專利名稱：碳組件及制造該碳組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳組件以及制造該碳組件的方法，更具體而言，涉及用于具有氣體導(dǎo)入用孔道的CVD基座且具有陶瓷涂層的碳組件以及制造該碳組件的方法。
背景技術(shù)：
在用于外延生長硅或化合物半導(dǎo)體晶片的CVD系統(tǒng)中，基座用來在其上載放晶片。該基座中通常使用導(dǎo)電性石墨基材，從而通過感應(yīng)加熱來產(chǎn)生熱量。由于石墨顯示出較低的電阻、較高的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，其可優(yōu)選用于此類CVD系統(tǒng)領(lǐng)域。然而，由于處理速率對外延生長是重要的，因此在CVD系統(tǒng)內(nèi)部得到充分冷卻之前甚至在相對較高的溫度時就對晶片進(jìn)行更換，從而使基座在仍然較熱時暴露于空氣中。因此，如果石墨在其原樣用作基材，將產(chǎn)生下述問題該基材與空氣反應(yīng)并由此變得嚴(yán)重劣化。在使用CVD基座來進(jìn)行氮化鎵等的外延生長的系統(tǒng)中，使用氨氣作為源氣體。在受熱分解時，氨氣生成氫氣和氮?dú)?。雖然氮?dú)饪捎米鞯壞さ脑礆怏w，但氫氣在高溫下會與石墨反應(yīng)，從而產(chǎn)生烴氣體，例如甲烷。石墨因此會受到腐蝕。所以，為了防止空氣或氫氣與石墨反應(yīng)，使由石墨制成的基座被覆有如SiC等陶瓷(參見例如日本特許第4071919號公報或日本特開第 2004-200436 號公報)。另外，此類CVD系統(tǒng)的基座被構(gòu)造為能夠在其上載放多個晶片。盡管某些簡單的基座具有用來直接在該基座上載放多個晶片的結(jié)構(gòu)，但為了提高晶片的膜厚度的均勻度， 另一種基座具有用來在整個該基座轉(zhuǎn)動(旋轉(zhuǎn))之外通過用氣流使晶片或晶片載體在該基座上轉(zhuǎn)動來使膜均勻的結(jié)構(gòu)。在這種基座中，將氣體從外部導(dǎo)入該基座內(nèi)部，并從基本上形成于晶片或晶片載體載放面中心的垂直孔道(出口噴嘴)中排出該氣體，由此在該氣體離開的同時在晶片或晶片載體與該基座之間的空隙中產(chǎn)生渦流。此時，氣體渦流向晶片提供轉(zhuǎn)動能，從而使晶片能夠在基座上轉(zhuǎn)動。為了使氣體能夠通過，在基座中從形成于該基座側(cè)面的進(jìn)氣部分到晶片載放面(或晶片載體)中心附近形成進(jìn)氣孔道。進(jìn)氣孔道是通過下述方法在基座側(cè)面形成的用鉆頭鉆出一個長孔，所述長孔穿過恰好位于晶片載放面(或晶片載體)中心附近下方的位置，并鉆出一個垂直孔道來建立晶片載放面(或晶片載體)中心和所述長孔的連接，并且密封所述長孔的一端。除了鉆出長孔外，對用作基座的基材(稱為基座基材)進(jìn)行另外的形狀加工。此外，在該基座基材表面上形成陶瓷涂層(例如SiC-CVD膜、TaC-CVD膜和熱解碳膜)，由此完成能夠用于外延生長用CVD系統(tǒng)中的基座。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在具有長孔的碳組件中難以在孔道內(nèi)深處形成陶瓷涂層。具體而言，為了在碳組件表面形成陶瓷涂層，將基座基材載入涂層形成用CVD爐。例如對于SiC涂層，在對基材進(jìn)行加熱之后，將硅烷類源氣體和烴類源氣體導(dǎo)入該爐。應(yīng)注意的是，此時所用的CVD爐用來在石墨基材上形成陶瓷涂層，其與外延生長用CVD爐完全不同。導(dǎo)入該CVD爐的源氣
