JP2013077655A

JP2013077655A - 半導体装置および半導体製造装置

Info

Publication number: JP2013077655A
Application number: JP2011215725A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sato; 慎哉佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-25

Abstract

【課題】半導体ウエハと半導体製造装置のホルダとをシリコン酸化膜を介して接触させた場合に、半導体ウエハとホルダとの貼り付きが抑制された半導体装置およびこの半導体装置を製造可能とする半導体製造装置を提供すること。
【解決手段】
この半導体製造装置は、反応容器となるチャンバー１２０と、半導体ウエハにＤＣＳガスを提供するシャワーヘッド１３０と、半導体ウエハに熱を加えるヒーター１５０と、載置面１３に半導体ウエハ２００が接触して支持される載置部１１と、この載置部１１を囲む周縁部１２と、載置面１３に部分的に設けられ、シリコン樹脂を主成分とする支持部材１４と、を有するウエハホルダ１１０を少なくとも備える。この支持部材１４は、ＳｉとＯとを主成分とする。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は，半導体ウエハ及び半導体ウエハの製造装置に関する。

現在、高温に加熱されたシリコン基板上に水素キャリアにより、ＳＩＣ1_４、ＳｉＨＣｌ_３，ＳｉＨ_２Ｃｌ_２またはＳｉＨ_４等のＳｉ原料ガスを供給し、基板上でＨ−Ｓｉ−Ｃｌ系の反応を通じてシリコン単結晶を堆積、成長させるＣＶＤ法（Chemical vapor deposition)がシリコンエピタキシャル成長方法として最も広く研究、応用されている。
エピタキシャル成長方法を利用した従来のエピタキシャル成長装置としては、チャンバー内で一対のリング状の半導体ウエハをそれらの成長対象表面を互いに対向させて配置することにより一対の半導体ウエハの間に独立した反応空間を形成する一対のウエハホルダと、この前記成長対象表面を含む反応空間内部に材料ガスを供給する材料ガス供給用のシャワーヘッドと、反応空間内部を所定の成長温度まで加熱するヒーターとを少なくとも備えている。また、このエピタキシャル成長装置では、反応空間内部を加熱しながら半導体ウエハを回転テーブルによってウエハホルダごと回転させる回転部材も備えている。このような装置を用いることで、材料ガスは半導体ウエハの成長対象表面に供給され、その表面上にエピタキシャル成長層が形成される。

特開２００４−３４９４０５号公報

従来より、厚膜形成を目的とするエピタキシャル成長装置ではエピタキシャル成長時にウエハホルダに載置した半導体ウエハがホルダに貼り付いてしまい、ウエハに微小な欠けである所謂チッピングの発生が問題となっていた。チッピングが発生すると、エピタキシャル成長装置内や後の工程でウエハが破損してしまう懸念があり、生産性に大きな影響を与えかねない。

この点、ウエハの裏面をシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で覆うことでウエハホルダとウエハとの接触面でのエピタキシャル成長を抑え、両者の貼り付きを防ぐ対策が考えられる。しかしながら、裏面全面をシリコン酸化膜とした場合、ガスの回り込みにより、裏面に多結晶のシリコン粒が堆積し、ウエハ搬送用ハンドでの真空吸着エラーを引き起こす等、製造装置を汚染する原因となる。

そこで、エピタキシャル成長時における、ウエハホルダに対する半導体ウエハの貼り付きを抑制することを課題とする。

実施形態によれば、この半導体製造装置は、反応容器であるチャンバーと、半導体ウエハにＳｉを主成分とするＳｉ原料ガスを提供するシャワーヘッドと、前記半導体ウエハに熱を加えるヒーターと、載置面に半導体ウエハの外周部が接触して支持される載置部と、この載置部を囲む周縁部と、ＳｉとＯとを主成分とする支持部材が前記載置面に部分的に設けられたウエハホルダと、を備える。

