JP2011119391A - Susceptor for epitaxial growth, and epitaxial growth device using the susceptor - Google Patents
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本発明は、エピタキシャル成長用サセプタ及び該サセプタを用いたエピタキシャル成長装置に関し、特に、ウェーハとサセプタとの固着を防止しようとするものである。 The present invention relates to an epitaxial growth susceptor and an epitaxial growth apparatus using the susceptor, and more particularly, to prevent adhesion between a wafer and a susceptor.
図1は、従来のエピタキシャル成長装置を示す図である。エピタキシャル成長装置1は、ウェーハ2を載置するための、水平に設置したサセプタ3と、炉内を加熱する加熱装置4と、該サセプタを支持するサセプタサポート5と、該サセプタを回転させるローター6と、気密性を保持するためのアッパーライナー7及びローワーライナー8とを備え、アッパードーム9、ローワードーム10によって炉1が区画されている。
一般に、枚葉式装置を用いたシリコンエピタキシャル成長は、図1に示すように、エピタキシャル成長装置1内でサセプタサポート5によって水平に設置したサセプタ3にウェーハ2を載置し、このサセプタ3を、ローター6によって回転させながら原料ガスをサセプタ3の上面に沿って水平方向に供給し、加熱機構4によって熱処理することによって、ウェーハ2にエピタキシャル膜を形成する。
このとき、ウェーハ2の上面のみを原料ガスと接触させるために、ウェーハ2をサセプタのザグリ部3a(サセプタ上面に設けられる円形の凹部)に収容して載置する。
ウェーハ2をサセプタのザグリ部3aに載置する方法には、ウェーハ2を搬送ロボットの搬送腕に真空吸着にて保持した状態で移動し、ザグリ部3a上方で真空吸着を解除して搬送腕からザグリ部3aに向けて落下させて行うのが一般的である。
このような態様でサセプタのザグリ部2aへウェーハを載置しようとする際、ザグリ部2aの中央部を目標としていても、結果的に中央部から僅かにずれた位置に載置される場合が多い。
FIG. 1 is a diagram showing a conventional epitaxial growth apparatus. The epitaxial growth apparatus 1 includes a horizontally installed susceptor 3 for placing the
In general, silicon epitaxial growth using a single wafer type apparatus is performed by placing a
At this time, in order to bring only the upper surface of the
To place the
When trying to place a wafer on the counterbore part 2a of the susceptor in such a manner, even if the center part of the counterbore part 2a is targeted, it may be placed at a position slightly shifted from the center part as a result. Many.
すなわち、図2に、サセプタのザグリ部3aにウェーハ2を載置したときの様子を示すように、サセプタ3とウェーハ2は、サセプタのザグリ部3a内に片寄って載置され、ザグリ部2aを区画する側壁3bとウェーハ周面2aとが部分的に接した状態になる。また、ウェーハ2がサセプタのザグリ部3a内に片寄って載置されることを解消したとしても、エピタキシャル成長中、サセプタ3は回転するため、ザグリ部3a内に収容されるウェーハ2が動いてしまい、結果的にザグリ部2aを区画する側壁3bとウェーハ周面2aとが部分的に接した状態になってしまう。
かような状態でエピタキシャル成長させた場合、このザグリ側壁3bとウェーハ周面2aとに跨って析出物が発生し、サセプタ3とウェーハ2とが固着する場合がある。
この固着が発生すると、エピタキシャル成長終了後に、エピタキシャル成長装置1からウェーハ2を取り出す際に剥がれたシリコンが焼き付き欠陥となったりクラックの原因になったりするおそれがあった。
クラックは、その後のデバイス工程における熱処理時におけるウェーハ割れの原因となり、また、焼き付き欠陥は、デバイス工程において、露光不良の原因となり、デバイス不良の原因となり、歩留まりの低下を招いていた。
That is, as shown in FIG. 2, when the
When epitaxial growth is performed in such a state, precipitates may be generated across the
When this sticking occurs, there is a possibility that silicon peeled off when the
The crack causes a wafer crack during the heat treatment in the subsequent device process, and the burn-in defect causes an exposure defect in the device process, causes a device defect and causes a decrease in yield.
