JP5161748B2 - 気相成長用サセプタ及び気相成長装置並びにエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

気相成長用サセプタ及び気相成長装置並びにエピタキシャルウェーハの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ウェーハ表面に薄膜を気相成長させるために使用する気相成長装置内で、ウェーハを水平に載置するサセプタに関し、さらに、それを利用した気相成長装置、並びにエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、容器で外界と遮断したウェーハ上に反応性ガスを供給し、前記ウェーハ上に薄膜を形成する工程がある。これらの工程では原料ガスの供給により、前記ウェーハ上で気相反応を起こさせて薄膜を形成する気相成長装置が使用されている。
それらの中でも特に、シリコンウェーハ上にシリコンの単結晶を成長させるエピタキシャル成長装置はLSI等の半導体デバイスの製造工程で利用されている。この装置ではシリコンウェーハを通常1000℃以上に加熱し、反応容器内に四塩化珪素、トリクロルシラン等の原料ガスと水素との混合ガスを供給し、水素還元または熱分解することによって、前記シリコンウェーハ上にエピタキシャル成長による単結晶のシリコン薄膜を成長させる。また、エピタキシャル成長は半導体装置の製造プロセスにおいてバイポーラ素子の耐圧などを高めるために用いられており、素子においてもメガビットのメモリを製作する場合、α線によるソフトエラーやラッチアップを防ぐために必要な技術になっている。
このようなエピタキシャル成長には、例えば図7に示すような気相成長装置が用いられている。
図7は従来の気相成長装置の一例を示す概略図である。この気相成長装置130は石英製のチャンバ112とチャンバベース113とによって外界と隔離されている。チャンバ112内の中央部には円盤状のサセプタ111を支持する支持台114が回転可能に配設され、使用時にはこのサセプタ111に複数枚のウェーハWを成長面を上にして水平に載置し、気相成長がなされる。
また、支持台114の中央部は原料ガス導入部120となっており、支持台114の下部はチャンバベース113の下方へ突出している。また、サセプタ111の中央にある開口部116に薄膜を形成するための原料を含むガスを供給するための原料ガスノズル117が接続されている。この原料ガスノズル117には原料ガスがウェーハWの上面に対して略平行に流出するように複数個の孔118が形成されている。一方、チャンバベース113の中央部付近すなわち支持台114の周囲には原料ガスの排出口119が形成されている。また、ウェーハWを加熱するため、誘導加熱コイル115がサセプタ111の下方に渦状に設置されている。
図8は、従来の1枚保持タイプのサセプタ101の概略を示す図である。この従来のサセプタ101は、例えば黒鉛基材上にCVD法により厚さ150μm程度のSiC膜をコーティングした円盤形状であり、その中央部にはウェーハWの直径とほぼ同じ大きさの直径を有する円形凹形状のザグリ部102が形成されたものである。ザグリ部102の外側は一段高くなっており、気相成長中にウェーハWが回転するサセプタ101から水平方向にズレて外れるのを防止するようになっている。
一般的にウェーハはザグリ部が設けられたサセプタに保持されながら加熱されるが、サセプタのザグリ部底面にメッシュパターンの溝が形成される場合がある(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。溝を形成する主目的はガスの通路を形成することであり、ウェーハを載置する際の位置ずれを防止する他、ウェーハを取り出す際に容易にサセプタから取り外せるといった効果がある。
また、ザグリ部の凹形状が外周側から中央側に向かって低くなり、中央側がウェーハの裏面と接触しない深さに窪んだ形状とすることで、ウェーハの裏面の傷の発生を抑制するとしたサセプタが開示されている(特許文献3参照)。
特開平8−8198号公報 特開2000−21788号公報 特開2004−319623号公報
