JP2014075453A - エピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エピタキシャル成長時のウェーハ表面の温度分布を均一にできるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】ウェーハを載置するサセプタのザグリ深さとウェーハ表面温度の相関関係を求める（Ｓ１）。ザグリ底面がフラットな面からなる標準ザグリが形成された標準サセプタを用いて、エピタキシャル成長温度におけるウェーハ表面の温度分布を測定する（Ｓ２）。ウェーハ表面温度が相対的に低い低温ウェーハ領域に対する、ウェーハ表面温度が相対的に高い高温ウェーハ領域の温度上昇分を打ち消すザグリ深さを、得られた温度分布と相関関係とから求める（Ｓ３）。Ｓ２の温度分布に応じて部分的にザグリ深さが変わるように、Ｓ３で求めたザグリ深さとなるようにザグリ底面の形状を変更した形状変更サセプタを作製する（Ｓ３）。形状変更サセプタを用いて、エピタキシャル層を成膜する（Ｓ４）。
【選択図】図３

Description

本発明はエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

シリコンウェーハの一種として、シリコンウェーハの表面に、単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を気相エピタキシャル成長させたエピタキシャルシリコンウェーハが知られている。その製造方法としては、例えば枚葉式の気相成長装置の反応容器に収納されたサセプタに、１枚のシリコンウェーハを水平配置する。そのサセプタにはザグリが形成されており、ウェーハはそのザグリ内に載置される。その後、サセプタを回転させながらシリコンウェーハを、反応容器の周囲に配置された加熱手段により高温加熱（９００〜１２００℃）し、成長ガスを流す。これにより、ウェーハ表面に反応ガスの熱分解（および還元）によって生成されたシリコンが析出し、ウェーハ表面に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層が成長する。なお、多くの気相成長装置はコールドウォール式であり、水冷、空冷により、反応容器構造部材である石英、ＳＵＳなどを冷却しながらプロセスを行う。

エピタキシャルシリコンウェーハの膜厚分布は、デザインルールからの要求や、デバイスの設計マージンの要求から均一性が求められている。膜厚分布をコントロールするためにはウェーハ面内の成長速度分布を考える必要がある。エピタキシャル成長の成長速度は主にＳｉ原料ガスの濃度、および反応温度で決まる。高温、低速成長では原料ガスの移動速度が成長速度の律速になるが、低温、高速成長では反応速度律速となるため、ウェーハ表面の温度分布の影響を受けやすい。枚葉式の気相成長装置では生産性を上げるために移動速度律速の条件を用いているが、ウェーハ表面の温度分布の影響は無視できなくなってきている。

従来、ウェーハ表面の温度分布（膜厚分布）の改善に関する発明の提案がある（例えば、特許文献１、２）。例えば、特許文献１には、第１のサセプタと、第１のサセプタ上に設けられ、表裏面のそれぞれに凹部を有する第２のサセプタとを備え、第２のサセプタの表面凹部にウェーハを載置してエピタキシャル成長を行う発明が提案されている。この特許文献１の発明によれば、サセプタのたわみとうねりとザグリ加工精度不足に起因するウェーハの温度均一性の悪化を防止できるとしている。

また、例えば特許文献２には、所望のザグリ深さとなるように、サセプタの外周部の高さ方向にシリコン膜を生成させ、そのサセプタを用いてエピタキシャル成長を行う発明が提案されている。この特許文献２の発明によれば、厚さの異なる複数種類のウェーハに対して処理を行うときであっても、処理するウェーハごとに異なるサセプタを用意する必要がないので、エピタキシャルウェーハの外周部のエピタキシャル層の厚さを容易且つ適切に制御できるとしている。

特開２０００−３５５７６６号公報 特開２０１１−１７１６３７号公報

ところで、ウェーハ表面の温度分布は、ランプ（加熱手段）配置、リフレクター配置、その他サセプタ支持部材配置、ランプ出力制御など様々な要因によって決定される。枚葉式の気相成長装置の場合、これら要因によって決定された温度分布は再現性が高い。しかし、調整や制御が難しいパラメータも含まれるため、より均一な温度分布を得るには限界がある。この点、特許文献１の発明では、サセプタのたわみとうねりとザグリ加工精度不足を考慮しているだけなので、均一な温度分布を得るという点では不十分である。また、特許文献２の発明はウェーハの外周部の膜厚の制御に関する発明であるので、外周部以外の部分も含むウェーハ表面の温度分布を均一にするという点では不十分である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、エピタキシャル成長時のウェーハ表面の温度分布を均一にできる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。

