JP5299359B2 - エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長装置及び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、外気を遮断したチャンバー内で半導体基板上に反応ガスを供給し、基板上に薄膜をエピタキシャル成長させる工程がある。

このようなエピタキシャル成長に用いる従来のエピタキシャル成長装置を、図７に示した概略図により説明する。
図７に示すエピタキシャル成長装置１０１は、外気と遮断した状態で、反応ガス供給手段１０４から反応ガスをチャンバー１０２内へと供給し（反応後のガスは反応ガス排出手段１０５によりチャンバー１０２外へと排出される）、チャンバー１０２内に配置されサポートシャフト１０７（主支柱１７１及び副支柱１７２からなる）により支持されているサセプタ１０３上のウェーハＷ´を処理することにより、ウェーハＷ´に薄膜をエピタキシャル成長させるものである。

サセプタ１０３は、リフトピン用やウェーハＷ´裏面へのＨ_２供給用、又はウェーハＷ´の滑りを防止するためや処理後のウェーハＷ´を剥離させ易くするため等の理由により、貫通孔１０６を複数有していることもある。
このような貫通孔を有するサセプタを具備するエピタキシャル成長装置として、例えば特許文献１や特許文献２に記載されたものを挙げることができる。

しかし、このような貫通孔を複数有するサセプタを具備するエピタキシャル装置を用いてウェーハ等の基板にエピタキシャル成長を行うと、基板表面側だけでなく、基板裏面側、特に、裏面側の外周領域において、厚いエピタキシャル層等の不要な堆積物が形成され、その結果、基板裏面側外周領域の平坦度が悪化し、フォトリソグラフィ工程でデフォーカスを引き起こす等の問題があった。

特許第４３００５２３号 特開２００９−１３５２５８号公報

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、基板裏面側、特には裏面側外周領域に形成されるエピタキシャル層等の不要な堆積物を低減することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、
少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内に配置され、エピタキシャル成長させる基板を載置する、複数の貫通孔を有するサセプタと、該サセプタを支持するサポートシャフトと、前記チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板に反応ガス供給源からの反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反応後のガスを前記チャンバー外に排出する反応ガス排出手段とを具備するエピタキシャル成長装置であって、
前記サセプタの裏面側を覆うカバーを具備するものであることを特徴とするエピタキシャル成長装置を提供する。

このように、サセプタの裏面側を覆うカバーを具備するエピタキシャル成長装置を用いて、基板にエピタキシャル成長を行えば、サセプタ裏面側からの反応ガスの侵入等を防ぐことができ、これにより基板裏面側、特には裏面側外周領域への堆積物の形成を低減できるため、高品質の基板を得ることができる。

この場合、前記カバーが、前記サポートシャフトに固定されているものであるとすることができる。
またこの場合、前記カバーのサポートシャフトへの固定が溶接によるものであることが好ましい。
このように、カバーがサポートシャフトに固定、特には溶接により固定されているものであれば、基板裏面側への反応ガスの侵入をより効果的に防ぐことができる。

又は、前記カバーが、前記サポートシャフトから脱着できるものとすることもできる。
このように、カバーがサポートシャフトから脱着できるものであれば、カバーが老朽化した際にもカバーのみを取り替えることができるので、経済的である。

更に、前記カバー内にキャリアガスを供給するための、キャリアガス供給手段を具備するものであることが好ましい。
このように、カバー内にキャリアガスを供給するための、キャリアガス供給手段を具備するものであれば、必要に応じて基板裏面側にキャリアガスを供給することもできる。

この場合、前記カバーと前記サセプタとの間に５ｍｍ以下のクリアランスを設けたものとすることができる。
このように、カバーとサセプタとの間に５ｍｍ以下のクリアランスを設けたものであれば、反応ガスがカバー内へと侵入する隙間を与えることなく、カバー内に供給されたキャリアガスをカバー外に排出することができる。

また、前記キャリアガス供給手段のキャリアガス噴出口にガスノズルを設けたものであることが好ましい。
このように、キャリアガス供給手段のキャリアガス噴出口にガスノズルを設けたものであれば、キャリアガスを多量に供給する場合であっても、基板中心部の温度を下げることなく、キャリアガスを供給することができる。

又は、前記キャリアガス供給手段のキャリアガス噴出口にシャワー板を設けたものであることが好ましい。
このように、キャリアガス供給手段のキャリアガス噴出口にシャワー板を設けたものであれば、キャリアガスをより均一に供給することができる。

