JP5015419B2 - 半導体製造プロセスに使用される金属炭化物基体の表面処理方法、および金属炭化物基体 - Google Patents

半導体製造プロセスに使用される金属炭化物基体の表面処理方法、および金属炭化物基体 Download PDF

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Description

本発明は、半導体製造プロセスに使用される金属炭化物基体の表面処理方法に関する。
また、本発明は、本発明の方法により処理された、半導体製造プロセスに使用される金属炭化物基体にも関する。
炭化ケイ素のような金属炭化物は、半導体製造プロセスで使用されることが知られている。より具体的には、金属炭化物は、例えばウエハボートや支持リングを構成するための出発物質として使用されている。そのような構造は、多数のウエハのホルダーまたは位置決め手段として作用し、それらウエハは、半導体の製造中に、いくつかの処理工程に供される。そのような処理プロセス工程は、温度、圧力、真空度に関し、特定の、よく制御された条件下で行われ、例えば化学気相成長技術（ＣＶＤ）を用いたウエハ上のいくつかの半導体材料層の堆積、または温度アニールのような他のプロセス工程であり得る。
本明細書では、「金属炭化物基体」とは、ウエハボートホルダを意味するばかりでなく、半導体製造プロセスに使用される金属炭化物から作られる他の構造または部品・部材、例えば反応容器をも意味することに注意されたい。
半導体製造プロセス（例えば半導体層の堆積）の後の処理プロセス工程は、温度、圧力および真空度に関し正確に制御された状況の下で行われ、また純度および汚染の欠如に関しクリーンルーム環境が最高の基準を満たすことが要求され、また金属炭化物基体が寸法および熱挙動に関し最高の基準を満たす必要がある。
この目的で、例えばウエハボートホルダを作るいくつかの金属炭化物基体は、基体表面を処理するために機械加工に供される。しかしながら、機械加工による表面処理は、金属炭化物基体の表面に小さなほとんど目に見えないマイクロクラックまたは孔を生じさせる。これらのマイクロクラックあるいは表面損傷は、後の異なる半導体製造プロセス（例えば、半導体層堆積または高温アニール）に悪影響を及ぼす。全ての汚染はこれらマイクロクラック中に蓄積され、その汚染が半導体プロセス中にマイクロクラックから遊離し、それによりウエハ上の堆積半導体層を汚染するからである。このことにより、かなり品質の劣った製品や不合格製品が生じる。
金属炭化物基体における表面損傷の存在のさらなる不利点は、半導体製造プロセス中にパーティクルの発生および放出の危険性があるということである。いくつかの半導体層堆積中に熱条件が変化するために、小さな金属炭化物パーティクルが金属炭化物基体から遊離し、半導体製造プロセスを汚染するのである。
本発明の目的は、上記欠点を軽減する方法および金属炭化物基体を提供することである。
本発明によれば、上記方法は、反応性ガス混合物を用いて上記金属炭化物基体の表面を選択的にエッチングし、それにより前記金属炭化物基体上に炭素表面層を生成させる工程、および前記金属炭化物基体上に生成した前記炭素表面層を除去する工程を含む。
本発明に従う方法により、本発明の金属炭化物基体は、半導体製造プロセスに要求される寸法および純度に関し最高の基準に従う表面構造をもって得ることができる。特に、本発明の工程により処理された金属炭化物基体は、半導体製造プロセスの後の処理プロセス工程（例えば半導体層堆積または温度アニール）が正確でよく制御された処理条件（温度、圧力および真空度）の下で行われる半導体ウエハを取り扱い、収容するためのウエハボートとして非常に適している。
マイクロクラックの形態のすべての表面損傷は、上記炭素表面層の除去とともに取り除かれるので、平滑でクリーンなＳｉＣ表面が、きわめて高い純度を持って得られるとともに、すべての不純物も除去される。さらに、内層面損傷表面（subsurface damaged surface）の除去により、半導体製造プロセスに悪影響を与え得る金属炭化物基体からのパーティクルの発生および放出が解消される。
