JP2008186944A - 気相成長用サセプタ及び気相成長装置並びに気相成長用サセプタの設計方法及び気相成長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 気相成長中にウエーハが反っても高品質のエピタキシャルウエーハを生産することができる気相成長用サセプタ等を提供する。
【解決手段】 単結晶基板の表面にエピタキシャル層を気相成長し、エピタキシャルウエーハの製造を行う気相成長装置においてウエーハを載置するための気相成長用サセプタであって、該気相成長用サセプタは、少なくとも、前記ウエーハを載置するウエーハ載置面に曲率半径を有する凹形状のザグリが形成されたものであり、前記ウエーハ載置面の曲率半径は、少なくとも、気相成長中のウエーハの表裏間の温度差及び前記単結晶基板と前記エピタキシャル層との間の格子不整合に基づいて計算で求められた前記気相成長中のウエーハの反りと一致している気相成長用サセプタ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主にエピタキシャルウエーハの製造に使用される気相成長用サセプタ及び気相成長装置並びに気相成長用サセプタの設計方法及び気相成長方法に関し、詳しくは対象となるウエーハをほぼ水平に保持してエピタキシャル成長を行う例えば水平円盤型の気相成長用サセプタ及び気相成長装置並びに気相成長用サセプタの設計方法及び気相成長方法に関する。

気相エピタキシャル成長技術は、バイポーラトランジスタやＭＯＳＬＳＩ等の集積回路の製造に用いられる単結晶薄膜層を気相成長させる技術であり、清浄な半導体単結晶基板（単結晶基板）上に単結晶基板の結晶方位に合せて均一な単結晶薄膜を成長させたり、ドーパント濃度差が大きい接合の急峻な不純物濃度勾配を形成することができるので、極めて重要な技術である。気相エピタキシャル成長装置としては、縦型（パンケーキ型）、バレル型（シリンダー型）、さらに横型の３種類が一般的である。これらの成長装置の原理は共通している。
このうち、縦型（パンケーキ型）、横型の２機種は、ほぼ水平にウエーハを保持する気相成長用サセプタを採用している。

図９は、従来の縦型気相成長装置の一例を示す断面概略説明図である（特許文献１参照）。この縦型気相成長装置２１においては、ベースプレート２上に釣鐘状のベルジャ３を載置することによって反応室４が形成される。この反応室４内には、半導体基板（単結晶基板、ウエーハ）５を載置する水平円盤型の気相成長用サセプタ（以下、単にサセプタとも言う）１６が水平に配置され、その下面には該サセプタ１６を介してウエーハ５を加熱する高周波加熱コイル７がコイルカバー８内に設けられている。気相成長の際には、サセプタ１６の上面に設けられた円形の凹部であるザグリ１９にウエーハ５を載置し、原料ガスをガス導入口１０より供給し、ノズル１１の側面や上面に設けられた噴出孔１２から噴出して反応室４に導入し、ガス排出口１３から排出する。このとき、ウエーハ５は高周波加熱コイル７により加熱されているので、ウエーハ上に噴出された原料ガスはウエーハ表面で反応し、ウエーハ表面に薄膜のエピタキシャル層を気相成長させる。

また、横型気相成長装置の一種として枚葉式装置がある。この装置は、横型の加熱炉内に配置された水平円盤型のサセプタの上にウエーハを載置し、これを垂直軸まわりに回転させながら、炉内水平方向に原料ガスを流通させることにより、ウエーハ表面にエピタキシャル層を形成するものである。このような装置は、ウエーハの大径化と共に多用されるようになり、直径３００ｍｍのウエーハに対応できる装置としても主流と目されている。

前述のように、これらの気相成長装置では、エピタキシャル成長をさせるウエーハの上面にのみ原料ガスを接触させることを目的として、ウエーハを収容する円形の凹部がサセプタの上面に設けられる。そして、ザグリと呼ばれるこの凹部内にウエーハを収容してエピタキシャル成長を行う。

ところで、一般にエピタキシャル成長中にはウエーハに反りが発生する。このような反りがあると、ウエーハ面内での温度分布が悪化し、その結果、スリップ転位の発生が増加したり、エピタキシャル層の抵抗率やエピタキシャル層の膜厚のウエーハ面内分布が悪化したりしてしまい、エピタキシャルウエーハの品質低下につながっていた。