これに対し、特許文献1には、ザグリ部の直径とウェーハとの直径が所定の関係になるように設定することにより、ウェーハのエッジとザグリ部側壁との間の隙間を確保して、ウェーハとサセプタとの固着を防止する技術が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 1, by setting the diameter of the counterbore part and the diameter of the wafer to have a predetermined relationship, a gap between the edge of the wafer and the side wall of the counterbore part is secured, and the wafer A technique for preventing adhesion between the susceptor and the susceptor is disclosed.
しかしながら、このような方法を用いても、上述の通り、ウェーハがサセプタのザグリ部内に片寄って載置されることは回避できず、ウェーハとサセプタとの固着を完全には防止することができていなかった。 However, even if such a method is used, as described above, it is not possible to avoid the wafer being placed in the counterbore part of the susceptor, and the wafer and the susceptor can be completely prevented from sticking. There wasn't.
本発明の目的は、ウェーハとサセプタとの固着を防止し、焼き付き欠陥やクラックの発生を防止することを目的とするものである。 An object of the present invention is to prevent the wafer and the susceptor from sticking and to prevent the occurrence of seizure defects and cracks.
本発明者は、サセプタとウェーハとの固着の防止方法について鋭意研究した結果、シリコンの付着は、原料のシリコン原子が、成長点(キンク)にたどりつき、これを起点として成長していくことにより発生することから、かような成長点にたどりつくような温度に達することを防止すればウェーハとサセプタとの固着を防止できることの新規知見を得た。
すなわち、発明者は、エピタキシャル成長炉のような急速加熱炉において、ウェーハと接するサセプタの側壁部分に、熱伝導率の低い離間材を介在させることで、シリコンが成長できる温度に達することを防止し、これによりシリコンの側壁側への成長を防止して、ウェーハとサセプタとの固着を防止できることの新規知見を得た。
As a result of diligent research on the method for preventing adhesion between the susceptor and the wafer, the present inventors have found that silicon adhesion occurs when the raw silicon atoms reach the growth point (kink) and grow from this point. Therefore, the present inventors have obtained new knowledge that the adhesion between the wafer and the susceptor can be prevented by preventing the temperature from reaching the growth point.
That is, the inventor prevents reaching a temperature at which silicon can be grown in a rapid heating furnace such as an epitaxial growth furnace by interposing a spacer having a low thermal conductivity in the side wall portion of the susceptor in contact with the wafer. As a result, the inventors have obtained new knowledge that the growth of the silicon on the side wall side can be prevented and the adhesion between the wafer and the susceptor can be prevented.
前記の課題を解決するための本発明の要旨構成は、以下の通りである。
(1) エピタキシャル炉内に配置され、上面にウェーハが収容されるザグリ部を有するサセプタであって、
前記サセプタは、カーボン、炭化珪素あるいはカーボン基材表面を炭化珪素でコーティングされたもので構成され、前記ザグリ部を形成する側壁の少なくとも一部に、熱伝導率がサセプタ本体の熱伝導率よりも低い離間材を有することを特徴とする、エピタキシャル成長用サセプタ。
The gist configuration of the present invention for solving the above-described problems is as follows.
(1) A susceptor that is disposed in an epitaxial furnace and has a counterbore part that accommodates a wafer on its upper surface,
The susceptor is composed of carbon, silicon carbide, or a carbon base material coated with silicon carbide, and the thermal conductivity of at least a part of the side wall forming the counterbore part is higher than the thermal conductivity of the susceptor body. A susceptor for epitaxial growth, characterized by having a low spacing material.
(2)前記離間材は、石英又は窒化珪素で構成される、前記(1)に記載のエピタキシャル成長用サセプタ。 (2) The susceptor for epitaxial growth according to (1), wherein the spacer is made of quartz or silicon nitride.
(3)前記離間材は、不透明石英で構成される、前記(1)又は(2)に記載のエピタキシャル成長用サセプタ。 (3) The susceptor for epitaxial growth according to (1) or (2), wherein the spacer is made of opaque quartz.
