のラック、プロセスチューブ、プロセスチューブライナー（例えば、釜のライナー）、プロセスチャンバー、台座、注射器、バッフル、ダミーウェハー、シールド、ピン、ウェハーパドル、およびカンチレバー棒を含むウェハー保持具を含む。先の中では、興味のある特別な半導体処理の構成材はウェハー保持具、プロセスチャンバーおよびプロセスまたは釜のライナーを含む。単一のウェハー処理の構成材は、例えば、ウェハー保持具、フォーカスリング、懸架リング、サセプター、注射器、ガス分配器、シャワーヘッド、およびチャンバーライナーを含む。

バッチ半導体処理の構成材の一つの例がウェハーボート１の形で図１に示されている。ウェハーボートは、複数の溝１６を有し、個々が同じ曲率半径に沿って伸びてそれぞれの半導体ウェハーを受ける。それぞれの溝は、ウェハーボートの続く製造に適切に機械加工されていてもよい個々の溝セグメント１８，２０および２２を有する。ウェハーボートは、シリコンカーバイドコアに溶融エレメンタル（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ）シリコンをしみこませる等の下に記載された技術の一つに従って加工され、ＣＶＤを行って堆積シリコンカーバイド層を形成しても良い。図１が水平のウェハーボートを示す一方で、すでに記載したほかの半導体処理の構成材と同様に、垂直のウェハーボートまたはウェハーキャリーも利用されることが理解される。

通常、処理の構成材の基材部分は、機械的な保持および統一性を与える主構造的特徴である。幾つかの材料のいずれかは、本発明の態様に従った基材を形成するために利用される可能性がある。一実施態様では、Ｓｉ含有組成物が利用される。例えば、石英の形等の二酸化ケイ素が、基材を形成する。この点で、石英ウェハーボート等の石英処理の構成材は、技術的に使用されており、同じ物のための製造技術は一般的に周知である。

石英に加えて、別のＳｉ含有組成物はシリコンカーバイドベースの処理の構成材を含む。そうした処理の構成材は、例えば、スリップキャストおよびそれに続く炎によって形成された、シリコンカーバイド基材の提供によって形成される可能性がある。シリコンカーバイド基材は、溶融エレメンタルシリコンが含侵され、Ｓｉ−ＳｉＣ複合基材を形成する。この場合、シリコンカーバイドメンバー(member)は、溶融シリコンでの含侵のために、コアとして機能し、該コアは構成材の機械的な保持を与える。状況に応じては、含侵されたシリコンカーバイド構成材は、化学気相堆積（ＣＶＤ）によるシリコンカーバイド等の高純度層でコートされている可能性がある。堆積層は、有利なことに、半導体ウェハー処理の間の汚染に繋がる大部分の基材から構成材の外側表面への不純物の移動の防止と同様に、下地をなすシリコンの自動的なドーピングを防ぐ可能性がある。上に記載したように、スリップキャスティングが、有利にそうしたシリコンカーバイドベースの処理の構成材の形成に使用される一方で、加圧成形等の代わりの技術が利用される可能性がある。カーボンの予備成形物がシリコンカーバイドに変換される変換プロセスの使用による等の他の専門の技術が使用されても良い。

シリコンカーバイドベース処理の構成材との関連では、基材はシリコンカーバイドのＣＶＤ等の種々のプロセスの一つで形成された単体のシリコンカーバイドで形成されていても良い。本特別処理技術は、比較的に高純度の処理構成材の形成を可能にするが、そうした構成材の配置は、いくらか限られている。

別の態様によれば、基材は、炭素質の材料、特にグラファイトで形成されていてもよい。ここで、グラファイトは、一般的にアイソプレス（ｉｓｏｐｒｅｓｓｉｎｇ）に続く機械加工による等の圧縮技術によって形成される。グラファイトベース処理の構成材の使用は、製造の容易性と同様に処理の環境での低反応性を含む、特に最終段階での機械加工の容易性を含む幾つかの優位点を有する。

先のバッチ処理の構成材との関連で特に適する可能性があるＳｉ含有および炭素質基材に焦点を合わせた一方で、他の基材材料が利用されても良い。例えば、特に単一のウェハー処理の構成材との関連で、Ａｌ金属または合金、陽極酸化したＡｌ金属または（それによって酸化アルミニウムコーティングを有する）合金、窒化アルミニウムベースのセラミック体、およびアルミナベースのセラミック体等のＡｌ含有組成物が利用されてもよい。アルミナベースのセラミック体の関連では、通常基材は、主にアルミナで形成されている。同様に、窒化アルミニウムベースのセラミック体は、通常主に窒化アルミニウムセラミックで形成されている。さらに、陽極酸化したＡｌ金属またはＡｌ合金およびアルミナベースのセラミック態様は、通常アルミナからなる（そこから層が伸びる）基材の外側表面を有する。

適切な処理の構成材の主構造的な骨格を形成する基材半導体の提供に続き、基材は通常基材の上にある層を形成または堆積させるために、処理される。態様に従って、層の機能一つは、処理の構成材のエッチ抵抗性を改善することである。さらに特に、層は、比較的反応性および敵対的なクリーニング環境における処理の構成材に化学的堅牢性を与え、それによって半導体処理ツールの中で、注目すべきことに堆積釜（下でさらに詳しく記載されている）を含めて、そのままで、処理の構成材のクリーニングを可能にする。ここで、層の組成物に目を向けると、特別な希土類シリケート／ゲルマネートが利用される。さらに特に、組成物はＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}である、ここでＲｅはＹ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２、および０≦ａ≦１である。通常ｙは、約０．９８５または０．９７５未満等１未満である。ｙの値の制限は、不利なことにエッチ抵抗性に影響を与える材料の粒子限界内に酸化Ｓｉ（Ｇｅ）の存在量を減らす。ある態様によれば、ｙは、約０．７５超等約０．５超である。

Ｒｅ−Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ−０系（Ｒｅ−Ａ−Ｏ系）においては、一般的に２つの化合物Ｒｅ_２Ｏ_３−ＡＯ_２、およびＲｅ_２Ｏ_３−２ＡＯ_２は、室温で安定である。これらの２つの化合物は、それぞれＲｅＡ_０．５Ｏ_２．５およびＲｅＡＯ_３．５と同様に、それぞれＲｅ_２ＡＯ_５およびＲｅ_２Ａ_２Ｏ_７としても表されることに注意する。上に与えられた先の式は、一般的に１００％までのＲｅ_２Ｏ_３−２ＡＯ_２（ｙ＝ｌに対応する）構成材Ｒｅ_２Ｏ_３−ＡＯ_２、Ｒｅ_２Ｏ_３−２ＡＯ_２、およびＲｅ_２Ｏ_３の混合物を示す。

具体的な実施例にしたがって、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｐｒ、およびそれらの組み合わせは、一般的に利用されてもよい。一実施態様では、ＲｅはＹ、Ｌａ、またはそれらの組み合わせから形成されており、ある態様では、Ｒｅは完全にＹである。また、組成物がシリケート、ゲルマネート、またはシリケート／ゲルマネート混合物であっても良い一方で、組成物は完全にシリケートベースである等のゼロであってもよい。この特別な態様は、半導体処理の環境が、シリコン含有化合物に比べてゲルマニウム含有化合物に敏感なある適用では有利である可能性がある。別の特別な態様にしたがって、ａは０であり、ＲｅはＹであり、組成物は、主にジシリケート形のイットリアシリケート、ＹａＳｉ_２Ｏ_７（ＹＳｉＯ_３．５）を含む。ここで、層の主または多数相がジシリケート組成物である一方で、組成物モノシリケート形のイットリウムシリケート、Ｙ_２ＳｉＯ_５（ＹＳ１_０．５Ｏ_２．５）も含む可能性がある。

