JP3514254B2

JP3514254B2 - 熱処理装置およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP3514254B2
Application number: JP2001400480A
Authority: JP
Inventors: 久寿樫野
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2004-03-31
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003197546A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
に薄膜形成等の処理を行うための熱処理装置およびシリ
コンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶ウェーハ（以下、ウェー
ハと記載する）の主表面上にシリコンエピタキシャル層
や酸化膜等の薄膜を形成させるための熱処理装置は、ウ
ェーハを載置するためのサセプタを内部に備えた透光性
の熱処理容器や、熱処理容器の周囲に設けられるハロゲ
ンランプ等からなる加熱装置等、を備えて構成されてい
る。このような熱処理装置としては、ウェーハを１枚ず
つ処理する枚葉式熱処理装置や、サセプタに一度に複数
のウェーハを載置できるように複数の座ぐりを形成し
て、同時に複数枚のウェーハに熱処理を行うシリンダ
（バレル）型、あるいはパンケーキ型等の熱処理装置な
どが知られている。

【０００３】この熱処理装置によりウェーハに薄膜を形
成する場合は、サセプタの主表面上に形成された座ぐり
にウェーハを配し、加熱装置によってウェーハを所定の
温度に加熱する。そして、熱処理容器内に、例えばシリ
コンエピタキシャル層の形成ではシリコン原料ガスやド
ーパントガス、また酸化膜の形成では酸素ガス等（薄膜
形成のための原料ガス）を、所定時間、所定の流量で供
給することにより、ウェーハ主表面に薄膜を形成させ
る。

【０００４】このようなウェーハに対する熱処理におい
ては、熱処理容器内に供給するガスの組成や流量ととも
に、ウェーハの加熱温度によって薄膜の形成速度も異な
るため、熱処理中の温度管理が必要となってくる。そこ
で、熱処理容器内に熱電対等の温度測定手段を設け、熱
処理における温度の制御を行っている。例えば枚葉式の
熱処理装置では、図７に示すように、サセプタ１０２の
裏面に、熱電対挿入用の窪み１０２ｂを形成し、この窪
み１０２ｂに、石英製保護管等で覆われた熱電対１０４
の測定部１０４ａの端部を挿入して、熱処理における温
度をモニターしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、ウェー
ハへの薄膜形成は、温度によって形成速度に差が生じる
ため、熱処理中はウェーハ面内の温度分布も略均一な状
態に保たれることが望ましい。しかし、図７に示すよう
に、ウェーハを載置する座ぐり１０２ａの位置に対応す
るサセプタ２の裏面に、前述のような熱電対挿入用の窪
み１０２ｂが形成されていると、窪み１０２ｂの箇所で
座ぐり１０２ａの厚みが薄くなる。サセプタにおいて
は、厚みの薄い箇所が厚い箇所に比べて温度が低くなる
傾向にあるため、この窪み１０２ｂの箇所は周囲より温
度が低くなり、座ぐり１０２ａの温度分布にムラが生じ
てしまう。

【０００６】座ぐりの温度分布にムラが生じた場合、当
該座ぐりに載置されるウェーハの温度分布にもムラが生
じ、温度の低い箇所では薄膜成速度が遅くなってウェー
ハに形成される薄膜の膜厚が不均一となる。膜厚が不均
一であると、当該ウェーハで半導体デバイス等を製造す
る場合の歩留まりが低下する原因ともなるため好ましく
ない。

【０００７】本発明の課題は、座ぐりに載置されるウェ
ーハの温度分布が略均一となり、膜厚分布の良好な薄膜
が形成されたウェーハを得ることができる熱処理装置お
よびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の手段
は、［１］シリコン単結晶ウェーハ（Ｗ）を載置する座
ぐり（２ａ）が形成されたサセプタ（２）と、当該サセ
プタの温度を測定する熱電対（６）と、を内部に有する
熱処理容器（１）と、［２］前記サセプタに載置される
シリコン単結晶ウェーハを加熱する加熱装置（５）と、
が備えられている熱処理装置（１００）において、前記
サセプタは、前記座ぐり位置に対応する前記サセプタの
裏面が平坦に形成され、前記熱電対の測定部はカバー部
材で覆われ、該カバー部材が前記サセプタと非接触で且
つ近接する位置に備えられていることを特徴とする。

【０００９】ここで、近接する位置に備えられるとは、
熱電対を覆うカバー部材をサセプタに接触させずにサセ
プタの温度を測定するために、カバー部材をサセプタに
接近させて備えるということである。

【００１０】第１の手段の発明によれば、座ぐり位置に
対応するサセプタの裏面に熱電対挿入用の窪みが形成さ
れておらず、サセプタの裏面が平坦に形成されており、
座ぐり位置の肉厚が略均一であるので、熱処理において
座ぐり内に不要な温度分布のムラが生じることを防止で
きる。従って、熱処理時に座ぐりに載置されるウェーハ
の面内温度分布のムラが小さくなり、ウェーハ上により
均一な薄膜形成等を行うことができる。

