JP2011522393A - サポートボスを有するサセプタ - Google Patents

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Abstract

化学気相成長プロセス中半導体ウェハをサポートするサセプタは、反対に設けられている上面と下面とを有する本体を含む。サポートボスは、本体の下面から下方に延び、各サポートボスは、サセプタをサポートポスト上に載置するため、化学気相成長装置のサポートポストを受容するような大きさ及び形状に形成されたボス開口部を有する。

Description

本発明は、概して、化学気相成長プロセス中において半導体ウェハをサポートするサセプタに関する。
ウェハのフロント面にシリコン薄膜を成長させるため、半導体ウェハは、エピタキシャル析出プロセス等の化学気相成長プロセスに供される。当該プロセスにより、デバイスを高品質エピタキシャル層に直接形成することができる。従来のエピタキシャル析出プロセスは、米国特許第５,９０４,７６９および第５,７６９,９４２に開示されている。これらの内容は、本願に引用して援用する。
エピタキシャル析出の前に、半導体ウェハを析出チャンバに導入しサセプタ上に降下させる。当該ウェハのフロント面を予備加熱し洗浄するため、当該ウェハをサセプタ上に降下させた後、水素、もしくは水素と塩酸との混合物等の洗浄ガスをウェハのフロント面（すなわち、サセプタから離れる方向に向いた面）に誘引することによりエピタキシャル析出を開始する。当該洗浄ガスは、当該フロント面から自然酸化物（native oxide）を除去し、これにより、析出プロセスの後続のステップにおいて、エピタキシャルシリコン層を当該面上に連続的にそして均一に成長させることができる。エピタキシャル析出プロセスは、シランもしくは塩素化シラン等の気相のシリコンソースガスをウェハのフロント面に誘引することにより維持され、それによりシリコンのエピタキシャル層をフロント面上に析出または成長させる。サセプタのフロント面と反対側のバック面も同時に水素ガスに供してもよい。確実にエピタキシャル層を均一に成長させるため、エピタキシャル析出の間析出チャンバ内において、半導体ウェハをサポートするサセプタを当該プロセスの間回転させる。エピタキシャル成長プロセスにおいて使用される従来技術のサセプタは、米国特許第６,６５２,６５０、第６,５９６,０９５および第６,４４４,０２７に記載されている。これらの内容は、本発明に引用して援用する。
共通のサセプタ構造(design)には、ウェハを受容するサセプタの上面に凹部を備えるグラファイトディスクが含まれる。当該ディスクはシリコンカーバイドにより被覆されている。これに加えて、３つの等間隔に離間された競技場型開口部が、析出チャンバ内に配置されたサポートの上端部を受容するため下面からサセプタへと延びている。これらのサポート開口部はサポートに係合し、プロセスの間サセプタが回転して当該サポート上でサセプタがスリップするのを防止する。当該サセプタは、競技場型開口部が配置された位置においてクラックが発生しやすい。当該クラックの問題を是正する従来技術には、カーバイドコーティングの厚さを増加させること、カーバイドコーティングの厚さを減少させること、及び凹部の内側コーナーにおいて隅肉（fillets）を用いることが含まれる。
出願人は、上述の技術のそれぞれは、ある程度の成功しかおさめられていないと判断した。したがって、サポートポストに係合することによるクラックを減少若しくは排除するサセプタの必要性が存在する。
本発明の第１発明では、化学気相成長装置において化学気相成長プロセスの間半導体ウェハをサポートするサセプタであり、複数のサポートポストを含むサセプタは、概して、上面及び該上面と反対側に設けられた下面を有する本体を備える。少なくとも１つの凹部が、化学気相成長プロセスの間、一の半導体ウェハを受容する本体の上面から下方に延びている。複数のサポートボスが当該本体の下面から下方に延びている。サポートボスのそれぞれは、サセプタの本体の下面に向かって軸方向に延びるボス開口部を有する。サポートポスト上にサセプタを載置するため、ボス開口部は、化学気相成長装置のサポートポストの１つの自由端を受容するような大きさ及び形状に形成される。
