TWI608559B - 晶舟及其製造方法 - Google Patents

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Description

晶舟及其製造方法
本發明係關於一種晶舟(wafer boat)及其製造方法，例如是關於一種在半導體裝置之製程中所使用的直立式低壓CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沉積)裝置中，用以保持矽晶圓(silicon wafer)的晶舟及其製造方法。
在成膜於作為處理對象的矽晶圓之表面的情況下係採用進行化學氣相沉積之成膜的CVD裝置。圖4係顯示習知的直立式低壓CVD裝置30。該CVD裝置30係具備：爐本體31、製程管32，其收容於爐本體31內，且能收容複數個矽晶圓W、以及加熱器(未圖示)，其配置於爐本體31與製程管32之間。製程管32係由高純度石英或碳化矽(SiC)所形成，且能藉由其內部被加熱來維持高溫的狀態。又，製程管32係連接於真空泵浦(未圖示)，且能夠將製程管32的內部減壓至指定氣壓(例如1.3kPa)以下。
在被前述製程管32所覆蓋的基座(base)33之中央部係設置有晶舟支架34，且在該晶舟支架34的上方配置有直立式齒條(rack)狀之晶舟1。在該晶舟1中，複數個矽晶圓W係保持在上下方向隔出指定間隔。又，在晶舟1的側部 係配設有用以將反應氣體導入爐內的氣體導入管35，又設置有已內置用以測量爐內之溫度的熱電偶的熱電偶保護管36。
在如此的直立式低壓CVD裝置30中係在晶舟1保持有複數個矽晶圓W，且收容於爐本體31內。
其次，將爐內減壓至指定壓力(例如1.3kPa以下)，並且加熱至例如600℃至900℃的高溫，且經由氣體導入管35將矽烷(SiH4)等的反應性氣體(原料氣體)與載送氣體(carrier gas)氫(H2)等一起導入爐內，藉此在矽晶圓W的表面進行多晶矽膜或氮化矽(SiN)膜等的形成。
習知的晶舟1係已揭示於例如日本特開2008-277781號公報中。如圖5所示，日本特開2008-277781號公報中所揭示的晶舟1係藉由以下構件所構成：具有比所收納的矽晶圓W更大之外徑的上下一對之頂板3及底板4、以及連結該上下一對之頂板3及底板4的複數根(圖中為三根)支柱2。另外，頂板3及底板4係與矽晶圓W同樣地形成為圓板狀。
又，如圖6所示，在前述支柱2係設置有用以支承矽晶圓W的支承槽2a，且藉此形成有從支柱側面突出的擱板(shelf plate)部2b，該擱板部2b的上表面則成為卡止面2b1。亦即，將矽晶圓W的緣部卡止於複數根支柱2所形成的卡止面2b1，藉此來保持矽晶圓W。
前述晶舟1係由碳化矽質的基材所構成，且在其表面上藉由CVD處理而形成有碳化矽被覆膜。在前述晶舟1 上，藉由前述碳化矽被覆膜，就能抑制雜質從基材內部朝向外方擴散。
可是，在晶舟1上係在對晶圓W施予CVD處理時，不僅晶圓W，就連用以保持該晶圓W的晶舟1亦會沉積處理膜(以下，稱為沉積膜(deposit film))。
然而，藉由CVD處理的製程，就會在已形成於晶舟1之基材表面的碳化矽被覆膜與沉積膜(氮化矽、矽(Si)等)之熱膨脹率上發生差異。為此，有以下的課題：在擱板部2b中，將晶圓W支承於碳化矽被覆膜上時，會使已附著於碳化矽被覆膜上的沉積膜之密接強度(定準功效(anchor effect))不足，且使剝離後的沉積膜變成微粒子(particle)並附著於矽晶圓W。
本發明係基於前面所述的情事之下所開發完成者，其目的在於提供一種晶舟及其製造方法，用以在支承處理對象之晶圓的晶舟中，能獲得形成於基材的碳化矽被覆膜與沉積膜之充分的定準功效，並且可以抑制因沉積膜之剝離所引起的微粒子之發生。