上記課題を解決するために、本発明は、ウェーハを載置するためのザグリであってウェーハ外周部を支持するとともにウェーハ裏面とザグリ底面の間に空間を有したザグリが形成されたサセプタと、そのサセプタに載置されたウェーハを少なくとも前記サセプタの下方から加熱する加熱手段とを備えた気相成長装置を用いて、ウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、
エピタキシャル成長温度におけるウェーハの表面温度と、ウェーハ裏面とザグリ底面の間の距離であるザグリ深さの相関関係を取得する相関関係取得工程と、
ザグリ底面がフラットな面からなる前記ザグリが形成された第１のサセプタを用いて、エピタキシャル成長温度におけるウェーハ表面の温度分布を測定する温度分布測定工程と、
前記温度分布に応じて部分的にザグリ深さが変わるように、前記第１のサセプタの前記ザグリである標準ザグリに対してザグリ底面の形状を前記温度分布及び前記相関関係に応じた分だけ変更した第２のサセプタを作製するサセプタ作製工程と、
前記第２のサセプタを用いてウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させる気相成長工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明では、ウェーハ裏面とサセプタの距離（ザグリ深さ）によって、サセプタからの伝熱が変わることに着目している。すなわち、本発明では、エピタキシャル成長を行う前に予め、ウェーハの表面温度とザグリ深さの相関関係を求めておき（相関関係取得工程）、エピタキシャル成長温度におけるウェーハ表面の温度分布を測定しておく（温度分布測定工程）。そして、相関関係取得工程、温度分布測定工程で得られた相関関係、温度分布を用いて、温度分布測定工程で用いたサセプタ（第１のサセプタ）のザグリ底面の形状を変更した第２のサセプタを作製する（サセプタ作製工程）。具体的には、第２のサセプタは、温度分布に応じて部分的に、温度分布及び相関関係に応じた分だけザグリ深さが変わっている。この第２のサセプタでは、ウェーハの表面温度が相対的に高い高温ウェーハ領域に対応させて、部分的にザグリ深さを増している。そのため、サセプタ裏面から高温ウェーハ領域への熱伝導度（ウェーハの温度が高い場合はウェーハからサセプタへの熱伝導度）が低下し、第１のサセプタを用いたときよりも高温ウェーハ領域の温度を低下させることができる。その第２のサセプタを用いてウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させるので（気相成長工程）、エピタキシャル成長時のウェーハ表面の温度分布を均一にできる。その結果、エピタキシャルウェーハの膜厚分布、抵抗分布を向上でき、温度分布不均一に起因したスリップの発生を低減できる。

また、本発明におけるサセプタ作製工程は、ウェーハ表面領域のうち前記温度分布で示される温度が他の領域に比べて相対的に高くなっている高温ウェーハ領域に対応するザグリ底面の領域である高温ザグリ領域を、前記標準ザグリのザグリ深さである標準ザグリ深さよりも前記温度分布及び前記相関関係に応じた分だけ深くした前記第２のサセプタを作製する工程とするのが好ましい。

このように、高温ザグリ領域を深くすることで、高温ウェーハ領域の温度を低下させ、低温ウェーハ領域と高温ウェーハ領域の温度差を小さくできるので、ウェーハ表面の温度分布を改善できる。

そのサセプタ作製工程の具体的態様として、本発明におけるサセプタ作製工程は、ウェーハ表面領域のうち前記温度分布で示される温度が他の領域に比べて相対的に低くなっている低温ウェーハ領域に対する前記高温ウェーハ領域の温度上昇分を打ち消す温度変化を与えるザグリ深さを前記相関関係から求め、求めたザグリ深さとなるように、前記高温ザグリ領域を前記標準ザグリ深さよりも深くした前記第２のサセプタを作製する工程とすることができる。

これによれば、低温ウェーハ領域に対する高温ウェーハ領域の温度上昇分を打ち消すことができるので、ウェーハ表面の温度分布を改善できる。

本発明の具体的態様として、本発明における前記相関関係取得工程は、前記標準ザグリ深さから深くする方向にザグリ深さを変化させたときのその変化分に対するウェーハ表面の温度変化を前記相関関係として取得する工程であり、
前記サセプタ作製工程は、前記温度上昇分を打ち消す温度変化を与える前記標準ザグリ深さからの変化分を前記相関関係から求め、求めた変化分だけ、前記高温ザグリ領域を前記標準ザグリ深さよりも深くした前記第２のサセプタを作製する工程とすることができる。

これによれば、第２のサセプタを作製するときに、標準ザグリ深さからの変化分を考慮すれば良いので、標準ザグリ深さの値を正確に把握していなくても、第２のサセプタを作製できる。