3體在接觸熱基材時會分解，從而在該基材上堆積并形成陶瓷涂層。陶瓷涂層在供給源氣體的基材前表面上快速形成。然而，陶瓷涂層在后表面、凹部(孔道)內(nèi)深處等源氣體難以到達(dá)處的形成速度較慢，使涂層通常易于變薄。此外，陶瓷涂層用源氣體從一個小孔進(jìn)入基座的進(jìn)氣孔道，由此行進(jìn)至深處一側(cè)，同時接觸并在長孔的壁表面上堆積。因此，所供給的源氣體的濃度在長孔深處位置變低，并且源氣體幾乎不能到達(dá)該深處位置，從而可能不會形成陶瓷涂層。當(dāng)碳組件在包含氧化性氣體和分解性氣體的氣氛中使用時，具有上述長孔的碳組件的外表面受到陶瓷涂層的保護(hù)。然而，未受陶瓷涂層保護(hù)的長孔內(nèi)表面會發(fā)生氧化和分解，并且從長孔內(nèi)表面開始出現(xiàn)厚度減少，這將引起隨時間在整個組件上延伸的損傷。如果碳組件是具有長孔的外延生長用基座，且如果未在整個長孔上形成涂層，則該基座在更換晶片時會接觸外部空氣，并且當(dāng)使用氫氣通過氣體渦流來使晶片或晶片載體轉(zhuǎn)動時，長孔的內(nèi)壁會發(fā)生氧化、分解和劣化。由于石墨基材是多孔材料，該材料并不會從其表面均勻地劣化，使得劣化會伴隨著顆粒脫落。因此，由此脫落的顆粒會作為石墨顆粒在整個外延生長用CVD爐內(nèi)部擴(kuò)散，并且該顆粒會附著至晶片上。如果外延膜形成在具有顆粒的晶片上，該顆粒會引起缺陷。如果顆粒在熱區(qū)中浮動，該顆粒會在空氣中將作為用于沉積源氣體的晶核。隨后，該晶核沉積在晶片上，從而引起晶體缺陷。鑒于上述情況而做出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的一個方面在于提供一種碳組件，所述碳組件甚至在含有氧化性氣體或分解性氣體的氣氛中都可以進(jìn)行使用而不發(fā)生劣化，而且特別的是，通過在該碳組件的長孔內(nèi)表面上形成涂層，該碳組件能夠防止從該長孔內(nèi)部產(chǎn)生顆粒。本發(fā)明的說明性實施方式提供如下。(1) 一種碳組件，所述碳組件內(nèi)部具有孔道并且外表面覆蓋有陶瓷涂層，所述碳組件包括接合在一起的兩個碳平板部件，其中所述孔道由形成在至少一個所述碳平板部件的配合表面上的凹槽和另一所述碳平板部件的與所述凹槽相對向的配合部分限定，其中，包含所述凹槽表面的所述孔道內(nèi)表面全部被覆有陶瓷涂層。根據(jù)此碳組件，所述孔道由形成在至少一個所述碳平板部件的配合表面上的凹槽和另一所述碳平板部件的與所述凹槽相對向的配合部分限定。在所述碳部件彼此分開的狀態(tài)下，所述孔道的內(nèi)表面完全開放。因此，在所述碳部件接合在一起的狀態(tài)下，甚至在所述長孔深處的位置都會可靠地形成陶瓷涂層。所以，不會從內(nèi)部開始出現(xiàn)原本因氧化或分解而出現(xiàn)的孔道厚度的減少。此外，即使在氧化性氣體或分解性氣體的氣氛中使用該碳組件時，孔道內(nèi)壁的石墨顆粒也不會脫落，而且顆粒等也不會在CVD爐內(nèi)擴(kuò)散。(2)在(1)所述的碳組件中，所述碳平板部件通過耐熱粘合劑接合在一起。根據(jù)此碳組件，通過耐熱粘合劑使各碳平板部件的配合表面接合到一起。所以，粘附部分呈夾層狀從而不暴露于被覆有陶瓷涂層的碳組件的外表面或內(nèi)表面。因此，粘附部分和基材難以接觸氧化性氣體或分解性氣體，因而碳基材的厚度幾乎不可能減少。(3)在(1)或( 所述的碳組件中，所述孔道內(nèi)表面上的陶瓷涂層形成為在整個配合表面上延展。根據(jù)此碳組件，即使當(dāng)氧化性氣體或分解性氣體從孔道內(nèi)表面進(jìn)入該配合表面時，所述氣體也不會接觸碳基材，從而使該碳基材能夠得到保護(hù)。
(4)在(1)或( 所述的碳組件中，所述孔道內(nèi)表面上的陶瓷涂層形成在配合表面的與所述孔道相鄰的一部分區(qū)域中。根據(jù)此碳組件，所述陶瓷涂層并不形成在整個配合表面上，而是所述陶瓷涂層形成在配合表面的與所述孔道相鄰的一部分區(qū)域中。與陶瓷涂層形成在整個配合表面上的情況相比，當(dāng)陶瓷涂層形成在配合表面的部分區(qū)域中時，通過耐熱粘合劑能夠使多孔石墨部件接合到一起。因此能夠獲得較強(qiáng)的粘合力。此外，因為陶瓷涂層形成在配合表面的與所述孔道相鄰的一部分區(qū)域中，所以石墨基材難以接觸反應(yīng)性氣體并具有耐侵蝕性。