【００１１】本発明による第２の手段は、第１の手段の
熱処理装置（１００）において、前記熱電対（６）の測
定部（６ｄ）が、前記サセプタ（２）以上の熱伝導率を
有するカバー部材で覆われていることを特徴とする。

【００１２】第２の手段によれば、熱電対の測定部が、
サセプタ以上の熱伝導率を有するカバー部材で覆われる
ことにより、加熱処理の際、カバー部材がサセプタと同
様に熱せられるので、サセプタの裏面に熱電対挿入用の
窪みが形成されていなくても、熱電対によってサセプタ
温度を反映する温度測定値を得ることができる。従っ
て、熱処理装置で熱処理を行う際、適切にサセプタ温度
をモニターできるので、ウェーハに対し適切に熱処理を
行うことができる。

【００１３】本発明による第３の手段は、第１の手段の
熱処理装置（１００）において、前記熱電対（６）の測
定部（６ｄ）が、炭化ケイ素（SiC）で形成されるカバ
ー部材（キャップ８）で覆われていることを特徴とす
る。

【００１４】第３の手段によれば、熱電対の測定部が、
炭化ケイ素で形成されるカバー部材で覆われているの
で、加熱処理の際、熱電対の測定部がサセプタとともに
熱せられ、サセプタ温度を反映する温度測定値を得るこ
とができる。従って、熱処理装置において、適切にサセ
プタ温度をモニターでき、ウェーハに対し適切に熱処理
を行うことができる。

【００１５】本発明の第４の手段は、第１の手段の熱処
理装置において、前記熱電対が、炭化ケイ素で形成され
る保護管に内挿され、該保護管が前記サセプタと非接触
で且つ近接する位置に備えられていることを特徴とす
る。

【００１６】第４の手段によれば、熱電対が炭化ケイ素
で形成される保護管に内挿され、熱電対の測定部がカバ
ー部材として作用する保護管に覆われている。この保護
管が、熱処理においてサセプタとともに加熱されて速や
かに温度が上昇することにより、熱電対でサセプタ温度
を反映する測定値を得ることができる。従って、熱処理
装置による熱処理の際に、適切にサセプタ温度をモニタ
ーでき、ウェーハに対し適切に熱処理を行うことができ
る。

【００１７】また本発明による第５の手段は、前記第１
〜第４の手段のいずれかに記載の構成を、枚葉式のサセ
プタを備えた熱処理装置（１００）に適用することであ
る。

【００１８】枚葉式熱処理装置のサセプタにおいては、
径の大きいウェーハが載置された場合、ウェーハがサセ
プタ主表面の大部分を占有する。このウェーハの温度分
布を略均一にするために、ウェーハの載置位置を避けて
サセプタ裏面に窪みを形成し、熱電対を挿入して温度測
定を行おうとすると、サセプタの周辺部で温度を測定す
ることになる。このようにした場合、サセプタ周辺部で
は周囲の雰囲気温度の影響を受け易いため正確な温度測
定が難しいばかりでなく、熱処理では通常サセプタ自体
が回転するため、熱電対もサセプタとともに回転する構
成にしなければならず、装置の構成が複雑となるため好
ましくない。そこで、枚葉式の熱処理装置に、前記第１
〜第４の手段の構成を備えれば、熱処理において、サセ
プタのウェーハ載置位置の温度分布を略均一にすること
ができるとともに、適切に温度測定を行うことができる
ので好適である。またそれによって、枚葉式熱処理装置
により、径の大きいウェーハに膜厚分布の良好な薄膜を
好適に形成することができるので、製品の歩留まりの低
下を抑制でき、生産性を向上させることができるので、
好ましい。

【００１９】また第６の手段は、前記第１〜第５の手段
のいずれかに記載の熱処理装置内のサセプタに、シリコ
ン単結晶ウェーハを載置し、前記シリコン単結晶ウェー
ハの主表面上にシリコン単結晶薄膜の気相成長を行うこ
とを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造
方法である。

