JP2025041541A - Substrate coated with silicon carbide (SIC) layer and method for manufacturing same - Patents.com - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、シリコンカーバイド(SiC)コーティング層などのコーティング層でコーティングされたグラファイト基板又はグラフェン基板などの基板、及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a substrate, such as a graphite substrate or graphene substrate, coated with a coating layer, such as a silicon carbide (SiC) coating layer, and a method for manufacturing the same.
関連技術の説明
一般に、炉又は加熱システム又はツールは、グラファイト基板でライニングされた加熱チャンバを含む。シリコン系基板(例えば、多結晶シリコンカーバイド(SiC)基板又はワークピース)を製造又は加工するために加熱チャンバが加熱されると、グラファイト基板が加熱されて加熱チャンバ内に炭素を放出し、放出された炭素で加熱チャンバを汚染する。シリコン系基板を形成又は加工する際に加熱チャンバ内に放出されるこの炭素は、シリコン系基板を汚染し、それにより、シリコン系基板が選択された公差外で製造される可能性がある。シリコン系基板が選択された公差外で製造されると、そのシリコン系基板は、顧客又は消費者に販売することができず、代わりに処分又は廃棄される廃棄物となる。
Description of the Related Art Generally, a furnace or heating system or tool includes a heating chamber lined with a graphite substrate. When the heating chamber is heated to manufacture or process a silicon-based substrate (e.g., a polycrystalline silicon carbide (SiC) substrate or workpiece), the graphite substrate heats and releases carbon into the heating chamber, contaminating the heating chamber with the released carbon. This carbon released into the heating chamber when forming or processing the silicon-based substrate contaminates the silicon-based substrate, which can cause the silicon-based substrate to be manufactured outside of selected tolerances. When a silicon-based substrate is manufactured outside of selected tolerances, the silicon-based substrate cannot be sold to a customer or consumer, but instead becomes waste material that is disposed of or discarded.
炭素がグラファイトから加熱チャンバ内に放出されるのを防止するために、グラファイト基板の表面をシリコンカーバイド(SiC)層又は炭化タンタル(TaC)層でコーティングする場合がある。しかしながら、加熱チャンバを加熱する際の熱にSiC層又はTaC層が曝されると、SiC層又はTaC層が膨張収縮し始め、グラファイト基板の表面から剥離又は層間剥離したり、SiC層又はTaC層に亀裂等の欠陥が発生したりする。この剥離、層間剥離、亀裂又は欠陥により、グラファイトの表面がSiC層又はTaC層から露出し、その結果、グラファイトが加熱チャンバ内に炭素を放出する。この場合も、加熱チャンバ内に放出されたこの炭素は、加熱チャンバを汚染し、加熱チャンバ内で形成又は加工されているシリコン系基板を汚染する。 To prevent carbon from being released from the graphite into the heating chamber, the surface of the graphite substrate may be coated with a silicon carbide (SiC) or tantalum carbide (TaC) layer. However, when the SiC or TaC layer is exposed to the heat generated when the heating chamber is heated, the SiC or TaC layer begins to expand and contract, peeling or delaminating from the surface of the graphite substrate, or defects such as cracks appear in the SiC or TaC layer. This peeling, delamination, cracks, or defects exposes the surface of the graphite from the SiC or TaC layer, causing the graphite to release carbon into the heating chamber. Again, this carbon released into the heating chamber contaminates the heating chamber and the silicon-based substrate being formed or processed in the heating chamber.
本開示は、グラファイト材料又はグラフェン材料から作製され得る基板の表面上に形成されたシリコンカーバイド(SiC)コーティング層であって、基板上のシリコンカーバイドコーティング層における剥離、層間剥離、亀裂、又は他の種類の欠陥の可能性を防止又は低減する、シリコンカーバイドコーティング層を提供することに関する。 The present disclosure relates to providing a silicon carbide (SiC) coating layer formed on a surface of a substrate, which may be made from a graphite or graphene material, that prevents or reduces the possibility of peeling, delamination, cracking, or other types of defects in the silicon carbide coating layer on the substrate.
本開示の少なくとも1つの実施形態では、デバイスが、ワークピース加工又は製造ツールの加熱チャンバのキャビティをライニングする、グラファイト、グラフェン、又は何らかの他のグラファイト系もしくはグラフェン系の基板であり得る基板を含む。基板は、第1の表面と、基板の第1の表面をコーティングして覆うシリコンカーバイド(SiC)コーティング層とを含む。SiCコーティング層は、1μm~5μmの結晶粒径範囲内の結晶粒径、又はこの結晶粒径範囲の上端及び下端に等しい結晶粒径を有する複数の結晶粒を含む。SiCコーティング層は、0.5~2.5の範囲内の炭素対シリコン比、又はこのシリコン-炭素比範囲の上端及び下端に等しい炭素対シリコン比を使用して作製される。SiCコーティング層は、複数の結晶粒がSiCコーティング層の全体に沿って実質的に同じサイズ及び形状を有し、SiCコーティング層の複数の結晶粒が非柱状であるので、複数の結晶粒の分布が均質である。 In at least one embodiment of the present disclosure, a device includes a substrate, which may be graphite, graphene, or some other graphite- or graphene-based substrate, lining a cavity of a heating chamber of a workpiece processing or manufacturing tool. The substrate includes a first surface and a silicon carbide (SiC) coating layer coating and covering the first surface of the substrate. The SiC coating layer includes a plurality of grains having a grain size within a grain size range of 1 μm to 5 μm, or a grain size equal to the upper and lower ends of this grain size range. The SiC coating layer is made using a carbon-to-silicon ratio within a range of 0.5 to 2.5, or a carbon-to-silicon ratio equal to the upper and lower ends of this silicon-carbon ratio range. The SiC coating layer has a homogenous distribution of the grains, since the grains have substantially the same size and shape along the entirety of the SiC coating layer, and the grains of the SiC coating layer are non-columnar.
本開示は更に、SiCコーティング層が、ここでもグラファイト、グラフェン、又は何らかの他のグラファイト系もしくはグラフェン系基板であってもよい基板の第1の表面上に形成されるデバイスの少なくとも1つの実施形態を製造する方法の少なくとも1つの実施形態に関する。例えば、SiCコーティング層が基板の第1の表面上にあるデバイスのこの少なくとも1つの実施形態を製造する方法のこの少なくとも1つの実施形態は、グラファイト基板の表面上に結晶粒径の分布が均質なSiCコーティング層を形成することを含む。グラファイト基板の表面上にSiCコーティング層を形成することは、グラファイト基板の表面を第1の選択された期間にわたって第1の比のシリコン及び炭化物に曝露することと、グラファイト基板の表面を第2の選択された期間にわたって第2の比のシリコン及び炭化物に曝露することとを含む。 The present disclosure further relates to at least one embodiment of a method for manufacturing at least one embodiment of a device in which a SiC coating layer is formed on a first surface of a substrate, which may again be a graphite, graphene, or some other graphite-based or graphene-based substrate. For example, this at least one embodiment of a method for manufacturing at least one embodiment of a device in which a SiC coating layer is on a first surface of a substrate includes forming a SiC coating layer having a homogeneous grain size distribution on a surface of a graphite substrate. Forming a SiC coating layer on a surface of the graphite substrate includes exposing the surface of the graphite substrate to a first ratio of silicon and carbide for a first selected period of time and exposing the surface of the graphite substrate to a second ratio of silicon and carbide for a second selected period of time.
実施形態をより良く理解するために、ここで、例として添付の図面を参照する。図面において、同一の参照番号は、文脈上他を意味しない限り、同一又は類似の要素又は動作を特定する。図面中の要素のサイズ及び相対的比率は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。例えば、これらの要素の一部は、図面の読みやすさを改善するために拡大され、位置付けられ得る。 For a better understanding of the embodiments, reference will now be made, by way of example, to the accompanying drawings, in which like reference numbers identify the same or similar elements or acts, unless the context dictates otherwise. The sizes and relative proportions of elements in the drawings are not necessarily drawn to scale. For example, some of these elements may be enlarged and positioned to improve the readability of the drawings.
以下の説明では、デバイス、方法、及び物品の様々な実施形態の完全な理解をもたらすために、特定の詳細が記載されている。しかしながら当業者は、他の実施形態がこれらの詳細を伴わずに実践され得ることを理解されよう。他の例では、実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、例えば、シリコンカーバイド基板又は層(例えば、多結晶シリコンカーバイド、単結晶シリコンカーバイドなど)、半導体製造プロセスなどに関連する周知の構造及び方法は、一部の図において詳細に示されていないか、又は説明されていない。 In the following description, specific details are set forth to provide a thorough understanding of various embodiments of devices, methods, and articles. However, one of ordinary skill in the art will understand that other embodiments may be practiced without these details. In other instances, well-known structures and methods relating to, for example, silicon carbide substrates or layers (e.g., polycrystalline silicon carbide, single crystal silicon carbide, etc.), semiconductor manufacturing processes, etc., have not been shown or described in detail in some of the figures to avoid unnecessarily obscuring the description of the embodiments.
文脈上他の意味に要求されない限り、以下の明細書及び特許請求の範囲を通して、「含む(comprise)」という語及びその変形、例えば「含む(comprising)」及び「含む(comprises)」は、オープンで包括的な意味で、すなわち「含むが、限定されない」と解釈されるべきである。 Unless the context otherwise requires, throughout the following specification and claims, the word "compris" and variations thereof, such as "comprising" and "comprises," are to be interpreted in an open and inclusive sense, i.e., "including, but not limited to."
本明細書を通して「1つの実施形態」又は「一実施形態」に言及することは、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「1つの実施形態では」又は「一実施形態では」という句の出現は、必ずしも同じ実施形態又は全ての実施形態を指すわけではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、更なる実施形態を得るために、1つ以上の実施形態で任意の好適な方法で組み合わされ得る。 References throughout this specification to "one embodiment" or "an embodiment" mean that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with an embodiment is included in at least one embodiment. Thus, the appearances of the phrase "in one embodiment" or "in one embodiment" in various places throughout this specification do not necessarily refer to the same embodiment or all embodiments. Furthermore, particular features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments to yield further embodiments.
見出しは便宜上のためだけに設けられており、本開示又は特許請求の範囲の範囲又は意味を解釈するものではない。 Headings are provided for convenience only and do not interpret the scope or meaning of the disclosure or claims.
図面中の要素のサイズ及び相対的な位置は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。例えば、様々な要素の形状及び角度は、一定の縮尺で描かれていないことがあり、これらの要素の一部は、図面の読みやすさを改善するために拡大され、位置付けられていることがある。 The sizes and relative positions of elements in the drawings are not necessarily drawn to scale. For example, the shapes and angles of various elements may not be drawn to scale, and some of these elements may be enlarged and positioned to improve the legibility of the drawings.
「横方向である」の使用は、表面、側壁、又は類似もしくは同様の構造もしくは特徴が、別のそれぞれの表面、側壁、又は類似もしくは同様のそれぞれの構造もしくは特徴に対してある角度にあることを意味する。例えば、第1の表面が第1の側壁に対して横方向である場合、第1の表面は、25度、35度、45度、75度、90度、120度などに等しい角度であり得る。 The use of "lateral" means that a surface, sidewall, or similar or similar structure or feature is at an angle relative to another respective surface, sidewall, or similar or similar respective structure or feature. For example, if a first surface is lateral to a first sidewall, the first surface may be at an angle equal to 25 degrees, 35 degrees, 45 degrees, 75 degrees, 90 degrees, 120 degrees, etc.
一般に、グラファイト又はグラフェンの基板、部分、又は構成要素は、動作時に、半導体又は電子デバイス(例えば、半導体パッケージ、半導体ダイ、又は他の類似もしくは同様のタイプの半導体もしくは電子デバイス)を製造するための半導体製造プラント(FAB)内で、ワークピース(例えば、ウェハ)を形成、加工、又は精製するように構成されたワークピース製造又は加工ツールの加熱チャンバをライニングするために利用される。これらのグラファイト基板は、加熱チャンバのキャビティ内でワークピースを形成するか、又は加熱チャンバのキャビティ内でワークピースを加工もしくは精製するために、加熱チャンバ内のキャビティが加熱要素によって加熱されるか又は冷却される際に、温度の上昇及び低下に曝されたときの熱膨張及び収縮による損傷に対して比較的耐性がある。しかしながら、加熱チャンバのキャビティをライニングして画定するグラファイト基板が温度上昇に曝されると、グラファイト基板は、加熱チャンバのキャビティ内に炭素粒子又は原子を放出し、これらは、加熱チャンバを用いてワークピースを製造、加工、又は精製する際に、加熱チャンバ内のワークピースに導入される汚染物質又は望ましくないドーパントとなる。望ましくないドーパントであるこれらの炭素汚染物質は、選択された公差外で製造された半導体デバイス又は構成要素をもたらし、これらの公差外の半導体デバイス又は構成要素は処分又は廃棄されることになる。これらの処分又は廃棄された半導体デバイス又は構成要素は、廃棄コストを増加させ、その結果、FABの運用コストを増加させる。 Typically, graphite or graphene substrates, parts, or components are utilized to line the heating chambers of workpiece fabrication or processing tools configured to form, process, or refine workpieces (e.g., wafers) in operation within a semiconductor fabrication plant (FAB) for manufacturing semiconductor or electronic devices (e.g., semiconductor packages, semiconductor dies, or other similar or similar types of semiconductor or electronic devices). These graphite substrates are relatively resistant to damage from thermal expansion and contraction when exposed to increasing and decreasing temperatures as the cavity within the heating chamber is heated or cooled by a heating element to form the workpiece within the cavity of the heating chamber or to process or refine the workpiece within the cavity of the heating chamber. However, when the graphite substrate lining and defining the cavity of the heating chamber is exposed to increasing temperatures, the graphite substrate releases carbon particles or atoms within the cavity of the heating chamber, which become contaminants or undesirable dopants that are introduced into the workpiece within the heating chamber when the workpiece is fabricated, processed, or refined using the heating chamber. These carbon contaminants, which are undesirable dopants, result in semiconductor devices or components being manufactured outside selected tolerances, which are then discarded or scrapped. These discarded or scrapped semiconductor devices or components increase scrapping costs, which in turn increase the operating costs of the FAB.
