JPH04228495A

JPH04228495A - 化学的気相堆積装置用新サセプターとその使用方法

Info

Publication number: JPH04228495A
Application number: JP3109011A
Authority: JP
Inventors: Roger W Pryor; ロジャー　ダブリュウ　プライア
Original assignee: Wayne State University
Current assignee: Wayne State University
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1991-02-16
Publication date: 1992-08-18
Also published as: CA2034765A1; US5091208A; EP0447031A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用の分野】本発明は化学的気相堆積技術に
関し、特に化学的気相堆積装置で使用する複合サセプタ
ーを提供する。

【０００２】材料を基板上に堆積する数多くの技術が開
発されている。これらの技術の一つは化学的気相堆積法
として通常言及される。化学的気相堆積法において、チ
ャンバー内のガス状材料は正確に制御された条件の下で
チャンバー内の加熱基板または目標物上に析出あるいは
堆積させられる。化学的気相堆積法プロセスの一つのタ
イプにおいて、基板上に堆積物を形成するガス状材料は
ガスプラズマである。当業者には理解されるように、ガ
スプラズマは自由電子、イオン、および遊離基を包含す
る高反応的な材料から構成される。故に、ガスプラズマ
またはプラズマは基本的に電気的中性と荷電粒子の混合
である。

【０００３】化学的気相堆積プロセスの主要な適用の一
つは電子産業用の半導体装置の製造である。他の適用は
ガスセンサー、光学的装置、加速度計、そして薄膜機能
的及び装飾的コーテイングなどの製造を包含し、これら
の全てがまた種々の薄膜技術を使用して製造されても良
い。

【０００４】化学的気相堆積法により処理された多くの
従来材料に加えて、つい最近、人工ダイアモンドがこの
方法で形成可能であることが発見されている。人工ダイ
アモンドの形成はその所望の熱的及び電気的属性のため
非常に重要なことであり、その後者は添加不純物の導入
を通じて制御可能である。人工ダイアモンドにおけるこ
の重要性は化学的気相堆積技術における幾つかの改善を
展開することとなり、その改善は非ダイアモンドのフィ
ルムや製品の製造にもまた有用となるものである。

【０００５】化学的気相堆積法による人工ダイアモンド
の製造に関して、ガスプラズマ堆積法、特にマイクロウ
エーブガスプラズマ堆積法はプロセスの臨海パラメータ
における最大の制御を提供することが解かっている。こ
れに関して、メタンまたはアセチレンなど水素や炭素含
有ガスから成るガス供給原料は基板上への人工ダイアモ
ンドの堆積が実施されるように真空チャンバー内に導入
される。堆積装置はチャンバー内に所定のエネルギーレ
ベルで電磁放射を発生するマイクロウエーブジェネレー
タを包含する。マイクロウエーブはガス状供給原料を励
起してガスプラズマを生成する。供給原料ガスは解離し
て水素イオン、自由電子、そしてＣＨ３遊離基を形成し
、その後者は人工ダイアモンド堆積の先駆物質の一つと
して働く。

【０００６】人工ダイアモンド堆積がその上に形成され
る基板は真空チャンバー内に配置される。人工ダイアモ
ンドを基板上に堆積させるための基板は所定の温度に加
熱されなければならない。熱は、最初に基板を支持する
チャンバー内のサセプターからの熱的伝導により基板に
供給される。サセプターは誘導加熱により高速でかなり
高温度にまで加熱可能な本体材料から構成される。故に
、サセプターが形成されるその材料は誘導加熱に効率的
に応答し、そして高動作温度で熱的安定性を表さなけれ
ばばならない。

【０００７】

【従来技術】従来、科学的気相堆積プロセスで使用され
る数多くのサセプターはグラファイトから形成されてい
た。例えば、従来技術のサセプターの一つは一開口端を
有する中空シリンダー状のものである。誘導コイルはサ
セプターキャビテイー内に配置され、そして誘導加熱に
よりそのサセプターを必要な動作温度にまで上昇させる
ように働く。基板、例えば、シリコンウエハーはシリン
ダーの閉口端に配置され、そしてそれによりサセプター
から基板への伝導により最初加熱される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】化学的気相堆積装置の
構成は基板の配置を包含するので、ガスプラズマは基板
の主要表面上近辺に形成する。一度人工ダイアモンド堆
積のための正しい条件が達成されると、ダイアモンドは
ウエハー表面上に堆積し始める。但し、当発明者等は認
識しているように、従来のサセプターを使用して基板上
に材料、特に人工ダイアモンドの均等な堆積を達成する
のは困難である。当業者には理解されているように、フ
ィルムの数多くの属性はフィルムの厚みの関数となる。特にマイクロエレクトロニクス部品の製造においては、
非常に均等な厚みの薄膜フィルムが高信頼性で多量生産
可能な方法で形成されることが必須である。フィルムの
厚みにおける過度な変動はマイクロエレクトロニクス部
品において許容できない異常な電気的特性や光学部品に
おける好ましくない歪みを生成する。堆積フイルムのこ
れらの変動はこのマイクロエレクトロニクス産業の重大
な問題である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は人工ダイアモン
ドなど材料が以前に可能であったよりもさらに大きな厚
みにおける均等性をもった堆積を可能にする堆積材料の
均等性の問題に対して独特な解決法を提供する。これは
均等フイルムの形成を促進する新サセプターを使用する
ことによる本発明で達成される。

