DE3877875T2

DE3877875T2 - Bestandteil zum erzeugen von halbleitergeraeten und verfahren zu dessen herstellung.

Info

Publication number: DE3877875T2
Application number: DE8888114166T
Authority: DE
Inventors: Takashi C O Oguni Plant O Ohto; Makoto C O Oguni Plant O Satoh; Takashi C O Oguni Plant Tanaka
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1987-09-01
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2008-09-01
Also published as: EP0308695A2; JP2548949B2; EP0308695A3; JPS6461376A; DE3877875D1; EP0308695B1; US4987016A

Description

Die Erfindung betrifft ein Element zur Verwendung bei der Bearbeitung von Halbleitervorrichtungen und ein Verfahren zur Herstellung des Elements und insbesondere ein Element wie ein Prozeßrohr oder ein Boot zum Aufnehmen und Tragen von Plättchen (Wafer) in einem Diffusions- oder CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahren.
In der Vergangenheit wurden Elemente zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen hauptsächlich aus einem Siliciumcarbidmaterial (SiC) hergestellt.
Aus Siliciumcarbid hergestellte Elemente zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen weisen eine ausgezeichnete Festigkeit auf, besitzen aber auch eine Menge Verunreinigungen im Vergleich zu Elementen aus Quarz oder Silicatglas (mehr als zehnmal so viele)
Aus solchem Siliciumcarbidmaterial hergestellte Elemente weisen eine hohe Porosität und eine geringe Dichtungscharakteristik auf, so daß, wenn Halbleiter hergestellt werden, die innen in den Elementen enthaltenen Verunreinigungen die Halbleitervorrichtungen kontaminieren. Von den Verunreinigungen können Alkali oder dergleichen durch eine Behandlung mit HF- HNO&sub3; wirksam entfernt werden, es ist aber sehr schwierig, Schwermetalle wie Fe zu entfernen. Wie bekannt ist, kontaminieren solche Verunreinigungen Halbleitervorrichtungen bei der Herstellung. Insbesondere ist ein Element, wie ein Boot (Schiffchen), mit dem die Halbleiterplättchen in direkten Kontakt kommen, geeignet, Elemente durch Diffusion von Verunreinigungen in hohem Maße zu kontaminieren.
Um solche Unzulänglichkeiten zu lösen, wurden verschiedene Verbesserungen vorgenommen. Zum Beispiel wird, wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-45154 offenbart, ein feuerfestes Material vorgeschlagen, das eine Verbundmaterialschicht besitzt, die auf einem hitzebeständigen Körper, wie einem Siliciumcarbidkörper durch ein Chemical-Vapour-Deposition-Verfahren gebildet ist. Zum Beispiel wird eine solche Verbundmaterialschicht aus zahlreichen Abscheidungsschichten gebildet, die Kombinationen einer Siliciumcarbidschicht und einer Siliciumnitridschicht sind.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 62-122212 schlägt ebenfalls ein Element für Halbleitervorrichtungen vor, das eine Siliciumoxidschicht (SiO&sub2;) mit einer Dicke von 20 bis 100 000 Å auf einer Oberfläche eines hochreinen Si-SiC-Körpers aufweist.
Bei den zur Lösung der obigen Unzulänglichkeiten vorgeschlagenen üblichen Verfahren, wird jedoch die Forderung nach Vermeidung der Kontamination und Schaffung einer hochfesten Schutzschicht nicht erfüllt. Insbesondere weist das in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 62-122212 beschriebene Element keine feste Oberfläche auf, weil die Oberfläche aus einer Siliciumoxidschicht gebildet ist. Die Siliciumoxidschicht ist wegen ihrer großen Dicke auch anfällig für Ablösung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Element zur Verwendung bei der Bearbeitung von Halbleitervorrichtungen zur Verfügung zu stellen, bei dem Diffusion von Verunreinigungen wirksam verhindert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung des Elements zu schaffen.
Um die obige und weitere Aufgaben zu erfüllen, umfaßt die vorliegende Erfindung ein Element zur Verwendung bei der Bearbeitung von Halbleitervorrichtungen umfassend einen Elementkörper aus Siliciumcarbidmaterial (SiC), eine auf einer Oberfläche des Elementkörpers gebildete Siliciumoxidschicht (SiO&sub2;) mit einer Dicke von 0,1 bis 5 Mikron und eine auf der Siliciumoxidschicht gebildete CVD-Beschichtung aus Siliciumcarbid (SiC) mit einer Dicke von 50 bis 1000 Mikron (µm).
In der vorliegenden Erfindung bedeutet "Siliciumcarbidmaterial" Material wie Siliciumcarbid (SiC) oder Siliciumcarbid- Silicium (SiC-Si).
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Siliciumoxidschicht mit der CVD-Beschichtung aus Siliciumcarbid kombiniert, um Diffusionsverunreinigungen zu vermeiden.
Weil die Oberfläche des Elements aus Siliciumcarbid besteht, ist sie fester als die des Elements in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-122212. Weil die Siliciumoxidschicht dünner ist als die des Elements der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-122212, ist auch ein Ablösen der Siliciumoxidschicht bedingt durch einen Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten nicht wahrscheinlich.
Wenn die Dicke der Siliciumoxidschicht geringer ist als 0,1 Mikron, kann die Schicht keine Verunreinigungen einschließen, was ausreicht, um eine Diffusion der Verunreinigungen wirksam zu vermeiden. Wenn die Dicke der Siliciumoxidschicht größer ist als 5 Mikron, neigt die Siliciumoxidschicht zur Rißbildung, wenn Halbleitervorrichtungen hergestellt werden. Wenn die Siliciumoxidschicht reißt, verringern sich die Wirkungen der Diffusionsvermeidung drastisch. Bevorzugt liegt die Dicke der Siliciumoxidschicht im Bereich von 1 bis 3 Mikron.