希土類シリケート／ゲルマネート組成物の特別な組成の構造と独立に、層はプラズマスプレー、化学気相堆積（ＣＶＤ）を含み、プラズマ助長ＣＶＤおよび低圧ＣＶＤ、スパッタリング、ゾルゲルまたはディップコーティングを含む幾つかの方法のいずれか一つによって適用されてもよい。密度および結果として生じるコーティングの相対的な純度を所与として、ＣＶＤは、層の正確なターゲット化学量論およびターゲット純度レベルを形成するために有利に利用されてもよい。一般的に、層は、約１０μｍ〜約５００μｍの範囲内の厚さを有する。ある態様では、厚さは、例えば、構成材の外郭の正確な寸法のコントロールを維持するために限定される。そうした態様では、厚さは、３００μｍを越えないように限定される可能性がある。実際、ある態様では、層の厚さは、約５０〜２００μｍ等の約５０〜３００μｍの範囲である。

上にあるコーティングの表面調製は、接着性を改善するために表面粗化技術（砂ブラスティング、化学的エッチング）と同様に基材の酸化を含む。後コートアニーリングは、接着および／又は外観（例えば白色を与えるための酸化）を改善するために実施されても良い。

特別な石英ベースの基材の場合には、級化組成表面層が施されても良い。さらに特に、ＣＴＥマッチング級化界面領域が、層および基材の間に与えられても良い。有利なことに、界面領域はＡリッチ領域であり、反応によって形成される可能性がある。例えば、Ｒｅを含有する反応性種は、高温で（例えば３００℃超）反応して、好ましくは基材から離れる厚み方向でＲｅの含有量が徐々に増加するＡリッチ領域を形成する。級化界面の領域の完了に続いて、希土類のシリケート／ゲルマネート層が堆積する。このように、希土類シリケート／ゲルマネート層の中の熱応力は、減少する可能性がある。

通常、希土類シリケート／ゲルマネート層は、構成材の外側の表面を規定し、この外側の表面は、半導体ダイ製造の間に処理環境に直接的にさらされる。この外側層の実際の輪郭は、一般的に上に既に記載された処理構成材のリストから選択される処理構成材の配置によって広く変化する。

有利なことに、希土類シリケート／ゲルマネート層は、室温で下地をなす基材の係数に比較的近い熱膨張係数を有する。特に、基材と層の間の熱膨張係数の相違は、２０％以下、または１０％以下までも等、通常３０％以下である。

上に記載された基材および希土類シリケート／ゲルマネートコーティングを含有する結果として生じる複合物の構造は、一般的には、シリカまたはシリコンカーバイドから形成されたもの等の最新の処理構成材に比較して、攻撃的なクリーニング環境に対する抵抗性を改善した。この特別な特徴は、最新の半導体製造のための現および次世代処理のパラメーターのために重要である可能性がある。さらに特に、ラジカルおよび／又は一原子およびＦ、またはＣｌ等の２原子のハロゲンを含む高反応性ハロゲン環境等のクリーニング環境に耐性がある半導体処理の構成材を与えることによって、処理の構成材は、そのままでクリーニングされる。処理の構成材をそのままでクリーニングすることによって、通常堆積装置中では、処理の構成材が、ツールを完全にオフラインにする必要なく、さらにしばしばクリーニングされる可能性がある。エッチングチャンバー中で通常利用されるガス状の環境等のそのままでのクリーニングガスの使用を通した堆積種のオンライン除去は、時間で１００％近くの動作時間を可能にする。頻繁なクリーニングは、クリーニングの間の層の厚さの減少により、堆積種と近くに合わせた熱膨張係数を有する処理の構成材の必要性も減少させる。またさらに、頻繁なクリーニングは、堆積等の処理操作のための一貫した、予測可能な環境を確かにすることを助け、ウェハー間およびロット間の環境の変化が最小化されることによって、繰り返し可能なプロセスフローを開発する際に、プロセスエンジニアへの大きな助けとなる。

上から明らかなように、希土類シリケート／ゲルマネート組成層の利用は、半導体処理の構成材の堅牢性を改善する。本改善は、ここに化学気相堆積（ＣＶＤ）ＳｉＣが同じハロゲンエッチガス環境でエッチされる速度に比較して、構成材が反応性ハロゲンエッチガス環境の中でエッチされる（材料重量を失う）速度として、ここに定義されるエッチ割合について定量化される。本発明の態様は、約０．５未満のエッチ割合を有する。ほかの態様は約０．１未満のエッチ割合等、約０．０５未満等の改善された性能までも与える。

本発明の別の態様にしたがって、少なくとも一つの半導体ウェハー処理の方法が与えられる。該方法は、一般的に第１の態様に関して上に記載されたように、半導体処理の構成材を含む堆積装置への少なくとも一つの半導体ウェハー（バッチ処理との関連では、複数の半導体ウェハー）の装填によって始まる。半導体ウェハーは、次にその上への材料の堆積によって処理される。多数の装填／処理サイクルは、処理の方法が続く前に行われる可能性がある。少なくとも一つの装填／処理サイクル、大部分の通常の複数のサイクルに続いて、半導体処理の構成材は、処理の構成材から堆積種を除去するために、反応性ガスに暴露することによって、堆積装置内でクリーニングされる。反応性ガスは、典型的なハロゲンエッチ環境の場合における等の荷電ラジカルを含むプラズマの形であってもよい。その代わりに、反応性ガスは、下向きのプラズマによって生成された反応性ガス等の実質的に中性の種を含む。いずれにしても、プラズマまたは中性のガス形の反応性ガスのいずれの利用でも、非常に多くの場合反応性ガスは、フッ素または塩素等のハロゲン反応性種を含む。フッ素はエッチ環境の中の半導体処理中に利用され、半導体処理製造では、既に広く適格とされているため、適切な選択である。一原子のフッ素は、より優れた反応速度論を与え、２原子のフッ素は、きれいな環境すなわち、後堆積クリーニング環境中にも存在する可能性がある。

一つの特徴に従って、半導体ウェハーの処理は、通常少なくとも３００℃の温度等の昇温下で行われる。そのままで、堆積装置は、時々熱能力を有する釜と呼ばれる。堆積種は二酸化ケイ素、シリコン、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、およびあらゆる中間層誘電体を含む、半導体製造に利用されるいずれか一つの既知の種であってもよい。二酸化ケイ素の場合には、二酸化ケイ素フッ素、ホウ素、またはリン、またはポリ結晶形の二酸化ケイ素でドープされたガラス系であってもよい。シリコンは、ポリシリコンまたはエピシリコン形であっても良く、窒化ケイ素は、非化学量論的形と同様に化学量論的（Ｓｉ_３Ｎ_４）であっても良い。

一つの特別な特徴に従って、半導体処理の構成材は、堆積チャンバーと伴に、そのままでクリーニングされるため、処理の構成材は、多くの場合、概してかなりの休止時間を与えることなくクリーニングされる可能性がある。そのままで、通常クリーニングされる堆積材料の厚さは、最先端のものに比べて比較的薄い。例えば、堆積種の厚さは、約２５μｍ以下または１０または５μｍ以下までも等約５０μｍ以下である。これらの比較的薄い層は、通常クリーニング前の制限された装填および処理サイクルの結果である。例えば、装填および処理サイクルは、２５以下または１０以下までも等、５０以下に限定される。

堆積装置の実際の配置は、利用される特別な道具によって広く変化する。堆積装置は、ＣＶＤ装置ＰＶＤ装置、プラズマスプレー装置またはゾルゲルコーティング装置であってもよい。しかし、通常、装置は、低圧ＣＶＤ装置またはプラズマ助長ＣＶＤ装置等のＣＶＤ装置である。