加熱チャンバのキャビティ内の温度上昇に曝されたときに、これらの炭素汚染物質又は望ましくないドーパントがグラファイトから放出される可能性を防止又は低減するために、加熱チャンバのキャビティに露出されるグラファイト基板の表面が、不均質な柱状シリコンカーバイド(SiC)コーティング層又は炭化タンタル(TaC)コーティング層によってコーティングされる。不均質な柱状SiC又はTaCコーティング層は、炭素汚染物質がグラファイト基板から加熱チャンバのキャビティ内に放出される可能性を防止又は低減するが、不均質な柱状SiC又はTaCコーティング層のそれぞれの結晶粒の柱状構造は、不均質な柱状SiC又はTaCコーティング層をグラファイト基板の表面から急速に層間剥離又は剥離させ始めるか、又は急速に亀裂させ始める。この層間剥離、剥離、又は亀裂は、グラファイト基板の表面のそれぞれの領域を、不均質な柱状SiC又はTaCコーティング層から急速に露出させ、それにより、この場合も、炭素汚染物質がグラファイト基板の表面から加熱チャンバのキャビティ内に放出される。不均質な柱状SiC又はTaCコーティング層は、異なるサイズ及び形状の結晶粒を更に有する。この場合も、望ましくないドーパントであるこれらの炭素汚染物質は、選択された公差外で製造された半導体デバイス又は構成要素をもたらし、これらの公差外の半導体デバイス又は構成要素は処分又は廃棄されることになる。これらの処分又は廃棄された半導体デバイス又は構成要素は、廃棄コストを増加させ、その結果、FABの運用コストを増加させる。 To prevent or reduce the possibility of these carbon contaminants or undesirable dopants being released from the graphite when exposed to the elevated temperature in the cavity of the heating chamber, the surface of the graphite substrate exposed to the cavity of the heating chamber is coated with a heterogeneous columnar silicon carbide (SiC) coating layer or a tantalum carbide (TaC) coating layer. Although the heterogeneous columnar SiC or TaC coating layer prevents or reduces the possibility of carbon contaminants being released from the graphite substrate into the cavity of the heating chamber, the columnar structure of the grains of the heterogeneous columnar SiC or TaC coating layer, respectively, may cause the heterogeneous columnar SiC or TaC coating layer to rapidly delaminate or peel from the surface of the graphite substrate or to rapidly crack. This delamination, peeling, or cracking quickly exposes the respective areas of the surface of the graphite substrate from the non-uniform columnar SiC or TaC coating layer, again causing carbon contaminants to be released from the surface of the graphite substrate into the cavity of the heating chamber. The non-uniform columnar SiC or TaC coating layer also has grains of different sizes and shapes. Again, these carbon contaminants, which are undesirable dopants, result in semiconductor devices or components manufactured outside of selected tolerances, which are then discarded or scrapped. These discarded or scrapped semiconductor devices or components increase scrapping costs and, therefore, increase the operating costs of the FAB.
本開示は、均質な非柱状SiC又はTaCコーティング層によってコーティングされた表面を含むグラファイト基板の1つ以上の実施形態に関し、このコーティング層は、均質又は均一な結晶粒径分布を有する(例えば、全ての結晶粒が比較的同じサイズ及び形状である)複数の結晶粒を有し、それぞれの結晶粒は非柱状形状を有する。均質な非柱状SiC又はTaCコーティング層は、不均質な柱状SiC又はTaCコーティング層に関して上述した問題を防止又は軽減する。均質な柱状SiC又はTaCコーティング層の複数の結晶粒のそれぞれの結晶粒は、全てある結晶粒径範囲内であり、全て実質的に同じ形状である。更に、理想的には、複数の結晶粒のそれぞれの結晶粒は全て、正確に同じサイズであり、正確に同じ形状である。結晶粒の形状は、非柱状形状である。複数の結晶粒の結晶粒径の均質又は均一な分布は、それらの非柱状形状と共に、グラファイト基板の表面からの均質な非柱状SiC又はTaCコーティング層の層間剥離又は剥離の可能性を更に防止又は低減し、更に、均質な非柱状SiC又はTaCコーティング層の亀裂の可能性を防止又は低減する。例えば、複数の結晶粒の結晶粒径の均質かつ均一な分布は、上述の不均質な柱状SiC又はTaCコーティング層と比較して、より高い温度(例えば、少なくとも摂氏1700度まで)での均質な非柱状SiCコーティング層の堅牢性及び耐性を増加させる。複数の結晶粒の結晶粒径の均質又は均一な分布は、それぞれの結晶粒の非柱状形状と共に、均質な非柱状SiCコーティング層のそれぞれの結晶粒が、層間剥離、剥離、もしくは亀裂をもたらすか、又は層間剥離、剥離、もしくは亀裂の可能性を高める過度の応力及び歪みを発生させることなく、より容易に膨張及び収縮することを可能にする。したがって、本開示は、均質又は均一な結晶粒径分布を有する複数の結晶粒を有し、それぞれの結晶粒が非柱状形状を有する均質な非柱状SiC又はTaCコーティング層を含むグラファイト基板の1つ以上の実施形態に関する。 The present disclosure relates to one or more embodiments of a graphite substrate including a surface coated with a homogeneous non-columnar SiC or TaC coating layer having a plurality of grains with a homogeneous or uniform grain size distribution (e.g., all grains are relatively the same size and shape), each of the grains having a non-columnar shape. The homogeneous non-columnar SiC or TaC coating layer prevents or reduces the problems described above with respect to the heterogeneous columnar SiC or TaC coating layer. The grains of the plurality of grains of the homogeneous columnar SiC or TaC coating layer are all within a grain size range and are all substantially the same shape. Moreover, ideally, the grains of the plurality of grains are all exactly the same size and exactly the same shape. The grains are non-columnar in shape. The homogeneous or uniform distribution of the grain sizes of the multiple grains, together with their non-columnar shape, further prevents or reduces the possibility of delamination or peeling of the homogeneous non-columnar SiC or TaC coating layer from the surface of the graphite substrate, and further prevents or reduces the possibility of cracking of the homogeneous non-columnar SiC or TaC coating layer. For example, the homogeneous and uniform distribution of the grain sizes of the multiple grains increases the robustness and resistance of the homogeneous non-columnar SiC coating layer at higher temperatures (e.g., up to at least 1700 degrees Celsius) compared to the heterogeneous columnar SiC or TaC coating layer described above. The homogeneous or uniform distribution of the grain sizes of the multiple grains, together with the non-columnar shape of each grain, allows each grain of the homogeneous non-columnar SiC coating layer to expand and contract more easily without generating excessive stresses and strains that result in delamination, peeling, or cracking or increase the possibility of delamination, peeling, or cracking. Thus, the present disclosure relates to one or more embodiments of a graphite substrate including a homogenous non-columnar SiC or TaC coating layer having a plurality of grains with a homogenous or uniform grain size distribution, each of the grains having a non-columnar shape.
更に、本開示は、均質な又は均一な結晶粒径分布を有する複数の結晶粒を有し、それぞれの結晶粒が非柱状形状を有する均質な非柱状SiCコーティング層によってコーティングされた表面を含むグラファイト基板の1つ以上の実施形態を製造する方法の1つ以上の実施形態に関する。均質な非柱状SiCコーティング層でコーティングされたグラファイト基板のこれらの1つ以上の実施形態を製造する方法の1つ以上の実施形態の詳細は、本明細書で後に詳述する。 The present disclosure further relates to one or more embodiments of a method for manufacturing one or more embodiments of a graphite substrate including a surface coated with a homogenous non-columnar SiC coating layer having a plurality of grains with a homogenous or uniform grain size distribution, each of the grains having a non-columnar shape. Details of one or more embodiments of a method for manufacturing one or more of these embodiments of a graphite substrate coated with a homogenous non-columnar SiC coating layer are described in more detail later in this specification.
図1Aは、不均質なコーティング層104でコーティングされたベース部分102を含む構造100の側面図である。ベース部分102は、第1の表面106と、第1の表面106とは反対側の第2の表面108とを有する。ベース部分102は、グラファイト材料、グラファイト系材料、グラフェン材料、グラフェン系材料、又は何らかの他の類似もしくは同様のタイプのグラファイト材料もしくはグラフェン材料から作製される。ベース部分102は、1つ以上のワークピースを加熱するための加熱チャンバ又は構造(本開示の図3A、図3B、及び図4参照)のキャビティをライニング又は形成する際に利用される基板又は構成要素であってもよい。 1A is a side view of a structure 100 including a base portion 102 coated with a non-homogeneous coating layer 104. The base portion 102 has a first surface 106 and a second surface 108 opposite the first surface 106. The base portion 102 is made of a graphite material, a graphite-based material, a graphene material, a graphene-based material, or some other similar or similar type of graphite or graphene material. The base portion 102 may be a substrate or component utilized in lining or forming a cavity of a heating chamber or structure (see FIGS. 3A, 3B, and 4 of this disclosure) for heating one or more workpieces.
不均質なコーティング層104は、シリコンカーバイド(SiC)コーティング層である。いくつかの代替的な形態では、不均質なコーティング層104は、炭化タンタル(TaC)コーティング層である。不均質なコーティング層104は、ベース部分102の第1の表面106に沿って、そこに、その上にあり、それを完全に覆う。 The heterogeneous coating layer 104 is a silicon carbide (SiC) coating layer. In some alternative forms, the heterogeneous coating layer 104 is a tantalum carbide (TaC) coating layer. The heterogeneous coating layer 104 is along, at, on, and completely covers the first surface 106 of the base portion 102.
ベース部分102の1つ以上の第1の側壁110が、不均質なコーティング層104の1つ以上の第2の側壁112と同一平面上にある。ベース部分102は、第1の表面106から第2の表面108まで延在する第1の厚さT1を更に含み、不均質なコーティング層104は、第1の表面106から不均質なコーティング層104の第3の表面114まで延在する第2の厚さT2を有する。不均質なコーティング層104の第3の表面114は、ベース部分102から離れる方向に面している。第1の厚さT1は、第2の厚さT2よりも大きい。第1の厚さT1は、1μm(マイクロメートル)~10μm(マイクロメートル)の範囲内であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しい。第2の厚さT2は、1μm~10μmの範囲内、又はこの範囲の上端及び下端に等しい。 One or more first sidewalls 110 of the base portion 102 are flush with one or more second sidewalls 112 of the heterogeneous coating layer 104. The base portion 102 further includes a first thickness T1 extending from the first surface 106 to the second surface 108, and the heterogeneous coating layer 104 has a second thickness T2 extending from the first surface 106 to a third surface 114 of the heterogeneous coating layer 104. The third surface 114 of the heterogeneous coating layer 104 faces away from the base portion 102. The first thickness T1 is greater than the second thickness T2. The first thickness T1 is in the range of 1 μm (micrometer) to 10 μm (micrometer), or equal to the upper and lower ends of this range. The second thickness T2 is in the range of 1 μm to 10 μm, or equal to the upper and lower ends of this range.
図1Bは、図1Aに示す構造100の断面A-Aの拡大強調図である。図1Bに示すように、不均質なコーティング層104は、不均質なコーティング層104の結晶粒116a、116bが柱状結晶粒であるような柱状構造を有する。結晶粒116a、116bは、第1の柱状結晶粒116aと第2の柱状結晶粒116bとを含む。第1の柱状結晶粒116aは、第2の柱状結晶粒116bよりも大きい。図1Bに示すように、第1の柱状結晶粒116aは、台形の輪郭又は形状を有し、第2の柱状結晶粒116bは、三角形の輪郭又は形状を有する。第1の柱状結晶粒116aが第2の柱状結晶粒116bよりも大きいので、不均質なコーティング層104は不均質又は不均一であり、それにより、不均質なコーティング層104は、不均質なコーティング層104がワークピースの加工又は製造の際の温度の連続的な上昇及び低下の繰り返しに曝されたときに欠陥(例えば、剥離、層間剥離、亀裂など)が伝播しやすい。 Figure 1B is an enlarged, exaggerated view of cross section A-A of structure 100 shown in Figure 1A. As shown in Figure 1B, the heterogeneous coating layer 104 has a columnar structure such that the grains 116a, 116b of the heterogeneous coating layer 104 are columnar grains. The grains 116a, 116b include a first columnar grain 116a and a second columnar grain 116b. The first columnar grain 116a is larger than the second columnar grain 116b. As shown in Figure 1B, the first columnar grain 116a has a trapezoidal outline or shape and the second columnar grain 116b has a triangular outline or shape. Because the first columnar grains 116a are larger than the second columnar grains 116b, the heterogeneous coating layer 104 is heterogeneous or non-uniform, such that the heterogeneous coating layer 104 is susceptible to the propagation of defects (e.g., peeling, delamination, cracks, etc.) when the heterogeneous coating layer 104 is exposed to successive cycles of increasing and decreasing temperature during processing or manufacturing of the workpiece.
図1Bに示すように、第1の柱状結晶粒と第2の柱状結晶粒との間には、複数の柱状結晶粒界118が存在する。複数の柱状結晶粒界118の各柱状結晶粒界118は、一対の第1及び第2の柱状結晶粒116a、116bの間にある。少なくとも図1Bに示すように、複数の柱状結晶粒界118は、ベース部分102の第1の表面106から不均質なコーティング層104の第3の表面114まで延在する。いくつかの代替的な状況では、第2の柱状結晶粒116bは、隣り合う第1の柱状結晶粒116aとの間に結晶粒界が存在し得るように、輪郭が図1Bに示すよりもわずかに小さい場合がある。 As shown in FIG. 1B, a plurality of columnar grain boundaries 118 exist between the first columnar grain and the second columnar grain. Each of the plurality of columnar grain boundaries 118 is between a pair of the first and second columnar grains 116a, 116b. As shown in at least FIG. 1B, the plurality of columnar grain boundaries 118 extend from the first surface 106 of the base portion 102 to the third surface 114 of the heterogeneous coating layer 104. In some alternative circumstances, the second columnar grain 116b may be slightly smaller in profile than shown in FIG. 1B, such that a grain boundary may exist between adjacent first columnar grains 116a.
図2Aは、均質なコーティング層202でコーティングされたベース部分102を含む本開示の構造200の一実施形態の側面図である。構造200は、図1Aに示す構造100と同一又は類似の特徴の少なくともいくつかを含む。これらの同一又は類似の特徴には、同一又は類似の参照番号が付されている。本開示の簡略化及び簡潔化のために、これらの同一又は類似の特徴の詳細は、本明細書では完全には繰り返さない場合がある。 2A is a side view of one embodiment of a structure 200 of the present disclosure including a base portion 102 coated with a homogenous coating layer 202. The structure 200 includes at least some of the same or similar features as the structure 100 shown in FIG. 1A. These same or similar features are labeled with the same or similar reference numbers. For the sake of brevity and simplicity of the present disclosure, the details of these same or similar features may not be repeated in full herein.
均質なコーティング層202は、シリコンカーバイド(SiC)コーティング層である。いくつかの代替的な実施形態では、均質なコーティング層202は、炭化タンタル(TaC)コーティング層である。均質なコーティング層202は、ベース部分102の第1の表面106に沿って、そこに、その上にあり、それを完全に覆う。均質なコーティング層202は、均質なコーティング層202がベース部分102の第1の表面106と直接物理的に接触して当接するように、ベース部分102の第1の表面106に直接結合されている。言い換えれば、図2Aに示す実施形態では、均質なコーティング層202がベース部分102の第1の表面106に直接結合されるように、均質なコーティング層202とベース部分102との間に材料が存在しない。 The homogeneous coating layer 202 is a silicon carbide (SiC) coating layer. In some alternative embodiments, the homogeneous coating layer 202 is a tantalum carbide (TaC) coating layer. The homogeneous coating layer 202 is along, at, on, and completely covers the first surface 106 of the base portion 102. The homogeneous coating layer 202 is directly bonded to the first surface 106 of the base portion 102 such that the homogeneous coating layer 202 abuts in direct physical contact with the first surface 106 of the base portion 102. In other words, in the embodiment shown in FIG. 2A, there is no material between the homogeneous coating layer 202 and the base portion 102 such that the homogeneous coating layer 202 is directly bonded to the first surface 106 of the base portion 102.
