JP4196542B2 - 気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｓｉウェーハ等の基板表面にＣＶＤ法等によりＳｉやＳｉＧｅ等の薄膜を気相成長する際、基板を載置する気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等の製造工程において、Ｓｉウェーハ等の基板上にＳｉ（シリコン）やＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）等の半導体薄膜をＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法等の気相成長法により気相成長する場合がある。例えば、Ｓｉ薄膜を成膜する場合として、微小欠陥の発生を抑制でき、活性領域以外の抵抗を小さくして発熱による誤動作防止等を図るために、Ｓｉウェーハ上に単結晶Ｓｉ薄膜をエピタキシャル成長する場合等がある。
【０００３】
また、ＳｉＧｅを成膜する場合として、ＳｉよりもＳｉＧｅのバンドギャップが小さいことからベース領域等にＳｉＧｅを用いたＨＢＴ（ヘテロ接合トランジスタ）や、Ｓｉ基板上に格子緩和させたＳｉＧｅバッファ層を成膜した後にチャネルとなる引っ張り歪状態のＳｉ膜を成膜したＭＯＳＦＥＴ等のヘテロ構造を形成するために、Ｓｉウェーハ上に単結晶ＳｉＧｅ薄膜をエピタキシャル成長する場合等がある。
【０００４】
一般に、このような気相成長を枚葉式ＣＶＤ装置等の気相成長装置で行うには、気相成長装置内のサセプタ上に基板を載置した状態で、該基板を所定温度に加熱して行う。
従来、図６に示すように、サセプタ１として、基板Ｗを載置する座繰り部２が設けられた円盤状のものが用いられ、該サセプタ１には載置時の基板Ｗを囲むように座繰り部２の周囲に配されていると共に垂直な内壁面を有する周縁壁部３が形成されている。なお、特開平８−１８８８７５号公報等に同様のサセプタが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の気相成長用サセプタには、次のような課題が残されている。すなわち、基板Ｗをサセプタ１上に載置する際に、図６の（ａ）（ｂ）に示すように、基板Ｗとサセプタ１との間に介在する雰囲気ガスのために基板Ｗが横滑りして、基板Ｗの外周縁部Ｅとサセプタ１の周縁壁部３とが接触した状態のまま成膜が行われる場合がある。この場合、接触した周縁壁部３の影響により基板Ｗの温度分布が接触部分と非接触部分とで異なり、接触部分において膜厚分布むらや曇り（ヘイズ）等が発生する場合があった。なお、基板とサセプタとの間に介在する雰囲気ガスを逃がすために、サセプタに多数の貫通孔を形成することも考えられるが、この場合は、多数の貫通孔によりサセプタの温度分布が不均一になり、均一な膜厚分布を得難い不都合があった。
特に、成膜速度等の温度依存性が大きい低温気相成長プロセスが要望されているＳｉＧｅの成膜では、膜厚やＧｅ組成分布の不均一が顕著となるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、基板の外周縁部とサセプタの周縁壁部との接触による温度分布変化を抑制することができ、均一な膜厚分布を得ることができる気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の気相成長用サセプタは、基板表面に気相成長法により薄膜を気相成長する際に基板を載置するサセプタであって、
前記基板を載置する載置領域と、
載置状態の前記基板の面取り加工された外周縁部に対向して前記載置領域の外側に形成された周縁壁部とを有し、
前記載置領域は、少なくとも前記周縁壁部に内接して前記基板を支持する平坦面を有し、
前記周縁壁部は、その内壁面が前記平坦面に対して外側に傾斜して形成されるとともに、 前記周縁壁部の内壁面は、載置状態の前記基板の外周縁部よりも同一の高さ位置における傾斜角が小さく設定されていることを特徴とする。
本発明は、基板表面に気相成長法により薄膜を気相成長する際に基板を載置するサセプタであって、前記基板を載置する載置領域と、載置状態の前記基板の面取り加工された外周縁部に対向して前記載置領域の外側に形成された周縁壁部とを有し、前記載置領域は、少なくとも前記周縁壁部に内接して前記基板を支持する平坦面を有し、前記周縁壁部は、その内壁面が前記平坦面に対して外側に傾斜して形成されている。
