DE69913906T2

DE69913906T2 - Lichtundurchlässiger Siliziumkarbidwerkstoff hoher Reinheit, ein lichtundurchlässiger Bauteil für eine Halbleiterbehandlungsapparatur, und eine Halbleiterbehandlungsapparatur

Info

Publication number: DE69913906T2
Application number: DE1999613906
Authority: DE
Inventors: Masao Tokoname City Nishioka; Naotaka Owariasahi City Kato
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: EP0992608A1; JP2000109366A; TW428056B; KR20000028804A; KR100315533B1; EP0992608B1; DE69913906D1; US6147020A

Description

Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtundurchlässiges, hochreines Siliziumcarbidmaterial zur vorteilhaften Verwendung als lichtabschirmendes Element für eine Halbleiterbehandlungsvorrichtung, z. B. bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
(2) Stand der Technik
Die JP-A-10-12,563 offenbart, dass eine Belegung auf Basis von hochreinem Siliziumcarbid, die durch chemische Dampfabscheidung in einer Dicke von 0,1 bis 1 mm gebildet ist und eine maximale Durchlässigkeit für Infrarotstrahlen von nicht mehr als 5% im Infrarotbereich aufweist, als Element zur Wärmebehandlung eines Halbleiters verwendet wird, dass dieses Element aus säulenförmigen CVD-β-SiC-Kristallen mit einer Länge von 0,1 bis 1 mm und CVD-α-SiC-Teilchen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 5 μm besteht, die unter den säulenförmigen Kristallen vorliegen. Sie offenbart weiters, dass durch die chemische Dampfabscheidung ein Film aus Siliziumcarbid erzeugt wird, während in einer Reaktionsröhre ein Rohgas auf ein Substrat zugeführt wird, und dass dabei der CVD-Silziumcarbidfilm mit hoher Reinheit auf dem Substrat bei einer Behandlungstemperatur von 100 bis 1.150°C gebildet wird, während das Rohgas intermittierend in einem Zeitintervall von nicht mehr als 60 s zugeführt wird und ein Verhältnis zwischen der maximalen Gaszufuhrrate und der minimalen Gaszufuhrrate nicht größer als 5 eingestellt ist, und dann das Substrat vom Film getrennt wird. Das Element zum thermischen Erwärmen des Halbleiters, wie in der JP-A-10-12,563 offenbart, hat bei der Dicke von 0,1 bis 1 mm eine maximale Infrarot-Durchlässigkeit von nicht mehr als 5%, und in den Beispielen liegt sie um 1%.
Während der Messung der Temperaturen in den Halbleiter-Herstellungsvorrichtungen unter Einsatz des Infrarotstrahlungsthermometers durch die Erfinder trat jedoch das folgende Problem auf, das unter Bezugnahme auf eine schematische Ansicht von 1 erklärt wird.
Ein Suszeptor 4 zum Aufnehmen eines Umfangsabschnitts des Halbleiters wird auf einem Ende eines Zylinders 5 aus Silizium gehalten, und ein Umfangsabschnitt 7a eines Halbleiterwafers 7 wird auf dem Suszeptor 4 gehalten. Eine Wärmequelle (Infrarotlampe) 1 zum Erwärmen des Halbleiterwafers durch ein Quarzfenster 2 ist an einer Stirnseite 7a des Halbleiterwafers 7 angeordnet. Die andere Stirnseite 7c des Halbleiterwafers 7 liegt durch eine Mittelöffnung 4a des Suszeptors 4 gegenüber einer Rückflächenseite frei. Das Infrarotstrahlungsthermometer 6 ist an der anderen Stirnseite des Halbleiterwafers 7 angeordnet. Der Halbleiterwafer 7 wird von einer Seitenfläche mit der Strahlungswärme von der Wärmequelle 1 erwärmt, die Infrarotstrahlen, die von der Zone 7c des Halbleiterwafers 7 abgestrahlt werden, die sich nicht mit dem Suszeptor 4 in Kontakt befindet, werden durch ein Infrarotstrahlungsthermometer 6 gemessen, und die Messwerte werden zur Wärmequelle zurückgeschickt.
