JP2004119859A

JP2004119859A - サセプタ、半導体ウェーハの製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP2004119859A
Application number: JP2002283993A
Authority: JP
Inventors: Chisa Yoshida; 吉田　知佐
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】基板が載置される際の横滑りを十分に抑制することが可能なサセプタ、半導体ウェーハの製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】気相成長の際に半導体基板Ｗを支持するサセプタ２０、半導体ウェーハの製造装置及び製造方法である。サセプタ２０は、サセプタ２０に半導体基板Ｗを位置決めさせるための座ぐり２１を備える。座ぐり２１は、座ぐり２１内で半導体基板Ｗの外周縁部を支持する支持部２２を備える。座ぐり２１は、支持部２２よりも中心側の座ぐり底面２３と半導体基板Ｗとの隙間のガスをサセプタ主表面側に逃がすためのガス逃げ部２４を備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サセプタ、半導体ウェーハの製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体基板（以下、基板と略称することがある。）の主表面上への薄膜の気相成長は、反応容器内にサセプタを配し、このサセプタ上に配置した基板を成長温度に加熱するとともに、基板の主表面上に原料ガスを供給することによって行うようにしている。
サセプタ上への基板の配置は、例えば、予め反応容器内に配置したサセプタ上に基板を搬送し、基板をサセプタ上に載置することにより行う。
【０００３】
ところで、サセプタ上に基板を載置する際には、基板がサセプタ上を横滑りし、基板がサセプタ上における所望の配置位置からずれた位置に配置されてしまう。
基板が所望の配置位置から大きくずれた状態のままで気相成長を行うと、気相成長により形成される薄膜の膜厚が基板の面内で不均一になる場合がある。
従来より、膜厚を均一化するための技術として、基板が位置決め状態で配置される凹部、すなわち座ぐりをサセプタに形成し、この座ぐりにより基板の横滑りを規制することによって基板の横滑り量を抑制する技術は知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２６０８５１号公報（図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板の搬送精度の誤差を許容できるように、座ぐりの内径は基板の外径よりも若干大きく形成されている。また、上記特許文献１の技術のような座ぐりを有するサセプタを用いる場合にも、基板の横滑り自体を抑制することは困難である。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、基板が載置される際の横滑りを十分に抑制することが可能なサセプタ、半導体ウェーハの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来の技術において、サセプタ上に基板を載置する際に基板がサセプタ上を横滑りしてしまうのは、該載置の際に、基板とサセプタとの隙間よりガスがスムーズに逃げることができず、このガスがクッションとなって基板がサセプタ上を滑るためである。
【０００８】
そこで、本発明のサセプタは、気相成長の際に半導体基板を支持するサセプタにおいて、当該サセプタに半導体基板を位置決めさせるための座ぐりと、該座ぐり内で半導体基板の外周縁部を支持する支持部と、該支持部よりも中心側の座ぐり底面と半導体基板との隙間のガスをサセプタの主表面側に逃がすためのガス逃げ部と、を備えることを特徴としている。
ガス逃げ部は、前記支持部に溝を形成することにより構成されていることが好ましい一例である。
【０００９】
また、本発明の半導体ウェーハの製造装置は、半導体基板の主表面上に薄膜を気相成長させて半導体ウェーハを製造するための製造装置において、本発明のサセプタを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、本発明のサセプタにより半導体基板を支持させ、該半導体基板の主表面上に薄膜を気相成長させて半導体ウェーハを製造することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、サセプタは、支持部よりも中心側の座ぐり底面と半導体基板との隙間のガスをサセプタの主表面側に逃がすためのガス逃げ部を備えるので、基板をサセプタに載置する際に、前記隙間のガスがガス逃げ部を介してサセプタの主表面側へとスムーズに逃げることができる。従って、サセプタに載置する際に基板がサセプタ上で横滑りしてしまうことを抑制できる。