(5)在(1) 中任一項所述的碳組件中，所述陶瓷涂層包括SiC、熱解炭、BN、 TaN和TaC中的至少一種。根據(jù)此碳組件，SiC涂層、BN涂層、TaN涂層或TaC涂層在對氫氣和氮?dú)獾哪颓治g性方面優(yōu)于基材的碳。因此可優(yōu)選采用這些涂層。雖然熱解炭是由碳制成且在耐侵蝕性方面不如陶瓷涂層，但其在耐熱性方面優(yōu)于陶瓷涂層。因為熱解炭是致密材料，所以熱解炭在耐侵蝕性方面優(yōu)于石墨基材，并且特別是在高溫下使用碳組件的情況中優(yōu)選使用。(6)在(1) (5)中任一項所述的碳組件中，碳平板部件的基材中的雜質(zhì)含量為 20ppm以下。由于碳部件基材中的雜質(zhì)含量為20ppm以下，碳組件不易受到因雜質(zhì)的催化作用而產(chǎn)生氧化或分解的影響，并能夠長期使用。(7)在(1) (6)中任一項所述的碳組件中，所述碳組件是外延生長用基座。因為該碳組件不會在CVD系統(tǒng)中產(chǎn)生碳顆粒，所以能夠提供具有極少缺陷或沒有缺陷的晶片。(8) 一種用于制造內(nèi)部具有孔道并且外表面被覆有陶瓷涂層的碳組件的方法，所述方法包括制備兩個碳平板部件，各部件都具有將要接合到一起的配合表面；在至少一個所述碳平板部件中的配合表面上形成凹槽；對所述碳平板部件進(jìn)行凈化，從而除去所述碳平板部件上的雜質(zhì)；在至少一個所述碳平板部件的凹槽上、另一所述碳平板部件的與所述凹槽相對向的配合部分上以及所述碳平板部件至少除所述配合表面以外的外表面上形成陶瓷涂層；并且在所述配合表面彼此相對向的同時使所述碳平板部件接合到一起。根據(jù)此制造碳組件的方法，所述孔道由形成在至少一個所述碳平板部件的配合表面上的凹槽和另一所述碳平板部件的與所述凹槽相對向的配合部分限定。因此，可以在碳部件彼此分開的狀態(tài)下，在一個碳部件的凹槽上和另一個碳部件的與所述凹槽相對向的配合表面上可靠地形成陶瓷涂層。具體而言，因為孔道的整個內(nèi)表面都開放，在所述陶瓷涂層形成中所供給的源氣體的濃度不會降低。所以，甚至在長孔內(nèi)部深處的位置處也會可靠地形成陶瓷涂層。根據(jù)上述碳組件以及制造所述碳組件的方法，陶瓷涂層能夠在長孔上可靠地形成，因此，即使在氧化性氣體或分解性氣體的氣氛中也可以使用所述碳組件而不發(fā)生劣化。 另外，如果將本發(fā)明的碳組件用于具有氣體供給孔道和晶片轉(zhuǎn)動用機(jī)構(gòu)的基座，則在外延生長用CVD系統(tǒng)中會減少或防止碳顆粒的產(chǎn)生，并因此能夠提供具有極少缺陷或沒有缺陷的晶片。


通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的說明性實施方式進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的上述方面和其他方面將變得更加顯而易見且更容易理解。其中圖IA是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的平面圖，圖IB是沿圖IA中顯示的 A-A線獲得的截面圖；圖2A是圖1所示的碳組件的變形例的平面圖，圖2B是沿圖2A中顯示的B-B線獲得的截面圖；圖3A 圖3F是示出了本發(fā)明說明性實施方式的碳組件中孔道的示例性形狀以及孔道和配合表面間的示例性位置關(guān)系的示意圖；圖4A 圖4C是示出了本發(fā)明說明性實施方式的碳組件的示例性分離的示意圖；圖5A是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的示意圖，其中陶瓷涂層形成在整個配合表面上，圖5B是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的示意圖，其中陶瓷涂層僅形成在配合表面的與孔道相鄰的區(qū)域上，圖5C是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的示意圖，其中陶瓷涂層僅形成在配合表面的與孔道相鄰的區(qū)域和配合表面的與碳組件外表面相鄰的區(qū)域上，圖5D是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的示意圖，其中未在配合表面上形成陶瓷涂層；圖6A 