Jedoch erwies es sich bei der tatsächlichen Erzeugung derartiger Vorrichtungen als schwierig, die Rückkopplungssteuerung durchzuführen. Das heißt, ein Teil der Infrarotstrahlen von der Infrarotlampe 1 gelangte durch den Suszeptor 4 in das Infrarotstrahlungsthermometer 6, was bewirkte, dass das Thermometer eine falsche Temperatur anzeigte. Die Temperatur des Halbleiterwafers muss innerhalb einer extrem hohen Präzision von beispielsweise ±0,5°C gemessen werden. Daher reicht das Senken der Infrarot-Durchlässigkeit des Suszeptors 4 auf etwa 1% sicherlich aus, um die Wärmereaktion des Suszeptors zu verbessern, verursacht aber einen großen Fehler bei der Anzeigetemperatur des Infrarotstrahlungsthermometers mit dem Ergebnis, dass die Temperatur am Wafer schwankt und der Behandlungszustand des Wafers innerhalb der Waferoberfläche variiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein hochreines Siliziumcarbidmaterial bereitzustellen, das hohe Lichtdurchlässigkeit für Lichtstrahlen mit Wellenlängen im Infrarot-Bereich und im nahen Infrarotbereich aufweist.
Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben entdeckt, dass bei einem hochreinen Siliziumcarbidmaterial, das Polykristalle aus Siliziumcarbid als Hauptbestandteil enthält, wenn das Siliziumcarbidmaterial eine Porosität von nicht mehr als 0,1% aufweist, der Gehalt eines jeden von beliebigen Metallelementen, die im Siliziumcarbidmaterial enthalten sind, nicht über 200 ppb beträgt, und ein Gewichtsverhältnis zwischen Silizium und dem Gesamtgewicht des Siliziumcarbidmaterials 69,00 bis 69,90 Gew.-% beträgt, die Lichtdurchlässigkeit des Siliziumcarbidmaterials im Wellenlängenbereich von 0,4 bis 25 μm nicht über 0,05% pro einer Dicke von 0,5 mm beträgt.
Unter der Annahme, dass ideales Siliziumcarbid keinerlei Verunreinigungen aufweist, beträgt der Gewichtsanteil von Silzium in diesem Siliziumcarbid 70,05 Gew.-%, berechnet aus dem Molekulargewichtsverhältnis zwischen Kohlenstoff und Silizium. Da das Siliziumcarbidmaterial gemäß vorliegender Erfindung, das extrem hohe Reinheit und weniger Poren aufweist, wie oben erwähnt, einen verringerten Gewichtsanteil an Silizium aufweist, wie oben erwähnt, wird die Lichtdurchlässigkeit deutlich verringert, und praktische Festigkeit kann beibehalten werden.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung auch ein lichtabschirmendes Element zum Einbauen in eine Halbleiterherstellungsvorrichtung, das das obige hochreine Siliziumcarbidmaterial als Substrat umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Halbleiterbehandlungsvorrichtung, die dieses lichtabschirmende Element umfasst.
Die Porosität des Siliziumcarbidmaterials gemäß vorliegender Erfindung liegt nicht über 0,1%, und es ist ein dichter Polykristallkörper, der im Wesentlichen frei von Poren ist. Da das Siliziumcarbidmaterial im Wesentlichen keine Poren aufweist, adsorbiert oder desorbiert das Siliziumcarbidmaterial insbesondere in einer Heizvakuumkammer der Halbleiterherstellungsvorrichtung kein Gas, so dass kein Einfluss auf das Halbleiterbehandlungsverfahren ausgeübt wird.