したがって、本発明の方法により処理された金属炭化物基体を用いることにより、半導体製造プロセス中により高い純度が、より高いレベルの精度およびより少ない不良品をもって、達成できる。
本発明の方法の具体的な態様において、上記炭素表面層を除去する工程は、酸化処理技術により行われる。
本発明の方法の他の態様において、上記炭素表面層を除去する工程は、水素化処理技術により行われる。他の態様では、上記炭素表面層を除去する工程は、水熱処理（hydorthermical treatment）技術により行われる。
さらに、本発明の有利な態様において、金属炭化物基体の表面をエッチングする工程中に使用される反応性ガス混合物は、ハロゲン含有ガス混合物であり、反応性ガス混合物のハロゲン含有ガス濃度は、１００％であり得る。
本発明の他の態様において、ハロゲン含有ガスは、例えばアルゴン雰囲気中の、塩素（Ｃｌ2）である。
一例において、反応性ガス混合物の流量は、毎分０．５〜５リットルであり、上記反応性ガス混合物の使用圧力（working pressure）は、１００ｍｂａｒ〜周囲圧力（ambient pressure）であり得、上記反応性ガス混合物の使用温度（working temperature）は、１０００℃〜１２００℃であり得る。
半導体製造プロセスに使用するための金属炭化物基体は、本発明によれば、表面を有し、前記表面上に、反応性ガス混合物を用いたエッチング技術により炭素表面層が形成されており、前記炭素表面は、後に、前記金属炭化物基体から除去されることを特徴とするものである。
同様に、本発明による金属炭化物基体の具体的な態様において、上記炭素表面層は、酸化処理技術により除去される。あるいは、上記炭素表面層は、水素化処理技術により除去される。また、上記炭素表面層は、水熱処理技術により除去することもできる。
本発明による金属炭化物基体の具体的な態様において、金属炭化物基体は、ハロゲン含有ガス混合物を含有する反応性ガス混合物からなる反応性ガス混合物に供される。
さらに、より具体的な態様において、上記反応性ガス混合物のハロゲン含有ガス濃度は、１００％であり、より具体的にはハロゲン含有ガスは、Ａｒ雰囲気中の塩素（Ｃｌ2）
である。さらに、上記反応性ガス混合物は、水素（Ｈ2）をも含有し得る。
また、上記反応性ガス混合物の流量は、毎分０．５〜５リットルであり、金属炭化物基体表面を、１００ｍｂａｒ〜周囲圧力の前記反応性ガス混合物の使用圧力に供することができ、または前記金属炭化物基体表面は１０００℃〜１２００℃の前記反応性ガス混合物の使用温度に供される。
以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の方法に供され、あるいは本発明の方法により処理された本発明の金属炭化物基体の態様を示す図である。
図１（ａ）において、金属炭化物基体１０、例えばシリコン炭化物ＳｉＣは、厚さＤを有するものとして示されている。この基体１０は、しばしば、半導体製造プロセスに使用される。金属炭化物は、例えばウエハボートまたは支持リングを構築する出発材料として使用される。そのような構造は、多数のウエハのためのホルダーおよび位置決め手段として作用し、それらウエハは、半導体製造中にいくつかの処理工程に供される。そのような処理プロセス工程は、温度、圧力および真空に関し特定のよく制御された条件の下で行われ、例えば化学気相成長技術（ＣＶＤ）を用いたウエハ上のいくつかの半導体材料層の堆積、または温度アニールのような他のプロセス工程であり得る。
上に記載したように、金属炭化物基体は、しばしば、表面処理に供され、ここで、表面１１は、寸法、平滑度および純度に関する一定の要件を満足する平滑な表面１１を得るために機械加工操作に供される。
機械加工のような機械的表面処理の欠点は、表面１１において、多数のほとんど目に見えない小さなマイクロクラック１２が発生することであり、これは内層面損傷とも呼ばれる。