よって、その後の気相成長の際に、基板の主表面上に形成される薄膜の膜厚を基板の面内で均一に保つことが可能となる。
【００１２】
なお、仮に、座ぐり底面からサセプタ外周部にまで達するような溝をサセプタに形成することによりガス逃げ部を構成したとすれば、原料ガス流が当該溝により乱されてしまって半導体基板の主表面上に均一に供給されなくなる可能性がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１４】
先ず、図４及び図５を参照して、本発明に係る半導体ウェーハの製造装置の好適な一例としての、本実施形態の枚葉式のエピタキシャルウェーハの製造装置１０について説明する。
【００１５】
エピタキシャルウェーハの製造装置１０は、サセプタ２０（詳細後述）と、該サセプタ２０が内部に配される反応容器１１と、サセプタ２０を支持して回転駆動及び昇降動作させるサセプタ支持部材１２と、サセプタ２０を表裏に貫通するとともに該サセプタ２０に対し昇降動作可能に設けられ、基板Ｗを支持した状態で昇降動作するのに伴わせて該基板Ｗをサセプタ２０上に着脱するためのリフトピン１３と、気相成長の際に基板Ｗを成長温度に加熱するための加熱装置１４ａ、１４ｂ（具体的には、例えばハロゲンランプ）と、原料ガス（具体的には、例えばトリクロロシラン）およびキャリアガス（具体的には、例えば水素）を含む気相成長用ガスを反応容器１１内のサセプタ２０上側の領域に導入して該サセプタ２０上の基板Ｗの主表面上に供給する気相成長用ガス導入管１５と、反応容器１１に対しこの気相成長用ガス導入管１５と同じ側に設けられパージガス（具体的には、例えば水素）を反応容器１１内のサセプタ２０下側の領域に導入するパージガス導入管１６と、これらパージガス導入管１６および気相成長用ガス導入管１５と反応容器１１に対し反対側に設けられ該反応容器１１からガス（気相成長用ガスおよびパージガス）を排気する排気管１７とを備えて概略構成されている。
【００１６】
このうち、サセプタ２０は、気相成長の際に基板（半導体基板）Ｗを支持するものであり、例えば炭化珪素で被覆されたグラファイトにより構成されている。サセプタ２０は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、例えば略円盤状に構成され、その主表面には、該主表面上に基板Ｗを位置決めするための座ぐり２１が形成されている。すなわち、サセプタ２０は、当該サセプタ２０に基板Ｗを位置決めさせるための座ぐり２１を備える。
座ぐり２１は、内部に基板Ｗを配置可能な平面視円形の凹部であり、その内径が基板Ｗの外径よりも若干大きく設定されている。
なお、サセプタ２０は、座ぐり２１の外周側に、該座ぐり２１を取り巻く円環状の周囲壁部２７を備える。この周囲壁部２７の上端面は略平面に形成されているとともに、当該サセプタ２０の上端面を構成している。
【００１７】
座ぐり２１の底面は、例えば図１（ｂ）に示すような状態で基板Ｗの外周縁部を支持する外周側部分（支持部）２２を有する。すなわち、サセプタ２０は、座ぐり２１内で基板Ｗの外周縁部を支持する支持部（外周側部分２２）を備える。さらに、座ぐり２１の底面は、外周側部分２２の内側に該外周側部分２２よりも下側に窪んだ状態に形成された平面視円形の内周側部分２３を有する。
つまり、座ぐり２１の底面は、内周側部分２３と外周側部分２２とを有する二段構成を成している。
なお、このうち外周側部分２２は例えば略平面に形成され、内周側部分２３は例えば中心側に向けて次第に窪む凹曲面形状に形成されている。
また、外周側部分２２は、総体としては円環状をなすものであるが、後述するガス逃げ部２４が形成された結果として複数の台状部に分割されている。
【００１８】
また、サセプタ２０は、該サセプタ２０の座ぐり２１内に基板Ｗを載置する際に、内周側部分２３と基板Ｗとの隙間のガスを当該サセプタ２０の主表面側に逃がすためのガス逃げ部２４を、例えば複数備えている。
すなわち、サセプタ２０は、支持部（外周側部分２２）よりも中心側の座ぐり底面（つまり内周側部分２３）と基板Ｗとの隙間のガスをサセプタ主表面側に逃がすためのガス逃げ部２４を備える。
【００１９】
これらガス逃げ部２４は、具体的には、例えば、図１及び図２に示すように、外周側部分（支持部）２２に溝２５を座ぐり２１と中心の等しい放射状に形成することにより構成されている。
