JP2010028034A

JP2010028034A - 気相成長装置用のサセプタ、気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP2010028034A
Application number: JP2008191035A
Authority: JP
Inventors: Shoji Nogami; 彰二野上
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】半導体ウェーハが載置されていないサセプタの上面での反応ガスの消費を抑制することでエピタキシャル層の厚さを均一にすること。
【解決手段】本発明の気相成長装置用のサセプタ２は、半導体ウェーハＷを載置する少なくとも一つの凹状のウェーハ載置部を上面に有する気相成長装置用のサセプタ２であって、半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層ＥＰを成長させる反応ガスと反応しない非エピタキシャル成長領域２２が前記サセプタ２の上面に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、気相成長装置用のサセプタ、気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

エピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させたものである。近年、半導体デバイスの集積度、デザインルール（微細化パターン）の微細化等に伴い、高平坦度で高精度なエピタキシャルウェーハが求められている。エピタキシャルウェーハを製造するために、エピタキシャル層を半導体ウェーハの主表面に成長させる気相成長装置が使用されている。

気相成長装置によれば、例えば、以下の手順により半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させることができる。内部に円盤状の回転可能なサセプタを有し、内部に反応ガスを供給可能な反応容器におけるサセプタの上に少なくとも一つの半導体ウェーハを載置する。サセプタの上面は凹状のウェーハ載置部を少なくとも一つ有しており、各ウェーハ載置部に半導体ウェーハを載置し、反応容器の外面に配置したヒータにて半導体ウェーハを加熱しながら、反応容器の内部を通過する反応ガスと半導体ウェーハとを反応させ、半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させる。反応ガスは、反応ガス供給管より反応容器の内部に供給され、反応ガス排出管より反応容器の外に排出される。

しかし、反応ガスは、半導体ウェーハの主表面上で反応して消費されると共に、半導体ウェーハが載置されていないサセプタの上面でも消費されるので、反応ガス供給管付近から反応ガス排出管付近にかけて反応ガスの濃度が減少する。エピタキシャル層を成長させる際、エピタキシャル層の厚さを均一にするためにサセプタを回転させているが、このような回転によってもエピタキシャル層の厚さを均一にするには不十分である。

ところで、例えば、反応ガスをサセプタの周囲に配置された堤部材の外周面に当てるように供給することで反応ガス流を分散させて反応ガスの濃度分布を均一化し、この分散させた反応ガスを半導体ウェーハの主表面に沿って流すことでエピタキシャル層の厚さを均一にする方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−２０３８６６号公報

しかし、特許文献１に記載の方法は、半導体ウェーハが載置されていないサセプタの上面でも反応ガスが消費されてしまう問題を解決していない。また、特許文献１では枚葉式のサセプタを使用する場合のみ開示されており、枚葉式と比べて装置が大きいバッチ式のサセプタを使用する場合は具体的に開示されていない。

したがって、本発明は、エピタキシャル層の厚さを均一にすることができる気相成長装置用のサセプタ、気相成長装置及び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。

（１）本発明の気相成長装置用のサセプタは、半導体ウェーハを載置する少なくとも一つの凹状のウェーハ載置部を上面に有する気相成長装置用のサセプタであって、該サセプタの上面には、エピタキシャル成長用の反応ガスと反応しない非エピタキシャル成長領域が設けられていることを特徴とする。

（２）前記非エピタキシャル成長領域は、石英で構成されることが好ましい。

（３）本発明の気相成長装置は、前記サセプタを備える気相成長装置である。

（４）本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、半導体ウェーハを載置する少なくとも一つの凹状のウェーハ載置部を上面に有する気相成長装置用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であって、前記サセプタの上面には、エピタキシャル成長用の反応ガスと反応しない非エピタキシャル成長領域が設けられており、前記半導体ウェーハを前記ウェーハ載置部に載置する工程と、前記反応ガスを供給し、前記半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させる工程と、を備えることを特徴とする。

（５）前記サセプタの上面には、前記ウェーハ載置部とは異なる凹部が設けられており、該凹部に前記エピタキシャル成長用の反応ガスと反応しない部材を載置することで、前記サセプタの上面に前記非エピタキシャル成長領域を設けることが好ましい。