しかし、このような従来のサセプタを用いてウェーハに薄膜を気相成長させた場合、常温のウェーハを気相成長装置内の約1000℃に加熱されたサセプタ上に載置した際に、ウェーハが急激に加熱され反りを生じてしまうことがあった。そして、この反りが発生することによって、例えばウェーハを搬入した直後にウェーハの上方にあるウェーハ載置用治具と接触するなどしてウェーハの表面に傷やパーティクルが発生してしまったり、そのウェーハ載置用治具にダメージを与えたりすることがあった。また、ザグリ部の底面とウェーハの裏面との接触部分に傷やパーティクルが発生してしまうことがあった。
このような問題に対して発明者が鋭意検討したところ、ウェーハの反りの発生はウェーハ面内に温度差が生じることで発生することが判明した。例えば、ザグリ部の凹形状の中央側がウェーハの裏面と接触しない深さに窪んだ形状となっている場合、すなわちウェーハの外周側のみがザグリ部と接触しているような場合には特に温度差が発生しやすく、急激に高温になるウェーハの外周側としばらく常温のままの中央側との間で温度差が発生し、ウェーハに反りが発生してしまう。さらに、その反りが大きい場合には、ザグリ部と非接触であったウェーハの中央側もその反りによってザグリ部と接触してウェーハの裏面に傷やパーティクルが発生してしまう場合がある。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ウェーハの反り、傷及びパーティクルの発生を抑制できる気相成長用サセプタ及び気相成長装置並びにエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、ウェーハ表面に薄膜を気相成長させるための気相成長装置においてウェーハを支持するための気相成長用サセプタであって、該サセプタにはウェーハを収容可能なザグリ部が形成され、該ザグリ部の底面にはメッシュパターンの溝により頂上部分が平面である多数の凸部が形成されており、前記それぞれの凸部の間隔が0.4mm以上、0.8mm以下であり、前記凸部の頂上部分の平面の面積が0.0156mm以上、0.0306mm以下であることを特徴とする気相成長用サセプタを提供する。
このように、前記ザグリ部の底面にはメッシュパターンの溝により頂上部分が平面である多数の凸部が形成されており、前記それぞれの凸部の間隔が0.4mm以上であり、前記凸部の頂上部分の平面の面積が0.0306mm以下であれば、ウェーハへの熱伝導量を確実に小さくすることができ、ウェーハを載置した際にウェーハ面内の温度差を確実に小さくすることができる。その結果、ウェーハの反り、傷及びパーティクルの発生を抑制することができる。また、前記それぞれの凸部の間隔が0.8mm以下であり、前記凸部の頂上部分の平面の面積が0.0156mm以上であれば、気相成長させるウェーハの品質が悪化するのを防ぐことができる。
このとき、前記凸部の形状が方形であることができる。
このように、前記凸部の形状が方形であれば、凸部を形成するために特別な加工を行う必要がなく、加工コストを下げることができる。
このとき、前記ザグリ部の底面の形状は、前記ウェーハが当接して支持される外周領域と、該外周領域に囲まれており前記ウェーハと接触しない中央領域を有する形状であることができる。
このように、前記ザグリ部の底面の形状が、前記ウェーハが当接して支持される外周領域と、該外周領域に囲まれており前記ウェーハと接触しない中央領域を有する形状であれば、ウェーハの裏面に傷やパーティクルが発生するのをより確実に抑制することができる。
また、本発明によれば、前記本発明に係る気相成長用サセプタを備えた気相成長装置を提供する。
このように、前記本発明に係る気相成長用サセプタを備えた気相成長装置であれば、気相成長するウェーハの品質が悪化することなく、ウェーハへの熱伝導量を小さくして、ウェーハ面内の温度差を小さくすることができ、ウェーハの反り、傷及びパーティクルの発生を抑制しつつ、ウェーハ表面に薄膜を気相成長させることができる。
また、本発明によれば、前記本発明に係る気相成長用サセプタを使用してウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
