JP2005183834A

JP2005183834A - バレル型サセプタ

Info

Publication number: JP2005183834A
Application number: JP2003425596A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Miyamoto; 俊和宮本; Tadashi Ohashi; 忠大橋
Original assignee: Tokuyama Toshiba Ceramics Co Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Covalent Materials Tokuyama Corp
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07
Also published as: US7276125B2; US20050160991A1

Abstract

【課題】ウェーハ内及びバッチ内の膜厚均一性が向上し、高品質製品を生産する場合でも、ウェーハの貼り付ける段数を減らすことなく、また、エピタキシャル成長工程時あるいは工程毎に、ウェーハの載置替えを必要とせず、生産性を向上させることができるバレル型サセプタを提供する。
【解決手段】本バレル型サセプタは、半導体エピタキシャル成長に用いられるバレル型サセプタにおいて、略截頭錐体形状のサセプタ本体２のフェイス面５は、その長手方向に２個以上に区分され、この区分の各々にはウェーハが載置されるウェーハ載置凹部６ａ、６ｂ、６ｃが設けられ、かつ各区分毎の凹部底面６ａ_１、６ｂ_１、６ｃ_１と垂直線とがなす傾斜角度θａ、θｂ、θｃが上方から下方にかけて区分毎に漸減する。
【選択図】図２

Description

本発明はエピタキシャル成長に用いられるバレル型サセプタに係わり、特にウェーハ載置用凹部の底面の傾斜角度を高さ方向の位置によって変化させたバレル型サセプタに関する。

一般にエピタキシャルウェーハを製造するのに、エピタキシャル装置が用いられており、このエピタキシャル装置としてバレル型サセプタが多く用いられている。

図８に示すように、従来のバレル型サセプタ６１は、中空截頭八角錐体形状をなすサセプタ本体６２と、このサセプタ本体６２を垂下するためその上部に設けられた八角形状のトッププレート６３と、ガス流遮蔽用で下部に設けられた八角形状のボトムプレート６４から構成されている。

サセプタ本体６２は炭素部材にＳｉＣをコーティングしたものであり、特殊炭素構造材から切り出し、あるいは８枚の背丈の高い台形状のフェイス板をトッププレート及びボトムプレートに一体的に取付けることにより、その形状に形成されており、サセプタ本体６２の平面状の各フェイス面６５には、半導体ウェーハＷが載置されるウェーハ載置凹部６６ａが長手方向に列状に複数設けられている。また、ウェーハ載置凹部６６ａの底面６６ａ_１は、垂直線に対して、傾斜角度θｄが０〜５°の一定の傾きを有して設けられている。

このような従来のバレル型サセプタを用い、図９に示すようなエピタキシャル装置７０を用いて、エピタキシャルウェーハの製造を行うと、サセプタの最上段部のウェーハＷａと最下段部ウェーハＷｃの膜厚が厚く、中段部ウェーハＷｂの膜厚が薄くなり、ウェーハ内及びバッチ内で均一な膜厚分布を得ることができなかった。また、膜厚の分布はエピタキシャル成長時の温度分布を変更することで制御できるが、温度分布を変更することにより膜厚を均一にできたとしても、抵抗率の均一性を悪化させてしまうため、変更できない。

さらに、サセプタの最上段部から最下段部まで温度分布を均一に保ちながら膜厚分布を改善する方法として、原料ガスの流速を変化させる方法がある。これは、ガス導入ノズルの位置を上下させることで、ガス導入部近傍の流速を変化させる方法であるが、この方法は、膜厚の分布が最上段部、または最下段部のどちらかの膜厚が厚い場合に改善できる方法で、この方法で追い込んだ分布が図１４に示す分布であり、従来のバレル型サセプタを用いては、このバラツキが限界であり、高品質製品を生産するために、ウェーハを貼り付ける段数を減らすことでバッチ内バラツキを低減させる方法が採られているため、生産性を低下させていた。

なお、特許文献１には、エピタキシャル層の結晶性、膜厚の均一性を向上させるために、サセプタ本体と着脱自在なウェーハ配置用部品とから構成し、エピタキシャル成長工程時あるいは工程毎に、適宜形状の異なるウェーハ配置用部品を用いてウェーハに当たる反応ガスの角度を変化させるようにしたバレル型サセプタが提案されている。しかし、特許文献１のサセプタは、エピタキシャル成長工程時あるいは工程毎に、ウェーハ配置用部品を変更するため、この変更のために時間を要し、また、ウェーハの載置替えのために時間を要し、生産性が低下する。
特開平６−１５１３３９号公報（段落［００１４］、［００１５］、［００１８］、図１）