種々の実施例に従ったコーティング組成物は、イットリウムシリケート（Ｙ−Ｓｉ−Ｏ系）、ＳｉＯ_２およびＹ_２Ｏ_３；Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７およびＹ_２ＳｉＯ_５間の特に２つの混合金属組成物をベースとする。２つの相は、Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７の４ｐｐｍ／ＫからＹ_２ＳｉＯ_５の７ｐｐｍ／Ｋまで広い熱膨張係数範囲をカバーする。イットリウムシリケート化合物および混合物は、アルミナ（８ｐｐｍ／ＫのＣＴＥ）からＳｉＣ（ＣＴＥ−４．５ｐｐｍ／Ｋ）まで等の広いＣＴＥ範囲の材料を保護するために使用可能である。例えば、ＣＴＥのアルミナは、Ｙ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３＋Ｙ_２ＳｉＯ_５組成物でマッチ可能である一方、Ｓｉ：ＳｉＣのＣＴＥは、図２に示されるように８０：２０Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｙ_２ＳｉＯ_５の組み合わせによってマッチ可能である。さらにＹ−Ｓｉ−Ｏ系、Ｌａ、Ｎｄ、ＧｄまたはＰｒ等の希土類金属は、それぞれの金属ハライドの相対的安定性によってＹの代わりに使用可能である。
Ｙ−Ｓｉ−Ｏ組成物のためのプラズマエッチテストは、フッ素および塩素プラズマテストの２つの異なる状況下で行われた。

図３は、３つの異なる条件下、すなわち（ｉ）３００Ｗ、ＲＦプラズマ、ＣＦ_４＋Ｏ_２１．５ｓｃｃｍ、２７０ ｍｂａｒ（チャンバー温度１７５℃）、（ｉｉ）３００Ｗ、ＲＦプラズマ、ＣＦ_４＋Ｏ_２３．０ｓｃｃｍ、３８０ｍｂａｒ（チャンバー温度１９０℃）、および（ｉｉｉ）５７５Ｗ、ＲＦプラズマ、ＣＦ_４＋Ｏ_２３．０ｓｃｃｍ、４２０ｍｂａｒ（チャンバー温度２３０℃）での種々の材料のエッチ速度を比較する。全ての試験は、１０．５時間の間、ゼロバイアスで行われた。エッチ速度または重量変化は、溶融石英、Ｓｉ：ＳｉＣおよびＣＶＤ−ＳｉＣのかなりのエッチングに比較して、いずれのイットリウムシリケート組成物で測定されなかった。

図４は、３００ＷＣＦ_４＋Ｏ_２で、１．５ｓｃｃｍおよび３．０ｓｃｃｍの２つの異なる流速での溶融石英および単体のＳｉＣのエッチ速度を、時間の関数として比較する。。全般的に見れば、石英が３７％の重量損失、Ｓｉ：ＳｉＣが２５％の重量損失で、ＣＶＤ−ＳｉＣが１．５％の重量損失を示した一方で、イットリウムシリケート組成物は、ＣＦ_４ベースのフッ素プラズマ中３００Ｗで５０時間のエッチングの後でさえも重量変化またはかなりのエッチングを示さなかった。

さらに試験が、以下の条件で、塩素プラズマエッチ抵抗性を比較するために行われた：出力８０Ｗ（１５０ｆｗｄ、７０ｒｅｔｕｒｎ）、２５０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）圧、Ａｒ（３．４ｓｃｃｍ）、Ｃｌ_２（２４ｐｓｉｇ、１．２ｓｃｃｍ）およびＢＣｌ_３（２０Ｃ ｓｕｐｐｌｙ、１．４ｓｃｃｍ）の流速、４９０Ｖのバイアスで、７時間４６分の間。イットリウムシリケート組成物は、の表１に示されるようにＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＣに比較してはっきりと減少したエッチ速度を有することが見出された：

別の一連の試験が低バイアスレベルでの塩素プラズマエッチ抵抗性を比較するために、以下の条件下で行われた：出力５８Ｗ（９９ ｆｗｄ、４２ ｒｅｔｕｒｎ）、２５０ミリトール圧、Ａｒ（３．４ｓｃｃｍ）、Ｃｌ_２（２４ｐｓｉｇ、１．２ｓｃｃｍ）およびＢＣｌ_３（２０Ｃ ｓｕｐｐｌｙ、１．４ｓｃｃｍ）の流速、３５０Ｖのバイアス、７時間８分間。イットリウムシリケート組成物は、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２に比較して、下の表２に示すように、はっきりと減少したエッチ速度を有することが見出された：

上に記載された態様は、希土類シリケート／ゲルマネート組成物に焦点を当てている一方で、別の面は、外側の層を形成する希土類シリケート／ゲルマネート組成物を置換する希土類酸化物組成物、（実質的にＳｉおよびＧｅがない）に関する。希土類酸化物の中では、希土類元素または酸化物形態の元素で、非希土類カチオンのないシンプルな酸化物が使用されても良い。酸化ランタン、例えば、Ｌａ２Ｏ_３、および酸化イットリウム、例えば、Ｙ_２Ｏ_３の特別な興味には敵対的および攻撃的な（下にさらに詳細を記載する）クリーン環境下での、および所与のそれらの堅牢性および化学的安定性がある。ある態様は、酸化ランタンより酸化イットリウム優先的に利用する。

さらに、特別な基材／層組み合わせがここに記載された一方で、構成材の全ての構造は、層組成物で形成されていても良く、すなわち、モノリシックの構成材は一つの態様に従った希土類シリケート／ゲルマネートでまたは別の態様に従った希土類酸化物で、形成されていても良い。モノリシックのまたは基材／層構造のいずれかは、ここで構成材の外側の表面を形成する組成物であり、該表面は上に記載したように堆積およびクリーニング操作に暴露される。

上に開示した主題は、実例として解説されており、制限されず、および請求項は本発明の範囲内にあるすべてのそうした改変、増強、および他の態様を網羅することを意図されていない。この様に法によって許容される最大程度まで、本発明の範囲は、請求項および均等物の許されるもっとも広い解釈によって決定され、先の明細書によって制限または限られるべきではない。

付属の図を参照することによって当業者に明らかになる本発明の開示、その多数の特徴および長所が良く理解される。
に本発明の態様、すなわちウェハーボートまたはキャリアーを示す。 でシリコン化されたＳｉＣ（Ｓｉ−ＳｉＣ）、Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、および８０％Ｙ_２Ｓｉ２Ｏ_７＋２０％Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_５材料の熱膨張挙動を比較する。 で溶融した石英、単体のＳｉＣ、Ｓｉ：ＳｉＣ、ＹＡＧおよびフッ素プラズマ中のイットリウムシリケートのエッチ速度を比較する。 で溶融した石英、単体、ＳｉＣ３００ＷＣｆ４＋Ｏ_２で、２つの異なる流速：１．５ｓｃｃｍおよび３．０ｓｃｃｍでののエッチ速度を比較する。

異なる図における同一の参照シンボルの使用は類似または同一項目を示す。

本発明は、一般的に半導体処理の構成材、およびそうした構成材を利用する処理技術を対象とする。

現代の半導体処理では、半導体ウェハーは、種々の装置またはツールを通って処理される。処理操作は、例えば、拡散、酸化、イオン注入、アニーリング、および堆積（deposition）等の高温処理を含む。個々のプロセス装置またはツールでは、粒子および／又は外部または望まれない種による半導体ウェハーの汚染を最小化するために、一般的に大きな注意が払われる。より小さな装置のサイズ、およびより小さな半導体ダイあたりの回路密度への動きを含む産業内の多数の要因によって、さらに増加し且つさらに厳しいクリーン基準が、必要に迫られている。さらに、半導体ウェハーのサイズが引き続き増加するにつれて、半導体ウェハー当たりの価格は、指数関数的に増加し続ける。この点において、産業は、２００ｍｍウェハーから３００ｍｍに移っており、そうしたウェハーに関連するコストは、かなり上昇した。