Die CVD-Beschichtung aus Siliciumcarbid funktioniert so, daß eine Diffusion von Verunreinigungen und Ausscheidung von Silicium aus dem Element reduziert ist. Wenn die CVD-Beschichtung eine Dicke von weniger als 50 Nikron aufweist, kann sie nicht in dieser Weise funktionieren. Wenn diese Schicht eine Dicke von mehr als 1000 Mikron aufweist, neigt sie bei Gebrauch zu Rißbildung.
Die Oberfläche des Elementkörpers kann einer Oxidationsbehandlung zur Bildung der Siliciumoxidschicht unterzogen werden. Die Temperatur der Oxidationsbehandlung zur Bildung der Siliciumoxidschicht kann im Bereich zwischen 800 ºC und 1400 ºC liegen, bevorzugt zwischen 1000 ºC und 1300 ºC, um eine dichte Schicht zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Element ist insbesondere für ein Prozeßrohr geeignet, das zur Diffusions- und CVD-Behandlung von Wafern verwendet wird und für ein Boot (Schiffchen), das zum Tragen der Plättchen verwendet wird.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Prozeßrohrs einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, teilweise geschnitten, um die innere Konstruktion zu zeigen.
Fig. 2(A) zeigt eine perspektivische Ansicht eines Boots einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 2(B) zeigt eine Längsschnittansicht des Boots von Fig. 2(A).
Fig. 3 zeigt eine stark vergrößerte, teilweise Querschnittsansicht eines Teils des Boots der Figuren 2(A) und 2(B), wobei die Anordnung eines Elementkörpers, einer Siliciumoxidschicht und einer Beschichtung aus Siliciumcarbid gezeigt sind.
Fig. 4 ist ein Schaubild, das Charakteristiken eines Elements zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen gemäß der Erfindung zeigt. In Fig. 4 bezeichnet Linie 1 eine Beziehung zwischen der Dicke der Siliciumoxidschicht des Elements und dem Gehalt an Fe in unter Verwendung des Elements hergestellten Halbleitervorrichtungen. Linie 2 bezeichnet eine Beziehung zwischen der Dicke der Siliciumoxidschicht des Elements und der Lebensdauer der unter Verwendung des Elements hergestellten Halbleitervorrichtungen.
Figur 1 zeigt ein Prozeßrohr 22, das eine erste Ausführungsform eines Boots 20 zur Aufnahme von zu bearbeitenden Plättchen enthält. Die Gestaltungen des Boots 20 und des Prozeßrohrs 22 sind üblich, wobei die Materialzusammensetzung dieser Elemente die Basis der vorliegenden Erfindung umfaßt, wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich wird.
Die Figuren 2(A) und 2(B) zeigen eine zweite Ausführungsform eines Boots 32 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Boot 32 hält zu bearbeitende Halbleiterwafer 30 in üblicher Weise. Die Gestaltung des Boots 32 ist ebenfalls üblich.
Aus den Figuren 2(A) und 2(B) wird ersichtlich, daß das Boot 32 eine Vielzahl von Trägerfingern 34 aufweist, die die Wafer 30 eigentlich tragen und am Platz halten. Fig. 3 zeigt einen stark vergrößerten Querschnitt eines der Trägerfinger, um den materiellen Aufbau dieses Elements deutlich zu machen. Es versteht sich, daß die Struktur von Fig. 3 ein Beispiel der Konstruktion der Boote 20, 32 und des Prozeßrohrs 22 darstellt. In dieser Figur ist zu sehen, daß das abgebildete Element einen Elementkörper 10 umfaßt, der bevorzugt aus Siliciumcarbidmaterial hergestellt ist. Eine Siliciumoxidschicht 12 ist über dem Elementkörper 10 gebildet und eine hochreine Siliciumcarbidschicht 14 ist über der Siliciumoxidschicht 12 gebildet. Es sollte wiederum verständlich sein, daß das ganze Boot 32 auf diese Weise gebildet ist, wie auch das Boot 20 und das Prozeßrohr 22.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Siliciumoxidschicht 12 auf der Oberfläche des aus Siliciumcarbidmaterial bestehenden Elementkörpers 10 eine erhöhte Dicke aufweist, ist die Diffusion von Verunreinigungen aus dem Elementkörper 10 bei der Bearbeitung von Halbleiterwafern in stärkerem Maße reduziert. In dieser Hinsicht sollte verständlich sein, daß der Elementkörper 10 aus Siliciumcarbidmaterial selbst nach Reinigungsbehandlung 20 bis 50 ppm Fe als Verunreinigung enthalten kann. Dieses Fe wird in Halbleiterwafern diffundieren, die unter Verwendung des Elements bearbeitet werden, wenn keine Schritte unternommen werden, um diese Diffusion zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die hochreine Siliciumcarbidschicht 14 (zum Beispiel 2 - 3 ppm Fe) auf der Siliciumoxidschicht 12 als eine ausreichend dicke CVD-Beschichtung gebildet (zum Beispiel mit einer Dicke von 600 Mikron). Die CVD-Schicht wirkt als sekundäre Barriere gegen die Diffusion von Fe und verleiht dem Element Festigkeit. Das Fe, das die Siliciumoxidschicht 12 nicht einschließen konnte, wird daran gehindert, durch die CVD-Beschichtung 14 und in einen verwendeten Ofen zu gehen. Insbesondere im Falle eines Elements wie Boot 32, mit dem Halbleitervorrichtungen in direktem Kontakt sind, ist die Reduktion in der Diffusion von Verunreinigungen beachtlich.
Zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung, nicht als Einschränkung, werden die folgenden Beispiele angeführt.

