专利名称：半导体制造用夹具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于半导体制造工序中的CVD装置的夹具及其制造方法。
背景技术：
在DRAM、MPU等超高集成的半导体器件的制造工序中，在半导体晶片的表面上形成作为栅极绝缘膜或电容器的Si3N4或多晶硅等的薄膜是重要的工序之一。在半导体晶片的表面上形成这样的被膜时，通常使用低压CVD装置来进行。该低压CVD装置使用以SiC 等为夹具基材的晶舟等各种夹具。例如，作为以SiC为夹具基材的夹具，主要使用使熔融金属硅(Si)浸渗到在原料 SiC粉末中添加粘结剂后进行成形、煅烧、脱脂而得到的多孔SiC烧成体中以使其空隙完全由Si填充而形成的不透气性夹具。而且，利用SiC被膜等保护膜覆盖该夹具表面，以抑制杂质从夹具内部扩散到外部。在半导体制造工序中，在这种夹具上装载半导体晶片，并利用CVD法在晶片表面上形成Si3N4、多晶硅等的薄膜(以下称为沉积膜)，但此时，沉积膜也不可避免地形成在夹具表面上。表面由SiC被膜等覆盖的夹具存在沉积膜在较早的阶段内从夹具表面剥离而产生颗粒等的问题，因此，需要频繁地利用氢氟酸或氢氟酸-硝酸等对夹具表面进行清洗来除去附着在表面上的沉积膜。因此，为了提高半导体的生产效率、提高产品精度，需要使这些沉积膜难以从夹具表面剥离，因而，以往一直在尝试对夹具表面进行粗糙化而提高沉积膜的粘附力。例如，在下述专利文献I中公开了一种Si浸渗的SiC夹具，其用于半导体制造工序中的低压CVD装置，并且覆盖有利用CVD而形成的SiC被膜，所述SiC夹具的特征在于，该覆盖的SiC被膜的厚度为20 150 μ m，且SiC被膜的平均表面粗糙度Ra为I. 5 5. O μ m。此外，下述专利文献2中公开了一种在半导体制造工序中使用的半导体处理用构件的基体表面上形成有碳化硅膜或者仅由碳化硅膜构成的半导体处理用构件，其特征在于，上述碳化硅膜表面的表面粗糙度在采用表面粗糙度测定仪、使盲区宽度为O. 3μπι且使测定长度为4mm时的波峰计数(Pc)中为150/cm以上，利用X射线光电子能谱法测得的上述碳化硅膜表面的氟元素量为O. 3原子％以下，有机氮量为O. 7原子％以下，烃成分量为29 原子％以下，且有机CO量为4原子％以下。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2000-327459号公报专利文献2 :日本专利第3956291号公报
发明内容
发明所要解决的问题
伴随着近年来半导体器件的图案形成的微细化，可能成为产品缺陷的原因的异物 (颗粒)的尺寸也有微细化的倾向。因此，要求在半导体器件的制造工序中尽量抑制颗粒的产生。然而，即使对表面粗糙度进行了规定，也不能充分确保沉积膜的粘附性，例如，在颗粒控制水平设定为O. I μ m以上时，难以抑制颗粒的产生。因此，本发明的目的在于提供能够有效地防止沉积膜从夹具表面剥离的半导体制造用夹具及其制造方法。用于解决问题的手段本发明提供以下各方式的发明。[I] 一种半导体制造用夹具，用于半导体制造工序中的CVD装置，并且具有夹具基材和形成(覆盖)在夹具基材上的SiC被膜，其中，上述SiC被膜的实际的表面积S2与将上述SiC被膜视为表面没有凹凸的平滑的被膜而计算出的表观上的表面积S I的表面积比(表面积S2/表面积SI)为I. 4 3. 2。[2]如[I]所述的半导体制造用夹具，其中，上述SiC被膜的表面由角锥形SiC微晶覆盖，该SiC微晶的角锥的高度H与角锥的底边的最小长度L的纵横比(高度H/底边的最小长度L)的平均值为O. 5 I. 5。。[3]如[I]或[2]所述的半导体制造用夹具，其中，上述SiC被膜至少含有α型晶体结构，并且在通过X射线衍射测定的峰中，2 Θ =65° 66。的峰强度(1-65° )与2Θ = 59. 5° 60. 5°的范围内的峰强度(1-60° )的比率(1-65° )/(1-60° )为O. I以上，且2 Θ =35° 36。的范围内的峰强度(1-35° )与2Θ =41° 42。的范围内的峰强度(1-41° )及2Θ =65° 66°的峰强度(1-65° )之和的比率{(1-35° )/ [(1-41。) + (1-65° )]}为 50 以上。[4]如[I] [3]中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，覆盖上述SiC被膜的表面的角锥形SiC微晶的底边的最小长度L平均为O. 5 10. O μ m。