本発明の気相成長装置用のサセプタによれば、半導体ウェーハが載置されていないサセプタの上面での反応ガスの消費を抑制することでエピタキシャル層の厚さを均一にすることができる。

以下、本発明のサセプタ及び気相成長装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明の気相成長装置の一実施形態について説明する。本発明のサセプタの一実施形態は、本実施形態の気相成長装置の一部を構成している。図１は、本発明の気相成長装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。図２は、図１のサセプタの一実施形態を模式的に示す平面図である。なお、図１のサセプタの断面は、図２のＸ−Ｘ´断面である。

本実施形態の気相成長装置１は、複数枚の半導体ウェーハＷを処理するバッチ式のサセプタ２を備える気相成長装置である。図１に示すように、シリコンウェーハからなる半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層ＥＰを気相成長させて、エピタキシャルウェーハＥＷを製造する装置である。この気相成長装置１は、サセプタ２と、反応容器３と、加熱装置４とを備える。

図１及び図２に示すように、サセプタ２は、少なくとも一つの半導体ウェーハＷを載置する部材であり、反応容器３の内部に設置される。サセプタ２は、回転軸Ｒに連なるサセプタ支持部３４によって、その下面が支持され、回転軸Ｒの駆動により回転する。サセプタ２の材質は特に限定されないが、例えば炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティングしたものが好ましい。また、サセプタ２の上面には、エピタキシャル成長が起きない非エピタキシャル成長領域２２が設けられている。

サセプタ２へ半導体ウェーハＷを搬入する方式、サセプタ２から半導体ウェーハＷを搬出する方式としては特に限定されず、例えば、ベルヌイチャックを用いて搬送治具の昇降により半導体ウェーハＷを移載するものや、半導体ウェーハＷの下面をピンで支持してピンの昇降により半導体ウェーハＷを移載するもの等が挙げられる。サセプタ２の詳細については後述する。

反応容器３は、その内部にサセプタ２が設置され、その内部に反応ガスを供給可能に構成されている。そして、反応容器３は、サセプタ２の上に載置された半導体ウェーハＷに反応ガスを供給することで、半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層ＥＰを成長させる。この反応容器３は、上側ドーム３１と、下側ドーム３２と、ドーム取付体３３と、サセプタ支持部３４とを備える。

上側ドーム３１及び下側ドーム３２は、石英等の透光性部材から構成されている。

ドーム取付体３３は、上方及び下方が開放された略筒状部材から構成され、上方側の開口部分及び下方側の開口部分にて上側ドーム３１及び下側ドーム３２を支持する。

このドーム取付体３３の側面には、反応ガス供給管３３１が設けられており、反応ガス供給管３３１に対向するドーム取付体３３の側面には、反応ガス排出管３３２が設けられている。反応ガス供給管３３１及び反応ガス排出管３３２は、反応容器３の内部と反応容器３の外部とを連通するように形成されている。

反応ガス供給管３３１からは、反応ガスが反応容器３の内部に供給される。反応ガスは、例えば、ＳｉＨＣｌ_３のＳｉソースを水素ガスで希釈し、それにドーパントを微量混合してなる。供給された反応ガスは、サセプタ２に載置された半導体ウェーハＷの主表面を水平に通過した後、反応ガス排出管３３２から反応容器３の外に排出される。

サセプタ支持部３４は、石英等の透光性部材から構成され、図１に示すように、反応容器３の下側ドーム３２の略中央部分から反応容器３の内部に突出し、サセプタ２を水平状態で反応容器３の内部に支持する。そして、サセプタ支持部３４は、例えば、制御装置（図示せず）による制御の下、回転軸Ｒを中心として回転自在に構成されている。

加熱装置４は、反応容器３の上方側及び下方側にそれぞれ配設され、反応容器３の上側ドーム３１及び下側ドーム３２を介して、サセプタ２及びその上に載置された半導体ウェーハＷを放射熱により加熱し、半導体ウェーハＷを所定温度に設定するものである。この加熱装置４としては、例えば、ハロゲンランプや赤外ランプ等を採用できる。また、加熱装置４としては、放射熱により加熱するものの他、誘導加熱により半導体ウェーハＷを加熱する高周波加熱方式を採用してもよい。