半導体処理のコストに照らすと、半導体ウェハーを含む原料のコスト、および現行および次世代半導体デバイスと関係する電気密度と関連して、処理中の汚染を減少するための強い原動力がある。いったん汚染源が一般的に充分に理解されると、高温堆積を含む種々の堆積プロセス中に発生する粒子と関連付けられる。さらに特に、ポリシリコン、窒化ケイ素、および堆積二酸化ケイ素等の薄いフィルムは、特に水平のおよび垂直の釜を利用するバッチ処理を含む化学気相堆積（ＣＶＤ）処理を経て堆積される。従来、石英は、ウェハー保持具（水平のウェハーボートおよび垂直のラック）、バッフル、内部ライナー、およびプロセスチューブを含むそうしたプロセスツールの種々の構成材に好まれる材料として利用されてきた。しかし、これらの石英半導体処理の構成材と堆積する材料の間の熱膨張の違いによって、フィルム応力は、繰り返される熱冷サイクルの間に大きくなる傾向がある。これらの応力は、堆積材料の厚さの増加に従って増加する。したがって、多数の処理サイクルの後では、臨界の厚さに達し、フィルム応力は、堆積フィルムの弾性係数を越えて、亀裂が生じる。亀裂が生じたフィルムは、通常半導体処理の構成材からラミネートがはがれ、処理を汚染しダイの収率を下げる処理のツールの中の粒子を形成する。

上記に照らして、ツールをオフラインにして、処理サイクルの特定の数の後でクリーニングを行うことが基本であった。半導体処理のコストでは、ツールの休止時間は非常に高く、ツールをラインに戻すための再品質化および再キャリブレーション手順は、満たすには骨が折れ難しい。

現世代技術は、半導体処理の構成材（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と堆積フィルム間の熱膨張係数の違いを最小化する代替材料の使用に焦点を当てている、従ってツールの休止時間を減少させクリーニング間隔を延ばす代替材料の使用に焦点がある。この点では、シリコンカーバイドベースの半導体処理の構成材の導入および広範な使用は、これらの新世代の処理の構成材と堆積フィルムとの間熱膨張係数のよりよいマッチによって、成功してきた。実際、堆積フィルム中の圧縮応力は、堆積フィルムの最大または臨界厚が少なくとも桁違いに増加した程減少した。そのままで、かなりのさらなるプロセスサイクルが、クリーニングの前に単一のツールで繰り返されてもよい。

バッチ処理に加えて、半導体製造は、一般的にエッチング等の種々の反応のためのハロゲンプラズマをしばしば利用する一連の単一のウェハープロセスを使用する。ハロゲンプラズマの適用は、異方性のエッチ特性による、金属および誘電体層のエッチングの好ましい方法である。一部、単一のウェハー処理でのそうした攻撃的なプラズマの広い使用により、通常構成材は、陽極酸化したＡｌまたは酸化アルミニウムセラミックによって形成されている。しかし、技術は、Ａｌ含有組成物の使用から発生する受け入れ難い高レベルのＡｌ金属、およびＡｌＦ_３およびＡｌＣｌ_３粒子汚染の発生を認識した。

シリコンカーバイドベースの半導体バッチ処理構成材の導入が広く成功と証明された一方で、汚染レベルをさらに減少し、または減少を可能にし、さらに改善された半導体ダイ収率を与える処理の技術および半導体処理の構成材のための要求が、技術的に存在し続ける。さらに、攻撃的なプラズマに耐えるための、単一のウェハー処理での陽極酸化したＡｌおよび酸化アルミニウムセラミックの広範な使用にもかかわらず、特に金属および粒子汚染が減少した構成材を有する、改善された構成材のための技術的要求が存在し続ける。

本発明の一つの面によれば、基材および基材の上にある特別な層を含む半導体処理の構成材が与えられる。当該層は、組成物ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}を有する、ここでＲｅは、Ｙ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦１である。

本発明の別の面によれば、少なくとも一つの半導体ウェハー処理のための方法が与えられ、該方法は半導体処理の構成材、ウェハーの上に材料を堆積させることによる半導体ウェハー処理、および堆積装置内の半導体処理の構成材のクリーニングを含む、堆積装置の中への少なくとも一つの半導体ウェハーの装填を含む。クリーニングは、一般的に半導体処理の構成材から堆積種（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｓｐｅｃｉｅｓ）を除くために、反応性ガスへの露出によって行なわれる。半導体処理の構成材は、希土類酸化物、および（ｉｉ）ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}からなる群から選択された組成物を含む外側表面を有し、ここでＲｅは、Ｙ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦１である。

別の態様によって、複数の半導体ウェハーを支持するためのウェハーボート（ｗａｆｅｒ ｂｏａｔ）等のバッチ処理の構成材は、基材および基材の上にある層、（ｉ）希土類酸化物、および（ｉｉ）ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}からなる群からの組成物を含む層を含む、ここでＲｅはＹ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦１である。

本発明の一つの面に従って、基材および基材の上にある層を含む半導体処理の構成材が与えられる。処理の構成材は、種々の処理操作のための種々の幾何学的な配置の一つから選択されていてもよく、例えば１５０ｍｍ、２００ｍｍ、またはさらに新しい世代の３００ｍｍウェハーである種々のサイズのウェハーを受けるために配置されていても良い。処理の構成材は、ラフに複数のウェハーが同時に処理されるバッチ処理の構成材、および単一のウェハー処理の構成材の二つの範疇に分けられる。バッチ処理は、拡散、堆積、アニーリング、酸化ほか等の高温処理に関係して使用される。単一のウェハー処理は、例えばリソグラフィーおよびエッチに関係して、通常利用される。

バッチ処理の構成材は、例えば、水平のウェハーボートおよび垂直のラック、プロセスチューブ、プロセスチューブライナー（例えば、釜のライナー）、プロセスチャンバー、台座、注射器、バッフル、ダミーウェハー、シールド、ピン、ウェハーパドル、およびカンチレバー棒を含むウェハー保持具を含む。先の中では、興味のある特別な半導体処理の構成材はウェハー保持具、プロセスチャンバーおよびプロセスまたは釜のライナーを含む。単一のウェハー処理の構成材は、例えば、ウェハー保持具、フォーカスリング、懸架リング、サセプター、注射器、ガス分配器、シャワーヘッド、およびチャンバーライナーを含む。

バッチ半導体処理の構成材の一つの例がウェハーボート１の形で図１に示されている。ウェハーボートは、複数の溝１６を有し、個々が同じ曲率半径に沿って伸びてそれぞれの半導体ウェハーを受ける。それぞれの溝は、ウェハーボートの続く製造に適切に機械加工されていてもよい個々の溝セグメント１８，２０および２２を有する。ウェハーボートは、シリコンカーバイドコアに溶融エレメンタル（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ）シリコンをしみこませる等の下に記載された技術の一つに従って加工され、ＣＶＤを行って堆積シリコンカーバイド層を形成しても良い。図１が水平のウェハーボートを示す一方で、すでに記載したほかの半導体処理の構成材と同様に、垂直のウェハーボートまたはウェハーキャリーも利用されることが理解される。

通常、処理の構成材の基材部分は、機械的な保持および統一性を与える、主構造的特徴である。幾つかの材料のいずれかは、本発明の態様に従った基材を形成するために利用されてもよい。一実施態様では、Ｓｉ含有組成物が利用される。例えば、石英の形等の二酸化ケイ素が、基材を形成する。この点で、石英ウェハーボート等の石英処理の構成材は、技術的に使用されており、同じ物のための製造技術は一般的に周知である。