また、本発明における相関関係取得工程は、前記標準ザグリに対してザグリ深さをいくつか局所的に変えたサセプタを用いて前記相関関係を求める工程とするのが好ましい。これによれば、ザグリ深さが異なる複数のサセプタを用意しなくても、相関関係を求めることができる。

また、本発明におけるサセプタ作製工程は、ザグリ深さが変わるザグリ底面の境界部分をテーパー状に形成した前記第２のサセプタを作製する工程とするのが好ましい。これにより、ザグリ深さが変わるザグリ底面の境界部分において、ウェーハの表面温度が急激に変化するのを防止できる。

気相成長装置１０の側面断面図である。 標準サセプタ１７の側面断面図である。 シリコンエピタキシャルウェーハの製造工程を示したフローチャートである。 相関測定用サセプタ３１の側面断面図である。 段差深さとウェーハ表面温度の相関関係としての近似直線２００を示した図である。 標準サセプタを用いたときにおけるウェーハ表面の温度分布である。 形状変更サセプタ３２の平面図である。 図７のＡ−Ａ断面図である。 図７のＢ−Ｂ断面図である。 形状変更サセプタを用いたときのウェーハ表面の温度分布である。 形状変更サセプタを用いて製造されたエピタキシャルウェーハの膜厚分布である。 標準サセプタを用いて製造されたエピタキシャルウェーハの膜厚分布である。

以下、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明において使用される気相成長装置の好適な一例として、枚葉式の気相成長装置１０の側面断面図を示している。気相成長装置１０は、ＳＵＳからなるチャンバーベース１１とそれを上下から挟み、反応容器１２を形成する透明石英部材１３、１４と、反応容器１２の内部に設けられてＳＵＳのチャンバーベース１１を内側からカバーする不透明石英部材１５、１６と、シリコンウェーハＷ（図２参照）を水平に支持するサセプタ１７とを備えている。そのサセプタ１７は水平配置されている。なお、図１では、シリコンウェーハＷの図示を省略している。

ここで、図２は、サセプタ１７及びそれに載置されたシリコンウェーハＷの側面断面図を示している。サセプタ１７は、例えば、Ｃ（カーボン）を基材として、その周りを高純度の炭化珪素（ＳｉＣ）で覆われて所定の形状に形成されている。具体的には図２に示すように、サセプタ１７の上面１７２には、シリコンウェーハＷを載置するためのザグリ１７１が形成されている。そのザグリ１７１は、シリコンウェーハＷの径よりも若干大きい径の平面視円状の第１の段差部１７１ａと、その第１の段差部１７１ａの内側にてシリコンウェーハＷの径よりも若干小さい径の平面視円状の第２の段差部１７１ｂとから構成されている。シリコンウェーハＷの外周部１０１が第１の段差部１７１ａで支持されている。

第２の段差部１７１ｂの底面１７１ｃ（ザグリ底面）はフラットな面に形成されている。ザグリ底面１７１ｃとシリコンウェーハＷの裏面１０３の間は空間１７４が設けられる。以下、その空間１７４の深さ（ザグリ底面１７１ｃと裏面１０３の間の距離）をザグリ深さと言う。

図１の説明に戻り、サセプタ１７は支持アーム２６につられて回転するように支持されている。支持アーム２６は、少なくとも３本、回転対称に中心の回転軸２７に片持ちで支持されている。回転軸２７は、回転機構１８に接続されており、この回転機構１８により回転するようになっている。この回転機構１８の回転により、エピタキシャル成長中にサセプタ１７に載置されたシリコンウェーハＷが回転する。これにより、エピタキシャル層をシリコンウェーハＷ上に膜厚均一に成長させるようにしている。回転機構１８内部はＳＵＳが使われており、回転機構内部をパージするパージガス導入管１９が設けられている。

回転軸２７を囲うように円筒形の上下昇降支持軸２８が設けられる。その上下昇降支持軸２８には昇降支持アーム２９が片持ちに設けられる。サセプタ１７には、例えば３つ以上の貫通孔が設けられ、この貫通孔にリフトピン３０が配置されている。そのリフトピン３０の一端が昇降支持アーム２９の先端に取り付けられている。そして、上下昇降支持軸２８が上下に昇降することで、昇降支持アーム２９及びリフトピン３０を介してシリコンウェーハＷのサセプタ１７への載置又は離間が行われる。

反応容器１２には、反応容器１２内に原料ガス（例えばトリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば、水素）を含む気相成長ガスＧを、サセプタ１７の上側の領域に導入してサセプタ１７上のシリコンウェーハＷの主表面上に供給する気相成長用ガス導入管２０、２１が設けられている。また、反応容器１２には、気相成長用ガス導入管２０、２１が設けられた側と反対側にガス排出管２２、２３が設けられている。

