JP2003045806A - 気相成長装置および半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚さの面内分布がより均一な薄膜を気相成長
できる気相成長装置および半導体ウェーハの製造方法を
提供する。 【解決手段】 インナサセプタ１１と、このインナサセ
プタを相対的に昇降可能に収容すべく当該インナサセプ
タ１１との間に隙間Ｐが設けられたアウタサセプタ１２
とを備えるサセプタ１を有して気相成長装置を構成す
る。上方からサセプタ１０を加熱する上部ランプ組立体
２を設け、この上部ランプ組立体２には、隙間Ｐの形状
に沿って当該隙間Ｐを加熱する加熱ランプ４を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長装置およ
び半導体ウェーハの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶基板（以下単に「基板」
と称す）の主表面に、シリコン単結晶薄膜（以下単に
「薄膜」と称す）を気相エピタキシャル成長させてシリ
コンエピタキシャルウェーハ（半導体ウェーハ）を製造
するに際して、基板を気相成長装置に搬送する方式とし
て、ガス流を強く吹き出して基板を非接触保持するベル
ヌ−イ（Bernoulli）チャック方式がある。このベルヌ
−イチャック方式では、ガス流によってパーティクルが
捲き上げられてしまい、シリコンエピタキシャルウェー
ハの品質が劣化してしまう場合がある。

【０００３】そこで、Ｕ字型のパドル（paddle）によっ
て基板を搬送する方式がある。この搬送方式で使用され
るサセプタ１０は、インナサセプタ（inner suscepto
r）１１と、このインナサセプタ１１を相対的に昇降可
能に収容するアウタサセプタ（outer susceptor）１２
とを備える。このサセプタ１０では、図４に示すよう
に、インナサセプタ１１を昇降させる時にアウタサセプ
タ１２の内面と擦れ合って発塵しないように、インナサ
セプタ１１の外周面とアウタサセプタ１２の内周面との
間に僅かな隙間Ｐが形成される。そして、図３に示すよ
うに、ハンドリング用アーム４０の先端に備えられる略
Ｕ字状のパドル４１の上面に基板を載置し、このＵ字状
のパドル４１の内側でインナサセプタ１１を上昇させる
ことによって、基板を下方から受け取る。次いで、ハン
ドリング用アーム４０を退避させ、インナサセプタ１１
を下降させることで、サセプタ１０上に基板が載置され
る。このパドル方式の場合には、ベルヌーイチャック方
式とは異なり上記ガス流を伴わないために、パーティク
ルが捲き上がってしまうことがない。

【０００４】こうしてサセプタ１０上に載置された基板
上に、薄膜を気相エピタキシャル成長するには、この基
板を所定温度まで加熱する必要がある。このための加熱
手段として、図４に示すように、サセプタ１０の上方に
は上部ランプ組立体（第１加熱部）２０が設けられ、サ
セプタ１０の下方には下部ランプ組立体（第２加熱部）
３０が設けられる。これら上部ランプ組立体２０および
下部ランプ組立体３０は、棒状のハロゲンランプ２１、
３１を互いに直交する向きに並設することによって概略
構成されている。これら上部ランプ組立体２０および下
部ランプ組立体３０によって、サセプタ１０および基板
には上下から略均一に赤外線が輻射される。こうして基
板は所定温度に加熱される。

【０００５】このように加熱した基板の主表面上に、シ
リコン原料ガスやドーパントガスをキャリアガスと共に
混合してなるプロセスガスを供給することによって、シ
リコンエピタキシャルウェーハが得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５は、このような従
来の気相成長装置（図４参照）によって得られたシリコ
ンエピタキシャルウェーハにおける直径方向の膜厚分布
の一例を示している。図５において矢印ａで示す部分で
の膜厚は、その周辺部での膜厚よりも０．５μm以上も
薄くなり、その面内分布が均一にならない。

【０００７】本発明の課題は、厚さの面内分布がより均
一な薄膜を気相成長できる気相成長装置および半導体ウ
ェーハの製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図５において矢印ａに示
す部分は、インナサセプタ１１とアウタサセプタ１２と
の隙間Ｐに対応する部分である。このサセプタ１０には
隙間Ｐが形成されているために、上部ランプ組立体２０
と下部ランプ組立体３０とによって、サセプタ１０およ
び基板に上下から略均一に赤外線を輻射しても、この隙
間Ｐに対応する部分で基板の温度が低下してしまう。こ
れに伴って、この温度が低下した部分では薄膜が薄くな
ってしまう。

