JP2009272465A - Silicon wafer and method of manufacturing epitaxial substrate - Google Patents
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Description
本発明は、気相成長装置のサセプタに載せられて回転しながらその主面にエピタキシャル層を形成するシリコンウェーハ及びそのようなシリコンウェーハとエピタキシャル層からなるエピタキシャル基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a silicon wafer on which an epitaxial layer is formed on a main surface thereof while rotating on a susceptor of a vapor phase growth apparatus, and a method for manufacturing an epitaxial substrate composed of such a silicon wafer and an epitaxial layer.
従来、シリコンウェーハの主面にエピタキシャル層を形成するためには、一般に加熱方法やサセプタの形状の違いにより各種構造の気相成長装置が使用されている。そして、エピタキシャル層に要求される品質が年々厳しくなりつつある最近では、枚葉型の気相成長装置が注目されている。さらには、高生産性をねらったミニバッチ型の気相成長装置も使用されている。一般に、この気相成長装置は、石英製の通路状又は円形鐘状のチャンバーからなり、黒鉛の母材にSiCをコートした円盤状のサセプタにシリコンウェーハを1枚乃至は複数枚載せ、サセプタの表面側および/または裏面側に配置したランプや高周波コイルにより加熱し、チャンバー端部に設けられたノズル部より各種原料ガスをチャンバー内に導入する構造となっている。この気相成長装置では、円盤状のサセプタにシリコンウェーハを載せて回転しながらシリコンウェーハの主面にエピタキシャル層を形成するようになっている(例えば、特許文献1及び2参照。)。
しかし、このような気相成長装置を用いてサセプタに載せられたシリコンウェーハの主面にエピタキシャル層を成長させるには、一般的に、ウェーハ1をサセプタ2に載せ、その状態でサセプタ2を回転させるとともに加熱を開始し、所定温度まで昇温をしている。このときに、比較的平坦度の高いウェーハ1をサセプタ2に載せると、そのウェーハ周縁部の全てがサセプタ2の表面に接触して、特にシリコンウェーハ1が凸型の場合で、裏面とサセプタ2との間に密閉空間が形成される。サセプタに載置した直後でウェーハがサセプタ上で静止していたとしても、サセプタ2を回転させるとともに加熱を開始すると、ウェーハ裏面とサセプタ2との間の空間に溜まったキャリアガスが加熱により膨張してシリコンウェーハ1をサセプタ2から浮かせる。ウェーハ1が浮いた状態でサセプタ2が回転すると、ウェーハ1がサセプタ2上において滑って移動してしまうようなことがあった。さらには高周波加熱方式においては、サセプタを加熱し間接的にウェーハを加熱するため、ウェーハに熱が加わると凹型に反ってしまいウェーハ面内の温度が不均一となりスリップやエピタキシャル層比抵抗、厚さの品質が悪くなる症状もあった。
However, in order to grow an epitaxial layer on the main surface of a silicon wafer placed on the susceptor using such a vapor phase growth apparatus, the
ここで、サセプタ2にはウェーハ1の位置決めとその移動を防止し、ウェーハ面内の温度を均一とするために、凹型の座ぐり3を形成し、その座ぐり3の中央部分にウェーハ1を載せるようにしているけれども、その座ぐり3の内部でウェーハ1が移動するとその周縁部の一部がサセプタ2の表面を構成する座ぐり3の側壁に接触してしまうことになる。そして、ウェーハ1の周縁部が座ぐり3の側壁に接触したままエピタキシャル成長を行うと、その接触部でウェーハ面内の温度分布が大きく変化し、スリップ発生の原因となり、エピタキシャル基板の歩留が低下する不具合がある。
Here, in order to prevent positioning and movement of the
また、シリコンウェーハ1の周縁部がサセプタ2の表面を構成する座ぐり3の側壁に接触していると、エピタキシャル成長中にシリコンウェーハ1上では温度分布が不均一になるために、エピタキシャル層の比抵抗分布が悪くなり、その層の均一性が劣化する問題点もある。更に、ウェーハ1の周縁部の一部が座ぐり3の側壁に接触したままエピタキシャル成長を行うと、ウェーハ1の表面と座ぐり3の側壁との間にエピタキシャル層が成長し、成長したエピタキシャル層がウェーハ周縁部と座ぐり側壁を連結してしまい、その後ウェーハ1をサセプタ2から取り外すときに、そのウェーハ1が割れてしまうような不具合もある。
Further, if the peripheral edge of the
本発明の目的は、サセプタ上の座ぐりの底面において滑ることを防止し得るシリコンウェーハ、及びそれによりウェーハの周縁部がサセプタの座ぐり側壁に接触することを防止して割れを回避し得るエピタキシャル基板の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a silicon wafer that can prevent slipping at the bottom face of the counterbore on the susceptor, and thereby an epitaxial substrate that can avoid cracking by preventing the peripheral edge of the wafer from contacting the counterbore side wall of the susceptor It is in providing the manufacturing method of.