Die Lichtdurchlässigkeit wird durch ein Fourier-Umwandlungsinfrarotspektrophotometer ("Spectrum 2000", hergestellt von Parkin Elmer Co., Ltd.) gemessen. Genauer gesagt wurde eine Probe mit Abmessungen von etwa 20 mm × 20 mm × 0,5 mm Dicke hergestellt, und seine einander gegenüberliegenden Hauptebenen wurden mit einem Diamantschleifstein Nr. 80 auf 0,01 μm poliert. Ein Hintergrundwert wird festgestellt, indem die Infrarotdurchlässigkeit von Luft gemessen wird, indem ein Laserstrahl hindurchgeschickt wird, ohne dass etwas auf einer Probenhalterung der Lichtdurchlässigkeitsmessvorrichtung angeordnet wird. Als nächstes wird die oben hergestellte Probe auf der Probenhalterung angeordnet, und die Infrarotdurchlässigkeit der Probe wird gemessen, indem der Laserstrahl durch die Probe hindurchgeschickt wird. Das so erhaltene Messergebnis wird mit dem Hintergrundwert verglichen. Die Infrarotdurchlässigkeit der Probe wird berechnet, während jene von Luft mit 100% angenommen wird. Die Durchlässigkeit selbst wird durch die obige Vorrichtung automatisch berechnet. Da der Messfehler der Infrarotdurchlässigkeitsmessvorrichtung nicht über 0,05% liegt, bedeutet, dass die Durchlässigkeit des Siliziumcarbidmaterials nicht über 0,05% liegt, dass diese Durchlässigkeit innerhalb des Messfehlers liegt und im Wesentlichen keine Strahlen durch die Probe hindurchgehen.
Die Konzentration einer jeden der metallischen Verunreinigungen im Siliziumcarbidmaterial gemäß vorliegender Erfindung liegt nicht über 200 ppb. Diese Konzentration ist kleiner oder gleich jener im herkömmlichen lichtdurchlässigen hochreinen Siliziumcarbid. Es wird angenommen, dass das Siliziumcarbid gemäß vorliegender Erfindung nicht durch Dotierung mit Verunreinigungen lichtundurchlässig ist, sondern ein gewisses Ungleichgewicht zwischen Silizium und Kohlenstoff die Konzentration von Defekten in den Kristallen erhöht, so dass eine Anzahl an Niveaus mit kleinen Energielücken gebildet werden, um zu bewirken, dass das Siliziumcarbidmaterial Strahlen über einen weiten Wellenlängenbereich absorbiert, wodurch das Material lichtundurchlässig wird.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch das Lesen der folgenden Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klar werden, wobei es sich versteht, dass Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung gewisse Modifikationen, Variationen und Änderungen daran vornehmen können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein besseres Verstehen der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 eine schematische Ansicht ist, die eine Halbleiterbehandlungsvorrichtung zeigt, bei der das Siliziumcarbidmaterial gemäß vorliegender Erfindung einsetzbar ist;
2 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Lichtdurchlässigkeit und der Wellenlänge eines jeden der Siliziumcarbidmaterialien als erfindungsgemäße Probe und Vergleichsproben A und B zeigt;
3 ein Graph ist, der ein Röntgenbeugungsergebnis des Siliziumcarbidmaterials als Vergleichsprobe zeigt;
4 ein Graph ist, der ein Röntgenbeugungsergebnis des Siliziumcarbidmaterials als erfindungsgemäße Probe zeigt; und
5 eine schematische Schnittansicht ist, die eine Vorrichtung zeigt, die zur Herstellung eines Siliziumcarbidmaterials gemäß vorliegender Erfindung durch chemische Dampfabscheidung geeignet ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erklärt.
In 2 wird ein Graph gezeigt, der Messergebnisse der Lichtdurchlässigkeiten von Silziumcarbidmaterialien als Vergleichsproben A und B und einer weiter unten genannten erfindungsgemäßen Probe zeigt. Es ist überraschend, dass das Siliziumcarbidmaterial gemäß vorliegender Erfindung die Lichtdurchlässigkeit nicht über einen ganzen extrem weiten Wellenlängenbereich aufweist.