用以解決前述課題所開發完成的本發明之晶舟係一種直立式晶舟，在表面形成有碳化矽被覆膜的碳化矽質基材，具備有複數根支柱以及頂板及底板，該複數根支柱係形成有用以搭載晶圓的擱板部，該頂板及底板係固定前述支柱的上下端部；在前述擱板部的上表面，形成有與前述晶圓的緣部抵接的卡止面；在前述擱板部的下表面中，其表面 粗糙度Ra的大小係從前述擱板部的後部側朝向前部側漸增。
另外，前述擱板部的下表面之表面粗糙度Ra，較佳為1.0μm以上且3.0μm以下。又，前述頂板及底板亦與前述支柱同樣係由碳化矽質基材所構成，且較佳是在前述基材表面形成有碳化矽被覆膜。
依據如此的構成，因在擱板部的下表面施有粗面化處理，故而在保持晶圓並進行熱處理時，會增加沉積膜沉積於前述下表面的沉積量(累積沉積膜的厚度)，藉此能抑制沉積膜剝離。結果，可以進而減少微粒子的產生，且可以抑制微粒子附著於晶圓。
又，在擱板部的下表面，形成為越靠前部側就越粗面化的狀態，藉此就可以形成為容易在習知以來容易發生沉積膜剝離的擱板部之前部側沉積沉積膜的狀態，且可以抑制沉積膜剝離。
又，用以解決前述課題所開發完成的本發明之晶舟的製造方法係一種直立式晶舟的製造方法，該直立式晶舟係在表面形成有碳化矽被覆膜的碳化矽質基材，具備有複數根支柱以及頂板及底板，該複數根支柱係形成有用以搭載晶圓的擱板部，該頂板及底板係固定前述支柱的上下端部；該直立式晶舟的製造方法係包括以下的步驟：對前述擱板部的下表面，施予處理以使其表面粗糙度Ra的大小，從前述擱板部的後部側朝向前部側漸增。
另外，在對前述擱板部的下表面施予粗面化處理的步驟中，較佳是進行使其表面粗糙度Ra成為1.0μm以上且 3.0μm以下的粗面化處理。較佳是進而包括：對前述擱板部的上表面施予平滑化處理的步驟。
依據如此的製造方法，可以獲得前面所述的晶舟。
依據本發明，可以獲得一種晶舟及其製造方法，用以在支承處理對象之晶圓的晶舟中，能獲得形成於基材的碳化矽被覆膜與沉積膜之充分的定準功效，並且可以抑制因沉積膜之剝離所引起的微粒子之發生。
1‧‧‧晶舟
2‧‧‧支柱
2a‧‧‧支承槽
2b‧‧‧擱板部
2b1‧‧‧卡止面
2b2‧‧‧下表面
3‧‧‧頂板
4‧‧‧底板
10‧‧‧碳化矽質基材
11‧‧‧碳化矽被覆膜/碳化矽層
30‧‧‧CVD裝置
31‧‧‧爐本體
32‧‧‧製程管
33‧‧‧基底
34‧‧‧晶舟支架
35‧‧‧氣體導入管
36‧‧‧熱電偶保護管
W‧‧‧晶圓
Ar1‧‧‧前部側的區域
Ar2‧‧‧中央的區域
Ar3‧‧‧最內側(柱側)的區域
圖1係局部放大顯示本發明之晶舟所具備的複數根支柱當中之一根支柱的側視圖。
圖2係圖1的A-A箭頭剖視圖，且顯示擱板部之下面側的示意圖。
圖3A係示意性地顯示本發明的晶舟製程(支柱的形成方法)之剖視圖。
圖3B係接續於圖3A之示意性地顯示晶舟製程(支柱的形成方法)之剖視圖。
圖3C係接續於圖3B之示意性地顯示晶舟製程(支柱的形成方法)之剖視圖。
圖3D係接續於圖3C之示意性地顯示晶舟製程(支柱的形成方法)之剖視圖。
圖4係習知的直立式低壓CVD裝置之剖視圖。
圖5係習知的晶舟之立體圖。
圖6係局部放大習知的晶舟之支柱的側視圖。
以下，基於圖式就本發明的晶舟及其製造方法之實施形態加以說明。另外，本發明的晶舟，與已使用圖5、圖6所說明的習知晶舟，因僅有支承矽晶圓的擱板部之結構不同，故而有關其他的結構部分將省略詳細的說明。
圖1係局部放大顯示本發明之晶舟所具備的複數根支柱當中之一根支柱的側視圖。圖2係圖1的A-A箭頭剖視圖，且顯示擱板部2b之下面側的示意圖。
如圖1(及圖5)所示，支柱2係沿著其長邊方向在內側以指定間隔隔出的方式形成有複數個支承槽2a。又，藉由形成有複數個前述支承槽2a而形成有板狀的擱板部2b。矽晶圓W係使其緣部抵接並支承於分別在複數根支柱2上所形成的前述擱板部2b之卡止面2b1，且保持於晶舟。
各支柱2係使其表面藉由CVD處理而由碳化矽被覆膜所覆蓋，再者，前述擱板部2b的上表面(卡止面2b1)係形成為碳化矽被覆膜已被平滑化的狀態。藉由該平滑化處理，就能在晶圓W抵接於擱板部2b之卡止面2b1時，抑制來自碳化矽被覆膜的微粒子之發生。
