JP2012044195A - 気相成長方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チャンバ120内に、支持台110上に載置された基板101が収容され、この基板101上に成膜するためのガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続された気相成長装置を用い、基板上に半導体層を気相成長する際に、成膜するための反応ガス及びキャリアガスの流量と濃度、チャンバ内の真空度、基板温度及び基板を回転する回転速度を制御して、半導体層の膜厚を均一にする。
【選択図】図1
Description
シリコンウェハ等の半導体基板に単結晶薄膜を気相成長させるエピタキシャル成長には、一般に常圧化学気相成長法が用いられており、場合によっては減圧化学気相成長(LP−CVD)法が用いられている。反応容器内にシリコンウェハ等の半導体基板を配置し、反応容器内を常圧(0.1MPa(760Torr))雰囲気或いは所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で前記半導体基板を加熱し回転させながらシリコン源とボロン化合物、ヒ素化合物、或いはリン化合物等のドーパントとを含む原料ガスを供給する。そして、加熱された半導体基板の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元反応を行って、ボロン(B)、リン(P)、或いはヒ素(As)がドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長させることにより製造する(例えば、特許文献1参照)。
図35は、図34に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
シリコンウェハ500の支持部材となるホルダ510(サセプタともいう。)には、シリコンウェハ500の直径より若干大きめの径のザグリ穴が形成されている。そして、かかるザグリ穴にシリコンウェハ500が収まるように載置される。かかる状態でホルダ510を回転させることによりシリコンウェハ500を回転させて、供給された原料ガスの熱分解或いは水素還元反応によりシリコンエピタキシャル膜を成長させる。
しかしながら、上述した解決手段においても、シリコンウェハ200の外周面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜が厚くなり、成長膜厚が不均一なったりしてしまい、その外周面付近を捨てざるを得ないという場合もあった。
このようにすれば、基板が基板面と同方向に移動してある方向に寄ってしまう場合でも、基板の側面と接触する部分が複数の第一の凸部のいずれかとなるため、例え、基板の側面部分に成長した膜と凸部の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができる。
この場合、第一の凸部以外の位置において、基板の側面から成長してくる膜と凸部以外部分の基板側に成長してくる膜との膜厚は同程度となる。よって、凸部の中心方向に向かう長さが所定のガスにより基板表面に成膜される膜の膜厚の2倍以上の寸法に形成されることにより、第一の凸部以外の位置において、基板の側面から成長してきた膜と第一の凸部以外の部分の基板側に成長してきた膜との接触を回避することができる。
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続された気相成長装置において、支持台は、基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する面が基板側に向かって凸のR状に形成され、基板裏面と接触する面で基板を支持するように構成することが望ましい。
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続された気相成長装置において、支持台には、基板と接触する面に複数の第2の凸部が設けられ、その第2の凸部の頂面で基板が支持されていることが望ましい。
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続された気相成長装置において、支持台には、基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する複数の第一の凸部が設けられ、且つ、基板と接触する面に複数の第2の凸部が設けられ、その第2の凸部の頂面で基板を支持されていることを特徴とする。
ることにより、半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にすることが可能となる。
さらに、基板の裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、50nm以上のエピタキシャル成長も可能となる。
図1は、実施の形態1におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図1において、気相成長装置の一例となるエピタキシャル成長装置100は、支持台の一例となるホルダ(サセプタとも言う。)110、チャンバ120、シャワーヘッド130、真空ポンプ140、圧力制御弁142、アウトヒータ150、インヒータ160、回転部材170を備えている。チャンバ120には、ガスを供給する流路122とガスを排気する流路124が接続されている。そして、流路122は、シャワーヘッド130に接続されている。図1では、実施の形態1を説明する上で必要な構成以外を省略している。また、縮尺等も、実物とは一致させていない(以下、各図面において同様である)。
そして、加熱されたシリコンウェハ101の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元を行なって、シリコンウェハ101の表面にシリコンエピタキシャル膜を成長させる。チャンバ120内の圧力は、例えば、圧力制御弁142を用いて常圧或いは所定の真空度の真空雰囲気に調整すればよい。或いは常圧で用いる場合には、真空ポンプ140若しくは圧力制御弁142がない構成でも構わない。シャワーヘッド130では、チャンバ120外から配管で供給された原料ガスをシャワーヘッド130内部のバッファを介して、複数の貫通孔から排出するようにしているため均一に原料ガスをシリコンウェハ101上に供給することができる。
さらに、ホルダ110や回転部材170の圧力を内外同一(シリコンウェハ101の表面側雰囲気の圧力と裏面側雰囲気の圧力とを同じ)にすることで、原料ガスが回転部材170の内側、若しくは回転機構内部へと廻り込むことを防止することができる。同様に、図示していない回転機構側のパージガス等が、チャンバ内(シリコンウェハ101の表面側雰囲気)に漏れることを防止することができる。
