JP5616364B2 - 化学気相成長システムおよび化学気相成長プロセス - Google Patents
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Description
上述のように、プロセスチューブ102は、焼結SiCで構成され、シリコンを含浸させてその後CVDによりSiC層で被覆することにより密封されているので、システム100は(10−6mbarの範囲、またはそれより良い)高真空の基本圧力で動作できることが保証される。この度合いの真空を達成するために、システム100およびシステム200はそれぞれ1つおよび2つのターボ分子ポンプ124,126を用いている。ターボポンプはプロセスガスに適応でき、選択されたモデルは高いガス負荷を扱うことができる。システム100,200では、そうでなければポンプ124,126の性能を低下させる、または、ポンプ故障を引き起こす可能性のある、プロセスチューブ102からの放射熱にポンプ124,126が直接さらされないことを保証するように、ポンプ124,126がプロセスチューブ102の高温区域の見通し線から外れている。
システム100,200の別の重要な面は、堆積プロセスで用いられるガス/前駆体の管理と供給である。高純度のガスおよび超高純度のガスが用いられる。汚染レベルを非常に低くするため、システム100,200は、水、CO、CO2、およびO2をppmからppbの汚染レベルへと低減するためにVCR付属器具とユースポイント清浄器306を有する内部電解研磨溶接ステンレス鋼チューブガス操作サブシステムを含んでいる。
Claims (34)
- 少なくとも1つの試料を支えるためのプロセスチューブであって、炭化ケイ素で構成され、シリコンを含浸され、炭化ケイ素で被覆されたプロセスチューブと、
前記プロセスチューブを10 −6 mbarの範囲以下の高真空へと真空排気するポンピングシステムと、
前記プロセスチューブ内に配置されている炭化ケイ素製のライナと、
真空排気された前記プロセスチューブ内へ1つ以上のプロセスガスを導入するための1つ以上のガス入口と、
前記プロセスチューブを加熱し、それにより、前記プロセスチューブ内の前記1つ以上のプロセスガスと前記少なくとも1つの試料とを加熱して前記プロセスチューブ内で前記少なくとも1つの試料上に化学気相成長により材料を堆積させるヒータと、
を含んでいる化学気相成長システム。 - 前記システムは1350℃までの温度で動作可能である請求項1に記載のシステム。
- 前記ヒータは、前記ヒーターから延びている前記プロセスチューブの両外側部分間に配置されている前記プロセスチューブの中央部の周りを取り巻くように配置され、前記システムは、前記プロセスチューブの前記外側部分を冷却する手段を含んでいる請求項1または2に記載のシステム。
- 前記プロセスチューブの前記外側部分を冷却するための前記手段は、少なくとも1つのヒートシンクを含んでいる請求項3に記載のシステム。
- 前記プロセスチューブ内に配置され、前記プロセスチューブ内で実質的に一定の温度の均一区域を中心に互いに間隔を空けられた2組の放射隔壁であって、前記均一区域からの放射熱損失を低減するように構成されている放射隔壁を含んでいる請求項1〜4のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記放射隔壁のうちの、少なくとも内側のものが、炭化ケイ素から成り炭化ケイ素で被覆されている請求項5に記載のシステム。
- 複数の前記放射隔壁が前記プロセスチューブ内の複数の領域のそれぞれを占めており、前記1つ以上のガス入口は当該領域の1つへとそれぞれ前記ガスを供給するように構成されている請求項5または6に記載のシステム。
- 前記1つ以上のガス入口が少なくとも2つのガス入口を含んでいる請求項1〜7のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記プロセスチューブ内の、堆積中に実質的に一定の温度の均一区域内に配置されている前記システムの全ての構成要素が、CVDにより炭化ケイ素で被覆された炭化ケイ素から構成されている請求項1〜8のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記ポンピングシステムは、1つのターボ分子ポンプを用いて1つの端部のみから前記プロセスチューブを真空排気するように構成されている請求項1〜9のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記ポンピングシステムは、前記プロセスチューブの各端部から汲みだしをするように構成されている2つのターボ分子ポンプを含んでいる請求項1〜9のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記1つ以上のガス入口は、前記1つ以上のプロセスガスを前記プロセスチューブ内の実質的に一定の温度の均一区域の各端部から前記均一区域内へと導入するように構成される2つのガス入口を含み、前記システムは、連続する複数の層を堆積させる間に前記プロセスガスが前記均一区域を互いに反対の方向に流れるように複数の前記ポンプおよび複数の前記ガス入口を交互に用いることにより前記材料を連続した複数の層に堆積させて、堆積される前記材料の、ウェハ間での均一性を向上させるように構成されている請求項11に記載のシステム。
- 前記1つ以上のガス入口は、前記1つ以上のプロセスガスを前記プロセスチューブ内の実質的に一定温度の均一区域の各端部から前記均一区域内へと導入するように構成された2つのガス入口を含み、前記システムは、堆積中に前記プロセスガスが前記均一区域を互いに反対の方向に流れるように複数の前記ポンプおよび複数の前記ガス入口を同時に用いることにより前記材料を堆積させて、前記堆積される材料の、ウェハ間での均一性を向上させるように構成されている請求項11に記載のシステム。
- 前記1つ以上のガス入口は、加熱された区域の各端部に配置されている2つのガス入口を含んでいる請求項1〜13のいずれか1つに記載のシステム。