另一方面，前述擱板部2b的下表面2b2係形成為已被粗面化的狀態(較佳是表面粗糙度Ra為1.0μm以上且3.0μm以下)。尤其是，該粗面化處理係使其表面粗糙度的大小從擱板部2b的後部側(支柱側)朝向前部側漸增。
藉此，在保持晶圓W並進行熱處理時，沉積膜就容易沉積於前述擱板部2b的下表面2b2(尤其是容易發生沉積 膜剝離的前部側)，且沉積膜厚度會變大，藉此可以抑制造成微粒子之原因的沉積膜剝離。
另外，前述頂板3及底板4亦是與前述支柱2同樣由碳化矽質基材所構成，且較佳是在前述基材表面形成有碳化矽被覆膜，更佳是表面粗糙度Ra被設為1.0μm以上且3.0μm以下。
接著，基於圖3A至圖3D就本發明之晶舟的製造方法加以說明。圖3A至圖3D係示意性地顯示支柱2的製造方法(形成方法)之剖視圖。為了形成支柱2，首先對直棒狀的碳化矽質基材10，沿著其長邊方向並使用旋轉切削具並行地施予複數個槽加工。藉此形成有如圖3A所示之具有複數個支承槽2a的支柱。又，藉由該支承槽2a而形成有朝向水平方向突出的板狀之擱板部2b，而該擱板部2b的上表面則成為卡止面2b1。
其次，如圖3B所示，對前述碳化矽質基材10，在1100℃下進行化學氣相沉積法(CVD)的處理15小時。藉由該CVD處理，在基材表面形成碳化矽層11直至成為指定之膜厚(例如60μm)為止。
其次，如圖3C所示，對表面形成有碳化矽層11的擱板部2b之卡止面2b1，進行拋光加工(polishing)且平滑化。
當完成對前述卡止面2b1之拋光加工時，如圖3D所示，對擱板部2b的下表面2b2進行粗面化處理。具體而言，使用中值直徑(median diameter)(D50)為100μm左右的碳化矽粉，對前述下表面2b2施予噴砂(sand blast)處理。
在此，下表面2b2的表面粗糙度Ra係設為1.0μm以上且3.0μm以下，且形成越靠擱板部2b的前部側(前端側)就使粗糙度Ra變得越大。如此，越靠擱板部2b的前部側(前端側)就加工成表面粗糙度Ra越大，就能夠從支柱2的內側面側(槽部形成側)開始施予噴砂處理。亦即，藉由從支柱2的槽部側開始施予噴砂處理，就能使更多的碳化矽粉碰撞於擱板部2b的前部側(前端側)，且越靠擱板部2b的後部側就越減少碰撞的量。因此，在擱板部2b的下表面2b2可以形成越靠前部側粗面化就越大的狀態。
另外，亦可對CVD處理前的碳化矽質基材中的擱板部2b之下表面2b2施予噴砂處理，並將表面粗糙度Ra形成為0.5μm以上且2.0μm以下，之後進行CVD處理，且將前述下表面2b2的表面粗糙度Ra形成為1.0μm以上且3.0μm以下。
基於實施例進而說明本發明的晶舟及其製造方法。在本實施例中係製造前述實施形態所示的晶舟，且驗證了所獲得的晶舟之性能。
〔實施例1〕
在實施例1中係為了形成支柱，而在碳化矽質基材藉由旋轉切削具來形成用以載置晶圓的複數個支承槽，且在1100℃下進行CVD處理15小時，藉此在表面形成60μm之厚度的碳化矽被覆膜。
其次，對藉由前述支承槽所形成的擱板部之上表面(卡止面)施予拋光加工且平滑化。
進而對擱板部的下表面施予噴砂處理(使用D50：100μm左右的碳化矽粉)，且以在前述下表面越靠前部側就越使粗糙度漸增的方式予以粗面化。藉由該粗面化處理，前述下表面的表面粗糙度Ra(算術平均粗糙度)係在圖2所示的下表面2b2之前部側的區域Ar1形成為2.1μm，在中央的區域Ar2形成為1.5μm，在最內側(柱側)的區域Ar3形成為1.1μm。
又，在酸洗所獲得的支柱之後，進行純水的洗淨，且藉由乾燥來獲得支柱的完成形狀。又，在同樣地形成必要根數的支柱之後，對此等支柱裝配頂板、底板，藉此製成組裝式的直立式晶舟。
再者，藉由所製成的直立式晶舟來支承50片的矽晶圓，且在爐內以750℃進行1小時的熱處理。
在該實施例1中係在熱處理後的矽晶圓中，測量了已附著於表背面的微粒子量(個/晶圓)。
〔實施例2〕
