JP2022099398A

JP2022099398A - 縦型ウェーハボート

Info

Publication number: JP2022099398A
Application number: JP2020213137A
Authority: JP
Inventors: 敦史能勢; Atsushi Nose
Original assignee: Coorstek KK
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2040-12-23
Also published as: JP7431489B2

Abstract

【課題】本発明は、半導体ウェーハ支持部材のウェーハ支持面の表面粗さＲａを制御することで、ウェーハボート内壁に付着したデポ膜の剥離を抑え、また、三フッ化塩素、塩素ガスまたはフッ素ガスなどのハロゲン系ガスを使用したプラズマによるドライクリーニングに起因するウェーハボート表面の摩耗を抑えた半導体熱処理用縦型ウェーハボートを提供することを目的とする。【解決手段】半導体ウェーハ支持部材のウェーハ支持面が、ＣＶＤ-ＳｉＣ膜とイットリア質粉末層とを順に備え、さらに前記イットリア質粉末層をイットリア（Ｙ2Ｏ3）質で被覆した層を備えることを特徴とする縦型ウェーハボート。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体熱処理用ウェーハボートに関し、詳しくは、ウェーハ支持面に形成されたＣＶＤ－ＳｉＣ膜をイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）で被覆した縦型ウェーハボートに関する。

近年、半導体の微細化に伴い、半導体基板に生じる微細な結晶欠陥がその半導体基板上に形成されるトランジスタやキャパシタ等の各素子の電気特性を劣化させる原因となり、半導体デバイスの製造工程で歩留りの低下を生じさせることがある。

半導体基板表面の結晶欠陥を減少させるには、半導体基板を１０００℃以上の高温プロセスに供する必要がある。そのため、耐熱性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料をウェーハボート等の熱拡散炉内の部材として使用することで、半導体デバイスの製造工程での生産性向上を目指してきた。熱拡散炉の部材をＳｉＣ材料で形成し、水素またはアルゴン雰囲気中で高温熱処理を行えば、ウェーハ表面近傍の結晶欠陥が低減され、デバイス特性を向上させることができる。また、熱拡散炉の構成部材であるＳｉＣと、成膜過程で熱拡散炉の内壁に堆積するケイ素（Ｓｉ）や窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等の被膜（デポ膜）との熱膨張率が近いため、デポ膜剥離に起因するパーティクル数も減少させることができる。さらに、ＳｉＣ基材に、化学蒸着法（ＣＶＤ）により、純度の高いＳｉＣ物質の被膜を施すことで熱拡散炉内の部材を高純度化することができる。

特許文献１には、半導体ウェーハを搭載するための棚部が形成された複数本の支柱と、前記支柱の上下端部を固定する天板と底板とを備え、ＳｉＣ基材の表面にＳｉＣ被覆膜が形成された縦型ウェーハボートにおいて、前記棚部におけるウェーハ当接部に対して第１のＳｉＣ被膜形成後に研磨によるフラット化処理を行い、その上面に第２のＳｉＣ被膜を形成してその表面の表面粗さＲａを０．１μｍ以上０．９μｍ以下とし、前記ウェーハ当接部を除く部分に第２のＳｉＣ膜を形成して、その表面粗さＲａを１．０μｍ以上８．０μｍ以下とすることで、ウェーハへの傷やスリップの発生が抑えられ、かつ、パーティクルによる汚染も防止できることが記載されている。

特開２００８－２７７７８１号公報

しかしながら、従来のＣＶＤ－ＳｉＣ膜を有するＳｉＣ製ウェーハボートでは、ウェーハを搭載する棚部の表面粗さＲａの精密な制御が難しく、依然として、特にＳｉＣとは異種のＳｉＮ等を成膜する場合、デポ膜剥離により発生するパーティクルを大幅に低減することは難しかった。また、塩素（Ｃｌ₂）ガスやフッ素（Ｆ₂）ガスなどのハロゲン系ガスを使用したプラズマによるドライクリーニングを行うと、ウェーハボートの基材がエッチングされて、デポ膜剥離によるパーティクルが発生する。基材がエッチングされると、ウェーハボートの強度低下にも繋がる。