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ウェーハ内及びバッチ内の膜厚均一性が向上し、高品質製品を生産する場合でも、ウェーハの貼り付ける段数を減らすことなく、また、エピタキシャル成長工程時あるいは工程毎に、ウェーハの載置替えを必要とせず、生産性を向上させることができるバレル型サセプタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、半導体エピタキシャル成長に用いられるバレル型サセプタにおいて、略截頭錐体形状のサセプタ本体のフェイス面は、その長手方向に２個以上に区分され、この区分の各々にはウェーハが載置されるウェーハ載置凹部が設けられ、かつ前記各区分毎のウェーハ載置凹部底面と垂直線とがなす傾斜角度が上方から下方にかけて区分毎に漸減することを特徴とするバレル型サセプタが提供される。これにより、ウェーハ内及びバッチ内の膜厚均一性が向上し、高品質製品を生産する場合でも、ウェーハの貼り付ける段数を減らすことなく、また、エピタキシャル成長工程時あるいは工程毎に、ウェーハの載置替えを必要とせず、生産性を向上させることができるバレル型サセプタが実現される。

好適な一例では、前記サセプタ本体は、断面形状が平板形でかつ一端から他端に向かって幅広になるように形成された錐体構成部材を複数枚組み合わせて形成される中空状の略截頭多角錐体である。

また、他の好適な一例では、前記サセプタ本体は、一端から他端に向かって幅広になるように形成された錐体構成部材を円弧状に複数枚組み合わせて形成される中空状の略截頭円錐体である。

本発明に係わるバレル型サセプタによれば、ウェーハ内及びバッチ内の膜厚均一性が向上し、高品質製品を生産する場合でも、ウェーハの貼り付ける段数を減らすことなく、また、エピタキシャル成長工程時あるいは工程毎に、ウェーハの載置替えを必要とせず、生産性を向上させることができるバレル型サセプタを提供することができる。

以下、本発明に係わるバレル型サセプタの第１実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係わるバレル型サセプタの斜視図であり、図２はその縦断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係わるバレル型サセプタ１は、半導体エピタキシャル成長に用いられ、截頭八角錐体に僅かに傾斜する複数の段部を形成した中空略截頭八角錐体形状をなすサセプタ本体２と、このサセプタ本体２を垂下するためその上部に設けられた八角形状のトッププレート３と、ガス流遮蔽用で下部に設けられ、トッププレート３より大きな八角形状をなすボトムプレート４から構成されている。

サセプタ本体２は、特殊炭素構造材から一体に中空略截頭八角錐体形状に切り出され、その表面にＳｉＣ膜のような被膜が形成されている。略截頭八角錐体をなすサセプタ本体２の周方向に沿って形成された平面状の８個のフェイス面５は、その長手方向に２個以上、例えば、各々傾斜角度が異なる上段部５ａ、中段部５ｂ、下段部５ｃの３個に区分され、上段部５ａのフェイス面５ａ_１にはウェーハ載置凹部が設けられ、このウェーハ載置凹部の凹部底面となす傾斜角度がθａになるように傾斜して形成され、中段部５ｂのフェイス面５ｂ_１にはウェーハ載置凹部が設けられ、このウェーハ載置凹部の凹部底面となす傾斜角度がθａより小さいθｂになるように傾斜して形成され、下段部５ｃのフェイス面５ｃ_１にはウェーハ載置凹部が設けられ、このウェーハ載置凹部の凹部底面となす傾斜角度がθｂより小さいθｃになるように傾斜して形成されており、凹部底面には３種類の傾斜角が形成され、上方から下方にかけて各段部毎に傾斜角度が漸減するようになっている。

各段部５ａ、５ｂ、５ｃには、ウェーハが載置（貼り付け）されるウェーハ載置凹部６ａ、６ｂ、６ｃが例えば１個づつ設けられている。

なお、バレル型サセプタ１の使用時、中段部５ｂとチャンバの距離を部分的に狭くできるように、傾斜角度θｂは０°＜θｂ≦５°、傾斜角度θａはθｂ＜θａ＜θｂ＋５°、傾斜角度θｃは０°≦θｃ＜θｂであるのが好ましい。フェイス面に設けられる段部の数を３段、４段、５段にする場合には、３種類以上の傾斜角が存在する。

