JP2009038294A - 出力調整方法、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法、及びサセプタ - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン基板とサセプタとの温度差をシリコン基板全面にわたり略均一にするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法と、それに用いられるサセプタとを提供する。
【解決手段】第１サセプタ１３として、シリコン基板Ｗを載置する面に複数の凹部１３ｂが形成されたものを用い、シリコン基板Ｗの主表面のうち、凹部１３ｂに対応する位置に形成される凸状又は凹状の複数のエピタキシャル層の高さ又は深さ同士が略一定となるよう、加熱装置の出力を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリコンエピタキシャル層を気相成長させるシリコンエピタキシャルウェーハの製造における、加熱装置の出力調整方法と、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法と、それに用いられるサセプタとに関する。

従来より、シリコン単結晶基板（以下、シリコン基板と記載する）の主表面上にシリコンエピタキシャル層（以下、エピタキシャル層と記載する）を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハ（以下、エピタキシャルウェーハ又は単にウェーハと記載する）を製造する方法が知られている。

このようなエピタキシャルウェーハの製造では、反応容器内のサセプタに載置したシリコン基板を加熱しながら、このシリコン基板の主表面上へシリコン原料ガスを供給することで、エピタキシャル層を気相成長させる。

ところで、このエピタキシャル層の成長工程において、容器内の各部温度はウエーハ品質に影響を与える重要因子の１つである。特に、シリコン基板主表面の温度分布は、膜厚や膜抵抗率の均一性といったウェーハ品質に大きく影響する。このため、当該温度分布を均一化してウェーハ品質を向上するための様々な方法が提案されている。このような方法としては、熱電対等を用いてシリコン基板表面の複数個所の温度を計測する方法や、イオン注入ウエーハを熱処理してシート抵抗からシリコン基板表面の温度を計測する方法の他、サセプタの温度分布を最適化する方法がある（例えば、特許文献１参照）。これらの方法は、いずれもシリコン基板の上下に配設された加熱用のランプの出力を調整することで、シリコン基板表面の温度分布を均一化している。

一方、シリコン基板とサセプタとの温度差もウェーハ品質に影響を与える重要因子の１つである。
例えば、当該温度差は、加熱時においてウエーハに反りを発生させる原因となる。そこで、この反りを抑制するために、シリコン基板とサセプタとの接触率を限定する方法などが提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。
また、シリコン基板とサセプタとの温度差は、シリコン基板の裏面に原料ガス中のシリコンを堆積して、露光不良を発生させることがある。このときのシリコンの堆積量は、シリコン基板温度がサセプタよりも低くなるほど増加することが知られている。そして、この堆積はシリコン基板全面にわたり均一な厚さであることが望ましく、堆積厚さを均一にするためには、シリコン基板とサセプタとの温度差はシリコン基板全面にわたり均一であることが望ましい。

ここで、このシリコン基板とサセプタとの温度差の分布は、上下のランプの出力比やランプの特性、反射板の劣化による反射率の低下等の影響により変化し、ひいては気相成長装置毎の機差によっても変化してしまう。
特開２０００−１０３６９６号公報 特許第３９００１５４号公報 ＷＯ２００２／０９７８７２

しかしながら、上記の特許文献１〜３に記載の技術では、シリコン基板とサセプタとの温度差の分布を均一にすることができず、ウェーハ品質を向上させることができなかった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、シリコン基板全面にわたり当該温度差を略均一にできる加熱装置の出力調整方法と、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法と、それに用いられるサセプタとを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者が鋭意研究を重ねた結果、シリコン基板を載置する面に凹凸を設けたサセプタを用いると、その凹凸位置と対応するシリコン基板の位置に形成されるエピタキシャル層の厚さが変化することを見出し、本発明を提案するに至ったものである。

