JP2016526786A - 複数の構造体を製造するための方法 - Google Patents

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Abstract

この方法は、a)複数の構造体(S)を受容するために適したチャンバー(10)の用意、b)チャンバー(10)が非酸化性雰囲気を有するように、チャンバー(10)内でのガス流れ(F)の循環、c)絶縁体の酸化物中に存在する酸素が活性層を通して拡散し、活性層の半導体材料と反応し、揮発性物質を生成する、しきい値以上の温度での、複数の構造体(S)の熱処理の工程を含み、方法は、ガス流れ(F)が、ガス流れへの揮発性物質の拡散速度より大きい、複数の構造体間の循環速度を有するように、工程b)が実行されることにおいて注目されるべきである。

Description

本発明は、各々が、基板、酸化物を含む絶縁体、および、半導体材料を含む活性層を、連続的に含む、複数の構造体を製造するための方法に関する。
「活性層」なる表現は、特に、マイクロエレクトロニクス、光学、および、光電子工学の分野における適用のために意図される成分が、その上に、又は、その中に製造されるであろう、層(または、複数の副層)を意味する。
図1Aに示された、従来技術から公知の製造方法は、
a)複数の構造体Sを受容するのに適したチャンバー10の用意、
b)チャンバー10が非酸化性雰囲気を有するように、チャンバー10内へのガス流れF(矢印で示される)の循環、
c)絶縁体の酸化物中に存在する酸素が活性層を通して拡散し、活性層の半導体材料と反応し、揮発性物質を生成する、しきい値以上の温度での、複数の構造体Sの熱処理の工程を含む。
工程a)の間に用意されるチャンバーは、装置1の一部であり、構造体Sを支持するために適した支持システム4を装備する。
非酸化性雰囲気は、不活性ガス(例えばアルゴン)または還元ガスの連続的なガス流れFによって、工程b)中に得られ得る。用語「非酸化性」は、10ppm以下の酸素含有量を有する雰囲気を意味するように解釈される。ガス流れFは、入口2を通してチャンバー10に注入され、出口3を通してチャンバー10から排出される。
熱処理は、通常は、約1200℃の高温で、工程c)中に実行される。
工程b)および工程c)は、好ましくは、同時に行われることが、留意されるべきである。
そのような従来方法は、特に、絶縁体が二酸化ケイ素を含み、活性層の半導体材料がケイ素を含むときに用いられる。その際生成される揮発性物質は、一酸化ケイ素を含む。したがって、工程c)は、特に、絶縁体を部分的に分解することを可能にする。そのような先行方法は、特に、200nm以下の絶縁体厚みを要求する構造体の製造に有利である。
当業者は、コノンチュク(Kononchuk)による論文(非特許文献1、また、非特許文献2)に、そのような方法の専門的説明を見出すであろう。
コノンチュク等、「CMOS用途のためのSOI技術における新たな動向」、ソリッドステートフェノミナ(Solid State Phenomena)、156〜158巻(2010年)、69〜76頁 コノンチュク等、「SOIウェーハーにおける埋め込み酸化物の内部分解」、ソリッドステートフェノミナ、131〜133巻(2008年)、113〜118頁
しかしながら、そのような先行技術の方法は、出願人が、工程c)の間における、絶縁体の分解が均一でなく、製造された構造体における絶縁体の厚みが不均一となることを観察した限りにおいて、完全に満足のいくものではない。この不均一は、絶縁体の所望の厚みが小さく(例えば、20nmまたは10nm以下)、構造体の直径が大きい(300mm、450mm)とき、さらに有害である。
本発明は、上述の欠点を解消することを目的とし、各々が、基板、酸化物を含む絶縁体、および、半導体材料を含む活性層を、連続的に含む、複数の構造体を製造するための方法に関し、方法は、
a)複数の構造体を受容するのに適したチャンバーの用意、
b)チャンバーが非酸化性雰囲気を有するように、チャンバー内でのガス流れの循環、