【０００９】以上の課題を解決するため、本発明の気相
成長装置は、インナサセプタと、インナサセプタを相対
的に昇降可能に収容すべく当該インナサセプタとの間に
隙間が設けられたアウタサセプタとを備えるサセプタを
有する気相成長装置であって、上方からサセプタを加熱
する第１加熱部を設け、第１加熱部には、隙間の形状に
沿って当該隙間を加熱する隙間加熱部が形成されている
ことを特徴とする。

【００１０】本発明において、例えば、隙間が円形であ
る場合には、隙間加熱部は、前記円形の隙間に沿って形
成することが好ましい。この場合に、第１加熱部は、こ
の隙間加熱部と略同心円状に配設される加熱部を備える
ことが好ましい。

【００１１】また、本発明の気相成長装置には、下方か
らサセプタを加熱する第２加熱部を設けることが好まし
い。

【００１２】また、本発明の半導体ウェーハの製造方法
は、本発明の気相成長装置を使用し、サセプタ上に載置
された基板の隙間に対応する部分を、隙間加熱部によっ
て加熱しながら、当該基板上に薄膜を気相成長すること
を特徴とする。

【００１３】本発明によれば、隙間加熱部によって、イ
ンナサセプタとアウタサセプタとの間に形成された隙間
に対応する部分が加熱されるので、この隙間に起因する
基板の熱損失を補うことができる。これにより、隙間に
対応する部分において、薄膜の平均成長速度が低下する
ことを抑制できるので、薄膜の厚さの面内分布がより均
一となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１から図３を参照して、
本発明の実施の形態の気相成長装置を詳細に説明する。
なお、従来と同様の構成要素については同一の符号を付
してその説明を省略する。この気相成長装置は、図１に
示すように、図示しない反応炉内にサセプタ１０を備え
ている。このサセプタ１０は、インナサセプタ１１とア
ウタサセプタ１２とから概略構成される。

【００１５】インナサセプタ１１は、反応炉内で水平に
配設される円板状のプレート部１１ａと、このプレート
部１１ａの略中央においてその下面から垂直に延在する
支持軸１１ｂとを一体的に備えている。この支持軸１１
ｂを垂直に上下動させることによってインナサセプタ１
１が昇降する。

【００１６】アウタサセプタ１２には、基板を載置させ
るための座ぐり１２ａが形成されており、この座ぐり１
２ａの底面には、インナサセプタ１１のプレート部１１
ａを収容する凹部１２ｂが形成される。この凹部１２ｂ
の内面とプレート部１１ａの側面との間には僅かな隙間
Ｐが空けられている。この隙間Ｐは、プレート部１１ａ
が円板状であるために平面視して円形となっている。ま
た、凹部１２ｂの底面は、インナサセプタ１１の支持軸
１１ｂに対応する部分が開口している。この結果、イン
ナサセプタ１１を昇降させた時に、インナサセプタ１１
はアウタサセプタ１２の何れの箇所にも擦れ合うことが
ないので、発塵防止が図られる。

【００１７】そして、サセプタ１０の上方には、このサ
セプタ１０を上方から加熱する上部ランプ組立体（第１
加熱部）２が設けられると共に、サセプタ１０の下方に
は、サセプタ１０を下方から加熱する下部ランプ組立体
（第２加熱部）３０が設けられる。

【００１８】上部ランプ組立体２は、図２に示すよう
に、４本の加熱ランプ（加熱部）３、４、５、６を備え
ており、これら加熱ランプ３、４、５、６は、円弧部３
ａ、４ａ、５ａ、６ａと、この円弧部３ａ、４ａ、５
ａ、６ａの両端からそれぞれ直線的に連なる１対の直線
部３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂとが一体的に形成されたハロ
ゲンランプである。これら加熱ランプ３、４、５、６
は、それぞれの円弧部３ａ、４ａ、５ａ、６ａが略同心
円状となるように配設される。このうち、中央から２番
目に位置する加熱ランプ（隙間加熱部）４の円弧部４ａ
は、円形の隙間Ｐに沿ってこの隙間Ｐの上方に位置する
ように設計されている。即ち、加熱ランプ４によって隙
間Ｐに対応する部分を上方から加熱できるように構成さ
れる。