このように、前記本発明に係る気相成長用サセプタを使用してウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させれば、製造するエピタキシャルウェーハの品質を悪化させることなく、反り、傷及びパーティクルの発生が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明では、気相成長用サセプタにおいて、ウェーハを収容可能なザグリ部が形成され、該ザグリ部の底面にはメッシュパターンの溝により頂上部分が平面である多数の凸部が形成されており、前記それぞれの凸部の間隔が0.4mm以上、0.8mm以下であり、前記凸部の頂上部分の平面の面積が0.0156mm以上、0.0306mm以下であるので、ウェーハへの熱伝導量を小さくすることができ、ウェーハ面内の温度差を小さくすることができる。その結果、気相成長するウェーハの品質が悪化するのを抑制しつつ、ウェーハの反り、傷及びパーティクルの発生を抑制することができる。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来のサセプタを用いてウェーハに薄膜を気相成長させた場合、ザグリ部にウェーハを載せた時にウェーハに反りが生じてしまうことがあった。また、この反りの発生により、ウェーハがザグリ部やウェーハ載置用治具等と接触し、ウェーハに傷やパーティクルが発生してしまうことがあった。
そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、ウェーハの反りの発生はウェーハ面内に温度差が生じることにより発生し、特にウェーハとザグリ部の接触箇所がウェーハを載置した際に急激に加熱され、ザグリ部と非接触の箇所との間で温度差が顕著に発生することが判明した。そこで、ウェーハとザグリ部の接触箇所の熱伝導量を小さくすることでウェーハ面内の温度差を小さくすることができ、ウェーハと接触するザグリ部の凸部の頂上部分の平面の面積を小さくし、それぞれの凸部の間隔を変えることで、ウェーハとザグリ部の接触箇所の熱伝導量を小さくすることができることに想到し、本発明を完成させた。
図1は本発明に係る気相成長用サセプタの一例を示す概略図である。
図1に示すように、このサセプタ1は略円盤状に形成され、その主表面には、当該主表面上にウェーハを収容するための平面視略円形状の凹形状であるザグリ部2が形成されている。また、ザグリ部の底面上にガス通路としてメッシュパターンの溝が設けられ、多数の凸部3が形成されている。
この凸部3の頂上部分は典型的には方形であり、以下では方形である場合を例として説明するが、本発明はこれには限定されない。
図2は方形凸部3を拡大した概略図であり、図2(A)はその上面図、図2(B)はその側面図である。
図2(A)(B)に示すように、方形凸部3の頂上部分4は平面となっており、ウェーハをサセプタに載置する際には、ウェーハの裏面がこの方形凸部3の頂上部分4と接触して載置されるようになっている。
また、図2(A)に示す方形凸部3の頂上部分4の平面の面積Sが、0.0156mm以上、0.0306mm以下となっている。このように、頂上部分4の平面の面積Sが0.0306mm以下となっていれば、方形凸部3からのウェーハへの熱伝導量を確実に小さくすることができ、ウェーハを載置した際にウェーハ面内の温度差を確実に小さくすることができる。また、この面積Sが0.0156mm以上であれば、例えばウェーハにザグリ部2のメッシュのパターン転写がされるなどのようなウェーハの品質の悪化を抑制することができる。
また、図2(B)に示す方形凸部3の間隔Dは、0.4mm以上、0.8mm以下となっている。このように、方形凸部3の間隔Dが0.4mm以上となっていれば、方形凸部3からのウェーハへの熱伝導量を確実に小さくすることができ、ウェーハを載置した際にウェーハ面内の温度差を確実に小さくすることができる。また、この間隔Dが0.8mm以下となっていれば、上記と同様にパターン転写などのようなウェーハの品質の悪化を抑制することができる。
本発明の気相成長用サセプタは、このように方形凸部3を形成することによって、ウェーハ面内の温度差を小さくし、ウェーハの品質が悪化するのを抑制しつつ、ウェーハの反り、傷及びパーティクルの発生を抑制することができるものとなっている。