c)絶縁体の酸化物中に存在する酸素が活性層を通して拡散し、活性層の半導体材料と反応し、揮発性物質を生成する、しきい値以上の温度での、複数の構造体の熱処理の工程を含み、方法は、ガス流れが、Vdで示される、ガス流れへの揮発性物質の拡散速度より大きい、Vfで示される、複数の構造体間での循環速度を有するように、前記工程b)およびc)が実行されることにおいて注目すべきである。
出願人は、工程c)の間の絶縁体の分解の不均一が、構造体の端部より構造体の中心でより大きい、活性層の近傍での揮発性物質の蓄積に本質的に依存することを観察した。揮発性物質のこの濃度勾配は、構造体の中心で絶縁体の過剰厚みをもたらす。具体的には、複数の構造体間のガス流れの循環速度は、ガス流れへの揮発性物質の拡散速度に対して非常に遅く、典型的には、Vf/Vd<10である。揮発性物質の排出は、したがって、構造体の端部に向いた拡散(mm/sのオーダーの速度)によって、主として行われる。活性層の近傍における揮発性物質の濃度勾配は、したがって、構造体の端部に対する構造体の中心での絶縁体の分解の減速をもたらす。
本発明は、ガス流れが、Vdで示される、ガス流れへの揮発性物質の拡散速度より大きい、Vfで示される、複数の構造体間での循環速度を有することで、この問題を解決する。したがって、構造体間の揮発性物質の濃度勾配は、揮発性物質の強制循環を生成することによって防止され、工程c)の間の絶縁体の分解は、均一に行われ、製造された構造体における絶縁体の均一な厚みをもたらす。
工程b)およびc)は、好ましくは同時に実行されることが、留意されるべきである。
有利には、工程b)およびc)は、Vf/Vd≧100、好ましくは、Vf/Vd≧1000であるように実行される。
したがって、チャンバー内のガス流れの循環速度とガス流れへの揮発性物質の拡散速度の間のそのような比率は、各構造体間の有用な層の近傍における揮発性物質の濃度勾配が、大幅に減少させられることをもたらす。
一具体例によれば、工程b)は、ガス流れが、各構造体の活性層の近傍に循環するように実行される。
したがって、揮発性物質の強制循環は、複数の構造体間に生成される。
一具体例によれば、工程a)中に用意されるチャンバーは、長手方向軸に沿って延び、工程b)は、その注入が長手方向軸に平行に向けられた、チャンバーへのガス流れの注入を含み、そして、工程a)は、各構造体の活性層の近傍に注入されるガス流れを案内するために配置された案内手段を備えるチャンバーを用意することからなる工程を含み、案内手段は、好ましくは、チャンバーの周囲に配置されたフィンを含む。
一変形具体例によれば、工程a)中に用意されるチャンバーは、長手方向軸に沿って延び、工程b)は、その注入が長手方向軸に平行に向けられた、チャンバーへのガス流れの注入を含み、工程a)は、複数の構造体を支持するために配置された支持部材を備えたチャンバーを用意することからなる工程を含み、そして、支持部材は、ガス流れが、各構造体の活性層の近傍に循環するように、長手方向軸の周りでチャンバーに対して回転移動可能である。
一態様によれば、構造体の支持部材は、長手方向軸の周りを部分的に曲がる螺旋を形成し、各構造体の支持部材は、螺旋のブレードを形成する。
したがって、そのような支持部材は、ガス流れを撹拌することによって、各構造体間の有用な層の近傍における揮発性物質の濃度勾配を大幅に減少させる。
一変形具体例によれば、工程a)の間に用意されるチャンバーは、長手方向軸に沿って延び、そして、工程b)は、その注入が、長手方向軸に垂直に向けられ、ガス流れが、各構造体の活性層の近傍において循環するように、各構造体に向けて方向づけられた、チャンバーへのガス流れの注入を含む。
有利には、方法は、各構造体の活性層の近傍に循環するガス流れを排出する工程を含み、チャンバーからガス流れの排出は、チャンバーの長手方向軸に直角に向けられる。
したがって、そのような各構造体に専用とされた排出は、長手方向軸に沿った揮発性物質の濃度勾配を防止することを可能にする。
他の変形具体例によれば、工程b)は、その注入が各構造体の中心に向けられた、チャンバーへのガス流れの注入の工程を含む。
したがって、揮発性物質の強制循環は、構造体の中心から構造体の端部に向けて生成され、これは、各構造体間の有用な層の近傍における揮発性物質の濃度勾配を防止するためである。