石英に加えて、別のＳｉ含有組成物は、シリコンカーバイドベースの処理の構成材を含む。そうした処理の構成材は、例えば、スリップキャストおよびそれに続く炎によって形成された、シリコンカーバイド基材の提供によって形成されてもよい。シリコンカーバイド基材は、溶融エレメンタルシリコンが含侵され、Ｓｉ−ＳｉＣ複合基材を形成する。この場合、シリコンカーバイドメンバー(member)は、溶融シリコンでの含侵のために、コアとして機能し、該コアは構成材の機械的な保持を与える。状況に応じては、含侵されたシリコンカーバイド構成材は、化学気相堆積（ＣＶＤ）によるシリコンカーバイド等の高純度層でコートされていてもよい。堆積層は、有利なことに、半導体ウェハー処理の間の汚染に繋がる大部分の基材から構成材の外側表面への不純物の移動の防止と同様に、下地をなすシリコンの自動的なドーピングを防いでもよい。上に記載したように、スリップキャスティングが、有利にそうしたシリコンカーバイドベースの処理の構成材の形成に使用される一方で、加圧成形等の代わりの技術が利用されてもよい。カーボンの予備成形物がシリコンカーバイドに変換される変換プロセスの使用による等の他の専門の技術が使用されても良い。

シリコンカーバイドベース処理の構成材との関連では、基材はシリコンカーバイドのＣＶＤ等の種々のプロセスの一つで形成された単体のシリコンカーバイドで形成されていても良い。本特別処理技術は、比較的に高純度の処理構成材の形成を可能にするが、そうした構成材の配置は、いくらか限られている。

別の態様によれば、基材は、炭素質の材料、特にグラファイトで形成されていてもよい。ここで、グラファイトは、一般的にアイソプレス（ｉｓｏｐｒｅｓｓｉｎｇ）に続く機械加工による等の圧縮技術によって形成される。グラファイトベース処理の構成材の使用は、製造の容易性と同様に処理の環境での低反応性を含む、特に最終段階での機械加工の容易性を含む幾つかの優位点を有する。

先のバッチ処理の構成材との関連で特に適することができるＳｉ含有および炭素質基材に焦点を合わせた一方で、他の基材材料が利用されても良い。例えば、特に単一のウェハー処理の構成材との関連で、Ａｌ金属または合金、陽極酸化したＡｌ金属または（それによって酸化アルミニウムコーティングを有する）合金、窒化アルミニウムベースのセラミック体、およびアルミナベースのセラミック体等のＡｌ含有組成物が利用されてもよい。アルミナベースのセラミック体の関連では、通常基材は、主にアルミナで形成されている。同様に、窒化アルミニウムベースのセラミック体は、通常主に窒化アルミニウムセラミックで形成されている。さらに、陽極酸化したＡｌ金属またはＡｌ合金およびアルミナベースのセラミック態様は、通常アルミナからなる（そこから層が伸びる）基材の外側表面を有する。

半導体処理の構成材の主構造的な骨格の適切な形成の提供に続き、基材は通常基材の上にある層を形成または堆積させるために、処理される。態様に従って、層の機能一つは、処理の構成材のエッチ抵抗性を改善することである。さらに特に、層は、比較的反応性および敵対的なクリーニング環境における処理の構成材に化学的堅牢性を与え、それによって半導体処理ツールの中で、注目すべきことに堆積釜（下でさらに詳しく記載されている）を含めて、そのままで、処理の構成材のクリーニングを可能にする。ここで、層の組成物に目を向けると、特別な希土類シリケート／ゲルマネートが利用される。さらに特に、組成物はＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}である、ここでＲｅはＹ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２、および０≦ａ≦１である。通常ｙは、約０．９８５または０．９７５未満等１未満である。ｙの値の制限は、不利なことにエッチ抵抗性に影響を与える材料の粒子限界内に酸化Ｓｉ（Ｇｅ）の存在量を減らす。ある態様によれば、ｙは、約０．７５超等約０．５超である。

Ｒｅ−Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ−Ｏ系（Ｒｅ−Ａ−Ｏ系）においては、一般的に２つの化合物Ｒｅ_２Ｏ_３ ・ＡＯ_２、およびＲｅ_２Ｏ_３ ・２ＡＯ_２は、室温で安定である。これらの２つの化合物は、それぞれＲｅＡ_０．５Ｏ_２．５およびＲｅＡＯ_３．５と同様に、それぞれＲｅ_２ＡＯ_５およびＲｅ_２Ａ_２Ｏ_７としても表されることに注意する。上に与えられた先の式は、一般的にＲｅ_２Ｏ_３ ・２ＡＯ_２（ｙ＝ｌに対応する）１００％までの構成材Ｒｅ_２Ｏ_３ ・ＡＯ_２、Ｒｅ_２Ｏ_３ ・２ＡＯ_２、およびＲｅ_２Ｏ_３の混合物を示す。

具体的な実施例にしたがって、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｐｒ、およびそれらの組み合わせは、一般的に利用されてもよい。一実施態様では、ＲｅはＹ、Ｌａ、またはそれらの組み合わせから形成されており、ある態様では、Ｒｅは完全にＹである。また、組成物がシリケート、ゲルマネート、またはシリケート／ゲルマネート混合物であっても良い一方で、組成物は完全にシリケートベースである等のゼロであってもよい。この特別な態様は、半導体処理の環境が、シリコン含有化合物に比べてゲルマニウム含有化合物に敏感なある用途では有利であることができる。別の特別な態様にしたがって、ａは０であり、ＲｅはＹであり、組成物は、主にジシリケート形のイットリアシリケート、Ｙ _２ Ｓｉ_２Ｏ_７（ＹＳｉＯ_３．５）を含む。ここで、層の主または多数相がジシリケート組成物である一方で、組成物モノシリケート形のイットリウムシリケート、Ｙ_２ＳｉＯ_５（ＹＳｉ _０．５Ｏ_２．５）も含んでもよい。

希土類シリケート／ゲルマネート組成物の特別な組成の構造と独立に、層はプラズマスプレー、化学気相堆積（ＣＶＤ）を含み、プラズマ助長ＣＶＤおよび低圧ＣＶＤ、スパッタリング、ゾルゲルまたはディップコーティングを含む幾つかの方法のいずれか一つによって適用されてもよい。密度および結果として生じるコーティングの相対的な純度を所与として、ＣＶＤは、層の正確なターゲット化学量論およびターゲット純度レベルを形成するために有利に利用されてもよい。一般的に、層は、約１０μｍ〜約５００μｍの範囲内の厚さを有する。ある態様では、厚さは、例えば、構成材の外郭の正確な寸法のコントロールを維持するために限定される。そうした態様では、厚さは、３００μｍを越えないように限定されてもよい。実際、ある態様では、層の厚さは、約５０〜２００μｍ等の約５０〜３００μｍの範囲である。

上にあるコーティングの表面調製は、接着性を改善するために表面粗化技術（砂ブラスティング、化学的エッチング）と同様に基材の酸化を含む。後コートアニーリングは、接着および／又は外観（例えば白色を与えるための酸化）を改善するために実施されても良い。

特別な石英ベースの基材の場合には、級化組成表面層が施されても良い。さらに特に、熱膨張係数マッチング級化界面領域が、層と基材との間に与えられても良い。有利なことに、界面領域はＡリッチ領域であり、反応によって形成されてもよい。例えば、Ｒｅを含有する反応性種は、高温で（例えば３００℃超）反応してＡリッチ領域を形成し、好ましくは基材から離れる厚み方向でＲｅの含有量が徐々に増加する。級化界面の領域の完了に続いて、希土類のシリケート／ゲルマネート層が堆積する。このように、希土類シリケート／ゲルマネート層の中の熱応力は、減少することができる。

通常、希土類シリケート／ゲルマネート層は、構成材の外側の表面を規定し、この外側の表面は、半導体ダイ製造の間に処理環境に直接的にさらされる。この外側層の実際の輪郭は、一般的に上に既に記載された処理構成材のリストから選択される処理構成材の配置によって広く変化する。

有利なことに、希土類シリケート／ゲルマネート層は、室温で下地をなす基材の係数に比較的近い熱膨張係数を有する。特に、基材と層との間の熱膨張係数の相違は、２０％以下、または１０％以下までも等、通常３０％以下である。