上述のようなバレル型サセプタを用いて、エピタキシャルウェーハを製造するには、図３に示すようなエピタキシャル装置５０が用いられる。

このエピタキシャル装置５０は、複数のウェーハＷが載置されるウェーハ載置用凹部６ａ、６ｂ、６ｃが設けられたバレル型サセプタ１を石英ベルジャ５１内に回転軸５２により回転自在に軸支する構成になっている。石英ベルジャ５１は、エピタキシャルガス導入用のガス入口５３と排出用のガス出口５４を、それぞれ上部と下部に有している。ガス入口５３から導入されたエピタキシャルガスは、ウェーハＷのエピタキシャル成長に用いられ、ガス出口５４から排出される。ソースガス、例えばＳｉＣｌ_４と、キャリアガス例えばＨ_２、ドーパントガス例えばＰＨ_３のような流れは矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示す。

石英ベルジャ５１の周囲には、抵抗加熱ヒーターあるいは反射鏡５５を備えた赤外線加熱ヒーター５６が配置されている。このようなエピタキシャル装置５０を用いたエピタキシャル成長工程において、エピタキシャルガスの流れは、石英ベルジャ５１内で回転軸１２を中心に回転する石英ベルジャ５１とサセプタ本体２間を矢印Ｂのように流れるが、サセプタ本体２の平面状の８個のフェイス面５は、上段部５ａ、中段部５ｂ、下段部５ｃに３種類の傾斜角が形成されて、上方から下方にかけて各段部毎に傾斜角度が漸減するようになっているので、バレル型サセプタ１の中段部５ｂと石英ベルジャ５１の距離を部分的に狭くなるようにし、バレル型サセプタ１と石英ベルジャ５１間の隙間の断面積Ａを小さくすることができ、この部分の流速が速くなり、従って、抵抗率の均一性を悪化させることなく、均一な膜厚分を得ることができる。

また、高品質製品を生産する場合でも、ウェーハの貼り付ける段数を減らすことなく、エピタキシャルウェーハの製造が可能であり、さらに、エピタキシャル成長工程時あるいは工程毎に、ウェーハの載置替えを必要とせず、生産性を向上させることができる。さらに、ウェーハ載置凹部の底面には３種類の傾斜角が形成され、上方から下方にかけて各段部毎に傾斜角度が漸減するようになっているので、より均一な膜厚が得られる。

また、本発明に係わるバレル型サセプタの第２実施形態について説明する。

上記第１実施形態は、サセプタ本体が中空略截頭八角錐体形状をなし、略截頭八角錐体を形成する平面状の８個のフェイス面が３段部に区分され、各々段部にウェーハ載置凹部が設けられるのに対して、本第２実施形態は、サセプタ本体が中空略截頭円錐体形状をなし、そのフェイス面が３段部に区分され、各々段部に円弧状に複数列に配置されたウェーハ載置凹部が設けられる。

例えば、図４及び図５に示すように、第２実施形態のバレル型サセプタ１１は、サセプタ本体１２が截頭釣鐘形状に近い中空略截頭円錐体形状をなし、その表面であるフェイス面１５は各々曲率半径が異なる円弧の連続で形成され、上段部１５ａ、中段部１５ｂ、下段部１５ｃの３段部に区分され、さらに、載置底面１５には、各列にウェーハ載置凹部１６ａ、１６ｂ、１６ｃが例えば１個づつ設けられ、これが円周方向に複数列設けられている。

第１実施形態と同様に、ウェーハ載置凹部１６ａの底面６ａ_１は垂直線となす傾斜角度がθａ、ウェーハ載置凹部１６ｂの底面６ｂ_１は傾斜角度がθｂ、ウェーハ載置凹部１６ｃの底面６ｃ_１は傾斜角度がθｃになっており、ウェーハ載置凹部の底面には３種類の傾斜角が形成され、上方から下方にかけて各段部毎に傾斜角度が漸減するようになっている。

従って、サセプタ本体１２は、第１実施形態が略截頭八角錐体を形成する平面状の８個のフェイス面間に稜線が形成されるのと異なり、円周方向に稜線がなくスムーズな円弧の連続で形成される。他の構成は図１に示すバレル型サセプタと異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。

これにより、バレル型サセプタと石英ベルジャ間の隙間の断面積を部分的に小さくすることができ、この部分の流速が速くなり、従って、抵抗率の均一性を悪化させることなく、均一な膜厚分を得ることができる。また、高品質製品を生産する場合でも、ウェーハの貼り付ける段数を減らすことなく、エピタキシャルウェーハの製造が可能であり、さらに、エピタキシャル成長工程時あるいは工程毎に、ウェーハの載置替えを必要とせず、生産性を向上させることができる。