【０００８】
また、本発明の気相成長方法は、サセプタ上に載置した基板の表面に気相成長法により薄膜を気相成長する方法であって、前記サセプタとして上記本発明の気相成長用サセプタを用いることを特徴とする。
【０００９】
これらの気相成長用サセプタ及び気相成長方法では、載置領域が、少なくとも周縁壁部に内接して基板を支持する平坦面を有し、周縁壁部の内壁面が前記平坦面に対して外側に傾斜して形成されているので、基板が平坦面上を横滑りしても、面取り加工されている外周縁部の裏面側、さらに半径方向内側で周縁壁部の内壁面に接触することになり、接触部分が平坦面上の基板裏面に近づき温度分布の変動を低減することができる。
なお、載置領域に平坦面がない場合、例えば載置領域及び周縁壁部の内面全体をつながった湾曲面にしてしまうと、基板が外周縁部のみでサセプタと接触し、面接触しないため強い応力を受け、多くのスリップが発生してしまうが、本発明では、基板の支持を載置領域の平坦面における面接触により行うため、スリップ発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の気相成長用サセプタは、前記周縁壁部の内壁面が、前記平坦面に対して４５°以下で傾斜していることが好ましい。すなわち、この気相成長用サセプタでは、周縁壁部の内壁面が前記平坦面に対して４５°以下で傾斜していることにより、加工が容易な一定傾斜角の内壁面としても、一般的な面取り加工形状の基板において十分に内側で接触することになり、温度分布変化を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の気相成長用サセプタは、前記周縁壁部の内壁面が、載置状態の前記基板の外周縁部よりも同一の高さ位置における傾斜角が小さく設定されていることが好ましい。すなわち、この気相成長用サセプタでは、周縁壁部の内壁面が、載置状態の基板の外周縁部よりも同一の高さ位置における傾斜角が小さく設定されていることにより、基板が横滑りしても基板の外周縁部の基端部分と周縁壁部の内壁面の基端部分とが接触して止まるため、周縁壁部との接触による温度分布変化がほとんど生じず、ヘイズが生じないと共に均一な膜厚分布や組成を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の気相成長方法は、前記薄膜がＳｉＧｅ膜である技術が採用される。すなわち、この気相成長方法では、温度に応じて成膜速度やＧｅ組成が顕著に変化するＳｉＧｅ膜を成膜対象とするので、上記本発明のサセプタを用いることにより、ヘイズ発生が抑制され、膜厚やＧｅ組成の均一性が優れたＳｉＧｅ膜を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法の第１参考形態を、図１から図３を参照しながら説明する。これらの図にあって、符号１１はサセプタ、１２は座繰り部、１３は周縁壁部を示している。
【００１４】
本参考形態の気相成長用サセプタは、図１及び図２に示すように、Ｓｉの基板Ｗ表面に減圧ＣＶＤ法（気相成長法）によりＳｉ１−ｘＧｅｘ膜（薄膜）ＳＧを気相成長する際に、減圧ＣＶＤ装置（図示略）のチャンバ内に配置され基板Ｗを載置するサセプタ１１である。このサセプタ１１は、表面がＳｉＣ（シリコンカーバイド）でコーティングされているカーボンで形成されている。なお、減圧ＣＶＤ装置は、例えば枚葉式でランプ加熱方式のものであり、また基板Ｗは、面取り加工された外周縁部Ｅを有している。
【００１５】
このサセプタ１１は、基板Ｗを載置する座繰り部（載置領域）１２と、外座繰り部１２に載置状態の基板Ｗの外周縁部Ｅに対向して座繰り部１２の外側に形成された周縁壁部１３とを有している。上記座繰り部１２は、全面が平坦面で構成され、リフトピン用の貫通孔（図示略）が複数形成されている。なお、リフトピン用の貫通孔は、孔径が小さいため載置する際に雰囲気ガスが抜けるための孔として不十分である。
【００１６】