各溝２５は、例えば、内周側部分２３と同じ深さにまで達するとともに、外周側部分２２の内周端面２２ａ（図１（ｃ））から外周壁部２７に達するように形成されている。
【００２０】
また、図１に示すように、サセプタ２０の座ぐり２１の内周側部分２３には、サセプタ２０の主裏面に貫通した状態に形成され、リフトピン１３が挿通されるリフトピン挿通用孔部２６が形成されている。
このリフトピン挿通用孔部２６は、例えば、座ぐり２１と中心が等しい円周上に、等角度間隔で三箇所に配設されている。
【００２１】
ここで、図４及び図５に示すように、リフトピン１３は、例えば丸棒状に構成された胴体部１３ａと、該胴体部１３ａの上端部に形成され、基板Ｗを下面側から支持する頭部１３ｂと、を備えている。このうち頭部１３ｂは、基板Ｗを支持しやすいように胴体部１３ａに比べて拡径されている。そして、リフトピン１３は、その下端部からリフトピン挿通用孔部２６に挿入された結果、該リフトピン挿通用孔部２６の縁部により頭部１３ｂが下方に抜け止めされて、サセプタ２０により支持されるとともに、その胴体部１３ａを該リフトピン挿通用孔部２６より垂下させた状態となっている。なお、リフトピン１３の胴体部１３ａは、サセプタ支持部材１２の支持アーム１２ａに設けられた貫通孔１２ｂも貫通している。
【００２２】
また、サセプタ支持部材１２は、複数の支持アーム１２ａ（図４、図５）を放射状に備え、これら支持アーム１２ａにより、サセプタ２０を下面側から支持している。これにより、サセプタ２０は、その上面が略水平状態に保たれている。
【００２３】
エピタキシャルウェーハの製造装置１０は、概略以上のように構成されている。
そして、このエピタキシャルウェーハの製造装置１０を用いて、以下の要領で気相成長を行うことにより、基板Ｗ（例えばシリコン単結晶基板）の主表面上にエピタキシャル層（薄膜；例えばシリコンエピタキシャル層）を形成してエピタキシャルウェーハ（半導体ウェーハ；例えばシリコンエピタキシャルウェーハ）を製造することができる。
【００２４】
先ず、基板Ｗを反応容器１１内のサセプタ２０により支持させる（サセプタ２０に載置する）。
このためには、先ず、リフトピン１３上に基板Ｗを受け渡すために、各リフトピン１３を、互いに略等量だけサセプタ２０上面より上方に突出するように該サセプタ２０に対し相対的に上昇させる。このためには、サセプタ支持部材１２を下降させるのに伴わせてサセプタ２０を下降させる。この下降の過程で、リフトピン１３の下端部が、例えば反応容器１１の内部底面に到達して以後は、リフトピン１３はそれ以上に下降できないが、サセプタ２０はさらに下降する。このため、サセプタ２０に対し相対的にリフトピン１３が上昇し、やがて、図５において、基板Ｗが無い状態となる。
次に、図示しないハンドラにより基板Ｗを反応容器１１内に搬送し、上記上昇動作後の各リフトピン１３の頭部１３ｂにより、主表面を上向きにして基板Ｗを支持させる（図５の状態）。
次に、基板Ｗをサセプタ２０により支持させるために、各リフトピン１３をサセプタ２０に対し相対的に下降させる。このためには、ハンドラを待避させる一方で、サセプタ支持部材１２を上昇させるのに伴わせて、サセプタ２０を上昇させる。この上昇の過程で、座ぐり２１の外周側部分２２が基板Ｗの主裏面に到達すると、それまでリフトピン１３の頭部１３ｂ上に支持されていた基板Ｗが、座ぐり２１の外周側部分２２により支持された状態へと移行する。
つまり、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態に移行し、基板Ｗがサセプタ２０上に載置された状態となる。
【００２５】
ここで、本実施形態のサセプタ２０は、ガス逃げ部２４を備えるので、このように基板Ｗがサセプタ２０上に載置される際には、すなわち、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態に移行する際には、サセプタ２０の内周側部分２３と基板Ｗとの隙間のガスが、ガス逃げ部２４として形成された溝２５を介してサセプタ２０の主表面側へとスムーズに逃げることができる（図２（ｂ）矢印Ｃ参照）。従って、以上のようにサセプタ２０上に基板Ｗを載置する際には、サセプタ２０上で基板Ｗの横滑りが発生しにくい。よって、基板Ｗを好適に座ぐり２１内の所望の位置、すなわち、具体的には座ぐり２１の中心に位置させることができる。
【００２６】
なお、サセプタ２０は、基板Ｗが外周側部分２２により支持された状態へと移行した後もさらに上昇する。この上昇により、リフトピン挿通用孔部２６の縁部がリフトピン１３の頭部１３ｂに到達すると、それまで反応容器１１の内部底面により支持された状態であったリフトピン１３は、サセプタ２０により支持された状態へと移行する（図４の状態）。