請求項1に係る発明は、図1に示すように、気相成長装置のサセプタ20に載置されたシリコンウェーハにおいて、サセプタ20を回転させながら昇温するとき、ウェーハ裏面の周縁部11の一部とサセプタ20の座ぐり底面とに空間が生ずるように反りを付けたことを特徴とするシリコンウェーハである。
As shown in FIG. 1, when the temperature of the silicon wafer placed on the
請求項2に係る発明は、気相成長装置のサセプタ20にシリコンウェーハ10を載せて回転しながらシリコンウェーハ10の主面にエピタキシャル層を形成するエピタキシャル基板の製造方法の改良である。
The invention according to
その特徴ある点は、サセプタ20に載せた状態でサセプタ20が回転するときシリコンウェーハ10の周縁部11の一部がサセプタ20の表面に接触しないような反りをシリコンウェーハ10に付けたところにある。
The characteristic point is that the
この請求項1に記載されたシリコンウェーハ及び請求項2に記載されたエピタキシャル基板の製造方法では、反りの大きなシリコンウェーハ10を意図的に作り、エピ後のそりがエピ前のそりに影響しないその反りによりサセプタ20の表面とシリコンウェーハ10との間に隙間を外部に連通させてその間に密閉空間が形成されることを防止し、その間の隙間のエアが膨張することによるウェーハ10の浮きを回避することができる。この結果、ウェーハ10が浮くことに起因するサセプタ20上におけるウェーハ10の滑りは防止され、これによりウェーハ10の周縁部11がサセプタ20の表面に接触することに起因するウェーハ10の割れ等を抑制することができる。
In the method for manufacturing the silicon wafer described in
本発明のシリコンウェーハ及びエピタキシャル基板の製造方法では、気相成長装置のサセプタに載せた状態でサセプタが回転するときウェーハ周縁部の一部がサセプタの表面に接触しないような反りをシリコンウェーハに付けたので、その反りによりサセプタの表面とシリコンウェーハとの間に隙間を外部に連通させて、その間の隙間のエアが膨張することによるウェーハの浮きを防止することができる。よって、ウェーハが浮くことに起因するサセプタ上におけるウェーハの滑りは防止され、これによりウェーハの周縁部がサセプタの表面に接触することに起因するウェーハの割れ、エピタキシャル層比抵抗と厚さの面内分布劣化および、スリップ発生を抑制することができる。 In the method for producing a silicon wafer and epitaxial substrate of the present invention, the silicon wafer is warped such that a part of the peripheral edge of the wafer does not come into contact with the surface of the susceptor when the susceptor rotates while being placed on the susceptor of the vapor phase growth apparatus. Therefore, the warp allows the gap between the surface of the susceptor and the silicon wafer to communicate with the outside, and prevents the wafer from floating due to the expansion of the air in the gap therebetween. Therefore, the slippage of the wafer on the susceptor due to the floating of the wafer is prevented, and thereby the wafer is cracked due to the peripheral edge of the wafer contacting the surface of the susceptor, and the epitaxial layer resistivity and thickness are in the plane. Distribution degradation and occurrence of slip can be suppressed.