この対策として、ウエーハが反ったときにウエーハとザグリのウエーハ載置面が均一に接触するように、あらかじめウエーハの反り形状に合わせてザグリのウエーハ載置面をある曲率半径のラウンド形状（球面形状）にしている。しかし、従来、加熱状態のウエーハの反り形状を直接測定することができないため、試行錯誤でザグリのウエーハ載置面の曲率半径を設計しなければならなかった。すなわち、様々な曲率半径のウエーハ載置面のザグリを有するサセプタを準備し、実際にエピタキシャル成長を多数回行って、さらにそのようにして作製したエピウエーハのスリップ転位や抵抗率、膜厚分布などの品質を調査し、曲率半径を決める必要があった。しかし、この作業は、エピタキシャルウエーハの製造条件、すなわち単結晶基板とエピタキシャル層の抵抗率の組み合わせや、反応温度が変わるたびに行う必要が有り、生産性の著しい低下とコストの増加につながっていた。

特開平７−４５５３０号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、気相成長中にウエーハが反っても高品質のエピタキシャルウエーハを生産することができる気相成長用サセプタを提供すること、及び、気相成長用サセプタにおけるザグリのウエーハ載置面の最適な曲率半径を簡便に求めることができる気相成長用サセプタの設計方法を提供することを主な目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、単結晶基板の表面にエピタキシャル層を気相成長し、エピタキシャルウエーハの製造を行う気相成長装置においてウエーハを載置するための気相成長用サセプタであって、該気相成長用サセプタは、少なくとも、前記ウエーハを載置するウエーハ載置面に曲率半径を有する凹形状のザグリが形成されたものであり、前記ウエーハ載置面の曲率半径は、少なくとも、気相成長中のウエーハの表裏間の温度差及び前記単結晶基板と前記エピタキシャル層との間の格子不整合に基づいて計算で求められた前記気相成長中のウエーハの反りと一致していることを特徴とする気相成長用サセプタを提供する（請求項１）。

このような、少なくとも、ウエーハを載置するウエーハ載置面に曲率半径を有する凹形状のザグリが形成されたものであり、ウエーハ載置面の曲率半径が、少なくとも、気相成長中のウエーハの表裏間の温度差及び単結晶基板とエピタキシャル層との間の格子不整合に基づいて計算で求められた気相成長中のウエーハの反りと一致している気相成長用サセプタであれば、気相成長装置に用いて、ウエーハとザグリのウエーハ載置面との接触の状態が均一になり、良好なウエーハの面内での温度分布が得られ、さらにザグリのウエーハ載置面の曲率半径を試行錯誤で決定する必要がないので、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる気相成長用サセプタとなる。

また、本発明は、少なくとも前記の気相成長用サセプタを備えることを特徴とする気相成長装置を提供する（請求項２）。

このような少なくとも前記の気相成長用サセプタを備える気相成長装置であれば、ウエーハとサセプタのザグリのウエーハ載置面との接触の状態が均一になり、良好なウエーハの面内での温度分布が得られ、さらにザグリのウエーハ載置面の曲率半径を試行錯誤で決定する必要がないので、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる気相成長用装置となる。

この場合、前記気相成長装置は、縦型気相成長装置であることができる（請求項３）。
このような少なくとも前記の気相成長用サセプタを備える縦型気相成長装置であれば、特に気相成長中にウエーハの表裏に温度差が生じやすい縦型気相成長装置においても、ウエーハとサセプタのザグリのウエーハ載置面との接触の状態が均一になり、ウエーハの面内において良好な温度分布を得ることができる。

また、本発明は、単結晶基板の表面にエピタキシャル層を気相成長し、エピタキシャルウエーハの製造を行う気相成長装置において用いられ、少なくともウエーハを載置するウエーハ載置面に曲率半径を有する凹型状のザグリが形成された気相成長用サセプタを設計する方法であって、少なくとも、気相成長中のウエーハの表裏間の温度差及び前記単結晶基板と前記エピタキシャル層との間の格子不整合に基づいて前記気相成長中のウエーハの反りを計算で求め、該計算された気相成長中のウエーハの反りに、前記ザグリのウエーハ載置面の曲率半径を一致させるようにして前記気相成長用サセプタを設計することを特徴とする気相成長用サセプタの設計方法を提供する（請求項４）。

