СПОСОБ РАЗМЕЩЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДЛОЖЕК НА ПЬЕДЕСТАЛЕ Советский патент 1994 года по МПК H01L21/205 

Изобретение относится к технологии получения слоев полупроводниковых материалов из газовой фазы, в частности, может быть использовано при осаждении толстых эпитаксиальных и поликристаллических слоев на монокристаллических подложках в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известен способ размещения кремниевых монокристаллических подложек на пьедестале при газофазном осаждении на них полупроводниковых слоев, включающий установку подложек на пьедестал, съем подложек с осажденными слоями с пьедестала. Для исключения перемещения подложек во время осаждения рабочая поверхность пьедестала выполнена горизонтальной.

Недостатком этого способа является малая производительность, достигаемая в одном процессе, так как горизонтальная рабочая поверхность пъедестала не позволяет использовать для размещения подложек сторону пъедестала, противоположную рабочей. Этот недостаток проявляется наиболее существенно при осаждении слоев более 30 мкм, т. к. в этом случае длительность процесса становится значительной (1 ч и более).

Известен способ размещения кремниевых монокристаллических подложек на пъедестале при газофазном осаждении на них полупроводниковых слоев, включающий установку подложек на пьедестал, съем подложек с осажденными слоями с пъедестала, причем подложки устанавливают на близкую к вертикальной рабочую поверхность пъедестала с закреплением каждой подложки на двух перпендикулярных рабочей поверхности пъедестала стержнях. Вертикальная рабочая поверхность пъедестала позволяет примерно вдвое увеличить площадь размещения подложек, а следовательно, и производительность процесса осаждения. Стержни располагаются на расстоянии меньшем, чем диаметр подложки, причем плоскость, проходящая через оси стержней, близка к горизонтали. При установке подложки на пьедестал ее опускают до соприкосновения со стержнями, между которыми под действием силы тяжести подложка заклинивается, что и обеспечивает ее надежное закрепление.

Недостатком этого способа является то, что в процессе осаждения подложки, пъедестал и стержни покрываются осаждаемым материалом. При съеме подложку в случае толстых (более 30 мкм) слоев трудно отделить от поверхности пъедестала и от стержней, что приводит к разламыванию подложек с осажденными слоями.

Наиболее близким к данному изобретению является способ размещения кремниевых монокристаллических подложек на пъедестале при газофазном осаждении на них полупроводниковых слоев, включающий установку подложек на пъедестал с закреплением на стержнях. Рабочие поверхности пъедестала, используемого в этом способе, несколько меньше размеров подложек и отделены от остальной поверхности пъедестала канавками глубиной более 0,2 мм, а стержни установлены так, что края подложек свисают над канавками по периметру рабочей поверхности пъедестала. Скорость осаждения слоя внутри канавки значительно меньше, чем на поверхности подложки, и поэтому она не зарастает в процессе осаждения.

Однако данный способ не учитывает ориентацию монокристаллических подложек при их загрузке. В этом способе подложки во время осаждения слоя прикрепляются к стержням. При съеме подложек, который осуществляется перемещением их вдоль линии, параллельной плоскости, проходящей через оси стержней, в подложках возникают механические напряжения. При параллельности следа кристаллографических плоскостей монокристаллической подложки, по которым происходит преимущественное разламывание (плоскости спайности) во время съема подложек с осажденным слоем они легко ломаются, что снижает выход годных структур. Особенно ощутимы потери при осаждении толстых слоев на монокристаллические подложки с рельефом, проходящим вдоль следов плоскостей спайности, например, при формировании широко распространенных структур с диэлектрической изоляцией и повышенной плотностью упаковки элементов на кремниевых подложках, ориентированных по плоскости [100] , полученных анизотропным травлением рельефа вдоль следов плоскостей [111] .

Целью изобретения является повышение выхода годных подложек с осажденными слоями за счет уменьшения вероятности их разламывания при съеме.

Поставленная цель достигается тем, что в способе размещения кремниевых монокристаллических подложек на пъедестале при газофазном осаждении на них полупроводниковых слоев, включающем установку подложек на пъедестале с закреплением на стержнях, съем подложек с осажденными слоями с пъедестала, при установке подложек на пъедестале биссектрису угла между двумя смежными плоскостями преимущественного разрушения каждой подложки ориентируют параллельно плоскости, проходящей через оси стержней.

Такая ориентация подложек при загрузке позволяет упрочнить подложки без рельефа или с рельефом, выполненным анизотропным травлением вдоль линии концентрации механических напряжений, параллельной плоскости, проходящей через оси стержней.

Раскалывание подложек с осажденными слоями при выгрузке с такой ориентацией уменьшается, что повышает выход годных подложек.

На фиг. 1 показана монокристаллическая подложка с указанием следов смежных кристаллографических плоскостей ее преимущественного разрушения; на фиг. 2 - подложка, расположенная на пъедестале (вид сверху); на фиг. 3 - то же (боковой разрез).