図1に示す本発明のサセプタ1はウェーハを1枚保持するタイプのものであるが、図3に示すように、ウェーハを複数保持するタイプのものであっても良い。
図3に示すように、サセプタ11にはウェーハを載置する4つのザグリ部2が形成されている。そして、それぞれのザグリ部2の底面には多数の方形凸部3が形成されており、それぞれの方形凸部の間隔が0.4mm以上、0.8mm以下であり、方形凸部の頂上部分の平面の面積が0.0156mm以上、0.0306mm以下となっている。
また、サセプタの構成材料としては、基材に黒鉛を、被膜に炭化珪素を用いたものが好ましい。基材として黒鉛が好ましく用いられるのは、開発当初の気相成長装置の加熱方式の主流が高周波誘導加熱であったことと関連しているが、その他にも高純度品が得られやすいこと、加工が容易であること、熱伝導性に優れていること、破損しにくい等のメリットがあるためである。
但し、黒鉛は多孔質体であるが故にプロセス中に吸蔵ガスを放出する可能性があること、また、気相成長の過程では、黒鉛と原料ガスが反応してサセプタの表面が炭化珪素に変化する等の問題がある。そのため、表面を最初から炭化珪素の被膜で覆う構成が一般化している。この炭化珪素の被膜はCVD(化学的気相成長法)により50〜200μmの厚さに形成することができる。
このとき、図4に示すように、サセプタ21のザグリ部2の底面の形状は、ウェーハが当接して支持される外周領域と、該外周領域に囲まれておりウェーハと接触しない中央領域を有する形状としても良い。
このように、ザグリ部2の底面の形状が、ウェーハWが当接して支持される外周領域5と、該外周領域5に囲まれておりウェーハWと接触しない中央領域6を有する形状であれば、ウェーハWの裏面に傷やパーティクルが発生するのをより確実に抑制することができる。
次に本発明に係る気相成長装置について図5を用いて説明する。
図5に示すように、この気相成長装置30は石英製のチャンバ12とチャンバベース13とによって外界と隔離されている。チャンバ12内の中央部には円筒形状の支持台14が回転可能に配設され、この支持台14により、サセプタ11が下方から支持されている。
このサセプタ11は、中央に開口部16を有し、図3に示すような複数のウェーハを載置することができるような形態の本発明に係るサセプタである。もちろん、図1に示すような、1枚のウェーハを載置するタイプのサセプタを用いることもできる。
また、支持台14の中央部は原料ガス導入部20となっており、支持台14の下部はチャンバベース13の下方へ突出している。また、サセプタ11中央の開口部16には原料ガスノズル17が接続され、この原料ガスノズル17には原料ガスがウェーハWの表面に対して略平行に流出するように複数個の孔18が形成されている。チャンバベース13中央部の支持台14周囲には原料ガス排出口19が形成されている。また、サセプタ11を下方から誘導加熱するコイル15が渦状に設置されている。このコイル15によりウェーハWが加熱されるようになっている。
このような本発明に係る気相成長用サセプタを備えた気相成長装置であれば、気相成長するウェーハの品質が悪化することなく、ウェーハへの熱伝導量を小さくして、ウェーハ面内の温度差を小さくすることができ、ウェーハの反り、傷及びパーティクルの発生を抑制しつつ、ウェーハ表面に薄膜を気相成長させることができる。
次に本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。
本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法は、例えば図1、3、4に示すような本発明に係る気相成長用サセプタを使用し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である。ここでは、図3に示すような気相成長用サセプタを備えた図5に示すような気相成長装置を用いた場合について説明する。