【００１０】その広義な局面において、本発明は電気抵
抗の差により互いに区別される少なくとも２つの明確の
領域を有する本体を包含するする複合サセプターを提供
する。つまり、本発明の新サセプターの本体は第一電気
抵抗を有する第一領域又は部分と第二電気抵抗を有する
第二領域又は部分を有する。その領域の一方の電気抵抗
は所定の温度において他の領域の電気抵抗よりも小さい
。電気抵抗の不同性はある局面において不同性材料の使
用を通じて本発明で生成され、サセプター本体の第一と
第二領域を形成する。不同性材料の一方は他の材料の固
有抵抗よりも低い電気的固有抵抗を有する。ある形態に
おいては、化学的気相堆積装置において、低電気抵抗を
有するサセプター本体の領域は堆積がその上に形成され
る基板に最接近するようにサセプター本体が構成されて
いる。他の局面において、絶縁体のレイヤーが低抵抗レ
イヤー上に配置され、堆積均等性の制御をさらに提供す
るためにマイクロウエーブ信号の位相をシフトする。ある局面においては、電気的バイアスの下で、低抵抗レ
イヤーはガス状材料から横たわる基板上に堆積される材
料の均等性を制御する等電位の面を提供する。

【００１１】他の局面において、低抵抗の領域、即ち、
高導電レイヤーは絶縁体の介在領域により互いに電気的
に孤立化されている二つ以上の組み込みリングから構成
される。この形態においては、高導電材料の各リングは
等級電位面を生成するために所定電圧において別々にバ
イアス可能である。

【００１２】他の局面において、本発明の複合サセプタ
ーはサセプター本体上に配置された導電性材料のリング
を包含するアッセンブリーである。導電性リングをバイ
アスすることにより、堆積の均等特性が電気的に制御さ
れる。

【００１３】他の局面において、本発明は複合サセプタ
ーや／又は本発明の新サセプターアッセンブリーを包含
する化学的気相堆積装置を提供する。本発明の化学的気
相堆積装置は基板上の均等な堆積の成長を促進し、そし
て特に人工ダイアモンドフイルムの製造に有用である。

【００１４】他の局面において、本発明は化学的気相堆
積のチャンバー内に供給材料ガスを流入するステップ、
本発明により提供されたように複合サセプター上に基板
を配置するステップ、チャンバー内にガスプラズマを形
成するステップ、材料のレイヤーが基板上の堆積として
プラズマから形成するように複合サセプターを所定の温
度にまで加熱するステップ、そして基板上へのプラズマ
の堆積特性を制御するために電気的バイアスを複合サセ
プターの低抵抗レイヤーそして／又は本発明のサセプタ
ーアッセンブリーの導電性リング構造に適用するステッ
プを包含する化学的気相堆積により基板上に材料の堆積
を形成する方法を提供する。

【００１５】

【実施例】図１において、主に同心チューブのペアーの
外部チューブ３２と内部チューブ３６から構成されるハ
ウジングを有する化学的気相堆積装置２４が示されてい
る。チューブ３２と３６は冷却剤が動作中それを通じて
循環する冷却剤包被又はスペース４０を定義する。内部
チューブ３６はさらに化学的気相堆積がその中で実施さ
れるチャンバー４４を定義する。チャンバー４４はキャ
ップアッセンブリー４８やベースプレートアッセンブリ
ー５２によりさらに定義される。

【００１６】波線で示された取り出し口またはポート５
６が化学的気相堆積装置２４のチャンバー４４に提供さ
れており、それを通じて材料の堆積がその上に形成され
る基板の配置や取り出しが行なわれる。チャンバー４４
内の圧力を制御するために、ブロック図で示されたポン
プ６４と導通しているポンプポート６０が提供されてい
る。望ましくは補助ポート６８が反応状態をモニターす
るためにチャンバー４４内にプローブ等（図示されない
）を挿入できるように提供されている。

【００１７】堆積プロセス中、正しい温度コントロール
を維持することが重要であり、冷却剤包被４０内を通じ
て水などの冷却剤を循環する。このために、冷却剤貯蔵
器７２からの冷却剤は冷却剤インレットポート７６を通
じて冷却剤包被４０内に流入される。動作時、冷却剤は
チャンバー４４と熱交換関係にある冷却剤包被４０を通
じて循環する。冷却剤はそれから冷却剤アウトレットポ
ート８０を通じて冷却剤貯蔵器８４に流入する（冷却剤
貯蔵器７２と８４は再度ブロック図で示されている）。

【００１８】チャンバー４４内に配置された、伸縮可能
基板支持アッセンブリー８８が示されており、それはチ
ャンバー４４から熔接密閉を形成するスリーブ５４でベ
ースプレートアッセンブリー５２内のボアーを通じて延
長する支持シャフト９２を包含する。プレート９４はシ
ャフト９２と一体となって提供されている。コイル１０
６を有する誘導コイルアッセンブリー１０４がその中に
配置されるキャビテイー１００を定義する中空セラミッ
クサセプター支持９６はプレート９４により支持されて
いる。加えて、好適形態において、温度プローブ又は熱
電対１０８が中空セラミックサセプター支持９６を通じ
て後述される方法で延長している。温度プローブ１０８
は金属カバー又は被覆１１０を包含し、その機能はさら
にここで詳細に説明される。適切で、バイアス可能な熱
電対が、例えばＯｍｅｇａ　　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
社から入手可能である。誘導コイルアッセンブリー１０
４は、例えば、シャフト９２を通じて延長する温度プロ
ーブ又は熱電対１０８と共に、中空銅を管状にすること
から形成される。誘導コイルアッセンブリー１０４をバ
イアスするバイアス電圧ソース１１２と電気的バイアス
を金属カバー１１０に適用するバイアス電圧ソース１１
４がまた提供される。同様に、動作中における温度プロ
ーブ１０８からの読み取りを表示する温度表示１１６が
提供される。