このエピタキシャル層の厚さが変化する原理は、以下の通りであると考えられる。
サセプタのシリコン基板を載置する面に凹部を設け、上下よりランプで加熱してエピタキシャル層の気相成長を行うと、凹部にはキャリアガスやパージガスとして用いる水素ガスが充満する。すると、水素ガスはシリコンやサセプタ被膜の炭化珪素より熱伝導率が２桁以上も小さいため、凹部における伝熱量は他の（シリコン基板とサセプタが接触している）領域よりも小さくなる。
そのため、例えば、上方のランプの出力を増加してシリコン基板の温度をサセプタよりも高くすると、凹部上のシリコン基板の温度は他の領域よりも高くなる。すると、エピタキシャル層の成長速度は温度が高いほど速くなるため、凹部上のシリコン基板に形成されるエピタキシャル層の厚さは局所的に厚くなる。反対に、下方のランプの出力を増加してサセプタの温度をシリコン基板よりも高くすると、凹部上のシリコン基板の温度が他の領域よりも低くなり、当部のエピタキシャル層の厚さは局所的に薄くなる。そして、サセプタとシリコン基板との温度を均一にすると、エピタキシャル層の厚さの局所的変化が無くなる。

そこで、本発明に係る出力調整方法は、反応容器内に支持された第１サセプタ上にシリコン基板を載置して、当該シリコン基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるときに、当該シリコン基板及び前記第１サセプタを加熱する複数の加熱装置の出力を調整する出力調整方法であって、
第１サセプタとして、シリコン基板を載置する面に複数の凸部又は凹部が形成されたものを用い、
シリコン基板の主表面のうち、前記凸部又は前記凹部に対応する位置に形成される凸状又は凹状の複数のエピタキシャル層の高さ又は深さ同士が略一定となるよう、加熱装置の出力を調整することを特徴としている。

本発明の出力調整方法によれば、シリコン基板を載置する面に複数の凸部又は凹部が形成された第１サセプタを用いて当該シリコン基板の主表面上にエピタキシャル層を気相成長させるので、上述の原理の通り、前記凸部又は凹部によって形成される窪みに水素ガスが充満し、当該凸部又は凹部と他の領域とに伝熱量の差が生じることにより温度差が発生する結果、シリコン基板の主表面における当該凸部又は凹部に対応する位置には、凸状又は凹状の複数のエピタキシャル層が形成される。そして、この凸状又は凹状の複数のエピタキシャル層の高さ又は深さ同士が略一定となるように、シリコン基板と第１サセプタとを加熱する複数の加熱装置の出力を調整するので、シリコン基板の載置面全面にわたって、つまり、シリコン基板全面にわたって、当該シリコン基板と第１サセプタとの温度差を略均一にすることができる。

ここで、本発明の出力調整方法において、前記第１サセプタとして、シリコン単結晶基板を載置する面に複数の凸部又は凹部が等間隔に形成されたものを用いることが好ましい。

本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、反応容器内に支持された第２サセプタ上にシリコン基板を載置して、複数の加熱装置により加熱しながら、当該シリコン基板の主表面上にエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
第２サセプタとして、シリコン基板を載置する面が平坦なものを用い、
上述の出力調整方法により調整された加熱装置の出力で、シリコン基板と第２サセプタとを加熱しながら、シリコン基板の主表面上にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴としている。

本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、上述した加熱装置の出力調整方法により、シリコン基板の載置面全面にわたって、つまり、シリコン基板全面にわたって、当該シリコン基板と第１サセプタとの温度差が略均一となるよう加熱装置の出力が調整されているので、新たなシリコン基板と、これを載置する面が平坦な第２サセプタとを、調整後の出力で加熱しながら当該シリコン基板の主表面上にエピタキシャル層を気相成長させることで、シリコン基板全面にわたって当該新たなシリコン基板と第２サセプタとの温度差を略均一にすることができる。したがって、シリコン基板の裏面に堆積するシリコンの厚みを均一とすることができるため、高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明に係るサセプタは、シリコン基板を載置する載置面を有する、エピタキシャルウェーハ製造用のサセプタであって、
前記載置面には、複数の凸部又は凹部が設けられていることを特徴としている。