他の目的及び他の特徴は、部分的に明らかとなっており、以後残りの部分について説明する。
図１は、化学気相成長プロセスの間半導体ウェハをサポートするサセプタの上面図である。 図２は、図１のサセプタの下面図である。 図３Ａは、図２のサセプタのサポートボスの詳細図である。図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ--３Ｂラインに沿った、サセプタの部分断面図である。図３Ｃは、図３Ａの３Ｃ--３Ｃラインに沿った、サセプタの部分断面図である。 図４は、半導体ウェハと組み合わせたサセプタの、図１の４--４ラインに沿った概略断面図である。 図５は、図１のサセプタの概略断面図であり、化学気相成長チャンバ内において半導体ウェハをサポートする。対応する参照文字は、全図を通じて対応する部材を指し示す。
以下図面、特に図１を参照する。サセプタは概して１０により示す。以下に説明し図４に概略的に例示するように、サセプタ１０は、化学気相成長プロセスの間、適切な析出チャンバ１４（概して化学気相成長装置）内において半導体ウェハ１２をサポートする。図４を参照する。より詳細にはチャンバ１４は、複数の（具体的には３つの）サポートポスト１６を有し、これらのサポートポスト１６は当該チャンバ内において上方に延び、化学気相成長プロセスの間サセプタ１０と係合する。
図１及び２を参照する。サセプタ１０は、ディスク状本体を有し、当該ディスク状本体は仮想の中央軸２２を有する。ディスク状本体は、概して２０により示す。さらに、本体２０は、上面２４と下面２６とを有する。概して３０により示される第１凹部は上面２４から本体２０内へ下方に延びる。第１凹部３０は、略円柱状の壁部３２と、当該壁部３２の下端から内側へ延びる面３４と、を有する。また、面３４は、壁部３２から本体２０の中央軸２２に向かって下方に傾斜している。面３４はウェハ１２をサポートする（図４）。サセプタ１０はまた面３４の内側でかつ下側にフラット面３８を有する。
図１及び２を参照する。３つの等間隔に配置されたホール４２が、面３８においてサセプタ１０を貫通して延びる。これらのホール４２は、プロセスの間ウェハ１２をサセプタ１０より上に上昇させ、ウェハ１２をサセプタに降下させるための従来のリフトピン（不図示）を受容する。これらのホール４２及びリフトピンは当該技術分野において知られているので、これらについてはさらに詳細には説明しない。
サセプタ本体２０は本発明の範囲を逸脱しない範囲で他の全体寸法を有していてもよいけれども、ある実施の形態では、サセプタは約１４．７インチの外径を有する。さらに、サセプタ本体２０は本発明の範囲を逸脱しない範囲で、他の材料から構成されていてもよいけれども、ある実施の形態ではサセプタ本体はシリコンカーバイド被覆グラファイトからなる。サセプタ本体２０は、米国特許第６,６５２,６５０および第６,４４４,０２７に図示され記載されているように、上面１４から下面１６へ延びる複数のホールを有していてもよい。サセプタ本体は、上記説明したもの以外の構成をとりうることは理解される。例えば、サセプタ本体２０は、大きな中央開口部を有していてもよい。上記記載から派生するサセプタ本体の他の構成も本発明の技術的範囲にある。
図１及び２を参照する。概して４４で示される３つの等間隔に形成されたサポートボスは、サセプタ本体２０の下面２６から延びており外側へ向いている。ボスのそれぞれの構造は同一であるとの理解の下、図３Ａ〜３Ｃ、図４を参照して、ボス４４の１つを詳細に示し、以下の説明では当該ボスについて言及する。ボス４４は、内周面４８を有する壁部４６を備える。内周面４８は、サセプタ２０の下面２６に向かって軸方向に（すなわち図４の仮想の軸Ａ１に沿って）延びる楕円形若しくは競技場型開口部５０を画定する。開口部５０は、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で他の形状を有していてもよい。開口部５０は、以下に説明するように、析出チャンバのサポートポスト１６の１つの自由端(free end)を受容する大きさ及び形状に形成される。