このような、少なくとも、気相成長中のウエーハの表裏間の温度差及び単結晶基板とエピタキシャル層との間の格子不整合に基づいて気相成長中のウエーハの反りを計算で求め、該計算された気相成長中のウエーハの反りに、ザグリのウエーハ載置面の曲率半径を一致させるようにして気相成長用サセプタを設計する気相成長用サセプタの設計方法であれば、ウエーハとザグリのウエーハ載置面との接触の状態が均一になり、良好なウエーハの面内での温度分布が得られる気相成長用サセプタを設計することができる。また、ザグリのウエーハ載置面の曲率半径を試行錯誤で決定する必要がないので、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる気相成長用サセプタを簡単に設計することができる。

また、本発明は、少なくとも、前記の気相成長用サセプタの設計方法によって設計された気相成長用サセプタを用いて、該気相成長用サセプタのザグリに前記単結晶基板を載置し、該単結晶基板の表面に前記エピタキシャル層を気相成長させることを特徴とする気相成長方法を提供する（請求項５）。

このように、少なくとも、前記の気相成長用サセプタの設計方法によって設計された気相成長用サセプタを用いて、該気相成長用サセプタのザグリに単結晶基板を載置し、該単結晶基板の表面にエピタキシャル層を気相成長させる気相成長方法であれば、ウエーハとサセプタのザグリのウエーハ載置面との接触が均一になり、ウエーハの面内において良好な温度分布が得られる。さらにザグリのウエーハ載置面の曲率半径を試行錯誤で決める必要がないので、気相成長を生産性高く行うことができる。

本発明に係る気相成長用サセプタであれば、ウエーハとザグリのウエーハ載置面との接触の状態が均一になり、良好なウエーハの面内での温度分布が得られ、さらにザグリのウエーハ載置面の曲率半径を試行錯誤で決定する必要がないので、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる気相成長用サセプタとなる。
また、本発明に係る気相成長用サセプタの設計方法によれば、ウエーハとザグリのウエーハ載置面との接触の状態が均一になり、良好なウエーハの面内での温度分布が得られる気相成長用サセプタを設計することができる。また、ザグリのウエーハ載置面の曲率半径を試行錯誤で決定する必要がないので、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる気相成長用サセプタを簡単に設計することができる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述のように、従来、試行錯誤でザグリのウエーハ載置面の曲率半径を設計しなければならならず、この作業は、エピタキシャルウエーハの製造条件、すなわち単結晶基板とエピタキシャル層の抵抗率の組み合わせや、反応温度が変わるたびに行う必要が有り、生産性の著しい低下とコスト増加につながるという問題があった。

本発明者らがウエーハの反りの発生メカニズムについて鋭意検討を行ったところ、ウエーハの表裏温度差による熱膨張起因の反りと、単結晶基板とエピタキシャル層の格子不整合起因の反りが気相成長中のウエーハの反りに対して支配的であることがわかった。そして、このことから、あらかじめ上記のそれぞれに起因する反り量を計算で求めておくことで、上記のような試行錯誤をしなくてもエピタキシャルウエーハの反り量に適合した気相成長用サセプタのザグリのウエーハ載置面の曲率半径を見積もることができることに想到し、本発明を完成させた。

すなわち、特に縦型気相成長装置の場合、ウエーハはサセプタから伝わる熱によって加熱されるため、加熱源のサセプタと接触している裏面側の温度が高くなり、それに比較して表面側は温度が低くなる。そのため、熱膨張の違いによりウエーハが凹面状に反りやすい。さらに、エピタキシャルウエーハでは、単結晶基板とエピタキシャル層の抵抗率が異なっている場合がある。例えば、高濃度のボロンを添加した抵抗率０．０１−０．０２Ωｃｍ程度の単結晶基板を用い、エピタキシャル層は１０Ωｃｍ程度の抵抗率であるエピタキシャルウエーハがしばしば製造される。ところが、例えば、シリコン単結晶の格子定数は抵抗率、すなわち、添加されているドーパントの濃度や元素種で変化する。このため、エピタキシャル層と単結晶基板の抵抗率が異なっていると、両者の格子定数の違いによる格子不整合起因の反りも発生する。

