JPH0797559B2 - 厚膜成長のための処理方法 - Google Patents
厚膜成長のための処理方法Info
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- JPH0797559B2 JPH0797559B2 JP5038307A JP3830793A JPH0797559B2 JP H0797559 B2 JPH0797559 B2 JP H0797559B2 JP 5038307 A JP5038307 A JP 5038307A JP 3830793 A JP3830793 A JP 3830793A JP H0797559 B2 JPH0797559 B2 JP H0797559B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
- C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
- C23C16/4587—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially vertically
- C23C16/4588—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially vertically the substrate being rotated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/12—Substrate holders or susceptors
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Description
製作処理におけるエピタキシャル成長に関し、より詳し
くは、約50ミクロン( μm)を超える厚さの厚膜作製に
関する。
思われる問題は、応力によって生起される処理(proces
s )中の半導体ウェーハの破損である。本発明が関与す
るのは、この問題についてである。
リコンを基板とする各種の材料層を、蒸着処理によって
処理チャンバ内で成長させる。通常、初めに半導体のシ
リコンウェーハを、炭化ケイ素で被覆した黒鉛の支持体
( サセプタと呼ばれる) の外側表面に装着する。サセプ
タは、多数の大型ウェーハに適合させた平坦な複数の外
部表面を有し、サセプタ全体を石英製の処理タンク(pr
ocessing jar)内に降下させ、その中に適切なガスを導
入して、シリコンウェーハ上での材料層の形成を実施す
る。膜蒸着の均一性を確保するために、サセプタをその
垂直な軸の周囲に均一速度で回転させる。回転させない
場合には、厚さの形状(profile )が、多数の要因、例
えば処理ガスの入口の相対位置に応じて変動する傾向を
示すであろう。
に、サセプタの回転を停止し、サセプタおよびウェーハ
を冷却し、サセプタを石英製タンクから引き上げ、ウェ
ーハをサセプタから取り外す。50μm を超える膜につ
いては、冷却することにより、曲げ(bending )や破損
(微細割れ(microcracking )と呼ばれることもある)
がいくつかのウェーハに生じる場合がある。本発明の以
前には、このウェーハの損傷という問題を最小限に抑え
たり、または除去する効果的な技術は皆無であった。
くサセプタの露出面上でも発生し、ウェーハ端部とサセ
プタとの最も近い接点との間に結合部(bonds )が発達
し得るという観察結果に本発明は起因するものである。
冷却の際に、熱応力はしばしばウェーハのいくつかに曲
げや破損をもたらす原因になり、この破損はウェーハと
サセプタ間の「ピン留め部位(pinning sites )」の存
在することによって突きとめられていた。
−ハのような素材と、処理中に該素材が支持されるキャ
リアまたはサセプタとの間の機械的に強固な結合部の形
成を防止する方法を提供することを目的とする。
述べると、本発明の方法は、1個以上の素材を回転可能
なキャリアに配置する工程と、該キャリアと該素材を処
理雰囲気中に配置する工程と、該処理雰囲気中の該素材
に材料を蒸着させる処理を開始する工程と、処理の均一
性を目的として該キャリアを回転させる工程と、該キャ
リアの回転速度または回転方向を少なくとも1回急激に
変化させて、素材とキャリアとの間に形成された全ての
結合を破壊する工程とを含む。
間に残存する、いかなる結合をも熱応力の結果として破
壊される、キャリアおよび素材を冷却する工程、およ
び、処理の終了時に、素材に対する破損の危険性は大幅
に軽減されて、該キャリアおよび該素材を処理雰囲気か
ら取り出す工程を更に含んでもよい。
転可能なサセプタの回転速度または回転方向は、処理中
に少なくとも1回、または周期的に急激に変化する。こ
の回転速度の変化または逆転によって、サセプタに支持
されたウェーハは僅かに移動する。この移動によって、