有利には、工程a)は、複数の構造体を支持するために配置された支持部材を備えるチャンバーを用意することからなる工程を含み、支持部材は、構造体の中心に注入されたガス流れを案内するために配置されたダクトを形成する。
したがって、そのような支持部材は、二つの役割、構造体の支持とガス流れの注入、を実行する。
一具体例によれば、方法は、チャンバーからガス流れを排出する工程を含み、排出されたガス流れの一部は、チャンバーに再注入される。
したがって、揮発性物質の濃度は、構造体の中心および端部間の濃度の均一性に加えて、チャンバーに沿って均一化される。
有利には、各構造体の活性層は、自由表面を有し、工程a)は、複数の構造体を支持するために配置された支持手段を備えたチャンバーを用意することからなる工程を含み、方法は、各構造体の活性層の自由表面に垂直な軸の周りを回転運動する支持手段を位置づける工程を含む。
したがって、そのような運動での位置づけは、各構造体の活性層の近傍に循環するガス流れの不均整を防止することを可能にする。
一具体例によれば、絶縁体は二酸化ケイ素を含み、活性層の半導体材料は、ケイ素を含み、生成された揮発性物質は、一酸化ケイ素を含む。
他の態様および利点は、添付図面を参照した、非限定的な例による、本発明による製造方法の具体例に従う説明において明らかになるであろう。
(すでに述べた)従来技術による一具体例を実施するための装置の長手方向断面図である。 本発明の第一具体例を実施するための装置の縦方向断面図である。 本発明の第二具体例を実施するための装置の横方向断面図である。 本発明の第二具体例を実施するための装置の縦方向断面図である。 本発明の第三具体例を実施するための装置の横方向断面図である。 本発明の第四具体例を実施するための装置の横方向断面図である。 本発明の別の具体例を実施するための装置の横方向断面図である。
種々の具体例に対して、記述の簡素化の目的で、同一の参照は、同一の構成要素または同一の役割を実行する構成要素に対して用いられるであろう。
図1Bに示された装置1は、各々が、基板、酸化物を含む絶縁体、および、半導体材料を含む活性層を連続的に含む、複数の構造体Sを製造するための装置である。
装置1は、
複数の構造体Sを受容するのに適したチャンバー10、
チャンバー10が非酸化性雰囲気を有し得るように、チャンバー10内にガス流れFを循環させるための手段、
絶縁体の酸化物中に存在する酸素が活性層を通して拡散し、活性層の半導体材料と反応し、揮発性物質を生成する、しきい値以上の温度での複数の構造体Sの熱処理を生じさせ得る加熱手段を含む。
用語「非酸化性」は、10ppm以下の酸素含有量を有する雰囲気を意味するように解釈される。
チャンバー10は、構造体Sを支持するために適した支持システム4を備える。チャンバー10は、垂直な長手方向軸Z’−Z軸に沿って延びる。
循環手段は、チャンバー10にガス流れを注入する注入ダクト20を含む。注入ダクト20は、ガス流れFの入口2によって互いに接続される。各注入ダクト20は、1つの構造体Sに専用とされる。注入ダクト20は、ガス流れFが、Vdで表されるガス流れF中への揮発性物質の拡散速度より大きい、Vfで表される構造体S間の循環速度を有する。より具体的には、各注入ダクト20は、その値未満において、Vf/Vd≧100、好ましくは、Vf/Vd≧1000となる、所定値より小さい直径を有し得る。各注入ダクト20の直径は、一定であり得、好ましくは、0.5mmと1.5mmの間、より好ましくは、実質的に1mmに等しい。チャンバー10内へのガス流れFの注入は、長手方向軸Z’−Zに垂直に向けられ、ガス流れFが、各構造体Sの活性層の近傍に循環するように、各構造体Sに向けて方向づけられる。
循環手段は、チャンバー10からガス流れFを排出するための、複数の排出ダクト30を含む。複数の排出ダクト30は、複数の注入ダクト20に対向して配置される。排出ダクト30は、ガス流れFの出口3によって互いに接続される。
図2および3に示された具体例において、装置1は、図1Bに示された装置とは異なっており、
チャンバー10へのガス流れFの注入は、長手方向軸Z’−Zに平行に向けられ、