【００２７】
このようにサセプタ２０により基板Ｗを支持させた後に、気相成長を行う。
すなわち、サセプタ支持部材１２を鉛直軸周りに回転駆動することによりサセプタ２０を回転させるのに伴わせて基板Ｗを回転させるとともに、該サセプタ２０上の基板Ｗを加熱装置１４により成長温度に加熱しながら、気相成長用ガス導入管１５を介して基板Ｗの主表面上に気相成長用ガスを略水平に供給する一方で、パージガス導入管１６を介してサセプタ２０の下側にパージガスを略水平に導入する。従って、気相成長中、サセプタ２０の上側には、気相成長用ガス流が、下側には、パージガス流が、それぞれサセプタ２０および基板Ｗと略平行に形成される。
このように気相成長を行うことにより、基板Ｗの主表面上にエピタキシャル層を形成して、エピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００２８】
ここで、本実施の形態の場合、上記のように、基板Ｗを好適に座ぐり２１の中心に位置させることができるため、気相成長の際にはエピタキシャル層を基板Ｗの主表面上に均一に形成することが可能となる。
すなわち、例えば基板Ｗを座ぐり２１の中心に位置させることができずに、基板Ｗにおける何れかの側の周縁部が周囲壁部２７に近寄り過ぎた場合などは、該基板Ｗの主表面上にはエピタキシャル層を均一に形成することが困難となるのであるが、本実施形態によればこのような問題の発生を抑制できる。
よって、気相成長により基板Ｗの主表面上に形成されるエピタキシャル層（薄膜）の膜厚を基板Ｗの面内で均一に保つことが可能となる。
【００２９】
なお、より具体的には、ガス逃げ部２４は、座ぐり２１内に形成されているので、すなわち、換言すれば、ガス逃げ部２４の周囲には周囲壁部２７が存在するので、ガス逃げ部２４は、原料ガス流に対して周囲壁部２７の陰に位置する。
すなわち、サセプタ２０は、気相成長の際にガス逃げ部２４を原料ガス流に対し陰にさせるための壁部（周囲壁部２７）を（例えばガス逃げ部２４よりも外周側に）備える。
従って、ガス逃げ部２４の存在により原料ガス流を乱してしまうことを好適に抑制することができる。
なお、周囲壁部２７の上端面は、当該サセプタ２０の上端面を構成するとともに平面に形成されているため、周囲壁部２７も原料ガス流を乱すものではない。
【００３０】
また、上記のようにエピタキシャルウェーハを製造した後は、このエピタキシャルウェーハを反応容器１１外に搬出する。
すなわち、予めサセプタ２０の回転を止めた後に、サセプタ支持部材１２を下降させて、図５に示すように、各リフトピン１３を互いに略等量だけサセプタ２０上方に突出動作させ、この突出動作に伴わせて基板Ｗをサセプタ２０の座ぐり２１上方に上昇させる。そして、図示しないハンドラにより基板Ｗを搬出する。
【００３１】
以上のような実施の形態によれば、サセプタ２０は、外周側部分（支持部）２２よりも中心側の座ぐり底面、すなわち内周側部分２３と基板Ｗとの隙間のガスを逃がすためのガス逃げ部２４を備えるので、基板Ｗをサセプタ２０に載置する際に、ガス逃げ部２４を介してガスがサセプタ２０の主表面側へとスムーズに逃げることができる。従って、サセプタ２０に載置する際における基板Ｗの横滑りの発生を抑制できる。
よって、気相成長により基板Ｗの主表面上に形成されるエピタキシャル層（薄膜）の膜厚を基板Ｗの面内で均一に保つことが可能となる。
【００３２】
なお、上記の実施の形態では、ガス逃げ部２４が（溝２５が）内周側部分２３と同じ深さまで達する例を示したが、内周側部分２３より浅くても良いし、逆に内周側部分２３よりも深くても良い。また、座ぐり２１の底面が２段構成である例を示したが、例えば３段以上であっても良い。
【００３３】
＜変形例＞
以下、図３を参照して、上記の第１の実施の形態のサセプタ２０とは態様の異なるサセプタ３０について説明する。なお、サセプタ３０の構成要素のうちサセプタ２０と同様の構成要素には、サセプタ２０におけると同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
サセプタ３０の主表面には、該主表面上に基板Ｗを位置決めするための座ぐり３１が形成されている。
この座ぐり３１の底面は、中心側に向けて次第に窪む凹曲面状をなしている。さらに、座ぐり３１の底面は、例えば図３（ｂ）に示すような状態で基板Ｗの外周縁部を支持する支持部３２を有する。
なお、支持部３２の上面は、座ぐり３１の底面を構成する凹曲面の一部からなり、総体としては円環状をなすものであるが、ガス逃げ部３４（後述）を形成した結果として、支持部３２は複数の傾斜台状部に分割されている。
