JP2807219B2 - 半導体ウエファ支持用サセプタ - Google Patents

半導体ウエファ支持用サセプタ

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JP2807219B2 JP33208996A JP33208996A JP2807219B2 JP 2807219 B2 JP2807219 B2 JP 2807219B2 JP 33208996 A JP33208996 A JP 33208996A JP 33208996 A JP33208996 A JP 33208996A JP 2807219 B2 JP2807219 B2 JP 2807219B2
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    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/14—Substrate holders or susceptors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
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    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエファプ
ロセス用サセプタに関し、特には半導体ウエファの迅速
な熱処理のための改良された複数部品型サセプタに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエファの製造には多数のプロセ
ス工程が存在する。一つの工程は、エピタキシアル付着
工程として言及され、ウエファ上にエピタキシアルシリ
コンの薄い（概略１μｍ未満から１０μｍまでの間の）
層の付着工程から概略構成される。この工程は、特有の
装置及び化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを使用して行われ
る。ＣＶＤプロセスは、１２００°Ｃ（２０００°Ｆ）
の範囲の非常に高い温度までウエファが加熱されること
を必要とする。
【０００３】この技術において、最近の傾向では、ウエ
ファの集まりではなく単一のウエファに作用する装置を
使用する。この単一のウエファ用装置では、ＣＶＤ温度
までのウエファの加熱がかなり促進され、一般的に、ウ
エファは、概略３０秒以内で室温から加熱温度まで加熱
される。この工程は、迅速な熱処理（ＲＴＰ）工程とし
て知られている。シリコンウエファがこの迅速な温度変
化を受ける際に、ウエファは、サセプタとして知られて
いる機械的な構成要素によって適切に保持されなければ
ならない。形状を維持しかつ温度変化に耐えるサセプタ
を形成するために、サセプタは、炭化ケイ素の層によっ
て包囲されたグラファイトの核から形成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このことは、迅速な加
熱及びＣＶＤプロセスにとって満足いくものであった
が、エピタキシアルシリコン層の付着は、ウエファだけ
に限定されない。つまり、シリコンは、ウエファを保持
するサセプタにも付着する。過度のシリコンの蓄積を防
止するために、サセプタは、塩酸蒸気又は類似のエッチ
ング用試薬を使用して定期的に清掃される。この蒸気
は、付着したシリコンをサセプタから除去する。しかし
ながら、この蒸気は、ピンホール（穴）を形成している
炭化ケイ素層も少量だけ除去してしまう。その結果、グ
ラファイトの核がさらされてしまう。
【０００５】半導体の製造は、純度と清潔さのための非
常に厳しい基準を必要とする。サセプタ上を覆う炭化ケ
イ素は、プロセスに対して非常に不活性でありかつ無害
であるが、グラファイトはそうでない。それゆえ、サセ
プタのグラファイトの核をさらしているピンホールを形
成してしまうと、ウエファは汚染してしまう。サセプタ
を清掃する毎に汚染の原因になるピンホールの数は増加
し、サセプタは汚染してしまう。（一般的に１０００〜
５０００サイクルの）所定の時点で、ウエファの汚染は
