JP2010016183A - Vapor-deposition growth device, and method of manufacturing epitaxial wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気相成長装置において半導体ウェーハを支持するサセプタ、およびこのサセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to a susceptor that supports a semiconductor wafer in a vapor phase growth apparatus, and a method for manufacturing an epitaxial wafer using the susceptor.
半導体ウェーハの表面に高品質なエピタキシャル膜を成長させる気相成長装置として、枚葉型の気相成長装置が知られている。枚葉型の気相成長装置は、耐熱性のチャンバー内に円盤状のサセプタを備えている。このサセプタに半導体ウェーハを載置した状態で半導体ウェーハを加熱させつつチャンバー内に各種原料ガスを流す。そして、半導体ウェーハと原料ガスとを反応させることによって、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を成長させる。 As a vapor phase growth apparatus for growing a high quality epitaxial film on the surface of a semiconductor wafer, a single wafer type vapor phase growth apparatus is known. A single wafer type vapor phase growth apparatus includes a disk-shaped susceptor in a heat-resistant chamber. While the semiconductor wafer is placed on the susceptor, various source gases are flowed into the chamber while heating the semiconductor wafer. Then, an epitaxial film is grown on the wafer surface by reacting the semiconductor wafer with the source gas.
チャンバー内で半導体ウェーハを支持するサセプタは、支持する半導体ウェーハよりも大きい略円盤状ないし皿状の保持具である。このサセプタは、半導体ウェーハを受容する深さが数100μm〜数mm程度のウェーハポケットと呼ばれる凹部(窪み)が形成されている。そして、このウェーハポケットには、半導体ウェーハの裏面の外周縁部に接して、半導体ウェーハを支持する水平な略リング状のウェーハ支持面が形成されている。 The susceptor that supports the semiconductor wafer in the chamber is a substantially disk-shaped or dish-shaped holder that is larger than the semiconductor wafer to be supported. This susceptor is formed with a recess (dent) called a wafer pocket having a depth of about several hundred μm to several mm for receiving a semiconductor wafer. A horizontal substantially ring-shaped wafer support surface that supports the semiconductor wafer is formed in the wafer pocket in contact with the outer peripheral edge of the back surface of the semiconductor wafer.
ところで、近年、半導体デバイスの高集積化、線幅の超微細化に伴い、その基板となる半導体ウェーハへの要求品質、特に面内の平坦性はより一層厳格化されつつある。これまでの半導体デバイスでは、特性に悪影響を及ぼす基板表面ないし表層のパーティクルまたは結晶欠陥(COP等)を大幅に低減することが可能なエピタキシャルウェーハが多く用いられている。 By the way, in recent years, with the high integration of semiconductor devices and the ultra-fine line width, the required quality, particularly the in-plane flatness, of the semiconductor wafer as the substrate is becoming more strict. In conventional semiconductor devices, epitaxial wafers that can greatly reduce particles or crystal defects (such as COP) on the substrate surface or surface layer that adversely affect characteristics are often used.
エピタキシャルウェーハは、半導体のインゴットからウェーハを切り出すスライス工程、ウェーハ表面を平坦化する研削工程、ウェーハの表面を鏡面化する研磨工程等を経て製造された半導体ウェーハの表面に、エピタキシャル成長によってエピタキシャル膜を形成することにより製造される。 An epitaxial wafer is formed by epitaxial growth on the surface of a semiconductor wafer manufactured through a slicing process for cutting a wafer from a semiconductor ingot, a grinding process for flattening the wafer surface, a polishing process for mirroring the wafer surface, etc. It is manufactured by doing.
このようなエピタキシャルウェーハに求められる品質特性は、パーティクルないし結晶欠陥の低減化、エピタキシャル膜の膜厚の面内均一化、エピタキシャル膜の比抵抗の面内均一化などである。このうち、特にエピタキシャル膜の比抵抗の面内均一化については、半導体デバイスの歩留まり(チップ収率)を向上させる為に、ウェーハ外周領域まで回路を形成するようになりつつあるため、現状の一般的な測定器における測定可能位置の限界である周縁から2mm程度に至るまで比抵抗の面内均一化が求められている。 Quality characteristics required for such an epitaxial wafer include reduction of particles or crystal defects, uniformity of the thickness of the epitaxial film, uniformity of the resistivity of the epitaxial film, and the like. Of these, in particular, in-plane uniformity of the resistivity of the epitaxial film, in order to improve the yield (chip yield) of semiconductor devices, circuits are being formed up to the wafer outer peripheral region. In-plane uniformity of resistivity is required from the periphery, which is the limit of measurable positions in a typical measuring instrument, to about 2 mm.
超高集積半導体デバイス(VSLI)では、MOS系半導体デバイスが多用されており、高濃度にボロンをド−プした基板にこの基板より低濃度のエピタキシャル膜を成長させたp/p+(+)エピタキシャルウェーハが主流となっている。このp/p+(+)エピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル膜成膜中において基板にドーピングされたボロン原子がエピタキシャル膜へ移動する現象、いわゆるオ−トド−ピングを抑制することが、エピタキシャル膜の比抵抗の面内均一化を達成する上で重要である。 In a highly integrated semiconductor device (VSLI), a MOS-based semiconductor device is frequently used. A p / p + (+) epitaxial layer in which an epitaxial film having a lower concentration than that of this substrate is grown on a substrate doped with boron at a high concentration. Wafers are mainstream. In this p / p + (+) epitaxial wafer, the phenomenon in which boron atoms doped in the substrate during the formation of the epitaxial film move to the epitaxial film, so-called auto-doping, is suppressed. This is important in achieving in-plane uniformity.
このオ−トド−ピングを抑制するために、例えば、ウェーハポケットに流体通路を形成した気相成長装置用サセプタが知られている(例えば、特許文献1)。 In order to suppress this auto-doping, for example, a susceptor for a vapor phase growth apparatus in which a fluid passage is formed in a wafer pocket is known (for example, Patent Document 1).
また、最先端とされる半導体デバイス(デザインルール45nm)や次世代とされるデバイス(同22nm〜)では、フラットネスに代表されるエピタキシャルウェーハの飛躍的な高平坦化が要求されている。これは、従来のエピタキシャル膜の膜厚の面内均一性の改良に加え、エピタキシャルウェーハの裏面側の平坦度、特にエピタキシャルウェーハの最外周領域、例えば周縁から2mm程度の領域まで膜厚を均一化することが必要とされている。
しかしながら、従来、気相成長装置において半導体ウェーハにエピタキシャル膜を成長させる際に、エピタキシャル膜の成長用ガスの一部が、半導体ウェ−ハの裏面側に回り込み、半導体ウェ−ハの裏面側の周縁部にエピタキシャル膜が成長してしまうという不具合(以下、「裏面デポ」と称する)が生じる。裏面デポが生じると、半導体ウェ−ハの裏面側において周縁部の膜厚が特に厚くなってしまい、半導体ウェ−ハの厚みの面内均一性が大幅に悪化する。その結果、半導体デバイスを形成した際の歩留まりの低下が生じる 。 However, conventionally, when an epitaxial film is grown on a semiconductor wafer in a vapor phase growth apparatus, a part of the growth gas for the epitaxial film wraps around the back side of the semiconductor wafer, and the peripheral edge on the back side of the semiconductor wafer. This causes a problem that an epitaxial film grows on the portion (hereinafter referred to as “rear surface deposition”). When backside deposition occurs, the film thickness of the peripheral portion becomes particularly large on the backside of the semiconductor wafer, and the in-plane uniformity of the thickness of the semiconductor wafer is greatly deteriorated. As a result, the yield is reduced when the semiconductor device is formed.