ウェーハとサセプタ間の機械的な結合部は、それらが強
固に発達する前に破壊される。
度または回転方向を急激に変化させる工程は、回転方向
を急激に逆転することによって実現する。
ル処理に対する著しい改良であることが認識されるであ
ろう。サセプタの回転方向を少なくとも1回、又はより
長時間の処理を要する場合には周期的に逆転させること
によって、サセプタとウェーハの間の微細架橋 (micr
obridges)の形成を妨げ、許容され得るウェーハの製品
歩留りを向上させる。本発明の他面および利点は、添付
図面との関連でなされる、より詳細な下記の説明から明
らかになるであろう。
発明は、半導体の処理の際に、厚膜を形成するためのエ
ピタキシャル処理または同様の処理における改良に関す
る。厚さが約50μm を超える厚膜を形成するときに
は、重大な問題が生じる。半導体ウェーハまたは他の素
材は、通常、垂直の筒形容器( バレル) である何らかの
形式のサセプタに取り付けて処理チャンバ内に移送され
なければならない。このバレルを処理チャンバ内に下降
させ、所望の膜を形成させるとき、通常は約2〜10rp
m でゆっくりと回転させて、均一蒸着を確保する。この
場合、ウェーハとサセプタ表面との間には、結合または
微細架橋が形成される。所望の膜が形成されたならば、
サセプタを処理チャンバから取り出す前に、処理の冷却
段階に移す。この冷却段階の間に、熱応力がウェーハの
不要な曲げ及び割れを生起させることがある。より薄い
膜に関しては、微細架橋は機械的に脆弱であって、冷却
の間に破壊され、ウェーハは無傷のままに保たれる。
プタの回転速度または回転方向を少なくとも1回急激に
変化させる。回転速度または回転方向の急激な変化によ
って、ウェーハに付加される僅かな機械的応力は、ウェ
ーハとサセプタ間に作用し、いかなる結合をも破壊する
のに充分である。処理完了時に残存する結合部は、機械
的に脆弱であり、冷却段階の間の熱応力によって破壊さ
れる。
転するように取り付けられた、垂直バレル形式のサセプ
タ( 参照番号10によって示される) を示す。サセプタ
10は、複数のウェーハまたは他の素材を担持するが、
そのうち3個が参照番号14として示されている。ウェ
ーハ14は、主として図2に示されているように、サセ
プタ10の平坦な、略垂直側面に支持されている。各々
のウェーハ14は、サセプタ10の「ポケット」内に保
持される。その一つが参照番号18として示されるサセ
プタの各々の略垂直側面は、各ウェーハ14を締め金で
留めることなく当該側面にもたれるように真の垂直に対
して約2〜3°傾斜させてある。
で、可逆モ−タ20によって駆動される。処理の開始時
に、制御回路は、ある所定時間間隔の間、サセプタモ−
タを一定方向に回転させ、次いで、周期的に、例えば5
〜10分毎に回転方向を逆転させる。各回転の逆転の都
度、ウェーハ14はサセプタポケット内で僅かに移動
し、形成されていた微細架橋は機械的に強固となる前に
破壊される。処理終了時に残存する、どのような結合
も、冷却の際の熱応力によって容易に破壊されるのに充
分なだけ弱く、ウェーハに対する損傷の危険性は大幅に
軽減される。したがって、許容され得るウェーハの製品
歩留りは、回転方向を逆転せずに得られる歩留りよりも
著しく改善される。
おける顕著な改良を意味することが認識されるであろ
う。とりわけ、本発明は、処理中のウェーハと、それら
が担持されるサセプタとの間の結合または微細架橋の形
成を防止する。本発明は、キャリア、例えばサセプタに
支持された素材を覆って材料の厚い層が形成される各種
の雰囲気に適する。対象となる処理には、多様な機構、
例えばエピタキシャル層の蒸着、ポリシリコン層の形
成、または金属層の形成がある。例示を目的として、本
発明の特定の実施態様が記載されているが、本発明の精
神および範囲から逸脱することなしに、各種の変更を加
えてもよい。したがって、本発明は、付記された請求の
範囲による以外に制約されるものではない。
結果を示す。一連の試作品に対する操作 (runs)によ
って、本発明の有用性が示されている。各操作におい
て、複数の5インチ(125mm)のシリコンウェ−ハ
を、約9インチ(225mm)径の垂直バレルサセプタに
装着した。厚いシリコン膜は、サセプタが3−5rpm の
速度で回転している間、当該ウェ−ハ上にエピタキシャ
ル法で蒸着された。全ての場合、温度を該作製操作にお
いて均一にする(equilibrate )為に、ウェ−ハポケッ
ト内のダミ−ウェ−ハ上に5μmのシリコンが予め被覆
されている。シリコンの成長率は1. 5μm/min で、
ウエ−ハ温度は1170℃に保持された。
る1−2時間の間、バレルサセプタは連続して回転して
いた。本発明の例では、バレルサセプタの回転方向は5
分間隔で逆転させた。
ら停止し、それから同一時間をかけて即座に通常の回転
速度で逆回転するステップモ−タにより駆動された。そ