許容できなくなり、サセプタを交換しなければならなく
なる。
【０００６】本発明の目的は、ＲＴＰ式のエピタキシア
ルウエファプロセスのためのサセプタを提供することで
ある。
【０００７】本発明の他の目的は、信頼性を有してプロ
セスの温度変化に耐えることができるサセプタを提供す
ることである。
【０００８】本発明の他の目的は、不活性でありかつウ
エファの汚染を引き起こさないサセプタを提供すること
である。
【０００９】本発明の他の目的は、重大な損傷を及ぼす
ことなく、かつ汚染材料にさらされることなく清掃可能
なサセプタを提供することである。
【００１０】本発明の他の目的は、改良されて数千回、
更には数万回に及ぶライフサイクルを有するサセプタを
提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】これらの及び他の目的
は、半導体ウエファへのエピタキシアル付着工程のため
の迅速な熱処理用サセプタによって達成される。サセプ
タは、ウエファを支持する支持用外側リングを有する。
この外側リングは、好適には一結晶体の炭化ケイ素から
形成され、最も好適には高純度β相（面心立方体の）炭
化ケイ素から形成される。ウエファは、リングの小さい
ウエファ肩部上に支持される。ウエファの後面又は下面
への付着を防止するために、閉鎖部材肩部がウエファ肩
部の下のリング内に提供され、閉鎖部材はこの肩部上に
配置される。好適には、閉鎖部材は、石英から形成さ
れ、肩部上に簡単に支持される。この方法では、迅速な
温度変化の際に、リング及び閉鎖部材は異なる速度で膨
張可能であり、閉鎖部材又はリングは交換可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１に関し、本発明のサセプタは
全体として参照番号１０で示される。図に示すように、
サセプタ１０は、例えばドーピング等であるウエファの
様々な製作工程の間に半導体ウエファ１２を支持するの
に使用される。知られているように、そのようなウエフ
ァは、比較的薄い堅牢なディスクの型式をとる。
【００１３】サセプタ１０は、リング１４と閉鎖部材１
６とである二つの基本的な構成要素から形成される。リ
ング１４は、上側面１８と、下側面２０と、内側壁２２
と、外側壁２４とを有する概略環状の部材である。更に
リング１４は、内側壁２２に、ウエファ肩部２６及び閉
鎖部材肩部２８として構想されて形成された二つの肩部
を有する（図１）。ウエファ肩部２６は上側面１８に通
じており、閉鎖部材肩部２８はウエファ肩部２６に通じ
ている。
【００１４】詳細には、ウエファ肩部２６は、リング１
４の長手方向の軸に対して直角に延長する平坦な座部３
０と、長手方向の軸と同軸の環状の背部壁３２とを有す
る。背部壁３２は上側面１８と交差する。同様に、閉鎖
部材肩部２８は、座部３４と背部壁３６とを有し、閉鎖
部材肩部２８の背部壁３６は、ウエファ肩部２６の座部
３０と交差する。図に示すように、座部３０及び３４
は、ウエファ１２及び閉鎖部材１６の重量に抗する支持
を行う。背部壁３２及び３６は、ウエファ１２又は閉鎖
部材１６の横方向の動作に抗する支持を行う。それぞ
れ、背部壁３２又は３６の直径は、ウエファ１２又は閉
鎖部材１６の直径より少し大きい。その結果、容易に、
ウエファ１２又は閉鎖部材１６を、リング１４に挿入
し、かつリング１４から取り外すことができる。更に、
座部３０及び３４は、閉鎖部材１６の厚さよりも大きい
距離だけ間隔をあけられる。その結果、図２に示すよう
に、ウエファ１２の下面と閉鎖部材１６の上面との間に
は間隔があけられる。
【００１５】図面に肩部の拡大図を示す。好適な型式で
は、肩部（つまり座部３０及び３４）の半径方向の深さ
は、実際には、約０．１〜０．６５ｃｍ（０．０５〜
０．２５インチ）の範囲である。この値は、ウエファ１
２又は閉鎖部材１６を支持するのに十分である。更に、
この値は、リング１４とウエファ１２及び／又は閉鎖部
材１６とが異なる材料で製作されることにより生じる熱
膨張の差異を許容するのに十分である。リング１４及び
閉鎖部材１６を製作するための材料については、後でよ
り詳細に説明する。
【００１６】図面では、閉鎖部材１６は、肩部２８上に