Weiters haben die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes Messungen des Siliziumcarbidfilms als Vergleichsprobe und des Siliziumcarbidmaterials als erfindungsgemäße Probe nach dem Röntgenbeugungsverfahren durchgeführt. Die Messbedingungen und Messergebnisse sind in den 3 und 4 angeführt. Ein Messergebnis des in 3 gezeigten Vergleichsbeispiels zeigt, dass, da Polykristalle aus Siliziumcarbid in der [111]-Ebene ausgerichtet sind und daher die Intensität eines [111]-Ebenenmaximums groß ist, die Silziumcarbidprobe eine Mikrostruktur aufweist, in der die säulenförmigen Kristalle von Siliziumcarbid in einer Richtung senkrecht zum Siliziucmarbidfilm wachsen. Im Gegensatz dazu sind, wie beispielsweise in 4 gezeigt, klar Maxima zu beobachten, die der [200]-Ebene, der [220]-Ebene bzw. der [311]-Ebene in der erfindungsgemäßen Probe entsprechen, und ihr Intensitätsverhältnis ist im Wesentlichen gleich jenem von β-SiC-Pulver in einem Röntgenbeugungsprofil gemäß der JCPDS-Card. Das heißt, da das Siliziumcarbidmaterial gemäß vorliegender Erfindung mikrostrukturell betrachtet einen niedrigen Ausrichtungsgrad aufweist, wird das Licht leicht gestreut und kann schwer hindurchgehen.
Wenn die Intensität des Maximums, das der [311]-Ebene des Siliziumcarbidmaterials entspricht, nach dem Röntgenbeugungsverfahren gemessen als 1,0 angenommen wird, ist die Intensität des Maximums, das der [111]-Ebene entspricht, besonders bevorzugt 0,9 bis 4,0. Diese beträgt im Spezielleren bevorzugt 1,2 bis 2,0.
Vorzugsweise wird das Siliziumcarbidmaterial hergestellt, indem ein Film aus Siliziumcarbid auf einem Substrat wie nachstehend erwähnt ausgebildet und das Substrat vom Film entfernt wird. Dabei können bevorzugt die folgenden Substrate eingesetzt werden:
Graphit, Siliziumcarbid-Sinterkörper, bahnförmiger Kohlenstoff, Kohlenstofffilz, Si-SiC (Si-Metall-SiC-Verbundmaterial), rekristallisiertes SiC
Von diesen ist Graphit besonders vorzuziehen, da es geringe Kosten aufweist, hervorragende Fähigkeit aufweist, selbst seine Gestalt beizubehalten, und leicht zu entfernen ist.
Das obige Siliziumcarbidmaterial kann nach einem der folgenden Verfahren hergestellt werden.

(1) Durch chemische Dampfabscheidung wird ein Film aus Siliziumcarbid auf einem Substrat ausgebildet. Dabei wird die Filmbildungstemperatur auf nicht weniger als 1.400°C und nicht mehr als 1.450°C eingestellt, SiCl₄ und CH₄ werden gemeinsam mit Argon und Wasserstoff als Trägergase verwendet. Jedes dieser Gase wird in einen chemischen Dampfabscheidungsofen zugeführt. Dabei werden die Verhältnisse bei den Strömungsraten wie nachstehend gezeigt eingestellt, während der Druck auf 50 bis 400 Torr festgelegt ist. Die Zahl, die das Strömungsratenverhältnis angibt, ist ein Volumsverhältnis der Gase im Standardzustand. 0,9 ≤ SiCl4/CH4 ≤ 1,05 0,14 ≤ SiCl4/(Ar + H2) ≤ 0,36
(2) Durch chemische Dampfabscheidung wird ein Film aus Siliziumcarbid auf einem Substrat ausgebildet. Dabei wird die Filmbildungstemperatur auf nicht weniger als 1.320°C und nicht mehr als 1.380°C eingestellt, SiCl₄ und CH₄ werden gemeinsam mit Argon und Wasserstoff als Trägergase verwendet. Jedes dieser Gase wird einem chemischen Dampfabscheidungsofen zugeführt. Dabei werden die Verhältnisse der Strömungsraten wie nachstehend gezeigt eingestellt, während der Druck auf 50 bis 400 Torr festgelegt ist. Die Zahl, die das Strömungsratenverhältnis angibt, ist ein Volumsverhältnis der Gase im Standardzustand. 0,90 ≤ SiCl4/CH4 ≤ 1,05 0,140 ≤ SiCl4/(Ar + H2) ≤ 0,46