図2に示すように、エピタキシャル成長装置システム300は、筺体により全体が囲まれている。
エピタキシャル成長装置システム300内では、カセットステージ(C/S)310或いはカセットステージ(C/S)312に配置されたカセットにセットされたシリコンウェハ101が、搬送ロボット350によりロードロック(L/L)チャンバ320内に搬送される。そして、トランスファーチャンバ330内に配置された搬送ロボット332によりL/Lチャンバ320からシリコンウェハ101がトランスファーチャンバ330内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ101がエピタキシャル成長装置100のチャンバ120内に搬送され、エピタキシャル成長法によりシリコンウェハ101表面にシリコンエピタキシャル膜が成膜される。シリコンエピタキシャル膜が成膜されたシリコンウェハ101は、再度、搬送ロボット332によりエピタキシャル成長装置100からトランスファーチャンバ330内に搬出される。
図5は、図4に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ110には、2段ザグリ穴が形成される。すなわち、シリコンウェハ101の径よりも大きい径でシリコンウェハ101の厚さの半分強の深さまで掘り込んだ第1のザグリ穴114が形成され、第1のザグリ穴114の底面から、シリコンウェハ101の径よりも若干大きい径で、かつ第1のザグリ穴114の径より小さい径でシリコンウェハ101の厚さの半分より小さい値の深さまで掘り込んだ第2のザグリ穴116が形成されている。
そして、第2のザグリ穴116の底面でシリコンウェハ101が支持されている。ホルダ110が回転し、その遠心力からシリコンウェハ101がシリコンウェハ面と平行な方向に移動した場合、第2のザグリ穴116の側面の上端部が、シリコンウェハ101外周部のベベル部下部の面に当接することで、シリコンウェハ101が、外れることを抑制することができる。万が一、シリコンウェハ101が、第2のザグリ穴116の側面の上端部を乗り越えて移動した場合には、第1のザグリ穴114の側面がシリコンウェハ101の側面に当接することで、シリコンウェハ101が、外れることを抑制することもできる。
図6に示すように、第1のザグリ穴114の底面の高さが、シリコンウェハ101のベベル部下面側に位置するように第2のザグリ穴116を掘り込む深さλ1を設定することが望ましい。例えば、図6における寸法λ1は、シリコンウェハ101の厚さの20〜40%が望ましい。
図8は、本実施の形態における2段ザグリ穴を形成したホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
図7に示すように、2段ザグリ穴を形成していないホルダを用いた場合、シリコンウェハの側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜402とホルダのザグリ穴の側面に堆積したデポ膜404とが接触し、くっ付いて(接着して)しまい、シリコンウェハがホルダに貼り付いてしまう。
実施の形態2では、第1のザグリ穴を形成する代わりに支柱となる複数のピン112を配置した。
図9は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図10は、図9に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ110には、シリコンウェハ101の径よりも若干大きい径で、シリコンウェハ101の厚さの半分より小さい値の深さまで掘り込んだ第2のザグリ穴116が形成されている。そして、第2のザグリ穴116の底面でシリコンウェハ101が支持されている。そして、ホルダ110の上面には、シリコンウェハ101の外周から所定の隙間を空けて、3個以上のピン112を均等に配置する。
図9では、一例として8個のピン112を均等に配置した。ホルダ110が回転し、その遠心力からシリコンウェハ101がシリコンウェハ面と平行な方向に移動した場合、第2のザグリ穴116の側面の上端部が、シリコンウェハ101外周部のベベル部下部の面に当接することで、シリコンウェハ101が、外れることを抑制することができる。万が一、シリコンウェハ101が、第2のザグリ穴116の側面の上端部を乗り越えて移動した場合には、3個以上のピン112(ここでは、8個のピン112)のいくつかにシリコンウェハ101の側面が当接することで、シリコンウェハ101が、外れることを抑制することができる。
図11は、実施の形態3におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図11において、図1と同様に、気相成長装置の一例となるエピタキシャル成長装置200は、支持台の一例となるホルダ(サセプタとも言う。)210、チャンバ2圧力制御弁242、アウトヒータ250、インヒータ260、回転部材270を備えている。チャンバ220には、ガスを供給する流路222とガスを排気する流路124が接続されている。そして、流路222は、シャワーヘッド130に接続されている。図11ではシャワーヘッド230、真空ポンプ240、実施の形態3を説明する上で必要な構成以外を省略している。また、縮尺等も、実物とは一致させていない(以下、各図面において同様である)。
さらに、加熱されたシリコンウェハ201の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元を行なって、シリコンウェハ201の表面にシリコンエピタキシャル膜を成長させる。チャンバ220内の圧力は、例えば、圧力制御弁242を用いて常圧或いは所定の真空度の真空雰囲気に調整すればよく、その時の、所定の真空度は、実施形態1と同様、6.7〜10.6×104Pa:500〜800Torrであれば良い。シャワーヘッド230では、チャンバ220外から配管で供給された原料ガスをシャワーヘッド230内部のバッファを介して、複数の貫通孔から排出するようにしているため均一に原料ガスをシリコンウェハ201上に供給することができる。
図13は、図12に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された第一の凸部212は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ210中心に向かって延びており、その先端は、平面に形成されている。ここでは、8個の凸部212が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の凸部212のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部212を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