BEISPIEL 1

Ein Bootkörper aus Siliciumcarbid zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen wurde in einem Ofen angeordnet. Während Sauerstoffgas mit 1,4 1/min durch den Ofen strömte, wurde der Bootkörper einer Oxidationsbehandlung bei 1200 ºC für 15 Stunden unterzogen. In der Folge bildete sich eine Siliciumoxidschicht von 1Mikron Dicke auf der Oberfläche des Bootkörpers. Danach wurde eine CVD-Beschichtung aus Siliciumcarbid auf der Oberfläche der Siliciumoxidschicht durch ein CVD-Beschichtungsverfahren, bevorzugt unter Vakuum gebildet.
Die CVD-Schicht wurde gestützt auf das in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 54-90967 of fenbarte Verfahren gebildet. Der Bootkörper wurde vertikal in einer zylindrischen Graphitelektrode angeordnet, die in einer äußeren Schale in abgedichtetem Zustand angeordnet wurde. Silangas wie Kohlenstoff enthaltendes Trichlormethylensilangas wurde in die Elektrode zum unteren Ende des Bootkörpers eingeleitet mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 4 ml/min, während Wasserstoffgas als Trägergas mit 4000 ml/min eingeleitet wurde. Gleichzeitig wurde der Druck um den Bootkörper auf 70 Torr verringert. Dann wurde der Bootkörper durch ein Induktionsheizgerät erwärmt, so daß eine umgesetzte Substanz auf der Oberfläche des Elements gebildet wurde, wodurch sich eine CVD-Beschichtung aus Siliciumcarbid bildete, die eine Dicke von 500 Mikron aufwies.