[5]如[I] [4]中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，上述SiC被膜的厚度为 20 150 μ m。[6]如[I] [5]中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，上述SiC被膜的平均表面粗糙度Ra为O. 5 3. O μ m。[7]如[I] [6]中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，上述SiC被膜的金属杂质浓度为O. 005 O. 5ppm。[8]如[I] [7]中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，上述SiC被膜的异常粒子数低于I个/cm2。[9]如[I] [8]中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，上述夹具基材由Si浸渗的SiC构成。[10] 一种半导体制造用夹具的制造方法，用于制造[I] [9]中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，
向收容有夹具基材的CVD装置内导入用于形成SiC被膜的原料化合物，在氧气浓度为IOOOOppm以下的非氧气氛中，在1100°C 1350°C、0. IkPa 2. 6kPa的条件下形成SiC被膜。在此，1100°C 1350°C的温度表示CVD装置的用于形成SiC被膜的CVD腔室内的温度，此外，O. IkPa 2. 6kPa表示反应时该腔室内的压力。发明效果根据本发明的半导体制造用夹具，通过使覆盖夹具基材表面的SiC被膜的表面积比(表面积S2/表面积SI)为I. 4 3. 2，使在CVD装置中在装载于晶舟等夹具中的半导体晶片表面上形成Si3N4、多晶硅等的沉积膜时不可避免地形成在夹具表面的这些沉积膜牢固地粘附在夹具表面上。因此，即使夹具表面的沉积膜的膜厚变厚也不易剥离，从而能够有效地防止颗粒等的产生。而且，能够降低用于除去形成在夹具上的沉积膜所需的清洗频率，因此，能够提高半导体的生产率。并且，根据本发明的半导体制造用夹具的制造方法，通过向收容有夹具基材的CVD 装置内导入用于形成SiC被膜的原料化合物，在非氧化性气氛中、在1100°C 1350°C、 O. IkPa 2. 6kPa的条件下形成SiC被膜，能够制造由SiC被膜覆盖、且夹具基材与SiC被膜的粘附性良好的半导体制造用夹具，所述SiC被膜的表面露出有使c轴相对于膜表面以预定比例以上的比例对齐的角锥形SiC微晶、且表面积比为I. 4 3. 2。
图I是从实施例I的夹具的SiC被膜的膜表面侧拍摄的光学显微镜照片。图2是设定侧线A-B而截取六角锥形晶体的截面的情况的说明图。图3是沿图I的侧线A-B而得到的膜截面的轮廓。图4是从比较例I的夹具的SiC被膜的膜表面侧拍摄的光学显微镜照片。图5是沿图4的侧线A-B而得到的膜截面的轮廓。图6是从比较例2的夹具的SiC被膜的膜表面侧拍摄的异常粒子的光学显微镜照片。
具体实施例方式本发明的半导体制造用夹具为夹具基材表层由SiC被膜覆盖、即由SiC被膜形成的夹具。作为夹具基材的材质，可列举烧成SiC、浸渗有Si的SiC(以下称为Si浸渗的 SiC)、C (碳)、Si (硅)、石英玻璃、氧化铝等。其中，Si浸渗的SiC致密且纯度高，能够制成透气性、强度优良的夹具，因此优选。由上述烧成SiC构成的夹具基材例如可以如下制造。S卩，向α型SiC粉末或β 型SiC粉末中加入丙烯酸树脂水性乳剂或聚乙烯醇等粘结剂，进行冷等静压或浇铸成形而形成成形体，并将其在非氧化性气氛中进行煅烧、脱脂，从而得到夹具基材。此外，由上述Si浸渗的SiC构成的夹具基材可以通过例如使熔融金属Si浸渗到如上得到的SiC烧成体中以使其空隙或毛细管由Si填充而得到。本发明的半导体制造用夹具为这些夹具基材的表面由SiC被膜覆盖而形成的夹具。以下对覆盖夹具基材的表面的SiC被膜进行说明。本发明的半导体制造用夹具的SiC被膜的实际的表面积S2与将所述SiC被膜视为表面没有凹凸的平滑的被膜而计算出的表观上的表面积SI的表面积比(表面积S2/表面积SI)为I. 4 3. 2。本说明书中，“ ”在没有特别规定的情况下，以包括其前后所记载的数值作为下限值及上限值的含义来使用。本发明人发现，通过使c轴相对于膜表面以预定比例以上的比例对齐的角锥形 SiC微晶露出于SiC被膜的表面，能够使SiC被膜的表面积与以往相比提高，并能够使表面积比(表面积S2/表面积S I)为I. 4 3. 