【００１９】中空セラミックサセプター支持９６の一端
において、温度プローブ１０８がそれを通じて延長する
中央ボアーを有するキャップ１１８が示されている。中
空セラミックサセプター支持９６のキャップ端上に搭載
された本発明の複合サセプター１２０が示されており、
それはキャビテイー１２８を定義する本体１２４を包含
することが図２において最も良く示されている。本発明
の形態において、そして図２および図３に示されるよう
に、ある形態の複合サセプター１２０は短い中空シリン
ダーであることが理解されよう。故に、キャビテイー１
２８はシリンダー形状で、そしてまたシリンダー形状で
ある中空セラミックサセプター支持９６を密接に受ける
ように適応されている。サセプター１２０は温度プロー
ブ１０８の金属カバー１１０との接触を通じて以外、確
実に電気的に孤立されていることに留意することが重要
である。その特長はさらに詳しく説明される。

【００２０】図１と図２において、複合サセプター１２
０の本体１２４は金属包被１１０と抵抗接触している電
気的導電レイヤー１３２を包含する。複合サセプター１
２０の本体１２４はさらに導電レイヤー１３２よりも小
さな導電性であり、且つ電気的導電レイヤー１３２より
も通常大きな容積のものであるレイヤー又は領域１３４
を包含する。故に、複合サセプター１２０の本体１２４
はレイヤー１３４のものよりも高い電気抵抗を有する領
域又は部分、即ちレイヤー１３４の上に配置された低電
気抵抗領域又は部分、即ちレイヤー１３２を包含するこ
とが理解されよう。レイヤー１３２と１３４を形成する
ために使用される好適材料、および本体１２４の電気的
特性の重要性は以後さらに詳細に説明される。この特定
的形態において、レイヤー１３４は温度プローブ受けボ
アー１３６を包含する。絶縁レイヤー又はスリーブ（図
示されない）は金属カバー１１０がレイヤー１３４と直
接接触しないように分離する。同様に、電気的導電レイ
ヤー１３２は温度プローブ受け凹所１４０を包含し、金
属カバー１１０との電気的接触を形成する。

【００２１】伸縮可能基板支持アッセンブリー８８は望
ましくはステンレススチール製のプレート９６上に搭載
されたステンレススチールスリーブ１４８をさらに包含
する。チャンバー４４は上部領域１５２と下部領域１５
８を包含する。マイクロウエーブ放射がチャンバー４４
内の下部領域を貫くのを防ぐために、ダークスペースシ
ールド１６０が提供され、その構成はスリーブ１４８と
延長リブ１５６である。動作時において、マイクロウエ
ーブはマイクロウエーブウインドー１６４（破線で示さ
れている）を通じてブロック図で示されているマイクロ
ウエーブジャネレータ１６８からチャンバー４４内に移
動するということが理解されよう。ダークシールド１６
０は既知技術でガスプラズマの低部領域１５８内での形
成を防止する。

【００２２】ガスフィードバックはガスソース１７６か
らガスポート１７２を通じて導入される。観察ポート１
８０と１８４がチューブ３２と３６を貫通して示されて
いる。支持ブラケット１８８と１９２が支持アッセンブ
リー（図示されない）上に化学的気相堆積装置２４を搭
載するためにまた提供されている。ハウジング２８等の
構造など、化学的気相堆積装置２４の一般的な構造は従
来のものであることは強調されるべきである。本発明の
装置２４の新規性は複合サセプター１２０と、構造と／
又は機能の両方において複合サセプター１２０と相互に
影響し合う装置２４のこれらの属性とにある。このよう
に、装置２４の一般的特長を構築する方法の詳細な説明
はここで行なわれる装置２４の構造や機能の説明から当
業者には理解されよう。

【００２３】故に、本発明の構造や動作に関してより理
解を深めるために、化学的気相堆積装置２４の動作原理
の一般的説明が行なわれる。フィードバックガスはガス
ソース１７６からガスポート１７２を通じてチャンバー
４４内に導入される。ここで形成される材料は人工ダイ
アモンドであり、フィードバックガスはメタンなどの水
素と炭素含有ガスである。本発明は電気的に荷電された
材料を含有又は含有するために活性化される如何なるガ
スにも適する。ガス又は蒸気プラズマが最も望ましい。チャンバー４４内の圧力は所定レベル、例えば５０トル
に維持される。マイクロウエーブジェネレータ１６８は
マイクロウエーブウインドー１６４からチャンバー４４
内に移動する所定周波数のマイクロウエーブを発生する
。チャンバー４４の下部部分１５８内へのマイクロウエ
ーブの通過はダークスペースシールド１６０により十分
に防止される。マイクロウエーブエネルギーはチャンバ
ー４４内のガスフィードバックを分離して、チャンバー
４４内にガスプラズマを生成する。シリコンウエハーな
どの基板（図示されていない）が複合サセプター１２０
の主または上部表面上に配置される。複合サセプター１
２０は誘導コイル１０４により所定温度にまで加熱され
る。誘導コイル１０４はサセプター本体１２４内、特に
領域１３４に渦電流を生成し、その構成成分は誘導加熱
に対して最適化されることが理解されよう。レーザーや
光学式ランプ等の他の方法により本体を加熱することも
可能である。そのプロセスを通して、発生される高温度
のため、冷却剤が冷却剤包被４０を通じて循環される。これらの条件の下で、その横断面は通常主表面に平行な
主軸（Ｘ）を有する楕円である凝集プラズマ１７０は複
合サセプター１２０（１７２）上に配置される基板（図
２の１７２）の表面上に形成される。本発明において、
さらに説明されるように、プラズマ１７０の形状は基板
１７２上にさらに均等な材料の堆積を提供するために変
形される。