(3) Durch chemische Dampfabscheidung wird ein Film aus Siliziumcarbid auf einem Substrat ausgebildet. Dabei wird die Filmbildungstemperatur auf nicht weniger als 1.250°C und nicht mehr als 1.310°C eingestellt, SiCl₄ und CH₄ werden gemeinsam mit Argon und Wasserstoff als Trägergase verwendet. Jedes dieser Gase wird einem chemischen Dampfabscheidungsofen zugeführt. Dabei werden die Verhältnisse der Strömungsraten wie nachstehend gezeigt eingestellt, während der Druck auf 50 bis 400 Torr festgelegt ist. Die Zahl, die das Strömungsratenverhältnis angibt, ist ein Volumsverhältnis der Gase im Standardzustand. 0,90 ≤ SiCl4/CH4 ≤ 1,60 0,10 ≤ SiCl4/(Ar + H2) ≤ 0,40

Wenn sich die Filmbildungstemperatur verringert, nimmt die Filmbildungsgeschwindigkeit beträchtlich ab. Anderseits nimmt, wenn die Filmbildungstemperatur steigt, die Filmbildungsgeschwindigkeit zu. Um jedoch ein Element zu erzeugen, dass kein Eindringen der Infrarotstrahlen zulässt, ist es notwendig, das Verhältnis von SiCl₄/CH₄ in den Rohgasen auf nicht mehr als 1,05 einzustellen. Wenn das Verhältnis SiCl₄/CH₄ unter 0,90 liegt, wird freier Graphit an Korngrenzen von Siliziumcarbid gefällt, so dass die Siliziumcarbid-Polykristalle voneinander getrennt werden, um die Festigkeit des Siliziumcarbidmaterials rasch zu verringern. Weiters werden, wenn das Silziumcarbidmaterial in einer Argonatmosphäre erwärmt wird, die 5% Sauerstoff enthält, Kohlenstoffteile oxidiert, so dass an der Oberfläche des Siliziumcarbidfilms kleine Poren gebildet werden, wodurch bewirkt wird, dass Gase in einem nicht vernachlässigbaren Ausmaß am Film adsorbiert oder von ihm desorbiert werden. Wenn das Gas derart adsorbiert oder desorbiert wird, wird die Reproduktivität des Halbleiterbehandungsverfahrens deutlich beeinträchtigt.
Wenn das Verhältnis SiCl₄/(Ar + H₂) über 0,40 liegt, lässt der Film die Infrarotstrahlen hindurchgehen, während, wenn es unter 0,10 liegt, wahrscheinlich Graphit ausfällt, wodurch der Film für die Verwendung ungeeignet wird.
Weiters wird entdeckt, dass, wenn die Filmbildungstemperatur nicht unter 1.320°C und nicht über 1.380°C liegt, die Reduktion der Festigkeit des Films nach dem Erwärmen auf eine hohe Temperatur in Luft minimal ist.
5 zeigt schematisch einen bevorzugten chemische Dampfabscheidungs-(CDV-) Ofen. Ein bestimmtes Substrat 15 wird in diesen Ofen gelegt, und das Substrat 15 wird von eine Haltevorrichtung 19 gehalten. Die Bezugszeichen 16 und 18 bezeichnen ebenfalls Haltevorrichtungen. Bei dieser Ausführungsform ist ein Rohmaterial-Zufuhrrohr 23 mit einer T-förmigen vorderen Form angeordnet, das einen sich seitlich erstreckenden Ausblaseabschnitt 23a und einen Basisabschnitt 23b umfasst. Eine vorbestimmte Anzahl von gasausstoßenden Öffnungen 24 sind an einer Seitenfläche 23c des Ausblasabschnitts 23a gegenüber dem Substrat vorgesehen. Die Bezugszahlen 20 und 21 bezeichnen einen Innenzylinder des Ofens bzw. eine äußere Heizeinrichtung.
