JP2006237498A

JP2006237498A - サセプタ

Info

Publication number: JP2006237498A
Application number: JP2005053480A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Takahashi; 賢三高橋; Akira Nogami; 暁野上; Kiyohide Sasaki; 清秀佐々木
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd; Rohm Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd; Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP4739776B2

Abstract

【課題】サセプタ上の表面粗さを適正化することにより、サセプタ上の堆積膜の成長速度を減少させ、気相エッチング回数を低減させ得るＳｉのエピタキシャル成長用のサセプタを提供する。
【解決手段】少なくとも１つのザグリを有するＣＶＤ−ＳｉＣ被覆黒鉛基材からなるＳｉのエピタキシャル成長用のサセプタであって、ザグリ面以外の表面の算術平均粗さＲａが０．１〜１μｍのものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体製造に用いるサセプタに関し、特に、ケイ素（Ｓｉ）を気相成長させる際に用いるサセプタに関するものである。

表面粗さＲｍａｘ（最大高さＲｙ）が０．５μｍ以下であるサセプタが、例えば、下記特許文献１に開示されている。この特許文献１のものは、黒鉛基材からなる円板状のサセプタ本体の片面に半導体ウエーハを収容する円形の多数のウエーハ収容凹部を設けてなる気相成長用縦型サセプタにおいて、前記ウエーハ収容凹部以外のサセプタ本体の片面の表面粗さＲｍａｘを０．５μｍ以下としたことを特徴とする気相成長用縦型サセプタである。
特開平１０−１９５６６０号公報

特許文献１のような従来の気相成長用サセプタに半導体ウェハをセットして、エピタキシャル成長を行うと、半導体ウェハだけでなく、半導体ウェハの載置部分以外のサセプタ表面にも堆積した膜（以下、堆積膜とする）が形成される。その後、半導体ウェハを取り替えて、新たにエピタキシャル成長を行うという作業を繰り返すと、半導体ウェハの載置部分以外のサセプタ表面には、さらに膜が堆積形成され、抵抗の不良、結晶欠陥、パーティクルを発生させてしまう。したがって、定期的な気相エッチングにより、サセプタ表面上の堆積した膜を除去する作業が必要であった。

そこで、本発明の目的は、サセプタ上の表面粗さを適正化することにより、サセプタ上の堆積膜の表面粗さを抑え、気相エッチング回数を低減させ得るサセプタを提供することである。

本発明のサセプタは、少なくとも１つのザグリを有するＣＶＤ−ＳｉＣ被覆黒鉛からなるＳｉのエピタキシャル成長用のサセプタであって、ザグリ面以外の表面におけるＪＩＳＢ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが０．１〜１μｍのものである。なお、ザグリ面以外の表面の算術平均粗さＲａは、０．１〜０．５μｍであることが好ましい。ここで、「ザグリ面以外の表面」とは、上記引用文献１に開示される「ウエーハ収容凹部以外のサセプタ本体の片面」と同様のものである。

なお、上述の最大高さＲｙ（表面粗さＲｍａｘ）とは、粗さ曲線から、その平均線の方向に標準長さ？だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から最も高い山頂までの高さＹｐと最も低い谷底までの深さＹｖとの和のことである。一箇所でも際立って高い山や深い谷があると、大きな値になってしまい測定値のバラツキが大きくなる特徴がある。
また、算術平均粗さＲａとは、粗さ曲線から、その平均線の方向に標準長さ？だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値のことである。一つの傷が測定値に及ぼす影響が非常に小さくなり、安定した結果が得られる特徴がある。
また、本願は、ウエハ収容凹部以外の全表面にわたって平均的に滑らかで、堆積膜の付着量を少なくするサセプタを提供することが最大の目的であり、表面の一部に大きな傷があったとしても、堆積膜の付着量に大きな影響を与えることがないサセプタを提供することをも目的としている。
以上の理由により本願の目的とするサセプタの評価には、算術平均粗さＲａでなければならないと判断する。

本発明によれば、サセプタ上の堆積膜の成長速度を減少させ、抵抗の不良、結晶欠陥、パーティクルの発生を堆積膜の一定膜厚まで抑制することができるので、気相エッチング回数を低減できる。

本発明の実施形態に係るサセプタは、ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆黒鉛からなるＳｉのエピタキシャル成長用のサセプタであって、ザグリ面以外の表面の算術平均粗さＲａが０．１〜１μｍのものである。本サセプタは、少なくとも１つのザグリを有すればよく、枚葉式（図３）、バレル式（図４）、パンケーキ式（図５）、いずれの型のものでもよい。