まず、本発明の気相成長用サセプタ11のザグリ部2にウェーハWを載置する。そして、原料ガスをガス導入部20より供給し、原料ガスノズル17の孔18から噴出する。噴出された原料ガスは原料ガス排出口19から排出される。このとき、ウェーハWはコイル15により加熱されているので、噴出された原料ガスはウェーハWの表面で反応し、ウェーハWの表面に薄膜のエピタキシャル層を気相成長させる。
このように、本発明の気相成長用サセプタを使用してエピタキシャル層を気相成長させることで、製造するエピタキシャルウェーハの品質を悪化させることなく、反り、傷及びパーティクルの発生が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することができる。
以上説明したように、本発明では、気相成長用サセプタにおいて、サセプタにはウェーハを収容可能なザグリ部が形成され、該ザグリ部の底面にはメッシュパターンの溝により頂上部分が平面である多数の凸部が形成されており、それぞれの凸部の間隔が0.4mm以上、0.8mm以下であり、凸部の頂上部分の平面の面積が0.0156mm以上、0.0306mm以下であるので、ウェーハへの熱伝導量を小さくすることができ、ウェーハ面内の温度差を小さくすることができる。その結果、気相成長するウェーハの品質が悪化するのを抑制しつつ、ウェーハの反り、傷及びパーティクルの発生を抑制することができる。
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
図3に示すような本発明の気相成長用サセプタを備えた図5に示すような気相成長装置を用いウェーハにエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを製造し、製造後のエピタキシャルウェーハの反り、傷及びパーティクルを評価した。
直径200mm、結晶方位<100>、厚さ725μm、ヒ素をドーパントとしたn+型、裏面にCVD付きのポリッシュウェーハ100枚を用い、表面に厚さ4nmのエピタキシャル層を気相成長させた。
ここで、使用したサセプタは図4に相当する形状で、それぞれの方形凸部の間隔を0.6mm、方形凸部の頂上部分の平面の面積を0.0231mmとしたものを用いた。
その結果を図6に示す。図6に示すように、ウェーハの反りの平均値は3.83mmであった。これと後述する比較例の結果である平均7.51mmとを比較して反りが抑制されていることがわかった。なお、反りは加熱炉内を写真撮影し、写真から計測した。また、ウェーハの表面をパーティクル測定器(ADE社製、型番CR82)で測定したところ、ウェーハ1枚当たりの平均のパーティクル数は7.3で、傷は発生していなかった。一方、後述する比較例ではウェーハ1枚当たりの平均のパーティクル数は16.8で、傷は9枚のウェーハに発生しており、比較例の結果に比べ、傷及びパーティクルが改善されていることがわかった。
このことから、本発明の気相成長用サセプタを用いることで、品質を損なうことなく、反り、傷及びパーティクルの発生が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することができることが確認できた。
(実施例2)
ザグリ部のそれぞれの方形凸部の間隔を0.4mm、0.8mmとした以外、実施例1と同様な条件でエピタキシャルウェーハを製造し、製造後のウェーハの反り、傷及びパーティクルを評価した。
結果を図6に示す。図6に示すように、方形凸部の間隔が0.4mm及び0.8mmの場合、ウェーハの反りが抑制されていることが確認できた。また、傷が発生することもなく、ウェーハの品質も損なうことなく気相成長できていることが確認できた。
(実施例3)
ザグリ部の方形凸部の頂上部分の平面の面積を0.0156mm、0.0306mmとした以外、実施例1と同様な条件でエピタキシャルウェーハを製造し、製造後のウェーハの反り、傷及びパーティクルを評価した。
結果を図6に示す。図6に示すように、方形凸部の頂上部分の平面の面積が0.0156mm、0.0306mmの場合、ウェーハの反りが抑制されていることが確認できた。また、傷が発生することもなく、ウェーハの品質も損なうことなく気相成長できていることが確認できた。
(比較例1)
ザグリ部の方形凸部の頂上部分の平面の面積を0.042mmとし、方形凸部の間隔を0.64mmとした以外、実施例1と同様な条件でエピタキシャルウェーハを製造し、製造後のウェーハの反り、傷及びパーティクルを評価した。