均質なコーティング層202の1つ以上の第2の側壁204が、ベース部分102の1つ以上の第1の側壁110と同一平面上にある。均質なコーティング層202は、ベース部分102の第1の表面106から均質なコーティング層202の第3の表面206まで延在する第3の厚さT3を含む。均質なコーティング層202の第3の表面206は、ベース部分102から離れる方向に面している。第3の厚さT3は、1μm~10μmの範囲内、又はこの範囲の上端及び下端に等しい。 The one or more second sidewalls 204 of the homogeneous coating layer 202 are coplanar with the one or more first sidewalls 110 of the base portion 102. The homogeneous coating layer 202 includes a third thickness T3 that extends from the first surface 106 of the base portion 102 to a third surface 206 of the homogeneous coating layer 202. The third surface 206 of the homogeneous coating layer 202 faces away from the base portion 102. The third thickness T3 is in the range of 1 μm to 10 μm, or equal to the upper and lower ends of this range.
少なくとも1つの実施形態では、均質なコーティング層202は多結晶層であり、ベース部分102は多結晶層である。少なくとも1つの実施形態では、均質なコーティング層202は、大部分が3C(立方晶)多結晶である。例えば、均質なコーティング層202は、少なくとも90%が3C多結晶からなる。少なくとも1つの実施形態では、ベース部分102は、大部分が多結晶である。 In at least one embodiment, the homogeneous coating layer 202 is a polycrystalline layer and the base portion 102 is a polycrystalline layer. In at least one embodiment, the homogeneous coating layer 202 is predominantly 3C (cubic) polycrystalline. For example, the homogeneous coating layer 202 is at least 90% 3C polycrystalline. In at least one embodiment, the base portion 102 is predominantly polycrystalline.
少なくとも1つの実施形態では、均質なコーティング層は非アモルファス層である。少なくとも1つの実施形態では、ベース部分102は非アモルファス層である。 In at least one embodiment, the homogeneous coating layer is a non-amorphous layer. In at least one embodiment, the base portion 102 is a non-amorphous layer.
均質なコーティング層202は、150~300W/(m*K)(ワット/(メートル*ケルビン))の範囲内の熱伝導率を有するか、又はこの範囲の上端及び下端に等しい。少なくとも1つの実施形態では、熱伝導率は、好ましくは230~290W/(m*K)の範囲内であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しい。 The homogeneous coating layer 202 has a thermal conductivity in the range of 150-300 W/(m*K) (Watts/(meter*Kelvin)) or equal to the upper and lower ends of this range. In at least one embodiment, the thermal conductivity is preferably in the range of 230-290 W/(m*K) or equal to the upper and lower ends of this range.
均質なコーティング層202の透明度は、90%~99%の範囲であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しい。少なくとも1つの実施形態では、均質なコーティング層202は、可視波長領域内の光の吸収が少なくとも20%以下、好ましくは10%以下であるように、緑色を含まない透明である。例えば、典型的な吸収は、1%~5%の範囲である。 The transparency of the homogeneous coating layer 202 ranges from 90% to 99%, or equal to the upper and lower ends of this range. In at least one embodiment, the homogeneous coating layer 202 is transparent without any green color such that the absorption of light in the visible wavelength range is at least 20% or less, and preferably 10% or less. For example, typical absorption is in the range of 1% to 5%.
図2Bは、図2Aに示す構造200の断面B-Bの拡大強調図である。図2Bに示すように、均質なコーティング層202は、均質なコーティング層202の結晶粒208a、208bが非柱状結晶粒であるような非柱状構造を有する。言い換えれば、結晶粒208は、ベース部分102の第1の表面106に第1の非柱状結晶粒208aと、第3の表面206に第2の非柱状結晶粒208bとを有し、第1の表面106と第3の表面206との間又は第1の表面106と第3の表面206とにそれぞれ一部が存在する第3の非柱状結晶粒208cを有する。均質なコーティング層202は、結晶粒208a、208b、208cの大部分又はほとんどが全て互いに相対的かつ実質的にサイズが等しいので、均質かつ均一である。更に、非柱状結晶粒208a、208b、208cは全て、互いに相対的かつ実質的に同じ形状である。例えば、第1の非柱状結晶粒208a及び第2の非柱状結晶粒208bは第3の非柱状結晶粒208cより小さいが、結晶粒208a、208b、208cの大部分は第3の非柱状結晶粒208cであるので、均質なコーティング層202は均質又は均一である。均質なコーティング層202は、隣り合う第1、第2、及び第3の非柱状結晶粒208a、208b、208c間に複数の非柱状結晶粒界210を有する。均質なコーティング層202の複数の非柱状結晶粒界210は、不均質なコーティング層104の複数の柱状結晶粒界118よりもはるかに小さい。 2B is an enlarged and enhanced view of cross section B-B of structure 200 shown in FIG. 2A. As shown in FIG. 2B, homogeneous coating layer 202 has a non-columnar structure such that grains 208a, 208b of homogeneous coating layer 202 are non-columnar grains. In other words, grain 208 has a first non-columnar grain 208a at first surface 106 of base portion 102, a second non-columnar grain 208b at third surface 206, and a third non-columnar grain 208c with a portion between first surface 106 and third surface 206 or at first surface 106 and third surface 206, respectively. Homogeneous coating layer 202 is homogeneous and uniform because most or most of grains 208a, 208b, 208c are all substantially equal in size relative to one another. Furthermore, all of the non-columnar grains 208a, 208b, 208c are substantially the same shape relative to one another. For example, the first non-columnar grain 208a and the second non-columnar grain 208b are smaller than the third non-columnar grain 208c, but the majority of the grains 208a, 208b, 208c are the third non-columnar grain 208c, so that the homogeneous coating layer 202 is homogeneous or uniform. The homogeneous coating layer 202 has a plurality of non-columnar grain boundaries 210 between adjacent first, second, and third non-columnar grains 208a, 208b, 208c. The plurality of non-columnar grain boundaries 210 of the homogeneous coating layer 202 are much smaller than the plurality of columnar grain boundaries 118 of the heterogeneous coating layer 104.
結晶粒208a、208bの結晶粒径は、1マイクロメートル(μm)~5マイクロメートル(μm)の範囲内であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しい。結晶粒208cの結晶粒径は、1マイクロメートル(μm)~5マイクロメートル(μm)の範囲内であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しい。結晶粒径がこれらの範囲の下端に等しい場合であっても、少なくとも1つの実施形態では、均質な層202は、例えば250W/(m*K)に等しい高い熱伝導率を有する。均質なコーティング層202のそれぞれの結晶粒が、他の同様のアモルファス材料、非アモルファス材料、又は多結晶材料と比較して小さく、高いCTEを有する場合、均質なコーティング層202は、温度の変化(すなわち、上昇又は低下)に曝されたときの欠陥の伝播に対して極めて堅牢である。これは、均質なコーティング層202が化学気相成長(chemical vapor deposition、CVD)プロセスによってベース部分102の第1の表面106上に形成されることから可能である。ベース部分102の第1の表面106上に均質なコーティング層202を形成するために利用されるCVDプロセスでは、CVDプロセスは、ガス源からガスを提供することを含み、したがって、成長プロセスは、気相中で粒子核生成なしに行われ、結晶粒208a、208b、208c間の結晶粒界が均質なコーティング層202の熱伝導率を制限しないことを可能にする。 The grain size of the grains 208a, 208b is in the range of 1 micrometer (μm) to 5 micrometers (μm) or is equal to the upper and lower ends of this range. The grain size of the grains 208c is in the range of 1 micrometer (μm) to 5 micrometers (μm) or is equal to the upper and lower ends of this range. Even if the grain size is equal to the lower ends of these ranges, in at least one embodiment, the homogeneous layer 202 has a high thermal conductivity, for example equal to 250 W/(m*K). If each grain of the homogeneous coating layer 202 is small and has a high CTE compared to other similar amorphous, non-amorphous, or polycrystalline materials, the homogeneous coating layer 202 is extremely robust against defect propagation when exposed to changes in temperature (i.e., increases or decreases). This is possible because the homogeneous coating layer 202 is formed on the first surface 106 of the base portion 102 by a chemical vapor deposition (CVD) process. In the CVD process utilized to form the homogeneous coating layer 202 on the first surface 106 of the base portion 102, the CVD process involves providing a gas from a gas source, thus allowing the growth process to occur in the gas phase without particle nucleation, allowing grain boundaries between the grains 208a, 208b, 208c to not limit the thermal conductivity of the homogeneous coating layer 202.
均質なコーティング層202は、不均質なコーティング層104と比較して、均質なコーティング層が温度の連続的な上昇又は低下に曝されたときに均質なコーティング層202内で欠陥が伝播又は発生しにくい(すなわち、より堅牢である)。例えば、均質なコーティング層は、不均質なコーティング層104と比較して、少なくとも摂氏1700度(℃)まで上昇する温度に対して耐性を有し得る。均質なコーティング層202は、不均質なコーティング層104よりも堅牢である。不均質なコーティング層104は、900~1400℃の温度範囲に対してのみ亀裂又は剥離を起こすことなく耐える。換言すれば、均質なコーティング層202は、欠陥(例えば、亀裂、剥離、又は何らかの他の類似もしくは同様のタイプの欠陥)が均質なコーティング層202内に伝播することなく、摂氏1700度(℃)までの温度の上昇及び低下に曝されることが可能である。したがって、摂氏1700度(℃)までの温度上昇及び摂氏1700度(℃)からの温度低下に曝されたときに、均質なコーティング層202内で欠陥が伝播する可能性はないか又は低いが、摂氏1700度(℃)までの温度上昇及び摂氏1700度(℃)からの温度低下に曝されたときに、不均質なコーティング層104内で欠陥が急速に伝播する可能性又は確率は高い。本開示における説明を考慮して明らかになるように、均質なコーティング層202は、不均質なコーティング層104と比較して、温度のより大きな上昇及び低下に対してより堅牢である。 The homogeneous coating layer 202 is less prone to defects propagating or occurring within the homogeneous coating layer 202 (i.e., more robust) than the heterogeneous coating layer 104 when the homogeneous coating layer is exposed to a continuous increase or decrease in temperature. For example, the homogeneous coating layer may be resistant to temperatures rising to at least 1700 degrees Celsius (°C) compared to the heterogeneous coating layer 104. The homogeneous coating layer 202 is more robust than the heterogeneous coating layer 104. The heterogeneous coating layer 104 only withstands a temperature range of 900 to 1400°C without cracking or spalling. In other words, the homogeneous coating layer 202 can be exposed to temperature increases and decreases up to 1700 degrees Celsius (°C) without defects (e.g., cracks, spalls, or any other similar or similar type of defects) propagating within the homogeneous coating layer 202. Thus, there is no or low probability of defects propagating in the homogeneous coating layer 202 when exposed to temperature increases up to and decreases from 1700 degrees Celsius (°C), whereas there is a high possibility or probability of defects propagating rapidly in the heterogeneous coating layer 104 when exposed to temperature increases up to and decreases from 1700 degrees Celsius (°C). As will become apparent in light of the description in this disclosure, the homogeneous coating layer 202 is more robust to larger increases and decreases in temperature compared to the heterogeneous coating layer 104.
図3A及び図3Bは、加工ツールで利用される加熱チャンバ400の斜視図である。例えば、加工ツールは、加熱チャンバ400内で1つ以上のワークピースを加工するための、又は加熱チャンバ400内の1つ以上のワークピース(すなわち、シリコン基板もしくはウェハ、シリコンカーバイド基板もしくはウェハ、又は何らかの他の類似もしくは同様のタイプの基板もしくはウェハ)上に層を形成するための炉であってもよい。加熱チャンバ400は、第1のプレート又は部分402と、第1の部分402から離間した第2のプレート又は部分404と、第1の部分402から第2の部分404まで延在する側壁プレート又は部分406とを含む。側壁部分406は、第1の部分402及び第2の部分404に対して横方向である。図3A及び図3Bに示す加熱チャンバ400の実施形態では、互いに対向する2つの側壁部分406が存在する。第1の部分402、第2の部分404、及び側壁部分406は、グラファイト材料、グラファイト系材料、グラフェン材料、グラフェン系材料、又は何らかの他の類似もしくは同様のタイプのグラファイト材料もしくはグラフェン材料から作製される。 3A and 3B are perspective views of a heating chamber 400 utilized in a processing tool. For example, the processing tool may be a furnace for processing one or more workpieces in the heating chamber 400 or for forming layers on one or more workpieces (i.e., silicon substrates or wafers, silicon carbide substrates or wafers, or any other similar or similar type of substrate or wafer) in the heating chamber 400. The heating chamber 400 includes a first plate or portion 402, a second plate or portion 404 spaced apart from the first portion 402, and a sidewall plate or portion 406 extending from the first portion 402 to the second portion 404. The sidewall portion 406 is transverse to the first portion 402 and the second portion 404. In the embodiment of the heating chamber 400 illustrated in FIGS. 3A and 3B, there are two sidewall portions 406 that are opposed to each other. The first portion 402, the second portion 404, and the sidewall portion 406 are made from a graphite material, a graphite-based material, a graphene material, a graphene-based material, or some other similar or similar type of graphite or graphene material.
第1の開口部408が、加熱チャンバ400の第1の端部410にあり、加熱チャンバ400内のキャビティ412へのアクセスを提供する。キャビティ412は、第1の部分402、第2の部分404、及び側壁部分406によって画定される。第2の開口部414が、第1の端部410とは反対側の加熱チャンバ400の第2の端部416にあり、第2の開口部414は、加熱チャンバ400内のキャビティ412へのアクセスを提供する。第1又は第2の開口部408のいずれか一方は、1つ以上のワークピースが加熱チャンバ400のキャビティ412内に配置されることを可能にする。例えば、加熱チャンバ400の第1又は第2の開口部408、414のいずれか一方を通して1つ以上のワークピースをキャビティ412内に挿入するために、エンドエフェクタ又は移送ブレードを有する移送ロボットアーム(transfer robot arm、TRA)が利用される。 A first opening 408 is at a first end 410 of the heating chamber 400 and provides access to a cavity 412 within the heating chamber 400. The cavity 412 is defined by the first portion 402, the second portion 404, and the sidewall portion 406. A second opening 414 is at a second end 416 of the heating chamber 400 opposite the first end 410 and provides access to the cavity 412 within the heating chamber 400. Either the first or second opening 408 allows one or more workpieces to be placed within the cavity 412 of the heating chamber 400. For example, a transfer robot arm (TRA) having an end effector or transfer blade is utilized to insert one or more workpieces into the cavity 412 through either the first or second opening 408, 414 of the heating chamber 400.