一方、上述のように特に縦型気相成長装置の場合、ウエーハの加熱源はサセプタである。このため、ウエーハとサセプタの接触状態がウエーハの温度分布に強く影響する。しかし、ウエーハの表裏間の温度の差やエピタキシャル層と単結晶基板との格子定数の違いなどによって発生する反りがあると、ウエーハ裏面において、ザグリのウエーハ載置面とウエーハとが接触した部分と接触していない部分ができてしまうことになり、ウエーハ面内での温度分布が悪化してしまう。その結果、スリップ転位の発生が増加したり、エピタキシャル層の抵抗率やエピタキシャル層の膜厚のウエーハ面内分布が悪化したりしてしまい、エピタキシャルウエーハの品質低下につながっていたのである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付した図面に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２は本発明に従う気相成長用サセプタのザグリ部分の一例を示す断面概略図である。この気相成長用サセプタ６は、ウエーハを載置するための凹面状のザグリ９が形成されたものであり、ザグリ９は少なくともウエーハを載置するためのウエーハ載置面を有する。また、ザグリ９はウエーハの外周側面を保持するための側壁を有していてもよい。ウエーハ載置面は曲率半径Ｒの球の球面の一部を切り取ったような形状（以下、ラウンド形状と言う）になっている。また、ウエーハ載置面が平面となるのは曲率半径Ｒが無限大の場合であり、本発明に係るその他の要件を具備していれば、このような場合も本発明の範囲に含まれる。
なお、本明細書中では、ウエーハとは半導体用等の基板全般を指し、上記の単結晶基板のみからなる基板や、気相成長中の基板及び気相成長終了後のエピタキシャルウエーハを含む。

そして、本発明におけるザグリのラウンド形状は、曲率半径を、あらかじめウエーハの表裏間の温度差による熱膨張起因の反りと、単結晶基板とエピタキシャル層の抵抗率の違い（すなわち、格子間距離の違い）による格子不整合起因の反りとから決定したことを特徴とする。
なお、気相成長用サセプタ全体の形状は例えば水平円盤型であるが、これに特に限定されず、また、形成されるザグリは１つ又はそれ以上とできる。ザグリの直径、深さ等は載置するウエーハのサイズに合わせて適宜選択することができる。

このような気相成長用サセプタ６は、少なくとも、気相成長中のウエーハの表裏間の温度差及び単結晶基板とエピタキシャル層との間の格子不整合に基づいて気相成長中のウエーハの反りを計算で求め、該計算された気相成長中のウエーハの反りに、ザグリ９のウエーハ載置面の曲率半径Ｒを一致させるようにして設計される。
このように、あらかじめウエーハの表裏間の温度差による熱膨張起因の反りと、単結晶基板とエピタキシャル層の抵抗率の違いによる格子不整合起因の反りとからザグリのウエーハ載置面の曲率半径を決定することで、ザグリのウエーハ載置面の曲率半径を試行錯誤によって決定する必要がなく、気相成長中にウエーハとサセプタのザグリのウエーハ載置面との接触が均一となり、ウエーハの面内において良好な温度分布を有する気相成長用サセプタを従来よりも効率よく設計することができる。そして、このようにして設計された気相成長用サセプタを用いて気相成長を行えば、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産することができる。

図８は本発明に従う気相成長装置の一例を示す断面概略説明図である。
この縦型気相成長装置１においては、ベースプレート２上に釣鐘状のベルジャ３を載置することによって反応室４が形成される。この反応室４内には、ウエーハ５を載置する本発明に係る気相成長用サセプタ６が水平に配置され、その下面には該気相成長用サセプタ６を介してウエーハ５を加熱する高周波加熱コイル７がコイルカバー８内に設けられている。

本発明に従う気相成長用サセプタを備える気相成長装置であれば、ウエーハとザグリのウエーハ載置面との接触が均一になり、ウエーハの面内において良好な温度分布を得ることができる。さらに、ザグリのウエーハ載置面の曲率半径を試行錯誤で決める必要がなくなるので、気相成長を生産性高く行うことができる。
なお、本発明の気相成長装置は、このような縦型のものに限定されず、横型のものであってもよい。