上に記載された基材および希土類シリケート／ゲルマネートコーティングを含有する結果として生じる複合物の構造は、一般的には、シリカまたはシリコンカーバイドから形成されたもの等の最新の処理構成材に比較して、攻撃的なクリーニング環境に対する抵抗性を改善した。この特別な特徴は、最新の半導体製造のための現および次世代処理のパラメーターのために重要であることができる。さらに特に、ラジカルおよび／又は一原子およびＦ、またはＣｌ等の２原子のハロゲンを含む高反応性ハロゲン環境等のクリーニング環境に耐性がある半導体処理の構成材を与えることによって、処理の構成材は、そのままでクリーニングされる。処理の構成材をそのままでクリーニングすることによって、通常堆積装置中では、処理の構成材が、ツールを完全にオフラインにする必要なく、さらにしばしばクリーニングされてもよい。エッチングチャンバー中で通常利用されるガス状の環境等のそのままでのクリーニングガスの使用を通した堆積種のオンライン除去は、時間で１００％近くの動作時間を可能にする。頻繁なクリーニングは、クリーニングの間の層の厚さの減少により、堆積種と近くに合わせた熱膨張係数を有する処理の構成材の必要性も減少させる。またさらに、頻繁なクリーニングは、堆積等の処理操作のための一貫した、予測可能な環境を確かにすることを助け、ウェハー間およびロット間の環境の変化が最小化されることによって、繰り返し可能なプロセスフローを開発する際に、プロセスエンジニアへの大きな助けとなる。

上から明らかなように、希土類シリケート／ゲルマネート組成層の利用は、半導体処理の構成材の堅牢性を改善する。本改善は、ここに化学気相堆積（ＣＶＤ）ＳｉＣが同じハロゲンエッチガス環境でエッチされる速度に比較して、構成材が反応性ハロゲンエッチガス環境の中でエッチされる（材料重量を失う）速度として、本明細書中で定義されるエッチ割合について定量化される。本発明の態様は、約０．５未満のエッチ割合を有する。ほかの態様は約０．１未満のエッチ割合等、約０．０５未満等の改善された性能までも与える。

本発明の別の態様にしたがって、少なくとも一つの半導体ウェハー処理の方法が与えられる。該方法は、一般的に第１の態様に関して上に記載されたように、半導体処理の構成材を含む堆積装置への少なくとも一つの半導体ウェハー（バッチ処理との関連では、複数の半導体ウェハー）の装填によって始まる。半導体ウェハーは、次にその上への材料の堆積によって処理される。多数の装填／処理サイクルは、処理の方法が続く前に行われてもよい。少なくとも一つの装填／処理サイクル、最も典型的に、複数のサイクルに続いて、半導体処理の構成材は、処理の構成材から堆積種を除去するために、反応性ガスに暴露することによって、堆積装置内でクリーニングされる。反応性ガスは、典型的なハロゲンエッチ環境の場合における等の荷電ラジカルを含むプラズマの形であってもよい。その代わりに、反応性ガスは、下向きのプラズマによって生成された反応性ガス等の実質的に中性の種を含んでもよい。いずれにしても、プラズマまたは中性のガス形の反応性ガスのいずれの利用でも、非常に多くの場合反応性ガスは、フッ素または塩素等のハロゲン反応性種を含む。フッ素はエッチ環境の中の半導体処理中に利用され、半導体処理製造では、既に広く適格とされているため、適切な選択である。一原子のフッ素は、より優れた反応速度論を与え、２原子のフッ素は、きれいな環境すなわち、後堆積クリーニング環境中にも存在してもよい。

一つの特徴に従って、半導体ウェハーの処理は、通常少なくとも３００℃の温度等の昇温下で行われる。そのままで、堆積装置は、時々熱能力を有する釜と呼ばれる。堆積種は二酸化ケイ素、シリコン、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、およびあらゆる中間層誘電体を含む、半導体製造に利用されるいずれか一つの既知の種であってもよい。二酸化ケイ素の場合には、二酸化ケイは、素フッ素、ホウ素、またはリン、またはポリ結晶形の二酸化ケイ素でドープされたガラス形であってもよい。シリコンは、ポリシリコンまたはエピシリコン形であっても良く、窒化ケイ素は、非化学量論的形と同様に化学量論的（Ｓｉ_３Ｎ_４）であっても良い。

一つの特別な特徴に従って、半導体処理の構成材は、堆積チャンバー内で、そのままでクリーニングされるため、処理の構成材は、多くの場合、概してかなりの休止時間を与えることなくクリーニングされてもよい。そのままで、通常クリーニングされる堆積材料の厚さは、最先端のものに比べて比較的薄い。例えば、堆積種の厚さは、約２５μｍ以下または１０または５μｍ以下までも等約５０μｍ以下である。これらの比較的薄い層は、通常クリーニング前の制限された装填および処理サイクルの結果である。例えば、装填および処理サイクルは、２５以下または１０以下までも等、５０以下に限定される。

堆積装置の実際の配置は、利用される特別な道具によって広く変化する。堆積装置は、ＣＶＤ装置ＰＶＤ装置、プラズマスプレー装置またはゾルゲルコーティング装置であってもよい。しかし、通常、装置は、低圧ＣＶＤ装置またはプラズマ助長ＣＶＤ装置等のＣＶＤ装置である。

種々の実施例に従ったコーティング組成物は、イットリウムシリケート（Ｙ−Ｓｉ−Ｏ系）、ＳｉＯ_２およびＹ_２Ｏ_３ ：Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７およびＹ_２ＳｉＯ_５との間の特に２つの混合金属組成物をベースとする。２つの相は、Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７の４ｐｐｍ／ＫからＹ_２ＳｉＯ_５の７ｐｐｍ／Ｋまで広い熱膨張係数範囲をカバーする。イットリウムシリケート化合物および混合物は、アルミナ（〜８ｐｐｍ／Ｋの熱膨張係数）からＳｉＣ（熱膨張係数〜４．５ｐｐｍ／Ｋ）まで等の広い熱膨張係数範囲の材料を保護するために使用可能である。例えば、アルミナの熱膨張係数は、Ｙ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３＋Ｙ_２ＳｉＯ_５組成物でマッチ可能である一方、Ｓｉ：ＳｉＣの熱膨張係数は、図２に示されるように８０：２０Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｙ_２ＳｉＯ_５の組み合わせによってマッチ可能である。さらにＹ−Ｓｉ−Ｏ系、Ｌａ、Ｎｄ、ＧｄまたはＰｒ等の希土類金属は、それぞれの金属ハライドの相対的安定性によってＹの代わりに使用可能である。
Ｙ−Ｓｉ−Ｏ組成物のためのプラズマエッチテストは、フッ素および塩素プラズマテストの２つの異なる状況下で行われた。

図３は、３つの異なる条件下、すなわち（ｉ）３００Ｗ、ＲＦプラズマ、ＣＦ_４＋Ｏ_２１．５ｓｃｃｍ、２７０ ｍｂａｒ（チャンバー温度〜１７５℃）、（ｉｉ）３００Ｗ、ＲＦプラズマ、ＣＦ_４＋Ｏ_２３．０ｓｃｃｍ、３８０ｍｂａｒ（チャンバー温度〜１９０℃）、および（ｉｉｉ）５７５Ｗ、ＲＦプラズマ、ＣＦ_４＋Ｏ_２３．０ｓｃｃｍ、４２０ｍｂａｒ（チャンバー温度〜２３０℃）での種々の材料のエッチ速度を比較する。全ての試験は、１０．５時間の間、ゼロバイアスで行われた。エッチ速度または重量変化は、溶融石英、Ｓｉ：ＳｉＣおよびＣＶＤ−ＳｉＣのかなりのエッチングに比較して、いずれのイットリウムシリケート組成物で測定できなかった。

