JP2010034185A

JP2010034185A - 気相成長装置用のサセプタ及びエピタキシャルウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP2010034185A
Application number: JP2008193208A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ishibashi; 昌幸石橋
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】ウェーハ載置部にスリップ欠陥の原因となるような溝を設けることなく、ウェーハの位置安定性を向上することのできる気相成長装置用のサセプタを提供すること、及びそのようなサセプタを使用したエピタキシャルウェーハの製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体ウェーハ８を載置する凹状のウェーハ載置部７を上面に有し、ウェーハ載置部７のうち、少なくとも半導体ウェーハ８と接する部分にはＳｉＣ膜が形成されており、前記ＳｉＣ膜は結晶粒の平均粒径が１〜５０μｍであり、かつ、表面粗さ（Ｒａ）が２〜１０μｍである気相成長装置用のサセプタ３を使用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウェーハにエピタキシャル層を形成させたエピタキシャルウェーハの製造に使用される気相成長装置用のサセプタ、及び当該気相成長装置用のサセプタを使用したエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」ともいう）へエピタキシャル層を成長させるためには、一般に加熱方法や気相成長装置用のサセプタ（以下、単に「サセプタ」ともいう）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。この中で、従来は生産性の問題により円形平板上のサセプタを下側から加熱する縦型気相成長装置や、樽型のサセプタを側面のランプにより加熱するバレル型気相成長装置が多用されてきた。

しかし、現状ではエピタキシャル層に要求される品質が年々厳しくなり、従来の縦型やバレル型気相成長装置では対応できなくなる傾向があり、最近は枚葉型の気相成長装置が注目されている。
一般に、横型枚葉式の気相成長装置は、石英製で通路状のチャンバーの中に黒鉛の母材にＳｉＣをコートした円盤状のサセプタが設置されており、当該サセプタに設けられた凹状のウェーハ載置部に半導体ウェーハを載せ、サセプタの表裏両面に配置したランプにより当該半導体ウェーハを加熱しつつ、石英製チャンバーの一方に設置し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。

この円盤状のサセプタを使用してエピタキシャル成長を行う気相成長装置において、ウェーハをサセプタ上に自動搬送する際にベルヌーイチャック等の搬送手段が使用される。この場合、約１０ｍｍの高さからウェーハをサセプタ上に落とすため、ウェーハとサセプタの間の空気が速やかに抜けずに、ウェーハがサセプタ上で滑りやすい状態になる。このような状態になると、ウェーハの一端がウェーハ載置部の内周面に接触することがあり、次のような問題を生じる場合がある。

エピタキシャル成長を用いるウェーハの用途として、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｅｒ）に代表されるパワーデバイスが挙げられる。このようなパワーデバイス向けエピタキシャルウェーハの製造では、エピタキシャル層の厚さが大きく、１００μｍ程度に達することも少なくない。こうした厚い層を成長させる際に、上記のようにウェーハの一端がウェーハ載置部の内周面に接触していると、ウェーハ載置部の内周面とウェーハの外周面との間にブリッジと呼ばれる両者に跨った析出物が成長し、両者が固着する現象、すなわちスティッキング現象が発生しやすい。この現象が生じると、エピタキシャル成長後にサセプタからウェーハを取り出すときに、固着している成長膜を剥がさなければならず、その際にウェーハにクラックが生じたり、サセプタのＳｉＣ膜が剥離してサセプタを破損したりすることがある。このようなことが起こると、半導体ウェーハの歩留まりの低下や生産ラインのストップ等好ましくない状況につながるので問題である。

また、ウェーハをサセプタに搬送した際に上記のようなウェーハとウェーハ載置部の内周面との間の接触がなかったとしても、エピタキシャル成長中にウェーハはサセプタの回転によって遠心力を受け、それが原因となってウェーハの外周面とウェーハ載置部の内周面とが接触する場合もある。そのような場合にも、上記のようなスティッキング現象が発生しやすい。

こうしたウェーハの外周面とウェーハ載置部の内周面との接触に伴うスティッキング現象を回避するために、例えば特許文献１には、ウェーハ載置部の底面外周部に、放射状、十字状、同心円状等の溝を形成させて、ウェーハとサセプタとの間に存在する空気を追い出す方法が提案されている。
特開平７−５８０３５号公報