ＣＶＤ法において、ガスの種類の選択や温度等の調整を行うことで、ザグリ面以外の表面の算術平均粗さＲａが０．１〜１μｍのサセプタを容易に製造することができる。

また、ＣＶＤ法でＳｉＣ膜を炭素基材表面に形成した後、ＳｉＣ膜表面を研磨して、ザグリ面以外の表面の算術平均粗さＲａが０．１〜１μｍとなるように調整してもよい。この研磨方法としては、例えば、Ｒａ１〜５μｍのＣＶＤ−ＳｉＣ膜を被覆した治具によって行うＳｉＣ共材研磨が挙げられる。また、他の方法として、研磨剤を用いて、乾式又は湿式研磨を行ってもよい。このとき、Ｒａ０．１〜１μｍを実現するために、＃３５０以上、好ましくは＃６００以上のＳｉＣ若しくはダイヤモンドの研磨剤を使用する。また、砥石で直接研磨することとしてもよい。
算術平均粗さＲａ０．１μｍ以下のＳｉＣ膜の表面でも本発明と同様な効果が得られるが、研磨コストが高くさらに生産性も低いので、ザグリ面以外の表面の算術平均粗さＲａは０．１〜１μｍとすることが好ましく、０．１〜０．５μｍとすることがさらに好ましい。

本実施形態によれば、容易に製造でき、かつ、コストを抑制し、さらに堆積膜の膜厚を一定以上厚くできるサセプタを提供できる。また、本実施形態に係るサセプタは、パーティクルの発生を堆積膜の一定膜厚まで抑制することができるので、エッチング回数を低減できるものである。

（実施例１）
ＣＶＤ装置内において、１２５０℃、ＳｉＣｌ₄／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ガスを用い、黒鉛基材に１００μｍのＳｉＣ被覆を行った。サセプタの算術平均粗さＲａは０．８μｍ（Ｒｙ６μｍ）であった。このサセプタを用いてＳｉをエピタキシャル成長させたところ、堆積Ｓｉ膜の厚さが１５０μｍになったところでパーティクルが発生した。図６に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面および断面観察からは、堆積Ｓｉの表面に凹凸が多少観察されるようになる。また、図７に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時のサセプタ表面のＸ線回折図形（ＸＲＤ）から、Ｓｉ（１１１）/Ｓｉ（２２０）の相対強度は０．０４であった。

（実施例２）
ＣＶＤ装置内において、１４００℃、ＳｉＣｌ₄／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ガスを用い、黒鉛基材に１００μｍのＳｉＣ被覆を行った。ＳｉＣ製砥石と純水とを用いて、ザグリ以外の面を約１０μｍ湿式研磨し、サセプタの算術平均粗さＲａを０．３μｍ（Ｒｙ２．５μｍ）に調整した。このサセプタを用いてＳｉをエピタキシャル成長させたところ、堆積Ｓｉ膜の厚さが１６０μｍになったところでパーティクルが発生した。図８に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時のＳＥＭによる表面および断面観察からは、堆積Ｓｉの表面が滑らかであることが観察される。図９に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時のサセプタ表面のＸＲＤからは、Ｓｉ（１１１）/Ｓｉ（２２０）の相対強度は、０であった。

（比較例１）
ＣＶＤ装置内において、１４００℃、ＳｉＣｌ₄／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ガスを用い、黒鉛基材に１００μｍのＳｉＣ被覆を行った。サセプタの算術平均粗さＲａは５μｍ（Ｒｙ２７μｍ）であった。このサセプタを用いてＳｉをエピタキシャル成長させたところ、堆積Ｓｉ膜の厚さが４０μｍになったところでパーティクルが発生した。図１０に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時のＳＥＭによる表面および断面観察からは、堆積Ｓｉの表面が大きな凹凸であることが観察される。大きな凹凸が観察されると，パーティクル発生の原因となる。図１１に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時のサセプタ表面のＸＲＤからは、Ｓｉ（１１１）/Ｓｉ（２２０）の相対強度は、０．４７であった。相対強度が０．２以上となると，抵抗の不良および結晶欠陥が発生する原因となる。

（比較例２）
ＣＶＤ装置内において、１４００℃、ＳｉＣｌ₄／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ガスを用い、黒鉛基材に１００μｍのＳｉＣ被覆を行った。ザグリ以外の面を約３μｍ乾式研磨し、サセプタの算術平均粗さＲａを２μｍ（Ｒｙ１１μｍ）に調整した。このサセプタを用いてＳｉをエピタキシャル成長させたところ、堆積Ｓｉ膜の厚さが６０μｍになったところでパーティクルが発生した。図１２に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時のＳＥＭによる表面および断面観察からは、堆積Ｓｉの表面が大きな凹凸であることが観察される。大きな凹凸が観察されると，パーティクル発生の原因となる。図１３に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時のサセプタ表面のＸＲＤからは、Ｓｉ（１１１）/Ｓｉ（２２０）の相対強度は、０．２４であった。相対強度が０．２以上となると，抵抗の不良および結晶欠陥が発生する原因となる。