第1の部分402は第1の外表面418を含み、第2の部分404は第2の外表面420を含み、側壁部分406は側壁外表面422を含む。第1の外表面418、第2の外表面420、及び側壁外表面422は、加熱チャンバ400のキャビティ412をライニング又は画定せず、第1の外表面418、第2の外表面420、及び側壁外表面422は、加熱チャンバ400の第1及び第2の開口部408、414をライニング又は画定しない。 The first portion 402 includes a first outer surface 418, the second portion 404 includes a second outer surface 420, and the sidewall portion 406 includes a sidewall outer surface 422. The first outer surface 418, the second outer surface 420, and the sidewall outer surface 422 do not line or define the cavity 412 of the heating chamber 400, and the first outer surface 418, the second outer surface 420, and the sidewall outer surface 422 do not line or define the first and second openings 408, 414 of the heating chamber 400.
第1の部分402は第1の内表面424を含み、第2の部分404は第2の内表面426を含み、側壁部分406は側壁内表面428を含む。第1の内表面424、第2の内表面426、及び側壁内表面428は、加熱チャンバ400のキャビティ412をライニング又は画定し、第1の内表面424、第2の内表面426、及び側壁内表面428は、加熱チャンバ400の第1及び第2の開口408、414をライニング又は画定する。 The first portion 402 includes a first inner surface 424, the second portion 404 includes a second inner surface 426, and the sidewall portion 406 includes a sidewall inner surface 428. The first inner surface 424, the second inner surface 426, and the sidewall inner surface 428 line or define the cavity 412 of the heating chamber 400, and the first inner surface 424, the second inner surface 426, and the sidewall inner surface 428 line or define the first and second openings 408, 414 of the heating chamber 400.
第1の部分402は第1の端面430を含み、第2の部分404は第2の端面432を含み、側壁部分406は第1の側壁端面434を含む。第1の端面430、第2の端面432、及び第1の側壁端面434は、加熱チャンバ400の第1の端部410にある。 The first portion 402 includes a first end surface 430, the second portion 404 includes a second end surface 432, and the sidewall portion 406 includes a first sidewall end surface 434. The first end surface 430, the second end surface 432, and the first sidewall end surface 434 are at a first end 410 of the heating chamber 400.
第1の部分402は、第1の端面430に対向する第3の端面436を含み、第2の部分404は、第2の端面432に対向する第4の端面438を含み、側壁部分406は、第1の側壁端面434に対向する第2の側壁端面440を含む。第3の端面436、第4の端面438、及び第2の側壁端面440は、加熱チャンバ400の第2の端部416にある。 The first portion 402 includes a third end surface 436 opposite the first end surface 430, the second portion 404 includes a fourth end surface 438 opposite the second end surface 432, and the sidewall portion 406 includes a second sidewall end surface 440 opposite the first sidewall end surface 434. The third end surface 436, the fourth end surface 438, and the second sidewall end surface 440 are at the second end 416 of the heating chamber 400.
第1の内表面424、第2の内表面426、側壁内表面428、第1の端面430、第2の端面432、第1の側壁端面434、第3の端面436、第4の端面438、及び第2の側壁端面440は全て、均質なコーティング層202(本開示の図2A及び図2B参照)でコーティングされ、均質なコーティング層202は、均質であり、均質なコーティング層202の結晶粒208a、208b、208cの大部分が全て互いに相対的かつ実質的に同じサイズ及び形状であり、非柱状結晶粒であるような非柱状構造を有する。第1の端面430上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分は、第1の縁部425が均質なコーティング層202によって完全にコーティングされるように、第1の内表面424上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分と連続している。第2の端面432上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分は、第2の縁部427が均質なコーティング層202によって完全にコーティングされるように、第2の内表面426上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分と連続している。第1の側壁端面434上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分は、第3の縁部429が均質なコーティング層202によって完全にコーティングされるように、側壁内表面428上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分と連続している。第3の端面436上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分は、第4の縁部431が均質なコーティング層202によって完全にコーティングされるように、第2の内表面426上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分と連続している。第4の端面438上の均質なコーティング層のそれぞれの部分は、第5の縁部433が均質なコーティング層202によって完全にコーティングされるように、第1の内表面424上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分と連続している。第2の側壁端面440上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分は、第6の縁部435が均質なコーティング層202によって完全にコーティングされるように、側壁内表面428上の均質なコーティング層202のそれぞれの部分と連続している。これらそれぞれの縁部425、427、429、431、433、435をコーティングすることによって、これらそれぞれの縁部425、427、429、431、433、435で、又はその近くで剥離が生じる可能性が低減され、これにより、加熱チャンバ400のキャビティ412内に存在するワークピースを加工する際に、汚染物質(例えば、炭素)がキャビティ412内に導入される可能性が更に防止又は低減される。 The first inner surface 424, the second inner surface 426, the sidewall inner surface 428, the first end surface 430, the second end surface 432, the first sidewall end surface 434, the third end surface 436, the fourth end surface 438, and the second sidewall end surface 440 are all coated with a homogenous coating layer 202 (see Figures 2A and 2B of this disclosure), which is homogenous and has a non-columnar structure such that the majority of the grains 208a, 208b, 208c of the homogenous coating layer 202 are all substantially the same size and shape relative to one another and are non-columnar grains. Each portion of the homogenous coating layer 202 on the first end surface 430 is continuous with each portion of the homogenous coating layer 202 on the first inner surface 424 such that the first edge 425 is completely coated by the homogenous coating layer 202. The respective portions of the homogenous coating layer 202 on the second end face 432 are continuous with the respective portions of the homogenous coating layer 202 on the second inner surface 426 such that the second edge 427 is completely coated with the homogenous coating layer 202. The respective portions of the homogenous coating layer 202 on the first sidewall end face 434 are continuous with the respective portions of the homogenous coating layer 202 on the sidewall inner surface 428 such that the third edge 429 is completely coated with the homogenous coating layer 202. The respective portions of the homogenous coating layer 202 on the third end face 436 are continuous with the respective portions of the homogenous coating layer 202 on the second inner surface 426 such that the fourth edge 431 is completely coated with the homogenous coating layer 202. The respective portions of the homogeneous coating layer 202 on the fourth end surface 438 are continuous with the respective portions of the homogeneous coating layer 202 on the first inner surface 424 such that the fifth edge 433 is completely coated with the homogeneous coating layer 202. The respective portions of the homogeneous coating layer 202 on the second sidewall end surface 440 are continuous with the respective portions of the homogeneous coating layer 202 on the sidewall inner surface 428 such that the sixth edge 435 is completely coated with the homogeneous coating layer 202. Coating these respective edges 425, 427, 429, 431, 433, 435 reduces the likelihood of spalling occurring at or near these respective edges 425, 427, 429, 431, 433, 435, which further prevents or reduces the likelihood of introducing contaminants (e.g., carbon) into the cavity 412 of the heating chamber 400 when processing a workpiece present therein.
加熱チャンバ400が、加熱チャンバ400を含むか又は有する加工ツール又は炉ツール内で利用されているときに、1つ以上のワークピースが、加熱チャンバ400のキャビティ412内に挿入される。1つ以上のワークピースが加熱チャンバ400のキャビティ412に挿入されると、ガス源からのガス(すなわち、SiH4、Si2H6、GeH4、又は何らかの他の類似もしくは同様のタイプのガス)が導入され、加熱チャンバ400が加工ツール又は炉ツールの加熱要素によって加熱されている間に、加熱チャンバ400のキャビティ412を通過する。少なくとも1つの実施形態では、ガスは、第1の開口部408(すなわち、ガス入口)に入り、キャビティ412を通過し、第2の開口部414(すなわち、ガス出口)から出る。少なくとも1つの代替的な実施形態では、ガスは、ガスが第2の開口部414(すなわち、ガス入口)に入り、キャビティ412を通過し、第1の開口部408(すなわち、ガス出口)から出るように、逆方向に流れる。ガスがキャビティ412を通って移動すると、キャビティ412内に存在する1つ以上のワークピースのそれぞれの表面上にエピタキシャル層が形成される。上述のプロセスは、キャビティ412内に存在する1以上のワークピースのそれぞれの表面にエピタキシャル層を成長させて形成するエピタキシャル成長形成プロセスである。エピタキシャル層が成長し、1つ以上のワークピースのそれぞれの表面上に形成されると、ガスのキャビティ412内への導入が停止され、例えば、加熱要素による加熱チャンバ400の加熱を停止することによって、加熱チャンバ400を冷却することができる。1つ以上のワークピースの冷却後に、加熱チャンバ400を利用してエピタキシャル層が成長し形成された1つ以上のワークピースを除去するために、TRAのエンドエフェクタが利用される。 When the heat chamber 400 is utilized in a processing tool or furnace tool that includes or has the heat chamber 400, one or more workpieces are inserted into the cavity 412 of the heat chamber 400. Once the one or more workpieces are inserted into the cavity 412 of the heat chamber 400, gas from a gas source (i.e., SiH4 , Si2H6 , GeH4 , or any other similar or similar type of gas) is introduced and passes through the cavity 412 of the heat chamber 400 while the heat chamber 400 is heated by a heating element of the processing tool or furnace tool. In at least one embodiment, the gas enters the first opening 408 (i.e., gas inlet), passes through the cavity 412, and exits through the second opening 414 (i.e., gas outlet). In at least one alternative embodiment, the gas flows in the reverse direction, such that the gas enters the second opening 414 (i.e., gas inlet), passes through the cavity 412, and exits the first opening 408 (i.e., gas outlet). As the gas travels through the cavity 412, an epitaxial layer forms on each of the surfaces of one or more workpieces present in the cavity 412. The process described above is an epitaxial growth formation process that grows and forms an epitaxial layer on each of the surfaces of one or more workpieces present in the cavity 412. Once an epitaxial layer has grown and formed on each of the surfaces of the one or more workpieces, the introduction of gas into the cavity 412 is stopped, and the heating chamber 400 can be cooled, for example, by ceasing to heat the heating chamber 400 with the heating element. After cooling of the one or more workpieces, an end effector of the TRA is utilized to remove the one or more workpieces on which the epitaxial layer was grown and formed using the heating chamber 400.
加熱チャンバ400のキャビティ412の加熱時に、加熱チャンバ400を画定するそれぞれの部分402、404、406のそれぞれの側壁内表面428及びそれぞれの内表面424、426上の均質なコーティング層202は、熱に直接曝され、これらそれぞれの部分のそれぞれのベース部分は、均質なコーティング層202の存在により熱に直接曝されない。言い換えれば、均質なコーティング層202のそれぞれの表面206は、加熱チャンバ400のキャビティ412を加熱する熱に直接曝される。換言すれば、均質なコーティング層202は、加熱チャンバ400のキャビティ412の全体をライニングしている。 During heating of the cavity 412 of the heating chamber 400, the homogeneous coating layer 202 on each sidewall inner surface 428 and each inner surface 424, 426 of each portion 402, 404, 406 defining the heating chamber 400 is directly exposed to heat, and each base portion of each of these respective portions is not directly exposed to heat due to the presence of the homogeneous coating layer 202. In other words, each surface 206 of the homogeneous coating layer 202 is directly exposed to heat that heats the cavity 412 of the heating chamber 400. In other words, the homogeneous coating layer 202 lines the entire cavity 412 of the heating chamber 400.
1つ以上のワークピース上にエピタキシャル層を形成するための図3A、図3B、及び図4に関して説明した上記のプロセスは、キャビティ412内に連続して挿入される多数のワークピースを加工するために加熱チャンバ400が複数回利用されるように、複数回連続して実行される。第1の内表面424、第2の内表面426、側壁内表面428、第1の端面430、第2の端面432、第1の側壁端面434、第3の端面436、第4の端面438、及び第2の側壁端面440が、均質なコーティング層202の代わりに不均質なコーティング層104でコーティングされた場合、均質なコーティング層202が代わりに第1の内表面424、第2の内表面426、側壁内表面428、第1の端面430、第2の端面432、第1の側壁端面434、第3の端面436、第4の端面438、及び第2の側壁端面440上にある場合と比較して、欠陥は、不均質なコーティング層104内で急速に伝播し始める。 The above process described with respect to Figures 3A, 3B, and 4 for forming an epitaxial layer on one or more workpieces is performed multiple times in succession such that the heating chamber 400 is utilized multiple times to process multiple workpieces that are inserted sequentially into the cavity 412. If the first inner surface 424, the second inner surface 426, the sidewall inner surface 428, the first end surface 430, the second end surface 432, the first sidewall end surface 434, the third end surface 436, the fourth end surface 438, and the second sidewall end surface 440 are coated with the inhomogeneous coating layer 104 instead of the homogeneous coating layer 202, defects will begin to propagate more rapidly in the inhomogeneous coating layer 104 than if the homogeneous coating layer 202 were instead on the first inner surface 424, the second inner surface 426, the sidewall inner surface 428, the first end surface 430, the second end surface 432, the first sidewall end surface 434, the third end surface 436, the fourth end surface 438, and the second sidewall end surface 440.
不均質なコーティング層104がベース部分102の第1の表面106上に存在する場合、均質なコーティング層202が代わりにベース部分102の第1の表面106上にある場合と比較して、不均質なコーティング層104内で欠陥が比較的迅速かつ比較的高い可能性で伝播し始める。これは、少なくとも部分的には、比較的小さな非柱状界結晶粒210と比較して比較的大きな柱状結晶粒界118を有する第1及び第2の柱状結晶粒116a、116bの柱状構造によるものである。例えば、比較的大きな柱状結晶粒界118は、小さな非柱状結晶粒界210における欠陥(例えば、亀裂、剥離など)の伝播しやすさと比較して、これらの欠陥がより伝播しにくい。なぜなら、小さな非柱状結晶粒界210は、大きな柱状結晶粒界118と比較して、温度の上昇及び低下(すなわち、膨張及び収縮)によって生成される応力及び歪みをより簡単かつ容易に低減するか又はこれらに耐えるからである。 When the inhomogeneous coating layer 104 is present on the first surface 106 of the base portion 102, defects begin to propagate more quickly and with a higher probability in the inhomogeneous coating layer 104 than if the homogeneous coating layer 202 were instead on the first surface 106 of the base portion 102. This is due, at least in part, to the columnar structure of the first and second columnar grains 116a, 116b, which have relatively large columnar grain boundaries 118 compared to the relatively small non-columnar grains 210. For example, the relatively large columnar grain boundaries 118 are less susceptible to the propagation of defects (e.g., cracks, spalling, etc.) compared to the propagating tendency of these defects in the small non-columnar grain boundaries 210 because the small non-columnar grain boundaries 210 more easily and readily reduce or withstand stresses and strains generated by increasing and decreasing temperatures (i.e., expansion and contraction) compared to the large columnar grain boundaries 118.
