JP2004095780A

JP2004095780A - テスト用サセプタ及びこれを用いたエピタキシャル成長方法

Info

Publication number: JP2004095780A
Application number: JP2002253829A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Sakai; 司坂井; Akira Gushiken; 晃具志堅
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP3896927B2

Abstract

【課題】座ぐりを最適化してスリップの発生を抑制し、品質歩留まりを向上する。
【解決手段】所定の直径を有する略円盤形状のサセプタ本体１２に球面形状を有し深さが異なる複数種類の座ぐり１３が形成されてなるテスト用サセプタ１１を用い、テスト成長により座ぐりを最適化する。これに基づいて、最適化された座ぐりを形成した量産用サセプタを作製し、この量産用サセプタを用いてウエハ上に単結晶をエピタキシャル成長させ、さらには、ワークコイルの高さ合わせを行う。
【効果】本発明のテスト用サセプタによれば、ウエハの反り量を推定することができ、座ぐりを最適化することができる。また、本発明のエピタキシャル成長方法によれば、歩留まりの高い単結晶成長が可能であり、またワークコイル等の調整も簡略化することができる。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶をエピタキシャル成長する際に量産サセプタの座ぐりを最適化するために用いられるテスト用サセプタに関するものであり、さらには、このテスト用サセプタを用いたエピタキシャル成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイオードやトランジスタ等を構成する半導体薄膜においては、半導体基板を構成するシリコン単結晶上に、この結晶軸と同じ結晶軸を有するシリコン結晶をエピタキシャル成長させる技術が知られている。
【０００３】
そして、上記エピタキシャル成長を行うエピタキシャル成長装置としては、縦型炉（パンケーキ炉）を有する縦型エピタキシャル成長装置が広く用いられている。この縦型エピタキシャル成長装置では、サセプタと呼ばれる円盤形状の支持盤上にシリコンウエハを複数載置し、これをベルジャ内に配置した状態で加熱することにより、単結晶をシリコンウエハ上に成長させていく。このとき、加熱手段としてはワークコイルが用いられ、通常はサセプタ表面の温度をパイロスコープ（赤外線温度測定器）で計測し、所定の温度曲線に従いワークコイルを上下させ、温度の合わせこみを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記縦型エピタキシャル成長装置を用いてシリコン基板（ウエハ）上に単結晶を成長させる場合、裏面からの加熱になるため、ウエハに反りが発生し、その結果、ウエハの周辺部にスリップと称される欠陥が生じて品質不良の原因となっている。これを抑えるために、従来は、加熱部分であるワークコイルの調整を上記のように温度分布を見ながら行っていたが、調整に多大な時間を要し、極めて難しい作業となっている。
【０００５】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、ウエハの反り量を推定することができ、座ぐりを最適化してスリップの発生を抑制することが可能なテスト用サセプタを提供することを目的とする。さらに本発明は、ワークコイル調整を簡略化することができ、品質歩留まりを向上することが可能なエピタキシャル成長方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のテスト用サセプタは、所定の直径を有する略円盤形状のサセプタ本体に球面形状を有し深さが異なる複数種類の座ぐりが形成されていることを特徴とするものである。このテスト用サセプタを用いて所定成長条件下でのテスト成長を行い、各座ぐりにおけるスリップの発生状況を見れば、該所定条件下での最適な座ぐり深さを的確に把握することができる。