このような裏面デポが生じる原因として、エピタキシャル膜の成長工程で半導体ウェーハを受容するサセプタにおいて、半導体ウェーハの裏面の外周縁部と接する略リング状のウェーハ支持面と半導体ウェーハの裏面との間に生じる僅かな隙間から、エピタキシャル膜の成長用ガスが侵入することが原因とされている。この隙間は、ウェーハ支持面の表面粗さが大きかったり、後述するようにウェーハ支持面の平面度が低い(高さ位置のばらつき値が大きい)ことによって生じるものと考えられている。 As a cause of the occurrence of such a backside deposit, in a susceptor that accepts a semiconductor wafer in an epitaxial film growth process, a substantially ring-shaped wafer support surface that is in contact with the outer peripheral edge of the backside of the semiconductor wafer and the backside of the semiconductor wafer. The cause is that the growth gas for the epitaxial film enters from a slight gap. This gap is considered to be generated when the surface roughness of the wafer support surface is large or the flatness of the wafer support surface is low (the variation in the height position is large) as will be described later.
図11は、半導体ウェーハのソリによる裏面デポ発生を説明するための断面図である。
図11(a)に示すように、エピタキシャル成膜前に水平だった半導体ウェーハWは、その自重とエピタキシャル成膜プロセスでの温度上昇により、図11(b)に示すようにソリが発生し下凸の状態になる。サセプタSに凹部として設けられたウェーハポケットWPの縁部にあるウェーハ支持面S1の内周側エッジSEが半導体ウェーハWの下面に接触する。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the occurrence of rear surface deposition due to warping of a semiconductor wafer.
As shown in FIG. 11 (a), the semiconductor wafer W that has been horizontal before the epitaxial film formation is warped as shown in FIG. 11 (b) due to its own weight and a temperature rise in the epitaxial film formation process. It becomes a state. The inner peripheral edge SE of the wafer support surface S1 at the edge of the wafer pocket WP provided as a recess in the susceptor S contacts the lower surface of the semiconductor wafer W.
また、一方、エピタキシャル膜の成長工程では半導体ウェーハが高温になるため、外周縁部でサセプタに支えられた半導体ウェーハは、ソリが発生する、つまり、中心部分の高さが低くなるように湾曲する。このため、サセプタにおけるウェーハ支持面の内縁部(エッジ)が半導体ウェーハに当たり、半導体ウェーハの外周縁部にリング状の接触傷が生じるという課題もあった。 On the other hand, since the semiconductor wafer becomes high temperature in the epitaxial film growth process, the semiconductor wafer supported by the susceptor at the outer peripheral edge is warped, that is, curved so that the height of the central portion is lowered. . For this reason, the inner edge part (edge) of the wafer support surface in a susceptor hits a semiconductor wafer, and there also existed a subject that a ring-shaped contact damage | wound produced in the outer peripheral part of a semiconductor wafer.
同時に、図11(b)に示すように、エピタキシャル膜成膜中の半導体ウェーハWのソリにより、ウェーハ支持面S1のエッジSEが半導体ウェーハWに当接して、半導体ウェーハWがウェーハ最外周部ではなく、それより内側のエッジSE位置で支持されることになる。このため、エッジSE位置よりも外側でウェーハ裏面が持ち上がり、成膜ガスが矢印Gで示すようにこの隙間SSに進入して、裏面デポが発生するという問題も発生していた。 At the same time, as shown in FIG. 11B, the edge SE of the wafer support surface S1 comes into contact with the semiconductor wafer W due to the warp of the semiconductor wafer W during film formation of the epitaxial film, so that the semiconductor wafer W is at the outermost peripheral portion of the wafer. However, it is supported at the edge SE position on the inner side. For this reason, the back surface of the wafer is lifted outside the position of the edge SE, and there is a problem that the deposition gas enters the gap SS as indicated by the arrow G and the back surface deposition occurs.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させる際に、半導体ウェーハの裏面の外周縁部にエピタキシャル膜が形成されることを防止できるとともに、半導体ウェーハの裏面に接触傷の発生を防止できる気相成長装置および、この気相成長装置を用いて半導体ウェーハにエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and when the epitaxial film is grown on the surface of the semiconductor wafer, the epitaxial film can be prevented from being formed on the outer peripheral edge of the back surface of the semiconductor wafer, An object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus capable of preventing the occurrence of contact scratches on the back surface of a semiconductor wafer and an epitaxial wafer manufacturing method for growing an epitaxial film on a semiconductor wafer using the vapor phase growth apparatus.
本発明の気相成長装置は、半導体ウェーハ表面に成膜する気相成長装置であって、
前記半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタを有し、
前記ウェーハポケットの周縁部には、前記半導体ウェーハ裏面側の外周縁部とその全周で接して前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面が設けられ、
前記ウェーハ支持面は、前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で下がるように傾斜していることにより上記課題を解決した。
本発明の前記ウェーハ支持面は、その表面粗さがRa0.1μm〜3.0μmの範囲とされることができる。
本発明の前記ウェーハ支持面は、その平面度が10〜120μmの範囲とされることができる。
本発明の前記ウェーハ支持面は、前記ウェーハポケットの径方向に、1〜11mmの範囲として設けられることができる。
本発明の前記ウェーハポケットには、前記半導体ウェーハが受容された際に前記ウェーハ支持面より内側位置に、前記ウェーハポケットの外部と繋がる流体通路の一方の開口端が形成されていることができる。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、気相成長装置において半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハポケットは、前記半導体ウェーハの裏面の外周縁部で接して、前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面を備え、
前記ウェーハ支持面は、表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度10〜120μmの範囲であり、かつ前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で下がるように傾斜している気相成長装置用サセプタを用いて、半導体ウェーハの一面にエピタキシャル成長層を形成できる。
The vapor phase growth apparatus of the present invention is a vapor phase growth apparatus for forming a film on the surface of a semiconductor wafer,
A vapor phase growth apparatus susceptor having a wafer pocket for receiving the semiconductor wafer;
The peripheral edge of the wafer pocket is provided with a substantially ring-shaped wafer support surface that supports the semiconductor wafer in contact with the outer peripheral edge of the semiconductor wafer back side and the entire periphery thereof,
The said wafer support surface solved the said subject by inclining so that it may fall in the angle range of 2.86 degrees-0.40 degrees with respect to a horizontal surface toward the center of the said wafer pocket.
The wafer support surface of the present invention may have a surface roughness in the range of Ra 0.1 μm to 3.0 μm.
The wafer support surface of the present invention may have a flatness in the range of 10 to 120 μm.
The wafer support surface of the present invention may be provided as a range of 1 to 11 mm in the radial direction of the wafer pocket.
In the wafer pocket of the present invention, one open end of a fluid passage connected to the outside of the wafer pocket may be formed at a position inside the wafer support surface when the semiconductor wafer is received.
An epitaxial wafer manufacturing method of the present invention is an epitaxial wafer manufacturing method using a susceptor for a vapor phase growth apparatus in which a wafer pocket for receiving a semiconductor wafer is formed in a vapor phase growth apparatus,
The wafer pocket is provided with a substantially ring-shaped wafer support surface that contacts the outer peripheral edge of the back surface of the semiconductor wafer and supports the semiconductor wafer,
The wafer support surface has a surface roughness of 0.1 μm to 3.0 μm, a flatness of 10 μm to 120 μm, and is 2.86 ° to 0.40 ° with respect to a horizontal plane toward the center of the wafer pocket. An epitaxial growth layer can be formed on one surface of a semiconductor wafer by using a susceptor for a vapor phase growth apparatus that is inclined so as to be lowered in the angle range.