2。而且,通过使表面积比在上述范围内，与形成在SiC被膜上的沉积膜的粘附性提高，即使夹具表面的沉积膜的膜厚变厚也不易剥离。因此，例如，即使颗粒控制水平为O. Iym以上，也能够有效地抑制颗粒等的产生。表面积比 (表面积S2/表面积S I)低于I. 4时，不怎么能够提高与形成在SiC被膜上的沉积膜的粘附性，超过3. 2时，SiC被膜的强度降低而使处理性降低。表面积比优选为1.7 3.0，更优选为2. O 2. 5。上述表面积比可以如下进行测定。即，使用具有共聚焦光学系统的激光显微镜，在 1500倍的倍率下对样品表面进行激光扫描，基于所得到的三维图像进行分析。选择这样高的倍率是因为要尽量避免夹具基材和SiC膜的宏观尺度的波状起伏(波状起伏的周期为数十微米以上)的影响。而且，优选选择除晶粒本身的凹凸之外没有突起的部位作为视野。此外，所得到的高度数据中记载有由晶体的边缘散射的激光而产生的尖峰状噪声，因此，直接进行上述表面积S2的计算时，误差变大。为了减小误差，利用通常的3像素X3像素的简单平均进行3次光滑化来消除噪声，然后进行表面积S2的计算。作为上述角锥形，特别优选六角锥形。然后，用如上计算出的表面积S2除以图像面积即表观上的表面积S 1，求出所得到的值作为表面积比。SiC被膜的表面由角锥形SiC微晶覆盖，该SiC微晶的角锥的高度H与角锥的底边的最小长度L的纵横比(高度H/底边的最小长度L)的平均值优选为O. 5 I. 5，更优选为 O. 7 I. 3。纵横比的平均值小于O. 5时，表面积比有变小的倾向，大于I. 5时，SiC被膜的强度降低而容易使处理性降低。SiC微晶的纵横比可以通过例如改变SiC被膜的晶体结构和SiC微晶的取向性来进行控制。要改变SiC膜的晶体结构及SiC微晶的取向性，可以通过控制形成SiC被膜时的成膜条件来进行调节，具体而言，可以通过控制成膜温度、成膜压力、气体流量、气体浓度来进行调节。而且，要提高纵横比，可以通过增加α型晶体的比率或提高SiC微晶的取向性来实现。例如，要增加α型晶体的比率或提高SiC微晶的取向性，可以通过抑制晶核生成、减慢生长来实现。这可以通过使成膜温度保持在一定的范围内并降低成膜压力或者稀释气体浓度来实现。SiC微晶的纵横比(高度H/底边的最小长度L)及底边的最小长度L可以利用例如使用共聚焦激光显微镜而得到的膜表面的三维形状数据来进行测定。以下使用具体例子来进行说明。图I示出了从本发明的半导体制造用夹具(后述的实施例I的夹具)的SiC被膜的膜表面侧拍摄的光学显微镜照片。由图I可知，该SiC被膜的表面由多个六角锥形晶体 (即α型晶体)覆盖。接着，在激光显微镜的(截面)轮廓测定模式下，设定侧线A-B以使其通过要测定的角锥形晶体的顶点。此时，如图2所示，对侧线A-B的方向进行调节，以使其将相对的两个锥面分别进行两等分。需要说明的是，图2示出了截取六角锥形晶体的截面的情况的例子，在其他多角形晶体的情况下，也同样地设定侧线A-B来截取截面。图3示出了沿图I的侧线A-B而得到的膜截面的轮廓。所关注的晶体的截面出现在水平坐标的2μπι 3.5μπι处。在此，沿锥面划出辅助线(点线)至偏离轮廓5%的点为止，进而以将两条辅助线的交点处形成的顶角进行两等分的方式划出基准线(点划线)。以通过两条辅助线中较长的线的下端部的方式，划出与基准线垂直的线，将其交点设为O。测量该垂线上从一个锥面(该辅助线的下端部)至另一个锥面(与另一条辅助线的延长线的交点)的长度(I)。将所关注的晶体的(I)的最小值作为角锥的底边的最小长度L。此外， 测量从位置(O)至辅助线的交点的长度(h)，将该(h)作为角锥的高度H。然后，用如上求出的角锥的高度H除以角锥的底边的最小长度L，将所得到的值作为纵横比。然后，以上述方式对任意选择的50个角锥形晶体的最小长度L及纵横比进行测定，将其平均值分别作为最小长度L的平均值、纵横比的平均值。需要说明的是，同样的计测可以通过利用机械研磨制作可观察膜截面的样品、并利用光学显微镜或扫描电子显微镜(SEM)等对其进行观察的方法来代替，但多数情况下， 未必能形成通过顶点的截面，或者未必形成将相对的锥面进行两等分的截面，因此，容易产生测定误差。SiC被膜优选至少含有α型晶体结构，并且在通过X射线衍射测定的峰中，2 Θ = 65。 66。的峰强度(以下记作峰强度(1-65° ))与2Θ =59.5。 60. 5。