Der Abstand zwischen der Oberfläche 23c des Rohzufuhrrohres 23c des Rohmaterial-Zufuhrrohres 23 und dem Substrat 15 ist beispielsweise auf 100 mm bis 300 mm festgelegt. Während sich das Rohmaterialzufuhrrohr 23 dreht, werden durch die Gasausstoßöffnungen 24 Gase ausgestoßen. Die Rohgase für die CVD werden durch die Gasausstoßöffnungen 24 ausgestoßen, strömen durch einen Raum 25, treffen auf die Oberfläche des Substrats 15 und strömen dieses entlang und werden durch Gasaustragslöcher 17 abgegeben, die in der Haltevorrichtung 19 vorgesehen sind.
Wenn das so konfigurierte Rohmaterial-Zufuhrrohr 23 verwendet wird und die Gase unter Drehung dieses Zufuhrrohres 23 ausgestoßen werden, kann die Dicke eines Films aus Siliziumcarbid, der die gesamte Oberfläche des Substrats 15 bedeckt, gleichmäßig gemacht werden.
Beispiele
Versuch A
Ein Film aus Siliziumcarbid wurde nach dem oben genannten Verfahren unter Einsatz der in 5 gezeigten CVD-Vorrichtung gebildet. Es wurde ein scheibenförmiges Substrat aus Graphit mit einem Durchmesser von 400 mm und einer Dicke von 30 mm verwendet. Ein Film aus Siliziumcarbid wurde auf dem Substrat unter den in Tabelle 1 oder 2 gezeigten Bedingungen gebildet. In jeder Tabelle sind ein Strömungsratenverhältnis Siliziumtetrachlorid/Methan (SiCl₄ + CH₄), ein Strömungsratenverhältnis von Siliziumtetrachlorid/(Argon + Wasserstoff)(SiCl₄/(Ar + H₂)) und eine Filmbildungstemperatur angegeben. Der Druck zum Filmbilden war 180 Torr.
Argon wurde während des Temperaturanstiegs als Trägergas zugeführt. Dann wurde die Temperatur auf der Filmbildungstemperatur gehalten. Nachdem die obigen Rohgase für einen bestimmten Zeitraum zugeführt worden waren, wurde das Innere des CVD-Ofens ausgetauscht und mit Argongas gekühlt. Nach dem Abkühlen wurde das Graphitsubstrat, auf dem ein Siliziumcarbidfilm ausgebildet war, aus dem Ofen genommen. Das Graphitsubstrat wurde abgeschliffen, und der resultierende Siliziumcarbidfilm wurde geschnitten, um einen rechteckigen Siliziumcarbidfilm mit den Abmessungen 0,50 mm Dicke und 20 mm × 20 mm im Quadrat zu erhalten. Jedes der so erhaltenen Siliziumcarbidmaterialien wurde poliert, um seine mittlere Mittellinienhöhe Ra auf 0,01 μm oder weniger zu bringen. Die Lichtdurchlässigkeit wurde mit einer Frequenz von 400/cm bis 7.800/cm in einem mittleren Infrarotbereich (Wellenlängenbereich: 1,28 bis 25 μm) gemessen, indem das Fourier-Umwand lungsinfrarotspektrophotometer verwendet wurde. Die Lichtdurchlässigkeit wurde unter Einsatz des Spektrometers auch in einem Wellenlängenbereich von 0,4 bis 25 μm gemessen.