【００１９】これら加熱部３、４、５、６の直線部３
ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂは、プロセスガスが供給される上
流側に引き出されており、図示しない制御部を介して電
力供給源に接続されている。

【００２０】下部ランプ組立体３０は、図２に示すよう
に、長手方向がプロセスガスの供給方向と直交して並設
される棒状のハロゲンランプ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、
３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ、３１ｈと、４つのス
ポットライト３２とを備えており、それぞれ上記制御部
を介して電力供給源に接続されている。

【００２１】これらスポットライト３２は、インナサセ
プタ１１のプレート部１１ａから支持軸１１ｂが突出し
ているほぼ付け根となる部分の４箇所にそれぞれ設けら
れる。これらスポットライト３２は、プレート部１１ａ
の下面に近接している。これらスポットライト３２によ
って、支持軸１１ｂに沿って逃げる熱損失を補うことが
できる。

【００２２】本実施の形態では、上部ランプ組立体２お
よび下部ランプ組立体３０は、以下の通りに区分された
領域ごとに照射する熱量が制御される。即ち、図２に示
すように、上部ランプ組立体２によって加熱される領域
は、ほぼインナサセプタ１１の領域である中央部と、こ
の中央部よりも側方の領域である左右１対の側部とに区
分されている。そして、加熱ランプ３、４がひとまとめ
の系統に配線されており、中央部に熱量を与える。ま
た、加熱ランプ５、６がひとまとめの系統に配線されて
おり、側部に熱量を与える。また、下部ランプ組立体３
０によって加熱される領域は、ほぼインナサセプタ１１
の領域である中央部と、この中央部よりもプロセスガス
の供給方向における上流側の領域である前部と、中央部
よりもプロセスガスの供給方向における下流側の領域で
ある後部とに区分されている。そして、ハロゲンランプ
３１ａ、３１ｂがひとまとめの系統に配線されており、
前部に熱量を与える。また、ハロゲンランプ３１ｃ、３
１ｄ、３１ｅ、３１ｆがひとまとめの系統に配線されて
おり、中央部に熱量を与える。また、ハロゲンランプ３
１ｇ、３１ｈがひとまとめの系統に配線されており、後
部に熱量を与える。

【００２３】このような気相成長装置によって以下の通
りにして半導体ウェーハを製造する。先ず、サセプタ１
の座ぐり１２ａに基板Ｗを以下の通りにして載置する。
図３（ａ）に示すように、インナサセプタ１１の上面を
座ぐり１２ａの底面と略面一とした状態で、図３（ｂ）
に示すように、略Ｕ字状のパドル４１の上面に基板Ｗ
（２点差線により図示）を載置したハンドリング用アー
ム４０を、インナサセプタ１１の上方まで水平に移動さ
せる。次いで、図３（ｃ）に示すように、インナサセプ
タ１１を上昇させると、インナサセプタ１１のプレート
部１１ａは、略Ｕ字状のパドル４１の内側に入り込みな
がら、基板Ｗを下方から持ち上げる。こうしてパドル４
１の上面から基板Ｗが離れた後にハンドリング用アーム
４０を水平に引き戻す。この結果、基板Ｗがプレート部
１１ａの上面に支持された状態となる。その後、インナ
サセプタ１１を、プレート部１１ａの上面が座ぐり１２
ａの底面と略面一となる位置（図３（ａ）参照）まで下
降させることで、サセプタ１０の座ぐり１２ａに基板Ｗ
が載置される。

【００２４】次いで、図示しない制御部によるＰＩＤ演
算制御の下で、上部ランプ組立体２および下部ランプ組
立体３０によって、サセプタ１０および基板Ｗを上下か
ら均等に輻射加熱する。このように上下から輻射加熱す
ることによって、基板Ｗはその表裏で温度差を殆どもつ
ことなく均等に加熱される。このように基板Ｗを所定温
度に加熱した後に、反応炉にプロセスガスを供給する。
このプロセスガスは、ほぼ層流を形成しながらサセプタ
１０の座ぐり１２ａに載置されている基板Ｗの主表面に
沿って流れる。この結果、基板Ｗの主表面に薄膜が気相
エピタキシャル成長する。