圖6D是示出了用于制造本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的方法工序的過程說明圖；和圖7是碳組件的示意圖，其中以與陶瓷涂層的涂層厚度相等的量來減少的與凹槽相鄰的配合表面的厚度。
具體實施例方式現(xiàn)將參照附圖描述本發(fā)明的說明性實施方式。圖IA是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的平面圖，圖IB是沿圖IA中顯示的 A-A線獲得的截面圖，圖2A是圖1所示的碳組件的變形例的平面圖，而圖2B是沿圖2A中顯示的B-B線取得的截面圖。本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件100可以優(yōu)選用作晶片保持部件(外延生長用基座)，利用高頻感應(yīng)、加熱器等方法來對該晶片保持部件進(jìn)行加熱，從而保持并加熱半導(dǎo)體晶片。碳組件100在本文中亦稱為基座100。如圖IA和圖IB所示，基座100具有多個晶片載放面31 (此說明性實施方式中有6個晶片載放面)，該晶片載放面在碟形平板部件 21的一個表面上沿周向等間隔布置。基座100從外部導(dǎo)入氣體，并且從各晶片載放面31的大致中心處設(shè)置的兩個位置排出所述氣體。在排出氣體的同時，沿晶片載體39 (將稍后描述)和基座100間形成的半圓形凹槽40會產(chǎn)生渦流。晶片載體39置于晶片載放面31上， 同時保持多個晶片W(此說明性實施方式中有3個晶片)。在此情況下，在氣體渦流和基座 100的轉(zhuǎn)動對晶片載體39施加轉(zhuǎn)動能量下，晶片W隨著晶片載體39的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。為了使氣體能夠通過，用于導(dǎo)入氣體的孔道11在基座100內(nèi)部形成為從未圖示出的氣體導(dǎo)入裝置延伸至晶片載放面31。每個孔道11與各晶片載放面31的兩個大致中心的位置處的垂直孔道41連接，并且使各孔道11的一端密封，從而形成所述孔道。如圖IA和圖IB所示，孔道11形成為沿徑向直線延伸的孔道11。然而，如圖2A和圖2B所示，孔道11可形成為與經(jīng)過各晶片載放面31中心部分的環(huán)狀孔道42相交。形成此類孔道11和孔道42使得各孔道11和孔道42中的氣流量均勻，從而能夠減少轉(zhuǎn)動速度的變化。圖3A 圖3F是示出了本發(fā)明說明性實施方式的碳組件中孔道的示例性形狀以及孔道和配合表面23間的示例性位置關(guān)系的示意圖。基座100內(nèi)部具有孔道11且其外表面13(見圖幻被覆有陶瓷涂層(將稍后描述)。平板部件21是通過接合用石墨制成的兩個碳平板部件19、19而形成的?？椎?1由形成在至少一個碳平板部件19的配合表面23上的凹槽25和另一碳部件19的與凹槽25 相對向的配合部分27限定。陶瓷涂層被覆了包含凹槽25表面的孔道11的整個內(nèi)表面。與該孔道的軸(延伸)線正交的孔道11的截面形狀可以是圖3A、圖;3B和圖3C所示的方形、圖3D所示的圓形，或圖3E和圖3F所示的橢圓形?？椎?1與配合表面23之間的位置關(guān)系可以是以下關(guān)系中的任何一種即，如圖3A、圖3C、圖3D和圖3F所示的第一種關(guān)系，其中孔道11由配合表面23對稱地分割；如圖:3B所示的第二種關(guān)系，其中孔道11 (即凹槽邪)僅形成在一個配合表面23中；以及如圖3E所示的第三種關(guān)系，其中孔道11在形成時相對于配合表面23向一側(cè)偏移。