本発明の気相成長装置用サセプタは、気相成長装置において半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタであって、前記ウェーハポケットは、前記半導体ウェーハの裏面の外周縁部で接して、前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面を備え、前記ウェーハ支持面は、表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度が10〜120μmの範囲であり、かつ前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で下がるように傾斜していることを特徴とする。 The susceptor for a vapor phase growth apparatus of the present invention is a susceptor for a vapor phase growth apparatus in which a wafer pocket for receiving a semiconductor wafer is formed in the vapor phase growth apparatus, wherein the wafer pocket is an outer peripheral edge of the back surface of the semiconductor wafer. And a substantially ring-shaped wafer support surface for supporting the semiconductor wafer, wherein the wafer support surface has a surface roughness of 0.1 μm to 3.0 μm, a flatness of 10 to 120 μm, and The wafer pocket is inclined so as to fall in an angle range of 2.86 ° to 0.40 ° with respect to a horizontal plane toward the center of the wafer pocket.
このような気相成長装置用サセプタによれば、ウェーハ支持面と、半導体ウェーハの裏面との接触部分での隙間をほぼ無くすことができる。即ち、ウェーハ支持面の表面粗さを0.1μm〜3.0μm以下にすることよって、ウェーハを載置した際にウェーハ支持面と、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が殆ど生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入することがなく、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを確実に防止できる。
同時に、ウェーハ支持面の平面度を上記の範囲とすることよって、ウェーハを載置した際にウェーハ支持面と、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が殆ど生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入することがなく、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを確実に防止できる。
According to such a susceptor for a vapor phase growth apparatus, a gap at the contact portion between the wafer support surface and the back surface of the semiconductor wafer can be substantially eliminated. In other words, by setting the surface roughness of the wafer support surface to 0.1 μm to 3.0 μm or less, there is almost no gap at the contact portion between the wafer support surface and the back surface of the wafer when the wafer is placed. To do. Thereby, the reactive gas does not flow into the back side of the wafer, and it is possible to reliably prevent an unnecessary epitaxial growth layer from being formed on the outer peripheral edge of the back side of the wafer.
At the same time, by setting the flatness of the wafer support surface within the above range, when the wafer is placed, the wafer support surface and the back surface of the wafer are in close contact with each other with almost no gap. Thereby, the reactive gas does not flow into the back side of the wafer, and it is possible to reliably prevent an unnecessary epitaxial growth layer from being formed on the outer peripheral edge of the back side of the wafer.
図10は、ウェーハ支持面の平面度を説明するための図であり、断面図(a)および平面図(b)から成る。図において、符号Sはサセプタ、S1はウェーハ支持面を示している。
平面視円形のサセプタSには、凹部周辺にリング状のウェーハ支持面S1が設けられ、このウェーハ支持面S1において、サセプタ中心からの距離が所定の値でかつ中心角がたとえば10°とされるように測定点SPを設定し、この測定点SPにおける高さSTを測定して、その高さSTの最大値と最小値との差をウェーハ支持面S1の平面度として定義する。
言い換えると、ウェーハ支持面S1の平面度とは、図10に示すように、サセプタS周辺部のウェーハ支持面S1の高さSTがその全周にわたってどの程度ばらついているかのばらつき度合い(一定の高さにあるか)を示すものであり、平面度が低いとは、高さSTのばらつき値が大きいことを意味し、平面度が高いとは、高さSTのばらつき値が小さいことを意味する。
FIG. 10 is a view for explaining the flatness of the wafer support surface, and consists of a sectional view (a) and a plan view (b). In the figure, symbol S indicates a susceptor, and S1 indicates a wafer support surface.
The susceptor S having a circular shape in plan view is provided with a ring-shaped wafer support surface S1 around the recess, and the distance from the center of the susceptor is a predetermined value and the center angle is, for example, 10 ° on the wafer support surface S1. Thus, the measurement point SP is set, the height ST at the measurement point SP is measured, and the difference between the maximum value and the minimum value of the height ST is defined as the flatness of the wafer support surface S1.
In other words, as shown in FIG. 10, the flatness of the wafer support surface S1 is a variation degree (a constant high) of how much the height ST of the wafer support surface S1 around the susceptor S varies over the entire circumference. The low flatness means that the variation value of the height ST is large, and the high flatness means that the variation value of the height ST is small. .
また、ウェーハ支持面は、水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で、ウェーハポケットの中心方向に向かって下がるよう傾斜させたので、ウェーハが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面の縁部(エッジ)がウェーハの裏面に接することがない。これにより、ウェーハの外周縁部にウェーハ支持面との接触によるリング状の接触傷が生じることを確実に防止することが可能になる。 Further, since the wafer support surface is inclined so as to be lowered toward the center of the wafer pocket in an angle range of 2.86 ° to 0.40 ° with respect to the horizontal plane, the center of the wafer is lowered due to its own weight and thermal deformation. Even if it is curved like this, the edge (edge) of the wafer support surface does not contact the back surface of the wafer. As a result, it is possible to reliably prevent ring-shaped contact flaws caused by contact with the wafer support surface at the outer peripheral edge of the wafer.
同時に、図11(b)に示すように、ウェーハ支持面S1が水平な場合に、エピタキシャル膜成膜中の半導体ウェーハWにソリが発生して、ウェーハ支持面S1のエッジSEが半導体ウェーハWに当接して、半導体ウェーハWがウェーハ最外周部ではなく、それより内側のエッジSE位置で支持されるため、エッジSE位置よりも外側でウェーハ裏面が持ち上がり、成膜ガスが矢印Gで示すようにこの隙間SSに進入して、裏面デポが発生するという問題も解決することができる。 At the same time, as shown in FIG. 11B, when the wafer support surface S1 is horizontal, warpage occurs in the semiconductor wafer W during the formation of the epitaxial film, and the edge SE of the wafer support surface S1 becomes the semiconductor wafer W. Since the semiconductor wafer W is abutted and supported not at the outermost peripheral portion of the wafer but at the edge SE position inside the wafer, the wafer back surface is lifted outside the edge SE position, and the film forming gas is indicated by an arrow G. It is possible to solve the problem that the rear surface deposit occurs by entering the gap SS.
本発明の前記ウェーハ支持面は、前記ウェーハポケットの径方向に、1〜11mmの範囲として設けられることができ、より好ましくは、5〜10mmの範囲とすることができ、さらに、ウェーハポケット中心からの径方向寸法がウェーハ半径に対して144/150〜155/150の範囲に設定でき、これにより、ウェーハを確実に支持可能となる。 The wafer support surface of the present invention can be provided in the range of 1 to 11 mm in the radial direction of the wafer pocket, more preferably in the range of 5 to 10 mm, and further from the center of the wafer pocket. Can be set in a range of 144/150 to 155/150 with respect to the radius of the wafer, so that the wafer can be reliably supported.