各ボス開口部５０は、大径５４（図３Ｂ）と小径５６（図３Ｃ）とを有する。図示された実施の形態において、図２に図示するように、各開口部５０の大径５４は、サセプタ１０の仮想半径ラインＲ１と同軸上にある。ボス開口部５０は、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲でサセプタ１０に対して異なる方向を有していてもよい。以下に限定するわけではないが、具体例として、各ボス開口部５０の大径５４は、約０．８ｃｍ（０．３インチ）であり、小径５６は約０．５ｃｍ（０．２インチ）である。
図４を参照する。各ボス開口部５０は深さＤ１を有する。これはサセプタ本体２０の下面２６からボス開口部４４の下面５７まで延びる。以下に限定するわけではないが、具体例として、各ボス開口部５０の深さＤ１は約０．１５ｃｍ（０．０６インチ）である。さらに、各ボス４４の下面５７が、サセプタ本体２０の下面２６と略同一平面上にあってもよいと考えられる。
図示された実施の形態において、ボス４４の壁部４６は外周面５８を有する。外周面５８は、楕円形状若しくは略競技場型であり、壁部の内周面４８と略同軸上にある。壁部４６は、内周面４６と外周面５８との間に厚みＴ１を有する。厚みＴ１は、ボス開口部５０の軸Ａ１を中心として略均一である。以下に限定するわけではないが、具体例として、各ボス壁部４６の厚みＴ１は、約０．１５ｃｍ（０．０６インチ）である。壁部４６の外周面５８は、他の形状であってもよく、当該壁部の厚さが不均一であってもよいことは理解されよう。
ボス４４は、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で他の材料から構成されていてもよいが、ある実施の形態では、当該ボス４４は、シリコンカーバイドで被覆されたグラファイトからなる。ボス４４は、例えば、単一ブランク(single blank)のグラファイトからボス及びサセプタ本体を加工形成することにより、サセプタ本体２０と一体的に形成してもよい。ボス４４は、サセプタ本体２０と分離して形成しその後サセプタ本体２０に固定してもよいことは理解されよう。ボス４４を有するサセプタ１０を形成する他の方法も本発明の技術的範囲に属する。また、ボス４４の耐荷重特性（load-bearing capabilities）を向上させるため、ボス４４がサセプタ本体と当接する内側コーナー及び外側コーナーに隅肉を形成してもよいと思われる。
図５を参照する。上述したサセプタ１０は、エピタキシャル析出プロセス等の化学気相成長プロセスのための装置の一部として使用してもよい。化学気相成長プロセスのための装置を概して６０により示す。図示された実施の形態において、装置６０は上述したエピタキシャル反応チャンバ１４を有し、エピタキシャル反応チャンバ１４は、内部空間もしくは内部スペース６４を有する。上述したサセプタは、これがチャンバ１４の内部スペース６４内に受容されそして半導体ウェハ１２をサポートすることができる大きさおよび形状に形成される。サセプタ１０は、サポートボス４４の開口部５０にポストの端部を挿入することにより従来のサポートポスト１６に取付けられる。当該技術分野において通常のスキルを有する者に一般的に知られているように、サポートポスト１６は、エピタキシャルプロセスの間サセプタ１０を回転させる。反応チャンバ１４は、また、エピタキシャル析出プロセスの間ウェハ１２を加熱するため、サセプタ１０の上下に配置された熱源、例えば加熱ランプアレイ６８を有する。上部ガス入口７０および下部ガス入口７２により、ガスをチャンバ１４の内部スペース６４に導入することができる。