チャンバー10は、各構造体Sの活性層の近傍に注入されるガス流れFを案内するために配置された案内手段を備える。
案内手段は、チャンバー10の周囲に位置づけられたフィン50を含む。フィン50は、長手方向軸Z’−Zに垂直で、構造体Sに平行に延びる。フィン50は、各フィンが、構造体Sと同一平面にあるように、長手方向軸Z’−Zに沿って分布させられる。構造体S(図2の点線)が、支持システム4に属する支持部材40によって支持され場合、対応するフィン50は、構造体Sの周囲の第一部分70に追従する。対応するフィン50は、構造体Sの周囲の第二部分71と装置1のハウジング11と共に、開口6を定める。ガス流れFの循環は、したがって、開口6を通して強制される。フィン50は、ガス流れFが、各構造体Sの活性層の近傍を循環するように、構造体Sに対し、長手方向軸Z’−Zに沿って配置される。
図4に示された具体例において、装置1は、循環手段が、構造体Sの中心に向けられた、チャンバー10にガス流れFを注入するための複数の注入ダクト20を含む点で、図1Bに示された装置、および、図2および3に示された装置とは異なる。各注入ダクト20は、構造体S上に配置される、構造体Sを支持するための支持手段を形成し、対応する注入ダクト20が、構造体Sの中心に向けられる。図4の点線は、ガス流れFの注入を示す。
図5に示された具体例において、装置1は、チャンバー10からガス流れFを排出するための排出ダクト30を含む。装置1は、注入ダクト20を排出ダクト30に接続するために配置された接続チャネル8を含む。接続チャネル8は、ベンチュリ効果を可能にするために、注入ダクト20および排出ダクト30の直径に対して十分に小さい直径を有する。
図6に示された具体例において、装置1は、支持部材40が、長手方向軸Z’−Zの周りをチャンバー10に対して(図6に示された回転方向Ωで)回転移動可能である点で、図2および図3に示された装置1とは異なり、ガス流れFは、各構造体Sの活性層の近傍に循環する。構造体Sの支持部材40は、長手方向軸Z’−Zの周りを部分的に巻きつく螺旋を形成する。対応する構造体Sの各々の支持部材40は、螺旋の羽根板を形成する。
一具体例によれば、本発明の方法は、各々が、基板、酸化物を含む絶縁体、半導体材料を含む活性層を連続的に含む、複数の構造体Sを製造するための方法であって、方法は、
a)複数の構造体Sを受容するために適したチャンバー10の用意、
b)チャンバー10が非酸化性雰囲気を有するよう、チャンバー10内でのガス流れFの循環、
c)絶縁体の酸化物中に存在する酸素が活性層を通して拡散し、活性層の半導体材料と反応し、揮発性物質を生成する、しきい値以上の温度での、複数の構造体Sの熱処理を含む。
工程b)および工程c)は、ガス流れFが、Vdで表されるガス流れF中への揮発性物質の拡散速度より大きい、Vfで表される構造体S間の循環速度を有するように実行される。工程b)および工程c)は、Vf/Vd≧100、好ましくは、Vf/Vd≧1000であるように実行され得る。工程b)は、ガス流れFが、各構造体Sの活性層の近傍に循環するように実行される。熱処理は、通常は、約1200℃の高温で、工程c)中に実行される。有利には、熱処理は、1150℃を超える温度で、4時間以下の期間、実行される。例えば、熱処理は、1200℃で1時間以下で、または、30分以下でも実行され、さもなければ、熱処理は、1175℃で3時間以下で実行され得る。
一具体例によれば、工程a)中に用意されるチャンバー10は、長手方向軸Z’−Zに沿って延びる。工程b)は、チャンバー10内へのガス流れFの注入を含み、注入は、長手方向軸に平行に向けられる(図3参照)。工程a)は、各構造体Sの活性層の近傍に注入されるガス流れFを案内するために配置された案内手段を備えるチャンバー10を用意することにある工程を含む。案内手段は、好ましくは、チャンバー10の周囲の周りに配置されたフィン50を含む。図2および図3に示されるように、フィン50は、長手方向軸Z’−Zに垂直に、構造体Sに平行に延びる。フィン50は、各フィン50が、構造体Sと同一平面にあるように、長手方向軸Z’−Zに沿って分配される。構造体S(図2の点線)が支持システム4に属する支持部材40によって支持されるとき、対応するフィン50は、構造体Sの周囲の第一部分70に付き従う。対応するフィン50は、構造体Sの周囲の第二部分71と装置1のハウジング11と共に、開口6を定める。ガス流れFの循環は、したがって、開口6を通って強制される。フィン50は、ガス流れFが、各構造体Sの活性層の近傍に循環するように、構造体Sに対し長手方向軸Z’−Zに沿って配置される。