図４は、３００ＷＣＦ_４＋Ｏ_２で、１．５ｓｃｃｍおよび３．０ｓｃｃｍの２つの異なる流速での溶融石英および単体のＳｉＣのエッチ速度を、時間の関数として比較する。全般的に見れば、石英が３７％の重量損失、Ｓｉ：ＳｉＣが２５％の重量損失で、ＣＶＤ−ＳｉＣが１．５％の重量損失を示した一方で、イットリウムシリケート組成物は、ＣＦ_４ベースのフッ素プラズマ中３００Ｗで５０時間のエッチングの後でさえも重量変化またはかなりのエッチングを示さなかった。

さらに試験が、以下の条件で、塩素プラズマエッチ抵抗性を比較するために行われた：出力８０Ｗ（１５０ｆｗｄ、７０ｒｅｔｕｒｎ）、２５０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）圧、Ａｒ（３．４ｓｃｃｍ）、Ｃｌ_２（２４ｐｓｉｇ、１．２ｓｃｃｍ）およびＢＣｌ_３（２０Ｃ ｓｕｐｐｌｙ、１．４ｓｃｃｍ）の流速、４９０Ｖのバイアスで、７時間４６分の間。イットリウムシリケート組成物は、下の表１に示されるようにＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＣに比較してはっきりと減少したエッチ速度を有することが見出された：

別の一連の試験が低バイアスレベルでの塩素プラズマエッチ抵抗性を比較するために、以下の条件下で行われた：出力５８Ｗ（９９ ｆｗｄ、４２ ｒｅｔｕｒｎ）、２５０ミリトール圧、Ａｒ（３．４ｓｃｃｍ）、Ｃｌ_２（２４ｐｓｉｇ、１．２ｓｃｃｍ）およびＢＣｌ_３（２０Ｃ ｓｕｐｐｌｙ、１．４ｓｃｃｍ）の流速、３５０Ｖのバイアス、７時間８分間。イットリウムシリケート組成物は、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２に比較して、下の表２に示すように、はっきりと減少したエッチ速度を有することが見出された：

上に記載された態様は、希土類シリケート／ゲルマネート組成物に焦点を当てている一方で、別の面は、外側の層を形成する希土類シリケート／ゲルマネート組成物を置換する希土類酸化物組成物、（実質的にＳｉおよびＧｅがない）に関する。希土類酸化物の中では、希土類元素または酸化物形態の元素で、非希土類カチオンのないシンプルな酸化物が使用されても良い。酸化ランタン、例えば、Ｌａ _２ Ｏ_３、および酸化イットリウム、例えば、Ｙ_２Ｏ_３の特別な興味には敵対的および攻撃的な（下にさらに詳細を記載する）クリーン環境下での、所与のそれらの堅牢性および化学的安定性がある。ある態様は、酸化ランタンより酸化イットリウム優先的に利用する。

さらに、特別な基材／層組み合わせがここに記載された一方で、構成材の全ての構造は、層組成物で形成されていても良く、すなわち、モノリシックの構成材は一つの態様に従った希土類シリケート／ゲルマネートでまたは別の態様に従った希土類酸化物で、形成されていても良い。モノリシックのまたは基材／層構造のいずれかは、本明細書中で構成材の外側の表面を形成する組成物であり、該表面は上に記載したように堆積およびクリーニング操作に暴露される。

上に開示した主題は、実例として解説されており、制限されず、および請求項は本発明の範囲内にあるすべてのそうした改変、増強、および他の態様を網羅することを意図されていない。この様に法によって許容される最大程度まで、本発明の範囲は、請求項および均等物の許されるもっとも広い解釈によって決定され、上記の詳細な説明によって制限または限られるべきではない。

付属の図を参照することによって当業者に明らかになる本発明の開示、その多数の特徴および長所が良く理解される。
に本発明の態様、すなわちウェハーボートまたはキャリアーを示す。 でシリコン化されたＳｉＣ（Ｓｉ−ＳｉＣ）、Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、および８０％Ｙ_２Ｓｉ _２ Ｏ_７＋２０％Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_５材料の熱膨張挙動を比較する。 で溶融した石英、単体のＳｉＣ、Ｓｉ：ＳｉＣ、ＹＡＧおよびフッ素プラズマ中のイットリウムシリケートのエッチ速度を比較する。 で溶融した石英、単体、ＳｉＣ３００ＷＣｆ _４ ＋Ｏ_２で、２つの異なる流速：１．５ｓｃｃｍおよび３．０ｓｃｃｍでのエッチ速度を比較する。

異なる図における同一の参照シンボルの使用は類似または同一項目を示す。

図３は、３つの異なる条件下、すなわち（ｉ）３００Ｗ、ＲＦプラズマ、ＣＦ_４＋Ｏ_２１．５ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）、２７０ ｍｂａｒ（チャンバー温度〜１７５℃）、（ｉｉ）３００Ｗ、ＲＦプラズマ、ＣＦ_４＋Ｏ_２３．０ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）、３８０ｍｂａｒ（チャンバー温度〜１９０℃）、および（ｉｉｉ）５７５Ｗ、ＲＦプラズマ、ＣＦ_４＋Ｏ_２３．０ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）、４２０ｍｂａｒ（チャンバー温度〜２３０℃）での種々の材料のエッチ速度を比較する。全ての試験は、１０．５時間の間、ゼロバイアスで行われた。エッチ速度または重量変化は、溶融石英、Ｓｉ：ＳｉＣおよびＣＶＤ−ＳｉＣのかなりのエッチングに比較して、いずれのイットリウムシリケート組成物で測定できなかった。

図４は、３００ＷＣＦ_４＋Ｏ_２で、１．５ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）および３．０ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）の２つの異なる流速での溶融石英および単体のＳｉＣのエッチ速度を、時間の関数として比較する。全般的に見れば、石英が３７％の重量損失、Ｓｉ：ＳｉＣが２５％の重量損失で、ＣＶＤ−ＳｉＣが１．５％の重量損失を示した一方で、イットリウムシリケート組成物は、ＣＦ_４ベースのフッ素プラズマ中３００Ｗで５０時間のエッチングの後でさえも重量変化またはかなりのエッチングを示さなかった。

さらに試験が、以下の条件で、塩素プラズマエッチ抵抗性を比較するために行われた：出力８０Ｗ（１５０ｆｗｄ、７０ｒｅｔｕｒｎ）、３．３３×１０ ^１ Ｐａ（２５０ミリトール（ｍＴｏｒｒ））圧、Ａｒ（３．４ｍＬ／分（ｓｃｃｍ））、Ｃｌ_２（ゲージ圧１６５．４８ｋＰａ（２４ｐｓｉｇ）、１．２ｍＬ／分（ｓｃｃｍ））およびＢＣｌ_３（２０℃（Ｃ） ｓｕｐｐｌｙ、１．４ｍＬ／分（ｓｃｃｍ））の流速、４９０Ｖのバイアスで、７時間４６分の間。イットリウムシリケート組成物は、下の表１に示されるようにＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＣに比較してはっきりと減少したエッチ速度を有することが見出された：

別の一連の試験が低バイアスレベルでの塩素プラズマエッチ抵抗性を比較するために、以下の条件下で行われた：出力５８Ｗ（９９ ｆｗｄ、４２ ｒｅｔｕｒｎ）、３．３３×１０ ^１ Ｐａ（２５０ミリトール）圧、Ａｒ（３．４ｍＬ／分（ｓｃｃｍ））、Ｃｌ_２（ゲージ圧１６５．４８ｋＰａ（２４ｐｓｉｇ）、１．２ｍＬ／分（ｓｃｃｍ））およびＢＣｌ_３（２０℃（Ｃ） ｓｕｐｐｌｙ、１．４ｍＬ／分（ｓｃｃｍ））の流速、３５０Ｖのバイアス、７時間８分間。イットリウムシリケート組成物は、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２に比較して、下の表２に示すように、はっきりと減少したエッチ速度を有することが見出された：