また、反応容器１２の上下には、エピタキシャル成長時にシリコンウェーハＷをエピタキシャル成長温度（例えば９００〜１２００℃）に加熱する加熱手段２４、２５が設けられている。加熱手段２４、２５は、水平方向に複数設けられている。加熱手段２４、２５としては例えばハロゲンランプが採用される。なお、加熱手段２４、２５は、反応容器１２に内蔵するように設けられたとしても良い。また、各加熱手段２４、２５からの放射熱を有効利用するために、各加熱手段２４、２５の周囲には反応容器内以外の部分への熱の放射を抑えるリフレクター（図示外）が設けられている。

次に、図１の気相成長装置１０を用いてシリコンウェーハＷ上にシリコン膜をエピタキシャル成長させるときの工程（シリコンエピタキシャルウェーハの製造工程）を説明する。ここで、図３はその工程を示したフローチャートである。先ず、エピタキシャル成長温度にシリコンウェーハＷを昇温したときの、ウェーハ表面温度とサセプタのザグリ深さの相関関係を求める（Ｓ１）。具体的には、図４に示すように、局所的にいくつかザグリ深さを変えたサセプタ３１（以下、相関測定用サセプタという）を準備する。その相関測定用サセプタ３１にはザグリ３１１が形成されている。そのザグリ３１１のザグリ底面３１１ｃには、局所的に複数の段差３１２が形成されている。図４では５つの段差３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄ、３１２ｅが形成された例を示している。それら段差３１２ａ〜３１２ｅの深さｄ１〜ｄ５は、互いに異なっている。段差３１２ａ〜３１２ｅ以外の部分は、図２のサセプタ１７と同じである。段差３１２が形成されていない部分のザグリ深さをｄ（ｄは、図２のザグリ深さと同じ、以下標準ザグリ深さという）としたとき、第１の段差３１２ａでのザグリ深さはｄ＋ｄ１とされ、第２の段差３１２ｂでのザグリ深さはｄ＋ｄ２とされ、第３の段差３１２ｃでのザグリ深さはｄ＋ｄ３とされ、第４の段差３１２ｄでのザグリ深さはｄ＋ｄ４とされ、第５の段差３１２ｅでのザグリ深さはｄ＋ｄ５とされる。

Ｓ１の工程では、図４の相関測定用サセプタ３１を気相成長装置１０にセットし、その相関測定用サセプタ３１にシリコンウェーハＷを載置する。そして、加熱手段２４、２５で所定のエピタキシャル成長温度までシリコンウェーハＷを昇温するとともに、気相成長ガスＧを反応容器１２に流して、所定の厚さのエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる。そして、段差３１２ａ〜３１２ｅごとに、エピタキシャル成長時のウェーハ表面温度を測定する。具体的には、図４の例では、第１の段差３１２ａに対向するウェーハ表面部分１０２ａの温度と、第２の段差３１２ｂに対向するウェーハ表面部分１０２ｂの温度と、第３の段差３１２ｃに対向するウェーハ表面部分１０２ｃの温度と、第４の段差３１２ｄに対向するウェーハ表面部分１０２ｄの温度と、第５の段差３１２ｅに対向するウェーハ表面部分１０２ｅの温度とを測定する。さらに、段差３１２が形成されていない部分に対向するウェーハ表面部分１０２ｆの温度も測定する。

そして、図５に示すように、温度の測定結果をザグリ深さに対応付けてプロットする。なお、図５は、横軸は、標準ザグリ深さｄからの変化分（図４の段差３１２ａ〜３１２ｅの深さｄ１〜ｄ５に対応）を示し、縦軸は、標準ザグリ深さｄでのウェーハ表面温度からの温度変化を示している。つまり、横軸の段差深さ＝０は、段差３１２（図４参照）が形成されていない標準ザグリ深さの部分を示している。また、例えば、段差深さ＝１ｍｍは、１ｍｍの深さの段差３１２が形成されている部分を示している。また、縦軸の温度変化＝０．００％は、標準ザグリ深さｄでのウェーハ表面温度から変化していないことを示している。また、例えば縦軸の温度変化＝−１．００％は、ウェーハ表面温度Ｔが、標準ザグリ深さｄでのウェーハ表面温度Ｔ０（図４の例では、ウェーハ表面部分１０２ｆでの温度）に対して１．００％低くなっていることを示している（つまりＴ＝Ｔ０−０．０１×Ｔ０）。