また、実施形態によれば、この半導体装置は、基板の主表面上に形成された気相成長層と、前記基板の裏面に形成されたシリコン酸化膜と、前記基板の外周部に部分的に形成され、シリコン樹脂を主成分とする支持部材と、前記シリコン酸化膜を被覆するように形成されたポリシリコン膜と、を有する。

実施形態にかかる半導体装置の構成の一例を示す概念図である。実施形態にかかるウエハホルダを示す図であり、（ａ）は実施形態にかかるウエハホルダの上面図、（ｂ）はウエハホルダのＡ部を３次元に切り抜いた立体断面図である。実施形態にかかる半導体ウエハを示す図であり、（ａ）は実施形態にかかる半導体ウエハの上面図、（ｂ）は半導体ウエハのＢ部を切り抜いた断面図である。実施形態にかかる半導体ウエハの製造プロセスを示す図である。

以下、図面を参照しながら発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態にかかる半導体製造装置の構成の一例を示す概念図である。この半導体製造装置１は、気相成長装置の一例であり、半導体ウエハを支持するウエハホルダ１００と、反応容器となるチャンバー１２０と、半導体ウエハに四塩化ケイ素（ＳiＣl_４）、三塩化ケイ素（ＳｉＨＣｌ_３）、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）またはモノシラン（ＳｉＨ_４）等を主成分とするＳｉ原料ガスを提供するシャワーヘッド１３０、ウエハホルダ１００を回転させる回転部材１４０、半導体ウエハに熱を加えるヒーター１５０、を有している。

一例として、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体ウエハ２００を半導体装置１を用いてエピタキシャル成長させる場合について説明する。まず、ウエハホルダ１００の回転により半導体ウエハ２００を所定の回転数で回転させる。そして、回転させながら、シャワーヘッド１３０からＳｉ原料ガスをチャンバー１２０内に供給する。そして、ヒーター１５０により加熱された半導体ウエハ２００の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元を行なう。これにより、半導体ウエハ２００の表面にシリコンエピタキシャル膜が成長させられることとなる。

チャンバー１２０には、ガスを供給する流路１２２とガスを排気する流路１２３が接続されており、流路１２２はシャワーヘッド１３０に接続されている。このような接続状態で、チャンバー１２０の室内は常圧あるいは所定の真空雰囲気に保持される。

ウエハホルダ１００は、内側に基板の一例となる半導体ウエハ２００と接触する載置部１１とその外側に載置部１１に接続する周縁部１２を有している。

載置部１１は、所定の内径の貫通する開口部が形成され、炭化シリコン（ＳｉＣ）を主な材料としている。上面側から垂直あるいは所定の角度で所定の深さに掘り込まれた載置面１３で半導体ウエハ２００と接触して半導体ウエハ２００を支持する。

周縁部１２は、外周が円形に形成されており、炭素（Ｃ）を主な材料として構成されている。この周縁部１２は、回転機構（図示せず）により半導体ウエハ２００と直行する半導体ウエハ２００面の中心線を軸に回転させられる回転部材１４０上に配置される。そして、ウエハホルダ１００は、回転部材１４０と共に回転することで、半導体ウエハ２００を回転させることが可能となる。

図２は、第１の実施形態にかかるウエハホルダ１００を示す図であり、（ａ）はウエハホルダ１００の上面図、（ｂ）はウエハホルダ１００のＡ部を３次元に切り抜いた立体断面図である。図２に示されるように、このウエハホルダ１００は、載置される半導体ウエハ２００よりも大きい外形を有する略円板状に形成されており、半導体ウエハ２００が載置される載置面１３を有する載置部１１と、周縁部１２とを備えている。

この載置部１１には、中心が載置部１１の中心と一致する半導体ウエハ２００が載置され、半導体ウエハ２００の外周部において載置面１３と接触し、支持される。

周縁部１２には、載置部１１の周縁を囲む状態に起立する内周面１５と、内周面１５の上端から載置部１１の載置面１３に沿って外側に延出形成される上面１６とが一体的に形成された略リング板状の周縁部が設けられている。