そこで、本発明では、半導体ウェーハ支持部材のウェーハ支持面の表面粗さＲａを制御することで、ウェーハボート内壁に付着したデポ膜の剥離を抑え、また、三フッ化塩素ガスや、塩素ガス、フッ素ガスを使用したプラズマによるドライクリーニングに起因するウェーハボート表面の摩耗を抑えることができる縦型ウェーハボートを提供することを目的とする。

本発明の縦型ウェーハボートは、半導体ウェーハ支持部材のウェーハ支持面が、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜とイットリア質粉末層とを順に備え、さらに前記イットリア質粉末層をイットリア質で被覆した層を備えることを特徴とする。

前記イットリア質粉末層の平均粒径が１～５μｍであり、前記イットリア質被覆層の厚みが１０～３０μｍであることが好ましい。

本発明によれば、半導体ウェーハ支持部材において、ウェーハ支持面に形成されたＣＶＤ－ＳｉＣ膜上に、イットリア質粉末層、さらにイットリア質で被膜することで、デポ膜に起因するパーティクル発生を抑制することができる。この理由は、イットリア質粉末層により、ウェーハ支持面が適度に粗化され、アンカー効果による接合力を発揮することによると考えられる。また、ウェーハ成膜工程後、塩素ガスプラズマやフッ素ガスプラズマを用いたドライクリーニングを行っても、耐食性に優れているためウェーハボート内壁の摩耗に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。

図１は、本発明の半導体熱処理部材の一形態である縦型ウェーハボートを表す図である。図２は、半導体ウェーハ支持部材において、ウェーハ支持面のＣＶＤ－ＳｉＣ膜の表面にイットリア質粉末層を設けて、さらにイットリア質で被膜した構成を示す図である。図３は、半導体ウェーハ支持部材のウェーハ支持面のＣＶＤ－ＳｉＣ膜にイットリア質粉末分散液を噴霧する様子を示す図である。

以下、図面も参照しながら、本発明の半導体熱処理部材について詳細に説明する。
本発明の半導体熱処理部材は、サセプタやリングなど半導体製造における熱処理部材であれば適用可能であるが、一実施形態である縦型ウェーハボートを用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の半導体熱処理部材の一実施形態である縦型ウェーハボート（以下単に「ウェーハボート」ともいう。）を表している。ウェーハボートは、ウェーハＷを装入するための支持溝１３が形成された複数本のウェーハ支持部材１１と、前記ウェーハ支持部材１１の上下端部を固定する天板と底板とを備える。ウェーハボート１を構成する各部材は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン／ＳｉＣ複合材料、または炭素材料で形成される。ウェーハ支持面１２およびこれを備える支持溝１３は、ＳｉＣまたはシリコン／ＳｉＣ複合材料で形成するのが好ましい。

支持溝１３は、ウェーハＷを載せるウェーハ支持面１２を有している。支持溝１３の大きさは、ウェーハ支持面１２の先端部から壁、すなわち、ウェーハ支持面１２の先端部からウェーハ支持部材１１までの長さは１５ｍｍ未満にするのが好ましい。先端部から壁までの長さが１５ｍｍ以上あると、化学蒸着（ＣＶＤ）によりイットリア質を成膜するとき、先端部とウェーハ支持部材１１の壁付近とで被膜量に差が生じることがある。イットリアの被膜量に差があると、ウェーハ成膜に際して内壁に堆積する被膜（デポ膜）の剥離などによるパーティクル数にばらつきが発生し、成膜したウェーハ内の欠陥分布などに影響することがある。因みに、ウェーハ支持面１２の先端部から壁までの長さが１００ｍｍあると、イットリアの膜厚の差が最大２０μｍに及ぶ。