この内層面損傷は、半導体製造プロセスに悪影響を及ぼす。マイクロクラック１２中に存在するすべての種類の汚染質は、拡散により、マイクロクラックを出て、ウエハが後の半導体層堆積工程に供されるクリーンルーム環境中に入り込み得るからである。したがって、マイクロクラック１２中に存在する汚染質は、処理されるウエハの品質および収率に悪影響を及ぼし得る。
本発明の方法によれば、金属炭化物基体１０の表面の処理方法は、反応性ガス混合物を用いて金属炭化物基体１０の表面１１をエッチングし、それにより金属炭化物基体１０上に炭素表面層１３を生成させる工程を含む。
反応性ガス混合物は、濃度例えば１００％を有するハロゲン含有ガス成分からなる。反応性ガス混合物は、ハロゲン濃度が金属炭化物基体１０の表面１１と反応するに十分に高いならば、より低い濃度のハロゲン含有ガスを含有することができる。ハロゲン含有ガス成分は、ハロゲン族からのものであればいずれのものであってもよく、例えばＡｒ雰囲気中の塩素（Ｃｌ2）であり、ここで、Ａｒ（アルゴン）は、キャリヤーガスとして使用される。水素（Ｈ2）もキャリヤーガスとして使用することができる。
金属炭化物基体１０の内層面損傷表面１１を反応性ハロゲン含有ガス混合物にさらすことにより、ハロゲン含有ガス（純ハロゲンまたはハロゲン混合物）は、金属炭化物と以下の反応（１）：
ＳｉＣ ＋ ２Ｃｌ2 → ＳｉＣｌ4 ＋ Ｃ （１）
に従って反応する。
この例では、塩素ガス（Ｃｌ2）が炭化シリコン（ＳｉＣ）基体１０の処理のための反応性ガス混合物の反応性ハロゲン含有成分として使用されているが、他のハロゲンもしくはハロゲン含有ガスまたは混合物も使用できる（例えば、Ｆ2、Ｂｒ2、Ｉ2）。
他の態様において、反応性ガス混合物は、ＨＣｌを含有することができ、これは、金属炭化物（ここではＳｉＣ）と以下の反応（２）：
ＳｉＣ ＋ ４ＨＣｌ → ＳｉＣｌ4 ＋ Ｃ ＋ ２Ｈ2 （２）
に従って反応する。
反応性ハロゲン含有ガス混合物と金属炭化物表面１１との反応により、炭素層１３が生成し、その深さｄ’は、エッチング工程が行われる時間に依存する。深さｄ’（あるいは炭素層１３と金属炭化物基体１０との間の遷移層（transition layer）１４）は、金属炭化物基体１０の表面１１中に存在するすべてのマイクロクラック１２（内層面損傷）をカバーするために十分に大きい（深い）ものである必要がある。
遷移層１４の深さ（炭素層１３の厚さｄ’）は、エッチング時間および／またはエッチング条件（温度、圧力およびハロゲン濃度）に依存する。
好ましくは、エッチング工程の使用温度は、１０００℃〜１２００℃であり、塩素Ｃｌ2の反応性ガス混合物の流量は、毎分０．５〜５リットルである。使用圧力は、１００ｍｂａｒ〜周囲圧力であり得る。
エッチング工程がハロゲン雰囲気中で行われると、表面１１上に、または金属炭化物基体１０のマイクロクラック１２中に存在するすべての種類の汚染質が除去される。
本発明による後の方法工程において、金属炭化物基体１０上に生成した炭素表面層１３は、例えば酸化処理技術を用いて除去される。他の態様によれば、炭素表面層は、水素化または水熱処理技術により除去することができる。
また、本発明による方法のエッチング工程が行われる前に遭遇するものと同様の問題を避けるために新たに生じる金属炭化物層１４が損傷を受けないままである限り、噴射仕上げ（blasting）や研磨（polishing）のような機械的除去工程を行うこともできる。
炭素表面層１３の除去工程は、真空〜４０００ｂａｒであり得る圧力条件の下で１００℃〜４００℃の使用温度で生じ得る。
炭素表面層１３の除去工程の結果として、より小さい厚さｄを有する金属炭化物基体１０’が、平滑度に関する最高の要件を満たす平滑表面１４をもって得られ、この基体１０’は、また、より一層高い純度を示す。表面損傷が全くないので、表面１４に汚染質が付着したり存在したりすることがなく、また、パーティクルが存在し得るマイクロクラックが存在しないので、半導体製造プロセス中にパーティクルの発生および放出が生じ得ない。
本発明の方法に供され、あるいは本発明の方法により処理された本発明の金属炭化物基体の態様を示す図。