図15は、図14に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された凸部213は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ210中心に向かって延びており、その先端は、上面から見た場合にR状の曲面に形成されている。ここでは、8個の第一の凸部213が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の凸部213のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部213を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
図17は、図16に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された第一の凸部217は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からなだらかな曲線でつながりながらホルダ210中心に向かって続いて延びており、その先端は、上面から見た場合にR状の曲面に形成されている。その他は、図14、図15と同様であるため説明を省略する。
図19は、図18に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された凸部214は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ210中心に向かって延びており、その先端は、断面を見た場合にR状の曲線に形成されている。言い換えれば、ホルダ210の表面側から裏面側に向けて曲面に形成されている。ここでは、8個の凸部214が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の凸部214のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部214を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
図20に示すように、シリコンウェハ201の側面先端と第一の凸部214の先端とが同じ高さになるように凸部214を形成することが望ましい。例えば、図20における寸法X1は、シリコンウェハ201の厚さの1/2が望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、X1=0.3625mmが望ましい。しかし、これに限るものではなく、X1≒0.3625mmでも構わない。
また、寸法R1は、シリコンウェハ101の厚さの1/2と同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、R1=3625〜0.75mmが望ましい。
図22は、図21に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された凸部215は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ210中心に向かって延びており、その先端は、球状の曲面に形成されている。ここでは、8個の凸部215が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の第一の凸部215のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部215を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。さらに、ここでは、凸部215の先端が球状の曲面に形成されているため、シリコンウェハ201の側面と接触する場合でも点接触にすることができる。その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部215の先端部分に堆積した膜とが接触しても、さらに接触領域を小さくすることができるため、シリコンウェハ201のホルダ210への貼り付きをさらに低減することができる。ここでは、8個の凸部215が均等に配置されているが、これに限るものではなく、3個以上であれば構わない点は、凸部212の数の説明と同様なので説明を省略する。
図23に示すように、シリコンウェハ201の側面先端と第一の凸部215の先端とが同じ高さになるように凸部215を形成することが望ましい。例えば、図23における寸法X3は、シリコンウェハ201の厚さの1/2が望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、X3=0.3625mmが望ましい。しかし、これに限るものではなく、X3≒0.3625mmでも構わない。
また、寸法R2は、シリコンウェハ201の厚さの1/2と同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、R2=0.3625〜0.75mmが望ましい。これは、実施形態1と同様である。
図25は、図24に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された第一の凸部216は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面に球を溶着することで形成される。よって、シリコンウェハ201側面に向かうその先端は、球状の曲面に形成されている。ここでは、8個の凸部216が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の凸部216のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部216を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
図26に示すように、シリコンウェハ201の側面先端と第一の凸部216の先端とが同じ高さになるように凸部216を形成することが望ましい。例えば、図26における寸法Φ1は、シリコンウェハ201の厚さより埋め込む分だけ若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、Φ1=1〜1.5mmが望ましい。また、寸法X5は、球体の凸部116の位置決めができる程度に掘り込んでいればよい。具体的には、X5=0.1375〜0.6375mmが望ましい。