【００２４】複合サセプター１２０の構成とそれを製造
する方法は図２、図３、そして図４を参考にしてさらに
詳しく説明される。前述のように、本体１２４はレイヤ
ー又は領域１３４上に配置されたレイヤー１３２を包含
する。ある形態において、本体１２４は一個又は一体構
造である、即ち、レイヤー１３２はレイヤー１３４に化
学的あるいは物理的に接着されているので、二つのレイ
ヤーは密接に接触している。交代的に、レイヤー１３２
はレイヤー又は領域１３４上に単に置いただけの独立プ
レートまたはデイスクから構成されても良い。通常、レ
イヤー１３２が等電位面を形成することを保証するため
に、レイヤー１３２の底部表面は図２、図３、そして図
４に示されるように領域１３４の上部表面と同延であり
、且つ完全に接触していなければならない。

【００２５】領域又はレイヤー１３４がそれから構成さ
れる材料はいくつかの好適特性を有するものでなければ
ならない。材料は摂氏約１５００度まで熱的に安定で、
これらの温度において如何なるガス発生も生じてはなら
ない。さらに、レイヤー１３４は誘導コイル１０６を介
して渦電流誘導による局部熱源として巧く作用しなけれ
ばならない。好適材料は通常約５０から５０、０００μ
Ω−ｃｍ、望ましくは約１００から３０、０００μΩ−
ｃｍの固有抵抗（体積）を有する。これらの用件を満た
すレイヤー１３４を形成するのに使用される好適材料の
例は多結晶性のグラファイトと等軸晶性窒化ホウ素であ
る。故に、広義において、レイヤー１３４は摂氏約１０
０度から摂氏約１５００度の温度に誘導的に加熱可能で
、且つこれらの温度で熱的に安定的な材料から形成され
る。

【００２６】レイヤー１３２を形成するのに適正な材料
は金属導電体のレベルにおいて電気的導電性を表すもの
である。レイヤー１３４でのように、レイヤー１３２を
形成するために使用される材料は熱的に安定であって、
しかも摂氏１５００度にまで達する温度においてガスが
発生してはならない。レイヤー１３２を形成するために
使用される好適材料は約２から２００μΩ−ｃｍの固有
抵抗（体積）、望ましくは約２から７μΩ−ｃｍの固有
抵抗（体積）を有する。レイヤー１３２がそれから形成
される好適材料は耐火性金属である。特に好適なものは
モリブデン、タングステン、タンタル、ニオーブである
。最適金属はモリブデンである。広義において、レイヤ
ー１３２は本発明により提供されるように等電位面を提
供するために十分な導電性を有する材料から形成される
。

【００２７】ここでレイヤー１３２とレイヤー１３４は
単一本体１２４として形成され、レイヤー１３４は通常
の鋳造又はコーテイング技術により適用されるレイヤー
１３２で実行されても良い。単一本体として、レイヤー
１３２とレイヤー１３４に使用された材料は高温での運
転中の応力破壊の発生を防止するために等しい熱的膨張
率を有するものでなければならないことが理解されよう
。レイヤー１３２がレイヤー１３４上の独立プレートで
ある場合にはこれは重要なことではない。この交代的形
態において、即ち、レイヤー１３２が独立プレートであ
る場合、クランプなどの機械的手段がレイヤー１３２を
レイヤー１３４に取付けるのに適切である。

【００２８】複合サセプター１２０の寸法は化学的気相
体積装置２４の対応する構造的限界に準拠し、そして本
発明の動作特性を実行しなければならないことを除いて
は重要ではない。キャビテイー１２８は何回かの機械加
工工程により形成されても良い。ボアー１３６と凹所１
４０は適切な穴開け工程により同時に形成されても良い
。一例として、本体１２４は、直径が約１／２”から約
６”、深さが約１／２”から約４”のキャビテイー１２
８を有する直径が約１”から約８”で、高さが約１”か
ら約５”を有する。ボアー１３６は約１／８”から約１
／２”の直径を有しても良い。レイヤー１３２は約１／
１６”から約１／２”の厚みを、最も好適には約１／１
６”から約３／１６の厚みを有しても良い。凹所はレイ
ヤー１３２内に約１／３２”から約３／３２”に延長し
ても良い。