前記ウェーハポケットには、前記半導体ウェーハが受容された際に前記ウェーハ支持面の内側となる位置に、前記ウェーハポケットの外部と繋がる流体通路の一方の開口端が形成されているのが好ましい。ここで、ウェーハ支持面の内側とは、半導体ウェーハをウェーハポケットに受容させた際に、ウェーハ周縁部とウェーハ支持面との接触でウェーハ表面側から隔離される側の空間に開口することを意味する。 In the wafer pocket, it is preferable that one open end of a fluid passage connected to the outside of the wafer pocket is formed at a position inside the wafer support surface when the semiconductor wafer is received. Here, the inside of the wafer support surface means that when the semiconductor wafer is received in the wafer pocket, it opens to a space on the side isolated from the wafer surface side by contact between the wafer peripheral portion and the wafer support surface. To do.
このような流体通路を形成し、反応ガスおよびキャリアガスを流体通路から吸引してウェーハポケットの外部に流すことによって、上述したようにウェーハ支持面を設定することで半導体ウェーハをこのウェーハ最外縁部でウェーハ支持面に接触するように支持することができる状態となっているので、ウェーハの加熱によってウェーハの裏面側からドーパントが放出されても、このドーパントをウェーハの表面側に廻り込ませることなく、サセプタの下面側からスムーズに排出させることができ、これにより、ウェーハ裏面から表面へのガス流れを防止して、オートドーピングの発生を確実に防止することが可能となる。 By forming such a fluid passage and sucking the reaction gas and the carrier gas from the fluid passage and flowing them outside the wafer pocket, the wafer support surface is set as described above, and thus the semiconductor wafer is placed on the outermost edge portion of the wafer. Since it is in a state where it can be supported so as to contact the wafer support surface, even if dopant is released from the back side of the wafer due to heating of the wafer, this dopant does not wrap around the front side of the wafer Therefore, the gas can be smoothly discharged from the lower surface side of the susceptor, thereby preventing the gas flow from the back surface of the wafer to the front surface, thereby preventing the occurrence of autodoping.
なお、オートドーピングの防止は、p/p+(+)エピタキシャルウェーハの場合、つまり、基板がp+タイプまたはp++タイプで、エピタキシャル膜がpタイプとされているときに極めて高い効果を奏する。 The prevention of auto-doping is extremely effective in the case of a p / p + (+) epitaxial wafer, that is, when the substrate is p + type or p ++ type and the epitaxial film is p type.
ここで、p++タイプとは不純物濃度が1019atoms/cm3 程度で、抵抗値が1〜10(mΩ・cm)程度の低抵抗のものをいい、p+タイプとは不純物濃度が1018atoms/cm3 程度で、抵抗値が10〜100(mΩ・cm)程度の低抵抗のものをいい、pタイプとは不純物濃度が1015atoms/cm3 程度で、抵抗値が>1(Ω・cm)程度の高抵抗のものを意味している。 Here, in order 10 19 atoms / cm 3 impurity concentration than the p ++ type, the resistance value refers to one of the low resistance of about 1~10 (mΩ · cm), the impurity concentration of the p + type 10 18 atoms / in cm 3, the resistance value refers to one 10 to 100 of (mΩ · cm) as low resistance, an impurity concentration of the p type about 10 15 atoms / cm 3, the resistance value> 1 (Ω · cm ) Means high resistance.
また、本発明は次のようなエピタキシャルウェーハの製造方法を提供した。
すなわち、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、気相成長装置において半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ウェーハポケットは、前記半導体ウェーハの裏面の外周縁部で接して、前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面を備え、前記ウェーハ支持面は、表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度10〜120μmの範囲であり、かつ前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で下がるように傾斜している気相成長装置用サセプタを用いて、半導体ウェーハの一面にエピタキシャル成長層を形成したことを特徴とする。
The present invention also provides the following method for manufacturing an epitaxial wafer.
That is, the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention is an epitaxial wafer manufacturing method using a susceptor for a vapor phase growth apparatus in which a wafer pocket for receiving a semiconductor wafer is formed in a vapor phase growth apparatus, wherein the wafer pocket is And a substantially ring-shaped wafer support surface that contacts the outer peripheral edge of the back surface of the semiconductor wafer and supports the semiconductor wafer. The wafer support surface has a surface roughness of 0.1 μm to 3.0 μm and a flatness of 10 Using a susceptor for a vapor phase growth apparatus that is in a range of ˜120 μm and is inclined so as to be lowered in an angle range of 2.86 ° to 0.40 ° with respect to a horizontal plane toward the center of the wafer pocket An epitaxial growth layer is formed on one surface of the semiconductor wafer.
このようなエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル膜の形成時において、ウェーハを支持しているウェーハ支持面が、表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度10〜120μmの範囲に形成されているので、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入するのを防ぎ、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されること、および、オートドーピングの発生を防止することができる。 According to such an epitaxial wafer manufacturing method, the wafer support surface supporting the wafer is formed in the range of surface roughness of 0.1 μm to 3.0 μm and flatness of 10 to 120 μm during the formation of the epitaxial film. Therefore, it adheres without causing a gap in the contact portion with the back surface of the wafer. Thereby, it is possible to prevent the reaction gas from flowing into the back side of the wafer, to form an unnecessary epitaxial growth layer on the outer peripheral edge of the back side of the wafer, and to prevent the occurrence of autodoping.
また、ウェーハ支持面は水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で、ウェーハポケットの中心方向に向かって下がるよう傾斜しているので、ウェーハが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面の縁部がウェーハの裏面に接することがない。 Further, since the wafer support surface is inclined in the angle range of 2.86 ° to 0.40 ° with respect to the horizontal plane so as to be lowered toward the center of the wafer pocket, the center of the wafer is lowered by its own weight and thermal deformation. Even if curved, the edge of the wafer support surface does not contact the back surface of the wafer.
本発明の気相成長装置によれば、ウェーハ支持面と、半導体ウェーハの裏面との接触部分での隙間をほぼ無くすことができる。従来の気相成長装置におけるサセプタのウェーハ支持面は、表面粗さ、平面度が低かったため、半導体ウェーハを載置した際にウェーハ支持面と、ウェーハの裏面との接触部分に多くの隙間が生じてしまっていた。このような隙間があると、ここから反応ガスが半導体ウェーハの裏面側に流入してしまい、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されてしまう。その結果、半導体ウェーハの厚みの面内均一性が大幅に低下し、デバイスを形成した際に歩留まりが悪化する。 According to the vapor phase growth apparatus of the present invention, the gap at the contact portion between the wafer support surface and the back surface of the semiconductor wafer can be substantially eliminated. Since the wafer support surface of the susceptor in the conventional vapor phase growth apparatus has low surface roughness and flatness, many gaps are generated at the contact portion between the wafer support surface and the back surface of the wafer when the semiconductor wafer is placed. It was. If there is such a gap, the reactive gas flows from here to the back side of the semiconductor wafer, and an unnecessary epitaxial growth layer is formed on the outer peripheral edge of the back side of the wafer. As a result, the in-plane uniformity of the thickness of the semiconductor wafer is greatly reduced, and the yield is deteriorated when devices are formed.
しかし、本発明のように、ウェーハ支持面の表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度10〜120μmの範囲にすることよって、ウェーハを載置した際にウェーハ支持面と、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が殆ど生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入することがなく、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを確実に防止できる。その結果、ウェーハの厚みの面内均一性を高く保つことができ、デバイスを形成した際に歩留まりを向上させることが可能になる。 However, as in the present invention, by setting the surface roughness of the wafer support surface to 0.1 μm to 3.0 μm and the flatness in the range of 10 to 120 μm, the wafer support surface and the back surface of the wafer are placed when the wafer is placed. Close contact with the contact portion with almost no gap. Thereby, the reactive gas does not flow into the back side of the wafer, and it is possible to reliably prevent an unnecessary epitaxial growth layer from being formed on the outer peripheral edge of the back side of the wafer. As a result, the in-plane uniformity of the wafer thickness can be kept high, and the yield can be improved when devices are formed.