図28は、本実施の形態における第一の凸部を形成したホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
図27に示すように、第一の凸部を形成していないホルダを用いた場合、シリコンウェハの側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜402とホルダのザグリ穴の側面に堆積したデポ膜404とが接触し、くっ付いて(接着して)しまい、シリコンウェハがホルダに貼り付いてしまう。
ここでは、シリコン源として、トリクロルシラン(SiHCl3)を水素(H2)で25%に希釈したガスを34Pa・m3/s(20SLM)、キャリアガスとして、H2を85Pa・m3/s(50SLM)をシャワーヘッド130から供給した。すなわち、ガス全体でのSiHCl3濃度を7.2%とした。そして、インヒータ160を1100℃、アウトヒータ150を1098℃に設定した。また、シリコンウェハの回転数は、500min−1(500rpm)とした。チャンバ内圧力は、9.3×104Pa(700Torr)とした。
実施の形態3では、第一の凸部を設けて、前記基板の側面部分に成長した膜とホルダ側に堆積した膜との接触領域を小さくしたが、実施の形態2では、効果は劣るが、従来よりは接触領域を小さくしたホルダの形状について説明する。
図30は、実施の形態2におけるホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
図31は、図30に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210には、シリコンウェハ201の径より大きいザグリ穴が形成され、かかるザグリ穴に断面が円形に形成されたリング218を配置する。言い換えれば、ホルダ110は、シリコンウェハ201に対しシリコンウェハ201面と同方向の移動を拘束する面がシリコンウェハ201側に向かって凸のR状に形成されたリング218を備えている。
そして、リング218の内側に、シリコンウェハ201を配置する。ホルダ210とリング218は溶着してもよい。かかる構成により、シリコンウェハ201側面に向かうその先端は、球状の曲面に形成されている。よって、ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動してある方向に寄ってしまう場合でも、シリコンウェハ201の側面の一部がリング218の先端部分に線接触で接触させることができる。よって、上述した凸部やリング218を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜とリング218の先端部分に堆積した膜とが接触しても、接触領域が小さいため、シリコンウェハ201のホルダ110への貼り付きを従来にくらべ低減することができる。
その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部212の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域が小さいため、シリコンウェハ201のホルダ210への貼り付きを低減することができる。
さらに、シリコンウェハ201と接触する面に複数(本実施形態では4個)の第2の凸部221が設けられ、その第2の凸部221の頂面でシリコンウェハ201が支持すされている。
101,200,500 シリコンウェハ
110,210,510 ホルダ
112,113,114,115,116,117 第一の凸部
118 リング
120 チャンバ
121 第二の凸部
122,124 流路
130 シャワーヘッド
140 真空ポンプ
142 圧力制御弁
150 アウトヒータ
160 インヒータ
170 回転部材
200 エピタキシャル成長装置
201 シリコンウェハ
210 ホルダ
212 ピン
214 第1のザグリ穴
216 第2のザグリ穴
220 チャンバ
222,224 流路
230 シャワーヘッド
240 真空ポンプ
250 アウトヒータ
260 インヒータ
270 回転部材
300 エピタキシャル成長装置システム
310,312 カセットステージ
320 L/Lチャンバ
330 トランスファーチャンバ
332,350 搬送ロボット
402 シリコンエピタキシャル膜
404 デポ膜
Claims (3)
- チャンバ内には、凹み有する第1の凹部と前記第1の凹部の底部にさらに凹みを有する第2の凹部とが設けられた支持台上に載置された基板が収容され、前記支持台の裏面側にアウトヒータとインヒータを備え、前記支持台上に載置された前記基板上に成膜するためのガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続された気相成長装置を用い、前記基板上に半導体層を気相成長する際に、
前記第2の凹部の深さを前記基板の厚さより低く構成することにより前記基板上の、前記第1流路からのガスの流れを均一にし、
前記チャンバ内の真空度、前記基板温度及び前記基板を回転する回転速度を制御して、前記半導体層の膜厚を均一にし、
前記成膜するための反応ガスは、トリクロロシランであって、キャリアガスは水素で、前記チャンバ内圧力を6.7〜10.6×104Paにし、前記基板の回転数を500〜1500min−1にし、前記基板の温度を1100℃〜1140℃にすることによって、前記半導体層を成長させ、前記半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にすることを特徴とする気相成長方法。 - 前記支持台には、前記基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する複数の第一の凸部が設けられ、且つ、前記基板と接触する面に複数の第2の凸部が設けられ、その第2の凸部の頂面で前記基板を支持するようにし、前記基板上に、前記第1流路からのガスを流して前記半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にしたことを特徴とする請求項1記載の気相成長方法。
- 前記支持台には、前記基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する複数の第一の凸部を設け、さらに、前記基板と接触する面に複数の第2の凸部を設けて、その第2の凸部の頂面で前記基板を支持するようにして、前記基板上の、前記第1流路からのガスの流れを均一にし、前記半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にしたことを特徴とする請求項1記載の気相成長方法。
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