BEISPIEL 2

Ein Bootkörper aus Siliciumcarbid zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen wurde in einen Ofen eingebracht. Während Sauerstoffgas mit 1,4 l/min darin eingeleitet wurde, wurde der Bootkörper einer Oxidationsbehandlung bei 1200 ºC für 30 Stunden unterzogen. In der Folge bildete sich eine Siliciumoxidschicht von 2 Mikron Dicke auf einer Oberfläche des Bootkörpers. Eine CVD-Beschichtung aus Siliciumcarbid mit einer Dicke von 500 Mikron wurde darauf gebildet wie in Beispiel 1.

BEISPIEL 3

Ein Bootkörper aus Siliciumcarbid zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen wurde in einen Ofen eingebracht. Während Sauerstoffgas mit 1,4 l/min darin eingeleitet wurde, wurde der Bootkörper einer Oxidationsbehandlung bei 1200 ºC für 45 Stunden unterzogen. In der Folge bildete sich eine Siliciumoxidschicht von 3 Mikron Dicke auf einer Oberfläche des Bootkörpers. Außerdem wurde eine CVD-Beschichtung aus Siliciumcarbid mit einer Dicke von 500 Mikron darauf gebildet wie in Beispiel 1.
Es versteht sich aus dem vorhergehenden, daß die Dicke der Siliciumoxidschicht 1 Mikron (Beispiel 1), 2 Mikron (Beispiel 2) oder 3 Mikron (Beispiel 3) beträgt, wenn die Dauer der Oxidationsbehandlung zur Bildung der Siliciumoxidschicht 15 Stunden (Beispiel 1), 30 Stunden (Beispiel 2) bzw. 45 Stunden (Beispiel 3) beträgt.
Wenn Boote mit CVD-Beschichtungen aus Siliciumcarbid gleicher Dicke gebildet auf Siliciumoxidschichten mit wechselnder Dicke von 1 bis 3 µm zur Diffusionsbehandlung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden, ist der Gehalt an Fe in den bearbeiteten Wafern immer geringer als 200 x 10¹&sup5; atom/cm³ wie in Linie 1 in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 zeigt die Ergebnisse für Boote mit siliciumoxidschichtdicken von 1 µm, 2 µm bzw. 3 µm, wobei Linie 1 dazwischen interpoliert wurde. Die Lebensdauer von unter Verwendung dieser Boote bearbeiteten Halbleiterplättchen erhöht sich mit steigender Dauer der Oxidationsbehandlung (und daher der Siliciumoxiddicke), wie in Linie 2 in Fig. 4 dargestellt. Linie 2 zeigt die Lebensdauer der bearbeiteten Wafer für Siliciumoxiddicken auf dem Boot von 1, 2 und 3 µm, wobei Linie 2 dazwischen interpoliert wurde.

Claims

1. Element zur Verwendung bei der Bearbeitung von Halbleitervorrichtungen umfassend:

einen Elementkörper aus einem Siliciumcarbidmaterial; eine auf der Oberfläche des Elementkörpers gebildete Siliciumoxidschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Siliciumoxidschicht eine Dicke von 0,1 bis 5 µm aufweist; und

eine Beschichtung aus Siliciumcarbid mit einer Dicke von 50 bis 1000 µm auf der Siliciumoxidschicht vorgesehen ist.

2. Element nach Anspruch 1, worin die Dicke der Siliciumoxidschicht im Bereich zwischen 1 und 3 µm liegt.

3. Element nach Anspruch 1, worin das Element ein Prozeßrohr zur Diffusions- und CVD-Behandlung von Halbleiterplättchen ist.

4. Element nach Anspruch 1, worin das Element ein Boot zum Tragen von Halbleiterplättchen ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Elements zur Verwendung bei der Bearbeitung von Halbleitervorrichtungen umfassend die Schritte zur Bildung einer Siliciumoxidschicht auf einer Oberfläche eines Elementkörpers aus einem Siliciumcarbidmaterial; dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Siliciumoxidschicht in einer Dicke von 0,1 bis 5 µm gebildet wird und dadurch, daß eine Beschichtung aus Siliciumcarbid mit einer Dicke von 50 bis 1000 µm durch CVD auf der Siliciumoxidschicht gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin die Oberfläche des Elementkörpers einer Oxidationsbehandlung zur Bildung der Siliciumoxidschicht unterzogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Temperatur der Oxidationsbehandlung zur Bildung der Siliciumoxidschicht im Bereich zwischen 800 ºC und 1400 ºC liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Temperatur im Bereich zwischen 1000 und 1300 ºC liegt.