(4)前記離間材は、前記側壁にコーティングを施してなる、前記(1)〜(3)のいずれか1つに記載のエピタキシャル成長用サセプタ。 (4) The susceptor for epitaxial growth according to any one of (1) to (3), wherein the spacer is formed by coating the side wall.
(5)前記離間材を、前記側壁の全面又は等間隔で3箇所以上に有することを特徴とする、前記(1)〜(4)のいずれか1つに記載のエピタキシャル成長用サセプタ。 (5) The susceptor for epitaxial growth according to any one of (1) to (4), wherein the spacing member is provided at three or more locations on the entire side wall or at equal intervals.
(6)ウェーハを収容するサセプタと、該サセプタを支持する支持部と、該サセプタを回転させる回転機構と、加熱機構とを備えたエピタキシャル成長装置であって、
前記サセプタは、前記(1)〜(5)のいずれか1つに記載のエピタキシャル成長用サセプタであることを特徴とする、エピタキシャル成長装置。
(6) An epitaxial growth apparatus comprising a susceptor that accommodates a wafer, a support portion that supports the susceptor, a rotation mechanism that rotates the susceptor, and a heating mechanism.
An epitaxial growth apparatus, wherein the susceptor is the susceptor for epitaxial growth according to any one of (1) to (5).
(7)前記加熱機構は、赤外ランプ加熱式加熱炉である、前記(6)に記載のエピタキシャル成長装置。 (7) The epitaxial growth apparatus according to (6), wherein the heating mechanism is an infrared lamp heating furnace.
この発明によれば、サセプタのウェーハと接する部分に、熱伝導率の低い離間材を介在させることにより、ウェーハとサセプタとの固着を防止することができる。 According to the present invention, the separation between the wafer and the susceptor can be prevented by interposing the spacing member having a low thermal conductivity at the portion of the susceptor that contacts the wafer.
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図3(a)に、本発明の一実施形態にかかるサセプタを示す。
図3(a)に示すように、このサセプタ3は、カーボン、炭化珪素あるいはカーボン基材表面を炭化珪素でコーティングされたもので構成され、サセプタ本体3cのザグリ部側壁3bの内面に当接するように円環状の離間材3dを嵌合させたものである。
ここで、この離間材3dは、サセプタ本体部3cより、熱伝導率が低いことが肝要である。
なお、「熱伝導率が低い」とは、エピタキシャル成長処理時に経る800〜1200℃における熱伝導率が低いことを意味する。
以下に、この離間材3dを有するサセプタの作用について詳述する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 (a) shows a susceptor according to one embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3 (a), the susceptor 3 is made of carbon, silicon carbide, or a carbon base material coated with silicon carbide, and comes into contact with the inner surface of the
Here, it is important that the spacer 3d has a lower thermal conductivity than the susceptor body 3c.
Note that “low thermal conductivity” means that the thermal conductivity at 800 to 1200 ° C. that passes through the epitaxial growth process is low.
Hereinafter, the operation of the susceptor having the spacer 3d will be described in detail.
さて、図1に示すエピタキシャル成長装置において、図3(a)に示すサセプタ3を用い、該サセプタをローター12によって回転させながら原料ガスを流入させる。
このとき、ウェーハ2は、図3(a)の断面図(下図)に示すようにサセプタ3の離間材3dの部分と接している。
そして、この離間材3dの熱伝導率が本体3cの熱伝導率より低いと、エピタキシャル炉内における急速加熱の際、ウェーハ2の周面と離間材3dとが接する部分において、離間材3dが、シリコンが成長できる温度に達せず、ウェーハの周面と離間材3dとに跨るシリコンの成長を防止し、ウェーハとサセプタとの固着を防止することができる。
なお、離間材3dの厚みは、1mm以上とするのが好ましい。なぜなら、1mm未満ではサセプタの熱が透過してしまい、ウェーハとサセプタとの固着抑制効果が低下するおそれがあるからである。
In the epitaxial growth apparatus shown in FIG. 1, the susceptor 3 shown in FIG. 3A is used, and the source gas is introduced while the susceptor is rotated by the rotor 12.