本発明のサセプタによれば、シリコン基板を載置する面に複数の凸部又は凹部が設けられているので、このサセプタを用いてシリコン基板にエピタキシャル層を気相成長させることにより、前記の凸部又は凹部に対応するシリコン基板の位置に凸状又は凹状の複数のエピタキシャル層が形成される。そして、この凸状又は凹状の複数のエピタキシャル層の高さ又は深さ同士が略一定となるように、シリコン基板とサセプタとを加熱する複数の加熱装置の出力を調整すれば、シリコン基板の載置面全面にわたって、つまり、シリコン基板全面にわたって当該シリコン基板とサセプタとの温度差を略均一にすることができる。

ここで、本発明に係るサセプタにおいて、前記載置面には、前記凸部又は前記凹部が等間隔に形成されていることが好ましい。

また、前記載置面には、前記凸部又は前記凹部が同心円状に設けられていることがより好ましい。

本発明によれば、シリコン基板を載置する面に複数の凸部又は凹部が形成された第１サセプタを用いて当該シリコン基板の主表面上にエピタキシャル層を気相成長させるので、上述の原理の通り、前記凸部又は凹部によって形成される窪みに水素ガスが充満し、当該凸部又は凹部と他の領域とに伝熱量の差が生じることにより温度差が発生するため、シリコン基板の主表面における当該凸部又は前記凹部に対応する位置には、凸状又は凹状の複数のエピタキシャル層が形成される。そして、この凸状又は凹状の複数のエピタキシャル層の高さ又は深さ同士が略一定となるように、シリコン基板と第１サセプタとを加熱する複数の加熱装置の出力を調整するので、シリコン基板の載置面全面にわたって、つまり、シリコン基板全面にわたって当該シリコン基板と第１サセプタとの温度差を略均一にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

まず、本発明において使用される気相成長装置の好適な一例として、枚葉式の気相成長装置の構成について説明する。

図１に示すように、気相成長装置１１は、透明石英からなる反応容器１２と、反応容器１２の内部に設けられてシリコン基板Ｗを上面で支持する第１サセプタ１３又は第２サセプタ２３とを備えている。第１サセプタ１３と第２サセプタ２３とは、後述するように出力調整工程とウェーハ製造工程とで使い分けられるものであり、略同形状となっている。

反応容器１２には、反応容器１２内に原料ガス（例えば、トリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば、水素）を含む気相成長用ガスを第１サセプタ１３又は第２サセプタ２３の上側の領域に導入して第１サセプタ１３又は第２サセプタ２３上のシリコン基板Ｗの主表面上に供給する気相成長用ガス導入管１４が設けられている。

また、反応容器１２のうちの、気相成長用ガス導入管１４が設けられた側と同じ側（図１における左側）には、反応容器１２内にパージガス（例えば、水素）を第１サセプタ１３又は第２サセプタ２３の下側の領域に導入するパージガス導入管１５が設けられている。

さらに、反応容器１２のうちの、気相成長用ガス導入管１４及びパージガス導入管１５が設けられた側と反対側（図１における右側）には、反応容器１２内のガス（気相成長用ガス及びパージガス）が排気される排気管１６が設けられている。

反応容器１２の外部には、反応容器１２を上側と下側とから加熱する複数の加熱装置１７ａ、１７ｂが設けられている。加熱装置１７ａ、１７ｂとしては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。なお、図１は便宜的に加熱装置１７ａ，１７ｂの数量を定めてあるが、これに制限されるものではない。

また、反応容器１２の外部には、加熱装置１７ａ、１７ｂの出力を制御する出力調整装置（図示せず）が設けられている。この出力調整装置は、複数の加熱装置１７ａ、１７ｂをそれぞれ独立して、又は一定数毎に独立して出力制御できるようになっている。

次に、第１，第２サセプタ１３，２３について説明する。
第１サセプタ１３は、例えば略円板状に形成され、その主表面には、当該主表面上にシリコン基板Ｗを位置決めするための平面視略円形状の窪み部である座ぐり１３ａが形成されている。