(比較例３)
ＣＶＤ装置内において、１４００℃、ＳｉＣｌ₄／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ガスを用い、黒鉛基材に１００μｍのＳｉＣ被覆を行った。回転式研磨装置を用いて、ダイヤモンド砥粒と純水を用いてザグリ以外の面を約２０μｍ湿式研磨し、サセプタの算術平均粗さＲａを０．０５μｍ（Ｒｙ０．４μｍ）に調整した。このサセプタを用いてＳｉをエピタキシャル成長させたところ、堆積Ｓｉ膜の厚さが１６５μｍになったところでパーティクルが発生した。図１４に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時のＳＥＭによる表面および断面観察からは、堆積Ｓｉの表面が滑らかであることが観察される。図１５に示すように、堆積Ｓｉ膜の厚さが５０μｍの時のサセプタ表面のＸＲＤからは、Ｓｉ（１１１）/Ｓｉ（２２０）の相対強度は、０であった。

これらの結果をまとめて図１、図１６、図１７のグラフに示す。実施例１では、堆積Ｓｉ膜が１５０μｍに達するまで、実施例２では堆積Ｓｉ膜が１６０μｍに達するまで、抵抗の不良、結晶欠陥、パーティクルが発生しなかったのに対し、比較例１、２ではそれぞれ４０μｍ、６０μｍになったところで、抵抗の不良、結晶欠陥、パーティクルが発生した。これらの結果により、本発明に係る実施例１、２によれば、比較例１〜２に比べ、抵抗の不良、結晶欠陥、パーティクルの発生を堆積Ｓｉ膜の一定膜厚まで抑制することができるので、エッチング回数を低減できるサセプタを容易に製造することができることがわかる。また、比較例３では，堆積Ｓｉ膜が１６５μｍに達するまで、抵抗の不良、結晶欠陥、パーティクルの発生はなかったが、回転式研磨装置を用いなければならず研磨コストが高額になった。さらに，複雑な形状のサセプタには応用できないデメリットもあることがわかった。

図２に本発明にかかる実施例及び比較例のサセプタのザグリ以外の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｙの関係を示す。最大高さＲｙ（表面粗さＲｍａｘ）を０．５μｍ以下にするためには，算術平均粗さＲａを少なくとも０．０３μｍ以下にする必要があることが分かる。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。

本発明に係る実施例及び比較例のＳｉＣ算術表面粗さとパーティクル発生時のＥＰＩ−Ｓｉ膜厚との関係を示すグラフ。本発明に係る実施例及び比較例のＳｉＣ算術表面粗さＲａとＳｉＣ最大高さＲｙの関係を示すグラフ。本発明を用いることが可能な枚葉式サセプタを示す上視図。本発明を用いることが可能なバレル式サセプタを示す側面図。本発明を用いることが可能なパンケーキ式サセプタを示す上視図。本発明に係る実施例１のサセプタの表面及び断面の走査型電子顕微鏡写真。本発明に係る実施例１のサセプタの表面のＸ線回折図形を示すグラフ。本発明に係る実施例２のサセプタの表面及び断面の走査型電子顕微鏡写真。本発明に係る実施例２のサセプタの表面のＸ線回折図形を示すグラフ。比較例１のサセプタの表面及び断面の走査型電子顕微鏡写真。比較例１のサセプタの表面のＸ線回折図形を示すグラフ。比較例２のサセプタの表面及び断面の走査型電子顕微鏡写真。比較例２のサセプタの表面のＸ線回折図形を示すグラフ。比較例３のサセプタの表面及び断面の走査型電子顕微鏡写真。比較例３のサセプタの表面のＸ線回折図形を示すグラフ。本発明に係る実施例および比較例のＳｉＣ算術表面粗さＲａとＳｉ（１１１）/Ｓｉ（２２０）相対強度との関係を示すグラフ。本発明に係る実施例および比較例のＳｉＣ最大粗さＲｙとＳｉ（１１１）/Ｓｉ（２２０）相対強度との関係を示すグラフ。

Claims

少なくとも１つのザグリを有するＣＶＤ−ＳｉＣ被覆黒鉛基材からなるＳｉのエピタキシャル成長用のサセプタであって、ザグリ面以外の表面におけるＪＩＳＢ０６０１に基づく算術平均粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１１９９４）が０．１〜１μｍのサセプタ。
ザグリ面以外の表面における算術平均粗さＲａが０．１〜０．５μｍである請求項１記載のサセプタ。