例えば、加熱チャンバ400のキャビティ412内に温度の変化(すなわち、上昇及び低下)があり、不均質なコーティング層104がベース部分102の第1の表面106上にあるとき、複数の結晶粒116a、116bは、熱サイクルによって膨張し(すなわち、温度が上昇し)、収縮する(すなわち、温度が低下する)。複数の柱状結晶粒116a、116bのこの膨張及び収縮により、複数の柱状結晶粒界118において複数の柱状結晶粒116a、116b間で応力及び歪みが変動し、伝播する。応力及び歪みが変動するにつれて、大きな柱状結晶粒界118は、互いに分離し始めるか、又は互いに押し合い始め、これにより、不均質なコーティング層104に亀裂が生じる場合がある。亀裂が大きな柱状結晶粒界118のうちの少なくとも1つに沿って発生又は伝播すると、亀裂は、不均質なコーティング層104の第3の表面114からベース部分102の第1の表面106まで延びる可能性が高く、その結果、第1の表面106の領域は、伝播した亀裂を介した流体連通によってキャビティ412に露出する。ベース部分102の第1の表面106の領域が加熱チャンバ400のキャビティ412に露出すると、ベース部分の第1の表面106は、キャビティ412内に存在するワークピース(例えば、シリコン基板、シリコンウェハなど)のそれぞれの表面上に成長又は形成されたエピタキシャル層の一部になる汚染物質又は意図しないドーパントとしてキャビティ412に入る炭素を生成する。この汚染物質は、製造される半導体デバイスを公差外にし、FABによって吸収される無駄なコストになる。 For example, when there is a change in temperature (i.e., increase and decrease) in the cavity 412 of the heating chamber 400 and the inhomogeneous coating layer 104 is on the first surface 106 of the base portion 102, the grains 116a, 116b expand (i.e., increase in temperature) and contract (i.e., decrease in temperature) due to the thermal cycle. This expansion and contraction of the columnar grains 116a, 116b causes stresses and strains to fluctuate and propagate between the columnar grains 116a, 116b at the columnar grain boundaries 118. As the stresses and strains fluctuate, the large columnar grain boundaries 118 may begin to separate from one another or to push against one another, which may cause cracks in the inhomogeneous coating layer 104. When a crack initiates or propagates along at least one of the large columnar grain boundaries 118, the crack will likely extend from the third surface 114 of the inhomogeneous coating layer 104 to the first surface 106 of the base portion 102, resulting in an area of the first surface 106 being exposed to the cavity 412 by fluid communication through the propagated crack. When an area of the first surface 106 of the base portion 102 is exposed to the cavity 412 of the heating chamber 400, the first surface 106 of the base portion will generate carbon that enters the cavity 412 as a contaminant or unintended dopant that becomes part of the epitaxial layer grown or formed on the respective surface of the workpiece (e.g., silicon substrate, silicon wafer, etc.) present in the cavity 412. This contaminant will cause the semiconductor device being manufactured to be out of tolerance, resulting in wasted costs absorbed by the FAB.
他方、例えば、加熱チャンバ400のキャビティ412内に温度の変化(すなわち、上昇及び低下)があり、均質なコーティング層202がベース部分102の第1の表面上にあるとき、複数の結晶粒116a、116bは、膨張し(すなわち、温度が上昇し)、収縮する(すなわち、温度が低下する)。複数の非柱状結晶粒208a、208b、208cのこの膨張及び収縮により、複数の非柱状結晶粒界210において複数の非柱状結晶粒208a、208b、208c間で応力及び歪みが変動し、伝播する。応力及び歪みが変動するにつれて、複数の小さな非柱状結晶粒界210のうちの少なくともいくつかが互いに分離し始める可能性があり、これが亀裂をもたらす可能性がある。複数の非柱状結晶粒界210は複数の柱状結晶粒界118よりも小さいので、より小さい非柱状結晶粒界210は、熱サイクルによるこの膨張及び収縮によって引き起こされる応力及び歪みに、より容易に耐えるか又はこれらを低減する。より小さい非柱状結晶粒界210はまた、より大きい柱状結晶粒界118と比較して、より小さい非柱状結晶粒界210を通して応力及び歪みをより均一に分散させ、その結果、より小さい非柱状結晶粒界210は、亀裂欠陥に対してより耐性がある。しかしながら、亀裂がより小さい非柱状結晶粒界210のうちの少なくとも1つに沿って発生又は伝播し始めた場合であっても、亀裂が均質なコーティング層210の第3の表面206からベース部分102の第1の表面106まで延びる可能性は低く、第1の表面106の領域が均質なコーティング層202内の亀裂を介した流体連通によってキャビティ412に露出する可能性が防止又は低減される。言い換えれば、亀裂が小さな非柱状結晶粒界210の少なくとも1つに沿って伝播し始めたとしても、不均質なコーティング層104内の大きな柱状結晶粒界118と比較して、均質なコーティング層202内により多くの小さな非柱状結晶粒界210が存在するので、応力及び歪みはより均一に分布する。言い換えれば、複数の非柱状結晶粒208a、208b、208cのより小さい非柱状結晶粒210は、複数の柱状結晶粒116a、116bのより大きい柱状結晶粒界118と比較して、温度の変化(すなわち、増加又は減少)によって引き起こされる応力及び歪みに対してはるかに堅牢であり、したがって、不均質なコーティング層104の代わりに均質なコーティング層202がベース部分102の第1の表面106上にあるときに、亀裂がベース部分の第1の表面106を加熱チャンバ400のキャビティ412に露出させる可能性ははるかに低い。 On the other hand, when there is a change in temperature (i.e., increase and decrease) in the cavity 412 of the heating chamber 400, for example, and the homogeneous coating layer 202 is on the first surface of the base portion 102, the grains 116a, 116b expand (i.e., increase in temperature) and contract (i.e., decrease in temperature). This expansion and contraction of the non-columnar grains 208a, 208b, 208c causes stresses and strains to fluctuate and propagate among the non-columnar grains 208a, 208b, 208c at the non-columnar grain boundaries 210. As the stresses and strains fluctuate, at least some of the small non-columnar grain boundaries 210 may begin to separate from one another, which may result in cracks. Because the plurality of non-columnar grain boundaries 210 are smaller than the plurality of columnar grain boundaries 118, the smaller non-columnar grain boundaries 210 more easily withstand or reduce the stress and strain caused by this expansion and contraction due to thermal cycling. The smaller non-columnar grain boundaries 210 also distribute the stress and strain more uniformly through the smaller non-columnar grain boundaries 210 compared to the larger columnar grain boundaries 118, so that the smaller non-columnar grain boundaries 210 are more resistant to crack defects. However, even if a crack does begin to initiate or propagate along at least one of the smaller non-columnar grain boundaries 210, the crack is unlikely to extend from the third surface 206 of the homogeneous coating layer 210 to the first surface 106 of the base portion 102, preventing or reducing the possibility that an area of the first surface 106 would be exposed to the cavity 412 by fluid communication through a crack in the homogeneous coating layer 202. In other words, even if a crack begins to propagate along at least one of the small non-columnar grain boundaries 210, the stress and strain are more uniformly distributed because there are more small non-columnar grain boundaries 210 in the homogeneous coating layer 202 compared to the large columnar grain boundaries 118 in the heterogeneous coating layer 104. In other words, the smaller non-columnar grains 210 of the plurality of non-columnar grains 208a, 208b, 208c are much more robust to stress and strain caused by a change (i.e., increase or decrease) in temperature compared to the larger columnar grain boundaries 118 of the plurality of columnar grains 116a, 116b, and therefore, when the homogeneous coating layer 202 is on the first surface 106 of the base portion 102 instead of the heterogeneous coating layer 104, the crack is much less likely to expose the first surface 106 of the base portion to the cavity 412 of the heating chamber 400.
更に、ベース部分102と均質なコーティング層202及び不均質なコーティング層104との間にはそれぞれCTE(coefficient of thermal expansion、熱膨張係数)の不一致がある。言い換えれば、熱サイクルに曝されると、ベース部分102は、均質なコーティング層202及び不均質なコーティング層104とはそれぞれ異なる量だけ膨張する。上述したように、均質なコーティング層202のより小さい非柱状結晶粒界210は、不均質なコーティング層104のより大きい柱状結晶粒界118よりも弾力性があり堅牢であるため、このCTEの不一致によって生じる応力及び歪みは、不均質なコーティング層104に欠陥を生じさせる可能性と比較して、均質なコーティング層202に欠陥を生じさせる可能性が低い。 Furthermore, there is a CTE (coefficient of thermal expansion) mismatch between the base portion 102 and the homogeneous coating layer 202 and the heterogeneous coating layer 104, respectively. In other words, when exposed to a thermal cycle, the base portion 102 expands by a different amount than the homogeneous coating layer 202 and the heterogeneous coating layer 104, respectively. As described above, the stresses and strains caused by this CTE mismatch are less likely to cause defects in the homogeneous coating layer 202 compared to the heterogeneous coating layer 104 because the smaller non-columnar grain boundaries 210 of the homogeneous coating layer 202 are more resilient and robust than the larger columnar grain boundaries 118 of the heterogeneous coating layer 104.
上記の説明を考慮すると、均質なコーティング層202は、不均質なコーティング層104と比較して、温度の変化(すなわち、増加又は減少)によって引き起こされる応力及び歪みを吸収又は緩和するので、均質なコーティング層202は、不均質なコーティング層104と比較して、ベース部分102の1つ以上の第1の側壁110での、又はその近くでの剥離又は層間剥離を生じにくいか、あるいは剥離又は層間剥離に対してより堅牢である。 In view of the above discussion, the homogeneous coating layer 202 absorbs or mitigates stresses and strains caused by changes (i.e., increases or decreases) in temperature compared to the heterogeneous coating layer 104, such that the homogeneous coating layer 202 is less susceptible to peeling or delamination at or near one or more first sidewalls 110 of the base portion 102 or is more robust against peeling or delamination compared to the heterogeneous coating layer 104.
不均質なコーティング層104がベース部分102の第1の表面106上に存在する場合、温度の変化(すなわち、増加又は減少)に起因する影響をより受けやすく、より堅牢性が低い、より大きな柱状結晶粒界118によって引き起こされる剥離又は層間剥離が、ベース部分102の1つ以上の第1の側壁110で、又はその近くで生じる可能性が高い。他方、均質なコーティング層202がベース部分102の第1の表面106上に存在する場合、非柱状結晶粒210が全て互いに相対的に同じサイズ及び形状であるため、温度変化(すなわち、増加及び減少)に起因する影響をより受けにくく、より堅牢な、より小さい非柱状結晶粒界210によって引き起こされる剥離又は層間剥離が、ベース部分102の1つ以上の第1の側壁で、又はその近くで生じる可能性はより低い。 If a non-homogeneous coating layer 104 is present on the first surface 106 of the base portion 102, peeling or delamination caused by the larger columnar grain boundaries 118, which are more susceptible and less robust to temperature changes (i.e., increases or decreases), is more likely to occur at or near one or more first sidewalls 110 of the base portion 102. On the other hand, if a homogeneous coating layer 202 is present on the first surface 106 of the base portion 102, peeling or delamination caused by the smaller non-columnar grain boundaries 210, which are less susceptible and less robust to temperature changes (i.e., increases and decreases), is less likely to occur at or near one or more first sidewalls of the base portion 102 because the non-columnar grains 210 are all the same size and shape relative to one another.
ベース部分102の第1の表面106における不均質なコーティング層104の第1の非柱状結晶粒116aの剥離は、ベース部分102の第1の表面106における不均質なコーティング層202の第1及び第3の非柱状結晶粒208a、208cの剥離と比較して、相対的に起こりやすい。例えば、不均質なコーティング層104の第3の表面114における端部よりも第1の表面106における端部の方が小さい第1の柱状結晶粒116aの台形形状及びより大きいサイズは、熱サイクルに曝されたときの第1の表面106からの不均質なコーティング層104の剥離の可能性を高める。他方、第1及び第3の非柱状結晶粒208a、208cが互いに相対的に同じサイズ及び形状であり、より小さいことにより、第1及び第2の柱状結晶粒116a、116bと比較してより多くの数の第1及び第3の非柱状結晶粒208a、208bが第1の表面106に存在することが可能になり、第1の表面106に結合された場合の不均質なコーティング層104と比較して、第1の表面106への均質なコーティング層202のより強固な結合が提供される。換言すれば、第1の表面106における均質なコーティング層202のより小さい非柱状結晶粒208a、208cは、不均質なコーティング層104のより大きい柱状結晶粒116a、116bと比較して、第1の表面106とのより大きい接着性を有し、それにより、不均質なコーティング層104の代わりに均質なコーティング層202を利用した場合の剥離の可能性がより低くなる。 The spalling of the first non-columnar grain 116a of the inhomogeneous coating layer 104 at the first surface 106 of the base portion 102 is relatively more likely than spalling of the first and third non-columnar grains 208a, 208c of the inhomogeneous coating layer 202 at the first surface 106 of the base portion 102. For example, the trapezoidal shape and larger size of the first columnar grain 116a, which is smaller at its end at the first surface 106 than at its end at the third surface 114 of the inhomogeneous coating layer 104, increases the likelihood of spalling of the inhomogeneous coating layer 104 from the first surface 106 when exposed to thermal cycling. On the other hand, the first and third non-columnar grains 208a, 208c being the same size and shape relative to one another and smaller allows a greater number of the first and third non-columnar grains 208a, 208b to be present on the first surface 106 compared to the first and second columnar grains 116a, 116b, providing a stronger bond of the homogeneous coating layer 202 to the first surface 106 compared to the heterogeneous coating layer 104 when bonded to the first surface 106. In other words, the smaller non-columnar grains 208a, 208c of the homogeneous coating layer 202 at the first surface 106 have a greater adhesion to the first surface 106 compared to the larger columnar grains 116a, 116b of the heterogeneous coating layer 104, thereby reducing the likelihood of delamination when utilizing the homogeneous coating layer 202 instead of the heterogeneous coating layer 104.
上記の説明を考慮すると、全てが相対的かつ実質的に同じサイズである第1、第2、及び第3の非柱状結晶粒208a、208b、208cと、複数の非柱状結晶粒界210とを含む均質なコーティング層202を利用すること(本開示の図2A及び図2B参照)は、上述の柱状構造を有する不均質なコーティング層104を利用すること(本開示の図1A及び図1B参照)と比較して、欠陥(例えば、亀裂、剥離など)が生じる可能性を低減させるか又は防止する。第1、第2、及び第3の非柱状結晶粒208a、208b、208cの膨張又は収縮を引き起こす温度の変化(すなわち、温度の上昇又は低下)に曝されたときに、均質なコーティング層202がより堅牢であるので、均質なコーティング層202は不均質なコーティング層104より堅牢である。 In view of the above discussion, the use of a homogeneous coating layer 202 (see FIGS. 2A and 2B of the present disclosure) including first, second, and third non-columnar grains 208a, 208b, 208c all of the same relative and substantially same size and a plurality of non-columnar grain boundaries 210 reduces or prevents the occurrence of defects (e.g., cracks, delamination, etc.) as compared to the use of a heterogeneous coating layer 104 having a columnar structure as described above (see FIGS. 1A and 1B of the present disclosure). The homogeneous coating layer 202 is more robust than the heterogeneous coating layer 104 because the homogeneous coating layer 202 is more robust when exposed to changes in temperature (i.e., increases or decreases in temperature) that cause the first, second, and third non-columnar grains 208a, 208b, 208c to expand or contract.