また、ウェーハ支持面は、水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で、ウェーハポケットの中心方向に向かって下がるよう傾斜させたので、ウェーハが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面の縁部(エッジ)がウェーハの裏面に接することがない。これにより、ウェーハの外周縁部にウェーハ支持面との接触によるリング状の接触傷が生じることを確実に防止することが可能になる。 Further, since the wafer support surface is inclined so as to be lowered toward the center of the wafer pocket in an angle range of 2.86 ° to 0.40 ° with respect to the horizontal plane, the center of the wafer is lowered due to its own weight and thermal deformation. Even if it is curved like this, the edge (edge) of the wafer support surface does not contact the back surface of the wafer. As a result, it is possible to reliably prevent ring-shaped contact flaws caused by contact with the wafer support surface at the outer peripheral edge of the wafer.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル膜の形成時において、ウェーハを支持しているウェーハ支持面が、表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度10〜120μmの範囲に形成されているので、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入するのを防ぎ、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを防止する。よって、厚みの面内均一性が高く保たれた、エピタキシャルウェーハを得ることができる。 According to the method for producing an epitaxial wafer of the present invention, the wafer support surface supporting the wafer is formed in the range of surface roughness of 0.1 μm to 3.0 μm and flatness of 10 to 120 μm during the formation of the epitaxial film. Therefore, it adheres without causing a gap in the contact portion with the back surface of the wafer. This prevents the reaction gas from flowing into the back side of the wafer and prevents unnecessary epitaxial growth layers from being formed on the outer peripheral edge of the back side of the wafer. Therefore, it is possible to obtain an epitaxial wafer in which the in-plane uniformity of thickness is kept high.
また、ウェーハ支持面は水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で、ウェーハポケットの中心方向に向かって下がるよう傾斜しているので、ウェーハが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面の縁部がウェーハの裏面に接することがない。これにより、ウェーハの外周縁部にウェーハ支持面との接触によるリング状の接触傷などのない、エピタキシャルウェーハを得ることができる。 Further, since the wafer support surface is inclined in the angle range of 2.86 ° to 0.40 ° with respect to the horizontal plane so as to be lowered toward the center of the wafer pocket, the center of the wafer is lowered by its own weight and thermal deformation. Even if curved, the edge of the wafer support surface does not contact the back surface of the wafer. As a result, an epitaxial wafer can be obtained in which the outer peripheral edge of the wafer is free from ring-like contact scratches due to contact with the wafer support surface.
以下、本発明に係る気相成長装置の最良の形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the best mode of a vapor phase growth apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this embodiment is specifically described in order to make the gist of the invention better understood, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
図1は、本発明の一実施形態にかかる枚葉式の気相成長装置を示す模式図である。
気相成長装置1は、枠体5と、この枠体5の一方の開放端および他方の開放端をそれぞれ覆う上ドーム3,下ドーム4とを有する。この枠体5,上ドーム3,下ドーム4によって区画され、密閉されたエピタキシャル膜の形成室(チャンバ)2を構成する。上ドーム3および下ドーム4は、透明な材料、例えば石英ガラス等から形成されていれば良い。
FIG. 1 is a schematic view showing a single wafer type vapor phase growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
The vapor
上ドーム3および下ドーム4の外側には、形成室2内に収容されるウェーハWを、上ドーム3および下ドーム4をそれぞれ介して加熱するための加熱装置6a,6bが配される。この加熱装置6a,6bは、例えば、ハロゲンランプなど熱線を照射するものであればよい。
Outside the
形成室2の中央付近には、ウェーハWを載置するためのサセプタ10と、このサセプタ10を支持する支持アーム8が設けられている。支持アーム8は、下ドーム4を貫通して形成室2内に延びる回転軸7に連結され、この回転軸7によって回転可能にされる。なお、サセプタ10の構成は後ほど詳述する。
Near the center of the forming
枠体5の周面には、サセプタ10の成膜位置に対応して全周に図示しないフランジ部が形成室2を上下に分離するように設けられ、このフランジ部の上下にはそれぞれガス供給口11,12が形成されている。また、このガス供給口11,12にそれぞれ対向する位置にガス排出口13,14が形成されている。第一ガス供給口11からは、例えば、成膜ガスであるモノシラン、ジシラン、トリクロロシランなどのSi含有ガスと、このSi含有ガスを希釈する水素ガスと、さらに必要に応じてドーパントガスとを有する反応ガス(プロセスガス)GRが形成室2内に供給される。反応ガスGRは、ウェーハWの表面s近傍を流れ、ウェーハWの表面sにエピタキシャル膜を成長させ、第一ガス排出口13から形成室2外に排出される。
A flange portion (not shown) is provided on the peripheral surface of the
一方、第二ガス供給口12からは、例えば、水素などのキャリアガスGCが形成室2内に供給される。キャリアガスGCは、サセプタ10の下面側に導入され、ウェーハWの裏面b近傍を流れる。そして、ウェーハWの裏面bから放出された不必要なドーパントをサセプタ10に滞留させないように除去しつつ、第二ガス排出口14から形成室2外に排出される。
On the other hand, from the second
図2(a)は、本発明の気相成長装置におけるサセプタを上ドーム側から見たときの要部拡大平面図である。また、図2(b)は、気相成長装置におけるサセプタを側面から見たときの要部拡大断面図である。サセプタ10は、エピタキシャル膜を成長させるウェーハWを載置するウェーハ保持具であり、全体が例えば炭素基材の表面にSiCコーティングを施したもの、あるいはSiCから形成されたものとされている。
FIG. 2A is an enlarged plan view of a main part when the susceptor in the vapor phase growth apparatus of the present invention is viewed from the upper dome side. FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of a main part when the susceptor in the vapor phase growth apparatus is viewed from the side. The
サセプタ10には、ウェーハWの外径よりも大きい径の凹部からなるウェーハポケット31が形成されている。このウェーハポケット31の内部には、ウェーハWの裏面b側の外周縁部に接して、ウェーハWを支持する略リング状のウェーハ支持面32と、このウェーハ支持面32よりもさらに凹状の底部33が形成されている。
The
ウェーハ支持面32は、表面粗さ(Ra)0.1μm〜3.0μm、好ましくは0.2μm〜2μmの範囲になるように形成されている。また、平面度は10〜120μmの範囲、好ましくは10〜80μmになるように形成されている。そして、ウェーハ支持面32は、水平面に対して2.86°〜0.40°、好ましくは1.43°〜0.57°の角度範囲θで、ウェーハポケット31の中心方向に向かって下がるように傾斜している。
また、ウェーハ支持面32は、ウェーハポケット31の径方向に、1〜11mmの範囲として設けられることができ、より好ましくは、5〜10mmの範囲とすることができ、さらに、ウェーハポケット31中心からの径方向寸法が半導体ウェーハW半径に対して144/150〜155/150の範囲に設定でき、これにより、半導体ウェーハWを確実に支持可能となる。
The
Further, the