【００３５】
また、サセプタ３０は、支持部３２よりも中心側の座ぐり底面と基板Ｗとの隙間のガスをサセプタ主表面側に逃がすためのガス逃げ部３４を備える。
このガス逃げ部３４は、具体的には、例えば、支持部３２に溝３５を座ぐり３１と中心の等しい放射状に形成することにより構成されている。
【００３６】
このような変形例によっても、上記の実施の形態と同様の効果が得られる。
すなわち、サセプタ３０上に基板Ｗを載置する際には、図３（ｄ）の矢印Ｆに示すように、支持部３２よりも中心側の座ぐり底面と基板Ｗとの隙間のガスがガス逃げ部３４を介してサセプタ３０の主表面側へとスムーズに逃げることができる。
【００３７】
なお、上記においては、サセプタ２０（３０）がリフトピン挿通用孔部２６を備える例について説明したが、本発明はこれに限らず、サセプタがリフトピン挿通用孔部２６を備えていなくても良い。
また、サセプタ２０（３０）として、枚葉式のものを例示したが、これに限らず、バッチ式のサセプタであっても良い。
同様に、枚葉式のエピタキシャルウェーハの製造装置１０を例示したが、バッチ式のエピタキシャルウェーハの製造装置であっても良い。
また、半導体ウェーハ製造装置及び製造方法として、エピタキシャルウェーハの製造装置１０及び製造方法を例示したが、その他の半導体ウェーハ（例えば、多結晶薄膜を気相成長して製造される半導体ウェーハ等）の製造装置及び製造方法であっても良い。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、サセプタは、支持部よりも中心側の座ぐり底面と半導体基板との隙間のガスを逃がすためのガス逃げ部を備えるので、基板をサセプタに載置する際に、該隙間のガスがガス逃げ部を介してサセプタの主表面側へとスムーズに逃げることができる。従って、サセプタに載置する際に基板がサセプタ上で横滑りしてしまうことを抑制できる。
よって、気相成長により基板の主表面上に形成される薄膜の膜厚を基板の面内で均一に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサセプタの一例を示す図であり、このうち（ａ）は平面図、（ｂ）は基板を支持した状態の（ａ）のＡ−Ａ矢視断面、（ｃ）はガス逃げ部近傍を示す拡大斜視図である。
【図２】サセプタへの半導体基板の載置動作を説明するための図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、このうち（ａ）は載置直前の状態を示し、（ｂ）は載置の際の状態を示す。
【図３】本発明に係るサセプタの他の一例を示す図であり、このうち（ａ）は平面図、（ｂ）は基板を支持した状態の（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面、（ｃ）はガス逃げ部近傍を示す拡大斜視図、（ｄ）は基板を支持した状態の（ａ）のＥ−Ｅ矢視断面図である。
【図４】本発明に係る半導体ウェーハの製造装置の好適な一例を示す模式的な正面断面図であり、特に、気相成長中の状態を示す。
【図５】本発明に係る半導体ウェーハの製造装置の好適な一例を示す模式的な正面断面図であり、特に、リフトピンにより基板をサセプタ上方に支持した状態を示す。
【符号の説明】
Ｗ　　　　シリコン単結晶基板（半導体基板）
２０　　　サセプタ
２１　　　座ぐり
２２　　　外周側部分（支持部）
２３　　　内周側部分（支持部よりも中心側の座ぐり底面）
２４　　　ガス逃げ部
２５　　　溝
３０　　　サセプタ
３１　　　座ぐり
３２　　　支持部
３４　　　ガス逃げ部
１０　　　エピタキシャルウェーハの製造装置（半導体ウェーハの製造装置）

Claims

気相成長の際に半導体基板を支持するサセプタにおいて、当該サセプタに半導体基板を位置決めさせるための座ぐりと、該座ぐり内で半導体基板の外周縁部を支持する支持部と、該支持部よりも中心側の座ぐり底面と半導体基板との隙間のガスをサセプタの主表面側に逃がすためのガス逃げ部と、を備えることを特徴とするサセプタ。
前記ガス逃げ部は、前記支持部に溝を形成することにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
半導体基板の主表面上に薄膜を気相成長させて半導体ウェーハを製造するための製造装置において、請求項１又は２に記載のサセプタを備えることを特徴とする半導体ウェーハの製造装置。
請求項１又は２に記載のサセプタにより半導体基板を支持させ、該半導体基板の主表面上に薄膜を気相成長させて半導体ウェーハを製造することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。