上記の説明を考慮すると、均質なコーティング層202は、不均質なコーティング層104よりも長い使用可能寿命を有する。換言すれば、均質なコーティング層104でコーティングされたベース部分102は、ベース部分102が不均質なコーティング層202でコーティングされている場合よりも多くのワークピースの加工に利用することができる。換言すれば、均質なコーティング層202は、不均質なコーティング層104と比較して、欠陥が均質なコーティング層202内に伝播する前に、より多くの熱サイクルを受けることができる。 In view of the above discussion, the homogeneous coating layer 202 has a longer usable life than the heterogeneous coating layer 104. In other words, the base portion 102 coated with the homogeneous coating layer 104 can be utilized for processing more workpieces than if the base portion 102 was coated with the heterogeneous coating layer 202. In other words, the homogeneous coating layer 202 can undergo more thermal cycles before defects propagate in the homogeneous coating layer 202 compared to the heterogeneous coating layer 104.
図4は、本開示の加熱チャンバ500の代替的な実施形態の斜視図である。加熱チャンバ500は、容器502と蓋504とを有する。容器は、蓋504が図4に示す開位置にあるときに容器502のキャビティ508へのアクセスを提供する開口部506を含む。容器502は、容器502内のキャビティ508を画定するコーティングされた表面510を含む。これらのコーティングされた表面510は、キャビティ508内に存在する複数のワークピース512を加工するときにガス源からのガスに曝露されることになる任意の場所に存在し、これらのコーティングされた表面510は、均質なコーティング層202でコーティングされている。複数のワークピース512は、ガス源からのガスに曝露されることになるそれぞれの表面が均質なコーティング層202でコーティングされた、移送又は支持ディスクと呼ばれ得る移送又は支持プレート514上に存在する。複数のワークピース512は、複数のワークピースを支持プレート514のうちのいくつかの上に配置し、次いで、複数のワークピースが載置された支持プレート514を、支持プレート514を受容するように構成されたキャビティ508内の受容領域内に配置することによって挿入される。換言すれば、各受容領域は、図4に示すように、支持プレート514のうちの1つを受容するように構成されている。 4 is a perspective view of an alternative embodiment of a heating chamber 500 of the present disclosure. The heating chamber 500 has a container 502 and a lid 504. The container includes an opening 506 that provides access to a cavity 508 of the container 502 when the lid 504 is in the open position shown in FIG. 4. The container 502 includes coated surfaces 510 that define a cavity 508 in the container 502. These coated surfaces 510 are present anywhere that will be exposed to gas from a gas source when processing a plurality of workpieces 512 present in the cavity 508, and these coated surfaces 510 are coated with a homogenous coating layer 202. The plurality of workpieces 512 are present on a transfer or support plate 514, which may be referred to as a transfer or support disk, each surface that will be exposed to gas from the gas source is coated with a homogenous coating layer 202. The workpieces 512 are inserted by placing the workpieces on some of the support plates 514 and then placing the support plates 514 with the workpieces on them into receiving areas in the cavity 508 configured to receive the support plates 514. In other words, each receiving area is configured to receive one of the support plates 514, as shown in FIG. 4.
ガス入口516が、キャビティ508の中心に存在し、キャビティ508内に存在する複数のワークピース512の加工の際に蓋504が閉位置にあるときにガスをキャビティ508内に供給するためにガス源と流体連通している。ガス出口又は出口凹部518が、容器502のキャビティ508の周辺領域に存在する。蓋504がキャビティ502を封止する閉位置にあるときに、ガス源からのガスは、ガス入口516を通ってキャビティ508内に導入される。ガスは、SiH4ガス、Si2H6ガス、GeH4ガス、又は他の類似もしくは同様のタイプのガスであってもよい。ガスがガス入口516を通ってキャビティ508に入ると、ガスは、矢印520によって表されるように、ガス入口516から離れてガス出口518に向かう方向に移動する。ガスが矢印520によって表される方向に移動するにつれて、ガスは、容器502内のコーティングされた表面510、支持プレート514のコーティングされた表面、及び複数のワークピース512の露出した表面522に沿って移動して、複数のワークピース512の露出した表面522上に1つ以上のエピタキシャル層を形成する。それぞれのコーティングされた表面510及び支持プレート514が均質なコーティング層202でコーティングされているので、本開示の図3A及び図3Bに関して本明細書で先に説明したのと同じように、欠陥の伝播が防止されるか、又は発生する可能性が低減され、したがって、本明細書ではこの説明を完全には繰り返さない。均質なコーティング層202でコーティングされているこれらそれぞれの表面は、本開示の図3A及び図3Bに関して本明細書で先に説明したのと同じように、複数のワークピース512の加工の際に、汚染物質(例えば、炭素)がキャビティ508内に放出される可能性を防止するか又は低減させ、したがって、本明細書ではこの説明を完全には繰り返さない。言い換えれば、コーティングされた表面510及びコーティングされた支持プレート514は、ここでも均質なコーティング層202によってコーティングされており、均質なコーティング層202内で欠陥が伝播する可能性が低いので、複数のワークピース512の加工中に汚染物質がキャビティ508内に導入されるのを防止する。 A gas inlet 516 is present in the center of the cavity 508 and is in fluid communication with a gas source for supplying gas into the cavity 508 when the lid 504 is in a closed position during processing of the multiple workpieces 512 present in the cavity 508. A gas outlet or outlet recess 518 is present in a peripheral region of the cavity 508 of the container 502. When the lid 504 is in a closed position sealing the cavity 502, gas from a gas source is introduced into the cavity 508 through the gas inlet 516. The gas may be SiH4 gas, Si2H6 gas, GeH4 gas, or other similar or similar types of gas. As the gas enters the cavity 508 through the gas inlet 516, the gas travels in a direction away from the gas inlet 516 toward the gas outlet 518, as represented by arrow 520. As the gas moves in the direction represented by the arrow 520, it moves along the coated surface 510 in the vessel 502, the coated surface of the support plate 514, and the exposed surfaces 522 of the plurality of workpieces 512 to form one or more epitaxial layers on the exposed surfaces 522 of the plurality of workpieces 512. Because each coated surface 510 and support plate 514 is coated with a homogenous coating layer 202, the propagation of defects is prevented or reduced in the same manner as previously described herein with respect to Figures 3A and 3B of the present disclosure, and therefore this description will not be repeated in full herein. Each of these surfaces being coated with a homogenous coating layer 202 prevents or reduces the possibility of contaminants (e.g., carbon) being released into the cavity 508 during the processing of the plurality of workpieces 512, in the same manner as previously described herein with respect to Figures 3A and 3B of the present disclosure, and therefore this description will not be repeated in full herein. In other words, the coated surface 510 and the coated support plate 514 are again coated with a homogeneous coating layer 202, which prevents contaminants from being introduced into the cavity 508 during processing of the multiple workpieces 512, as defects are less likely to propagate within the homogeneous coating layer 202.
蓋504は、蓋504が閉位置にあるときに容器502のキャビティ508を画定する内表面523を更に含む。複数のワークピース512の露出した表面522上に1つ以上のエピタキシャル層を形成することによって複数のワークピース512を加工する際に、ガス入口516を通してキャビティ508内に導入されるガスに内表面523が露出されるので、内表面523は均質なコーティング層202でコーティングされている。 The lid 504 further includes an inner surface 523 that defines a cavity 508 of the vessel 502 when the lid 504 is in the closed position. During processing of the plurality of workpieces 512 by forming one or more epitaxial layers on the exposed surfaces 522 of the plurality of workpieces 512, the inner surface 523 is exposed to gases introduced into the cavity 508 through the gas inlet 516 such that the inner surface 523 is coated with a homogeneous coating layer 202.
図5は、ベース部分102が均質なコーティング層202でコーティングされている、本開示の図2A及び図2Bに示す構造200を製造する方法のフローチャート600である。フローチャート600は、第1の工程602と、第2の工程604と、第3の工程606と、第4の工程608とを含む。図6A~図6Cは、本開示の図2A及び図2Bに示す均質なコーティング層202を有する構造200を製造する方法の実施形態における、図5に示すフローチャート600のこれらそれぞれの工程602、604、606、608の側面図である。 Figure 5 is a flowchart 600 of a method for manufacturing the structure 200 shown in Figures 2A and 2B of the present disclosure, in which the base portion 102 is coated with a homogenous coating layer 202. The flowchart 600 includes a first step 602, a second step 604, a third step 606, and a fourth step 608. Figures 6A-6C are side views of each of these steps 602, 604, 606, and 608 of the flowchart 600 shown in Figure 5 for an embodiment of a method for manufacturing the structure 200 having the homogenous coating layer 202 shown in Figures 2A and 2B of the present disclosure.
第1の工程602では、均質なコーティング層202でまだコーティングされていないベース部分102(図6A参照)が、炉(図示せず)のキャビティ内に挿入される。炉は、動作中に、ベース部分102の第1の表面106上に均質なコーティング層202を形成する際に炉のキャビティを加熱するように構成されている。 In a first step 602, the base portion 102 (see FIG. 6A), which has not yet been coated with the homogeneous coating layer 202, is inserted into a cavity of a furnace (not shown). The furnace is configured to heat the furnace cavity during operation as the homogeneous coating layer 202 is formed on the first surface 106 of the base portion 102.
第1の工程602の後、第2の工程604(図6B参照)では、炉の加熱要素がオンにされて、ベース部分102が中に存在するキャビティを加熱し、ガス源からのガスが炉のキャビティに導入される。ガスのうちの第1のガスがシリコン系ガスであり、ガスのうちの第2のガスが炭素系ガスである。シリコン系ガス及び炭素系ガスは互いに化学反応し、それにより、ベース部分102の第1の表面106上に非柱状結晶粒208a、208b、208cが形成され始める。炉のキャビティは、ベース部分102の第1の表面106上に均質なコーティング層202を形成する際に、摂氏1700度(℃)までの温度に加熱される。シリコン系ガス(例えば、SiH4)及び炭素系ガス(例えば、C2H4)が導入され、第1の期間にわたって1対1(すなわち、1:1又は1個の炭素につき1個のシリコン)の第1の比のシリコン及び炭素が生成される。この第1の期間は、5分(min)~120分(min)の範囲であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しくてもよい。いくつかの実施形態では、この第1の期間は、60分(min)又は1時間(hr)に等しくてもよい。ベース部分の第1の表面106上の均質なコーティング層202の非柱状結晶粒208a、208b、208cのこの部分的な成長の結果は、図6Bで容易に見ることができる。 After the first step 602, in a second step 604 (see FIG. 6B ), the heating elements of the furnace are turned on to heat the cavity in which the base portion 102 resides, and gas from a gas source is introduced into the furnace cavity. A first one of the gases is a silicon-based gas, and a second one of the gases is a carbon-based gas. The silicon-based gas and the carbon-based gas chemically react with each other, thereby initiating the formation of non-columnar grains 208 a, 208 b, 208 c on the first surface 106 of the base portion 102. The furnace cavity is heated to a temperature of up to 1700 degrees Celsius (° C.) as it forms a homogeneous coating layer 202 on the first surface 106 of the base portion 102. A silicon-based gas (e.g., SiH 4 ) and a carbon-based gas (e.g., C 2 H 4 ) are introduced to produce a first ratio of silicon and carbon of one to one (i.e., 1:1 or one silicon per carbon) for a first period of time. This first period of time may range from 5 minutes (min) to 120 minutes (min) or equal to the upper and lower ends of this range. In some embodiments, this first period of time may be equal to 60 minutes (min) or 1 hour (hr). The result of this partial growth of non-columnar grains 208a, 208b, 208c of the homogeneous coating layer 202 on the base portion first surface 106 can be readily seen in FIG. 6B.
例えば、この1対1の比のシリコン及び炭素を生成するために、第1の比(すなわち、1:1)は、SiH4を20mL/分(すなわち、1分当たりミリリットル)の流量で導入し、C2H4を10mL/分(すなわち、1分当たりミリリットル)の流量で導入して、この1対1の比(すなわち、1つのシリコン対1つの炭素)のシリコン及び炭素を生成することによって生成される。 For example, to produce this one to one ratio of silicon and carbon, a first ratio (i.e., 1:1) is produced by introducing SiH4 at a flow rate of 20 mL/min (i.e., milliliters per minute) and C2H4 at a flow rate of 10 mL/min (i.e., milliliters per minute) to produce this one to one ratio (i.e., one silicon to one carbon) of silicon and carbon.
図6Bでは、部分的に形成された均質なコーティング層610が、ベース部分102の第1の表面106上に形成されている。部分的に形成された均質なコーティング層610は、第1の表面106から、ベース部分102から離れる方向に面している部分的に形成された均質なコーティング層610の第4の表面614まで延在する第4の厚さT4を有する。第4の厚さは、第3の厚さT3未満である。 In FIG. 6B, a partially formed homogeneous coating layer 610 is formed on the first surface 106 of the base portion 102. The partially formed homogeneous coating layer 610 has a fourth thickness T4 that extends from the first surface 106 to a fourth surface 614 of the partially formed homogeneous coating layer 610 that faces away from the base portion 102. The fourth thickness is less than the third thickness T3.
第2の工程604の後、第3の工程606(図6C参照)では、加熱要素は、炉のキャビティを加熱し続け、シリコン系ガス(例えば、SiH4)及び炭素系ガス(例えば、C2H4)が導入されて、第1の比(すなわち、1:1)のシリコン及び炭素とは異なる第2の比のシリコン及び炭素を生成する。加熱要素は、炉のキャビティを摂氏1575度(℃)に等しい温度に加熱してもよい。第2の比は、シリコンに対して2倍の炭素が存在するように、1対2(すなわち、1:2)である。例えば、この1対2(例えば、1:2)の比のシリコン及び炭素を生成するために、第2の比は、SiH4を20mL/分(すなわち、1分当たりミリリットル)の流量で導入し、C2H4を20mL/分(すなわち、1分当たりミリリットル)の流量で導入して、この1対2の比(すなわち、1つのシリコン対2つの炭素)のシリコン及び炭素を生成することによって生成される。シリコンと炭素との比のパラメータのこの変化は、第2の工程604と比較して、非柱状結晶粒208a、208b、208cの異なるファセットを成長させる。 After the second step 604, in a third step 606 (see FIG. 6C), the heating element continues to heat the furnace cavity and a silicon-based gas (e.g., SiH4 ) and a carbon- based gas (e.g., C2H4 ) are introduced to produce a second ratio of silicon and carbon that is different from the first ratio (i.e., 1:1). The heating element may heat the furnace cavity to a temperature equal to 1575 degrees Celsius (°C). The second ratio is one to two (i.e., 1:2) such that there is twice as much carbon to silicon. For example, to produce this one to two (e.g., 1:2) ratio of silicon and carbon, the second ratio is produced by introducing SiH4 at a flow rate of 20 mL/ min (i.e., milliliters per minute) and C2H4 at a flow rate of 20 mL/min (i.e., milliliters per minute) to produce this one to two (i.e., one silicon to two carbon) ratio of silicon and carbon. This change in the silicon to carbon ratio parameters grows different facets of the non-columnar grains 208a, 208b, 208c as compared to the second step 604.