次に、本発明の気相成長方法により単結晶基板表面にエピタキシャル層を気相成長させる方法を、図８の気相成長装置を用いる場合について説明する。
まず、気相成長用サセプタ６のザグリ９にウエーハ５として単結晶基板を載置する。そして、原料ガスをガス導入口１０より供給し、ノズル１１の側面や上面に設けられた噴出孔１２から噴出して反応室４に導入し、ガス排出口１３から排出する。このとき、ウエーハ５は高周波加熱コイル７により加熱されているので、噴出された原料ガスはウエーハ表面で反応し、単結晶基板表面に薄膜のエピタキシャル層を気相成長させる。

なお、単結晶基板は、例えばシリコン単結晶基板を用いることができるが、化合物半導体等の他の半導体基板等でもよく、特に限定はされない。
また、エピタキシャル層は例えばシリコン薄膜とできるが、原料ガスを適宜選択すること等により他の半導体薄膜とすることもでき、特に限定されない。

以下、単結晶基板が略円形のシリコン単結晶基板であり、シリコンエピタキシャル層を成長させる場合について、本発明に係る気相成長用サセプタの具体的な設計方法を述べるが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２に示したように、ラウンド形状の深さであるラウンド深さＹは、ウエーハ載置面の最外周部と中心部との深さの差で定義される。また、ザグリ直径Ｌｐは、ウエーハ載置面の最外周部の直径で定義される。

まず、ウエーハの表裏面の温度差に起因するウエーハの反りの寄与分を計算する。
図３は、ウエーハの表裏面の温度差に起因するウエーハの反り量を断面で示す模式図である。特に縦型気相成長装置の場合、気相成長用サセプタによりウエーハ裏面のみから加熱するため、ウエーハ裏面側の温度が高く、表面側は裏面と比較して低温になっている。そのため、熱膨張の違いにより裏面側の方が表面より伸びている。その結果、ウエーハは、凹面状に反ってしまう。このときの、ウエーハの表面から裏面にかけて温度が連続的に変化し、格子長変化による応力が完全に緩和していると仮定すると、幾何学的な計算により、下記のように、表裏間の温度差ΔＴによるウエーハ直径（円弧）Ｌの変化の関係式（１ａ）、ザグリのウエーハ載置面の曲率半径Ｒ及びその中心角θと反り量Ｓ_Ｔとの関係式（１ｂ）、（１ｃ）、円弧Ｌ、曲率半径Ｒ、中心角θの関係式（１ｄ）、（１ｅ）が成り立つ。これらの関係式から、ウエーハ表裏間の温度差に起因する反り量Ｓ_Ｔは、式（１）のように表される。

２・ΔＬ＝α・Ｌ・ΔＴ ・・・（１ａ）
ｃｏｓ（θ／２）＝（Ｒ−Ｓ）／Ｒ ・・・（１ｂ）
Ｓ＝Ｒ・（１−ｃｏｓ（θ／２）） ・・・（１ｃ）
Ｌ＝Ｒ・θ ・・・（１ｄ）
Ｌ＋２ΔＬ＝（Ｒ＋ｄ）・θ ・・・（１ｅ）
Ｓ_Ｔ＝ｄ／（α・Ｌ・ΔＴ）・（１−ｃｏｓ（α・Ｌ・ΔＴ／２ｄ）) ・・・（１）
ｄ：ウエーハ厚さ
α：熱膨張係数
Ｌ：ウエーハ直径
ΔＴ：ウエーハ表裏面の温度差（裏面の温度−表面の温度）

シリコン単結晶の熱膨張係数αとして４．５×１０^−６Ｋ^−１を用い、ウエーハ直径Ｌが１５０ｍｍ、ウエーハ厚さ６２５μｍの場合、式（１）から計算したウエーハ表裏間の温度差ΔＴとウエーハ反り量Ｓ_Ｔの関係は図４に示したようになる。
そして、ウエーハの表裏間の温度差ΔＴは、図８に示したような縦型気相成長装置内において、気相成長中のウエーハの表裏間の温度差を実際に測定して求める。例えばウエーハ表裏間の温度差ΔＴが５℃である場合には、図４から、ウエーハの反り量は凹面型で約１００μｍであると見積もることができる。
ウエーハ表裏間の温度差の測定は、特開平３−１４２９４８号公報に記載されているようなシート抵抗と温度との間のキャリブレーションカーブから求める方法で測定することもできるが、熱電対や光高温計等を用いた他の公知の方法によることもでき、適宜選択することができる。