付属の図を参照することによって当業者に明らかになる本発明の開示、その多数の特徴および長所が良く理解される。
に本発明の態様、すなわちウェハーボートまたはキャリアーを示す。 でシリコン化されたＳｉＣ（Ｓｉ−ＳｉＣ）、Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、および８０％Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７＋２０％Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_５材料の熱膨張挙動を比較する。 で溶融した石英、単体のＳｉＣ、Ｓｉ：ＳｉＣ、ＹＡＧおよびフッ素プラズマ中のイットリウムシリケートのエッチ速度を比較する。 で溶融した石英、単体、ＳｉＣ３００ＷＣｆ_４＋Ｏ_２で、２つの異なる流速：１．５ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）および３．０ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）でのエッチ速度を比較する。

Claims (54)

1. 以下を含む半導体処理の構成材：
   基材；および、
   基材の上にある層、組成物ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}を含む層、ここで、ＲｅはＹ、Ｌａ、ランタノイド族元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_１−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦ｌである。
2. ｙが１未満である請求項１の半導体処理の構成材。
3. ｙが約０．５超である請求項２の半導体処理の構成材。
4. ｙが約０．７５超である請求項３の半導体処理の構成材。
5. ｙが約０．９８５未満である請求項２の半導体処理の構成材。
6. ｙが約０．９７５未満である請求項５の半導体処理の構成材。
7. 当該基材がＳｉ、ＣおよびＡｌの内少なくとも一つを含む組成物で形成されている請求項１の半導体処理の構成材。
8. 当該組成物がＳｉＯ_２を含む請求項７の半導体処理の構成材。
9. 該ＳｉＯ_２が石英形である請求項８の半導体処理の構成材。
10. 当該基材が、Ｒｅ、Ａ、およびＯを含むＡリッチ領域、Ａリッチ領域の上にある層を含む請求項９の半導体処理の構成材。
11. 当該基材をＲｅ含有種と反応させることによって、Ａリッチ領域が反応生成される請求項１０の半導体処理の構成材。
12. 当該基材がＳｉＣを含む請求項７の半導体処理の構成材。
13. 当該基材がＳｉ−ＳｉＣ体を含み、シリコンがＳｉＣ中に含侵されている請求項１２の半導体処理の構成材。
14. 当該基材がさらにＳｉ−ＳｉＣ体の上にあるＳｉＣ ＣＶＤ層を含む請求項１３の半導体処理の構成材。
15. 前記基材が、主にグラファイト形のＣを含む請求項７の半導体処理の構成材。
16. 前記基材が酸化アルミニウムを含む請求項７の半導体処理の構成材。
17. 前記基材が陽極酸化したＡｌ合金、またはアルミナセラミック体を含む請求項１６の半導体処理の構成材。
18. 前記、ＲｅがＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｐｒ、またはそれらの組み合わせである請求項１の半導体処理の構成材。
19. ＲｅがＹである請求項１８の半導体処理の構成材。
20. ａ＝０である請求項１の半導体処理の構成材。
21. ａ＝０、ＲｅがＹであり、組成物が主にＹＳｉＯ_３．５を含む請求項１の半導体処理の構成材。
22. 組成物がさらにＹＳｉ_０．５０_２．５を含む請求項２１の半導体処理の構成材。
23. 該層が、室温で基材と３０％以下の熱膨張係数の相違がある請求項１の半導体処理の構成材。
24. 当該相違が２０％以下である請求項２３の半導体処理の構成材。
25. 当該相違が１０％以下である請求項２４の半導体処理の構成材。
26. 前記処理の構成材がバッチ処理の構成材であって、複数の半導体ウェハーを同時に処理するための処理のツールにおいて利用される請求項１の半導体処理の構成材。
27. バッチ処理の構成材が以下からなる群から選択される請求項２６の半導体処理の構成材：ウェハー保持具、垂直ラック、釜のライナー、プロセスチューブ、プロセスチャンバー、台座、注射器、バッフル、ダミーウェハー、シールド、ピン、ウェハーパドル、カンチレバー棒。
28. 前記処理の構成材が単一のウェハー処理の構成材であって、同時に単一の半導体ウェハーを処理するために処理ツールで利用される請求項１の半導体処理の構成材。
29. 単一のウェハー処理の構成材が以下からなる群から選択される請求項２８の半導体処理の構成材：ウェハー保持具、フォーカスリング、懸架リング、サセプター、注射器、ガス分配器、シャワーヘッド、チャンバーライナー。
30. 以下を含む少なくとも一つの半導体ウェハーの処理方法：堆積装置への少なくとも一つの半導体ウェハーの装填、半導体処理の構成材を含む堆積装置、（ｉ）希土類酸化物、および（ｉｉ）ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}からなる群からの組成物を含む外側表面を有する半導体処理の構成材、ここでＲｅはＹ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａが（Ｓｉ_１−３Ｇｅ_ａ）、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦１．０であり；材料をウェハー上に定着することによって半導体ウェハーを処理すること；および処理の構成材から堆積種を除去するために、反応性ガスへの暴露によって、堆積装置内の半導体処理の構成材をクリーニングすること。
31. 該反応性ガスがプラズマである請求項３０の方法。
32. 該反応性ガスが下向きのプラズマから製造された実質的に中性のガスである請求項３０の方法。
33. 該反応性ガスがハロゲンを含む請求項３０の方法。
34. 該ハロゲンがＦである請求項３３の方法。
35. 処理が少なくとも３００℃の温度で行われる請求項３０の方法。
36. 当該堆積種がＳｉＯ_２、Ｓｉ、およびＳｉＮｘからなる群から選択される請求項３０の方法。
37. 当該堆積種が５０μｍ以下の厚さを有する請求項３０の方法。
38. 当該堆積種が２５μｍ以下の厚さを有する請求項３７の方法。
39. クリーニングが、複数の装填および処理サイクルの後で行われる請求項３０の方法。
40. クリーニングが５０以下の装填および処理サイクルの後で行われる請求項３９の方法。
41. クリーニングが、２５以下の装填および処理サイクルの後で行われる請求項４０の方法。
42. クリーニングが１０以下の装填および処理サイクルの後で行われる請求項４１の方法。
43. 堆積装置がＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、プラズマスプレー装置、またはゾルゲルコーティング装置からなる群から選択された装置である請求項３０の方法。
44. 該堆積装置がＣＶＤ装置である請求項４３の方法。
45. 当該方法は、複数のウェハーが伴に堆積装置にロードされ処理されるバッチプロセスである請求項３０の方法。
46. 前記組成物が希土類酸化物を含む請求項３０の方法。
47. 前記希土類酸化物が酸化イットリウムまたは酸化ランタンを含む請求項３０の方法。
48. 前記希土類酸化物が酸化イットリウムを含む請求項４７の方法。
49. 前記半導体処理の構成材が基材および基材の上にある層、前記組成物で形成されている層を含む請求項３０の方法。
50. 以下を含む複数の半導体ウェハーを支えるウェハーボート：
    基材；および、
    基材の上にある層、（ｉ）希土類酸化物および（ｉｉ）ＲｅＡ_ｙＯ_{１．５＋２ｙ}からなる群からの組成物を含む層、ここでＲｅがＹ、Ｌａ、ランタノイド系元素、またはそれらの組み合わせであり、Ａは（Ｓｉ_ｉ−ａＧｅ_ａ）であり、０．２５≦ｙ≦１．２且つ０≦ａ≦１であり、ここでウェハーボートは、複数の半導体ウェハーを保持するために、複数のスロットを有する。
51. 前記組成物が希土類酸化物を含む請求項５０のウェハーボート。
52. 該希土類酸化物が酸化イットリウムまたは酸化ランタンを含む請求項５１のウェハーボート。
53. 該希土類酸化物が酸化イットリウムを含む請求項５２のウェハーボート。
54. 前記基材が酸化ケイ素およびシリコンカーバイドからなる群から選択された組成物を含む請求項５０のウェハーボート。

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