の動き(ramping )は不連続で、幾分、ぎくしゃくして
いたが、ステップモ−タとサセプタ間の磁力結合により
逆回転の振動は減衰した。成長後、当該ウェ−ハは室温
まで冷却された。ウェ−ハの多くは砕け、ばらばらに割
れた。割れたウェ−ハの百分率は、歩留りの尺度として
用いられてきた。 この結果は、以下の表1に示されて
いる。
μmの膜を成長させた。第2の操作では、同様の条件
下、但し、本発明の方法に従ってサセプタを逆転させて
当該膜を成長させた。本発明では、割れ(cracking)が
60%から22%に減少した。第3の操作では、より厚
い、150μmの膜を従来方法に従って成長させた。容
認できずに高い、ウェ−ハの88%が割れた。本発明に
よる逆転は、第4の操作および第5の操作で用いられ、
割れは50%から39%に減少した。大きい6インチ
(150mm)ウェ−ハが用いられたときには、本発明の
有益な効果はさらに大きくなる。この実験は、本発明に
よって著しく割れたウェ−ハの数を減少させ、歩留りを
増加することを示すものである。
るので、素材と素材が支持されるキャリアとの間の強固
な機械的結合が防止される。そのため、ウェ−ハの割れ
が少なくなり、製品の歩留りが向上する。
模式図である。
砕断面図である。
…ウェ−ハの側面、20…可逆モ−タ、22…制御回
路。
Claims (6)
- 【請求項1】 素材と、該素材が支持されるキャリアと
の間に結合部(bonds )が形成されることを防止する方
法であって、 1個以上の素材を回転可能なキャリアに配置する工程
と、該キャリアおよび該素材を処理雰囲気の中に配置す
る工程と、該処理雰囲気の中の該素材に材料を蒸着させ
る処理を開始する工程と、処理の均一性の為に該キャリ
アを回転させる工程と、該キャリアの回転速度または回
転方向を処理中に少なくとも1回急激に変化させて、素
材とキャリアとの間に形成された結合部を破壊して強固
な結合部が形成されることを防止する工程とを含むこと
を特徴とする方法。 - 【請求項2】 該キャリアおよび該素材を冷却し、そこ
で該素材に対する破損の危険性が大幅に軽減されるばか
りか素材とキャリア間に残存する結合部が熱応力により
破壊される工程と、 処理終了時に、該キャリアおよび該素材を処理雰囲気か
ら取り出す工程とを更に含む請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 半導体ウェーハと、該ウェーハが支持さ
れるサセプタとの間に結合部が形成されることを防止す
る方法であって、 1個以上のウェーハを回転可能なサセプタに配置する工
程と、該サセプタおよび該ウェーハを処理チャンバ内に
配置する工程と、該処理チャンバ内の該ウェーハに材料
が蒸着され付随的にサセプタの露出表面に蒸着される処
理を開始する工程と、処理の均一性のために該サセプタ
を回転させる工程と、該サセプタの回転速度または回転
方向を処理中に少なくとも1回急激に変化させてウェー
ハとサセプタ間に形成された結合部を破壊する工程とを
含むことを特徴とする方法。 - 【請求項4】 該サセプタおよび該ウェーハを冷却し、
そこで該ウェーハに対する破損の危険性が大幅に軽減さ
れるばかりかウェーハとサセプタ間に残存する結合部が
熱応力により破壊される工程と、 処理終了時に、該サセプタおよび該ウェーハを処理チャ
ンバから取り出す工程とを更に含む請求項3記載の方
法。 - 【請求項5】 回転方向を逆転させることによって、急
激に変化させる工程を実現する請求項3又は4記載の方
法。 - 【請求項6】 回転方向を逆転させる工程を周期的に行
う請求項5記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/843987 | 1992-02-27 | ||
| US07/843,987 US5298107A (en) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | Processing method for growing thick films |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0797559B2 true JPH0797559B2 (ja) | 1995-10-18 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5038307A Expired - Fee Related JPH0797559B2 (ja) | 1992-02-27 | 1993-02-26 | 厚膜成長のための処理方法 |
Country Status (2)
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-
1993
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