次に、単結晶基板とエピタキシャル層との格子不整合に起因するウエーハの反りの寄与分を計算する。
図５は単結晶基板とエピタキシャル層の抵抗率が異なり、エピタキシャル層の方が格子定数が大きい場合の格子不整合によるウエーハの反りを模式的に示した図である。結晶格子の連続性が保たれるため、この場合凸面状にウエーハが反っている。このとき、格子不整合に起因するウエーハの反り量Ｓ_Ｌは、曲率半径Ｒを用いて表すことができ、下記の式（２）で表される。

Ｓ_Ｌ＝（Ｒ−Ｒ・ｃｏｓ（Ｌ／（２Ｒ）) ・・・（２）
Ｒ＝（ｔ^２・Ｃ＋２・ｔ・ｄ・（２・Ｃ−１）＋ｄ^２）・（ｔ＋ｄ）／（６・ｔ・ｄ・（１−Ｃ）) ・・・（３）
Ｒ：曲率半径
Ｌ：ウエーハ直径
ｔ：エピタキシャル層の厚さ
ｄ：単結晶基板の厚さ
Ｃ：エピタキシャル層と単結晶基板との格子定数比（エピタキシャル層格子定数／単結晶基板格子定数）

シリコン基板において一般にドーパントとして用いられる元素種Ｂ、Ｐ、Ａｓ、ＳｂとＳｉの共有結合半径を比較すると、Ｂが最も小さく、次いでＰ、Ｓｉ、Ａｓの順であり、Ｓｂが最も大きい。そのため、シリコン単結晶の格子定数は、ＢやＰをドーピングすれば小さくなり、ＡｓやＳｂをドーピングすると大きくなる。
すなわち、抵抗率が変わるとドーパントの濃度も変わるため式（３）中の格子定数比Ｃも変化する。ドーパントを含むシリコン単結晶の格子定数ｌ_ｄは、下記の式（４）を用いて求めることができる。

ｌ_ｄ＝ｌ_Ｓｉ−ｌ_Ｓｉ・（１−ｒ_ｄ／ｒ_Ｓｉ）・Ｎ_ｄ ・・・（４）
ｌ_Ｓｉ：ドーパントを含まないシリコン単結晶の格子定数
ｒ_ｄ：ドーパントの共有結合半径
ｒ_Ｓｉ：シリコンの共有結合半径
Ｎ_ｄ：シリコン中のドーパント原子含有率

上記式（４）によって所望の単結晶基板抵抗率とエピタキシャル層抵抗率の組み合わせについて同様の計算を行い、単結晶基板とエピタキシャル層との格子不整合に起因する反りの曲率半径Ｒを求めることができる。この曲率半径Ｒを用いて、式（２）によって単結晶基板とエピタキシャル層の格子不整合に起因するウエーハの反り成分Ｓ_Ｌが求められる。

ウエーハ直径Ｌが１５０ｍｍ、単結晶基板の厚さｄが６２５μｍの場合、単結晶基板の抵抗率を０．０２Ωｃｍ、エピタキシャル層の抵抗率を１０Ωｃｍとする場合には、式（２）、（３）から計算されるエピタキシャル層厚さｔと、格子不整合に起因するウエーハ反り量Ｓ_Ｌの関係は、それぞれのドーパント元素種によって図６に示したようになる。

図６よりわかるように、格子不整合に起因するウエーハの反りの成分だけを考慮した場合、単結晶基板がＢやＰを高濃度にドープしたシリコン単結晶基板の場合、エピタキシャルウエーハは凸面状に反る。特に、Ｂをドープしたものでは、その反り量が非常に大きい。一方、ＡｓやＳｂをドープした単結晶基板の場合、逆にエピタキシャルウエーハは凹面状に反ることになる。