また、上記周縁壁部１３は、その内壁面が座繰り部１２に対して外側に傾斜して形成されている。なお、周縁壁部１３の内壁面は、座繰り部１２に対して４５°以下の傾斜角で傾斜していることが望ましく、本参考形態では、図３に示すように、周縁壁部１３の内壁面の傾斜角θを３０°一定に設定している。
【００１７】
次に、本参考形態の気相成長用サセプタ１１を用いたＳｉ１−ｘＧｅｘ膜ＳＧの気相成長方法について説明する。
【００１８】
まず、ポリッシュドウェーハで面方位（００１）のＳｉ基板Ｗを、通常のＳＣ１洗浄を行った後に、希フッ化水素酸により自然酸化膜を除去する前処理を行う。
【００１９】
次に、上記前処理後の基板Ｗを、減圧ＣＶＤ装置のチャンバ内に入れ、図１の（ａ）に示すように、上記サセプタ１１上に載置する。このとき、基板Ｗは、基板Ｗとサセプタ１１との間に介在する雰囲気ガスにより横滑りしても、面取り加工されている外周縁部Ｅが、図１の（ｂ）に示すように、サセプタ１１の周縁壁部１３の内壁面に当接する。この外周縁部Ｅと周縁壁部１３との接触部分Ｃは、図３に示すように、外周縁部Ｅの裏面側かつ半径方向内側となる。
【００２０】
次に、この状態で、チャンバ内を所定圧力に減圧すると共に水素流雰囲気中で所定温度に加熱して水素ベーク処理を行う。
さらに、水素ベーク処理後に、図２に示すように、続けてＳｉ1-xＧｅx膜ＳＧを基板Ｗ表面に気相成長する。
このＳｉ1-xＧｅx膜ＳＧの成膜は、水素雰囲気中でＳｉＨ4をＳｉのソースガス及びＧｅＨ4をＧｅのソースガスとして行う。
【００２１】
このように作製されたＳｉＧｅ膜は、基板Ｗが載置されたサセプタ１１が、座繰り部１２に対して外側に傾斜して形成されている周縁壁部１３の内壁面を有しているので、載置時に基板Ｗが座繰り部１２上を横滑りしても、外周縁部Ｅの裏面側、さらに半径方向内側で周縁壁部１３の内壁面に接触することになり、成膜中の温度分布の変動が低減されて、ヘイズの発生を抑えることができると共にＳｉ1-xＧｅx膜ＳＧの均一な膜厚分布やＧｅ組成分布を得ることができる。
【００２２】
次に、本発明に係る第２参考形態を、図４を参照しながら説明する。
【００２３】
第２参考形態と第１参考形態との異なる点は、第１参考形態のサセプタ１１が、全体が平坦面の座繰り部１２を有しているのに対し、第２参考形態のサセプタ２１では、図４に示すように、中央部分に凹部２２ａを備えた座繰り部２２を有している点である。すなわち、第２参考形態では、座繰り部２２が、周縁壁部２３に内接して基板Ｗを支持する平坦面部２２ｂと、加熱時に反る基板Ｗに応じて深く形成された凹部２２ａとを有している。
【００２４】
次に、本発明に係る第１実施形態を、図５を参照しながら説明する。
【００２５】
第１実施形態と第１参考形態との異なる点は、第１参考形態のサセプタ１１における周縁壁部１３が、一定傾斜角の内壁面を有しているのに対し、第１実施形態のサセプタ３１では、図５に示すように、周縁壁部３３の内壁面が、載置状態の基板Ｗの外周縁部Ｅよりも同一の高さ位置における傾斜角が小さく設定され、外周縁部Ｅの形状に応じて湾曲している点である。
【００２６】
すなわち、本実施形態では、基板Ｗの外周縁部Ｅの傾斜角に応じて周縁壁部３３の内壁面を内側から外側に向けて徐々に傾斜角及び曲率が大きくなるように変化させており、さらに、同一高さの外周縁部Ｅの傾斜角θ１に対して周縁壁部３３の内壁面の傾斜角θ２の方が小さくなっている。これによって、本実施形態では、基板Ｗが横滑りしても外周縁部Ｅの基端部分と周縁壁部３３の内壁面の基端部分とが接触して止まるため（接触部分Ｃ）、周縁壁部３３との接触による温度分布変化がほとんど生じず、ヘイズが発生しないと共に均一な膜厚分布やＧｅ組成分布を得ることができる。
【００２７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００２８】
例えば、上記各実施形態では、Ｓｉ1-xＧｅx膜ＳＧの気相成長に適用したが、他の薄膜の気相成長に採用しても構わない。例えば、上述した単結晶Ｓｉ薄膜の成膜や他の化合物半導体薄膜の成膜等に適用してもよい。気相成長は、エピタキシャル成長であっても多結晶成長であってもアモルファス成長であっても構わない。低温での多結晶Ｓｉ薄膜や酸化Ｓｉ薄膜等の成長においても有効である。