また、第１サセプタ１３は、通常、黒鉛基材を炭化珪素の被膜でコーティングしたものが用いられる。基材として黒鉛が選択されるのは、開発当初の気相成長装置の加熱方式の主流が高周波誘導加熱であったことと関連しているが、その他にも高純度品が得やすいこと、加工が容易であること、熱伝導率に優れていること、破損しにくい等のメリットがあるためである。ただし、黒鉛は多孔質体であるが故にプロセス中に吸蔵ガスを放出する可能性があること、また、気相成長の過程では黒鉛と原料ガスが反応してサセプタの表面が炭化珪素に変化すること等の問題がある。そのため、表面を最初から炭化珪素被膜で覆う構成が一般化している。この炭化珪素被膜は、通常、ＣＶＤ（化学的気相成長法）により形成される。

更に、第１サセプタ１３には、シリコン基板Ｗを載置する座ぐり１３ａの底面上に、図２（ａ），（ｂ）に示すような複数の凹部１３ｂが一面にわたって形成されている。この凹部１３ｂは、それぞれが直径ｄ，深さｈの円柱状に形成され、互いに所定距離で等間隔となるよう同心円状に配設されている。

なお、この凹部１３ｂは、前述した原理により、凹部のない領域に対してシリコン基板Ｗへの伝熱量の差を与えるために設けられる。したがって、その形状は円柱状に制限されず、例えば角柱状や溝状であってもよいし、凸部としてもよい。
但し、開口面積はシリコン基板Ｗと第１サセプタ１３との温度差に対する感度への影響が大きく、開口面積が大きい方が感度が高い。すなわち、この凹部と対応するシリコン基板Ｗの位置に形成される凸状又は凹状のエピタキシャル層の高さ又は深さは開口面積によって大きく変わり、開口面積が大きい方が当該高さ又は深さが高く又は深くなる。そのため、この開口面積は可能な範囲で大きい方が望ましい。例えば、図２（ｂ）に示す円柱状であれば、開口径ｄが１ｍｍ以下であると感度が極めて低く、２ｍｍ以上とする必要がある。なお、凹部１３ｂを凸部とした場合には、前記の開口面積は凸部の頂面の面積に相当する。
同様に、深さｈも深いほど感度が高い。但し、凹部１３ｂを完全に貫通させると、シリコン基板Ｗが下側の加熱装置１７ｂからの熱を直接受けて温度が変化してしまうので、第１サセプタ１３の厚さの範囲内で出来る限り深い方が望ましい。

第２サセプタ２３は、第１サセプタ１３と同様に、例えば略円板状に形成され、その主表面には、主表面上にシリコン基板Ｗを位置決めするための平面視略円形状の窪み部である座ぐり２３ａが形成されている。この形状は第１サセプタ１３と同寸法となっており、また、黒鉛基材を炭化珪素の被膜でコーティングしている構成材料も全く同様である。
但し、第２サセプタ２３では、第１サセプタ１３と異なり、シリコン基板Ｗを載置する座ぐり２３ａの底面が平坦な面となっている。ここで、座ぐり２３ａの底面が平坦な面であるとは、第１サセプタ１３の座ぐり１３ａの底面に形成されているような凹部が設けられていないことを意味する。なお、例えば特開平２−１７４１１６号公報に記載のような公知の表面粗さ又は極めて浅い溝は、前記の凹部に該当しないため、設けられていてもよい。

以上の第１サセプタ１３又は第２サセプタ２３の裏面には、図１に示すように、第１サセプタ１３又は第２サセプタ２３を支持するサセプタ支持部材１８が設けられている。このサセプタ支持部材１８は、矢印Ａで示す上下方向に移動可能で、かつ、矢印Ｂで示す方向に回転可能とされている。

次に、シリコン基板Ｗの主表面にエピタキシャル層を気相成長させる工程について、図１及び図３を参照して説明する。図３は本工程における反応容器１２内の温度変化の一例を示す図である。

本実施の形態におけるエピタキシャルウェーハの製造工程は、出力調整装置で加熱装置１７ａ，１７ｂの出力を調整する出力調整工程と、この出力調整工程で調整された加熱装置１７ａ，１７ｂの出力によって製品としてのエピタキシャルウェーハを製造するウェーハ製造工程とに大別される。但し、図３に示す温度変化については両工程とも共通である。

