JP2022159954A - サセプタ - Google Patents
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Abstract
【課題】サセプタのウエハを載せるポケット部に傾斜を設けてウエハの結晶成長面を原料ガスの流れ方向に対して傾けることにより、サセプタ外周部および中心部におけるウエハのエピタキシャル膜の成長速度が同一となるように調節し、均一なエピタキシャル膜を製造するサセプタを提供する。【解決手段】サセプタ10は、回転する板状のサセプタ10の上面に周方向に複数の半導体ウエハを配置するためのポケット部1を有し、水平方向に対する各ポケット部1の傾斜角が2.5~3.5°であり、かつ、サセプタの底面と上面とが平行である。【選択図】図2
Description
本発明は、半導体基板上に均一な半導体エピタキシャル膜を形成することができるサセプタに関する。
近年、半導体素子の微細化に伴い、ウエハ表面の結晶欠陥の低減が求められている。この要求に応えるために、ウエハの表面およびその近傍に、結晶欠陥を高度に制御したエピタキシャル膜を成膜する技術が求められる。
エピタキシャルウエハは、図4に示すような気相エピタキシャル成長装置50を用いて、サセプタ52上に載せたシリコンウエハWの表面にエピタキシャル膜EPを気相成長させることによって製造される。シリコンウエハWは、サセプタ上面の中央部に形成された円形凹部(ポケット部)に載せる。ポケット部は、円形の底壁とこれを取り囲む側壁とから構成され、底壁は平坦、または若干湾曲した形状を有し、側壁はサセプタの上面を所定の深さまで直角に切り込んで形成されている。そして、回転軸54を中心としてサセプタ52およびシリコンウエハWを所定方向に回転させ、チャンバ51の外側(図示せず)よりシリコンウエハWを加熱しつつ、反応ガス供給管55から排気管56へと水平に反応ガスGを供給する。このようにして、シリコンウエハWの表面上にエピタキシャル膜EPが気相成長する。
従来から、ウエハ表面に形成されるエピタキシャル膜の膜厚を均一にし、かつ、結晶欠陥を低減するため、サセプタについて、種々の提案がなされている。
特許文献1では、有機金属気相成長法により加熱された基板上に半導体結晶をエピタキシャル成長させる半導体気相成長装置において、回転する板状のサセプタに、複数の基板を周方向に配置し、かつ、サセプタ中心を膨らませて基板の結晶成長面を、原料ガスの流れ方向に対して5°傾けることが記載されている(特許文献1の図4)。
しかしながら、基板を原料ガスの流れ方向に対して5°傾斜させると、サセプタ中心の成長速度がサセプタ外周部よりも大きくなり、均一なエピタキシャル膜を製造することが困難となる。また、ウエハを載せるポケット部が傾斜しているのに対して、底面が水平であるために、サセプタの厚さが一定でなく、熱伝導が不均一となり、均一なエピタキシャル膜を製造することが困難である。
また、特許文献1の技術においてもなお、ウエハの結晶方位に起因する、エピタキシャルウエハの外周部の膜厚のばらつきにより、エピタキシャルウエハの外周部の領域を、半導体素子に使用することができないという課題があった。
本発明は、サセプタのウエハを載せるポケット部に傾斜を設けてウエハの結晶成長面を原料ガスの流れ方向に対して傾けることにより、サセプタ外周部および中心部におけるウエハのエピタキシャル膜の成長速度が同一となるように調節し、均一なエピタキシャル膜を製造しうるサセプタを提供することを目的とする。
本発明のサセプタは、回転する板状のサセプタの上面に周方向に、複数の半導体ウエハを配置するためのポケット部を有し、水平方向に対する各ポケット部の傾斜角が2.5~3.5°であり、かつ、サセプタの底面と上面とが平行であることを特徴とする。
前記サセプタの直径をdとし、厚さをtとしたとき、0.02≦t/d≦0.03であることが好ましい。
前記サセプタの直径をdとし、厚さをtとしたとき、0.02≦t/d≦0.03であることが好ましい。
本発明によれば、半導体ウエハの結晶成長面を原料ガスの流れ方向に対して傾けることにより、ウエハに均一なエピタキシャル膜を成長させることができる。具体的には、サセプタの上面にある各ポケット部を水平方向に対して2.5~3.5°傾斜させ、かつ、サセプタの厚みを均一にし、底面と上面とを平行にすることにより、サセプタ外周部におけるウエハのエピタキシャル膜の成長速度が抑えられ、サセプタ外周部と中心部とで、エピタキシャル膜の成長速度が同一となり、均一なエピタキシャル膜を製造することができる。
以下、本発明のサセプタの実施形態を図1~3を参照しながら説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部位の厚みと幅との関係、部位間の大きさの比率等は、正確に図示されていない。
図1に示すように、本発明のサセプタ10は、円板状の基体2と、円板状の外周付近に同心円状に複数個のポケット部1とを有している。ポケット部1は、サセプタ10が回転軸(図示せず)に対して回転対称性を有するように配置されている。すなわち、本発明のサセプタ10は、その一主面に半導体ウエハW(被処理基板)を載せる凹形状のポケット部1が形成された、いわゆる枚葉型のサセプタである。なお、半導体ウエハWは、シリコンウエハなどである。