的范围内的峰强度(以下记作峰强度(1-60° ))的比率(1-65° )/(1-60° )为O. I以上，2 Θ = 35° 36°的范围内的峰强度(以下记作峰强度(1-35° ))与2Θ =41° 42°的范围内的峰强度(以下记作峰强度(1-41° ))及峰强度(1-65° )之和的比率{(1-35° )/ [(1-41。) + (1-65° )]}为 50 以上。X射线衍射图样根据构成晶体的原子的排列方式、晶粒的尺寸、晶粒的取向等而发生各种变化，但观测到X射线衍射峰的角度(衍射角)仅由原子排列(晶格的种类和尺寸) 唯一地决定。因此，对于原子排列相似的晶体而言，多数情况下在大致相同的衍射角处出现强度峰。例如，如表I所示，在以往的成膜条件下得到的无取向性SiC膜的晶体结构中出现 α型(TK方晶及菱方晶(菱面体晶)4H、6H、51R等)及β型(立方晶3C)多种晶体，但这些晶体仅仅是原子层的层叠的顺序不同而基本的原子排列相似，因此，在相同的角度处出现强衍射线的峰。表I
权利要求
1.一种半导体制造用夹具，用于半导体制造工序中的CVD装置，并且具有夹具基材和形成在夹具基材上的SiC被膜，其中，所述SiC被膜的实际的表面积S2与将所述SiC被膜视为表面没有凹凸的平滑的被膜而计算出的表观上的表面积SI的表面积比(表面积S2/表面积SI)为I. 4 3. 2。
2.如权利要求I所述的半导体制造用夹具，其中，所述SiC被膜的表面由角锥形SiC微晶覆盖，所述SiC微晶的角锥的高度H与角锥的底边的最小长度L的纵横比(高度H/底边的最小长度L)的平均值为O. 5 I. 5。
3.如权利要求I或2所述的半导体制造用夹具，其中，所述SiC被膜至少含有α型晶体结构，并且在通过X射线衍射测定的峰中，2 Θ =65° 66。的峰强度(1-65° )与2Θ = 59. 5° 60. 5°的范围内的峰强度 (1-60° )的比率(1-65° )/(1-60° )为 O. I 以上，2 Θ =35。 36。的范围内的峰强度(1-35° )与2Θ =41。 42。的范围内的峰强度(1-41° )及2Θ =65° 66°的峰强度(1-65° )之和的比率{(1-35° )/ [(1-41。) + (1-65° )]}为 50 以上。
4.如权利要求I 3中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，覆盖所述SiC被膜的表面的角锥形SiC微晶的底边的最小长度L平均为O. 5 10. O μ m。
5.如权利要求I 4中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，所述SiC被膜的厚度为 20 150 μ m。
6.如权利要求I 5中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，所述SiC被膜的平均表面粗糙度Ra为O. 5 3. O μ m。
7.如权利要求I 6中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，所述SiC被膜的金属杂质浓度为O. 005 O. 5ppm。
8.如权利要求I 7中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，所述SiC被膜的异常粒子数低于I个/cm2。
9.如权利要求I 8中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，所述夹具基材由Si浸渗的SiC构成。
10.一种半导体制造用夹具的制造方法，用于制造权利要求I 9中任一项所述的半导体制造用夹具，其中，向收容有夹具基材的CVD装置内导入用于形成SiC被膜的原料化合物，在氧气浓度为 IOOOOppm以下的非氧气氛中，在1100°C 1350°C、0. IkPa 2. 6kPa的条件下形成SiC被膜。
全文摘要
本发明涉及半导体制造用夹具及该半导体制造用夹具的制造方法，所述半导体制造用夹具用于半导体制造工序中的CVD装置，并且由夹具基材和形成在夹具基材上的SiC被膜构成，其中，所述SiC被膜的实际的表面积S2与将所述SiC被膜视为表面没有凹凸的平滑的被膜而计算出的表观上的表面积S1的表面积比(表面积S2/表面积S1)为1.4～3.2。
文档编号H01L21/31GK102598226SQ20108004665
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月14日 优先权日2009年10月14日
发明者川口将德, 桥本笃人, 深泽宁司, 纸透洋一, 近藤新二 申请人:旭硝子株式会社