まず、出力調整装置で加熱装置１７ａ，１７ｂの出力を調整する出力調整工程について説明する。

最初に、投入温度（例えば、６５０℃）に調整した反応容器１２内にシリコン基板Ｗを投入し、その主表面が上を向くように、第１サセプタ１３上面の座ぐり１３ａ内に載置する（工程Ｓ１）。

ここで、反応容器１２内には、シリコン基板Ｗが投入される前段階から、気相成長用ガス導入管１４及びパージガス導入管１５をそれぞれ介して水素ガスが導入されている。

次に、第１サセプタ１３上のシリコン基板Ｗを加熱装置１７ａ、１７ｂにより水素熱処理温度（例えば、１１００〜１１８０℃）まで加熱する（工程Ｓ２）。

次に、シリコン基板Ｗの主表面に形成されている自然酸化膜を除去するための気相エッチングを行う（工程Ｓ３）。なお、この気相エッチングは、具体的には、次工程である気相成長の直前まで行われる。

次に、シリコン基板Ｗを所望の成長温度（例えば、１０６０〜１１５０℃）まで降温し、気相成長用ガス導入管１４を介してシリコン基板Ｗの主表面上に原料ガス（例えば、トリクロロシラン）を、パージガス導入管１５を介してパージガス（例えば、水素）をそれぞれ略水平に供給することによってシリコン基板Ｗの主表面上にエピタキシャル層を気相成長してエピタキシャルウェーハを製造する（工程Ｓ４）。なお、パージガスは原料ガスよりも高圧で供給される。これは、反応容器１２と第１サセプタ１３との間の隙間から、第１サセプタ１３より下側の空間へ原料ガスが進入するのを防止するためである。

上記の気相成長の工程（工程Ｓ４）における温度は、上述した温度範囲内において、出力調整装置での加熱装置１７ａ，１７ｂの出力調整により調整される。この出力調整は、第１サセプタ１３の凹部１３ｂと対応するシリコン基板Ｗの位置に形成される、凸状又は凹状のエピタキシャル層の高さ又は深さが略一定となるように行われる。この凸状又は凹状のエピタキシャル層は、凹部１３ｂに水素ガスが充満して当該凹部１３ｂと他の領域とに伝熱量の差が生じ、この差に伴って発生するシリコン基板Ｗの主表面上における局所的な温度変化に応じて形成される。したがって、当該凸状又は凹状のエピタキシャル層の高さ又は深さが略一定となるよう出力調整することで、シリコン基板Ｗの全面にわたって、前記の温度差を略均一にすることができる。ここで、凸状又は凹状のエピタキシャル層の高さ又は深さを略一定にするとは、具体的には、それぞれの高さ又は深さを平均値の±０．２％の範囲内におさめることを意味する。

なお、凸状又は凹状のエピタキシャル層高さの局所的な変化量は、第１サセプタ１３の凹部１３ｂの形状や反応条件により異なる。そのため、エピタキシャル層高さの変化量から、シリコン基板Ｗと第１サセプタ１３との温度差に、直接換算することが出来ない。そこで、この温度差を絶対温度として評価する必要がある場合は、予め別の手段で温度差とその時の層高さの変化量とを測定して検量線を作成し、換算式を求めておく必要がある。但し、反応容器１２の上下から加熱を行う本実施の形態のような場合には、シリコン基板Ｗと第１サセプタ１３との温度差が０となるように加熱装置１７ａ，１７ｂの出力を調整することが望ましく、この場合には予め検量線を作成する必要は無い。
また、本発明では、上記の通り、シリコン基板Ｗの主表面上における局所的な温度変化を、エピタキシャル層高さの局所的な変化を計測することで間接的に評価している。これは、現行の計測技術においては、層高さ分布の測定が分解能の点で最も優れているためである。なお、上記におけるエピタキシャル層高さの計測は、層厚さの計測に代えてもよい。
また、ここで述べたエピタキシャル層高さの計測は、実際には、エピタキシャルウェーハを反応容器１２外へ取り出した（工程Ｓ６）後に実施する。