サセプタ10を構成する基体2には、炭素材または炭素材の表面を炭化ケイ素(SiC)で被覆したものなどが用いられる。サセプタ10は、複数個のポケット部が形成され、中央部から両側面に向かって傾斜を有する円板状の基体2をそのまま用いるか、前記基体2に対して、SiCの被覆膜を化学気相成長(CVD)することにより得られる。
前記サセプタ10の直径dは600~850mmであり、厚さtは12~18mmである。そして、図2に示すように、サセプタの厚さtは一定であり、底面と上面とは平行である。
前記サセプタ10の直径をdとし、厚さをtとしたとき、0.01≦t/d<0.05であり、好ましくは0.02≦t/d≦0.04、より好ましくは0.02≦t/d≦0.03である。つまり、サセプタ10の厚さtが直径dの0.01~0.05倍であると、均一な膜厚でかつ結晶欠陥が低減されたエピタキシャル膜を形成することができる。厚さtがd×0.01mm未満である場合、使用時の熱でサセプタ10が反りやすくなり、均一なエピタキシャル膜が製造できない。一方、厚さtがd×0.05mmを超える場合、熱がサセプタ10に伝わりにくくなり、エピタキシャル膜が製造できない。
前記サセプタ10の直径をdとし、厚さをtとしたとき、0.01≦t/d<0.05であり、好ましくは0.02≦t/d≦0.04、より好ましくは0.02≦t/d≦0.03である。つまり、サセプタ10の厚さtが直径dの0.01~0.05倍であると、均一な膜厚でかつ結晶欠陥が低減されたエピタキシャル膜を形成することができる。厚さtがd×0.01mm未満である場合、使用時の熱でサセプタ10が反りやすくなり、均一なエピタキシャル膜が製造できない。一方、厚さtがd×0.05mmを超える場合、熱がサセプタ10に伝わりにくくなり、エピタキシャル膜が製造できない。
ポケット部1の数は、サセプタ10を安定して回転させることができ、ウエハWに対するガスの供給を均一にする観点から、3~10個、好ましくは5~8個である。
ポケット部1の口径d0はウエハWの直径より若干大きく形成され、ポケット部内にウエハWが嵌り込むようになっている。ポケット部の深さは、処理するウエハWと同程度の深さに形成されている。ポケット部1の口径d0は150~250mm、好ましくは175~225mmである。ポケット部1の口径d0は、ポケット部1の数に応じて決定される。
ポケット部1の口径d0はウエハWの直径より若干大きく形成され、ポケット部内にウエハWが嵌り込むようになっている。ポケット部の深さは、処理するウエハWと同程度の深さに形成されている。ポケット部1の口径d0は150~250mm、好ましくは175~225mmである。ポケット部1の口径d0は、ポケット部1の数に応じて決定される。
前記ポケット部1の深さt0は70~100μm、好ましくは75~95μmである。深さt0は、サセプタ10の厚みtの0.4/10~0.8/10の範囲である。
前記サセプタ10は、前記ポケット部1の水平方向に対する傾斜角(θ)が2.5~3.5°であり、底面が上面およびポケット部1の傾斜に平行である。前記傾斜角(θ)が2.5°より低いと、エピタキシャル膜の成長速度がサセプタ10の外周部の方が早くなる。一方、前記傾斜角(θ)が3.5°より高いと、サセプタ10の中心部の方がエピタキシャル膜の成長速度が早くなり、均一なエピタキシャル膜を製造することが困難となる。図2は、サセプタ10の正面図であり、傾斜角(θ)は、サセプタ10中央部から両側面に向かって傾斜する角度を表す。傾斜角(θ)が前記範囲であるとき、サセプタ10外周部と中心部とで、エピタキシャル膜の成長速度が同程度となり、均一なエピタキシャル膜を製造することができる。傾斜角(θ)は2.7~3.3°であるとより好ましい。
サセプタ10を用いて、ウエハWの上面にエピタキシャル膜を形成するには、チャンバ(図示せず)内において、図3に示すようにサセプタ10のポケット部1にウエハWを置く。そして、サセプタ10およびウエハWを所定速度で所定方向に回転させながら(図4参照)、チャンバ外に設けられたヒータ(図示せず)によりウエハWを加熱する。そして、チャンバ内に水平方向に導入された反応ガスGに接触させ、ウエハW上にエピタキシャル膜を化学気相成長させる。
サセプタ10はその中央部から両側面方向に傾斜しているため、ポケット部1に保持されたウエハWに対するエピタキシャル膜の成膜の際、水平方向に供給される反応ガスGは、図3に示すように、サセプタの形状に沿って流れる。これにより、反応ガスGは、ウエハW全体に対して均一に流れ、成膜するエピタキシャル膜の膜厚ばらつきが低減される。
また、サセプタ10の厚みtは一定である。すなわち、ポケット部1が形成される側の面とその反対面とは平行である。厚みtを一定にすることで、サセプタ10全体の熱伝導が均一となり、均一なエピタキシャル膜を製造することができる。また、図3に示すように、反応ガスGがサセプタの上面に沿って流れるため、サセプタ10上面全体に反応ガスGが当たり、ウエハWに成膜されるエピタキシャル膜の膜厚均一性にも寄与する。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
サセプタとして、直径d63cmの炭素基材の外周付近に同心円状に8個のポケット部1を有するものを用いた。ポケット部の内周端はサセプタ中心から半径R127.5mmの位置とし、ポケット部の外周端はサセプタ中心から半径R282.5mmの位置とした。各ポケット部1の口径d0は155mmであり、深さt0は0.8mmとした。