以下、サセプタ２について詳述する。図１及び図２に示すように、サセプタ２の上面には、半導体ウェーハＷの直径よりも大きい径の凹部からなるウェーハ載置部２１が少なくとも一つ形成されている（本実施形態では五つのウェーハ載置部２１が形成されている。）。このウェーハ載置部２１は、第１凹部２１１と、第２凹部２１２とからなる。第１凹部２１１は、サセプタ２の上面から下側に凹んだ円形の凹部である。第２凹部２１２は、第１凹部２１１よりも小径で第１凹部２１１の底面から下側に凹んでおり、かつ、第１凹部２１１と同心の円形の凹部である。また、第２凹部２１２の外周縁側の位置に、第１凹部２１１の底面で半導体ウェーハＷを支持するウェーハ支持部２１３が形成されている。

半導体ウェーハＷは、ウェーハ支持部２１３で支持されることでウェーハ載置部２１の内側に載置される。なお、ウェーハ支持部２１３は、第１凹部２１１の外周側から第２凹部２１２の外周側にかけて下方に傾斜する形状にして半導体ウェーハＷの外周縁部を線接触で支持するようにしてもよい。

本発明者は、鋭意研究の結果、エピタキシャル成長用の反応ガスと反応しない非エピタキシャル成長領域をサセプタの上面に設けることで、各半導体ウェーハＷのエピタキシャル層ＥＰの厚さを均一にすることができることを知見した。すなわち、選択エピタキシャル成長法を利用することで、半導体ウェーハＷのエピタキシャル層ＥＰの厚さを均一にすることができる。ここで、選択エピタキシャル成長法とは、酸化膜、窒化膜等の絶縁体や絶縁膜で覆われた表面は諸条件により反応ガスと反応しないことを利用して、絶縁体や絶縁膜で覆われていない半導体ウェーハＷの主表面のみにエピタキシャル層ＥＰを成長させる方法である。

非エピタキシャル成長領域２２は反応ガスと反応しないように、反応ガスの成分によって非エピタキシャル成長領域２２の材質等を適宜変更する必要がある。

例えば、選択エピタキシャル成長の選択性を向上させるために塩化水素ガスを含有させた反応ガスを供給する場合、上記絶縁体や絶縁膜としてＳｉＯ_２（石英）膜を使用することが好ましい。半導体ウェーハＷの主表面は反応ガスと反応し、主表面上にエピタキシャル層が形成されるが、ＳｉＯ_２膜は塩化水素ガスと反応するので反応ガスとは反応せず、ＳｉＯ_２膜上にエピタキシャル層ＥＰが成長しない。このため、ＳｉＯ_２膜上で反応ガスが消費されることはない。

本発明のサセプタ２の一実施形態として、図２に示すように、上記絶縁体や絶縁膜に相当する非エピタキシャル成長領域２２をサセプタ２の上面の外周縁部に設けることで、サセプタ２の外周縁部で反応ガスが消費されることを抑制することができる。

したがって、半導体ウェーハＷの主表面に反応ガスをムラなく反応させることができ、バッチ式のサセプタ２を用いても各半導体ウェーハＷの主表面に成長するエピタキシャル層ＥＰは略均一の厚さを有する。

図２に示したように、非エピタキシャル成長領域２２をサセプタ２の上面の外周縁部に設ける以外に、例えば、図３〜図６に示すように、非エピタキシャル成長領域２２をサセプタ２の上面の中心部付近等に設けてもよい。

また、サセプタ２の上面にウェーハ載置部２１とは異なる凹部を設け、反応ガスと反応しない絶縁体で構成される部材または絶縁膜で被覆されている部材を凹部に載置することで、反応ガスの消費を抑制するようにしてもよい。さらに、絶縁膜等で被覆された半導体ウェーハを部材として載置してもよい。

次に、エピタキシャルウェーハの製造方法の一実施形態について説明する。本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前述した気相成長装置１を用いて実施される。

本実施形態においては、図２〜図６に示すような非エピタキシャル成長領域２２が上面に設けられているサセプタ２のウェーハ載置部２１に半導体ウェーハＷを載置する。半導体ウェーハＷをウェーハ載置部２１に載置させる方法は、特に限定されず、公知の種々の方法で半導体ウェーハＷを載置させることができる。