図1Bに示された一変形具体例によれば、工程a)中に用意されるチャンバー10は、長手方向軸Z’−Zに沿って延び、そして、工程b)は、注入ダクト20を通したチャンバー10内へのガス流れFの注入を含む。注入ダクト20は、ガス流れFの入口2によって、互いに接続される。注入は、ガス流れFが、各構造体Sの活性層の近傍に循環するように、長手方向軸Z’−Zに垂直に向けられ、および、各構造体に向けて方向づけられる。
図1Bに示されるように、方法は、各構造体Sの活性層の近傍に循環するガス流れFを、排出ダクト30を通して排出する工程を含む。チャンバー10からのガス流れFの排出は、長手方向軸Z’−Zに垂直に向けられる。複数の排出ダクト30が、複数の注入ダクト20に対向して配置される。排出ダクト30は、ガス流れFの出口3によって、互いに接続される。
図4に示された一具体例によれば、工程b)は、チャンバー10へのガス流れFの注入工程を含み、注入は、各構造体Sの中心に向けられる。工程a)は、複数の構造体Sを支持するために配置された支持部材40を備えるチャンバーを用意してなる工程を含む。少なくとも1つの支持部材40は、構造体Sの中心に注入されたガス流れFを案内するために配置された注入ダクト20を形成する。
図5に示された一具体例によれば、方法は、チャンバー10から、排出ダクト30を通して、ガス流れFを排出する工程を含む。排出されたガス流れFの一部は、注入ダクト20を介してチャンバー10へ再注入される。接続チャネル8が、注入ダクト20を排出ダクト30に接続するために配置される。接続チャネル8は、ベンチュリ効果を可能にするために、注入ダクト20および排出ダクト30の直径に対して十分に小さい直径を有する。
表されない一具体例によれば、各構造体Sの活性層は、自由表面を有し、方法は、各構造体Sの活性層の自由表面に垂直な軸の回りの回転運動に、複数の構造体Sの支持システム4を位置づける工程を含む。この具体例は、特に、図1B、図2、図3および図6に示された具体例との組み合わせにおいて有利である。
一具体例において、絶縁体は、二酸化ケイ素を含み、活性層の半導体材料は、ケイ素を含み、そして、生成される揮発性材料は、一酸化ケイ素を含む。
もちろん、上述した本発明の具体例は、何の制限的性質も有しない。詳細化および改良が、本発明の範囲から実際に逸脱することなく、他の変形例において、それになされ得る。
特に、長手方向軸Z’−Zが、水平であり得ることは、このような方法である。

Claims (14)

  1. 各々が、基板、酸化物を含む絶縁体、半導体材料を含む活性層を連続的に含む、複数の構造体(S)を製造するための方法であって、該方法は、
    a)前記複数の構造体(S)を受容するために適したチャンバー(10)の用意、
    b)前記チャンバー(10)が非酸化性雰囲気を有するように、前記チャンバー(10)内でのガス流れ(F)の循環、
    c)前記絶縁体の前記酸化物中に存在する酸素が前記活性層を通して拡散し、前記活性層の前記半導体材料と反応し、揮発性物質を生成する、しきい値以上の温度での、前記複数の構造体(S)の熱処理の工程を含み、前記方法は、工程b)および工程c)が、ガス流れFが、Vdで表されるガス流れF中への前記揮発性物質の拡散速度より大きい、Vfで表される前記複数の構造体(S)間の循環速度を有するように実行されることを特徴とする方法。
  2. 請求項1の方法であって、前記工程b)および工程c)は、Vf/Vd≧100、好ましくは、Vf/Vd≧1000であるように実行されることを特徴とする方法。
  3. 請求項1または2の方法であって、前記工程b)は、前記ガス流れ(F)が、前記各構造体(S)の前記活性層の近傍に循環するように実行されることを特徴とする方法。