【００２０】第６の手段において、座ぐり位置に対応す
るサセプタの裏面を平坦に形成することにより、座ぐり
部分の肉厚が略均一に形成された熱処理装置で、ウェー
ハに熱処理を施してシリコン単結晶薄膜の形成を行え
ば、座ぐり内の温度分布にムラが生じることが防止され
るので、載置されるウェーハの面内温度分布もムラが小
さく、ウェーハ上に略均一な厚さで薄膜形成を行うこと
ができる。また、熱電対の測定部がサセプタ以上の熱伝
導率を有するカバー部材で覆われるか、炭化ケイ素で形
成されるカバー部材で覆われるか、或いは熱電対が炭化
ケイ素で形成される保護管に内挿されることにより、熱
電対によってサセプタ温度を反映する温度測定値が得ら
れ、適切にサセプタ温度をモニターできる。従って、熱
処理において好適に温度制御を行うことができ、ウェー
ハ上に所望の厚さのシリコン単結晶薄膜を好適に形成さ
せることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。〔第１の実施の形態〕本発明の熱処理装置の一例とし
て、枚葉式の熱処理装置１００の概略構成図を図１に示
す。この熱処理装置１００は、例えばシリコン単結晶ウ
ェーハ（ウェーハＷ）等の基板の主表面に、気相エピタ
キシャル成長や、酸化膜の形成などの、加熱を伴う処理
を１枚ずつ行う装置である。熱処理装置１００は、主に
熱処理容器１と、ウェーハＷを載置するためのサセプタ
２と、サセプタ２を支えるサポート手段３と、温度測定
手段４と、ウェーハＷを加熱するための加熱装置５等を
備えて構成されている。

【００２２】熱処理容器１は、ウェーハＷを内部に配し
て熱処理を施すためのもので、その頂壁１ａと底壁１ｂ
とは、透光性の石英で形成されている。また、熱処理容
器１の側壁には、熱処理容器１内に反応ガスを供給する
ためのガス供給口１ｃと、熱処理容器１からガスを排出
させるガス排出口１ｄとが形成されている。

【００２３】サセプタ２は、熱処理容器１の内部に備え
られ、グラファイトに炭化ケイ素（SiC）がコーティン
グされて形成されている。サセプタ２の主表面には、ウ
ェーハＷを載置するための略円形の座ぐり２ａが形成さ
れている。サポート手段３は、サセプタ２の下方におい
て上下方向に延在する回転軸３（回転軸３には、図示し
ない回転駆動手段が連結されている）と、回転軸３上端
部から斜め上方に向けて放射状に分岐して、その先端部
がサセプタ２下面を支えるスポーク３ｂと、により主に
構成されている。サセプタ２の裏面において、サポート
手段３のスポーク３ｂ先端部と接触する箇所には、凹部
２ｂが形成されている。この凹部２ｂにスポーク３ｂ先
端部が陥入されることで、サセプタ２はサポート手段３
上に固定されるようになっている。

【００２４】ところで、座ぐり２ａにおいてサセプタ２
の厚みに差があると、加熱された際に、厚みの薄い箇所
は厚い箇所に比べて温度が低くなり、座ぐり２ａに載置
されるウェーハＷへの薄膜形成等の処理に影響を及ぼ
す。このことから、座ぐり２ａの位置に対応するサセプ
タ２の裏面は平坦にし、該裏面に溝や窪み等を形成する
場合には、ウェーハＷへの熱処理に影響を与えない（座
ぐり２ａの温度分布のムラが熱処理に支障を来さないほ
ど小さい）範囲にする。このような窪み等の深さの範囲
としては、1mm以下であればよい。即ち、サセプタ２の
裏面に形成された窪み等の深さが1mm以下であれば平坦
であるとみなす。前記凹部２ｂについては、座ぐり２ａ
の位置よりも外側に形成し、座ぐり２ａの温度分布にム
ラが生じないようにする。

【００２５】温度測定手段４は、ウェーハＷに熱処理を
施す際の温度をモニターするものであって、ウェーハＷ
の熱処理に支障を来さない位置で、ウェーハＷの温度を
できるだけ反映した測定値を得るために、座ぐり２ａの
中心位置に対応するサセプタ２の裏面側に、該サセプタ
２と非接触で且つ近接する位置に備えられる。熱処理装
置１００において温度測定手段４は、サセプタ２の裏面
と、サポート手段３との間に備えられる。図２は、サセ
プタ２と温度測定手段４とを示した概略図、図３は温度
測定手段４を一部断面で示す構成図である。温度測定手
段４は、熱電対６と、熱電対の周囲を覆う保護管７と、
保護管７の上部に冠着され熱電対６の測定部６ｄを覆う
キャップ８と、を備えて構成されている。

【００２６】熱電対６は、白金線６ａと白金ロジウム線
６ｂと、それら二本の金属線を包むセラミック製絶縁管
６ｃとを備え、絶縁管６ｃの先端部には白金線６ａと白
金ロジウム線６ｂの端部が露出する測定部６ｄが形成さ
れている。

【００２７】保護管７は、上端部が閉塞された石英製の
管であって、熱電対６の絶縁管６ｃと測定部６ｄの周囲
を覆うように熱電対６を内挿して、熱電対６を保護する
ようになっている。キャップ８（カバー部材）は、例え
ば炭化ケイ素（SiC）で形成された部材であって、熱電
対６の測定部６ｄが位置する保護管７の端部周囲を覆う
形状に、形成されている。