このような方法を採用すれば、確かに、ウェーハをサセプタに自動搬送した際の滑りを抑制し、ウェーハの位置安定性を向上することができるので、スティッキング現象の抑制には効果がある。しかし、ウェーハが載置されるウェーハ載置部に放射状、十字状、同心円状等の溝を形成させた場合、溝の無い場所ではウェーハとサセプタとが接触する一方で、溝の有る場所ではウェーハとサセプタとが接触しないことになる。すると、ウェーハ上で温度分布にばらつきを生じることになり、ウェーハのスリップ欠陥を引き起こす原因となる。そして、そのようなウェーハを使用して半導体デバイスを作成すると、歩留まりの低下や特性が安定しない等という新たな問題を生じることになる。

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであり、ウェーハ載置部にスリップ欠陥の原因となるような溝を設けることなく、ウェーハの位置安定性を向上することのできる気相成長装置用のサセプタを提供すること、及びそのようなサセプタを使用したエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、ウェーハ載置部に溝を設けること無く、ウェーハの自動搬送時やエピタキシャル成長時にウェーハの位置安定性を向上することのできるサセプタを得ることを目的に、ウェーハ載置部の素材等について種々検討を行った結果、黒鉛の母材にＳｉＣコートを施す際、ウェーハ載置部であってウェーハと接する箇所のＳｉＣ粒子径を通常よりも大きくすることにより、ウェーハとサセプタとの間の摩擦を大きくすることができることを知見し、本発明を完成するに至った。

（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凹状のウェーハ載置部を上面に有し、前記ウェーハ載置部のうち、少なくとも半導体ウェーハと接する部分にはＳｉＣ膜が形成されており、前記ＳｉＣ膜は結晶粒の平均粒径が１〜５０μｍであり、かつ、表面粗さ（Ｒａ）が２〜１０μｍであることを特徴とする。

（２）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使用し、前記ウェーハ載置部に半導体ウェーハを載置する工程と、前記サセプタを回転しながら前記半導体ウェーハ上にエピタキシャル層を形成させる工程と、を有し、前記ウェーハ載置部のうち、少なくとも半導体ウェーハと接する部分にはＳｉＣ膜が形成されており、前記ＳｉＣ膜は結晶粒の平均粒径が１〜５０μｍであり、かつ、表面粗さ（Ｒａ）が２〜１０μｍであることを特徴とする。

本発明のサセプタを使用することにより、ウェーハ載置部にスリップ欠陥の原因となるような溝を設けることなく、ウェーハの位置安定性を向上することができる。また、そのようなサセプタを使用してウェーハにエピタキシャル成長を行うことにより、スティッキングの発生を抑制しながらエピタキシャルウェーハを得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明のサセプタ３を構成として含む気相成長装置の概略を表す側面図である。図２は同概略を表す平面図である。図３、図４はサセプタ３の機能を説明する拡大断面図である。

ここにおける気相成長装置は、シリコンウェーハ等半導体ウェーハのエピタキシャル成長に使用される横型装置である。この装置は、図１及び図２に示すように、チャンバー１内に石英製の反応管２を有しており、反応管２の一方から他方へ（図１では左方向から右方向へ）原料ガスを流通することができるようになっている。反応管２内には水平円盤型のサセプタ３が長手方向の中央部に位置して設けられるとともに、サセプタ３を長手方向の前後から挟むように水平な仕切り板６が設けられている。仕切り板６は原料ガスがサセプタ３の表面を流通するように、原料ガスの流れを規定している。

サセプタ３は、反応管２内に下方から挿入された支持軸４により水平に支持されており、支持軸４の回転により中心部の垂直軸周りに回転駆動される。反応管２の上方と下方には、反応管２内を所定温度に加熱する加熱用ランプ５が、サセプタ３を挟むようにして設けられている。

サセプタ３の上面には、凹状のウェーハ載置部７が設けられている。ウェーハ載置部７は、ウェーハ８を水平に収容する構成になっている。本実施形態は、ウェーハ８を１枚ずつエピタキシャル成長させる枚葉タイプの装置であり、ウェーハ載置部７がサセプタ３の中央に１つ設けられている。