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、本発明のシリコンウェーハ10は、気相成長装置のサセプタ20に載せられ、その状態でサセプタ20が回転するときウェーハ周縁部11の一部がサセプタ20の表面に接触しないような反りを付けたことを特徴とする。ここで、サセプタ20に載せられたウェーハ10がサセプタ20の回転中に移動するのは、シリコンウェーハ10の裏面とサセプタ20との間に溜まったキャリアガスが加熱により膨張して、シリコンウェーハ10をサセプタ20から浮かせてしまうことが原因と考えられており、本発明のシリコンウェーハ10は、反りの大きなシリコンウェーハ10を意図的に作り、その反りによりサセプタ20の座ぐり21底面とシリコンウェーハ10との間に隙間を外部に連通させて、そのウェーハ10がサセプタ20から浮くようなことを回避してウェーハ10が浮くことに起因する滑りを抑制するものである。ここで、その反りの形状は帽子型やお椀型のような左右対称であるものに限られない。また、座ぐり21底面とシリコンウェーハ10との間に隙間は、ウェーハが熱により軟化し動かなくなる状態にまで至るまで、存在すればよい。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the silicon wafer 10 of the present invention is placed on a
ここで、シリコンウェーハ10はシリコンインゴットをスライスすることにより作られるけれども、シリコンウェーハ10の反りはこのスライス時に付することが好ましい。具体的にはいわゆる内歯形のIDソーでは非均一な厚さになるよう、特に外周部を変化させるようなスライスする等の方法を採ることにより所望のそりを有するシリコンウェーハ10を得ることができる。一方、ワイヤソーによりシリコンインゴットをスライスする場合であっても、後述するワープ値を大きくするような切り方をすることにより所望のそりを有するシリコンウェーハ10を得ることができる。
Here, although the
また、一般的にウェーハ10の反りを表す指標としてワープ(Warp)値とバウ(Bow)値が知られている。このワープ値は、ウェーハ10裏面における基準面からウェーハ10中心面の最大変位と最小変位の差として表すものであり、このときの基準面はウェーハ10の裏面の3点又はベストフィット基準により作られるものである。一方、バウ値は、ウェーハ10の中心基準面からウェーハ10の中点における中心面までの変位により表すものであり、このときの中心基準面は中心面上の3点又はベストフィット基準により作られるものである。よって、バウ値にあってはプラス(+)符号により表されたものは凸型のそりを有するものとなり、マイナス(−)符号により表されたものは凹型のそりを有するものとなる。
In general, a warp value and a bow value are known as indices representing warpage of the
シリコンウェーハ周縁部11の一部がサセプタ20の表面に接触しないような反りとしては、外径が6インチで厚さが600μmであるシリコンウェーハ10であれば、ワープ値において20μm以上80μm以下、バウ値において−30μm〜+30μmの範囲内であることが挙げられる。また、外径が8インチで厚さが700μmであるシリコンウェーハ10であれば、ワープ値において20μm以上40μm以下、バウ値において−30μm〜+30μmの範囲内であることが挙げられる。それぞれのウェーハ10においてワープ値において20μm以上とするのは、ウェーハ周縁部11の一部をサセプタ20の表面に接触しないようにするためであり、20μm未満ではウェーハ周縁部11の一部をサセプタ20の表面に接触しないようすることが困難になるからである。また6インチのウェーハ10においてワープ値において80μm以下とし、8インチのウェーハ10においてワープ値において40μm以下とするのは、ワープ値が80μm又は40μmを越えるとウェーハ10の反りが必要以上に大きくなり、ウェーハ面内の温度分布がわるくなるからである。また、バウ値において−30〜+30μm以内とするのは、凸型や鞍型のウェーハ10を得るとともにウェーハ10の平坦度を確保するためであり、バウ値が−30〜+30μmの範囲を(−)方向に越えると、ウェーハの外周部が持ち上がりすぎてウェーハの温度分布が悪くなりスリップや比抵抗分布の劣化が起こるからである。また、バウ値が(+)方向に越えるとウェーハ10の反りが必要以上に大きくなるからである。ここで、6インチウェーハ10におけるワープ値の更に好ましい値は、20μm以上70μm以下であり、バウ値の更に好ましい範囲は−10μm+30μmの範囲内である。また、8インチウェーハ10厚さが600μmであるウェーハにおけるワープ値の更に好ましい値は、20μm以上70μm以下であり、バウ値の更に好ましい範囲は−10μm+30μmの範囲内である。
As a warp in which a part of the
また、本発明のエピタキシャル基板の製造方法は、気相成長装置のサセプタ20にシリコンウェーハ10を載せて回転しながら上述したそりを有するシリコンウェーハ10の主面にエピタキシャル層を形成するものである。即ち、サセプタ20に載せた状態でサセプタ20が回転するときシリコンウェーハ10の周縁部11の一部がサセプタ20の表面に接触しないような反りをシリコンウェーハ10に付けたことを特徴とする。
In addition, the epitaxial substrate manufacturing method of the present invention is to form an epitaxial layer on the main surface of the