気相成長中のエピタキシャルウエーハの反りＳは、上記したウエーハの表裏間の温度差に起因する熱膨張起因の反りＳ_Ｔと単結晶基板とエピタキシャル層の抵抗率の違いによる格子不整合起因の反りＳ_Ｌによって決まるとすると、上記の条件における気相成長中のエピタキシャルウエーハの反り量Ｓと、エピタキシャル層の厚さの関係は、図１に示したグラフのようになると見積もられる。例えば高濃度のＢがドープされた単結晶基板に１２０μｍの厚さのエピタキシャル層を成長する際について考えると、ウエーハ表裏間の温度差ΔＴ５℃に起因する反りの成分Ｓ_Ｔが凹面状約１００μｍであり、格子不整合による反りの成分Ｓ_Ｌが凸面状約６０μｍである。その結果、両者を合計した反りＳは凹面状の約４０μｍと見積もられる（図７参照）。同様に、高濃度のＳｂをドープした単結晶基板に１２０μｍのエピタキシャル層を成長させる場合は、表裏間の温度差ΔＴ５℃に起因する反りの成分Ｓ_Ｔが凹面状約１００μｍであり、格子不整合による反りの成分Ｓ_Ｌは凹面状約１０μｍである。その結果、両者を合計した反りＳは凹面状の約１１０μｍと見積もることができる。

このようにして見積もられた気相成長中のウエーハの反りＳと、ザグリのウエーハ載置面の曲率半径Ｒを一致させるようにして気相成長用サセプタの設計を行う。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
上記したような気相成長用サセプタの具体的な設計方法に従って、単結晶基板として抵抗率を０．０２ΩｃｍのＢドープシリコン単結晶基板及びＳｂドープシリコン単結晶基板を用いた場合について、気相成長用サセプタの設計を行った。なお、エピタキシャル層の抵抗率を１０Ωｃｍとし、エピタキシャル成長厚さ１２０μｍ、ウエーハ直径Ｌが１５０ｍｍ、単結晶基板の厚さｄが６２５μｍである場合についてラウンド深さＹの見積もりを行った。
この結果、気相成長中のウエーハの反りは、Ｂドープシリコン単結晶基板の場合が凹状約４０μｍ、Ｓｂドープシリコン単結晶基板の場合が凹状約１１０μｍと見積もられ、この見積もった反り量に基づいて気相成長用サセプタを設計した。

（比較例）
図９に示したような縦型気相成長装置２１を用い、ウエーハ直径１５０μｍ、厚さ６２５μｍ、抵抗率０．０２ΩｃｍのＢドープシリコン単結晶基板とＳｂドープシリコン単結晶基板を単結晶基板とし、実際に気相成長用サセプタ１６のザグリ１９に収容し、これらの単結晶基板上にシリコンのエピタキシャル層を成長させた。
このとき、気相成長用サセプタのザグリのウエーハ載置面の最外周部と中心部との深さの差、すなわちラウンド深さＹが０μｍ、２０μｍ、４０μｍ、６０μｍ、８０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１２０μｍ、１４０μｍと振られているものを用いた。このラウンド深さＹは、ザグリのウエーハ載置面の曲率半径Ｒと、下記の式（５）のような関係を有している。すなわち、ラウンド深さＹを振るということは曲率半径Ｒを振っていることと同義である。

Ｙ＝Ｒ−Ｒ・ｃｏｓ（Ｌ_ｐ／（２・Ｒ）） ・・・（５）
Ｌ_ｐ：ザグリ直径

この気相成長用サセプタを用いて各ザグリにおいてそれぞれ３０枚のシリコン単結晶基板にシリコンエピタキシャル層の気相成長を行った。
なお、反応ガスとしてＳｉＨＣｌ_３を用い、成長速度を１．５μｍ／ｍｉｎ、反応温度を１０５０℃、成長膜厚を１２０μｍとした。
そして、このようにエピタキシャル層を成長させた後のウエーハについて、ウエーハ内のスリップ転位の発生状況を調査した。表１は比較例におけるウエーハ内のスリップ転位の発生状況をまとめたものである。

単結晶基板がＢドープの場合、ラウンド深さが４０μｍのザグリにおいてスリップ転位の発生率が最も低く、それよりラウンド深さが深くなったり浅くなったりするほど発生率は高くなっている。また、単結晶基板がＳｂドープの場合、ラウンド深さが１１０μｍのザグリでスリップ転位発生率は低かった。これは、Ｂドープシリコン単結晶基板とＳｂドープシリコン単結晶基板について、ザグリのウエーハ載置面のラウンド深さがそれぞれ４０μｍ、１１０μｍの場合、ウエーハの反り形状とザグリのウエーハ載置面の形状が一致しウエーハ面内での温度分布が均一になっていることによるものと考えられる。