最後に、エピタキシャルウェーハを取出温度（例えば、６５０℃）まで降温し（工程Ｓ５）、反応容器１２外へと搬出する（工程Ｓ６）。

続いて、製品としてのエピタキシャルウェーハを製造するウェーハ製造工程について説明する。

最初に、投入温度（例えば、６５０℃）に調整した反応容器１２内にシリコン基板Ｗを投入し、その主表面が上を向くように、第２サセプタ２３上面の座ぐり２３ａ内に載置する（工程Ｓ１）。

ここで、反応容器１２内では、シリコン基板Ｗが投入される前段階で、第１サセプタ１３から第２サセプタ２３への換装がなされており、その後に、気相成長用ガス導入管１４及びパージガス導入管１５をそれぞれ介して水素ガスが導入されている。

次に、昇温から気相成長までの工程（工程Ｓ２〜Ｓ４）を、上記の出力調整工程と同様に行う。但し、気相成長工程（工程Ｓ４）における加熱装置１７ａ，１７ｂの出力は、出力調整工程で調整された出力となるよう出力調整装置により制御される。これにより、シリコン基板Ｗの全面にわたってシリコン基板Ｗと第２サセプタ２３との温度差が略均一になり、高品質のエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。

最後に、エピタキシャルウェーハを取出温度（例えば、６５０℃）まで降温し（工程Ｓ５）、反応容器１２外へと搬出する（工程Ｓ６）。

なお、異なる気相成長装置１１を用いる場合であっても、出力調整工程における凸状又は凹状のエピタキシャル層の高さ又は深さが装置間で同じになるように上記の出力調整工程及びウェーハ製造工程を行えば、気相成長装置１１毎のウェーハ品質の機差の発生を防止することができる。

以下に、実施例および比較例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。

本実施の形態における、上側の加熱装置１７ａと下側の加熱装置１７ｂとの出力の比を、以下に示す試料１〜４の値として、出力調整工程によるエピタキシャル層の気相成長を行った。

本実施例では、気相成長装置１１として、ＡＳＭ社製の「Ｅｐｓｉｌｏｎ」（商品名）を使用した。また、製造したエピタキシャルウェーハは、直径２００ｍｍ、主表面の面方位（１００）のｐ型シリコン基板Ｗに対し、目標厚さ１０μｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍのエピタキシャル層を気相成長させたものである。

また、本実施例では、図４に示すように、上側の加熱装置１７ａとして９本の棒状ハロゲンランプ２７ａを、下側の加熱装置１７ｂとして８本の棒状ハロゲンランプ２７ｂ及び４個のスポットハロゲンランプ２７ｃを配設した。詳しくは、上側の棒状ハロゲンランプ２７ａはガス導入方向へ延在するよう９本を互いに平行に配設し、下側の棒状ハロゲンランプ２７ｂは上側の棒状ハロゲンランプ２７ａの延在方向に直交して延在するよう配設し、下側のスポットハロゲンランプ２７ｃはシリコン基板Ｗの平面視略中央に密集させて配設した。

また、出力調整装置として、複数のシリコン制御整流素子（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ：ＳＣＲ）を使用した。このＳＣＲは、上側，下側の棒状ハロゲンランプ２７ａ，２７ｂ及び下側のスポットハロゲンランプ２７ｃを、それぞれ１〜４個のグループ毎に出力調整する。

また、第１サセプタ１３の炭化珪素の被覆は１００μｍの厚さとし、第１サセプタ１３の凹部１３ｂは、開口径ｄ＝３ｍｍ、深さｈ＝２ｍｍ、半径方向の間隔を１０ｍｍとして同心円状に配設した。