そして、図５のプロット点に対する近似線を最小二乗法等の手法を用いて算出する。図５には、プロット点に対する近似直線２００を図示している。その近似直線２００は、ｙ＝−０．００６５ｘ−０．０００８の直線である。また、近似直線２００の決定係数Ｒ^２は０．９３４２である。このことから、ザグリ深さとウェーハ表面温度にはほぼ比例関係で示される相関があり、ザグリ深さが大きくなるほどウェーハ表面温度が低下することが分かる。これは、ザグリ深さが大きくなると、サセプタからシリコンウェーハＷへの熱伝導度が低下するためである。近似直線２００が、ウェーハ表面温度とザグリ深さの相関関係となる。なお、Ｓ１の工程が本発明の「相関関係取得工程」に相当する。

次に、図２の標準サセプタ１７を用いたときのウェーハ表面の温度分布を測定する（Ｓ２）。具体的には、標準サセプタ１７を図１の気相成長装置１０にセットし、その標準サセプタ１７にシリコンウェーハＷを載置する。そして、加熱手段２４、２５で所定のエピタキシャル成長温度までシリコンウェーハＷを昇温して、そのときのシリコンウェーハＷの表面温度分布を測定する。図６は、Ｓ２の工程で得られるウェーハ表面の温度分布を例示している。図６に示すように、標準サセプタ１７を用いる場合には、ウェーハ表面の各領域間の温度差が大きくなっている（温度の等高線の間隔が狭くなっている）。具体的には、ウェーハ外周領域１１２（二点鎖線の外側の領域）が他の領域１１０、１１１に比べて温度が低くなっており、ウェーハ中央領域１１０（一点鎖線の内側の領域）が他の領域１１１、１１２に比べて温度が高くなっている。また、ウェーハ中間領域１１１（一点鎖線と二点差線の間の領域）は、ウェーハ外周領域１１２よりも温度が高くなっているが、ウェーハ中央領域１１０よりも温度が低くなっている。なお、Ｓ２の工程が本発明の「温度分布測定工程」に相当する。

次に、Ｓ１の工程で得られた相関関係（図５の近似直線２００）と、Ｓ２の工程で得られた温度分布（図６の温度分布）とを用いて、ウェーハ表面の温度分布が均一になるように、標準サセプタ１７のザグリ１７１（図２参照、以下標準ザグリという）のザグリ底面１７１ｃの形状を変更する（Ｓ３）。具体的には、ウェーハの表面領域を図６の温度分布に応じた領域に仮想的に分ける。図６の例では、例えば、ウェーハ中央領域１１０、ウェーハ中間領域１１１、ウェーハ外周領域１１２の３つの領域に分けられる。

そして、ウェーハ中央領域１１０（高温ウェーハ領域）の温度Ｔ１と、ウェーハ中間領域１１１（高温ウェーハ領域）の温度Ｔ２と、ウェーハ外周領域１１２（低温ウェーハ領域）の温度Ｔ３とを、図６の温度分布から求める。それら温度Ｔ１〜Ｔ３として、例えば各領域１１０〜１１２の平均温度を求める。次に、求めた温度Ｔ１〜Ｔ３の中で最も低い温度Ｔ３に対する温度Ｔ１、Ｔ２の温度変化（％）を求める。具体的には、温度Ｔ３に対する温度Ｔ１の温度変化ΔＴ１として、ΔＴ１＝（Ｔ１−Ｔ３）÷Ｔ３×１００を計算する。同様に、温度Ｔ３に対する温度Ｔ２の温度変化ΔＴ２として、ΔＴ２＝（Ｔ２−Ｔ３）÷Ｔ３×１００を計算する。

そして、求めた温度変化ΔＴ１、ΔＴ２を打ち消す温度変化（−ΔＴ１、−ΔＴ２）に対応する段差深さｄａ、ｄｂ（後述する図８参照）を、図５の近似直線２００（相関関係）から求める。例えば、温度変化ΔＴ＝０．６％の場合には、それを打ち消す温度変化＝−０．６％に対応する段差深さは０．８ｍｍとなる（図５参照）。

そして、ウェーハ中央領域１１０に対応する標準サセプタ１７のザグリ底面１７１ｃ（図２参照）の領域（ザグリ中央領域）に、相関関係と温度分布から求めた段差深さｄａの段差（溝）を形成する。同様に、ウェーハ中間領域１１１に対応するザグリ底面１７１ｃの領域（ザグリ中間領域）に、相関関係と温度分布から求めた段差深さｄｂの段差（溝）を形成する。なお、ウェーハ外周領域に対応するザグリ底面１７１ｃの領域（ザグリ外周領域）の形状変更は行わない。