At this time, the
When the thermal conductivity of the spacer 3d is lower than the thermal conductivity of the main body 3c, the spacer 3d is in contact with the peripheral surface of the
Note that the thickness of the spacer 3d is preferably 1 mm or more. This is because if the thickness is less than 1 mm, the heat of the susceptor is transmitted, and the effect of suppressing the adhesion between the wafer and the susceptor may be reduced.
離間材3dをサセプタのザグリ部側壁の一部に設ける場合には、ウェーハ2がサセプタのザグリ部の側壁のいずれの方向において接しても良いように、3点以上で等間隔で存在することが好ましい。
また、離間材3dを4点以上に設けたり、さらには、側壁の周上に連続して設けたりしもよい。
When the spacer 3d is provided on a part of the side wall of the counterbored portion of the susceptor, the
Further, the spacing material 3d may be provided at four or more points, or may be provided continuously on the periphery of the side wall.
別の実施形態として、図3(b)に示すように、ザグリ部の側壁を、熱伝導率がサセプタ本体3cの熱伝導率よりも低い材料でコーティングすることもできる。
また、図3(a)に示す実施形態の場合と同様に、ウェーハ2は、図3(b)の断面図(下図)に示すように、熱伝導率の低い離間材(コーティング部分)3eと接することとなる。
これにより、急速加熱の際、ウェーハ2のエッジと離間材(コーティング部分)3eの部分とが接する部分において、離間材3eが、シリコンが成長できる温度に達せず、ウェーハの周面と離間材3eとに跨るシリコンの成長を防止し、ウェーハとサセプタとの固着を防止することができる。
なお、この実施形態においては図3(b)に示すように、サセプタのザグリ部の側壁全面をコーティングすることができ、また、サセプタのザグリ部の側壁の一部をコーティングすることもできる。
サセプタのザグリ部の側壁の一部をコーティングする場合、ウェーハ2がサセプタのザグリ部の側壁のいずれの方向において接しても良いように3箇所以上で、等間隔で、コーティングすることが好ましい。また、上述の図3(a)のサセプタの場合と同様に、コーティングの厚みは1mmとするのが好ましい。
As another embodiment, as shown in FIG. 3 (b), the side wall of the counterbore part can be coated with a material whose thermal conductivity is lower than that of the susceptor body 3c.
Further, as in the case of the embodiment shown in FIG. 3 (a), as shown in the cross-sectional view (below) in FIG. 3 (b), the
As a result, at the portion where the edge of the
In this embodiment, as shown in FIG. 3 (b), the entire side wall of the counterbore part of the susceptor can be coated, or a part of the side wall of the counterbore part of the susceptor can be coated.
When coating a part of the side wall of the counterbore part of the susceptor, it is preferable to coat the
さらに、別の実施形態として、図3(c)に示すように、熱伝導率の低い、特に限定はしないが例えばピンの形状をした離間材3fを用意し、サセプタのザグリ部の側壁とウェーハとの間に介在させることもできる。
図3(c)に示すように、ピン形状の離間材3fを用意する場合には、サセプタのザグリ部3fの側壁又は底面などに一部を埋設して固定し、サセプタ本体3cとウェーハ周面とが接しないようにすることができる。なお、ピンの形状の離間材3fを埋設する他、例えば円弧状の離間材をサセプタの側壁に沿って接着させるなどの方法を採ることもできる。
このとき、ウェーハ2は、図3(c)の断面図(下図)に示すように、熱伝導率の低い離間材3fと接することとなるため、急速加熱の際、ウェーハ2の周面と離間材3fとが接する部分において、離間材3fが、シリコンが成長できる温度に達せず、ウェーハの周面と離間材3fとに跨るシリコンの成長を防止し、ウェーハとサセプタとの固着を防止することができる。
また、この離間材3fは、ウェーハ2がサセプタのザグリ部の側壁のいずれの方向において接しても良いように3箇所以上で、等間隔で設けることが好ましい。また、この実施形態の場合も離間材3fの厚みは1mm以上とするのが好ましい。
Furthermore, as another embodiment, as shown in FIG. 3 (c), a
As shown in FIG. 3 (c), when the pin-shaped
At this time, the
The
これらの実施形態において例示したように、本発明によれば、サセプタ本体の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する離間材をサセプタのザグリ部側壁とウェーハとの間に介在させることによって、離間材が、シリコンが成長できる温度に達せず、ウェーハの周面と離間材とに跨るシリコンの成長を防止し、ウェーハとサセプタとの固着を防止することができる。 As illustrated in these embodiments, according to the present invention, a spacer having a thermal conductivity lower than that of the susceptor body is interposed between the counterbore side wall of the susceptor and the wafer, thereby separating the spacer. The material does not reach a temperature at which silicon can be grown, so that the growth of silicon across the peripheral surface of the wafer and the spacing material can be prevented, and the wafer and the susceptor can be prevented from sticking.