【００２８】温度測定手段４は、サセプタ２の裏面側
（本実施の形態では下側）において、測定部６ｄ側の端
部をサセプタ側にして備えられる。その際、測定部６ｄ
側のキャップ８の端部と、サセプタ２の裏面とが接触し
ないように、これらの間にわずかな隙間を設ける。サセ
プタ２とキャップ８とが接触すると、当該箇所ではサセ
プタの厚みを厚くした場合と同様の状態となり、熱処理
の際、当該箇所でサセプタ２の温度が高くなって温度分
布にムラが生じてしまうからである。一方、サセプタ２
と、キャップ８との距離が大きいと、ウェーハＷの温度
を反映した温度測定値を得ることが難しくなるため、温
度測定手段４はサセプタ２に近接する位置に備える。サ
セプタ２の裏面とキャップ８との間に設ける間隔として
は、より近いほど好ましい。本実施の形態では、サセプ
タ２とキャップ８との間隔を約0.5mmとする。

【００２９】加熱装置５は、ハロゲンランプ等で構成さ
れ、熱処理容器２の上方および下方にそれぞれ設けられ
ており、上方の加熱装置５ａと、下方の加熱装置５ｂと
によって熱処理容器１の外側からサセプタ２に対して照
射し、その輻射熱でサセプタ２とウェーハＷとを加熱す
るようになっている。

【００３０】尚、熱処理装置１００は、様々な反応ガス
やキャリアガス等を、所定の組成及び流量で熱処理容器
１内に供給するためのガス供給部（図示略）を備えてい
る。このガス供給部から延びるガス供給管などが、熱処
理容器１のガス供給口１ｃに接続されるようになってい
る。

【００３１】この熱処理措置１００による熱処理方法に
ついて説明する。まず、熱処理容器１内のサセプタ２の
主表面に形成された座ぐり２ａ内にウェーハＷを載置し
た状態で、サセプタ２を回転させるとともに、加熱装置
５によって、ウェーハＷが所定の温度になるように加熱
する。ウェーハＷの温度は、サセプタ２の裏面側に配さ
れている温度測定手段４で当該箇所の温度を検出するこ
とによって間接的に測定し、熱処理工程の間モニターす
る。そして、ウェーハＷの主表面上にガスが流れるよう
に、ガス供給口１ｃ側からガス排出口１ｄ方向に反応ガ
スを所定の流量および組成で流通させる。例えば、シリ
コンエピタキシャル層形成の場合には、シリコン原料ガ
ス（例えばジクロロシラン、トリクロロシラン等）やド
ーパントガス等、また酸化膜形成の場合には酸素ガス等
を、またエッチングでは塩化水素ガス等を、水素ガスな
どのキャリアガスとともに加熱したウェーハ上に供給す
る。この反応ガスとキャリアガスとの混合ガスによっ
て、ウェーハＷの主表面にシリコンエピタキシャル層や
酸化膜等の薄膜形成、エッチング等の処理が行われる。
尚、加熱温度、流通させるガスの組成および流量、流通
時間等は、所望とする薄膜の特性や厚さ、あるいはエッ
チングであればエッチング厚さ等、処理毎に適宜設定す
る。

【００３２】以上の熱処理装置１００によれば、座ぐり
２ａの位置に対応するサセプタ２の裏面が平坦に形成さ
れ、キャップ８はサセプタ２に非接触で且つ近接した位
置に備えられるので、熱処理を行う際、サセプタ２に温
度分布のムラが生じることが防止され、サセプタ２の温
度が測定される。従って、座ぐり２ａに載置されるウェ
ーハＷの面内温度分布のムラが小さくなり、ウェーハＷ
上により均一に熱処理を施すことができるので、例えば
シリコンエピタキシャルウェーハの製造ではより均一な
厚さでシリコン単結晶薄膜を形成できる。

【００３３】また、熱伝導率は、1000℃においてグラフ
ァイトが約40Ｗ/(m・K)であるのに対して、炭化ケイ素が
約31Ｗ/(m・K)であり、両方の値が類似するので、熱処理
の際、加熱装置５によってサセプタ２とともにキャップ
８が加熱されてサセプタ２と略同様の温度となり、測定
部６ｄはサセプタ２の温度を反映した温度測定値を検出
することができる。従って、熱処理の加熱過程におい
て、熱電対６で測定される温度がサセプタ２の温度変動
に追随でき、適切にサセプタ２の温度をモニターでき
る。従って、熱処理過程を適切に制御でき、ウェーハＷ
に所望の厚さの薄膜を均一に形成するなど好適に熱処理
を行うことができる。