エピタキシャル析出プロセスの間、エピタキシャルシリコン層は半導体ウェハ１２のフロント面において成長する。ウェハ１２はチャンバ１４内に誘導され、サセプタ１０の面３４について中央揃えがなされる。最初当該装置に対して予備加熱もしくは洗浄工程を実行する。水素もしくは水素と塩酸との混合物等の洗浄ガスを、およそ大気圧において、約１０００℃〜約１２５０℃の温度、約５リットル／分〜約１００リットル／分の流量でチャンバ１４に導入する。ウェハ１２のフロント面およびバック面の両方から自然酸化物層を取り除き、そして反応チャンバ１４において温度を約１０００℃〜約１２５０℃で安定化させるに十分な期間経過後、シランもしくは塩素化シラン等のケイ素含有ソースガスをウェハ１２のフロント面１２の上方の入口７０から約１リットル／分〜約５リットル／分の流量で導入する。ソースガスのフローは、ウェハ１２のフロント面若しくは上面においてエピタキシャルシリコン層を約０．１マイクロメートル〜約２００マイクロメートルの膜厚で成長させるに十分な期間継続させる。ソースガスを導入すると同時に、水素等のパージガスをウェハ１２のバック面若しくは下面の下方の入口７２から導入する。パージガス流量は、パージガスが半導体ウェハ１２のバック面に接触し、拡散したドーパント原子がバック面から排出口７４まで排出されるように選択される。
サセプタ１０のサポートボス４４は、サセプタ本体に形成された従来のサポート開口部と置き換えられる。したがって、サポートボス４４を有するサセプタ１０は、サポート凹部を形成することによる薄い部分を有しない。そのため、これらの部分が薄く形成されたことによるサセプタのクラックは防止される。
本発明の様々な側面およびその実施の形態の要素が導入されるとき、冠詞"a"、"an"、"the"、"said"は、その要素が１以上存在することを意味することを意図している。"comprising（含む）"、"including（包含する）""having（有する）"なる用語は、包括的であることを意図しており、挙げられた構成部材以外に別の構成要素が存在していてもよいことを意味する。さらに、"上部"および"下部"、"前部"および"後部"、"上方"および"下方"なる用語、これらの変形、及び方向に関する他の用語を使用することは便宜のためであり、当該構成要素の特定の方向を要求するものではない。
本発明の範囲を逸脱しない範囲で、上記構成、方法、製品について様々な変更をしうるため、上述の記載に含まれかつ添付の図面に示される全事項は当然例示であって限定の意味ではないと解釈すべきである。さらに、本明細書において説明される全ての寸法情報は例示であり、本発明を限定することを意図したものではない。

Claims (8)

  1. 複数のサポートポストを有する化学気相成長装置において化学気相成長プロセス中半導体ウェハをサポートするサセプタであって、
    反対に設けられている上面と下面とを有する本体と、
    化学気相成長プロセス中に一の半導体ウェハを受容するため、上記本体の上面から下方に延びる少なくとも１つの凹部と、
    上記本体の下面から下方に延びる複数のサポートボスと、を有し、
    上記サポートボスのそれぞれは、上記サセプタ本体の下面に向かって軸方向に延びるボス開口部を有し、
    上記ボス開口部は、上記サセプタを上記サポートポスト上に載置するため、化学気相成長装置のサポートポストの１つの自由端を受容するような大きさ及び形状に形成されたサセプタ。
  2. 上記ボス開口部のそれぞれは、略楕円形である請求項１記載のサセプタ。
  3. 上記ボス開口部のそれぞれは、大径及び小径を有する略競技場型である請求項２記載のサセプタ。
  4. 上記ボス開口部の大径は、実質的に、サセプタの仮想の半径ラインと同一直線上にある請求項３記載のサセプタ。
  5. 各ボス開口部の大径は約０．２７６インチであり、各ボス開口部の小径は約０．２１５インチである請求項３記載のサセプタ。
  6. 各サポートボスは、ボス開口部を画定する略競技場型内周面と、上記内周面と略同軸上の略競技場型外周面と、を有する壁部を含む請求項２記載のサセプタ。
  7. 各壁部が、当該壁部の内周面と外周面との間に厚みを有し、各壁部の当該厚みは、当該開口部の軸を中心として略均一である請求項６記載のサセプタ。
  8. 各サポートボスの壁部の厚さが約０．６１インチである請求項７記載のサセプタ。
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