ウェーハ支持部材１１の支持溝１３に形成されたウェーハ支持面１２は、通常の化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成されたＳｉＣ膜（以下「ＣＶＤ－ＳｉＣ膜１６」という。）を有している。本発明のウェーハボート１は、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜１６の表面に、イットリア質粉末層１４が形成され、さらに前記イットリア質粉末層１４を含むウェーハボート１の表面全体をイットリア質被覆層１５で被覆した構成を有する。

イットリア質粉末層１４は、イットリア、ＹＡＧ、フッ化イットリウム、オキシフッ化イットリウムのいずれかの粉末を用いるのが好ましい。これらの粉末を純水に分散させ、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜１６の表面にその分散液をスプレー噴霧することにより形成する。図３は、イットリア質粉末分散液１０３を噴霧器１０２に充填し、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜１６の表面に垂直にノズル１０１を向けて噴霧する様子を示している。

イットリア質粉末層１４には、平均粒子径が１～５μｍ、好ましくは平均粒子径３～５μｍのイットリア質粉末を用いる。イットリア質粉末の平均粒子径が１～５μｍであるとき、アンカー効果によりデポ膜の剥離によるパーティクルの発生を抑えることができる。平均粒子径が１μｍより小さいと、アンカー効果が得られにくく、デポ膜の剥離によるパーティクルの発生を抑えることができない。一方、平均粒子径が５μｍよりも大きいと、ウェーハ支持面１２が粗くなりすぎて、ウェーハを載せた時にその裏面を損傷し、これによりウェーハ由来のパーティクルが発生することがある。なお、イットリア質粉末層１４および後述するイットリア質被覆層１５を形成した後、ウェーハ支持面の表面は、表面粗さＲａを２～４μｍにすることが好ましい。表面粗さＲａは算術平均粗さと呼ばれる高さ方向のパラメータを指し、平均粒子径は、レーザ回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を指す。

イットリア質粉末分散液１０３の濃度は０．９５～１．９０ｇ／ｃｍ³とするのが好ましい。イットリア質粉末分散液１０３は、イットリア質粉末層の厚さが５．０～１０．０μｍとなるように、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜に対して、概ね０．０１～０．０５ｍｌ／ｍｍ²の量で噴霧する。

イットリア質粉末分散液１０３を噴霧後、水を蒸発させることで、図２に示すように、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜１６の上に凹凸構造を有するイットリア質粉末層１４が形成される。この凹凸構造がデポ膜に対するアンカー効果を発揮し、パーティクル発生を防止する役割を果たす。

イットリア質粉末層１４を形成後、イットリア質被覆層１５で被覆する。イットリア質被覆層１５を形成することで、ウェーハボート１に耐久性を付与するとともに、その表面を緻密で滑らかにすることができる。

このイットリア質被覆層１５は、イットリア質粉末層１４とは異なり、通常の化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成する。イットリア質被覆層１５は、イットリア、ＹＡＧ、フッ化イットリウム、オキシフッ化イットリウムのいずれかの材料で形成するのが好ましい。

イットリア質被覆層１５の膜厚は、１０～３０μｍである。イットリア質被覆層１５が１０μｍよりも薄い場合は、ガスクリーニングの際にウェーハ支持面１２がエッチングされるため、パーティクルが発生することがある。また３０μｍよりも厚い場合は、その内部応力によって、イットリア質被覆膜１５が剥離し、この剥離した膜によりパーティクルが発生することがある。イットリア質被覆層１５の膜厚１０～２５μｍがより好ましい。この範囲にある場合、ガスクリーニングのエッチングによるパーティクルやイットリア質被覆膜１５自体の剥離によるパーティクルが発生することがないため好ましい。

図２に示すように、本発明の半導体熱処理部材は、ウェーハ支持面１２に、ＣＶＤ-ＳｉＣ膜１６とイットリア質粉末層１４とがこの順に形成され、さらにイットリア質層で被覆された構造を有する。このような構造を有することにより、イットリア質粉末層１４により適度に粗化されたウェーハ支持面１２がアンカー効果による接合力を発揮して、デポ膜剥離によるパーティクルの発生を防止し、成膜した半導体ウェーハ内の欠陥を大幅に低減することができる。また、成膜工程後などに、塩素ガスプラズマやフッ素ガスプラズマを用いたドライクリーニングを行っても、ウェーハボート内壁の摩耗に起因するパーティクルの発生を効果的に抑制することができる。