【００３４】さらに、熱処理装置１００が枚葉式の場
合、温度測定手段４は回転中心に位置するが、回転中心
即ちウェーハＷ中心に対応するサセプタ２の裏面に熱電
対挿入用の窪みを形成する必要がないので、座ぐり２ａ
部分の肉厚を略均一にすることができる。その結果、薄
膜の中心部に膜厚の薄い領域が形成されず、より膜厚分
布の良好な薄膜を形成することができるので、製品の歩
留まり低下を抑えたり、生産性を向上させたりすること
が可能となり好適である。

【００３５】また、熱処理装置１００でウェーハＷにシ
リコンエピタキシャル層（シリコン単結晶薄膜）の気相
成長を行うシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
によれば、面内温度分布が略均一となるようにウェーハ
Ｗを加熱することができ、またサセプタ２の温度を温度
測定手段４で適切にモニターしながら熱処理を行うこと
ができるので、ウェーハＷに形成されるシリコン単結晶
薄膜の膜厚分布が良好となる。従って、ウェーハＷを用
いて製造される製品の歩留まりの低下も抑えられ好適で
ある。

【００３６】尚、上記実施の形態の変形例として、キャ
ップ（カバー部材）を、サセプタ同様にグラファイトに
炭化ケイ素コーティングを施して形成すると、サセプタ
と同じ熱伝導率を有することができる。また、アルミニ
ウム合金あるいは銅でキャップを形成すると、キャップ
はサセプタを構成するグラファイトより高い熱伝導率を
有することができる。これらのキャップは、サセプタ以
上の熱伝導率を有することができるので、熱処理の際、
サセプタとともに加熱されてサセプタと実質的に同一の
温度推移を示すことができる。

【００３７】また上記実施の形態の他の変形例として、
熱電対を覆う保護管自体を、炭化ケイ素で形成したり、
サセプタと略同様の熱伝導率もしくはサセプタ以上の熱
伝導率を有する素材で形成して、熱電対の測定部を覆う
ようにしてもよい。保護管をそのような部材で形成する
ことにより、保護管がサセプタとともに加熱されてサセ
プタと同様の温度推移をするので、熱電対によってサセ
プタ温度を反映した温度測定値を得ることができ、上記
実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００３８】また本発明は、上記実施の形態に限定され
ることはなく、ウェーハにシリコンエピタキシャル層を
形成する他、酸化膜の形成や、エッチング等の熱処理に
適用してもよい。さらに本発明は、枚葉式熱処理装置の
ほか、反応室内のサセプタに複数枚のウェーハを載置し
て熱処理を施すタイプの熱処理装置に適用してもよく、
例えば、シリンダ型（バレル型）や、パンケーキ型のサ
セプタを備えた熱処理装置に適用してもよい。加えて、
温度測定手段に用いられる熱電対は、上記実施の形態に
示した以外の種々のタイプのものを使用することも勿論
可能である。

【００３９】〔比較例１〕従来の熱処理装置従来の熱処理装置において、900℃を加熱開始温度とし
て、約55秒間で約1100℃まで上昇させ、その後1100℃で
一定となるように加熱温度の設定を行う。使用する装置
は枚葉式の気相成長装置であって、温度測定手段として
は、熱電対に石英製保護管を備え、測定部にキャップが
設けられていないものを用いる。また、サセプタ裏面の
中心部には、温度測定手段挿入用の窪み（深さ４mm）を
形成し、この窪みに、温度測定手段をサセプタとの間に
0.5mmの隙間を設けて挿入する。これを、熱処理装置
とする。

【００４０】従来の熱処理装置において、上記設定に
従って加熱を行い、熱電対で温度測定を行った。その結
果、経過時間に対する温度測定値は、加熱開始後0秒で
約900℃、以後5秒ごとに、約900℃、約910℃、約930
℃、約950℃、約970℃、約990℃、約1010℃、約1030
℃、約1050℃、約1070℃、約1085℃、約110５℃、約110
0℃（65秒、以後一定）であった。この温度推移を、図
４（ａ）、（ｂ）のグラフ（経過時間に対する温度測定
値：温度プロファイル）に、の四角マークを付した破
線で示す。

【００４１】〔比較例２〕開発途中の熱処理装置サセプタとして、裏面に温度測定手段挿入用の窪みが形
成されていないサセプタ（座ぐり位置に対応するサセプ
タ裏面が平坦なサセプタ）を設け、温度測定手段はサセ
プタ裏面側においてサセプタと0.5mmの隙間を設けてサ
セプタと近接する位置に配置し、他は上記の熱処理装置
と同一構成とした熱処理装置を用いて、上記比較例
１と同一の温度設定で900℃〜1100℃の加熱を行い、温
度測定手段で測定される温度測定値を得た。