【００２９】複合サセプター１２０の交代的形態を説明
する前に、本発明の動作が図１と図４と関連させて説明
される。プラズマ雲１７０が前述の方法で形成されるが
、基板上のプラズマ雲１７０の形状は本発明の複合サセ
プターで制御される。もっと特定的には、プラズマ雲１
７０の形状は温度プローブ１０８の金属カバー１１０を
介して共通接地に関して約−５００ボルトから約＋１０
００ボルトのバイアス電位をレイヤー１３２に適用する
ことにより制御される。これはバイアスソース１１４に
より達成される。金属カバー１１０はレイヤー１３２と
電気的接触している、即ち、温度プローブ１０８の先端
は凹所１４０においてレイヤー１３２と接触しているの
で、レイヤー１３２の電位は金属カバー１１０の電位に
まで上昇される。金属カバー１１０は好適にはレイヤー
１３２以外の他のすべての構成から電気的に隔離されて
いることを理解することは重要である。前述のように、
レイヤー１３２はレイヤー１３４よりも低い電気抵抗を
有する。レイヤー１３２はその主表面１６２を横切る等
電位にある。故に、レイヤー１３２はプラズマ雲１７０
下に等電位面を形成する。

【００３０】プラズマ雲１７０は荷電材料を含有すると
いう事実のために、プラズマ雲１７０の形状がレイヤー
１３２のバイアス電位を調整することにより制御可能で
ある。換言すれば、レイヤー１３２をバイアスする（負
バイアス又は正バイアスのいずれか）ことにより生成さ
れる等電位電界とプラズマ雲１７０内の荷電材料間の相
互作用はプラズマ雲１７０の形状の変化をもたらす。少
なくともプラズマ雲１７０に関して、チャンバー４４は
この等電位面において、且つそれにより効率的に終端さ
れることが理解されよう。本発明の発明者は、プラズマ
形状のこのコントロールが堆積の厚みの変異を変更出来
る手段を提供することを発見した。

【００３１】より特定的に、約０から約−５００ボルト
の負の電気的バイアス（もし指示がなければ、共通接地
に関する全電圧）をレイヤー１３２に適用することによ
り、プラズマ雲１７０は楕円の主軸に沿って拡散又は拡
張する。接地電位におけるレイヤー１３２での動作が特
に望ましい。プラズマの形状の変化は図３の基板１７２
上に見られる堆積１７１の均等性を非常に向上させるこ
とが発見されている。故に、プラズマ雲１７０の形状を
電気的に操作することにより、堆積率は堆積１７１のエ
ーリアにおいてより均等になる。

【００３２】交代的に、約０から約１０００ボルト（接
地に関して）の正の電気的バイアスをレイヤー１３２に
適用することにより、プラズマ雲１７０はレイヤー１３
２から反発され、そしてチャンバー４４内上方へ移動す
る。この現象はまた堆積率、および堆積１７１の特性の
変化をもたらす。

【００３３】本発明の他の形態、そして図５と図６にお
いて、レイヤー１３２は導電材料２１２の中央デイスク
周りに組み込まれた又は同心円配置の導電材料２００、
２０４、２０８のリングとして分割されている。リング
を相互に、且つリング２０８をデイスク２１２から分離
して、領域２１６、２２０、そして２２４としてここに
示された絶縁リングがその間に介在する。このように、
レイヤー１３２の電気的導電領域は絶縁領域の作用によ
り電気的に互いに隔離されている。各導電領域は独立リ
ード線２２８、２３２、２３６を通じて電気的にバイア
スされている。ボアー１２８内を通過するリード線２４
０が示されている。独立マイクロプローブが他のリード
線２２８、２３２、そして２３６のそれぞれに対して領
域１３４を通じて形成されている。このように、主表面
１６８の面の電位が放射状に等級化されるように、独立
電位を各導電領域内に確立することが出来る。例えば、
プラズマ雲１７０の中央を上昇させ、そして主軸Ｘに沿
ってプラズマ雲を拡散させるために、共通接地に関して
約０から約１０００ボルトの正電圧がデイスク２１２に
適用され、プラズマ雲１７０の部分を基板１７２上の僅
か上方に近接させる。同時に、約０から約−５００ボル
ト、望ましくは約−１０から約−３５０ボルトの負電圧
が導電性リング２００に適用され、プラズマ雲１７０の
エッジ部を基板１７２に向かって引き下げる。約０から
約−２５０ボルト、望ましくは約−５から約−２００ボ
ルトの中間の負電圧がリング２０４に適用され、そして
リング２０８は約＋２００から約−１００ボルトにバイ
アスされる。故に、主表面１６８の面は中央における正
電圧と周辺放射状に向かって、即ち、リング２００に向
かって増加する負電圧とで等級付けられことが理解され
よう。これはプラズマ１７０の下部表面を平坦にするの
で、主要表面１６８に対して等距離で、平行となり、故
に、基板１７２から実質的に等距離となる。これは均等
な厚みの堆積を順に生成する均等な堆積をもたらす。材
料の独立リングは通常の形成技術を使用して製造可能で
ある。

【００３４】電気的に孤立した領域ヘ独立電位を適用す
ることの概念は図６に示された複合サセプター１２０の
平面図である図５に示されている。この等級付けられた
電位図はプラズマ形状に関するコントロールを提供する
。