  4. 請求項3の方法であって、前記工程a)中に用意される前記チャンバー(10)は、長手方向軸(Z’−Z)に沿って延び、前記工程b)は、前記チャンバー10内への前記ガス流れ(F)の注入を含み、注入は、前記長手方向軸(Z’−Z)に平行に向けられ、前記工程a)は、前記各構造体(S)の活性層の近傍に注入される前記ガス流れ(F)を案内するために配置される案内手段を備える前記チャンバー(10)を用意することにある工程を含み、前記案内手段は、好ましくは、前記チャンバー(10)の周囲の周りに配置されたフィン(50)を含むことを特徴とする方法。
  5. 請求項3の方法であって、前記工程a)中に用意される前記チャンバー(10)は、前記長手方向軸(Z’−Z)に沿って延び、前記工程b)は、前記チャンバー(10)内への前記ガス流れ(F)の注入を含み、注入は、前記長手方向軸(Z’−Z)に平行に向けられ、前記工程a)は、前記複数の構造体(S)を支持するために配置される支持部材(40)を備える前記チャンバー(10)を用意することにある工程を含み、そして、前記支持部材(40)は、前記ガス流れ(F)が、前記各構造体(S)の前記活性層の近傍に循環するように前記長手方向軸(Z’−Z)の周りで前記チャンバー(10)に対して回転移動可能であることを特徴とする方法。
  6. 請求項5の方法であって、前記構造体(S)の前記支持部材(40)は、前記長手方向軸(Z’−Z)の周りを部分的に曲がる螺旋を形成し、前記構造体(S)の前記支持部材(40)の各々は、螺旋のブレードを形成することを特徴とする方法。
  7. 請求項3の方法であって、前記工程a)の間に用意される前記チャンバー(10)は、前記長手方向軸(Z’−Z)に沿って延び、そして、前記工程b)は、その注入が、前記長手方向軸(Z’−Z)に垂直に向けられ、前記ガス流れ(F)が前記各構造体(S)の前記活性層の近傍において循環するように、前記各構造体(S)に向けて方向づけられた、前記チャンバーへの前記ガス流れ(F)の注入を含むことを特徴とする方法。
  8. 請求項7の方法であって、該方法は、前記各構造体(S)の前記活性層の近傍に循環する前記ガス流れ(F)を排出する工程を含み、前記チャンバー(10)からの前記ガス流れ(F)の排出は、前記長手方向軸(Z’−Z)に直角に向けられることを特徴とする方法。
  9. 請求項3の方法であって、前記工程b)は、前記チャンバー(10)への前記ガス流れ(F)の注入の工程を含み、注入は、前記各構造体(S)の中心に向けられることを特徴とする方法。
  10. 請求項9の方法であって、前記工程a)は、前記複数の構造体(S)を支持するために配置された支持部材(40)を備えた前記チャンバー(10)を用意することからなる工程を含み、前記支持部材(40)は、前記構造体(S)の中心に注入される前記ガス流れ(F)を案内するために配置されたダクト(20)を形成することを特徴とする方法。
  11. 請求項1〜10のいずれか1つの方法であって、方法は、前記チャンバー(10)から前記ガス流れ(F)を排出する工程を含み、排出された前記ガス流れ(F)の一部は、前記チャンバー(10)に再注入されることを特徴とする方法。
  12. 請求項1〜11のいずれか1つの方法であって、前記各構造体(S)の前記活性層は、自由表面を有し、前記工程a)は、前記複数の構造体(S)を支持するために配置された支持手段を備えた前記チャンバー(10)を用意する工程を含み、前記方法は、前記各構造体(S)の活性層の自由表面に垂直な軸の周りを回転運動する前記支持手段を位置づけることを含むことを特徴とする方法。
  13. 請求項1〜12のいずれか1つの方法であって、前記絶縁体は二酸化ケイ素を含み、前記活性層の前記半導体材料は、ケイ素を含み、生成された前記揮発性物質は、一酸化ケイ素を含むことを含むことを特徴とする方法。
  14. 請求項1〜13のいずれか1つの方法であって、前記複数の構造体の熱処理は、1150℃を超える温度で、4時間以下の期間、実行されることを特徴とする方法。
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