上記のサセプタ本体の熱伝導率より熱伝導率が低い材質としては、石英(SiO2)又は窒化珪素(Si3N4)を用いることが好ましい。SiO2、Si3N4の熱伝導率は、カーボン及びカーボン基材の表面を炭化珪素でコーティングしてなるもの及びSiCの熱伝導率より低いからである。また、SiO2、Si3N4は純度が高く、耐熱性にも優れているからである。
SiO2は特に熱伝導率が低く、純度が高いため、本発明に使用する離間材としてより好ましい。
It is preferable to use quartz (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a material having a thermal conductivity lower than that of the susceptor body. This is because the thermal conductivities of SiO 2 and Si 3 N 4 are lower than those of carbon and carbon base materials coated with silicon carbide and SiC. Further, SiO 2 and Si 3 N 4 are high in purity and excellent in heat resistance.
Since SiO 2 has particularly low thermal conductivity and high purity, it is more preferable as a spacing material used in the present invention.
また、SiO2は、不透明石英であることが好ましい。不透明石英は気孔を有するため、この気孔が介在する分、熱伝導率が低いからである。 Further, SiO 2 is preferably opaque quartz. This is because the opaque quartz has pores, and the thermal conductivity is low due to the presence of the pores.
また、本発明にかかるサセプタは、赤外ランプ加熱方式のエピタキシャル成長装置において、用いることが好ましい。
例えばSiO2とカーボンは赤外線の吸光度が異なるため、赤外ランプにより加熱すると、カーボンからなるサセプタは、瞬時に高温化し、SiO2は、ほとんど熱を吸収せず温度が低い状態となるため、ウェーハとサセプタとの固着を防止する効果が増すからである。
The susceptor according to the present invention is preferably used in an infrared lamp heating type epitaxial growth apparatus.
For example, SiO 2 and carbon have different infrared absorbances, so when heated by an infrared lamp, the susceptor made of carbon instantaneously heats up, and SiO 2 absorbs almost no heat and has a low temperature. This is because the effect of preventing adhesion between the susceptor and the susceptor is increased.
図1に示す赤外ランプ加熱方式の枚葉式エピタキシャル装置を使用し、本発明例として図3(a)〜(c)で示す各サセプタ及び比較例として離間材を有しない従来のサセプタを用いてエピタキシャル成長処理を行った。サセプタを変更した以外は、いずれも下記の同一エピタキシャル条件で行った。
直径300mm、面方位(100)、比抵抗20mΩ・cm、裏面にオートドープ防止用の酸化膜を形成したn型の単結晶シリコンウェーハを用い、ウェーハを載置したサセプタを水平状態で回転させた状態でエピタキシャル装置内を水素ベークした後、シリコンソースであるSiHCl3およびドーパントソースであるPH3を水素ガスで希釈した混合反応ガスをエピタキシャル成長装置のチャンバ内に供給して、成長温度1150℃で、厚さ約100μm、比抵抗15Ω・cmのP型のエピタキシャルシリコン膜を成長させた。エピタキシャル成長処理後にウェーハとサセプタとの固着の有無を目視により観察した。各サセプタともエピタキシャル成長の試験回数はそれぞれ100回であり、そのときの固着発生率の結果を表1に示す。
1 is used as an example of the present invention, and each susceptor shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) is used as an example of the present invention, and a conventional susceptor having no spacer is used as a comparative example. The epitaxial growth process was performed. Except for changing the susceptor, all were carried out under the same epitaxial conditions described below.