【００４２】その結果、経過時間に対する温度測定値
は、加熱開始後0秒で約900℃、以後5秒ごとに、約900
℃、約905℃、約915℃、約935℃、約955℃、約975℃、
約990℃、約1015℃、約1035℃、約1050℃、約1060℃、
約1075℃、約1080℃、約1090℃、約1100℃（75秒）であ
った。この温度推移を、図４（ａ）のグラフに、の丸
マークを付した実線で示す。

【００４３】〔実施例１〕本発明の熱処理装置熱電対に石英製保護管を備え、さらに熱電対の測定部周
囲に炭化ケイ素で形成されたキャップを備えた温度測定
手段を設け、その他は上記開発途中の熱処理装置と同
一構成とした本発明の熱処理装置を用いて、上記比較
例１と同一の温度設定で900℃〜1100℃の加熱を行い、
温度測定手段で測定される温度測定値を得る。

【００４４】その結果、経過時間に対する温度測定値
は、加熱開始後0秒で約900℃、以後5秒ごとに、約900
℃、約910℃、約930℃、約950℃、約970℃、約990℃、
約1010℃、約1030℃、約1050℃、約1070℃、約1085℃、
約1100℃（60秒、以後一定）であった。この温度推移
を、図４（ｂ）のグラフに、の三角マークを付した実
線で示す。

【００４５】以上の結果より、座ぐり位置に対応するサ
セプタ裏面が平坦であるにもかかわらず、炭化ケイ素で
形成されたキャップを備えていない温度測定手段を用い
た開発途中の熱処理装置では、従来の熱処理装置に
比べて、加熱開始後に測定される温度の上昇が遅くなっ
ている。一方、座ぐり位置に対応するサセプタの裏面を
平坦にし、且つ炭化ケイ素で形成されたキャップを備え
た温度測定手段を有する本発明の熱処理装置では、サ
セプタ裏面の窪みに温度測定手段を挿入した従来の熱処
理装置における温度測定値と、略同様の測定結果が得
られる。従って、座ぐり位置に対応するサセプタ裏面を
平坦に形成する場合、熱電対の測定部に炭化ケイ素製の
キャップを設けた温度測定手段を用いれば、従来と同様
の温度設定で熱処理を行うことが可能となる。

【００４６】〔比較例３〕熱処理装置におけるウェーハの面内温度分布熱処理装置を用いて、ウェーハの主表面に対し950℃
でシリコン単結晶薄膜を形成させるように、トリクロロ
シラン（SiHCl₃）ガスの流量および成長時間等を設定し
て気相成長を実施する。950℃はトリクロロシランにと
って反応律速温度領域であるので、ウェーハの面内温度
分布に比例した膜厚分布が形成される。このウェーハに
ついて、面内の複数箇所で膜厚測定を行い、膜厚分布を
得る。シリコン単結晶薄膜の膜厚測定は、ウェーハの直
径方向の複数箇所で行う。即ち、ウェーハ中心を0点と
し、中心を挟んで径の一方を正、他方を負とし、中心か
らの距離（mm）によって位置を特定する。そして、直径
方向の各位置での膜厚を測定する。この測定した膜厚か
ら、薄膜の成長速度を算出し、この成長速度から、熱処
理中のウェーハ各位置の温度を求める。この測定方法の
詳細は、特開2000-40663号公報に記載されている。

【００４７】その結果、ウェーハの各位置における温度
の値は、ウェーハ中心（0mmの位置）で約981℃、以下中
心（0点）から距離+90mmの位置にかけて距離10mmごと
に、約981℃、約980℃、約978℃、約977℃、約974℃、
約972.5℃、約971℃、約968℃、約965℃であった。ま
た、中心から距離−90mmの位置にかけて距離10mmごと
に、約981℃、約980℃、約977.5℃、約976℃、約973
℃、約972℃、約969℃、約967℃、約963℃であった。こ
の温度分布を、図５（ａ）においての二重破線で示
す。

【００４８】〔実施例２〕熱処理装置におけるウェーハの面内膜厚分布および温
度分布熱処理装置を用いて、前記比較例３で熱処理装置を
用いてウェーハに行った熱処理と同一条件で、ウェーハ
の主表面にシリコン単結晶薄膜の気相成長を行う。この
ウェーハについて、前記比較例３と同様の方法で、ウェ
ーハ面内の複数箇所での膜厚測定を行う。そして、各膜
厚の測定結果から、0点（ウェーハ中心）の膜厚に対す
る各位置の膜厚の比を算出して、膜厚分布を得る。

【００４９】その結果、0mm（ウェーハ中心）を1.000と
すると、以下中心（0点）から距離+80mmの位置にかけ
て、距離20mmごとに、膜厚比は1.002、1.017、1.028、
1.040であった。一方、以下中心（0点）から距離−80mm
の位置にかけて、距離20mmごとに、1.005、1.012、1.02
5、1.045であった。