ここで、ウェーハ支持面32の平面度は、図10に示した例と同様に、接触式の三次元測定器などを用いて、ウェーハ支持面32における同心円上の複数の測定点からなる仮想平面を算出し、その変化量(最大値−最小値)を示したものである。即ち、ウェーハ支持面32での形状変化量を表しているものである。ウェーハ支持面32の平面度測定点は、ウェーハポケット31中心に対する半径がウェーハ半径に対して147/150、つまり、ウェーハポケット31の径方向におけるウェーハ支持面32の中間位置で、中心角10°毎に位置設定され、測定点としては、36箇所とされている。
Here, the flatness of the
ウェーハ支持面32の表面粗さや平面度を上述したような範囲になるように形成することによって、このウェーハ支持面32と、ウェーハWの裏面bとの接触部分での隙間をほぼ無くすことができる。例えば、図3(a)に示すように、従来のサセプタ51におけるウェーハ支持面52は、表面粗さ、平面度が低かったため、ウェーハWを載置した際にウェーハ支持面52と、ウェーハWの裏面bとの接触部分に多くの隙間Uが生じてしまっていた。
By forming the
このような隙間Uがあると、ここから反応ガスGRがウェーハWの裏面b側に流入してしまい、ウェーハWの裏面b側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層53が形成されてしまう。その結果、ウェーハWの厚みの面内均一性が大幅に低下し、デバイスを形成した際に歩留まりが悪化する。
If there is such a gap U, the reactive gas GR flows from here to the back surface b side of the wafer W, and an unnecessary
一方、図3(b)に示すように、本発明のサセプタ10は、ウェーハ支持面32の表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度120μm以下にすることよって、ウェーハWを載置した際にウェーハ支持面32と、ウェーハWの裏面bとの接触部分に隙間Uが殆ど生じることなく密着する。これにより、反応ガスGRがウェーハWの裏面b側に流入することがなく、ウェーハWの裏面b側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを確実に防止できる。その結果、ウェーハWの厚みの面内均一性を高く保つことができ、デバイスを形成した際に歩留まりを向上させることが可能になる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, the
また、図4に示すように、ウェーハ支持面32は、水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲θで、ウェーハポケット31の中心方向に向かって下がるよう傾斜させたので、ウェーハWが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面32の縁部(エッジ)32aがウェーハWの裏面bに接することがない。これにより、ウェーハWの外周縁部にウェーハ支持面32との接触によるリング状の接触傷が生じることを確実に防止することが可能になる。
Further, as shown in FIG. 4, the
サセプタ10のウェーハ支持面32を表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度10〜120μmの範囲に形成するには、ダイヤモンド工具による機械的研磨、SiC治具による共ズリ研磨、ショットブラストによるSiC粒吹き付け等の方法よって形成すればよい。
In order to form the
なお、サセプタ10は、更に全体の反り量が0〜0.2mmであればなお好ましい。
図12は、サセプタの反り量測定を示す説明図であり、断面図(a)、平面図(b)である。
この反り量は、図12に示すように、接触式の三次元測定器などを用いて、測定点Pとして、サセプタ10の裏面中心点、半径R/2の位置での同心円上の複数(8箇所)の点、および外縁での同心円上の複数(8箇所)の点からなる仮想平面を算出し、その変化量(最大値−最小値)を示したものである。即ち、サセプタ10全体のうねり量を表しているものである。
The
FIG. 12 is an explanatory view showing the measurement of the amount of warpage of the susceptor, and is a sectional view (a) and a plan view (b).
As shown in FIG. 12, the amount of warpage is determined by using a contact-type three-dimensional measuring instrument or the like as a measurement point P as a plurality of concentric circles (8 on the center of the back surface of the
再び図2を参照して、ウェーハポケット31には、ウェーハWが受容された際、ウェーハWの裏面b側となる位置に、ウェーハポケット31の外部と繋がる流体通路35の一方の開口端35aが形成されている。流体通路35の他方の開口端35bはサセプタ10の外側に形成されている。
Referring to FIG. 2 again, in the
流体通路35は、サセプタ10の円周方向に複数個形成されていればよい。この流体通路35には、ウェーハWの気相成長時にキャリアガスが流される。これにより、ウェーハWの加熱によってウェーハWの裏面bからドーパントが放出されても、このドーパントをウェーハWの表面s側に廻り込ませることなく、サセプタ10の下面から、つまり、流体通路35aを通過して流体出口35bから排出させることができる。
A plurality of
なお、流体通路35は、図2に示すような形態に限定されない。以下、図5にサセプタ101に形成した流体通路の様々な形態を示す。図5(a)に示す流体通路105は、一端105aがウェーハポケット103aに開口するとともに、他端105bがサセプタ101の側面106に開口するように構成されている。この例の流体通路105によれば、加熱装置からの輻射熱がウェーハWの裏面に直接照射されるのをさらに防止することができる。
The
図5(b)に示す流体通路105は、一端105aがウェーハポケット103aに開口するとともに、他端105bがサセプタ101の裏面104であってウェーハポケット103aの縦壁面より外側に開口するように構成されており、流体通路105の形状が直線状ではなく屈折した非直線状に形成されている。したがって、加熱装置からの輻射熱は流体通路105の途中まで入り込むものの、この輻射熱は流体通路105の屈折部分で遮蔽され、それ以上ウェーハWの裏面方向へは向かわないこととなる。
The
図5(c)に示す流体通路105は、一端105aがウェーハポケット103aに開口するとともに、他端105bがサセプタ101の裏面104であってウェーハポケット103aより外側に開口するように構成され、さらに流体通路105の途中に屈折部分を有する点で図5(b)に示す例と共通するが、一端105a側の流体通路105の内径に比べて、他端105b側の流体通路105の内径が大きく形成されている。
The
図5(d)に示す流体通路105は、一端105aがウェーハポケット103aに開口するとともに、他端105bがサセプタ101の裏面104であってウェーハポケット103aより外側に開口する点で図5(c)に示す例と共通するが、流体通路105が直線状に形成されている点が相違する。
The
図5(e)に示す例は、流体通路105の内径を小さくする代わりに、一端105aの開口をウェーハポケット103aの縦壁面の上下に並べるように流体通路105を上下に並べて形成したものである。
In the example shown in FIG. 5 (e), instead of reducing the inner diameter of the
図5(f)に示す流体通路105は、一端105aがウェーハポケット103aに開口するとともに、他端105bがサセプタ101の裏面104であってウェーハポケット103aより外側に開口する点で図5(b),(c)に示す例と共通し、また流体通路105が直線状に形成されている点で図5(d)に示す例と共通するが、ウェーハポケット103aの床面103bの外周に凹部103cが形成されている点と、ウェーハポケット103aの床面103bは上述した図5(a)〜(e)の実施形態に比べて浅く形成されている点が相違する。そして、流体通路105の一端105aはこの凹部103cに相当するウェーハポケット103aの縦壁面に開口している。
The
なお、ウェーハポケット103aの凹部103cは外周の全周にわたって連続的に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。本例の流体通路105も、下方に設けられた加熱装置からの輻射熱が流体通路105を介してウェーハWの裏面に直接照射されない形状とされている。このようにウェーハポケット103aの床面103bを浅く形成すると、サセプタ101の裏面からの輻射熱がウェーハWの内周部に伝達されやすくなり、ウェーハWの外周部との温度差が小さくなる。その結果、温度差による熱応力が原因の一つと推察されるウェーハのスリップ転移が抑制できる。
The
図5(g)に示す流体通路105は、ウェーハポケット103aの外周に凹部103cが形成されている点で図5(f)に示す例と共通するが、この凹部103cは、外側に向かって下側に傾く傾斜面のみで構成されている。そして、流体通路105の一端105aは、この傾斜面からなる凹部103cに相当するウェーハポケット103aに開口している。なお、ウェーハポケット103aの凹部103cは外周の全周にわたって連続的に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。本例の流体通路105も、下方に設けられた加熱装置からの輻射熱が流体通路105を介してウェーハWの裏面に直接照射されない形状とされている。
The
図5(h)に示す流体通路105は、ウェーハポケット103aの外周に凹部103cが形成されている点で図5(f)に示す例と共通するが、この凹部103cは、ウェーハポケット103aの縦壁面に加えて、これに対向する対向縦壁面103dを有する点が相違する。また、ウェーハポケット103aの床面103bは図5(f),(g)の実施形態と同様に浅く形成されている。
The
そして、流体通路105の一端105aはこの凹部103cの対向縦壁面103dに開口し、他端105bはサセプタ101の裏面104であってウェーハポケット103aより内側に開口し、流体通路105は直線状に形成されている。なお、ウェーハポケット103aの凹部103cは外周の全周にわたって連続的に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。本例の流体通路105も、下方に設けられた加熱装置からの輻射熱が流体通路105を介してウェーハWの裏面に直接照射されない形状とされている。
One
さらに、これらの流体通路以外にも、ウェーハポケットの中心位置寄りに開口された他の流体通路を設けることも可能である。 Further, in addition to these fluid passages, other fluid passages opened near the center position of the wafer pocket can be provided.