前記サセプタの中央部から両側面方向への傾斜角(θ)は、実施例1~6および比較例1~3の条件とし、各実施例において、作製したサセプタを用いてシリコンウエハにエピタキシャル膜を形成し、その成膜状態を評価した。
その他の実施例の条件および評価結果を表1に示す。表1中、ウエハ面内のエピタキシャル膜の最大と最小の膜厚差が5μm以下である場合を〇、10μmを超える場合を×、5μmを超え10μm以下の場合を△とした。
その他の実施例の条件および評価結果を表1に示す。表1中、ウエハ面内のエピタキシャル膜の最大と最小の膜厚差が5μm以下である場合を〇、10μmを超える場合を×、5μmを超え10μm以下の場合を△とした。
実施例1~6に示すように、サセプタの中央部から両側面方向への傾斜角(θ)が2.5~3.5°の範囲において、シリコンウエハの成膜結果が良好であった。
サセプタの直径dに対するサセプタの厚さtの割合(t/d)が、0.01≦t/d≦0.05であるとき(実施例1~6)、ウエハ面内のエピタキシャル膜の最大と最小の膜厚差は10μm以下となり、0.02≦t/d≦0.04であるときは(実施例1、2、45)、ウエハ面内のエピタキシャル膜の最大と最小の膜厚差が5μm以下となり、良好な成膜結果を示した。一方、傾斜角θが2.3°であるとき(比較例1)、傾斜角θが3.7°であるとき(比較例2)、サセプタ底面からの熱が均一に伝わらず、膜が不均一になった。図5に示すサセプタを用いた比較例3では、サセプタ底面と上面が平行でないため、サセプタ外周部と中心部とで、エピタキシャル膜の成長速度が均一とならず、均一なエピタキシャル膜が得られなかった。
サセプタの直径dに対するサセプタの厚さtの割合(t/d)が、0.01≦t/d≦0.05であるとき(実施例1~6)、ウエハ面内のエピタキシャル膜の最大と最小の膜厚差は10μm以下となり、0.02≦t/d≦0.04であるときは(実施例1、2、45)、ウエハ面内のエピタキシャル膜の最大と最小の膜厚差が5μm以下となり、良好な成膜結果を示した。一方、傾斜角θが2.3°であるとき(比較例1)、傾斜角θが3.7°であるとき(比較例2)、サセプタ底面からの熱が均一に伝わらず、膜が不均一になった。図5に示すサセプタを用いた比較例3では、サセプタ底面と上面が平行でないため、サセプタ外周部と中心部とで、エピタキシャル膜の成長速度が均一とならず、均一なエピタキシャル膜が得られなかった。
1 ポケット部
2 基体
10 サセプタ
50 エピタキシャル成長装置
51 チャンバ
52 サセプタ
53 ポケット部
54 回転軸
55 反応ガス供給管
56 排気管
W 半導体ウエハ(被処理基板)
EP エピタキシャル膜
G 反応ガス
2 基体
10 サセプタ
50 エピタキシャル成長装置
51 チャンバ
52 サセプタ
53 ポケット部
54 回転軸
55 反応ガス供給管
56 排気管
W 半導体ウエハ(被処理基板)
EP エピタキシャル膜
G 反応ガス
Claims (2)
- 回転する板状のサセプタの上面に周方向に複数の半導体ウエハを配置するためのポケット部を有し、水平方向に対する各ポケット部の傾斜角が2.5~3.5°であり、かつ、サセプタの底面と上面とが平行であることを特徴とするサセプタ。
- 前記サセプタの直径をdとし、厚さをtとしたとき、0.01≦t/d≦0.05であることを特徴とする請求項1に記載のサセプタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021064474A JP2022159954A (ja) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | サセプタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021064474A JP2022159954A (ja) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | サセプタ |
Publications (1)
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JP2022159954A true JP2022159954A (ja) | 2022-10-18 |
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ID=83641496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021064474A Pending JP2022159954A (ja) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | サセプタ |
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2021
- 2021-04-05 JP JP2021064474A patent/JP2022159954A/ja active Pending
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Legal Events
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