【００５０】尚、この膜厚測定を行った直径方向におい
て、中心から20mmおよび−20mmの距離について、さらに
詳細に膜厚を測定し、ウェーハ中心の膜厚に対する膜厚
比を算出した。その結果、0mmで1.0000として、以下中
心（0点）から距離+20mmの位置にかけて距離2.5mmごと
に、1.0000、0.9998、0.9998、0.9998、0.9999、1.000
0、1.0005、1.0020であった。また、中心（0点）から距
離−20mmの位置にかけて距離−2.5mmごとに、1.0005、
1.0008、1.0010、1.0018、1.0025、1.0030、1.0038、1.
0040であった。この膜厚分布を、図６（ａ），（ｂ）に
おいての破線で示す。

【００５１】上記で測定された薄膜の膜厚から、前記比
較例３と同様の方法で、薄膜成長速度を算出し、この成
長速度から、ウェーハの各位置における熱処理中の温度
を求める。

【００５２】その結果、ウェーハの直径方向における温
度は、0mm（ウェーハ中心）で約950℃、以下中心から距
離+90mmの位置にかけて距離10mmごとに、約950℃、約95
0℃、約949℃、約950℃、約950℃、約952℃、約954℃、
約956℃、約957℃であった。また中心から距離−90mmの
位置にかけて距離10mmごとに、約950℃、約950℃、約95
0℃、約950℃、約952℃、約953℃、約955℃、約956℃、
約957℃であった。さらに、中心から距離20mmおよび−2
0mmの範囲において、より詳細に面内温度分布を求めた
ところ、約950℃で略均一であった。この温度分布を、
図５（ａ），（ｂ）においての破線で示す。

【００５３】〔比較例４〕熱処理装置におけるウェーハの面内膜厚分布および温
度分布熱処理装置を用いて、上記実施例２における熱処理と
同一条件で、ウェーハに気相エピタキシャル成長を施し
てシリコン単結晶薄膜を形成させ、上記実施例２と同様
にして、ウェーハに形成される膜厚分布と、熱処理中の
面内温度分布を得る。

【００５４】その結果、ウェーハの直径方向における膜
厚比は、ウェーハ中心（0mmの位置）で1.000として、以
下中心（0点）から距離+80mmの位置にかけて距離20mmご
とに、1.010、1.016、1.032、1.050であった。一方、以
下中心（0点）から距離−80mmの位置にかけては、距離2
0mmごとに、1.006、1.012、1.029、1.045であった。

【００５５】尚、上記で膜厚測定を行った直径方向にお
いて、中心から距離+20mmおよび−20mmの範囲につい
て、さらに詳細に膜厚測定し、ウェーハ中心に対する膜
厚比を算出した。その結果、0mmで1.0000として、以下
中心（0点）から距離+20mmの位置にかけて距離2.5mmご
とに、1.0020、1.0045、1.0075、1.0087、1.0090、1.00
95、1.010、1.010であった。また、中心（0点）から距
離−20mmの位置にかけて距離−2.5mmごとに、1.0010、
1.0035、1.0060、1.0065、1.0075、1.0075、1.0070、1.
0060であった。この膜厚分布を、図６（ａ），（ｂ）に
おいての実線で示す。

【００５６】また、測定された膜厚から、ウェーハの各
位置における温度を上記比較例３と同様の方法で得る。
その結果、ウェーハ各位置の熱処理における温度は、ウ
ェーハ中心（0mmの位置）で約948℃、以下中心（0点）
から距離+90mmの位置にかけて距離10mmごとに、約950
℃、約950℃、約952℃、約953℃、約956℃、約958℃、
約963℃、約966℃、約967℃であった。また、中心から
距離−90mmの位置にかけて距離10mmごとに、約950℃、
約951℃、約952℃、約953℃、約956℃、約959℃、約964
℃、約967℃、約968℃であった。

【００５７】さらに、ウェーハの中心から距離+20mmお
よび−20mmの範囲において、より詳細に温度分布を求め
たところ、ウェーハ中心で約948℃、中心から距離+20mm
の位置にかけて距離2mmごとに、約948.1℃、948.5℃、9
49.0℃、949.5℃、949.6℃、949.7℃、949.8℃、950.0
℃、約950.1℃、約950.3℃であった。また、中心から距
離−20mmの位置にかけて距離2mmごとに、約948.2℃、約
948.8℃、約949.5℃、約950.0℃、約950.2℃、約950.3
℃、約950.3℃、約950.4℃、約950.5℃、約950.6℃であ
った。この温度分布を、図５（ａ），（ｂ）において
の実線で示す。