【００２５】この間、上部ランプ組立体２の加熱ランプ
４によって、基板Ｗの隙間Ｐに対応する部分は、この隙
間Ｐの円形の形状に沿って加熱される。これにより、基
板Ｗの隙間Ｐに対応する部分の熱損失を補うことができ
るので、この隙間Ｐに対応する部分で基板Ｗの温度が低
下することがなく、その周辺と略均等な温度に保たれ
る。この結果、基板Ｗの隙間Ｐに対応する部分での薄膜
の厚さは、その周辺における薄膜の厚さと略等しくな
る。従って、面内分布のより均一な薄膜を得ることがで
きる。

【００２６】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば、上部ランプ組立体２の細部構
成については本実施の形態に限られずに適宜に変更可能
である。即ち、本実施の形態では、隙間Ｐが平面視して
円形であるために、隙間加熱部となる加熱ランプ４を円
弧状に構成しているが、隙間加熱部は、隙間Ｐの形状に
合わせてこの隙間Ｐに沿うように適宜に変形しても良
い。例えば、インナサセプタ１１のプレート部１１ａを
矩形状の上面をもつ板状とする場合には、隙間Ｐは平面
視して矩形状となるので、隙間加熱部はこの矩形状の隙
間に沿うように構成する。これに伴って、上部ランプ組
立体２は、この矩形状の隙間加熱部と互いに相似形とな
る複数の加熱ランプを配設することによって構成すれば
良い。

【００２７】また、本実施の形態では、シリコン単結晶
基板にシリコン単結晶薄膜を気相エピタキシャル成長さ
せる場合を例示したが、その他の半導体ウェーハを気相
成長により製造する場合にも同様に有効である。その
他、上部ランプ組立体２に備える加熱ランプの個数や、
下部ランプ組立体３０の細部構成等についても、本発明
の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であ
ることは勿論である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、隙間加熱部によって、
インナサセプタとアウタサセプタとの間に形成された隙
間に対応する部分において、基板の熱損失を補うことが
できる。これにより、隙間に対応する部分の薄膜が薄く
なることを抑制できるので、薄膜の厚さの面内分布がよ
り均一となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施の形態の気相成長装置
に備えられるサセプタと加熱部を模式的に示した図であ
る。

【図２】図１のサセプタと加熱部の平面図である。

【図３】サセプタにウェーハを載置する動作を説明する
ための一連の斜視図である。

【図４】従来の気相成長装置に備えられるサセプタと加
熱部を模式的に示した平面図である。

【図５】従来の気相成長装置によって得られたシリコン
エピタキシャルウェーハにおける薄膜の面内分布を示す
図である。

【符号の説明】

２ 上部ランプ組立体（第１加熱部） ３ 加熱ランプ（加熱部） ４ 加熱ランプ（隙間加熱部） ５ 加熱ランプ（加熱部） ６ 加熱ランプ（加熱部） １０ サセプタ １１ インナサセプタ １２ アウタサセプタ ３０ 下部ランプ組立体（第２加熱部） Ｐ 隙間 Ｗ シリコン単結晶基板（基板）

フロントページの続き (72)発明者 樫野 久寿 群馬県安中市磯部二丁目13番１号 信越半 導体株式会社磯部工場内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 BA29 BB02 CA04 FA10 KA24 5F045 AA03 AB02 AF03 BB02 DP04 EB02 EE20 EK12 EK13 EK22 EM02 EM09 EM10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インナサセプタと、該インナサセプタを
   相対的に昇降可能に収容すべく当該インナサセプタとの
   間に隙間が設けられたアウタサセプタとを備えるサセプ
   タを有する気相成長装置であって、 上方から前記サセプタを加熱する第１加熱部を設け、 該第１加熱部には、前記隙間の形状に沿って当該隙間を
   加熱する隙間加熱部が形成されていることを特徴とする
   気相成長装置。
2. 【請求項２】 前記隙間は円形であり、 前記隙間加熱部は、前記円形の隙間に沿って形成されて
   いることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 【請求項３】 前記第１加熱部は、前記隙間加熱部と略
   同心円状に配設される加熱部を備えることを特徴とする
   請求項２記載の気相成長装置。
4. 【請求項４】 下方から前記サセプタを加熱する第２加
   熱部が設けられていることを特徴とする請求項１から３
   の何れか一つに記載の気相成長装置。
5. 【請求項５】 請求項１から４の何れか一つに記載の気
   相成長装置を使用し、前記サセプタ上に載置された基板
   の前記隙間に対応する部分を、前記隙間加熱部によって
   加熱しながら、当該基板上に薄膜を気相成長することを
   特徴とする半導体ウェーハの製造方法。