Using an n-type single crystal silicon wafer with a diameter of 300 mm, surface orientation (100), specific resistance of 20 mΩ · cm, and an oxide film for preventing auto-doping on the back surface, the susceptor on which the wafer was placed was rotated horizontally. After hydrogen baking in the state of the epitaxial apparatus, a mixed reaction gas obtained by diluting SiHCl 3 as a silicon source and PH 3 as a dopant source with hydrogen gas is supplied into the chamber of the epitaxial growth apparatus at a growth temperature of 1150 ° C. A P-type epitaxial silicon film having a thickness of about 100 μm and a specific resistance of 15 Ω · cm was grown. The presence or absence of adhesion between the wafer and the susceptor was visually observed after the epitaxial growth treatment. In each susceptor, the number of epitaxial growth tests was 100, and the results of the sticking occurrence rate at that time are shown in Table 1.
表1から明らかなように、サセプタのウェーハと接する部分に、熱伝導率の低い離間材を介在させた本発明例では、ウェーハとサセプタとの固着は全く観察されなかった。 As is apparent from Table 1, in the example of the present invention in which a spacer having a low thermal conductivity was interposed in the portion of the susceptor that was in contact with the wafer, no adhesion between the wafer and the susceptor was observed.
本発明のエピタキシャル成長用サセプタは、サセプタのウェーハと接する部分に、熱伝導率の低い離間材を介在させることにより、ウェーハとサセプタとの固着を確実に防止することができる。特に、絶縁ゲートバイポーラトランジスター(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)など、エピタキシャル膜厚の厚いエピタキシャルシリコンウェーハの製造においてその機能を有効に発揮するものである。 The epitaxial growth susceptor of the present invention can reliably prevent the wafer and the susceptor from sticking by interposing a spacer having a low thermal conductivity at the portion of the susceptor in contact with the wafer. In particular, its function is effectively exhibited in the manufacture of epitaxial silicon wafers having a large epitaxial film thickness, such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs).
1 エピタキシャル成長装置
2 ウェーハ
2a ウェーハ周面
3 サセプタ
3a サセプタのザグリ部
3b サセプタのザグリ部の側壁
3c サセプタ本体
3d 離間材(リング)
3e 離間材(コーティング)
3f 離間材(ピン)
4 加熱機構
5 サセプタサポート
6 ローター
7 アッパーライナー
8 ローワーライナー
9 アッパードーム
10 ローワードーム
A 固着発生
B エピタキシャル膜
1 Epitaxial growth equipment
2 wafers
2a Wafer peripheral surface
3 Susceptor
3a Counterbore part of susceptor
3b Side wall of counterbore part of susceptor
3c susceptor body
3d spacing material (ring)
3e Spacer (Coating)
3f Spacing material (pin)
4 Heating mechanism
5 Susceptor support
6 Rotor
7 Upper liner
8 Lower liner
9 Upper dome
10 Lowwardome
A Sticking occurs
B Epitaxial film
Claims (7)
前記サセプタは、カーボン、炭化珪素あるいはカーボン基材表面を炭化珪素でコーティングされたもので構成され、前記ザグリ部を形成する側壁の少なくとも一部に、熱伝導率がサセプタ本体の熱伝導率よりも低い離間材を有することを特徴とする、エピタキシャル成長用サセプタ。 A susceptor having a counterbore portion disposed in an epitaxial furnace and containing a wafer on an upper surface thereof;
The susceptor is composed of carbon, silicon carbide, or a carbon base material coated with silicon carbide, and the thermal conductivity of at least a part of the side wall forming the counterbore part is higher than the thermal conductivity of the susceptor body. A susceptor for epitaxial growth, characterized by having a low spacing material.
前記サセプタは、請求項1〜5のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長用サセプタであることを特徴とする、エピタキシャル成長装置。 An epitaxial growth apparatus comprising: a susceptor that accommodates a wafer; a support that supports the susceptor; a rotation mechanism that rotates the susceptor; and a heating mechanism.
6. The epitaxial growth apparatus according to claim 1, wherein the susceptor is the susceptor for epitaxial growth according to any one of claims 1 to 5.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130205 |