図７は、Ｓ３の工程で得られるサセプタ３２（以下、形状変更サセプタという）の平面図を示している。図８は、図７のＡ−Ａ断面図（形状変更サセプタ３２の断面図）である。図７では、ハッチングの領域に段差が形成されていることを示している。図７に示すように、形状変更サセプタ３２のザグリ底面３２２の形状は図６の温度分布と同様となっている。すなわち、図７、図８に示すように、ザグリ底面３２２の中央領域３２２ａには段差深さｄａの段差が形成されており、そのザグリ中央領域３２２ａの範囲は図６のウェーハ中央領域１１０と同様の範囲となっている。また、ザグリ底面３２２の中間領域３２２ｂには段差深さｄｂの段差が形成されており、そのザグリ中間領域３２２ｂの範囲は図６のウェーハ中間領域１１１と同様の範囲となっている。また、ザグリ底面３２２の外周領域３２２ｃには段差が形成されておらず、そのザグリ外周領域３２２ｃの範囲は図６のウェーハ外周領域１１２と同様の範囲となっている。

図９は、図７のＢ−Ｂ断面図である。図９に示すように、ザグリ外周領域３２２ｃとザグリ中間領域３２２ｂの境界部分３２３ａは、テーパー状（傾斜面）に形成されている。同様に、ザグリ中間領域３２２ｂとザグリ中央領域３２２ａの境界部分３２３ｂもテーパー状に形成されている。これにより、それら境界部分３２３ａ、３２３ｂにおいて、ウェーハ表面温度が急激に変化するのを防止できる。なお、Ｓ３の工程が本発明の「サセプタ作製工程」に相当する。

次に、図７の形状変更サセプタ３２を用いて、シリコンウェーハＷの主表面にエピタキシャル層を気相成長させる（Ｓ４）。具体的には、形状変更サセプタ３２を反応容器１２内にセットする。そして、投入温度（例えば６５０℃）に調整した反応容器１２内にシリコンウェーハＷを投入し、その主表面が上を向くように、形状変更サセプタ３２のザグリ３２１（図７参照）に載置する。ここで反応容器１２にはシリコンウェーハＷが投入される前段階から、気相成長用ガス導入管２０、２１及びパージガス導入管１９をそれぞれ介して水素ガスが導入されている。

次に形状変更サセプタ３２上のシリコンウェーハＷを加熱手段２４、２５により水素熱処理温度（例えば１０５０〜１２００℃）まで加熱する。次に、シリコンウェーハＷの主表面に形成されている自然酸化膜を除去する為の気相エッチングを行う。なお、この気相エッチングは、具体的には、次工程である気相成長の直前まで行われる。

次に、シリコンウェーハＷを所望の成長温度（例えば１０５０〜１１８０℃）まで降温し、気相成長用ガス導入管２０、２１を介してシリコンウェーハＷの主表面上に原料ガス（例えばトリクロロシラン）を、パージガス導入管１９を介してパージガス（例えば水素）をそれぞれ略水平に供給することによってシリコンウェーハＷの主表面上にエピタキシャル層を気相成長させる。このとき、ザグリ中央領域３２２ａ（図７、図８参照）のザグリ深さが、標準ザグリ深さｄよりも段差深さｄａだけ深くなっているので、ウェーハ中央領域１１０（図６参照）の温度をその段差深さｄａの分だけ低下させることができる。また、ザグリ中間領域３２２ｂ（図７、図８参照）のザグリ深さが、標準ザグリ深さｄよりも段差深さｄｂだけ深くなっているので、ウェーハ中間領域１１１（図６参照）の温度をその段差深さｄｂの分だけ低下させることができる。その結果、ウェーハ中央領域１１０、ウェーハ中間領域１１１、ウェーハ外周領域１１２間で、温度分布を均一にできる。最後に、エピタキシャルウェーハを取り出し温度（例えば、６５０℃）まで降温し、反応容器１２外へと搬出する。なお、Ｓ４の工程が本発明の「気相成長工程」に相当する。

以上に説明した各工程Ｓ１〜Ｓ４を経て、シリコンエピタキシャルウェーハが得られる。このように、本実施形態によれば、ザグリ底面がフラットな面に形成された標準サセプタに代えて、部分的にザグリ深さが変わった形状変更サセプタを用いているので、エピタキシャル成長時にウェーハ表面の温度分布を均一にできる。その結果、エピタキシャルウェーハの膜厚分布、抵抗分布を向上でき、温度分布不均一に起因したスリップの発生を低減できる。