【０００７】
また、本発明のエピタキシャル成長方法は、所定の直径を有する略円盤形状のサセプタ本体に球面形状を有し深さが異なる複数種類の座ぐりが形成されてなるテスト用サセプタを用いてテスト成長を行い、最適な座ぐり深さを求めた後、これに基づいて最適化された座ぐりを形成した量産用サセプタを作製し、この量産用サセプタを用いてウエハ上に単結晶をエピタキシャル成長させることを特徴とするものである。
【０００８】
テスト用サセプタによるテスト成長の結果に基づいて、量産サセプタの座ぐり深さを最適化することにより、スリップの発生が抑制され、品質歩留まりが大幅に改善される。また、テスト用サセプタの各座ぐりにおけるスリップの発生状況に基づいて例えばワークコイルの高さ調整を行うことができ、直接スリップ発生状況を確認しながら最適化ができるため、ワークコイル調整が大幅に簡略化される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したテスト用サセプタ及びエピタキシャル成長方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
縦型エピタキシャル成長装置においては、図１に示すように、サセプタ１を誘導加熱し、その上に置かれたウエハ２を間接的に加熱するので、ウエハ２の表裏で温度差を生じ、裏面は表面より大きく熱膨張することになるので、ウエハ２全体は凹形に反ることになる。そのためウエハ２の周辺部分はサセプタ１から浮き上がり、温度がサセプタ１と接している中心部より下がってしまう。この熱応力によりスリップが発生する。そこで、これを避けるために、図２に示すように、サセプタ１に、いわゆる座ぐり３を形成し、これを球面形状として内面にＲ（曲率）を設けるようにする。これにより、ウエハ２は、反りが発生しても周辺部を含む全体がサセプタ１と接することになり、上記スリップが解消される。
【００１１】
ただし、上記座ぐりの形状が最適化されていないと、上記スリップを確実に解消することはできない。そこで、本発明では、テスト用サセプタを用いて予めテスト成長を行い、この結果に基づいて座ぐりの最適化を行う。
【００１２】
図３及び図４は、テスト用サセプタの一例を示すものである。このテスト用サセプタ１１においては、円盤形状を呈するサセプタ本体１２の一主面に円形の座ぐり１３が同心円状に配列形成されている。ここで、各座ぐり１３は球面形状を有し内面にＲが設けられているが、深さ（曲率Ｒ）が異なる複数種類の座ぐり１３を有する。
【００１３】
例えば、図３に示すように、各座ぐり１３に便宜上１〜２５までの番号を付与して説明する。座ぐり１３の形状は、図５に示すように、球面形状であり、そのパラメータとしては、直径Ａ、深さＢ、曲率Ｒを上げることができる。深さＢと曲率Ｒの関係は、Ｒ＝（Ａ^２＋Ｂ^２）／２Ｂなる式で表すことができ、スリップ発生は深さＢと関係があり、直径Ａが同じであれば、深さＢで曲率Ｒが決まってしまう。
【００１４】
そこで、座ぐり１３をいくつかの種類に分け、それらの深さＢを変えて形成する。具体的には、テスト用サセプタ１１を周方向でいくつかの領域に分け、各領域に形成される座ぐり１３毎に深さＢを変える。ここでは、グループ１（座ぐりＮｏ．１，２，３，１７，１８）、グループ２（座ぐりＮｏ．４，５，６，１９，２０）、グループ３（座ぐりＮｏ．７，８，９，１０，２１，２２）、グループ４（座ぐりＮｏ．１１，１２，１３，２３，２４）、及びグループ５（座ぐりＮｏ．１４，１５，１６，２５）の５つのグループに分けた。全ての座ぐり１３の直径は同じであり、ここでは例えば直径１０１．５ｍｍとした。また、グループ１〜グループ５の各座ぐりの深さＢ及び曲率Ｒは表１に示す通りである。なお、グループ１については、球面形状ではなく円錐形状としているため、曲率Ｒの数値が記載されていない。
【００１５】
【表１】