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明は下記に示す実施例により制限されるものではない。

［実施例１～６］［比較例１～４］
ＳｉＣ基材で形成されるウェーハ支持面１２に１１００℃でＣＶＤ－ＳｉＣ膜１６を形成した。次に、粒径３μｍの粉末イットリアを純水に混合した分散液を噴射器に充填し、図３に示すように、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜の表面に垂直にノズルを向けて、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜１６の表面に噴霧して、表１に示す厚みを有するイットリア質粉末層１４を形成した。

次いで、ウェーハボートを化学蒸着装置に入れて、前記イットリア質粉末層を含むウェーハボート内壁全体にイットリア膜を表１に示す厚みになるまで堆積して、イットリア質被覆層１５を形成し、ウェーハ支持面の表面粗さＲａを２～３μｍになるように調節した。

前記ウェーハボートにウェーハを搭載してＣＶＤによりＳｉＮ膜を蒸着した。パーティクル検出器を用いてウェーハのＳｉＮ膜の表面のパーティクル数を計測したところ、ウェーハボート内壁に付着したデポ膜の剥離に起因するパーティクルは低減されていた。この理由として、イットリア質粉末層により、ウェーハ支持面が適度に粗化され、アンカー効果による接合力を発揮されたものと考えられる。

前記ウェーハボートについて、三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）ガス曝露試験を行った。ＣｌＦ₃ガスを４００℃で曝露した後、クリーニング炉内から前記ウェーハボートを取り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により表面で発生したパーティクル数を計測した。パーティクル数が５個以下は◎（優）とし、パーティクル数が５個超１０個以下は〇（良）とし、パーティクル数が１０個超は×（不良）とした。
また、ウェーハボート内壁の摩耗を目視で評価した。明確な消耗は確認されず、エッチピットも見られなかった場合は◎（優）とし、表面のわずかな消耗のみで、エッチピットが見られなかった場合を〇（良）とし、表面の顕著な消耗確認され、さらにエッチピットも見られた場合を×（不良）とした。
結果を表１に示す。
イットリア質粉末層１４を有さない比較例１と、イットリア質粉末層１４に比べて厚いイットリア質被覆層１５が形成された比較例４では、イットリア質粉末層１４によるアンカー効果が発揮されにくく、デポ膜剥離に起因するパーティクルが発生していた。イットリア質被覆層１５の厚みが小さい比較例３では、耐ガスクリーニング性に劣っていた。

前記ウェーハボートをＳｉＣで形成した場合において、ウェーハ支持面１２に粒径３～５μｍのＳｉＣ粉末の水分散液を噴霧して凹凸構造を形成した後、ＣＶＤによりＳｉＣを被膜した形態であっても、デポ膜剥離起因のパーティクル発生を抑制され、ウェーハ熱処理減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）プロセスへの適用が可能となると考えられる。

１ウェーハボート
１１ウェーハ支持部材
１２ウェーハ支持面
１３支持溝
１４イットリア質粉末層
１５イットリア質被覆層
１６ＣＶＤ－ＳｉＣ膜
１０１ノズル
１０２噴霧器
１０３粉末状イットリア水分散液
Ｗウェーハ

Claims

半導体ウェーハ支持部材のウェーハ支持面が、ＣＶＤ－ＳｉＣ膜とイットリア質粉末層とを順に備え、さらに
前記イットリア質粉末層をイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）質で被覆した層を備えることを特徴とする縦型ウェーハボート。
前記イットリア質粉末層の平均粒子径が１～５μｍであり、
前記イットリア質被覆層の厚みが１０～３０μｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の縦型ウェーハボート。