- 一時的にある量のプロセスガスを蓄え、その後、前記プロセスチューブ内の圧力を急激に上昇させるように、蓄えられた前記プロセスガスを放出するように構成されているガス容器を含んでいる請求項1〜14のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記システムは、堆積中に、希釈されていない前記プロセスガスを前記プロセスチューブで用いるように構成される請求項1〜15のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記プロセスガスの汚染レベルをppbレベルに低減するユースポイント清浄器を含んでいる請求項1〜16のいずれか1つに記載のシステム。
- 堆積中に、1対以上のウェハを狭い間隔で背中合わせに垂直に配置されるように支持するように構成されたウェハホルダーを含み、ウェハの各対の裏面間の前記狭い間隔は、前記裏面上の堆積厚を低減するのに十分に小さく、また、前記プロセスチューブの真空排気を容易にするのに十分に大きい請求項1〜17のいずれか1つに記載のシステム。
- 堆積中にウェハを狭い間隔で背中合わせに垂直に配置されるように支持するための、互
いに間隔を空けられたV溝の複数の組を有する1つ以上のウェハホルダーを含み、ウェハの前記裏面での堆積厚を相応の堆積厚にして、各ウェハの互いに対向する両面間に応力の相応の非対称性を与えるためにウェハの所望の間隔の選択を可能とするように、前記V溝の複数の組は、互いに隣接するV溝の間に、互いに異なる間隔を有している請求項1〜18のいずれか1つに記載のシステム。 - 前記システムは、前記プロセスチューブ内に、かつ、真空下に前記少なくとも1つの試料を維持しながら、互いに反対のドープ極性を有する半導体からなる連続する層を堆積させるように構成されている請求項1〜19のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記プロセスガスの安定した流れを前記プロセスチューブへと切り換える前に、前記プロセスチューブをバイパスしながら前記プロセスガスの複数の流れのそれぞれを独立して安定させることができるように、前記システム内のガスの流れは、質量流制御部により複数のガスマニホールドと複数のバイパスポンピング構成とを介して制御される請求項1〜20のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記材料は炭化ケイ素である請求項21に記載のシステム。
- 前記材料は炭化ケイ素であり、前記少なくとも1つの試料は少なくとも1つの単結晶シリコンウェハであり、前記炭化ケイ素は前記少なくとも1つの単結晶シリコンウェハ上にエピタキシャル堆積されるデバイス品質の単結晶炭化ケイ素である請求項22に記載のシステム。
- 炭化ケイ素で構成され、シリコンを含浸され、炭化ケイ素で被覆され、炭化ケイ素製のライナが内部に配置されているプロセスチューブを設置するステップと、
前記プロセスチューブを10 −6 mbarの範囲以下の高真空へと真空排気するステップと、
前記プロセスチューブを加熱し、それにより、前記プロセスチューブ内の少なくとも1つの試料を加熱するステップと、
1つ以上のプロセスガスを真空排気し加熱した前記プロセスチューブ内へ導入して前記プロセスチューブ内で加熱された前記少なくとも1つの試料上に化学気相成長により材料を堆積させるステップと、
を含む化学気相成長プロセス。 - 堆積される前記材料のウェハ間での均一性を向上させるように、堆積中、前記プロセスチューブはそれぞれの端部から同時に汲み出しをされ、前記1つ以上のプロセスガスが前記プロセスチューブ内の実質的に一定の温度の均一区域の各端部から同時に前記均一区域内へと導入される請求項24に記載のプロセス。
- 前記材料は前記プロセスチューブ内の実質的に一定の温度の均一区域内で前記少なくとも1つの試料上に堆積され、前記材料を前記材料の1対以上の連続した層として堆積させ、堆積される前記材料のウェハ間での均一性を向上させるように、各対の連続した層を堆積させる間、前記均一区域での正味のガスの流れが互いに反対の方向になる請求項24または25に記載のプロセス。
- ある量の蓄えられたプロセスガスを放出して前記プロセスチューブ内の圧力を急激に上昇させるステップを含む請求項24〜26のいずれか1つに記載のプロセス。
- 堆積中、前記1つ以上のプロセスガスを前記プロセスチューブ内で希釈せずに用いる請求項24〜27のいずれか1つに記載のプロセス。
- 前記少なくとも1つの試料は複数のウェハを含み、前記プロセスは、堆積中に前記ウェハを狭いに間隔で背中合わせに垂直に配置されるように支持するステップを含み、前記ウェハの各対の裏面間の前記狭い間隔は、前記ウェハの裏面上での堆積厚を低減するのに十分に小さく、また、前記プロセスチューブの真空排気を容易にするのに十分に大きい請求項24〜28のいずれか1つに記載のプロセス。
- 前記少なくとも1つの試料は複数のウェハを含み、前記プロセスは、前記材料が各ウェハの両側に実質的に均等に堆積され実質的に均等な応力を与えるように、堆積中に前記ウェハを互いに間隔を空けて位置するように支持するステップを含む請求項24〜28のいずれか1つに記載のプロセス。
- 前記少なくとも1つの試料を前記プロセスチューブ内で真空下に維持しながら、互いに反対のドープ極性を有する半導体からなる連続する層を堆積させるステップを含む請求項24〜30のいずれか1つに記載のプロセス。
- 前記材料は炭化ケイ素である請求項24〜31のいずれか1つに記載のプロセス。
- 前記少なくとも1つの試料は少なくとも1つの単結晶シリコンウェハを含み、前記材料は前記少なくとも1つの単結晶シリコンウェハ上にエピタキシャル堆積されるデバイス品質の単結晶炭化ケイ素である請求項24〜32のいずれか1つに記載のプロセス。
- 請求項24〜33のいずれか1つに記載の前記プロセスを行うように構成された構成要素を備える化学気相成長システム。
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