【００３５】本発明の他の形態、そして図７、図８、そ
して図９において、レイヤー１３２の説明に関連して説
明された耐火性金属などの導電性材料のリングはサセプ
ター本体１２４の主表面１６８上に提供されている。故
に、サセプターアッセンブリー３２０はレイヤー１３２
の外形と等しい内径を有するサセプターリング３２２を
包含する。寸法はそれほど重要ではないが、ある好適形
態においては、リング壁の厚みは約０．００１”から約
０．１”で、リングの高さは約０．００１”から約３”
である。リング３２２はリング３２２から電気的に絶縁
されている支持３４４により支えられている。例えば、
セラミック材料で支持３４４を形成されても良い。支持
３４４は適切な取付け手段により化学的気相堆積装置２
４のハウジング２８の内壁３６に結合されても良い。リ
ング３２２はサセプター本体１２４上の中心に配置され
、そのリング３２２の底部は望ましくは主表面から約−
１／２”から約１”に位置される。リング３２２の内径
は一般的に図７に示されるようにレイヤー１３２の外径
よりも大きい。

【００３６】リング１６８はプラズマ雲１７０の形状を
電気的に制御するために単独で使用されるか、またはサ
セプター本体１２４と組み合わせて使用される。リング
３２２はリード線３４８を介して雷圧バイアスソースに
より電気的にバイアスされる。動作時、リング３２２は
プラズマ雲１７０（つまり、図３に示されるプラズマ雲
１７０）の主軸Ｘと同一面上にある。リング３２２に負
バイアスを適用することにより、プラズマ雲１７０の周
辺は外部方向３６０度に引かれ、プラズマは拡散されて
、平坦にされる。この技術は本体１２４の導電レイヤー
１３２により提供されるプラズマコントロールと組み合
わされる。もっと特定的に、図８において、リング３２
２は導電材料３２２の中央デイスク、絶縁体３２８の中
間リング、そして導電材料３２４の外部リングを有する
分割導電レイヤー１３２上に提供される。図５で示され
た装置の説明で述べられたように、デイスク３２２はプ
ラズマ雲の中間を引き出すためにバイアスされ、しかも
第二バイアスがプラズマ雲の周辺を引き下ろすために外
部リング３２４に適用される。同時に、プラズマはリン
グ３２２上に約０から−５００ボルトの電圧を適用する
ことにより拡散される。（中央デイスクをバイアスする
ために熱電対包被を使用するよりもむしろ独立リード線
３３６、３４０が提供されることに留意すること、これ
は本発明の単なる交代的構成である。）

【００３７】図
１０において、なお本発明の他の形態において、レイヤ
ー１３２は絶縁体１３３の挿入レイヤーによりレイヤー
又は領域１３４から電気的に隔離されている。この構成
、つまり、絶縁材料の挿入レイヤーはまたここで説明さ
れる他のサセプター本体構成に適切であるか、あるいは
より望ましいものであろう。レイヤー１３３を形成する
のに使用する適切な絶縁体の性質は当業者により理解さ
れよう、そして特に望まれるのはセラミック材料である
。この方法でレイヤー１３４から電気的にレイヤー１３
２を隔離することにより、レイヤー１３２の電位におけ
る領域１３４の影響は除去される。

【００３８】同様に、図１１に関連して、本発明の他の
形態において、レイヤー１３２上に配置された絶縁体１
３７のレイヤーが示されている。絶縁レイヤー１３７は
主表面１６８上に突き当たるマイクロウエーブの位相を
シフトする材料から形成される。レイヤー１３２をバイ
アスすることにより現われる等電位面と主表面１６８上
に入射するマイクロエネルギーとの間の特定相互作用は
堆積プロセスの前後関係において完全に理解されるもの
ではないが、そのような相互作用が実際に生じることは
理解されよう。このような方法で移相材料１３７のレイ
ヤーを利用することにより、この相互作用はある程度制
御可能となる。例えば、レイヤー１３７として示される
約０．００５”から約１／２”の厚みのシリコンのレイ
ヤーは、レイヤー１３２が約０から−５００ボルトでバ
イアスされている場合、プラズマ１７０の形状をかなり
変化させる。レイヤー１３７を形成するのに適切な他の
材料はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ３、そしてＴｉ
Ｏ２である。レイヤー１３７は図１１に示されるように
レイヤー１３２よりも小さいか、又は完全にそれをカバ
ーするものであっても良く、そして通常約１／１６”か
ら約３／８”、望ましくは約１／８”から約３／８”の
厚みを有する。

【００３９】次例は本発明の方法の実施をより完全に説
明し、そして均等な厚みの仕上げを提供するのに本発明
の有用性を説明するために提供される。この例は添付の
クレームで示されたように本発明の範囲を如何なる場合
においても限定するものではない。

【００４０】例）　　図１で示された化学的気相堆積（
ＣＶＤ）装置において、ダイアモンドのフィルムが標準
４”シリコンウエハー上の堆積として形成された。９９
０ＳＣＣＭ水素と１０ＳＣＣＭメタンから構成されるガ
ス供給材料が２０トルの圧力においてＣＶＤチャンバー
内に導入された。ガスプラズマは２．４５ＧＨｚの周波
数におけるマイクロウエーブ放射により形成された。多
結晶グラファイトブロック上に配置されたモリブデンの
上部導電レイヤーを有する本発明に従う複合サセプター
が利用された。熱電対により測定された時、導電レイヤ
ーは約摂氏９００度の温度にまで上昇された。モリブデ
ン導電レイヤーは接地されていた（０ボルト）。ダイア
モンドのレイヤーはこのような方法で、５から６ミクロ
ンの間の最大厚みを有するように堆積された。堆積の均
等性はＴＥＮＣＯＲＴＭＰ−１膜厚計を使用して測定さ
れたように図１２に示されている。