【００１６】
上記のようなテスト用サセプタ１１を用いてテスト成長を行う。テスト成長に際しては、各座ぐり１３に対応してウエハをセットする。そして、昇温（約１１７０℃）した後に、上記テスト用サセプタ１１を取り出し、各座ぐり１３にセットしたウエハのスリップの発生状態を調べる。エピタキシャル成長している時（昇温時）には、ウエハの反り量は計測することができないが、テスト成長後のテスト用サセプタ１１において、スリップが少ない座ぐりの深さＢ（曲率Ｒ）で反り量を推定することができる。以上により、サセプタの座ぐりを最適化し、この結果に基づいて量産用サセプタを作製すれば、量産時のスリップの発生を抑えることができる。
【００１７】
次に、上記テスト用サセプタを用いたエピタキシャル成長方法について説明する。図６は、縦型エピタキシャル成長装置の一例を示すものである。この縦型エピタキシャル成長装置は、水素加圧を維持するベルジャ２１内に加熱用のワークコイル２２を備えてなるものであり、この中にサセプタ２３を設置してサセプタ２３上のウエハに対して単結晶の成長を行う。加熱用のワークコイル２２は、サセプタ２３の裏面側に配置されており、ウエハを誘導加熱により加熱する。ベルジャ２１には、温度計測用の窓部２４が設けられており、この窓部２４を介してパイロスコープ（赤外線温度測定器）２５によってサセプタ２３の表面温度を計測することが可能である。
【００１８】
上記エピタキシャル成長装置を用いてウエハ上に単結晶の成長を行う場合には、先にも述べた通り、先ず、上記テスト用サセプタを用いてテスト成長を行い、スリップ発生の状況から最適な座ぐりを求め、この結果に基づいて量産用サセプタを作製する。
【００１９】
同時に、このテスト成長の際に、上記ワークコイル２２の高さ調整を行う。ワークコイル２２の調整には、２つの目的、種類がある。第一に、エピタキシャル成長層の抵抗率分布の均一性（ウエハ面内、バッチ内）の観点から、抵抗率の悪い部分について直下のコイル高さを上下に調整する。第二に、スリップの発生を抑制するための調整である。サセプタの上にウエハを載せ、下方から昇温すると、ウエハが凹状に反り、ウエハ周辺部がサセプタ２３表面から離れ熱歪によりスリップが発生する。したがって、反り量に合わせた座ぐりを設定する必要があり、これは先のテスト用サセプタによって把握する。このとき、反り量は下方からの昇温とベルジャ２１からの輻射熱のバランスで変化するが、ベルジャ２１表面の熱反射は制御できない。そこで、ワークコイル全体の高さを上下に調整することによりこれを制御する必要があるが、かなりの工数を要する。例えば、従来技術のように温度分布に基づいてこの調整を行おうとしても、スリップ発生の状況がわからないため、ワークコイル２２全体を上下どちらに調整したらよいかを判断することができない。
【００２０】
そこで、ここでは上記テスト用サセプタによるテスト成長の結果に基づいて上記ワークコイル２の高さ調整を行う。すなわち、テスト用サセプタの各座ぐりにおけるスリップの発生の有無でワークコイル２２高さの調整を行うことができる。例えば、反り量が大きいか小さいかが解れば、ワークコイル２２の上下方向の調整が容易なものとなる。
【００２１】
以上により、量産用サセプタにおける座ぐりを最適化し、ワークコイル２２の調整を行ってエピタキシャル成長を行う。その後の量産でスリップの発生量が増加することがあり、原因としてはベルジャ２１の表面の反射率変化、ワークコイル２２の位置ずれ等が挙げられる。その時には、上記テスト用サセプタによるテスト成長を再度行い、ワークコイル２２の高さを合わせ直せばよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明のテスト用サセプタによれば、ウエハの反り量を推定することができ、座ぐりを最適化することができる。また、本発明のエピタキシャル成長方法によれば、歩留まりの高い単結晶成長が可能であり、またワークコイル等の調整も簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サセプタ上のウエハの反りの様子を示す模式的な断面図である。
【図２】サセプタに座ぐりを形成した場合のウエハのサセプタとの接触状態を示す模式的な断面図である。
【図３】テスト用サセプタの一例を示す概略平面図である。
【図４】図３に示すテスト用サセプタの概略断面図である。
【図５】座ぐりの形状例を示す概略断面図である。
【図６】縦型エピタキシャル成長装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１，２３　　サセプタ
２　　　　　　ウエハ
１１　　　　テスト用サセプタ
１３　　　　座ぐり
２１　　　　ベルジャ
２２　　　　ワークコイル

Claims

所定の直径を有する略円盤形状のサセプタ本体に球面形状を有し深さが異なる複数種類の座ぐりが形成されていることを特徴とするテスト用サセプタ。
同じ深さを有する座ぐりが、それぞれ複数形成されていることを特徴とする請求項１記載のテスト用サセプタ。
所定の直径を有する略円盤形状のサセプタ本体に球面形状を有し深さが異なる複数種類の座ぐりが形成されてなるテスト用サセプタを用いてテスト成長を行い、最適な座ぐり深さを求めた後、
これに基づいて最適化された座ぐりを形成した量産用サセプタを作製し、この量産用サセプタを用いてウエハ上に単結晶をエピタキシャル成長させることを特徴とするエピタキシャル成長方法。
上記エピタキシャル成長は、加熱手段であるワークコイルを備えたベルジャ内にサセプタを設置して行うことを特徴とする請求項３記載のエピタキシャル成長方法。
上記テスト成長の際にワークコイルの高さ合わせを行うことを特徴とする請求項４記載のエピタキシャル成長方法。