半導体ウェーハＷをウェーハ載置部２１に載置した後、半導体ウェーハＷの主表面の上にエピタキシャル層ＥＰを形成させる。エピタキシャル成長は、反応ガスを反応ガス供給管３３１から反応容器３の内側へ導入し、例えば、１０００〜１２００℃の高温に熱せられた半導体ウェーハＷの主表面に反応ガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを成長させる。エピタキシャル成長は、エピタキシャル層ＥＰの厚さが２〜１０μｍとなるように、反応速度が０．５〜６．０μｍ／分となるように行う。反応ガスは、例えば、ＳｉソースであるＳｉＨＣｌ_３を水素ガスと塩化水素ガスとを混合してなる。また、必要に応じてドーパントガスを混合させてもよい。

上述したように、非エピタキシャル成長領域２２の上面にはエピタキシャル層ＥＰが成長しない。非エピタキシャル成長領域２２をサセプタ２の上面に設けることで、サセプタ２の外周縁部で反応ガスが消費されることを抑制することができる。

したがって、半導体ウェーハＷの主表面に反応ガスをムラなく反応させることができ、半導体ウェーハＷの主表面に厚さが均一なエピタキシャル層ＥＰが成長し、エピタキシャルウェーハＥＷが得られる。

なお、上面に非エピタキシャル成長領域２２が設けられていないサセプタ２を用いる場合、サセプタ２の上面に凹部を設け、反応ガスと反応しない絶縁体で構成される部材または絶縁膜で被覆されている部材を凹部に載置することで、反応ガスの消費を抑制するようにしてもよい。さらに、絶縁膜等で被覆された半導体ウェーハを部材として載置してもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

例えば、上述した実施形態では、本発明の気相成長装置をバッチ式のサセプタ２を有する気相成長装置１に適用したものであるが、本発明の気相成長装置はこれに限定されるものではなく、例えば、一枚の半導体ウェーハＷを処理する枚葉式のサセプタを有する気相成長装置にも適用することができる。

また、例えば、サセプタ２のウェーハ載置部２１は、第２凹部２１２を有していなくてもよい。すなわち、ウェーハ載置部２１は、１段の凹部でもよい。

本発明の気相成長装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。本発明のサセプタの一実施形態を模式的に示す平面図である。非エピタキシャル成長領域をサセプタの上面に設けた一例を模式的に示す平面図である。非エピタキシャル成長領域をサセプタの上面に設けた一例を模式的に示す平面図である。非エピタキシャル成長領域をサセプタの上面に設けた一例を模式的に示す平面図である。非エピタキシャル成長領域をサセプタの上面に設けた一例を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１気相成長装置
２サセプタ
２１ウェーハ載置部
２２非エピタキシャル成長領域
３反応容器
４加熱装置
ＥＰエピタキシャル層
ＥＷエピタキシャルウェーハ
Ｗ半導体ウェーハ

Claims

半導体ウェーハを載置する少なくとも一つの凹状のウェーハ載置部を上面に有する気相成長装置用のサセプタであって、
該サセプタの上面には、エピタキシャル成長用の反応ガスと反応しない非エピタキシャル成長領域が設けられている気相成長装置用のサセプタ。
前記非エピタキシャル成長領域は、石英で構成される請求項１に記載の気相成長装置用のサセプタ。
請求項１または２に記載のサセプタを備える気相成長装置。
半導体ウェーハを載置する少なくとも一つの凹状のウェーハ載置部を上面に有する気相成長装置用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であって、
前記サセプタの上面には、エピタキシャル成長用の反応ガスと反応しない非エピタキシャル成長領域が設けられており、
前記半導体ウェーハを前記ウェーハ載置部に載置する工程と、
前記反応ガスを供給し、前記半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させる工程と、を備えるエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記サセプタの上面には、前記ウェーハ載置部とは異なる凹部が設けられており、該凹部に前記エピタキシャル成長用の反応ガスと反応しない部材を載置することで、前記サセプタの上面に前記非エピタキシャル成長領域を設ける請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。