【００４１】このように、本発明に従って提供された方
法や装置は上記の目的や長所を完全に満たすことは明白
である。本発明はその特定の形態に関連して説明されて
いるが、数多くの代替、変形、そして変更が前記の説明
に照らして当業者には明白となろう。その結果、添付の
クレームの精神や範囲を逸脱しないそのような代替、変
形、そして変更のすべてを包含するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による化学的気相堆積装置の側立面図で
あり、装置の部分は横断面で示され、他の部分は機能的
ブロックとして示されている。

【図２】サセプターキャビテイーを露出させるために本
体壁の部分を切り取って示された本発明による複合サセ
プターの射視図である。

【図３】ある形態における本発明の複合サセプターの平
面図である。

【図４】基板やプラズマ雲も示された、ある形態におけ
る本発明のサセプターの線４−４に沿った側立面横断面
図である。

【図５】分割導電レイヤーを有する本発明による複合サ
セプターを示す。

【図６】図５に示された複合サセプターの線６−６に沿
った側立面横断面図である。

【図７】サセプター本体上に配置された導電性リングを
有する複合サセプターアッセンブリーの平面図である。

【図８】線８−８に沿った横断面における図７の複合サ
セプターアッセンブリーである。

【図９】図７に示されたサセプターの射視図である。

【図１０】絶縁レイヤーが導電レイヤーの下に配置され
ている本発明による複合サセプターの側立面図が横断面
で示されている。

【図１１】移相材料のレイヤーが導電レイヤー上に配置
されている本発明による複合サセプターの側立面図の横
断面が示されている。

【図１２】本発明により実行されたダイアモンド堆積の
均等性を示すグラフ。

【符号の説明】

２４化学的気相堆積装置２８ハウジング３２外部チューブ３６内部チューブ４０冷却剤包被４４チャンバー４８キャップアッセンブリー５２ベースプレートアッセンブリー５４スリーブ５６取り出し口６０ポンプポート６８補助ポート７２冷却剤貯蔵器７６冷却剤インレットポート８０冷却剤アウトレットポート８４冷却剤貯蔵器８８伸縮可能基板支持アッセンブリー９２支持シャフト９４プレート９６中空セラミックサセプター支持１００キャビテイー１０４誘導コイルアッセンブリー１０６コイル１０８温度プローブまたは熱電対１１０金属カバー１１２バイアス電圧ソース１１４バイアス電圧ソース１１８キャップ１２０複合サセプター１２４本体１２８キャビテイー１３２導電レイヤー１３４領域またはレイヤー１４０温度プローブ受け凹所１４８ステンレススチールスリーブ１５２上部領域１５８下部領域１６０ダークスペースシールド１６２主表面１６４マイクロウエーブウインドー１６８マイクロウエーブジェネレータ１７０凝縮プラズマ又はプラズマ雲１７１堆積１７６ガスソース１８０観察ポート（１８４）２００導電材料のリング（２０４、２０８）２１２導電
材料の中央デイスク２１６絶縁体のリング（２２０、２２４）２２８リード
線（２３２、２３６、２４０、３３６、３４０、３４８
）３２０サセプターアッセンブリー３２２サセプターリング３３２中央デイスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　複合サセプターにおいて、材料がサセ
プター本体に近接の基板上に堆積されるタイプの堆積装
置で使用するための前記サセプター本体から構成され、
前記サセプター本体は第一選択材料の第一領域を有し、
前記第一領域は第一所定電気抵抗を有し、前記サセプタ
ー本体は第二選択材料の第二領域を有し、前記第二領域
は第二所定電気抵抗を有し、そして前記第一所定電気抵
抗は前記第二所定電気抵抗よりも小さいことを特徴とす
る複合サセプター。
【請求項２】　　前記第一領域の電位を制御するための
手段をさらに包含することを特徴とする請求項１記載の
複合サセプター。
【請求項３】　　前記第二領域は加熱手段を受けるため
のキャビテイーを定義することを特徴とする請求項１記
載の複合サセプター。
【請求項４】　　前記第一領域は耐火性金属であること
を特徴とする請求項１記載の複合サセプター。
【請求項５】　　前記第一選択材料はモリブデン、タン
グステン、タンタル、ニオーブ、そしてそれらの組み合
わせからなる族から選択された耐火性金属であることを
特徴とする請求項１記載の複合サセプター。
【請求項６】　　前記第二選択材料は摂氏１００度から
１５００度の温度にまで誘導的に加熱され、そして前記
温度において熱的に安定であることを特徴とする請求項
１記載の複合サセプター。
【請求項７】　　前記第二選択材料は多結晶グラファイ
トや添加等軸晶窒化ホウ素からなる族から選択されるこ
とを特徴とする請求項１記載の複合サセプター。
【請求項８】　　前記第一選択材料は約２から約２００
μΩ−ｃｍの固有抵抗を有することを特徴とする請求項
１記載の複合サセプター。
【請求項９】　　前記第二選択材料は約２から約２００
μΩ−ｃｍの固有抵抗を有することを特徴とする請求項
１記載の複合サセプター。
【請求項１０】　　複合サセプターに接触している基板
上に材料が堆積されるタイプの堆積装置で使用するため
の前記複合サセプターにおいて、基板がその上で受けら