サセプタ３は黒鉛母材にＳｉＣコーティングが施されたものである。ＳｉＣコーティングはＣＶＤ法により黒鉛母材上にＳｉＣ結晶膜を成長させることによってなされる。一般のサセプタ３は、ＳｉＣ結晶の平均粒径がおよそ０．１μｍであり、かつ、ＳｉＣ結晶膜の成長工程の後で表面研磨されて平坦化される。これに対して、本発明のサセプタ３は、ウェーハ載置部７のＳｉＣ結晶の平均粒径を１〜５０μｍとするとともに、かつ、その表面粗さ（Ｒａ）を２〜１０μｍに設定した点に特徴を有する。このように設定することにより、ウェーハ８とウェーハ載置部７との間に適度な摩擦が付与され、ウェーハ搬送時の滑りを防止し、エピタキシャル成長時のウェーハ８の位置安定性を向上することができる。平均粒径を１μｍ以上とすることにより、ウェーハ載置部７とウェーハ８との間の適度な摩擦を得ることができ、また、平均粒径を５０μｍ以下とすることにより、ウェーハ８上の温度分布の不均一によるスリップ転移を防止することができる。より好ましい平均粒径の範囲は１〜３０μｍである。

以上の条件を満たすことにより、本発明に係るサセプタ３のウェーハ載置部７は、巨視的にはウェーハ８の温度分布に殆ど影響を与えないほど平坦でありながら、微視的には数多くのＳｉＣ結晶の突起が無数に存在する状態になっており、当該突起がウェーハ８の裏面と点接触することにより、ウェーハ載置部７とウェーハ８との間の適度な摩擦を生み出すことに役立っている。すなわち、本発明の構成を満たすことによって、ウェーハ８のスリップ転移の防止と、位置安定性の向上とを両立できることになる。

上記のような平均粒径を有するＳｉＣ膜を有するサセプタ３を得るには、ＳｉＣ膜のＣＶＤによる公知の成長法を、減圧条件で行うか、常圧条件ならば高温で行えばよい。

上記の平均粒径とＲａを有するＳｉＣ膜により形成された摩擦面１０は、図３のようにサセプタ３のウェーハ載置部７全体に形成されていてもよいし、ウェーハ載置部７にさらに凹部９を有する図４のような場合には、少なくともウェーハ８と接する部分に形成されていればよい。後者の場合、ウェーハ８と摩擦面１０との接触部分１１は３〜１０ｍｍ程度確保されていることが好ましい。接触部分１１を３ｍｍ以上確保することにより、ウェーハ８とウェーハ載置部７との間の十分な摩擦を確保することができ、１０ｍｍ以下とすることによりウェーハ８上の温度むらを小さくすることができる。

なお、図４のようにウェーハ載置部７に凹部９を設ける理由は、ウェーハ８をウェーハ載置部７に搬送した際に、ウェーハ８とウェーハ載置部７との間に存在する空気の層を速やかに除くためである。このウェーハ載置部７に形成された凹部９の底面とウェーハ８とは接触しないので、ウェーハ載置部７に形成された凹部９には必ずしも摩擦面１０が形成されている必要はないが、摩擦面１０が形成されていても全く差し支えない。

次に、枚葉方式のエピタキシャル成長下におけるサセプタ３の機能について説明する。

エピタキシャル成長では、ベーキング工程の後、エピタキシャル成長工程が開始される。エピタキシャル成長工程では、反応管２内が所定温度に加熱されるとともに、その管内の仕切り板６より上側の空間に、原料ガスが反応管２の一端部から他端部へ流通される。また、ウェーハ載置部７にウェーハ８を載置するサセプタ３が、周方向に所定速度で回転する。このような操作により、ウェーハ８の上面にエピタキシャル層が形成される。

ここで、上記エピタキシャル成長工程に先立ち、サセプタ３のウェーハ載置部７の定位置（同心位置）にベルヌーイチャック等の搬送手段を備えたロボットによりウェーハ８が搬送されるが、このとき、従来型のサセプタを使用した場合、これまで述べてきたようにウェーハ載置部に搬送されたウェーハが定位置から径方向に滑る可能性がある。また、従来型のサセプタを使用した場合、エピタキシャル成長中にサセプタが回転することによっても、ウェーハ載置部に載置されたウェーハは遠心力によって定位置から径方向に滑る可能性がある。ウェーハ載置部に載置されたウェーハが滑って定位置から外れ、ウェーハの外周面がウェーハ載置部の内周面に接触すると、上述のように、ウェーハとウェーハ載置部の内周面とを跨ぐようにブリッジと呼ばれる析出物が成長し、両者が固着する危険がある。このような状態になると、ウェーハをウェーハ載置部から取り出す際に、ウェーハにクラックを生じたり、サセプタのＳｉＣ膜が剥離してサセプタが破損したりする結果につながる。