如上所述，凹槽25可以形成在兩個分離的組件上或僅形成在一個分離的組件上。圖4A、圖4B和圖4C是示出了本發(fā)明說明性實施方式的碳組件的示例性分離的示意圖。如圖4A和圖4B所示，配合表面23優(yōu)選為包括孔道11中軸的平面。只要配合表面 23是包括孔道11中軸的平面，分離的組件就關(guān)于配合表面23對稱，并且因此會以對稱的方式來施加因加熱而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而能夠減少或防止該組件的變形。如圖4C所示，配合表面23優(yōu)選位于將平板部件21的厚度分成兩半的位置。在此情況下，因為各碳部件能夠制成足夠厚，所以能夠減少該碳部件的翹曲，從而能夠容易地將該碳部件接合到一起。如圖4A和圖4B所示，配合表面23還可以位于未將平板部件21的厚度分成兩半的位置。在此情況下，當(dāng)在碳部件19中因應(yīng)力而發(fā)生諸如翹曲等變形時，在陶瓷涂層已在石墨基材上形成之后，可以使特別是較薄的碳部件的配合表面經(jīng)表面處理來成為平面，從而校正翹曲并使該碳部件能夠接合?？椎?1可以在兩端具有開口，即入口和出口，或者僅在一端開口?？椎?1的深度 (長度L)相對于該孔道11的直徑⑶的優(yōu)選比率(L/D)可以是20以上。當(dāng)深度(L)相對于直徑⑶的比率(L/D)是20以上時，CVD的源氣體將難以到達(dá)孔道11的深處位置(內(nèi)部深處)。然而，通過采用本發(fā)明的構(gòu)造，可以在所述孔道整個內(nèi)表面上均勻地形成陶瓷涂層?？椎?1的內(nèi)徑不限于均一的直徑?？椎?1可具有以下的形狀具有內(nèi)徑較小的開口和內(nèi)徑較大的內(nèi)部空間的形狀，或具有狹窄中部的葫蘆形狀。當(dāng)孔道11具有葫蘆形狀時，應(yīng)予考慮距所述狹窄中部的深度。距所述狹窄中部的深度(長度L)相對于該狹窄中部的直徑(D)的優(yōu)選比率(L/D)可以是20以上。圖5A是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的示意圖，其中陶瓷涂層形成在整個配合表面上，圖5B是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的示意圖，其中陶瓷涂層僅形成在配合表面的與孔道相鄰的區(qū)域上，圖5C是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的示意圖，其中陶瓷涂層僅形成在配合表面的與孔道相鄰的區(qū)域和配合表面的與碳組件外表面相鄰的區(qū)域上，圖5D是本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的示意圖，其中未在配合表面上形成陶瓷涂層。圖5A、圖5B和圖5C示出了配合表面上形成的陶瓷涂層的實例。碳部件19的外表面13和孔道11表面上形成的涂層是陶瓷涂層15，其包括例如 SiC涂層、熱解炭涂層、BN涂層、TaN涂層和TaC涂層中的至少一種。特別的是，SiC涂層、 BN涂層、TaN涂層和TaC涂層在對氫氣和氮?dú)獾哪颓治g性方面優(yōu)于基材37的碳，因此可以優(yōu)選使用這些涂層。雖然熱解炭在耐侵蝕性方面不如其余類型的陶瓷涂層15，但其在耐熱性方面優(yōu)于所述陶瓷涂層。熱解炭是致密材料，因此在耐侵蝕性方面優(yōu)于石墨基材。此外， 因為熱解炭是由碳制成，所以熱解炭可以優(yōu)選在高溫情況下使用。涂層可以被構(gòu)造為單層或多層。在多層的情況下，這些層可以是單一類型或多種不同類型?？梢杂萌魏畏椒ㄐ纬稍诳椎?1表面上形成的涂層。但是，優(yōu)選的是通過CVD方法形成的涂層。因為采用CVD方法能夠形成致密涂層，所以能夠使基材37的碳與氧化性氣體或反應(yīng)性氣體相阻隔。在涂層包含多層的情況下，全部層都可以是CVD涂層或僅有一層可以是CVD涂層。