なお、上述した実施形態では枚葉式の気相成長装置を例に挙げて本発明を説明したが、本発明のサセプタはこれに限定されるものではなく、従来から実施されている複数枚のウェーハを一度に処理するバッチ式気相成長装置にも適用可能なことは言うまでもない。 In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking a single-wafer type vapor phase growth apparatus as an example. However, the susceptor of the present invention is not limited to this, and a plurality of conventional susceptors have been implemented. Needless to say, the present invention is also applicable to a batch type vapor phase growth apparatus that processes wafers at a time.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、例えば、従来の枚葉式の気相成長装置のサセプタに代えて、上述した本発明に係る気相成長装置のサセプタを用いることで実現される。図2に示したサセプタ10のウェーハ支持面32にウェーハWを水平に載置し、加熱装置6a,6bによってウェーハWを所定の温度まで加熱しつつ、反応ガスGRを流すことによって、ウェーハWの表面にエピタキシャル膜を形成することができる。
The epitaxial wafer manufacturing method of the present invention can be realized, for example, by using the above-described susceptor of the vapor phase growth apparatus according to the present invention instead of the susceptor of the conventional single wafer type vapor phase growth apparatus. The wafer W is placed horizontally on the
このエピタキシャル膜の形成時において、ウェーハWを支持しているウェーハ支持面32が、表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度120μm以下に形成されているので、ウェーハWの裏面bとの接触部分に隙間が生じることなく密着する。これにより、反応ガスGRがウェーハWの裏面b側に流入するのを防ぎ、ウェーハWの裏面b側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを防止する。よって、厚みの面内均一性が高く保たれた、エピタキシャルウェーハを得ることができる。
At the time of forming this epitaxial film, the
また、ウェーハ支持面32は水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲θで、ウェーハポケット31の中心方向に向かって下がるよう傾斜しているので、ウェーハWが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面32の縁部32aがウェーハWの裏面bに接することがない。これにより、ウェーハWの外周縁部にウェーハ支持面32との接触によるリング状の接触傷などのない、エピタキシャルウェーハを得ることができる。
Further, since the
本発明の気相成長装置用サセプタについて検証した。まず、ウェーハ支持面の平面度と、ウェーハの裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みとの関係を測定した。測定にあたって、ウェーハ支持面の平面度は、サセプタの中心から段差の幅の中央である148mmの位置での測定値とした。また、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みは、ウェーハ中心から148mm外側の位置を測定した。ウェーハ支持面の平面度を段階的に変化させたサセプタを用いてウェーハにエピタキシャル膜を形成したときの、ウェーハ支持面の平面度と、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みとの関係の測定結果を図6に示す。 The susceptor for the vapor phase growth apparatus of the present invention was verified. First, the relationship between the flatness of the wafer support surface and the thickness of the epitaxial film formed on the back side of the wafer was measured. In the measurement, the flatness of the wafer support surface was measured at a position of 148 mm, which is the center of the step width from the center of the susceptor. Further, the thickness of the epitaxial film on the wafer back surface was measured at a position 148 mm outside from the wafer center. The measurement results of the relationship between the flatness of the wafer support surface and the thickness of the epitaxial film on the back side of the wafer when an epitaxial film is formed on the wafer using a susceptor in which the flatness of the wafer support surface is changed stepwise. As shown in FIG.
図6に示す結果によれば、ウェーハ支持面の平面度が120μmを超えると、ウェーハ裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みが急激に増加することが判明した。ウェーハ支持面の平面度を120μm以下に抑えることにより、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の膜厚を低く抑えられることが確認された。 According to the results shown in FIG. 6, it was found that when the flatness of the wafer support surface exceeds 120 μm, the thickness of the epitaxial film formed on the wafer back surface side increases rapidly. It was confirmed that the film thickness of the epitaxial film on the back side of the wafer can be kept low by suppressing the flatness of the wafer support surface to 120 μm or less.
次に、ウェーハ支持面の表面粗さ(Ra)と、ウェーハの裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みとの関係を測定した。測定にあたって、ウェーハ支持面の表面粗さ(Ra)は、サセプタの中心から148〜149mmの位置での幅1mmの面積の測定値とした。また、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みは、ウェーハ中心から148mm外側の位置を測定した。ウェーハ支持面の平面度を10μm,80μm,120μmとしたときの、ウェーハ支持面の表面粗さ(Ra)と、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みとの関係の測定結果を図7に示す。 Next, the relationship between the surface roughness (Ra) of the wafer support surface and the thickness of the epitaxial film formed on the back surface side of the wafer was measured. In the measurement, the surface roughness (Ra) of the wafer support surface was a measured value of an area having a width of 1 mm at a position of 148 to 149 mm from the center of the susceptor. Further, the thickness of the epitaxial film on the wafer back surface was measured at a position 148 mm outside from the wafer center. FIG. 7 shows the measurement results of the relationship between the surface roughness (Ra) of the wafer support surface and the thickness of the epitaxial film on the wafer back surface when the flatness of the wafer support surface is 10 μm, 80 μm, and 120 μm.
図7に示す結果によれば、ウェーハ支持面の表面粗さ(Ra)が3μmを超えると、ウェーハ裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みが急激に増加することが判明した。また、ウェーハ支持面の平面度が高いほどウェーハ裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みが低く抑えられる傾向が確認された。 According to the results shown in FIG. 7, it was found that when the surface roughness (Ra) of the wafer support surface exceeds 3 μm, the thickness of the epitaxial film formed on the wafer back surface side increases rapidly. Further, it was confirmed that the higher the flatness of the wafer support surface, the lower the thickness of the epitaxial film formed on the wafer back surface side.
次に、本発明の気相成長装置用サセプタを用いてエピタキシャル膜を形成したウェーハの、裏面側におけるエピタキシャル膜の膜厚の同心円上での分布(ばらつき)を測定した。測定にあたって、ウェーハ支持面を、平面度120μm,表面粗さ(Ra)2.5μm,水平面に対する傾斜角度1.43°とした本発明のサセプタを用意した。比較のため、ウェーハ支持面を、平面度300μm,表面粗さ(Ra)2.5μm,水平面に対する傾斜角度1.43°とした従来のサセプタを用意した。 Next, the distribution (variation) on the concentric circles of the thickness of the epitaxial film on the back surface side of the wafer on which the epitaxial film was formed using the susceptor for the vapor phase growth apparatus of the present invention was measured. In the measurement, a susceptor of the present invention was prepared in which the wafer support surface had a flatness of 120 μm, a surface roughness (Ra) of 2.5 μm, and an inclination angle of 1.43 ° with respect to a horizontal plane. For comparison, a conventional susceptor was prepared in which the wafer support surface had a flatness of 300 μm, a surface roughness (Ra) of 2.5 μm, and an inclination angle of 1.43 ° with respect to the horizontal plane.