ここで、載置部１１に形成された載置面１３には、支持部材１４が部分的に形成されている。支持部材１４は、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）とを主成分としており、たとえば、CVD法、スパッタ法、あるいは塗布法（例えば、ポリシラザン法やゾルゲル法）により形成されるシリカガラスであってよい。支持部材１４は、円板状に形成された載置面１３上に、たとえば６０度の間隔で形成されることが好ましい。また、支持部材１４は、半導体ウエハ２００の底面と側面に接触する部材に其々別々に分けても良く、底面（側面）の支持部材で貼り付きが無いのであれば、側面（底面）の支持部材のみでも良い。この支持部材１４を介して、半導体ウエハ２００が載置部１１に形成された載置面１３に接触させ、その後、エピタキシャル成長をさせる。

なお、支持部材１４は、ＳｉＯ_２等の石英を主成分とする硬質の部材であってもよい。支持部材１４として硬質の部材を用いる場合、載置面１３に埋め込み孔（図示せず）を形成し、この埋め込み孔に支持部材１４としての石英ガラスをはめ込む。あるいは、支持部材１４としての石英ガラスをピン状に形成し、載置面１３を挟み込むようにネジ（とナット）で支持部材１４を固定してもよい。これにより、支持部材１４の脱着が可能となり、定期的に交換することも可能となる。この際、載置面１３の部材、たとえばＳｉＣとの熱膨張係数差を考慮し、支持部材１４のはめ込み部の径よりも埋め込み孔径を大きくしておく。

このように、載置部１１に部分的に形成された支持部材１４を介してウエハホルダ１００に半導体ウエハ２００を載置させ、エピタキシャル成長をさせることで、ウエハホルダ１００に対する半導体ウエハ２００の貼り付きを抑制させることが可能となる。

これが可能となる一因として、以下が考えられる。すなわち、シリコン樹脂を主成分とする支持部材１４をエピタキシャル反応させた場合、ＳＩＣl_４、ＳｉＨＣｌ_３，ＳｉＨ_２Ｃｌ_２またはＳｉＨ_４等のＳｉ原料ガスと化学反応を起こし、支持部材１４の部分で塩化水素（ＨＣＬ）を自発的に発生させられる。この塩化水素によるエッチング効果により、ウエハホルダ１００と半導体ウエハ２００の界面でのシリコン核の発生を抑制させることができる。

なお、ウエハホルダ１００の全体に支持部材１４を形成した場合、温度分布・熱伝導率などに影響を与えることとなり好ましくない。また、支持部材１４の表面積結晶が大きいほど、結晶粒が発生し易くなり半導体製造装置１の汚染が深刻となる。

本実施形態では、本ウエハホルダ１００に支持部材１４を塗布、あるいは石英製の部品を取り付けたうえで、半導体ウエハ２００を載置することで、貼り付きの抑制と、一方で結晶粒の発生を抑制することが可能となる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態にかかる半導体ウエハ２００を示す図であり、（ａ）は半導体ウエハ２００の上面図、（ｂ）は半導体ウエハ２００のＢ部を切り抜いた断面図である。

第２の実施形態では、半導体ウエハ２００の側に支持部材２６を形成し、ウエハホルダ１００との貼り付きを抑制する。具体的には、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、半導体ウエハ２００は、オリエンテーションフラット部（以下、オリフラ部）２０と、シリコン基板２１の主表面上に形成されたシリコンエピタキシャル層２２と、裏面２３に形成されたシリコン酸化膜２４と、半導体ウエハ２００の外周部２５に形成された支持部材２６と、シリコン酸化膜２４の上面に形成されたポリシリコン膜２７と、を有する。

ここで、支持部材２６は、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）を主成分としており、たとえば、部分的な塗布法によるシリカ膜、あるいは、ＣＶＤ酸化膜やシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ_２）により形成されるものであってよい。あるいは、外周部２５に全面塗布されていてもよい。以降、一例として、支持部材２６がシリコン熱酸化膜である場合を説明する。