符号の説明
１０，１０’…金属炭化物基体
１１…表面
１２…マイクロクラック
１３…炭素表面層
１４…遷移層

Claims (18)

  1. 半導体製造プロセスに使用される金属炭化物基体の、該金属炭化物基体中に延びるマイクロクラックの形態にある内層面損傷を除去するための表面処理方法であって、
    ハロゲン含有ガス混合物を用いて前記金属炭化物基体の表面を単一工程で１０００℃〜１２００℃で選択的にエッチングし、それにより前記金属炭化物基体中に、前記マイクロクラックをカバーする深さと少なくとも等しい深さを有する炭素表面層を形成する工程、および
    前記金属炭化物基体上に形成された、前記マイクロクラックをカバーする前記炭素表面層のすべてを除去して、前記金属炭化物基体上にクリーンで炭素のない表面を生成し、前記マイクロクラックの形態にある内層面損傷が除去される工程
    を包含する方法。
  2. 前記炭素表面層を除去する工程を、酸化処理技術により行う請求項１に記載の方法。
  3. 前記炭素表面層を除去する工程を、水素化処理技術により行う請求項１に記載の方法。
  4. 前記炭素表面層を除去する工程を、水熱処理技術により行う請求項１に記載の方法。
  5. 前記ハロゲン含有ガス混合物のハロゲン含有ガス濃度が１００％である請求項１に記載の方法。
  6. 前記ハロゲン含有ガスが、Ａｒ雰囲気中のＣｌ2である請求項１に記載の方法。
  7. 前記ハロゲン含有ガス混合物が、水素（Ｈ2）をも含有する請求項１に記載の方法。
  8. 前記ハロゲン含有ガス混合物の流量が、毎分０．５〜５リットルである請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記ハロゲン含有ガス混合物の使用圧力が、１００ｍｂａｒ〜周囲圧力である請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 請求項１に記載の方法により得られる、半導体製造プロセスに使用するための金属炭化物基体であって、前記金属炭化物基体の表面内に、炭素表面層が、前記金属炭化物中に延びるマイクロクラックの形態にある内層面損傷をカバーする深さまでハロゲン含有ガス混合物を含有する反応性ガス混合物を用いた１０００℃〜１２００℃での単一工程の選択的エッチングにより形成されており、前記炭素表面層は、後に、前記金属炭化物基体から除去されて、前記金属炭化物基体上にクリーンで炭素のない表面を生成し、前記マイクロクラックの形態にある内層面損傷は除去されている金属炭化物基体。
  11. 前記炭素表面層が、酸化処理技術により除去される請求項１０に記載の金属炭化物基体。
  12. 前記炭素表面層が、水素化処理技術により除去される請求項１０に記載の金属炭化物基体。
  13. 前記炭素表面層が、水熱処理技術により除去される請求項１０に記載の金属炭化物基体。
  14. 前記反応性ガス混合物の前記ハロゲン含有ガスの濃度が１００％である請求項１０に記載の金属炭化物基体。
  15. 前記ハロゲン含有ガスが、Ａｒ雰囲気中のＣｌ2である請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の金属炭化物基体。
  16. 前記反応性ガス混合物が水素（Ｈ2）をも含有する請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の金属炭化物基体。
  17. 前記反応性ガス混合物の流量が、毎分０．５〜５リットルである請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の金属炭化物基体。
  18. 前記金属炭化物基体表面が、１００ｍｂａｒ〜周囲圧力の前記反応性ガス混合物の使用圧力に供される請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の金属炭化物基体。
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