在所述涂層僅含一層CVD涂層的情況下，通過CVR(化學(xué)氣相反應(yīng))方法反應(yīng)性地轉(zhuǎn)化的層可以位于所述涂層的基材一側(cè)上。在含有CVD層和CVR層的涂層由單一元素形成的情況下，CVR層能夠起到所述CVD層和基材37之間的緩沖層的作用，從而能夠形成不易剝離的陶瓷涂層15。由于CVR層源于石墨的反應(yīng)性轉(zhuǎn)化，所以該CVR層能夠與石墨基材牢固地接合。此外，石墨基材與在涂層前表面層上形成的CVR層在熱膨脹系數(shù)方面基本相同，因此，能夠使得該涂層很難被剝離?；?00具有與孔道11的軸平行的配合表面23。因為該基座具有與孔道11的軸平行的配合表面23，所以可以通過在碳部件的配合表面一側(cè)上進(jìn)行淺開槽并使如此開槽后的碳部件接合到一起來制造長孔。因此，與用鉆頭鉆出孔道的情況相比，能夠容易地形成長孔而不致使孔道彎曲或刀具損壞。如圖5D所示，可以從配合表面中省去陶瓷涂層15。然而，如圖5A、圖5B和圖5C 所示，甚至在配合表面23上形成陶瓷涂層也可以是理想的，因為碳基材能夠受到保護(hù)而不受從外表面13進(jìn)入配合表面23的反應(yīng)性氣體的影響。此外，如圖5B和圖5C所示，陶瓷涂層15優(yōu)選僅形成在配合表面的與孔道相鄰的區(qū)域中或者在配合表面的與基座100外表面相鄰的區(qū)域中，而不是形成在整個配合表面上。由于多孔的碳基材在各配合表面上保持裸露，所以耐熱粘合劑能夠滲入該基材內(nèi)部，從而獲得強(qiáng)粘合力。此外，因為陶瓷涂層僅形成在各配合表面的與孔道相鄰的區(qū)域中或者在配合表面的與基座100外表面相鄰的區(qū)域中， 石墨基材難以接觸反應(yīng)性氣體，從而保護(hù)石墨基材不受反應(yīng)性氣體影響。因此，能夠減少或防止顆粒的出現(xiàn)。利用耐熱粘合劑使碳部件19接合到一起。由于利用耐熱粘合劑使各碳部件19的配合表面23接合到一起，其結(jié)果是使接合部分夾在被覆有陶瓷涂層的碳部件之間，從而不會露出在外表面或內(nèi)表面上。接合部分和基材幾乎不會接觸氧化性氣體或分解性氣體，從而發(fā)生厚度減少的可能性較小?？梢詢?yōu)選使用碳類粘合層、SiC類粘合層等用于粘合劑。在于200°C 300°C進(jìn)行熱處理時，能夠使所述耐熱粘合劑固化。通過對粘合劑進(jìn)行1000°C 1500°C的熱處理可除去雜質(zhì)(例如有機(jī)成分)而不會使陶瓷涂層受到損傷。碳部件的基材37中的雜質(zhì)含量優(yōu)選為20ppm以下。當(dāng)雜質(zhì)含量超過20ppm時，碳基材因雜質(zhì)的催化作用而變得容易氧化和分解，并且會快速消耗。在將碳部件用于基座的
8情況下，當(dāng)雜質(zhì)含量超過20ppm時，雜質(zhì)在CVD爐中擴(kuò)散，而且因損耗而脫落的顆粒也會擴(kuò)散，從而在外延生長中對晶片產(chǎn)生不利影響?；?00不限于特定應(yīng)用，但是優(yōu)選用于CVD系統(tǒng)來制造半導(dǎo)體。根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施方式，涂層膜甚至?xí)纬稍诳椎乐校虼丝椎纼?nèi)表面不會因消耗而發(fā)生厚度減少，并且在該系統(tǒng)中幾乎不會發(fā)生顆粒飛散?；?00可以優(yōu)選用于硅、化合物半導(dǎo)體和SiC半導(dǎo)體的外延生長用CVD系統(tǒng)。 氫氣通常用作外延生長用載氣，并且其會高速擴(kuò)散。因此，氫氣容易進(jìn)入長孔內(nèi)部，因而必須使基材37與氫氣相阻隔。然而，根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施方式，孔道表面上形成有陶瓷涂層。特別的是，在化合物半導(dǎo)體和SiC半導(dǎo)體的外延生長中，碳基材變得容易發(fā)生劣化。因此，對于這些系統(tǒng)可以優(yōu)選使用本發(fā)明說明性實施方式的基座100。