一方、上記実施例において、本発明にかかる計算から求められたウエーハの反り量とそれに形状が合致するラウンド深さも、Ｂドープシリコン単結晶基板の場合、Ｓｂドープシリコン単結晶基板の場合において、それぞれ４０μｍ、１１０μｍであり、３０枚の気相成長を実際に行ってスリップの発生率から求めた試行錯誤による最適なザグリのウエーハ載置面のラウンド深さと同じであった。

以上の結果から、本発明によるザグリのウエーハ載置面の曲率半径及びそれに対応するラウンド深さを決定する方法を用いることで、今まで試行錯誤で多数回の気相成長を経なければ求めることのできなかったウエーハの反り量と合致したザグリのウエーハ載置面の曲率半径およびそれに対応するラウンド深さを効率よく決定して気相成長用サセプタを設計できることが明らかとなった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

計算によって求めた、エピタキシャル層の厚さと、ウエーハの表裏間の温度差による熱膨張起因の反り量と格子不整合による反り量とが合成された反り量との関係を示すグラフである。 本発明に従う気相成長用サセプタのザグリの断面概略説明図である。 ウエーハの表裏間の温度差による熱膨張起因のウエーハの反りを模式的に示すウエーハの断面概略説明図である。 ウエーハの表裏間の温度差による反り量の変化を示すグラフである。 エピタキシャル層と単結晶基板の格子定数の違いによる反りを模式的に示した説明図である。 各種ドーパントを添加したシリコン単結晶基板にエピタキシャル層を成長させた場合の、エピタキシャル層の厚さと格子不整合起因のウエーハの反り量成分との関係を示したグラフである。 ウエーハの表裏間の温度差による熱膨張起因の反り量成分と格子不整合起因の反り量成分とを合成する様子を模式的に示した説明図である。 本発明の気相成長装置の一例を示す断面概略説明図である。 従来の気相成長装置の一例を示す断面概略説明図である。

符号の説明

１、２１…縦型気相成長装置、 ２…ベースプレート、 ３…ベルジャ、
４…反応室、 ５…ウエーハ、 ６，１６…気相成長用サセプタ、
７…高周波加熱コイル、 ８…コイルカバー、 ９、１９…ザグリ、
１０…ガス導入口、 １１…ノズル、 １２…噴出孔、 １３…ガス排出口。

Claims (5)

1. 単結晶基板の表面にエピタキシャル層を気相成長し、エピタキシャルウエーハの製造を行う気相成長装置においてウエーハを載置するための気相成長用サセプタであって、
   該気相成長用サセプタは、少なくとも、前記ウエーハを載置するウエーハ載置面に曲率半径を有する凹形状のザグリが形成されたものであり、前記ウエーハ載置面の曲率半径は、少なくとも、気相成長中のウエーハの表裏間の温度差及び前記単結晶基板と前記エピタキシャル層との間の格子不整合に基づいて計算で求められた前記気相成長中のウエーハの反りと一致していることを特徴とする気相成長用サセプタ。
2. 少なくとも請求項１に記載の気相成長用サセプタを備えることを特徴とする気相成長装置。
3. 前記気相成長装置は、縦型気相成長装置であることを特徴とする請求項２に記載の気相成長装置。
4. 単結晶基板の表面にエピタキシャル層を気相成長し、エピタキシャルウエーハの製造を行う気相成長装置において用いられ、少なくともウエーハを載置するウエーハ載置面に曲率半径を有する凹型状のザグリが形成された気相成長用サセプタを設計する方法であって、
   少なくとも、気相成長中のウエーハの表裏間の温度差及び前記単結晶基板と前記エピタキシャル層との間の格子不整合に基づいて前記気相成長中のウエーハの反りを計算で求め、該計算された気相成長中のウエーハの反りに、前記ザグリのウエーハ載置面の曲率半径を一致させるようにして前記気相成長用サセプタを設計することを特徴とする気相成長用サセプタの設計方法。
5. 少なくとも、請求項４に記載の気相成長用サセプタの設計方法によって設計された気相成長用サセプタを用いて、該気相成長用サセプタのザグリに前記単結晶基板を載置し、該単結晶基板の表面に前記エピタキシャル層を気相成長させることを特徴とする気相成長方法。

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