この第3の工程606では、シリコン系ガス(例えば、SiH4)及び炭素系ガス(例えば、C2H4)が導入され、第2の期間にわたって1対2(すなわち、1:2又は2個の炭素につき1個のシリコン)の第2の比のシリコン及び炭素が生成される。この第2の期間は、5分(min)~120分(min)の範囲であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しくてもよい。いくつかの実施形態では、この第2の期間は、60分(min)又は1時間(hr)に等しくてもよい。 In this third step 606, a silicon-based gas (e.g., SiH4 ) and a carbon -based gas (e.g., C2H4 ) are introduced to produce a second ratio of silicon and carbon of 1 to 2 (i.e., 1:2 or 1 silicon for every 2 carbons) for a second period of time. This second period of time may range from 5 minutes (min) to 120 minutes (min) or equal to the upper and lower ends of this range. In some embodiments, this second period of time may be equal to 60 minutes (min) or 1 hour (hr).
言い換えれば、第2の工程604及び第3の工程606では、シリコンと炭素との比は、シリコンカーバイドがベース部分102の第1の表面106上に直接堆積されて形成されるように、CVDプロセス中に本質的に調整される。例えば、ベース部分102の第1の表面106上へのシリコンカーバイドのこの直接の形成又は堆積の間、均質なコーティング層202がベース部分102の第1の表面106上に直接形成されるように、ベース部分102の第1の表面106上に材料が存在しないことを意味する。更に、シリコンカーバイドがベース部分102の第1の表面106上に形成及び直接堆積され、シリコンと炭素との比を変化させることによって均質なコーティング層202を形成するので、ベース部分102の第1の表面106上への均質なコーティング層202の形成の際にシリコンカーバイドとしてアニーリング工程を必要としない。CVDプロセス中にシリコンと炭素との比を変化させることによって、本明細書で前述した物理的特性を有する均質なコーティング層202がベース部分102の第1の表面106上に形成される。更に、均質なコーティング層202をベース部分の第1の表面106上に形成する際に、均質なコーティング層202は、少なくとも1つの実施形態ではグラファイト又は多結晶SiC又はSiのような多結晶又は非構造化材料であるベース部分102の第1の表面上に成長する。ベース部分102の第1の表面106の品質は、ベース部分102の第1の表面106の粗度(Ra)が3~10ナノメートル(nm)となるように、粗いことが好ましい。この比較的高い粗度を使用することができるが、ベース部分102の第1の表面106を覆うためにはより厚い層が必要となり得る。第1の表面106は、一般に、単結晶ではあり得ない。なぜなら、単結晶の利用は、より大きな島成長をもたらし、いくつかの結晶粒が非常に大きくなり(所望のものと比較して10倍以上)、これにより、ベース部分102の第1の表面106上に均質なコーティング層202を形成する際に均質なコーティング層202の亀裂の可能性を高める更なる歪みがもたらされるからである。 In other words, in the second step 604 and the third step 606, the ratio of silicon to carbon is essentially adjusted during the CVD process so that silicon carbide is deposited and formed directly on the first surface 106 of the base portion 102. For example, during this direct formation or deposition of silicon carbide on the first surface 106 of the base portion 102, it means that there is no material present on the first surface 106 of the base portion 102 so that the homogeneous coating layer 202 is formed directly on the first surface 106 of the base portion 102. Furthermore, since silicon carbide is formed and deposited directly on the first surface 106 of the base portion 102 and forms the homogeneous coating layer 202 by changing the ratio of silicon to carbon, no annealing step is required as silicon carbide during the formation of the homogeneous coating layer 202 on the first surface 106 of the base portion 102. By varying the ratio of silicon to carbon during the CVD process, a homogenous coating layer 202 having the physical properties previously described herein is formed on the first surface 106 of the base portion 102. Furthermore, in forming the homogenous coating layer 202 on the first surface 106 of the base portion, the homogenous coating layer 202 grows on the first surface 106 of the base portion, which in at least one embodiment is a polycrystalline or unstructured material such as graphite or polycrystalline SiC or Si. The quality of the first surface 106 of the base portion 102 is preferably rough, such that the roughness (Ra) of the first surface 106 of the base portion 102 is between 3 and 10 nanometers (nm). This relatively high roughness can be used, but a thicker layer may be required to cover the first surface 106 of the base portion 102. The first surface 106 generally may not be monocrystalline. This is because the use of a single crystal results in larger island growth, with some grains becoming very large (10 times larger than desired), which results in additional strain that increases the likelihood of cracking of the homogeneous coating layer 202 when it is formed on the first surface 106 of the base portion 102.
いくつかの実施形態では、第2の工程604及び第3の工程606の後、かつ第4の工程608の前に、1つ以上の追加の工程が実行される。例えば、第3の工程606の後の少なくとも1つの追加の工程中に、1対1(すなわち、1:1)の比のシリコン及び炭素を炉内に導入する別の工程が導入される。この少なくとも1つの追加の工程では、シリコン系のガス(例えば、SiH4)及び炭素系のガス(例えば、C2H4)が導入されて、第1の比のシリコン及び炭素を再び生成する。第2の比から第1の比に戻るシリコンと炭素との比のパラメータのこの変化は、第3の工程606と比較して、非柱状結晶粒208a、208b、208cの異なるファセットを成長させる。例えば、第1の比に戻すことによって成長する非柱状結晶粒208a、208b、208cのこれらのファセットは、第2の工程604の間に成長したファセットと同一又は類似であってもよい。この説明に基づいて、いくつかの実施形態では、均質なコーティング層202の非柱状結晶粒208a、208b、208cの様々なファセットの成長を更に促進するために、炉内に導入されるシリコン及び炭素の第1の比と第2の比とを前後に切り替える更なる追加の工程(例えば、第2の比のシリコン及び炭素を導入する第4の工程、第1の比のシリコン及び炭素の第5の工程など)を実行することができる。 In some embodiments, one or more additional steps are performed after the second step 604 and the third step 606 and before the fourth step 608. For example, during at least one additional step after the third step 606, another step is introduced in which a one to one (i.e., 1:1) ratio of silicon and carbon is introduced into the furnace. In this at least one additional step, a silicon -based gas (e.g., SiH4 ) and a carbon-based gas (e.g., C2H4 ) are introduced to again produce the first ratio of silicon and carbon. This change in the silicon to carbon ratio parameter from the second ratio back to the first ratio grows different facets of the non-columnar grains 208a, 208b, 208c compared to the third step 606. For example, these facets of the non-columnar grains 208a, 208b, 208c grown by returning to the first ratio may be the same or similar to the facets grown during the second step 604. Based on this discussion, in some embodiments, further additional steps of switching back and forth between the first and second ratios of silicon and carbon introduced into the furnace (e.g., a fourth step of introducing a second ratio of silicon and carbon, a fifth step of the first ratio of silicon and carbon, etc.) can be performed to further promote the growth of various facets of the non-columnar grains 208 a, 208 b, 208 c of the homogenous coating layer 202.
炉内に導入されるシリコン及び炭素の第1の比と第2の比とを前後に切り替えるこれらの追加の工程を実行することにより、均質なコーティング層202の形成及び成長が可能になる。換言すれば、第1及び第2の比のシリコン及び炭素を炉に導入するこれらの工程を任意の回数実行することにより、ベース部分102の第1の表面106上に、所望の様々なサイズ及びファセットを有する非柱状結晶粒208a、208b、208cを形成し成長させることができる。これら1つ以上の追加の工程を実行して非柱状結晶粒208a、208b、208cの様々なファセットの成長を更に容易にすることにより、図2Bに示すものと比較して、均質なコーティング層202の非柱状結晶粒208a、208b、208cのより多数の層をベース部分102の第1の表面106上に形成することができる。これら1つ以上の追加の工程の各々を、異なる選択された期間にわたって実行してもよい。これらの異なる選択された期間は、5分(min)~120分(min)の範囲であってもよく、又はこの範囲の上限及び下限に等しくてもよい。いくつかの実施形態では、これらの異なる選択された期間は、60分(min)又は1時間(hr)に等しくてもよい。これら1つ以上の追加の工程を実行又は実施して非柱状結晶粒208a、208b、208cの様々なファセットの成長を更に容易にすることにより、均質なコーティング層202の第3の厚さT3は20μmに等しくなり得る。 These additional steps of switching back and forth between the first and second ratios of silicon and carbon introduced into the furnace allow for the formation and growth of a homogeneous coating layer 202. In other words, these steps of introducing the first and second ratios of silicon and carbon into the furnace can be performed any number of times to form and grow non-columnar grains 208a, 208b, 208c having a desired variety of sizes and facets on the first surface 106 of the base portion 102. By performing one or more of these additional steps to further facilitate the growth of the various facets of the non-columnar grains 208a, 208b, 208c, a greater number of layers of non-columnar grains 208a, 208b, 208c of the homogeneous coating layer 202 can be formed on the first surface 106 of the base portion 102 compared to that shown in FIG. 2B. Each of these one or more additional steps may be performed for a different selected period of time. These different selected periods may range from 5 minutes (min) to 120 minutes (min), or may be equal to the upper and lower limits of this range. In some embodiments, these different selected periods may be equal to 60 minutes (min) or 1 hour (hr). By performing or implementing one or more of these additional steps to further facilitate the growth of the various facets of the non-columnar grains 208a, 208b, 208c, the third thickness T3 of the homogeneous coating layer 202 may be equal to 20 μm.
第3の工程606の後、第4の工程608では、加熱要素がオフにされ、ガス源からのガスの炉のキャビティ内への導入が停止される。ベース部分102と、第1の表面106上に完全に形成された均質なコーティング層202(図6C参照)とは、室温まで冷却される。ベース部分102及び均質なコーティング層202が室温まで冷却された後、ベース部分102と第1の表面106上に形成された均質なコーティング層とは、炉のキャビティから取り出される。次いで、ベース部分102を利用して、本開示の図3A、図3B、及び図5にそれぞれ示す加熱チャンバ400、500の実施形態のいずれか1つを形成する。 After the third step 606, in a fourth step 608, the heating element is turned off and the introduction of gas from the gas source into the furnace cavity is stopped. The base portion 102 and the homogeneous coating layer 202 (see FIG. 6C) formed completely on the first surface 106 are cooled to room temperature. After the base portion 102 and the homogeneous coating layer 202 have cooled to room temperature, the base portion 102 and the homogeneous coating layer formed on the first surface 106 are removed from the furnace cavity. The base portion 102 is then utilized to form any one of the embodiments of the heating chamber 400, 500 shown in FIGS. 3A, 3B, and 5, respectively, of the present disclosure.
構造200を製造する方法のフローチャート600を利用することによって、シリコンカーバイド(SiC)の均質なコーティング層202が形成される。形成された均質なコーティング層202は、0.5~2.5の範囲内のシリコン対炭素比を有するか、又はこの範囲の上端及び下端に等しいシリコン対炭素比を有する。いくつかの実施形態では、シリコン対炭素比は、シリコンと炭素との間に1対2の比が存在し、2個の炭素につき1個のシリコンが存在するように、2に等しくてもよい。 Utilizing the method flow chart 600 for fabricating the structure 200, a homogeneous coating layer 202 of silicon carbide (SiC) is formed. The homogeneous coating layer 202 formed has a silicon to carbon ratio in the range of 0.5 to 2.5, or has a silicon to carbon ratio equal to the upper and lower ends of this range. In some embodiments, the silicon to carbon ratio may be equal to 2, such that there is a 1 to 2 ratio between silicon and carbon, with one silicon for every two carbons.
構造200を製造する方法のフローチャート600のいくつかの実施形態では、ベース部分102の第1の表面106上にシリコンカーバイド(SiC)を成長させる前に、ベース部分の第1の表面106は、C2H4と混合されたH2でエッチングされる。ベース部分102の第1の表面106のこのエッチングは、80mL/分(ミリリットル/分)の流量のH2を0.5mL/分(ミリリットル/分)の流量のC2H4と混合することによって実施することができる。いくつかの実施形態では、このエッチングプロセスは、第1の工程602でベース部分102を炉内に挿入する前に実行されてもよい。このようにベース部分102の第1の表面106をエッチングすることにより、ベース部分102の第1の表面上への均質なコーティング層202の形成又は成長を更に容易にすることができる。 In some embodiments of the flowchart 600 of the method of manufacturing the structure 200, prior to growing silicon carbide (SiC) on the first surface 106 of the base portion 102, the first surface 106 of the base portion 102 is etched with H mixed with C2H4 . This etching of the first surface 106 of the base portion 102 may be performed by mixing H2 at a flow rate of 80 mL/min (milliliters per minute) with C2H4 at a flow rate of 0.5 mL/min (milliliters per minute). In some embodiments, this etching process may be performed prior to inserting the base portion 102 into a furnace in the first step 602. Etching the first surface 106 of the base portion 102 in this manner may further facilitate the formation or growth of a uniform coating layer 202 on the first surface of the base portion 102.
本開示には示されていないが、図2A及び図2Bに示す構造200の少なくとも1つの代替的な実施形態では、均質なコーティング層202は、ベース部分102の1つ以上の第1の側壁110上に形成される。本開示には示されていないが、少なくとも1つの代替的な実施形態では、均質なコーティング層202は、ベース部分102の第2の表面108上に形成される。本開示には示されていないが、様々な代替的な実施形態では、均質なコーティング層202は、ベース部分102の第1の表面106、1つ以上の第1の側壁110、及び第2の表面108のうちのいずれか1つ、組み合わせ、又は全てに形成される。第1の表面106、1つ以上の第1の側壁110、及び第2の表面108のうちのどれを均質なコーティング層202でコーティングするかの選択は、ワークピースの加工の際にベース部分102によって汚染物質が放出されるのを防止するために均質なコーティング層202によってコーティングされていなければ、ベース部分102の表面のうちのどれがワークピースの加工中にガスに曝露されることになるかに依存する。この放出は、「ガス放出」と呼ばれ得る。換言すれば、均質なコーティング層202の存在により、ベース部分102は、加熱チャンバ400のキャビティ412内にいかなる汚染物質も「ガス放出」せず、この「ガス放出」に起因して半導体ウェハが汚染物質に曝露されることを防止する。 2A and 2B, in at least one alternative embodiment of the structure 200 shown in FIG. 2A, the homogenous coating layer 202 is formed on one or more first sidewalls 110 of the base portion 102. In at least one alternative embodiment, not shown in the present disclosure, the homogenous coating layer 202 is formed on the second surface 108 of the base portion 102. In various alternative embodiments, not shown in the present disclosure, the homogenous coating layer 202 is formed on any one, combination, or all of the first surface 106, one or more first sidewalls 110, and second surface 108 of the base portion 102. The selection of which of the first surface 106, the one or more first sidewalls 110, and the second surface 108 to coat with the homogeneous coating layer 202 depends on which of the surfaces of the base portion 102 would be exposed to gas during processing of the workpiece if not coated with the homogeneous coating layer 202 to prevent contaminants from being released by the base portion 102 during processing of the workpiece. This release may be referred to as "outgassing." In other words, the presence of the homogeneous coating layer 202 prevents the base portion 102 from "outgassing" any contaminants into the cavity 412 of the heating chamber 400 and from exposing the semiconductor wafer to contaminants due to this "outgassing."