На чертежах изображены кремниевая монокристаллическая подложка 1 с базовым срезом 2, следы смежных кристаллографических плоскостей преимущественного разрушения подложки 3, углы между следами смежных кристаллографических плоскостей преимущественного разрушения подложки 4; биссектрисы углов между следами смежных кристаллографических плоскостей преимущественного разрушения подложки 5, пъедестал 6, рабочая поверхность пъедестала 7, канавка 8, стержни 9, плоскость, проходящая через оси стержней 10.

Для осуществления данного способа необходимо провести подготовительную работу, а именно монокристаллическая кремниевая подложка 1 (фиг. 1), рабочая поверхность которой совпадает, например, с плоскостью [100] , должна быть сориентирована базовым срезом 2 вдоль следов семейства кристаллографических плоскостей [111] на плоскости [100] , по которым происходит преимущественное разрушение подложек при съеме с пъедестала.

Такая ориентация базового среза необязательна, однако необходимо, чтобы выдерживалось постоянство расположения базового среза для всех обрабатываемых подложек.

Следы смежных кристаллографических плоскостей 3 образуют углы 4, имеющие биссектрисы 5.

Пъедестал 6, изготовленный из графита (фиг. 2), имеет рабочую поверхность 7, ограниченную канавкой 8.

Перпендикулярно рабочей поверхности 7 установлены два стержня 9 из кварца, молибдена, вольфрама или графита. Канавка 8 в месте расположения базового среза 2 подложки 1 повторяет его конфигурацию. Этот участок канавки выполнен таким образом, чтобы биссектриса 5 угла 4 между двумя смежными следами плоскостей преимущественного разрушения подложки была расположена параллельно плоскости 10, проходящей через оси стержней. Рабочий участок пъедестала 7 несколько меньше площади подложки 1 (фиг. 3).

П р и м е р. В монокристаллической кремниевой подложке диаметром 60 мм и толщиной 450 мкм с рабочей стороной, совпадающей с плоскостью [100] , методом анизотропного травления с использованием окисной маски формируют рельеф глубиной 100 мкм. Ребра рельефа сориентированы вдоль семейства следов плоскостей [111] для обеспечения прецизионного анизотропного травления. Эти плоскости являются плоскостями преимущественного разрушения подложек. Далее поверхность подложек окисляют, после чего на них осаждают поликристаллический кремний. Для этого подложки устанавливают на пъедестал и с помощью пинцета и кварцевой палочки ориентируют на двух стержнях так, чтобы обратная сторона каждой подложки плотно прилегала к рабочей поверхности пъедестала, а базовый срез 2 каждой подложки совпадал с участком канавки 8, повторяющим этот срез. Далее на подложки методом водородного восстановления тетрахлорида кремния при температуре 1220^оС за 2 ч осаждают слой поликристаллического кремния толщиной 350 мкм. После остывания пъедестала с помощью пинцета и кварцевой палочки производят съем подложек с осажденными слоями. При этом кварцевой палочкой каждую подложку слегка прижимают к рабочей поверхности пъедестала 7 для того, чтобы исключить падение подложки, а пинцетом ее поднимают относительно стержней 9. Если слой осажденного кремния в местах расположения стержней оказывается прочным, его ослабляют постукиванием пинцетом по стержням 9. При этом осажденный слой отлетает от поверхности стержней, что облегчает последующий съем подложек.

Данный способ имеет по сравнению со способом-прототипом следующие преимущества:
увеличение выхода годных структур после осаждения толстых поликристаллических слоев на кремниевые подложки составляет около 5% ;
имеется возможность использования подложек меньшей толщины без потери их механической прочности при съеме после осаждения слоев с пъедестала. (56) Барил М. А. и др. Оборудование для наращивания эпитаксиальных слоев кремния из газовой фазы, Обзоры по электронной технике, вып. 8 (332), М. , ЦНИИ Электроника, 1971, с. 8-12.

Сигалов Э. Б. и др. Подложкодержатели высокопроизводительных реакторов для эпитаксии кремния. В кн. : Технология полупроводниковых приборов, Таллинн, Валгус, 1982, с. 94-95.

Патент ЧССР N 167795, кл. Н 01 L 21/36, 1977.

СПОСОБ РАЗМЕЩЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДЛОЖЕК НА ПЬЕДЕСТАЛЕ при газофазном осаждении на них полупроводниковых слоев, включающий установку подложек на пьедестал с закреплением на стержнях, съем подложек с осажденными слоями с пьедестала, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных подложек с осажденными слоями за счет уменьшения вероятности их разламывания при съеме, при установке подложек на пьедестале биссектрису угла между двумя смежными плоскостями преимущественного разрушения каждой подложки ориентируют параллельно плоскости, проходящей через оси стержней.