気相成長装置における一般的なサセプタ20は黒鉛の母材にSiCをコートした円盤状を成し、このサセプタ20にはウェーハ10の位置決めとその移動を防止するための座ぐり21が上面に形成される。座ぐり21の外径は載せるウェーハ10の外径より大きく形成され、シリコンウェーハ10はこの座ぐり21の中央部分に載せられ、座ぐり21とウェーハ10のエッジ部との隙間が円周方向の全周において隙間があるようにされる。シリコンウェーハ10の主面にエピタキシャル層を形成する際にはサセプタ20を回転させるけれども、そのサセプタ20が回転するときそのサセプタ20に載せたシリコンウェーハ10の周縁部11の一部がサセプタ20の表面に接触しないような反りをシリコンウェーハ10に付する。具体的には、外径が6インチ及び8インチのシリコンウェーハ10であれば、ワープ値において20μm以上80μm以下、バウ値において−30μm〜+30μmの範囲内である反りをシリコンウェーハ10に付する。そして、サセプタ20をランプ等により加熱し、ノズル部より各種原料ガスをチャンバー内に導入してシリコンウェーハ10の主面にエピタキシャル層を形成させる。
A
このようにシリコンウェーハ10の周縁部11の一部がサセプタ20の表面に接触しないような反りをシリコンウェーハ10に付すると、シリコンウェーハ10の裏面とサセプタ20との間に溜まったキャリアガスが、シリコンウェーハ10のエッジとサセプタ20の外周部底面との隙間から抜けやすくなり、シリコンウェーハ10の裏面とサセプタ20との間に溜まったキャリアガスが加熱により膨張して、シリコンウェーハ10をサセプタ20から浮かせてしまうことはない。従って、シリコンウェーハ10がサセプタ20から浮くことに起因するウェーハ10の滑りは抑制され、サセプタ20座ぐり21の側壁とウェーハ10エッジとが接触するような事態を有効に回避することができる。
When the
ここで、好ましいウェーハ10の状況とは、ウェーハ10を座ぐり21にセットするときは、座ぐり21底部の外周部とウェーハ10エッジが10〜50μmの隙間が、全円周の1部分又は1/2周分程度発生しており、ウェーハ10を座ぐり21に載せたとき全く滑りが無く、昇温完了後エピ成長中には座ぐり21とウェーハ10の重心位置2/3r位置前後で接触して支えられ、ウェーハ10表面上の温度が均一になるようにエッジ部分でもサセプタ20の表面からあまり離れていない状態である。このような間隔が有れば、ウェーハを回転させると共に加熱を開始し昇温を行う時、キャリアガスの膨張によりウェーハが浮き上がることがなく、すなわちウェーハが座ぐりの底面で移動することなく、ウェーハが熱により軟化し動かなくなる状態にまで至る。この構成は、該記載のエピ前のシリコンウェーハのワープ値およびバウ値にて達成された。
Here, a preferable situation of the
そして、本発明のシリコンウェーハ10及びエピタキシャル基板の製造方法では、シリコンウェーハ10の一端がザグリの側壁に接触することを回避できるので、エピタキシャル成長を行ってもスリップが発生しないので、スリップの発生に起因するエピタキシャル基板10の歩留を低下させるようなことを回避することができる。また、エピタキシャル成長中におけるシリコンウェーハ10の温度分布も均一になり、エピタキシャル膜の比抵抗分布を均一化させることができる。更に、ウェーハ10の表面とサセプタ20の側壁とがエピタキシャル層において連結されるようなこともなく、そのウェーハ10をサセプタ20から取り外すときにそのウェーハ10が割れてしまうような事態を回避することができる。
In the method of manufacturing the
本発明でのエピ厚さの好ましい値は、50μm以上であり180μm以下である。エピの厚さは、薄いと、エピ層の応力は小さいため、エピ前のシリコンウェーハ(基板)のそりの面内形状がエピ後のそりに影響を及ぼすが、エピの厚さが厚く、たとえば50μm以上であると、基板のそりの面内形状はエピ後のそりに影響を及ぼさなくなり、エピの厚さによるそりの面内形状の要因が大きくなる。更にエピが厚いとエピ成長厚さによる影響度が大きく本発明の様な効果はえられない。つまり、本願発明は、厚エピにおける基板のそりの影響度を勘案し、ワープ値とバウ値にて最適なそりを形成することにより、基板でのそりによらず、エピ後に、割れのないエピタキシャル層の厚さ抵抗分布がよい製品をえるに至った。ウェーハが熱により軟化し動かなくなる状態に至る温度は、900℃以下で、それ以上なら、目視にて確認できるが、ウェーハがどのようなそりの場合でも移動はみられない。いいかえれば、本発明は900℃以下でシリコンウェーハ10の周縁部11の一部がサセプタ20の表面に接触しないようにする技術である。
The preferable value of the epi thickness in the present invention is 50 μm or more and 180 μm or less. If the thickness of the epi is thin, the stress of the epi layer is small, so the in-plane shape of the warp of the silicon wafer (substrate) before the epi affects the warp after the epi, but the epi is thick, for example, When the thickness is 50 μm or more, the in-plane shape of the substrate warp does not affect the warp after epi, and the factor of the in-plane shape of the warp due to the thickness of the epi increases. Further, when the epi is thick, the influence due to the epi growth thickness is large, and the