本発明の効果を確認するために、以下の試験を行った。先ず、導電型がＰ型、直径８インチ、抵抗率８〜１２Ωｃｍ、ＣＺ法で製造されたシリコン単結晶基板の試料を準備した。その試料を、ザグリ底面に局所的にいくつか溝が形成された相関測定用サセプタ（図４参照）に載置した。そして、エピタキシャル成長温度１１３０℃、昇温レート１０〜２０℃／ｓ、原料ガスＳｉＨＣｌ_３の条件で、試料上に１０μｍのエピタキシャル層を成膜した。その後、エピタキシャル層の膜厚分布をマップにて細かく測定した。その測定方法は、フラットネス測定装置で、エピタキシャル層成膜前後の試料の厚みをそれぞれ測定し、その差分をエピタキシャル層の膜厚とした。そして、予め作成しておいたウェーハ表面温度とエピタキシャル層の膜厚（成長速度）の関係から、相関測定用サセプタの溝形成位置におけるウェーハ表面温度を求めた（図３のＳ１）。上述の図５はその測定結果を示している。

次に、導電型がＰ型、直径８インチ、抵抗率８〜１２Ωｃｍ、ＣＺ法で製造されたシリコン単結晶基板の試料を準備した。その試料に裏面に、イオン注入によりＢ（ボロン）を打ち込み、裏面をＳｉＯ_２膜でシールした。その試料を標準サセプタ（図２参照）に載置して、昇温レート１５℃／ｓ、エピタキシャル成長温度１１３０℃でＨ_２ベークを行った。このとき、打ち込んだＢ（ボロン）がウェーハ表面温度に応じて熱拡散する。その後、試料裏面のＳｉＯ_２膜を剥がして裏面の抵抗率をマップ測定した。そして、予め作成しておいた検量線（抵抗率とウェーハ表面温度の関係）から、ウェーハ表面の温度分布を得た（図３のＳ２）。上述の図６はその測定結果を示している。

次に、図６の中央部の三角形の領域の温度分布を補正し、その三角形の領域を２段階の領域に分けた（ウェーハ中央領域１１０とウェーハ中間領域１１１の２つの領域に分けた）。その後、ウェーハ中央領域１１０、ウェーハ中間領域１１１、ウェーハ外周領域１１２、それぞれの平均温度を求めた。ウェーハ中央領域１１０の平均温度は、ウェーハ外周領域１１２の平均温度よりも２．５℃高かった。ウェーハ中間領域１１１の平均温度は、ウェーハ外周領域１１２の平均温度よりも１．３℃高かった。それら温度上昇分（２．５℃、１．３℃）を打ち消す段差深さを、図５の近似直線２００から求めた。その結果、図７、図８のザグリ中央領域３２２ａを、標準ザグリ深さｄよりも０．４５ｍｍだけ深くした。また、ザグリ中間領域３２２ｂを、標準ザグリ深さｄよりも０．３ｍｍだけ深くした（図３のＳ３）。なお、境界部分３２３ａ、３２３ｂはテーパー状に形成し、その長さＺ（図９参照）は暫定的に５ｍｍとした。

次に、形状変更サセプタを用いて、図６の温度分布を測定したときと同じ条件で、ウェーハ表面の温度分布を測定した。図１０はその測定結果を示している。図１０に示すように、図６の温度分布に比べて、均一な温度分布が得られた（温度の等高線の間隔が広くなっている）。

次に、この形状変更サセプタを用いて、導電型がＰ型、直径８インチ、抵抗率８〜１２Ωｃｍ、ＣＺ法で製造されたシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を気相成長させ、エピタキシャルウェーハを製造した。このとき、水素熱処理温度が１１１０〜１１３０℃、成長温度が１１１０〜１１３０℃、原料ガスがトリクロロシラン、目標膜厚が５μｍの条件でエピタキシャル層を気相成長させた。また、比較例として、形状変更サセプタを用いたときと同じ条件で、図２の標準サセプタを用いてエピタキシャル層を気相成長させ、エピタキシャルウェーハを製造した。そして、形状変更サセプタを用いて製造されたエピタキシャルウェーハと、標準サセプタを用いて製造されたエピタキシャルウェーハのそれぞれに対して、エピタキシャル層の膜厚分布をＦＴＩＲにより測定した。

図１１、図１２はその測定結果であり、ウェーハの各領域の膜厚を色の濃淡（等高線）で表した図である。図１１は、形状変更サセプタを用いて製造されたエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示している。図１２は、標準サセプタを用いて製造されたエピタキシャルウェーハの膜厚分布を示している。なお、図１１、図１２では、ウェーハー表面上のいくつかの点における膜厚を数値で示している。

図１１の膜厚分布は、図１２の膜厚分布に比べて、均一となっている（等高線の間隔が広くなっている）。エピタキシャル層の最大膜厚値をｔmax、最小膜厚値をｔminとし、以下の式１で定義される値Ｔをエピタキシャル層の膜厚分布（％）としたとき、図１１の膜厚分布Ｔは０．６％、図１２の膜厚分布Ｔは１．１％となった。つまり、本発明を適用することで、エピタキシャルウェーハの膜厚分布の均一性を向上できることを示せた。
Ｔ＝１００×（ｔmax−ｔmin）／（ｔmax＋ｔmin） ・・・（式１）