In jeder Tabelle ist ein Messergebnis der maximalen Lichtdurchlässigkeit in einem Wellenlängenbereich von 0,4 bis 25 μm für jede Probe angeführt. Ein Gewichtsverhältnis zwischen Silizium und dem Gesamtgewicht des Siliziumcarbidmaterials wird ebenfalls angeführt. Das Siliziumcarbidmaterial wurde in einer Mischlösung aus Flußsäure und Salpetersäure bei einer hohen Temperatur unter hohem Druck gelöst. Der Gewichtsanteil (Gew.-%) des Siliziums wurde durch ein absolutes Analyseverfahren bestimmt. Die kristalline Phase wurde durch ein Röntgenstrahlenbezugsverfahren untersucht. Die Porositäten aller Siliziumcarbidmaterialien wurde nach dem Archimedes-Verfahren als 0,1% oder weniger ermittelt. Ein Stab mit den Abmessungen 4 mm × 4 mm × 50 mm wurde aus jedem Siliziumcarbid ausgeschnitten, um die Biegefestigkeit zu testen, und 12 h lang auf 1.000°C erhitzt. Daraufhin wurde die Festigkeit des Stabs durch ein Vier-Punkt-Biegeverfahren gemessen. Der Gehalt eines jeden Metallelements wurde durch Mikroanalyse auf Basis des GD-MS-Verfahrens (Glimmentladungsmakrospektroskopieverfahren) gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Ein Erzeugnis nach dem Stand der Technik in Tabelle 1 ist eine Probe, die aus einem im Handel erhältlichen Siliziumcarbidfilm ausgeschnitten wurde, der durch chemische Dampfabscheidung gebildet ist und die obige Abmessung und Gestalt aufweist.
Die JP-A-10-12,563 gibt eine Infrarot-Durchlässigkeit von nicht weniger als 5% für Erzeugnisse nach dem Stand der Technik an.
2 ist ein Graph, der die Lichtdurchlässigkeit in einem mittleren Infrarotbereich für jedes der Siliziumcarbidmaterialien in Test Nr. 12 (erfindungsgemäße Probe), Vergleichsprobe A (Beispiel nach dem Stand der Technik) bzw. Vergleichsprobe B (Test Nr. 1) angibt.
3 zeigt ein durch das Röntgenbeugungsverfahren erhaltenes Messergebnis für Vergleichsprobe (Test Nr. 1), und 4 zeigt ein durch das Röntgenbeugungsverfahren erhaltenes Messergebnis für die erfindungsgemäße Probe (Test Nr. 12).
Versuch B
Ein Wafer-haltender Suszeptor 4, wie in 1 gezeigt, wurde aus jedem aus einem erfindungsgemäßen Beispiel und einem Vergleichsbeispiel hergestellt. Das Siliziumcarbidmaterial als erfindungsgemäße Probe wurde auf die gleiche Weise wie in Test Nr. 12 von Versuch A hergestellt. Ein Siliziumcarbidmaterial als Vergleichsprobe wurde auf die gleiche Weise wie in Test Nr. 1 hergestellt. Der ringförmige Suszeptor 4 wurde aus jedem Siliziumcarbidmaterial ausgeschnitten. Der Suszeptor 4 wies folgende Abmessungen auf: Außendurchmesser: 250 mm, Innendurchmesser: 180 mm und Dicke: 0,50 mm. Der Suszeptor 4 wurde an einem Ende eines Siliziumzylinders 5 mit einem Außendurchmesser von 250 mm und einem Innendurchmesser von 240 mm angeordnet.
Ein Siliziumwafer 7 wurde auf den Suszeptor 4 gelegt und wurde durch ein Quarzfenster 2 mit einer Infrarotlampe 1 erhitzt. Ein Thermoelement 8 mit einem Drahtdurchmesser von 0,1 mm wurde an einem beliebigen Punkt so angeordnet, dass es den Wafer 7 berührte. Ein Infrarotstrahlungsthermometer 6 wurde so angeordnet, dass eine Achse des Infrarotstrahlungsthermometers 6 durch einen Punkt eines Kreises hindurchgehen kann, der um den Mittelpunkt einer Oberfläche des Siliziumwafers 7 gezogen wird und der durch einen Kontaktpunkt des Thermoelements 8 am Siliziumwafer 7 hindurchgeht. Das Infrarotstrahlungsthermometer 6 war so ausreichend vom Wafer beabstandet, dass das Thermometer 6 durch Erhitzung nicht beschädigt werden kann. In diesem Zustand wurde die Temperatur des Wafers 7 gemessen, während der Wafer 7 mit der Infrarotheizlampe 1 unter Argonatmosphäre erwärmt wurde. Die gemessenen Temperaturen werden in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Wie aus Tabelle 4 klar hervorgeht, besteht, wenn das Siliziumcarbidmaterial als Vergleichsprobe verwendet wird, die Tendenz, dass die mit dem Infrarotstrahlungsthermometer gemessenen Temperaturen insgesamt höher sind und dass die nahe dem äußeren Umfangsabschnitt des Wafers gemessenen Temperaturen deutlich höher sind. Das zeigt, dass das Licht von der Infrarotlampe durch den Suszeptor in das Infrarotstrahlungsthermometer eintritt. Andererseits kann, wenn der Suszeptor als erfindungsgemäßer Suszeptor verwendet wird, das Licht von der Infrarotlampe unterbrochen werden, so dass die Temperatur auf kontaktlose Weise gemessen werden kann, ohne das Thermoelement zu verwenden. Das ermöglicht es, die Erwärmung mit der Infrarotlampe präzise zu steuern, wodurch das Halbleiter-Behandlungsverfahren mit hoher Präzision und hoher Reproduzierbarkeit durchgeführt werden kann. Der Einsatz mehrerer Heizlampen kann zur gleichmäßigen Erwärmung des Wafers führen und die Temperaturschwankungen an der Oberfläche des Wafers bei seiner Erwärmung minimieren.