この本発明と従来のサセプタをそれぞれ用いてウェーハにエピタキシャル膜を形成した。そして、このそれぞれのエピタキシャル膜を形成したウェーハの裏面における、エッジから2mm内側の同心円上で、10°刻みで裏面のエピタキシャル膜の厚みを測定した(但し、360°(0°)位置は、ノッチが形成されているので測定しなかった)。本発明と従来のサセプタによるウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みの測定結果を図8に示す。
An epitaxial film was formed on the wafer using the present invention and a conventional susceptor, respectively. Then, the thickness of the epitaxial film on the back surface was measured in 10 ° increments on a
図8に示す結果によれば、ウェーハ支持面の平面度が高い(120μm)本発明のサセプタでエピタキシャル膜を形成したウェーハは、裏面に形成されるエピタキシャル膜が最大でも30μm未満であり、かつ、形成されたエピタキシャル膜の膜厚の最大値と最小値との差が10μm程度であり、外縁部においても厚みの均一性に優れたウェーハを得られることが確認された。一方、ウェーハ支持面の平面度が低い(300μm)従来のサセプタでエピタキシャル膜を形成したウェーハは、裏面に最大で150μmを超えるエピタキシャル膜が形成され、しかも、形成されたエピタキシャル膜の膜厚の最大値と最小値との差が50μmを超えるなど、ウェーハ外縁での厚みの均一性に問題があった。 According to the result shown in FIG. 8, the wafer formed with the epitaxial film with the susceptor of the present invention having a high flatness of the wafer support surface (120 μm) has an epitaxial film formed on the back surface of less than 30 μm at the maximum, and The difference between the maximum value and the minimum value of the thickness of the formed epitaxial film is about 10 μm, and it was confirmed that a wafer having excellent thickness uniformity can be obtained even at the outer edge. On the other hand, a wafer having an epitaxial film formed with a conventional susceptor having a low flatness of the wafer support surface (300 μm) has an epitaxial film exceeding 150 μm at the maximum on the back surface, and the maximum film thickness of the formed epitaxial film. There was a problem in the uniformity of the thickness at the outer edge of the wafer, for example, the difference between the value and the minimum value exceeded 50 μm.
次に、ウェーハ支持面の水平面に対する角度と、ウェーハの裏面に生ずる傷、およびスリップの長さとの関係を調べた。測定にあたって、ウェーハ支持面の水平面に対する角度を0°(水平)から3.7°の範囲で段階的に変化させたサセプタを用意した。そして、それぞれのサセプタを用いてウェーハにエピタキシャル膜を形成した後、ウェーハ裏面とウェーハ支持面の縁部(エッジ)との接触によって生じた、ウェーハ裏面の傷およびスリップ長さを評価した。 Next, the relationship between the angle of the wafer support surface with respect to the horizontal plane and the scratches and slip lengths formed on the back surface of the wafer was examined. In the measurement, a susceptor was prepared in which the angle of the wafer support surface with respect to the horizontal plane was changed stepwise from 0 ° (horizontal) to 3.7 °. Then, after forming an epitaxial film on the wafer using each susceptor, scratches and slip lengths on the wafer back surface caused by contact between the wafer back surface and the edge of the wafer support surface were evaluated.
スリップの評価は、暗室内の集光灯下でウェーハ裏面を上にしてゆっくりと回転させながら、目視によってスリップの有無と、スリップがあった場合にはその長さ(1本あたりの長さとトータルの長さ)を確認した。また、傷の評価は、暗室内の集光灯下でウェーハ裏面を上にしてゆっくりと回転させながら、目視によって傷の有無とその個数を確認した。ウェーハ支持面の水平面に対する角度と、ウェーハの裏面に生ずる傷、およびスリップの長さとの関係の測定結果を図9に示す。 The evaluation of slip is based on the presence or absence of slip and the length of any slip (the length per one and total) while rotating slowly with the back of the wafer facing up under a condenser lamp in a dark room. Length). The scratches were evaluated by visually checking the presence and number of scratches while rotating slowly with the back of the wafer facing up under a condensing lamp in a dark room. FIG. 9 shows the measurement results of the relationship between the angle of the wafer support surface with respect to the horizontal plane, the scratches generated on the back surface of the wafer, and the slip length.
図9に示す結果によれば、ウェーハ支持面の水平面に対する角度が2.86°を超えるとスリップが発生し、角度の増加とともにその長さが長くなる。また、角度が0.40°以下では、ウェーハの裏面に傷が生じることが確認された。 According to the results shown in FIG. 9, slip occurs when the angle of the wafer support surface with respect to the horizontal plane exceeds 2.86 °, and the length increases as the angle increases. Further, it was confirmed that scratches were generated on the back surface of the wafer when the angle was 0.40 ° or less.
10 サセプタ、31 ウェーハポケット、32 ウェーハ支持面。
10 susceptors, 31 wafer pockets, 32 wafer support surfaces.
Claims (6)
前記半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタを有し、
前記ウェーハポケットの周縁部には、前記半導体ウェーハ裏面側の外周縁部とその全周で接して前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面が設けられ、
前記ウェーハ支持面は、前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で下がるように傾斜していることを特徴とする気相成長装置。 A vapor phase growth apparatus for forming a film on a semiconductor wafer surface,
A vapor phase growth apparatus susceptor having a wafer pocket for receiving the semiconductor wafer;
The peripheral edge of the wafer pocket is provided with a substantially ring-shaped wafer support surface that supports the semiconductor wafer in contact with the outer peripheral edge of the semiconductor wafer back side and the entire periphery thereof,
The vapor phase growth apparatus characterized in that the wafer support surface is inclined toward the center of the wafer pocket so as to fall in an angle range of 2.86 ° to 0.40 ° with respect to a horizontal plane.
前記ウェーハポケットは、前記半導体ウェーハの裏面の外周縁部で接して、前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面を備え、
前記ウェーハ支持面は、表面粗さ0.1μm〜3.0μm、平面度10〜120μmの範囲であり、かつ前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して2.86°〜0.40°の角度範囲で下がるように傾斜している気相成長装置用サセプタを用いて、半導体ウェーハの一面にエピタキシャル成長層を形成したことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
An epitaxial wafer manufacturing method using a susceptor for a vapor phase growth apparatus in which a wafer pocket for receiving a semiconductor wafer is formed in a vapor phase growth apparatus,
The wafer pocket is provided with a substantially ring-shaped wafer support surface that contacts the outer peripheral edge of the back surface of the semiconductor wafer and supports the semiconductor wafer,
The wafer support surface has a surface roughness of 0.1 μm to 3.0 μm, a flatness of 10 μm to 120 μm, and is 2.86 ° to 0.40 ° with respect to a horizontal plane toward the center of the wafer pocket. An epitaxial wafer manufacturing method, wherein an epitaxial growth layer is formed on one surface of a semiconductor wafer using a susceptor for a vapor phase growth apparatus that is inclined so as to fall within an angle range of.
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