単に支持されているが、リング上に閉鎖部材を適切に固
定するために他の構造も使用可能である。更に、現存す
るウエファプロセス装置と共に使用するために、適切な
整列要素を備えた閉鎖部材及び／又はリングを提供する
ことも可能である。例えば、リングは、サセプタ持ち上
げ指部と係合するための適切な凹部（図示せず）を有す
ることも可能である。同様に、閉鎖部材１６は、複数の
貫通穴３８（図２）を有することも可能であり、貫通穴
３８により、当業者には知られている、サセプタからウ
エファを取り外すために使用されるウエファ持ち上げ指
部を通すことが可能なる。
【００１７】閉鎖部材１６が穴３８を有する場合、一般
に、穴３８は、指部を収容するために適切な位置に配置
されなければならず、例えば、閉鎖部材１６は、リング
１４に関して閉鎖部材１６を適切な向きに配置する構造
を有さなければならない。当然ながら、様々な構造が可
能である。図３及び図４に、好適な構造を示す。
【００１８】図３に関し、リング１４は、複数の（好適
には３個の）周方向に間隔をあけられた整列用突起４０
を有する。突起４０は、閉鎖部材肩部２８の座部３４に
配置される。詳細には、突起４０は、座部３４に沿って
背部壁３６の外に延長し、ウエファ肩部２６の座部３０
から間隔をあけられる。突起４０は、閉鎖部材肩部２８
を形成する機械加工工程の間に形成可能である。閉鎖部
材１６は、係合する複数の整列用凹部４２を有する。各
凹部４２は、関連する突起４０を収容するように、寸
法、形状及び配置が決定される。その結果、凹部４２
は、図４に示すように、閉鎖部材１６の周囲の内に延長
する。可能なこととして、凹部４２内に収容される突起
４０を備えた肩部２８上に閉鎖部材１６を配置すること
により、閉鎖部材１６は、肩部２８上に垂直方向に支持
され、かつ長手方向の軸を中心とするリング１４に関す
る回転に抗して支持される。
【００１９】注目されることとして、そのような整列用
構造は、穴３８を通じて延長するウエファ持ち上げ指部
を有する装置と共に使用する場合にのみ必要とされる。
他の公知のウエファプロセス装置は、真空型ウエファ持
ち上げ装置を使用し、この型式の装置の場合、閉鎖部材
は、穴も整列用構造も有する必要がない。
【００２０】上述した説明は、本発明の外観又は構造的
な説明である。本発明をすべて説明するために、以下、
リング及び閉鎖部材の形成に使用可能な様々な材料につ
いて説明する。
【００２１】一般に、リング及び閉鎖部材は、同一又は
異なる材料で形成可能である。いずれの要素の場合も、
唯一制限されることは、材料が、ウエファを不当に汚染
することなく、十分な強度及び平坦さを維持しつつ、プ
ロセス温度に耐えることである。当然ながら、様々な一
般的な材料もまた使用可能である。例えば、リング及び
／又は閉鎖部材は、石英、シリコン、炭化ケイ素がコー
ティングされたグラファイト、又は一般的な（つまりα
相）炭化ケイ素により形成可能である。好適な型式で
は、閉鎖部材は石英によって形成される。
【００２２】閉鎖部材に石英を使用することは、幾つか
の理由から効果的である。まず、石英は比較的安価な材
料であり、石英の閉鎖部材を形成することは、非常に経
済的である。更に、石英は、耐熱性及び熱膨張特性に非
常に優れ、高温の下でも剛性を維持する。更なる効果と
して、石英は、熱放射を通過させる、又は熱放射をほぼ
通過させる。それゆえ、加熱による熱放射線部分は、石
英を通過し、作用して、ウエファを加熱する。ウエファ
は、エピタキシアル付着のために加熱される必要がある
ため、閉鎖部材に石英を使用することは、付着のために
ウエファを加熱するのに必要な時間を減少可能である。
当然ながら、閉鎖部材に石英を使用することは、サイク
ル時間の短縮にもつながり、ウエファの生産率を増加す
ることができる。
【００２３】閉鎖部材が効果的に石英によって形成され
る場合、好適には、リングは高純度のβ相炭化ケイ素の
一結晶体により形成される。
【００２４】そのような一結晶体は、本発明の出願人か
ら入手可能であり、ここに参照として組み込まれている
ピッケリング(Pickering) 他の米国特許第5,465,184 号
に記載されている化学蒸着プロセスで形成される非常に