所以，本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件優(yōu)選是基座100，因為基座100直接接觸晶片，此外，在該組件中提供了用于使晶片載體漂浮的供氣端口。因此，晶片很可能因孔道內(nèi)部的磨損而受到不利影響?？梢园凑找韵虏襟E制造本發(fā)明一個說明性實施方式的基座100。圖6A 圖6D是示出了用于制造本發(fā)明一個說明性實施方式的碳組件的方法工序的過程說明圖。(配合表面的形成)由石墨材料制造(制備)出一組碳部件19，各部件19都具有配合表面23。各分離的碳部件19可以具有夾層結(jié)構(gòu)，其中碳部件具有相同的尺寸。作為替代，所述碳部件可以具有嵌合結(jié)構(gòu)(fitting structure)，其中一個碳部件較大，另一個較小并嵌入至較大的碳部件中。(開槽)如圖6A所示，凹槽25在用作基材37的碳部件19的至少一個配合表面23中形成。 該凹槽25可以具有任何形狀。當(dāng)利用球頭立銑刀41對各碳部件19進(jìn)行加工時，通過將碳部件接合到一起能夠形成圓形或橢圓形孔道11。作為替代，當(dāng)使用(平頭)立銑刀時，通過將碳部件接合到一起能夠形成矩形孔道11。在此情況下，可以對各分離的碳部件19的兩側(cè)都進(jìn)行加工，或者可以通過使用分離的碳部件19的僅一側(cè)來生成矩形孔道11。(凈化)理想的是，在本階段前將凈化氣體(氯氣、鹵素氣體、鹵素類氣體等)供給至圖6B 所示的凈化爐43內(nèi)部，從而除去碳部件19中的雜質(zhì)以提高其純度。其原因在于，如果在涂布步驟(將要描述)或任何后續(xù)步驟中對碳部件進(jìn)行凈化，作為凈化的結(jié)果將除去所生成的涂層。可以在形成配合表面23的步驟之前(即在材料階段)進(jìn)行凈化，但理想的是在開槽后進(jìn)行凈化。當(dāng)在材料階段進(jìn)行凈化時，在開槽步驟中會產(chǎn)生碳部件因加工機(jī)器而受到污染的問題。另外，加工步驟中碳部件可能頻繁地接觸基材37，從而污染了基材37。(第一涂布步驟)如圖6C所示，將源氣體(對于SiC涂層為硅烷類氣體和烴類氣體，對于TaC涂層為有機(jī)鉭氣體和烴類氣體等)供給至凈化爐43中，從而在由此形成的凹槽25的內(nèi)表面上形成陶瓷涂層15。當(dāng)僅在凹槽25內(nèi)表面上形成涂層時，對配合表面23施加掩模M。當(dāng)涂布配合表面23的與凹槽25相鄰的區(qū)域時，在對配合表面23施加掩模M時使配合表面23的與凹槽25相鄰的區(qū)域留出空白。當(dāng)在整個配合表面23上形成涂層時，不需要對配合表面23施加掩模M。在此階段或另一階段可以對凹槽25和碳部件除配合表面之外的區(qū)域進(jìn)行涂布。當(dāng)在另一階段對凹槽25和除配合表面之外的區(qū)域進(jìn)行涂布時，還可以對所述凹槽 25和除配合表面之外的區(qū)域進(jìn)行遮蔽或不遮蔽。當(dāng)在第一涂層過程中對凹槽25和除配合表面之外的區(qū)域進(jìn)行涂布時，不對所述區(qū)域進(jìn)行遮蔽。當(dāng)對凹槽25以及配合表面23的與凹槽25相鄰的區(qū)域或配合表面的與基座100 外表面相鄰的區(qū)域進(jìn)行涂布時，如圖7所示，最好通過預(yù)先以與陶瓷涂層的涂層厚度A相等的量來減少配合表面23的厚度而對待涂布的配合表面23進(jìn)行加工。當(dāng)在配合表面的部分區(qū)域中形成涂層時，則僅有涂布后的配合表面區(qū)域會相互接觸，從而會在碳基材之間形成空隙，因此降低了接合強(qiáng)度。(接合步驟) 如圖6D所示，使如上所述生成的兩個分離的碳部件19接合到了一起，從而形成基座100?？梢允褂萌魏握辰Y(jié)劑。舉例而言，在COPNA樹脂的情況下，將該樹脂涂在配合表面 23上，隨后配合表面23在壓力下會緊密接合。將由此接合的碳部件在150°C下固化60分鐘，隨后在惰性氣氛中于1000°C 1500°C碳化。