【００５８】比較例４の熱処理装置では、ウェーハの
中心部付近で膜厚比および温度分布が大きく変動してい
る箇所が見られるが、処理装置およびにおいては、
ウェーハ全体で温度分布がなだらかである。これは、熱
処理装置においてはサセプタ裏面の中心部に温度測定
手段挿入用の窪みが形成され、この窪みの影響で、当該
箇所のサセプタ温度にムラが生じて、ウェーハの薄膜形
成に影響を与えたものである。

【００５９】また比較例３の熱処理装置では、ウェー
ハ中心部付近の狭い領域におけるウェーハの温度分布に
は大きなムラが生じていないものの、ウェーハ中心部が
ウェーハ周辺部よりも高温となっており、また、その温
度差が15℃を超えている。これは、図４（ａ）の温度プ
ロファイルで示されているように、熱処理装置では温
度測定手段による温度測定値の上昇が遅れるため、加熱
処理が余分に行われてしまうためである。

【００６０】実施例２の熱処理装置では、温度分布の
差が10℃未満で、且つ温度ムラが小さく、薄膜の膜厚分
布も良好である。これは、座ぐり位置に対応するサセプ
タの裏面が平坦であることに加え、熱電対の測定部に炭
化ケイ素製のキャップが設けられることにより、キャッ
プがサセプタとともに加熱され、従来サセプタの窪みに
熱電対を挿入していた場合と同様の、サセプタ温度を反
映した温度測定値を得ることができ、熱処理が適切に行
われたためである。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、熱処理装置において、
座ぐり位置に対応するサセプタの裏面が平坦に形成され
ることにより、熱処理の際、座ぐり内に温度分布のムラ
が生じることを防止できる。また、熱電対の測定部が炭
化ケイ素あるいはサセプタ以上の熱伝導率を有するカバ
ー部材で覆われ、該カバー部材とサセプタとが非接触で
且つ近接する位置に備えられることにより、サセプタ温
度を反映した温度測定値を得ることができる。従って、
サセプタの座ぐりに載置されるウェーハの面内温度分布
のムラを小さくすることができるとともに、適切に熱処
理を行うことができ、ウェーハにより均一な膜厚のシリ
コン単結晶薄膜の形成等を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した枚葉式熱処理装置を示す概略
構成図である。

【図２】図１の熱処理装置において、サセプタ、および
温度測定手段の一例を示す側面図である。

【図３】図２の温度測定手段について、熱電対の周囲を
覆う保護管と、キャップとを断面で示す概略構成図であ
る。

【図４】熱処理装置において温度を上昇させる際の、熱
電対による経過時間に対する温度測定値のプロファイル
を示すグラフであって、（ａ）は熱処理装置と熱処理
装置、（ｂ）は熱処理装置と熱処理装置を示す。

【図５】従来の熱処理装置と、開発途中の熱処理装置
および本発明の熱処理装置によりウェーハにエピタ
キシャル成長を施した際のウェーハの温度分布を示すグ
ラフである。

【図６】従来の熱処理装置と、本発明の熱処理装置
とによりウェーハに気相エピタキシャル層を形成した際
の膜厚分布を、ウェーハ中心の膜厚に対する比で示すグ
ラフである。

【図７】従来の熱処理装置において、従来のサセプタと
温度測定手段とを示す側面図である。

【符号の説明】

１熱処理容器２サセプタ２ａ座ぐり４温度測定手段５加熱装置６熱電対６ｄ測定部７保護管８キャップ（カバー部材）１００熱処理装置Ｗウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/458 H01L 21/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン単結晶ウェーハを載置する座ぐり
が形成されたサセプタと、当該サセプタの温度を測定す
る熱電対と、を内部に有する熱処理容器と、前記サセプタに載置されるシリコン単結晶ウェーハを加
熱する加熱装置と、が備えられている熱処理装置において、前記サセプタは、前記座ぐり位置に対応する前記サセプ
タの裏面が平坦に形成され、前記熱電対の測定部はカバー部材で覆われ、該カバー部
材が前記サセプタと非接触で且つ近接する位置に備えら
れていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】前記熱電対の測定部は、前記サセプタ以上
の熱伝導率を有するカバー部材で覆われていることを特
徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】前記熱電対の測定部は、炭化ケイ素で形成
されるカバー部材で覆われていることを特徴とする請求
項１に記載の熱処理装置。
【請求項４】前記熱電対は、炭化ケイ素で形成される保
護管に内挿され、該保護管が前記サセプタと非接触で且
つ近接する位置に備えられていることを特徴とする請求
項１に記載の熱処理装置。
【請求項５】前記サセプタは、枚葉式であることを特徴
とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の熱処理装
置内のサセプタに、シリコン単結晶ウェーハを載置し、
前記シリコン単結晶ウェーハの主表面上にシリコン単結
晶薄膜の気相成長を行うことを特徴とするシリコンエピ
タキシャルウェーハの製造方法。