在實施例2中係藉由粗面化處理將擱板部下表面的表面粗糙度Ra(算術平均粗糙度)，在圖2所示的下表面2b2之前部側的區域Ar1形成為3.0μm，在中央的區域Ar2形成為2.0μm，在最內側(柱側)的區域Ar3形成為1.0μm。其他的條件係與實施例1相同。
然後，使用所製成的直立式晶舟，以與實施例1相同的條件進行晶圓的熱處理，且測量了晶圓表背面的微粒子量(個/晶圓)。
〔實施例3〕
在實施例3中係藉由粗面化處理將擱板部下表面的表面粗糙度Ra(算術平均粗糙度)，在圖2所示的下表面2b2之前部側的區域Ar1形成為2.1μm，在中央的區域Ar2形成為1.1μm，在最內側(柱側)的區域Ar3形成為0.5μm。其他的條件係與實施例1相同。
然後，使用所製成的直立式晶舟，以與實施例1相同的條件進行晶圓的熱處理，且測量了晶圓表背面的微粒子量(個/晶圓)。
〔實施例4〕
在實施例4中係藉由粗面化處理將擱板部下表面的表面粗糙度Ra(算術平均粗糙度)，在圖2所示的下表面2b2之前部側的區域Ar1形成為4.0μm，在中央的區域Ar2形成為3.1μm，在最內側(柱側)的區域Ar3形成為2.2μm。其他的條件係與實施例1相同。
然後，使用所製造成的直立式晶舟，以與實施例1相同的條件進行晶圓的熱處理，且測量了晶圓表背面的微粒子量(個/晶圓)。
〔比較例1〕
在比較例1中係為了形成支柱，而在碳化矽質基材藉由旋轉切削具來形成用以載置晶圓的複數個支承槽，且在1100℃下進行CVD處理15小時，藉此在表面形成60μm之厚度的碳化矽被覆膜。
其次，對藉由前述支承槽所形成的擱板部之上表面(卡 止面)施予拋光加工且平滑化。
又，在酸洗所獲得的支柱之後，進行純水的洗淨，且藉由乾燥來獲得支柱的完成形狀。又，在同樣地形成必要根數的支柱之後，對此等支柱裝配頂板、底板，藉此製成組裝式的直立式晶舟。
然後，使用所製成的直立式晶舟，以與實施例1相同的條件進行晶圓的熱處理，且測量了晶圓表背面的微粒子量(個/晶圓)。
將實施例1至4及比較例1的結果顯示於表1。
如表1所示，藉由將擱板部下表面的表面粗糙度Ra 設為1.0μm以上且3.0μm以下的範圍，而確定了：沉積於熱處理後的晶舟之擱板部下表面的沉積量會增加50%以上，且能抑制剝離而可以減低附著於晶圓的微粒子30%以上。
2‧‧‧支柱
2a‧‧‧支承槽
2b‧‧‧擱板部
2b1‧‧‧卡止面
2b2‧‧‧下表面

Claims (6)

  1. 一種直立式晶舟，係在表面形成有碳化矽被覆膜的碳化矽質基材，具備有複數根支柱以及頂板及底板，前述複數根支柱係形成有用以搭載晶圓的擱板部，前述頂板及底板係固定前述支柱的上下端部；在前述擱板部的上表面，形成有與前述晶圓的緣部抵接的卡止面；在前述擱板部的下表面中，其表面粗糙度的大小係從前述擱板部的後部側朝向前部側漸增。
  2. 如請求項1所記載之直立式晶舟，其中前述擱板部的下表面之表面粗糙度為1.0μm以上且3.0μm以下。
  3. 如請求項1或2所記載之直立式晶舟，其中前述頂板及底板係由碳化矽質基材所構成，且在前述基材表面形成有碳化矽被覆膜。
  4. 一種直立式晶舟的製造方法，前述直立式晶舟係在表面形成有碳化矽被覆膜的碳化矽質基材，具備有複數根支柱以及頂板及底板，該複數根支柱係形成有用以搭載晶圓的擱板部，該頂板及底板係固定前述支柱的上下端部；前述直立式晶舟的製造方法係包括以下的步驟：對前述擱板部的下表面施予處理，以使其表面粗糙度的大小從前述擱板部的後部側朝向前部側漸增。
  5. 如請求項4所記載之直立式晶舟的製造方法，其中在對前述擱板部的下表面施予粗面化處理的步驟中，進行使其表面粗糙度成為1.0μm以上且3.0μm以下的粗面化處理。
  6. 如請求項4或5所記載之直立式晶舟的製造方法，進而包括：對前述擱板部的上表面施予平滑化處理的步驟。
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