［試料１］
上側の棒状ハロゲンランプ２７ａの１個当りの出力Ｕｐｒと、下側の棒状ハロゲンランプ２７ｂ及びスポットハロゲンランプ２７ｃの１個当りの出力Ｌｗｒとの比Ｌｗｒ／Ｕｐｒ＝１．６６としてエピタキシャル層の気相成長を行った。Ｌｗｒ／Ｕｐｒは、１より大きければ下側のランプ出力が大きく、逆に１より小さければ上側のランプ出力が大きいことを示す。

［試料２］
ランプ１個当たりの出力比Ｌｗｒ／Ｕｐｒ＝１．００としてエピタキシャル層の気相成長を行った。

［試料３］
ランプ１個当たりの出力比Ｌｗｒ／Ｕｐｒ＝０．７８としてエピタキシャル層の気相成長を行った。

［試料４］
ランプ１個当たりの出力比Ｌｗｒ／Ｕｐｒ＝０．６３としてエピタキシャル層の気相成長を行った。

図５に、エピタキシャルウェーハ主表面の高さ（ナノトポロジー）分布を示す。計測は日本エー・ディー・イー株式会社製のナノトポロジー解析装置ＮａｎｏＭａｐｐｅｒを使用した。本図ではコンターの濃淡が高さを示し、白色が高さ２０ｎｍを、黒色が−２０ｎｍを意味する。
試料１では黒い丸が第１サセプタ１３の凹部１３ｂの位置に対応して形成されている。これは、下側のランプ出力が大きいと、シリコン基板Ｗより第１サセプタ１３の温度が高くなるため、凹部１３ｂに対応する位置のシリコン基板Ｗ温度が低下してエピタキシャル層の厚さが薄くなることを示している。ランプの出力比Ｌｗｒ／Ｕｐｒを１．００（試料２）、０．７８（試料３）と小さくしていくと、コンターの濃淡は徐々に差が無くなっていく。すなわち、エピタキシャル層表面の凹凸が無くなっていく。そして、試料４のＬｗｒ／Ｕｐｒ＝０．６３で濃淡の位置が逆転し、第１サセプタ１３の凹部１３ｂに対応する位置のエピタキシャル層が相対的に厚くなる。したがって、試料４では、上側のランプ出力が大きくなったことにより、第１サセプタ１３よりシリコン基板Ｗの温度が高くなったことが分かる。

図６に、図５におけるシリコン基板Ｗの半径方向位置（Ｒａｄｉｕｓ）に対するエピタキシャル層の高低差（Ｈｅｉｇｈｔ）の変化を示す。縦軸の高低差は層全体の厚さに対する割合で表現している。
試料１，２に対し、試料３，４の方が、半径方向にわたっての高低差のばらつきが小さく、第１サセプタ１３とシリコン基板Ｗとの温度差の分布がより均一に近づいていることが分かる。また、同じく試料３，４の方が高低差の値が０に近づいており、温度差自体が少なくなっていることが分かる。このことから、試料３，４に示したように、凹部１３ｂの対応位置に形成される複数の凸状又は凹状のエピタキシャル層の高さ又は深さ同士が略一定となるようハロゲンランプ２７ａ〜２７ｃの出力を調整すれば、第１サセプタ１３とシリコン基板Ｗとの温度差がシリコン基板Ｗ全面にわたって均一化されるとともに、温度差自体も小さくなることが分かる。

図７に、図５におけるランプの出力比Ｌｗｒ／Ｕｐｒに対するエピタキシャル層の高低差（Ｈｅｉｇｈｔ）の変化を示す。縦軸の高低差は層の厚さに対する割合で表現している。
本図によれば、エピタキシャル層の高低差は、ランプの出力比Ｌｗｒ／Ｕｐｒに対して略直線的に変化している。そして、Ｌｗｒ／Ｕｐｒ＝０．７で高低差が略０になる、すなわち、シリコン基板Ｗと第１サセプタ１３との温度が略等しくなる。
したがって、本実施例で用いた気相成長装置１１においては、ランプの出力比Ｌｗｒ／Ｕｐｒを０．７として、シリコン基板Ｗを載置する面が平坦な第２サセプタ２３によりエピタキシャル層を気相成長させれば、シリコン基板Ｗ全面にわたって当該シリコン基板Ｗと第２サセプタ２３との温度差を無くすことができ、高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。