また、Ｓｉ1-xＧｅx膜ＳＧの気相成長にＧｅＨ4とＳｉＨ4とを用いたが、Ｇｅ2Ｈ6をＧｅのソースガスとし、ＳｉＨ2Ｃｌ2、Ｓｉ2Ｈ6をＳｉのソースガスとして用いても構わない。
【００２９】
また、上記各実施形態では、Ｓｉ基板として面方位（００１）のポリッシュドウェーハを用いたが、面方位の異なるポリッシュドウェーハ又はパターン形成や不純物ドーピングされているＳｉ−ＬＳＩの製造工程における途中工程の基板を用いても構わない。
また、本発明のサセプタの平面形状は、円形状であっても、四角形状であっても、他の形状であっても構わない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明の気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法によれば、載置領域が、少なくとも周縁壁部に内接して基板を支持する平坦面を有し、周縁壁部の内壁面が前記平坦面に対して外側に傾斜して形成されているので、基板が平坦面上を横滑りしても外周縁部の裏面側、さらに半径方向内側で周縁壁部の内壁面に接触することになり、温度分布の変動が低減されてヘイズの発生及び膜厚分布や組成の不均一化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法の第１参考形態において、基板を載置した直後及び横滑り後の基板及びサセプタを示す概略的な断面図である。
【図２】 本発明に係る気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法の第１参考形態において、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ膜を成膜した基板を示す要部断面図である。
【図３】 本発明に係る気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法の第１参考形態において、基板を載置したサセプタを示す要部断面図である。
【図４】 本発明に係る気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法の第２参考形態において、基板を載置したサセプタを示す概略的な断面図である。
【図５】 本発明に係る気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法の第１実施形態において、基板を載置したサセプタを示す要部断面図である。
【図６】 本発明に係る気相成長用サセプタ及びこれを用いた気相成長方法の従来例において、基板を載置した直後及び横滑り後の基板及びサセプタを示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１ サセプタ
１２、２２ 座繰り部（載置領域）
１３、２３、３３ 周縁壁部
２２ａ 凹部
２２ｂ 平坦部（平坦面）
Ｅ 基板の外周縁部
ＳＧ Ｓｉ１−ｘＧｅｘ膜（薄膜）
Ｗ Ｓｉの基板
θ、θ１、θ２ 傾斜角
Claims (4)
- 基板表面に気相成長法により薄膜を気相成長する際に基板を載置するサセプタであって、
前記基板を載置する載置領域と、
載置状態の前記基板の面取り加工された外周縁部に対向して前記載置領域の外側に形成された周縁壁部とを有し、
前記載置領域は、少なくとも前記周縁壁部に内接して前記基板を支持する平坦面を有し、
前記周縁壁部は、その内壁面が前記平坦面に対して外側に傾斜して形成されるとともに、 前記周縁壁部の内壁面は、載置状態の前記基板の外周縁部よりも同一の高さ位置における傾斜角が小さく設定されていることを特徴とする気相成長用サセプタ。 - 請求項１に記載の気相成長用サセプタにおいて、
前記周縁壁部の内壁面は、前記平坦面に対して４５°以下で傾斜していることを特徴とする気相成長用サセプタ。 - サセプタ上に載置した基板の表面に気相成長法により薄膜を気相成長する方法であって、
前記サセプタとして請求項１又は２に記載の気相成長用サセプタを用いることを特徴とする気相成長方法。 - 請求項３に記載の気相成長方法において、
前記薄膜は、ＳｉＧｅ膜であることを特徴とする気相成長方法。
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