これに対して、本発明のサセプタ３を使用した場合には、ウェーハ載置部７に設けられた摩擦面１０の存在により、ウェーハ８が搬送された際にウェーハ８とウェーハ載置部７との間に摩擦を生じるので、ウェーハ８はウェーハ載置部７内の定位置を維持する。また、エピタキシャル成長中にサセプタ３が回転した場合にも、同様にウェーハ８とウェーハ載置部７との間に摩擦を生じるので、ウェーハ８は定位置を維持する。その結果、ウェーハ８の外周面がウェーハ載置部７の内周面に接触する事態が回避され、両者間にブリッジが成長して固着するというトラブルの発生を防止することができる。そのため、５０μｍ以上の厚い層を形成する場合であっても、ウェーハ８とウェーハ載置部７の内周面との間のブリッジによるスティッキング現象が効果的に防止される。

次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について説明する。本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法は、上述のサセプタ３を使用した方法であり、ウェーハ載置部７に半導体ウェーハ８を載置する工程と、サセプタ３を回転しながら半導体ウェーハ８上にエピタキシャル層を形成させる工程とを有する。このような製造方法を採用することにより、ウェーハ８を載置する工程や、エピタキシャル層を形成する工程におけるウェーハ８の外周面とウェーハ載置部７の内周面との間の接触が防止され、ウェーハ８とウェーハ載置部７の内周面との間のブリッジによるスティッキング現象が効果的に防止される。

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、枚葉式の気相成長装置を用いてエピタキシャルウェーハを製造しているが、これに限定されるものではなく、複数枚の半導体ウェーハ８を一度に処理するバッチ式の気相成長装置を用いてエピタキシャルウェーハを製造することもできる。

以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（ＳｉＣの平均粒径、表面粗さＲａ）が、（０．１μｍ、０．８μｍ）、（１μｍ、２μｍ）、及び（３０μｍ、６μｍ）である被膜をウェーハ載置部に有するサセプタを用意し、それぞれのサセプタを使用して直径３００ｍｍウェーハに層厚１２０μｍのエピタキシャル層を成長させる実生産による試験を行った。そして、１０００枚程度生産試験を行った段階で、それぞれのサセプタについてスティッキングを発生した割合を算出した。その結果を図５に示す。

図５から明らかなように、ＳｉＣ平均粒径０．１μｍである通常使用されるサセプタのスティッキング発生率に比べて、本発明のサセプタを使用した場合のスティッキング発生率は、ＳｉＣ平均粒径が１μｍの場合には３分の１、３０μｍの場合には３０分の１にそれぞれ改善することがわかる。このことから、本発明のサセプタがエピタキシャル成長時におけるスティッキングの発生防止に極めて有効であることを確認した。なお、目視による確認によれば、本発明のサセプタを使用した場合にスリップ欠陥の発生は観察されなかった。

本発明のサセプタを使用する気相成長装置の概略を示す側面図である。同概略を示す平面図である。サセプタの機能説明図である。図３とは別態様におけるサセプタの機能説明図である。サセプタとウェーハとの間のスティッキング発生率を示したグラフである。

符号の説明

１チャンバー
２反応管
３サセプタ
４支持軸
５加熱用ランプ
６仕切り板
７ウェーハ載置部
８ウェーハ
９ウェーハ載置部７に設けられた凹部
１０ウェーハ載置部７に設けられた摩擦面
１１ウェーハ８と摩擦面１０との接触部分

Claims

半導体ウェーハを載置する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、
前記ウェーハ載置部のうち、少なくとも半導体ウェーハと接する部分にはＳｉＣ膜が形成されており、前記ＳｉＣ膜は結晶粒の平均粒径が１〜５０μｍであり、かつ、表面粗さ（Ｒａ）が２〜１０μｍである気相成長装置用のサセプタ。
半導体ウェーハを載置する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使用したエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハ載置部に半導体ウェーハを載置する工程と、
前記サセプタを回転しながら前記半導体ウェーハ上にエピタキシャル層を形成させる工程と、を有し、
前記ウェーハ載置部のうち、少なくとも半導体ウェーハと接する部分にはＳｉＣ膜が形成されており、前記ＳｉＣ膜は結晶粒の平均粒径が１〜５０μｍであり、かつ、表面粗さ（Ｒａ）が２〜１０μｍであるエピタキシャルウェーハの製造方法。