當(dāng)在1000°C以上對碳部件進(jìn)行碳化時，主要包含有機(jī)成分的雜質(zhì)會散開，從而能夠獲得高度凈化的粘合層。當(dāng)溫度超過1500°C時，涂層膜會發(fā)生劣化或熱收縮，從而發(fā)生破裂。(第二涂布步驟)為了在碳部件19接合后對配合表面23進(jìn)行平整，可以再次對配合表面進(jìn)行涂布。 在第二涂布步驟中，在配合表面23上形成涂層，因此能夠密封配合表面23，從而保護(hù)其不受來自基座100外表面的反應(yīng)性氣體的侵入。因此在上述制造方法中，可以在碳部件19彼此分離時，在一個碳部件19的凹槽25 上和另一碳部件19的與凹槽25相對向的配合部分27上可靠地形成陶瓷涂層15。具體而言，由于孔道11的整個內(nèi)部都開放，所供給的源氣體的濃度不會降低，所以即使在長孔的深度(長度)較大時，陶瓷涂層15也會均勻且可靠地形成。另外，在基座100中，陶瓷涂層一定會在長孔內(nèi)部形成。所以，碳部件甚至能夠在氧化性氣體或分解性氣體中使用而不發(fā)生劣化。因為在CVD系統(tǒng)內(nèi)不會產(chǎn)生碳顆粒，所以能夠獲得具有極少缺陷或沒有缺陷的晶片。
權(quán)利要求
1.一種碳組件，其內(nèi)部具有孔道且外表面被覆有陶瓷涂層，所述組件包括 接合在一起的兩個碳平板部件，其中，所述孔道由形成在至少一個所述碳平板部件的配合表面上的凹槽和另一所述碳平板部件的與所述凹槽相對向的配合部分限定，以及其中，包含所述凹槽表面的所述孔道的內(nèi)表面全部被覆有陶瓷涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的碳組件，其中，所述碳平板部件通過耐熱粘合劑接合在一起。
3.如權(quán)利要求1或2所述的碳組件，其中，所述孔道內(nèi)表面上的陶瓷涂層形成為在整個配合表面上延展。
4.如權(quán)利要求1或2所述的碳組件，其中，所述孔道內(nèi)表面上的陶瓷涂層形成在所述配合表面的與所述孔道相鄰的一部分區(qū)域中。
5.如權(quán)利要求1或2所述的碳組件，其中，所述孔道的長度相對于所述孔道的直徑的比率為20以上。
6.如權(quán)利要求1或2所述的碳組件，其中，所述陶瓷涂層包括SiC、熱解炭、BN、TaN和 TaC中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1或2所述的碳組件，其中，所述碳平板部件的基材中的雜質(zhì)含量為 20ppm以下。
8.如權(quán)利要求1或2所述的碳組件，其中，所述碳組件是外延生長用基座。
9.一種用于制造內(nèi)部具有孔道且外表面被覆有陶瓷涂層的碳組件的方法，所述方法包括制備兩個碳平板部件，各部件具有將要接合到一起的配合表面； 在至少一個所述碳平板部件的所述配合表面上形成凹槽； 對所述碳平板部件進(jìn)行凈化，從而除去所述碳平板部件上的雜質(zhì)； 在至少一個所述碳平板部件的凹槽上、另一所述碳平板部件的與所述凹槽相對向的配合部分上以及所述碳平板部件的至少除所述配合表面以外的外表面上形成陶瓷涂層；以及在所述配合表面彼此相對向的同時使所述碳平板部件接合到一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及碳組件及制造該碳組件的方法，所述碳組件內(nèi)部具有孔道且外表面被覆有陶瓷涂層。所述碳組件包括接合在一起的兩個碳平板部件。所述孔道由形成在至少一個所述碳平板部件的配合表面上的凹槽和另一所述碳平板部件的與所述凹槽相對向的配合部分限定。包含所述凹槽表面的所述孔道的內(nèi)表面全部被覆有陶瓷涂層。
文檔編號C23C16/458GK102234793SQ20111010039
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者伊藤敏樹, 大橋純, 小川史仁, 石田考二, 箕浦誠司 申請人:揖斐電株式會社