以上のように、本発明によれば、シリコン基板Ｗを載置する面に凹部１３ｂを備えた第１サセプタ１３を用いてエピタキシャル層を気相成長させるので、シリコン基板Ｗの主表面における凹部１３ｂに対応する位置には、凸状又は凹状のエピタキシャル層が形成される。そして、この凸状又は凹状の複数のエピタキシャル層の高さ又は深さが略一定となるように、加熱装置１７ａ，１７ｂの出力を調整するので、シリコン基板Ｗの載置面全面にわたって、つまり、シリコン基板Ｗ全面にわたって、当該シリコン基板Ｗと第１サセプタ１３との温度差を略均一にすることができる。

また、シリコン基板Ｗを載置する面が平坦な第２サセプタ２３を用いて、気相成長工程（工程Ｓ４）における加熱装置１７ａ，１７ｂの出力を上記の通り調整された出力に制御するので、シリコン基板Ｗの全面にわたってシリコン基板Ｗと第２サセプタ２３との温度差が略均一になり、シリコン基板Ｗの裏面に堆積するシリコンの厚みが均一となって、高品質のエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。

また、異なる気相成長装置１１を用いる場合であっても、凸状又は凹状のエピタキシャル層の高さ又は深さが装置間で同じになるように上記の出力調整を行えば、気相成長装置１１毎のウェーハ品質の機差の発生を防止することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更可能であるのは勿論である。

実施の形態における気相成長装置の模式的な断面図である。 （ａ）実施の形態における第１サセプタの正面図であり、（ｂ）凹部の断面拡大図である。 実施の形態におけるエピタキシャルウェーハ製造工程での温度変化を示す図である。 実施例における加熱装置の構成を示す図である。 実施例におけるエピタキシャル層の高さ分布を示す図である。 図５におけるシリコン基板の半径方向位置に対するエピタキシャル層の高低差の変化を示す図である。 図５におけるランプの出力比に対するエピタキシャル層の高低差の変化を示す図である。

符号の説明

Ｗ シリコン基板（シリコン単結晶基板）
１２ 反応容器
１３ 第１サセプタ
１３ｂ 凹部（凸部又は凹部）
１７ａ 上側の加熱装置
１７ｂ 下側の加熱装置
２３ 第２サセプタ

Claims (6)

1. 反応容器内に支持された第１サセプタ上にシリコン単結晶基板を載置して、当該シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるときに、当該シリコン単結晶基板及び前記第１サセプタを加熱する複数の加熱装置の出力を調整する出力調整方法であって、
   前記第１サセプタとして、前記シリコン単結晶基板を載置する面に複数の凸部又は凹部が形成されたものを用い、
   前記主表面のうち、前記凸部又は前記凹部に対応する位置に形成される凸状又は凹状の複数のシリコンエピタキシャル層の高さ又は深さ同士が略一定となるよう、前記加熱装置の出力を調整することを特徴とする出力調整方法。
2. 前記第１サセプタとして、前記シリコン単結晶基板を載置する面に複数の前記凸部又は凹部が等間隔に形成されたものを用いることを特徴とする請求項１に記載の出力調整方法。
3. 反応容器内に支持された第２サセプタ上にシリコン単結晶基板を載置して、複数の加熱装置により加熱しながら、当該シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
   前記第２サセプタとして、前記シリコン単結晶基板を載置する面が平坦なものを用い、
   請求項１又は２に記載の出力調整方法により調整された前記出力で、前記シリコン単結晶基板と前記第２サセプタとを加熱しながら、当該シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
4. シリコン単結晶基板を載置する載置面を有する、シリコンエピタキシャルウェーハ製造用のサセプタであって、
   前記載置面には、複数の凸部又は凹部が設けられていることを特徴とするサセプタ。
5. 前記載置面には、前記凸部又は前記凹部が等間隔に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のサセプタ。
6. 前記載置面には、前記凸部又は前記凹部が同心円状に設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載のサセプタ。