また、サセプタ本体に沿って流れるエピタキシャルガスは、その流れを乱されることもなく、層流状態を維持し、より均一な膜厚分を得ることができる。

目的：図１に示すような本発明に係わるバレル型サセプタを、図３に示すようなエピタキシャル装置に組み込み、これを用い、エピタキシャルウェーハを製造し、膜厚を調べ、従来例と比較した。

方法：図３に示すように、円筒状の石英ベルジャ５１内に、ウェーハ載置凹部６ａ、６ｂ、６ｃが設けられ傾斜角度が表１に示すような値の略截頭八角錐体状のバレル型サセプタ１を収納し、このサセプタ１を縦軸の回りに回転し、かつフェイス面５に形成されたウェーハ載置凹部６ａ、６ｂ、６ｃにウェーハＷを貼り付け、赤外線加熱ヒーター５６によりサセプタ１及びウェーハＷを加熱し、エピタキシャルガスを石英ベルジャ５１の上端部に設けられたガス入口５３から、その下端部に向かって流し、ガス出口５４から排出し、エピタキシャルウェーハを製造した。

また、上記と同様にして、傾斜角度が表１に示すような値の従来のバレル型サセプタを用い、エピタキシャルウェーハを製造した。

結果：（１）図６及び図７に示す。

図６に示すように、実施例はウェーハ面内及びバッチ内で均一な膜厚分布が得られることがわかった。

これに対して、図７に示すように、従来例は最上段部と最下段部の膜厚が厚く、中段部の膜厚が薄くなっておりウェーハ面内及びバッチ内で均一な膜厚分布を得ることができないことがわかった。

（２）上記結果（１）で得られた膜厚値を用い、下記に示すバラツキ率算出式を用いて、バラツキ率を算出した。

［数１］
バラッキ（％）＝（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）×１００

表２からもわかるように、実施例はウェーハ内バラツキ率が±０．９％で極めて小さいのに対して、従来例は±１．４％と実施例に比べて５５％バラツキ率が増大し、不均一になっていることがわかった。また、実施例はバッチ内バラツキ率が±２．０であるのに対して、従来例は±３．０％と実施例に比べて５０％バラツキ率が増大し、不均一になっていることがわかった。

本発明に係わるバレル型サセプタの一実施形態の斜視図。本発明に係わるバレル型サセプタの一実施形態の縦断面図。本発明に係わるバレル型サセプタを用いたエピタキシャル装置の概念図。本発明に係わるバレル型サセプタの他の実施形態の斜視図。図４の他の実施形態の縦断面図。本発明に係わるバレル型サセプタを用いたエピタキシャル試験の膜厚測定結果の線図。従来のバレル型サセプタを用いたエピタキシャル試験の膜厚測定結果の線図。従来のバレル型サセプタの一実施形態の斜視図。従来のバレル型サセプタを用いたエピタキシャル装置の概念図。

符号の説明

１バレル型サセプタ
２サセプタ本体
３トッププレート
４ボトムプレート
５フェイス面
５ａ上段部
５ｂ中段部
５ｃ下段部
５ａ_１フェイス面
５ｂ_１フェイス面
５ｃ_１フェイス面
６ａウェーハウェーハ載置凹部
６ｂウェーハウェーハ載置凹部
６ｃウェーハウェーハ載置凹部
６ａ_１，６ｂ_１，６ｃ_１凹部底面

Claims

半導体エピタキシャル成長に用いられるバレル型サセプタにおいて、略截頭錐体形状のサセプタ本体のフェイス面は、その長手方向に２個以上に区分され、この区分の各々にはウェーハが載置されるウェーハ載置凹部が設けられ、かつ前記各区分毎のウェーハ載置凹部底面と垂直線とがなす傾斜角度が上方から下方にかけて区分毎に漸減することを特徴とするバレル型サセプタ。
前記サセプタ本体は、断面形状が平板形でかつ一端から他端に向かって幅広になるように形成された錐体構成部材を複数枚組み合わせて形成される中空状の略截頭多角錐体であることを特徴とする請求項１に記載のバレル型サセプタ。
前記サセプタ本体は、一端から他端に向かって幅広になるように形成された錐体構成部材を円弧状に複数枚組み合わせて形成される中空状の略截頭円錐体であることを特徴とする請求項１に記載のバレル型サセプタ。