本開示は、加熱チャンバ400を組み立てるか又は形成する際に利用することができる基板102上に、又は加熱チャンバ500内で利用される支持プレート又はディスク522上に、均質なコーティング層202を形成すること説明しているが、均質なコーティング層202は、一般にグラファイト系、グラフェン系、グラファイト、又はグラフェンの構造又は構成要素である他のそれぞれの構造又は構成要素の他のそれぞれの表面上に形成されてもよいことが容易に理解されよう。これらの他のそれぞれの構造又は構成要素は、加熱チャンバの更に別の代替的な実施形態を形成するために利用されてもよく、これは、本明細書で先に詳細に説明した加熱チャンバ400、500(本開示の図3A、図3B、及び図4参照)の実施形態とは異なるサイズ及び形状を有してもよい。換言すれば、加熱チャンバのこれらの代替的な実施形態は、本明細書で先に詳細に説明したように、加熱チャンバ400、500(本開示の図3A、図3B、及び図4を参照)の実施形態に挿入されるようなサイズ及び形状の構成要素とは異なる、加工又は製造のためのサイズ及び形状の構成要素を動作中に受け入れるような構造及び構成とすることができる。例えば、ベース部分102は、加熱チャンバの代替的な実施形態を形成する際に利用される、卵形、正方形、ダイヤモンド形、プラス形、台形、又は何らかの他のタイプの形状、輪郭、又は三次元プリズムを有することができる。 Although the present disclosure describes forming the homogenous coating layer 202 on a substrate 102 that may be utilized in assembling or forming the heating chamber 400, or on a support plate or disk 522 utilized in the heating chamber 500, it will be readily understood that the homogenous coating layer 202 may be formed on other respective surfaces of other respective structures or components that are generally graphite-based, graphene-based, graphite, or graphene structures or components. These other respective structures or components may be utilized to form yet other alternative embodiments of the heating chamber, which may have different sizes and shapes than the embodiments of the heating chambers 400, 500 (see Figures 3A, 3B, and 4 of the present disclosure) previously described in detail herein. In other words, these alternative embodiments of the heating chamber may be constructed and arranged to receive components of different sizes and shapes for processing or manufacturing during operation than the components of different sizes and shapes inserted into the embodiments of the heating chambers 400, 500 (see Figures 3A, 3B, and 4 of this disclosure) as described in detail above. For example, the base portion 102 may have an oval, square, diamond, plus, trapezoid, or any other type of shape, contour, or three-dimensional prism that is utilized in forming the alternative embodiments of the heating chamber.
本開示のデバイスの少なくとも1つの実施形態は、以下を含むものとして要約され得る:加熱要素の加熱チャンバの基板であって、第1の表面を含む、基板と、基板の第1の表面上のシリコン-炭素層であって、1μm~5μmの結晶粒径範囲内の結晶粒径、又はこの結晶粒径範囲の上端及び下端に等しい結晶粒径を有する複数の結晶粒と、0.5~2.5の範囲内の炭素対シリコン比、又はこのシリコン-炭素範囲の上端及び下端に等しい炭素対シリコン比と、を有するシリコン-炭素層。 At least one embodiment of the device of the present disclosure may be summarized as including: a substrate of a heating chamber of a heating element, the substrate including a first surface; and a silicon-carbon layer on the first surface of the substrate, the silicon-carbon layer having a plurality of grains having a grain size within a grain size range of 1 μm to 5 μm, or equal to the upper and lower ends of this grain size range, and a carbon-to-silicon ratio within a range of 0.5 to 2.5, or equal to the upper and lower ends of this silicon-carbon range.
シリコンカーバイド層は、動作中、少なくとも摂氏1700度までの温度に耐えるように構成され得る。 The silicon carbide layer can be configured to withstand temperatures of at least 1700 degrees Celsius during operation.
シリコンカーバイド層は、基板の第1の表面から離間した第3の表面を含むことができ、複数の結晶粒は、第1の表面と第3の表面との間で結晶粒径が実質的に均質である。 The silicon carbide layer may include a third surface spaced apart from the first surface of the substrate, and the plurality of crystal grains are substantially uniform in grain size between the first surface and the third surface.
シリコンカーバイド層は、第1の表面から第3の表面まで延在する1μm~10μmの厚さ範囲内の厚さ、又はこの厚さ範囲の上端及び下端に等しい厚さを有してもよい。 The silicon carbide layer may have a thickness within a thickness range of 1 μm to 10 μm extending from the first surface to the third surface, or a thickness equal to the upper and lower ends of this thickness range.
複数の結晶粒の各結晶粒は、非柱状構造を有してもよい。 Each of the multiple crystal grains may have a non-columnar structure.
基板の第1の表面から離間したシリコンカーバイド層の第3の表面における複数の結晶粒の第1の結晶粒径分布が、基板の第1の表面における複数の結晶粒の第2の結晶粒径分布と実質的に等しくてもよい。 A first grain size distribution of the plurality of grains at a third surface of the silicon carbide layer spaced from the first surface of the substrate may be substantially equal to a second grain size distribution of the plurality of grains at the first surface of the substrate.
シリコンカーバイド層の第3の表面と基板の第1の表面との間の複数の結晶粒の第3の結晶粒径分布が、第1の結晶粒径分布及び第2の結晶粒径分布と実質的に等しくてもよい。 A third grain size distribution of the plurality of grains between the third surface of the silicon carbide layer and the first surface of the substrate may be substantially equal to the first grain size distribution and the second grain size distribution.
複数の結晶粒の各結晶粒は非柱状結晶粒であってもよい。 Each of the multiple grains may be a non-columnar grain.
基板は、次の、グラファイト基板及びグラフェン基板のうちの少なくとも一方であってもよい。 The substrate may be at least one of the following: a graphite substrate and a graphene substrate.
本開示のデバイスの少なくとも1つの実施形態は、以下を含むものとして要約され得る:第1の表面と、第1の表面の反対側の第2の表面とを含む基板と、基板の第1の表面に直接結合されたシリコンカーバイド層であって、第1の表面に直接結合された第3の表面と、第1の表面から離間し、第1の表面とは反対側を向く第4の表面と、第3の表面から第4の表面まで延在する厚さと、厚さ全体に沿った複数の結晶粒の結晶粒径の均質な分布と、を有するシリコンカーバイド層。 At least one embodiment of the device of the present disclosure may be summarized as including: a substrate including a first surface and a second surface opposite the first surface; a silicon carbide layer directly bonded to the first surface of the substrate, the silicon carbide layer having a third surface directly bonded to the first surface, a fourth surface spaced from the first surface and facing away from the first surface, a thickness extending from the third surface to the fourth surface, and a homogenous distribution of grain sizes of a plurality of grains along the entire thickness.
シリコンカーバイド層は、0.5~2.5の範囲内の炭素対シリコン比、又はこの範囲の上端及び下端に等しい炭素対シリコン比を更に有することができる。言い換えれば、炭素対シリコン比は、0.5及び2.5を含んだ範囲内。 The silicon carbide layer may further have a carbon to silicon ratio in the range of 0.5 to 2.5, or equal to the upper and lower ends of this range. In other words, the carbon to silicon ratio is in the range of 0.5 and 2.5, inclusive.
複数の結晶粒の結晶粒径は、1μm~5μmの結晶粒径範囲内であってもよく、又はこの結晶粒径範囲の上端及び下端に等しくてもよい。言い換えれば、結晶粒径は、1μm及び5μmを含んだ範囲内である。 The grain size of the plurality of grains may be within the grain size range of 1 μm to 5 μm, or may be equal to the upper and lower ends of this grain size range. In other words, the grain size is within the range including 1 μm and 5 μm.
シリコンカーバイド層は、第1の表面から第3の表面まで延在する3μm~30μmの厚さ範囲内の厚さ、又はこの厚さ範囲の上端及び下端に等しい厚さを有してもよい。厚さは、3μm及び30μmを含んだ範囲内である。 The silicon carbide layer may have a thickness within a thickness range of 3 μm to 30 μm extending from the first surface to the third surface, or a thickness equal to the upper and lower ends of this thickness range. The thickness is within the range of 3 μm and 30 μm, inclusive.
シリコンカーバイド層は、動作中、少なくとも摂氏1700度までの温度に耐えるように構成され得る。 The silicon carbide layer can be configured to withstand temperatures of at least 1700 degrees Celsius during operation.
複数の結晶粒の各結晶粒は非柱状結晶粒であってもよい。 Each of the multiple grains may be a non-columnar grain.
本開示の方法の少なくとも1つの実施形態は、以下を含むと要約することができる:グラファイト基板の表面上に均質な結晶粒径分布を有するシリコンカーバイド層を形成することであって、基板のグラファイト表面の表面を、第1の選択された期間にわたって、第1の比のシリコン及び炭化物に曝露することと、基板のグラファイト表面の表面を、第2の選択された期間にわたって、第2の比のシリコン及び炭化物に曝露することと、を含む、形成すること。 At least one embodiment of the method of the present disclosure can be summarized as including: forming a silicon carbide layer having a homogeneous grain size distribution on a surface of a graphite substrate, the forming comprising exposing the surface of the graphite substrate to a first ratio of silicon and carbide for a first selected period of time, and exposing the surface of the graphite substrate to a second ratio of silicon and carbide for a second selected period of time.
第1の選択された期間と第2の選択された期間とは、互いに等しくてもよい。 The first selected period and the second selected period may be equal to each other.
第1の選択された期間及び第2の選択された期間は、1時間に等しくてもよい。 The first selected period and the second selected period may be equal to one hour.
第1の比は、1対1のシリコン対炭素比であってもよい。 The first ratio may be a 1:1 silicon to carbon ratio.
第2の比は、1対2のシリコン対炭素比であってもよい。 The second ratio may be a silicon to carbon ratio of 1:2.
上で説明される様々な実施形態を組み合わせて、更なる実施形態を提供することができる。実施形態の態様は、必要に応じて、様々な特許、出願、及び刊行物の概念を採用するように変更して、更なる実施形態を提供することができる。 The various embodiments described above can be combined to provide further embodiments. Aspects of the embodiments can be modified, if necessary, to employ concepts from various patents, applications, and publications to provide further embodiments.
これらの変更及び他の変更は、上記の詳細な説明に照らして実施形態に対して行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は、特許請求の範囲を本明細書及び特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲と共に全ての可能な実施形態を含むように解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は本開示によって限定されるものではない。 These and other changes can be made to the embodiments in light of the above detailed description. In general, in the following claims, the terms used should not be construed to limit the claims to the specific embodiments disclosed in the specification and claims, but rather to include all possible embodiments along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled. Therefore, the claims are not limited by this disclosure.
Claims (20)
加熱要素の加熱チャンバの基板であって、第1の表面を含む、基板と、
前記基板の前記第1の表面上のシリコンカーバイド層であって、
1μm~5μmの結晶粒径範囲内の結晶粒径、又は前記結晶粒径範囲の上端及び下端に等しい結晶粒径を有する複数の結晶粒と、
0.5~2.5の範囲内の炭素対シリコン比、又は前記シリコン-炭素比範囲の上端及び下端に等しい炭素対シリコン比と、
を有するシリコンカーバイド層と、
を備える、デバイス。 A device, comprising:
a substrate of a heating chamber of the heating element, the substrate including a first surface;
a silicon carbide layer on the first surface of the substrate,
a plurality of grains having a grain size within a grain size range of 1 μm to 5 μm or at the upper and lower ends of said grain size range;
a carbon to silicon ratio in the range of 0.5 to 2.5, or equal to the upper and lower ends of said silicon-carbon ratio range;
a silicon carbide layer having
A device comprising:
第1の表面と、前記第1の表面の反対側の第2の表面とを含む基板と、
前記基板の前記第1の表面に直接結合されたシリコンカーバイド層であって、
前記第1の表面に直接結合された第3の表面と、
前記第1の表面から離間し、前記第1の表面とは反対側を向く第4の表面と、
前記第3の表面から前記第4の表面まで延在する厚さと、
前記厚さ全体に沿った複数の結晶粒の結晶粒径の均質な分布と、
を有するシリコンカーバイド層と、
を備える、デバイス。 A device, comprising:
a substrate including a first surface and a second surface opposite the first surface;
a silicon carbide layer directly bonded to the first surface of the substrate,
a third surface directly bonded to the first surface;
a fourth surface spaced apart from the first surface and facing away from the first surface; and
a thickness extending from the third surface to the fourth surface;
a homogeneous distribution of grain size of the plurality of grains along the entire thickness;
a silicon carbide layer having
A device comprising:
グラファイト基板の表面上に均質な結晶粒径分布を有するシリコンカーバイド層を形成することであって、
前記基板の前記グラファイト表面の前記表面を、第1の選択された期間にわたって、第1の比のシリコン及び炭化物に曝露することと、
前記基板の前記グラファイト表面の前記表面を、第2の選択された期間にわたって、第2の比のシリコン及び炭化物に曝露することと、
を含む、シリコンカーバイド層を形成すること
を含む、方法。 1. A method comprising:
forming a silicon carbide layer having a homogeneous grain size distribution on a surface of a graphite substrate,
exposing the graphite surface of the substrate to a first ratio of silicon and carbide for a first selected period of time;
exposing the graphite surface of the substrate to a second ratio of silicon and carbide for a second selected period of time;
forming a silicon carbide layer comprising:
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE2351030-8 | 2023-08-31 | ||
| SE2351030 | 2023-08-31 | ||
| US18/811,164 | 2024-08-21 | ||
| US18/811,164 US20250075370A1 (en) | 2023-08-31 | 2024-08-21 | Substrate coated with a silicon-carbide (sic) layer and a method of manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2025041541A true JP2025041541A (en) | 2025-03-26 |
Family
ID=94706469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024144797A Pending JP2025041541A (en) | 2023-08-31 | 2024-08-26 | Substrate coated with silicon carbide (SIC) layer and method for manufacturing same - Patents.com |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2025041541A (en) |
| CN (1) | CN119530755A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12426889B2 (en) | 2017-11-14 | 2025-09-30 | Teleflex Medical Incorporated | Surgical clip |
-
2024
- 2024-08-26 JP JP2024144797A patent/JP2025041541A/en active Pending
- 2024-08-30 CN CN202411207865.5A patent/CN119530755A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12426889B2 (en) | 2017-11-14 | 2025-09-30 | Teleflex Medical Incorporated | Surgical clip |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN119530755A (en) | 2025-02-28 |
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