高純度のβ相（面心立方体の）炭化ケイ素により構成さ
れる。この好適な材料は、９９．９９９％の純度を有す
る炭化ケイ素であり、隙間がなく、化学量論的であり
（ケイ素原子数と炭素原子数とが等しい）、粒子の寸法
が大きい。それゆえ、室温及び高温で堅牢なリング（及
び閉鎖部材も可能である）は、正確な寸法に機械加工可
能であり、加熱及び冷却のサイクルが繰り返された後も
形状（及び特には平坦さ）を維持し、良好な熱伝導性を
有し、不活性である。リングが不活性である結果、リン
グは、付着雰囲気中で及び酸性蒸気洗浄中で耐久性を有
し、ウエファを汚染しない。これらの理由から、一結晶
体のβ相炭化ケイ素はリングにとって好適である。
【００２５】本発明のサセプタを形成するために上述し
た任意の材料が使用可能であるが、少なくとも経済的に
実行可能な使用方法においては、本発明には、一結晶体
のβ相炭化ケイ素を使用することが不可欠であると思わ
れる。詳細には、上述した理由によると炭化ケイ素が好
適な材料であるが、多くの一般的な従来の技術のサセプ
タは、この炭化ケイ素により形成される場合、効果的な
結果をもたらさない。
【００２６】例えば、従来の技術では、ウエファの横方
向の動作を防止するために縁部領域に低い縁部を有す
る、平坦なプレートと同様のサセプタを形成することが
知られている。このことは、ウエファが支持される閉鎖
面を形成するために、リングの中央部分を横断して本発
明のウエファ肩部の座部３０を延長することと同様であ
る。この構想は、標準的な炭化ケイ素でコーティングさ
れたグラファイトの核から形成される場合に良好に機能
する。しかしながら、サセプタを形成するためにβ相炭
化ケイ素が使用される場合、性能は限定され、コストが
増加する。詳細には、β相炭化ケイ素サセプタがウエフ
ァと共に迅速に加熱される場合に、満足な性能が得られ
る。しかしながら、（酸性腐食／洗浄の際のように）サ
セプタが単独で加熱される場合、熱勾配が制御されない
と、サイクル数がまだ不十分な時期に、サセプタにクラ
ックが発生する可能性がある。
【００２７】このクラックの正確な理由は知られていな
いが、ウエファを支持する薄い中央領域と、厚い外側の
縁部との間の熱量の差異によって引き起こされる応力が
原因と考えられている。従来の技術の使用方法におい
て、クラックが発生する前のサイクル数が小さい場合、
一結晶体のβ相炭化ケイ素を形成するコストが増加する
ことになってしまうため、この材料は不適切であった。
しかしながら、本発明の別部材の閉鎖部材を備えたリン
グとしてサセプタを形成することにより、クラックの問
題は回避される。肩部２６及び２８は厚さが異なるた
め、肩部の半径方向の深さは小さく、リングを損傷する
だけの応力は発生しない。
【００２８】更に、閉鎖部材は、リングから分離してお
り、それゆえリングに関して膨張可能である。そのた
め、応力は伝わらない。実際には、エピタキシアル付着
により、シリコンの薄い層が閉鎖部材とリングとの結合
部上に付着し、これらの二つの成分が結合する可能性が
ある。しかしながら、コーティングが薄いという性質に
より、リングと閉鎖部材との間に危険な応力が伝えられ
る前に、コーティングは破壊するということが保証され
る。
【００２９】本発明のサセプタは、従来の技術の材料と
共に使用される際に、重量、コスト及び生産性の点で効
果を有する。更に、本発明のサセプタにより、従来の技
術のサセプタでは不可能であった改良されたβ相炭化ケ
イ素の使用が可能になる。
【００３０】以上、本発明は、上述した目的を達成する
のに適しており、更に、構造から明らかでありかつ固有
の他の効果を有する。
【００３１】認識されることとして、所定の特徴及びサ
ブコンビネーションは、有益であり、更に他の特徴及び
サブコンビネーションを参照することなく使用可能であ
る。このことは、特許請求の範囲によって、及びその範
囲内で意図される。
【００３２】本発明の範囲から逸脱することなく、本発
明の多くの実施形態が可能であるが、認識されることと
して、添付の図面に示したことは、説明として解釈さ
れ、限定として解釈されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエファを支持する本発明のサセプタを示す、