その結果、ウェーハの反りの平均値は7.51mmであり、実施例1の結果と比較して悪化していることがわかった。また、ウェーハの表面をパーティクル測定器で測定したところ、ウェーハ1枚当たりの平均のパーティクル数は16.8で、傷は9枚のウェーハに発生しており、実施例1の結果に比べ悪化していることがわかった。
(比較例2)
ザグリ部のそれぞれの方形凸部の間隔を0.2mm、1.0mmとした以外、実施例1と同様な条件でエピタキシャルウェーハを製造し、製造後のウェーハの反り、傷及びパーティクルを評価した。
結果を図6に示す。図6に示すように、方形凸部の間隔が0.2mmの場合、ウェーハの反りが大きくなってしまった。また、方形凸部の間隔が1.0mmの場合、ウェーハの反りは抑制されているものの、ウェーハにザグリ部のメッシュのパターン転写が見られ品質上問題となってしまった。
(比較例3)
ザグリ部の方形凸部の頂上部分の平面の面積を0.01mm、0.042mmとした以外、実施例1と同様な条件でエピタキシャルウェーハを製造し、製造後のウェーハの反り、傷及びパーティクルを評価した。
結果を図6に示す。図6に示すように、ザグリ部の方形凸部の頂上部分の平面の面積が0.042mmの場合、ウェーハの反りが大きくなってしまった。また、ザグリ部の方形凸部の頂上部分の平面の面積が0.01mmの場合、ウェーハの反りは抑制されているものの、ウェーハにザグリ部のメッシュのパターン転写が見られ品質上問題となってしまった。
このように、それぞれの方形凸部の間隔が0.4mm以上、0.8mm以下であり、方形凸部の頂上部分の平面の面積が0.0156mm以上、0.0306mm以下であれば、反りが抑制され、メッシュのパターン転写等のウェーハの品質の悪化のないエピタキシャルウェーハが得られることがわかる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
本発明に係る気相成長用サセプタの一例を示した概略図である。 本発明に係る気相成長用サセプタの凸部を拡大した概略図である。(A)その上面図。(B)その側面図。 本発明に係る気相成長用サセプタの別の一例を示した概略図である。 本発明に係る気相成長用サセプタの別の一例を示した概略図である。 本発明に係る気相成長装置の一例を示した概略図である。 実施例、比較例の結果を示した図である。 従来の気相成長装置の一例を示した概略図である。 従来の気相成長用サセプタの一例を示した概略図である。
符号の説明
1、11、21…気相成長用サセプタ、2…ザグリ部、3…凸部、
4…凸部の頂上部分、5…外周領域、6…中央領域、
12…チャンバ、13…チャンバベース、14…支持台、
15…コイル、16…開口部、17…原料ガスノズル、
18…孔、19…原料ガス排出口、20…原料ガス導入部、
30…気相成長装置、W…ウェーハ。

Claims (4)

  1. ウェーハ表面に薄膜を気相成長させるための気相成長装置においてウェーハを支持するための気相成長用サセプタであって、該サセプタにはウェーハを収容可能なザグリ部が形成され、該ザグリ部の底面にはメッシュパターンの溝により頂上部分が平面である多数の凸部が形成されており、前記それぞれの凸部の間隔が0.4mm以上、0.8mm以下であり、前記凸部の頂上部分の平面の面積が0.0156mm以上、0.0306mm以下であり、前記凸部の形状が方形であることを特徴とする気相成長用サセプタ。
  2. 前記ザグリ部の底面の形状は、前記ウェーハが当接して支持される外周領域と、該外周領域に囲まれており前記ウェーハと接触しない中央領域を有する形状であることを特徴とする請求項に記載の気相成長用サセプタ。
  3. 請求項1又は請求項に記載の気相成長用サセプタを備えたものであることを特徴とする気相成長装置。
  4. 請求項1又は請求項に記載の気相成長用サセプタを使用してウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
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