effect of the present invention cannot be obtained. In other words, the present invention takes into consideration the influence of the warp of the substrate in the thickness epi and forms an optimal warp with the warp value and the bow value. The result was a product with good layer thickness resistance distribution. The temperature at which the wafer softens due to heat and stops moving is 900 ° C. or lower, and if it is higher, it can be visually confirmed, but no movement is observed in any warp of the wafer. In other words, the present invention is a technique for preventing a part of the
<実施例1>
図1に示すように、高周波加熱方式ミニバッチ式気相成長装置におけるサセプタ20の座ぐり21にシリコンウェーハ10を載せた。その状態のままで、サセプタ20を10rpmの速度で回転させながら、ランプでサセプタおよびウェーハを加熱を開始し昇温をおこない、反応温度である1150〜1100℃に加熱した後、SiHC13をシリコンソースとして、7枚のシリコンウェーハ10の主面に厚さ約60μmのエピタキシャル膜をそれぞれ成長させた。この時用いたシリコンウェーハ10は外径が6インチで厚さが600μmである。そして、7枚のシリコンウェーハ10のそれぞれの反りは、ワープ値において5,10,20,25,35,53,64μm、同じくバウ値において順番に−3、+7、−4、+25、+40、−5、+12μmであった。
<Example 1>
As shown in FIG. 1, a
それぞれのシリコンウェーハ10は、サセプタ20の座ぐり21に載置されたとき座ぐり内で動いていないことを確認し、つぎに、サセプタを回転させて昇温を行ったときにも、ウェーハが座ぐり内でのすべりを目視にて確認した。さらにエピタキシャル膜を成長させた後、座ぐり21に載せられたウェーハ10滑りの有無を目視において確認するとともに、エピタキシャル層が形成されたウェーハ10をサセプタ20から実際に取り出して顕微鏡及びCCDセンサーによる画像において割れの有無を確認した。この結果を反りの大きさとともに表1に示す。
When each
しかし、それ以外のウェーハ10はウェーハ10の滑り、及びウェーハ10のエッジ部分における割れ、及びクラックは認められなかった。これは、シリコンウェーハ10に付した反りによりサセプタ20とシリコンウェーハ10との間に隙間が外部に連通し、ウェーハ10がサセプタ20から浮くようなことが回避されたことによるものと考えられる。
However, the
<実施例2>
ランプ加熱方式の枚葉式気相成長装置を用い、実施例1と同一の温度条件において、2枚のシリコンウェーハ10の主面に厚さ約100μmのエピタキシャル膜を成長させた。この時用いたシリコンウェーハ10は外径が8インチで厚さが600μmである。そして、2枚のシリコンウェーハ10のそれぞれの反りは、ワープ値において15μm及び35μm、同じくバウ値において順番に+18μm及び+28μmであった。
<Example 2>
An epitaxial film having a thickness of about 100 μm was grown on the main surface of two
それぞれのシリコンウェーハ10にエピタキシャル膜を成長させた後、座ぐり21に載せられたウェーハ10滑りの有無を目視において確認するとともに、エピタキシャル層が形成されたウェーハ10をサセプタ20から実際に取り出して顕微鏡及びCCDセンサーによる画像において割れの有無を確認した。この結果を反りの大きさとともに表2に示す。
After growing an epitaxial film on each
10 シリコンウェーハ
11 周縁部
20 サセプタ
10
Claims (2)
前記サセプタに載せた状態で前記サセプタが回転するとき前記シリコンウェーハの周縁部の一部が前記サセプタの表面に接触しないような反りを前記シリコンウェーハに付けたことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 In an epitaxial substrate manufacturing method for forming an epitaxial layer on the main surface of the silicon wafer while rotating the silicon wafer on a susceptor of a vapor phase growth apparatus,
A method of manufacturing an epitaxial substrate, wherein a warp is applied to the silicon wafer so that a part of a peripheral edge of the silicon wafer does not contact the surface of the susceptor when the susceptor rotates in a state of being placed on the susceptor. .
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