なお、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態の図３のＳ１の工程では、局所的にいくつかザグリ深さを変えたサセプタを用いていたが、ザグリ深さが異なる複数のサセプタを準備し、それら複数のサセプタを用いてザグリ深さとウェーハ表面温度の相関関係を求めても良い。また、上記実施形態では、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に本発明を適用した例を説明したが、シリコンエピタキシャルウェーハ以外の他のエピタキシャルウェーハの製造方法に本発明を適用しても良い。また、図３のＳ１の工程、Ｓ２の工程はどちらを先に実施しても良い。

１０ 気相成長装置
１１０ ウェーハ中央領域（高温ウェーハ領域）
１１１ ウェーハ中間領域（高温ウェーハ領域）
１１２ ウェーハ外周領域（低温ウェーハ領域）
１７ 標準サセプタ（第１のサセプタ）
１７１ 標準ザグリ
１７１ｃ 標準サセプタのザグリ底面
２４、２５ 加熱手段
２００ 近似直線（相関関係）
３１ 相関測定用サセプタ
３１１ 相関測定用サセプタのザグリ
３１１ｃ 相関測定用サセプタのザグリ底面
３１２ 段差
３２ 形状変更サセプタ（第２のサセプタ）
３２１ 形状変更サセプタのザグリ
３２２ 形状変更サセプタのザグリ底面
３２２ａ ザグリ中央領域（高温ザグリ領域）
３２２ｂ ザグリ中間領域（高温ザグリ領域）
３２２ｃ ザグリ外周領域
３２３ａ ザグリ中間領域とザグリ外周領域の境界部分
３２３ｂ ザグリ中央領域とザグリ中間領域の境界部分

Claims (6)

1. ウェーハを載置するためのザグリであってウェーハ外周部を支持するとともにウェーハ裏面とザグリ底面の間に空間を有したザグリが形成されたサセプタと、そのサセプタに載置されたウェーハを少なくとも前記サセプタの下方から加熱する加熱手段とを備えた気相成長装置を用いて、ウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、
   エピタキシャル成長温度におけるウェーハの表面温度と、ウェーハ裏面とザグリ底面の間の距離であるザグリ深さの相関関係を取得する相関関係取得工程と、
   ザグリ底面がフラットな面からなる前記ザグリが形成された第１のサセプタを用いて、エピタキシャル成長温度におけるウェーハ表面の温度分布を測定する温度分布測定工程と、
   前記温度分布に応じて部分的にザグリ深さが変わるように、前記第１のサセプタの前記ザグリである標準ザグリに対してザグリ底面の形状を前記温度分布及び前記相関関係に応じた分だけ変更した第２のサセプタを作製するサセプタ作製工程と、
   前記第２のサセプタを用いてウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させる気相成長工程と、
   を含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
2. 前記サセプタ作製工程は、ウェーハ表面領域のうち前記温度分布で示される温度が他の領域に比べて相対的に高くなっている高温ウェーハ領域に対応するザグリ底面の領域である高温ザグリ領域を、前記標準ザグリのザグリ深さである標準ザグリ深さよりも前記温度分布及び前記相関関係に応じた分だけ深くした前記第２のサセプタを作製する工程であることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
3. 前記サセプタ作製工程は、ウェーハ表面領域のうち前記温度分布で示される温度が他の領域に比べて相対的に低くなっている低温ウェーハ領域に対する前記高温ウェーハ領域の温度上昇分を打ち消す温度変化を与えるザグリ深さを前記相関関係から求め、求めたザグリ深さとなるように、前記高温ザグリ領域を前記標準ザグリ深さよりも深くした前記第２のサセプタを作製する工程であることを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
4. 前記相関関係取得工程は、前記標準ザグリ深さから深くする方向にザグリ深さを変化させたときのその変化分に対するウェーハ表面の温度変化を前記相関関係として取得する工程であり、
   前記サセプタ作製工程は、前記温度上昇分を打ち消す温度変化を与える前記標準ザグリ深さからの変化分を前記相関関係から求め、求めた変化分だけ、前記高温ザグリ領域を前記標準ザグリ深さよりも深くした前記第２のサセプタを作製する工程であることを特徴とする請求項３に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
5. 前記相関関係取得工程は、前記標準ザグリに対してザグリ深さをいくつか局所的に変えたサセプタを用いて前記相関関係を求める工程であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
6. 前記サセプタ作製工程は、ザグリ深さが変わるザグリ底面の境界部分をテーパー状に形成した前記第２のサセプタを作製する工程であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。