図４は本実施形態にかかる半導体ウエハ２００の製造プロセスを示す図であり、支持部材２６が形成された図３（ａ）のＢ部について特に示す。以下、図４を参照しながら本実施形態にかかる半導体ウエハ２００の製造プロセスについて説明する。

まず、製造されたシリコン単結晶インゴットに対して、面取り工程、スライス工程、ラッピング工程及びエッチング工程を順に行いシリコン基板２１を生成する（図示せず）。

次に、図４（ａ）に示す通り、ＣＶＤ法などによりシリコン基板２１の表面全域にシリコン酸化膜２５を形成する。具体的には、シリコン基板２１を３５０〜４５０℃に加熱しつつ、原料ガスをキャリアガスとともに吹き付ける。あるいは、シリコン基板２１を６００〜１１００℃に加熱しつつ、酸素を含むガスの雰囲気で、熱酸化膜成長させる。これにより、シリコン酸化膜２４はシリコン基板２１の表面に形成される。

次に、図４（ｂ）に示す通り、ポリシリコン膜２７をシリコン基板の表面全域に形成させる。

次に、図４（ｃ）に示す通り、ケミカルドライエッチング法などにより、シリコン基板２１の裏面２３にのみポリシリコン膜２６を残す。具体的には、ＣＦ_４などのガスを導入し、１０〜１００Ｐａ程度の圧力に調整された雰囲気で、２．４５ＭＨｚのマイクロ波によるガスプラズマによりエッチング種を生成させる。この活性種は、シリコン基板２１の外周部のうち主表面に回り込み、ポリシリコン膜26２７の表面側をエッチングするものの、裏面２３には回り込まない。そのため、シリコン基板の裏面にはポリシリコン膜２７が残り、半導体ウエハ２００の表面部と外周部２５にシリコン酸化膜２４が露出した状態となる。その後、レジスト塗布、リソグラフィー、反応性イオンエッチング、レジスト除去の各工程を経ることで、半導体ウエハ２００の外周部２５に支持部材２６を形成する。

このように、部分的に形成された支持部材２６を介して半導体ウエハ２００をエピタキシャル成長させることで、ウエハホルダに対する半導体ウエハ２００の貼り付きを抑制させることが可能となる。

また、裏面２３をポリシリコン膜２７とすることで、裏面に回りこんだＳｉ原料ガスによる、シリコン酸化膜２４の表面に多結晶シリコンの結晶粒の生成を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１半導体製造装置、１１載置部、１２周縁部、１３載置面、１４支持部材、１５内周面、１６上面、２０オリフラ、２１シリコン基板、２２シリコンエピ層、２３裏面、２４シリコン酸化膜、２５外周部、２６支持部材、２７ポリシリコン膜、１００ウエハホルダ、１２０チャンバー、１３０シャワーヘッド、１４０回転部材、１５０ヒーター、２００半導体ウエハ

Claims

反応容器であるチャンバーと、
半導体ウエハにＳｉを主成分とするＳｉ原料ガスを提供するシャワーヘッドと、
前記半導体ウエハに熱を加えるヒーターと、
載置面に半導体ウエハの外周部が接触して支持される載置部と、この載置部を囲む周縁部と、
ＳｉとＯとを主成分とする支持部材が前記載置面に部分的に設けられたウエハホルダと、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
前記支持部材は、ＣＶＤ法、スパッタ法、塗布法のうちいずれか１つの方法により設けられることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
前記支持部材は、ピン状に形成されており、前記載置面に脱着可能なように設けられていていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
基板の主表面上に形成された気相成長層と、
前記基板の裏面に形成されたシリコン酸化膜と、
前記基板の外周部に部分的に形成され、シリコン樹脂を主成分とする支持部材と、
前記シリコン酸化膜を被覆するように形成されたポリシリコン膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。
前記支持部材は、ＳｉとＯとを主成分とする溶液であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。