Wie oben erwähnt, ist das Siliziumcarbidmaterial gemäß vorliegender Erfindung hochrein und verhindert fast vollständig das Eindringen von Infrarotstrahlen und fernen Infrarotstrahlen.
Die vorliegende Erfindung besteht auch in den hierin beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Silziumcarbidmaterials.

Claims

Lichtundurchlässiges, hochreines Siliziumcarbidmaterial, das Polykristalle aus Siliziumcarbid als Hauptbestandteil umfasst, worin das Siliziumcarbidmaterial eine Porosität nicht über 0,1% aufweist, wobei der Gehalt eines jeden der Metallelemente, die im Siliziumcarbidmaterial enthalten sind, nicht über 200 ppb liegt, der Gewichtsanteil von Silizium in Bezug auf das Gesamtgewicht des Siliziumcarbidmaterials 69,00 bis 69,90 Gew.-% beträgt und die Lichtdurchlässigkeit des Siliziumcarbidmaterials in einem Wellenlängenbereich von 0,4 bis 25 μm nicht über 0,05% für eine Dicke von jeweils 0,5 mm liegt.
Lichtundurchlässiges hochreines Siliziumcarbidmaterial nach Anspruch 1, worin eine Maximumsintensität des Siliziumcarbidmaterials, die einer [111]-Ebene entspricht, mit einem Röntgenbeugungsverfahren gemessen, 0,9 bis 4,0 beträgt, mit der Maßgabe, dass eine Maximumsintensität, die einer [311] des Siliziumcarbidmaterials entspricht, als 1,0 angenommen wird.
Lichtabschirmendes Element zum Einbauen in eine Halbleiterherstellungsvorrichtung, das ein lichtundurchlässiges hochreines Siliziumcarbidmaterial nach Anspruch 1 oder 2 als Substrat umfasst.
Lichtabschirmendes Element nach Anspruch 3, das ein ringförmiger Suszeptor ist, auf dem ein Umfangsabschnitt eines Halbleiters anzuordnen ist.
Halbleiterbehandlungsvorrichtung, die das lichtabschirmende Element nach Anspruch 3 umfasst.
Halbleiterbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, worin das lichtabschirmende Element ein ringförmiger Suszeptor ist, auf dem ein Umfangsabschnitt eines Halbleiters anzuordnen ist, eine Wärmequelle auf einer Stirnseite des Halbleiters vorgesehen ist, um den Halbleiter auf dem Suszeptor zu erwärmen, und ein Infrarotstrahlungsthermometer auf der anderen Stirnseite des Halbleiters angeordnet ist, wodurch der Halbleiter von der einen Seite mit einer Strahlungswärme von der Wärmequelle erwärmt wird, und Infrarotstrahlern, die von jenem Abschnitt des Halbleiters abgestrahlt werden, der den Suszeptor nicht berührt, durch das Infrarot-Strahlungsthermometer gemessen werden.