れる主表面を有する複合サセプターから構成され、前記
サセプター本体は前記主表面において第一材料の領域を
包含し、前記第一領域は第一電気抵抗を有し、前記サセ
プター本体は前記第一材料の前記領域に近接する第二材
料の領域をさらに包含し、前記第二領域は第二電気抵抗
を有し、そして前記第二領域の電気抵抗は前記第一領域
の電気抵抗よりも大きいことを特徴とする複合サセプタ
ー。
【請求項１１】　　第一と第二領域間に配置された絶縁
体のレイヤーをさらに包含することを特徴とする請求項
１０記載の発明。
【請求項１２】　　前記主表面における前記第一領域上
に配置された移相材料のレイヤーをさらに包含すること
を特徴とする請求項１０記載の発明。
【請求項１３】　　前記主表面から間隔が設けられた材
料のリングをさらに包含し、前記リングは前記第二領域
のものよりも小さい電気抵抗を有することを特徴とする
請求項１０記載の発明。
【請求項１４】　　前記主表面から間隔が設けられた材
料のリングをさらに包含し、前記リングは前記第二領域
のものよりも小さい電気抵抗を有することを特徴とする
請求項１２記載の発明。
【請求項１５】　　前記第一と第二領域間に配置された
絶縁体のレイヤーをさらに包含することを特徴とする請
求項１３記載の発明。
【請求項１６】　　前記第一と第二領域間に配置された
絶縁体のレイヤーをさらに包含することを特徴とする請
求項１２記載の発明。
【請求項１７】　　複合サセプターにおいて、材料の第
一領域を有する複合サセプター本体から構成され、材料
の前記第一領域は主表面を有し、前記複合サセプター本
体は材料の前記第一領域の下に横たわる材料の第一領域
を有し、材料の前記第二領域は材料の前記第一領域より
も高い電気的導電性を有し、材料の前記第一領域は前記
第一材料のサブ領域を包含し、そして前記サブ領域は互
いに電気的に十分に隔離されていることを特徴とする複
合サセプター。
【請求項１８】　　材料の前記第一と第二領域間に配置
された絶縁体のレイヤーをさらに包含することを特徴と
する請求項１７記載の発明。
【請求項１９】　　前記主表面における材料の前記第一
領域上に配置された移相材料のレイヤーをさらに包含す
ることを特徴とする請求項１７記載の発明。
【請求項２０】　　前記主表面から間隔が設けられた材
料のリングをさらに包含し、前記リングは材料の前記第
二領域のものよりも小さい電気抵抗を有することを特徴
とする請求項１７記載の発明。
【請求項２１】　　前記主表面から間隔が設けられた材
料のリングをさらに包含し、前記リングは材料の前記第
二領域のものよりも小さい電気抵抗を有することを特徴
とする請求項１９記載の発明。
【請求項２２】　　材料の前記第一と第二領域間に配置
された絶縁体のレイヤーをさらに包含することを特徴と
する請求項２０記載の発明。
【請求項２３】　　材料の前記第一と第二領域間に配置
された絶縁体のレイヤーをさらに包含することを特徴と
する請求項１９記載の発明。
【請求項２４】　　材料の前記第一領域がそれから形成
される材料は約２から約２００μΩ−ｃｍの固有抵抗を
有することを特徴とする請求項１９記載の複合サセプタ
ー。
【請求項２５】　　材料の前記第二領域がそれから形成
される材料は約５０から約５０、０００μΩ−ｃｍの固
有抵抗を有することを特徴とする請求項１９記載の複合
サセプター。
【請求項２６】　　複合サセプターを有する化学的気相
堆積装置において、チャンバー、選択ガスを前記チャン
バー内に導入するための手段、前記チャンバー内に配置
されたサセプター、前記サセプターは第一所定電気抵抗
を有する第一領域と第二所定電気抵抗を有する第二領域
とを有し、前記所定電気抵抗は前記第二所定電気抵抗よ
りも小さい、前記サセプターを上昇温度にまで加熱する
ための手段、ガスプラズマを発生するための手段から構
成されることを特徴とする化学的気相堆積装置。
【請求項２７】　　化学的気相堆積装置のチャンバー内
で化学的気相堆積により基板上に材料の堆積を形成する
方法において、荷電材料を有するガス状供給材料から材
料がその上に堆積される基板を加熱するための手段を提
供するステップ、前記加熱手段は二つの明確な領域を有
する材料の本体を包含し、前記領域の一つは前記領域の
前記の他のものよりも低い電気抵抗を有し、前記本体と
前記基板が前記チャンバー内にあり、そして前記本体の
前記領域の前記の一つが前記領域の前記の他のものより
も前記基板に接近するようにチャンバーを有する化学的
気相堆積装置内の基板を前記本体に近接して配置するス
テップ、前記加熱手段で所定温度にまで前記基板を加熱
するステップ、前記ガス状供給材料は前記チャンバー内
に電気的に荷電された材料を包含するという条件の下で
前記チャンバー内にガス状供給材料を導入するステップ
、前記ガス状供給材料の一部分は前記基板に近接するエ
ーリアに流れ、前記ガス状材料の前記の荷電された材料
と相互作用するように電気的バイアス手段で前記本体の
前記領域を電気的にバイアスするステップ、そして前記
ガス状材料から析出する前記基板状の材料の堆積の形成
を促進する条件の下で前記ガス状供給材料と前記基板を
接触させるステップから構成されることを特徴とする方
法。
【請求項２８】　　前記加熱手段は誘導コイルであるこ
とを特徴とする請求項３記載の発明。