部分的に切り欠いた斜視図である。
【図２】図１のサセプタ及びウエファの断面図である。
【図３】サセプタのリングの突起を示す詳細斜視図であ
る。
【図４】閉鎖部材の凹部を示す詳細斜視図である。
【符号の説明】
１０…サセプタ １２…ウエファ １４…リング １６…閉鎖部材 ２６…ウエファ肩部 ２８…閉鎖部材肩部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−298715（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−240455（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−133417（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−177035（ＪＰ，Ｕ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上側面と、下側面と、ウエファ肩部を備
    えた内側壁と、外側壁とを備えた環状のリングを具備
    し、前記ウエファ肩部は、前記ウエファ肩部上にウエフ
    ァを収容すべく構成されかつ配置されており、更に前記
    ウエファ肩部の下の所定の位置で前記リング上に着脱可
    能に取付けられる閉鎖部材を具備し、該閉鎖部材は、前
    記リングと前記閉鎖部材との間に半径方向の隙間を有す
    るように取付けられ、熱膨張の差異を許容するために、
    前記閉鎖部材は、前記リングに対して半径方向に相対運
    動が可能であることを特徴とする、付着工程時の単一の
    半導体ウエファ支持用サセプタ。
  2. 【請求項２】 前記リングは一結晶体の高純度のβ相炭
    化ケイ素から形成されることを特徴とする請求項１に記
    載の半導体ウエファ支持用サセプタ。
  3. 【請求項３】 前記閉鎖部材は石英から形成されること
    を特徴とする請求項２に記載の半導体ウエファ支持用サ
    セプタ。
  4. 【請求項４】 前記リングの前記内側壁は更に閉鎖部材
    肩部を有し、前記閉鎖部材は前記閉鎖部材肩部上で支持
    されることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエフ
    ァ支持用サセプタ。
  5. 【請求項５】 前記リングは一結晶体の高純度のβ相炭
    化ケイ素から形成されることを特徴とする請求項４に記
    載の半導体ウエファ支持用サセプタ。
  6. 【請求項６】 前記閉鎖部材は石英から形成されること
    を特徴とする請求項５に記載の半導体ウエファ支持用サ
    セプタ。
  7. 【請求項７】 前記ウエファ肩部はウエファ肩部の座部
    とウエファ肩部の背部壁とを有し、該ウエファ肩部の背
    部壁は前記リングの前記上側面と交差し、前記閉鎖部材
    肩部は閉鎖部材肩部の座部と閉鎖部材肩部の背部壁とを
    有し、該閉鎖部材肩部の背部壁は前記ウエファ肩部の座
    部と交差することを特徴とする請求項４に記載の半導体
    ウエファ支持用サセプタ。
  8. 【請求項８】 前記リングは一結晶体の高純度のβ相炭
    化ケイ素から形成されることを特徴とする請求項７に記
    載の半導体ウエファ支持用サセプタ。
  9. 【請求項９】 前記閉鎖部材は石英から形成されること
    を特徴とする請求項８に記載の半導体ウエファ支持用サ
    セプタ。
  10. 【請求項１０】 前記閉鎖部材肩部は少なくとも一つの
    突起を有し、前記閉鎖部材は、前記突起を収容する少な
    くとも一つの係合用凹部を有することを特徴とする請求
    項７に記載の半導体ウエファ支持用サセプタ。
JP33208996A 1995-12-14 1996-12-12 半導体ウエファ支持用サセプタ Expired - Fee Related JP2807219B2 (ja)

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