また、前記カバーが石英製であることが好ましい。
このように、石英製のカバーであれば、外部環境の影響を受けにくいため、カバーが老朽化し難く、経済的である。

また、本発明は、
少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内に配置され、エピタキシャル成長させる基板を載置する、複数の貫通孔を有するサセプタと、該サセプタを支持するサポートシャフトと、前記チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板に反応ガス供給源からの反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反応後のガスを前記チャンバー外に排出する反応ガス排出手段とを具備するエピタキシャル成長装置を用いて、前記サセプタ上に載置された基板に前記反応ガス供給手段から反応ガスを供給しながら基板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を製造する方法であって、
前記前記サセプタの裏面側をカバーで覆い、その後、前記気相成長を行う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。

このような本発明の製造方法であれば、基板裏面側、特には裏面側外周領域への堆積物を低減することができるので、高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。また、サセプタにＳｉコートを施さずにエピタキシャルウェーハを製造することも可能である。

この場合、前記カバーとして、石英製のものを用いることが好ましい。
このように、石英製のカバーを用いれば、外部環境の影響を受けにくいため、カバーが老朽化し難く、経済的である。

以上説明したように、本発明のエピタキシャル成長装置を用いれば、基板裏面側、特には裏面側外周領域の堆積物を効果的に低減することができ、また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法により、高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明のエピタキシャル成長装置の一例を示した概略図である。 本発明のエピタキシャル成長装置に用いるカバーの一例を示した概略図である。 本発明のエピタキシャル成長装置に用いるカバーの他の一例を示した概略図である。 本発明のエピタキシャル成長装置に用いるカバーの他の一例を示した概略図である。 本発明のエピタキシャル成長装置に用いるカバーの他の一例を示した概略図である。 本発明のエピタキシャル成長装置に用いるカバーの他の一例を示した概略図である。 従来のエピタキシャル成長装置を示した概略図である。 実施例平均と比較例とにおける裏面デポ厚を示す図である。

以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、リフトピンを用いたり、基板裏面にＨ_２を供給したりする際には、また、基板の滑りを防止したり、処理後の基板を剥離し易くする目的から、基板を載置するサセプタとして、複数の貫通孔を有するサセプタが用いられることがあるが、このような貫通孔を複数有するサセプタを具備するエピタキシャル装置を用いて基板にエピタキシャル成長を行うと、基板裏面側にもエピタキシャル層が形成されてしまい、その結果、基板裏面の平坦度が悪化し、フォトリソグラフィ工程でデフォーカスを引き起こすことがあった。

そこで本発明者が鋭意検討を行った結果、サセプタ裏面をカバーで覆うことにより、反応ガスがサセプタの裏側から貫通孔を通じて基板の裏側に侵入することを極力防ぐことができ、これにより基板裏面側へのエピタキシャル層の形成も効果的に低減することができることを知見し、本発明をなすに至った。

以下、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は本発明のエピタキシャル成長装置の一例を示す概略図である。
図１に示すように、本発明のエピタキシャル成長装置１は、例えばＳＵＳからなるチャンバーベース２１と、チャンバーベース２１を上下から挟む透明石英部材２２と、チャンバーベース２１をカバーする不透明石英部材２３とからなるチャンバー２を備え、チャンバー２内には、エピタキシャル成長させるウェーハＷを載置するためのサセプタ３（黒鉛製）が配置されている。

チャンバー２には、チャンバー２内に原料ガス及びキャリアガス（例えば、水素）を含むエピタキシャル成長ガス（反応ガス）をサセプタ３の上側の領域に導入して、サセプタ３上に載置されたウェーハＷの主表面上に反応ガスを供給する、反応ガス供給手段４が接続されている。また、チャンバー２の反応ガス供給手段４が接続された側の反対側には、チャンバー２内から反応後のガスを排出する、反応ガス排出手段５が接続されている。

サセプタ３には、例えば処理後のウェーハＷを剥離し易くするための、複数の貫通孔６が設けられている。このサセプタ３は、主支柱７１の上端に副支柱７２が溶接されたサポートシャフト７により支持されており、サポートシャフト７は、ウェーハ回転機構８に接続されている。
そして、サセプタ３の裏面を覆う形で、副支柱７２の内側にカバー９１が配置されている。

本発明のエピタキシャル成長装置は、例えば以上のように構成されている。
このとき、図１のようにカバー９１は副支柱７２に溶接等により固定されていてもよいが、図２のように副支柱７２に嵌合できるようにして脱着式のカバー９２としてもよい。

また、カバー内にキャリアガスを供給するための、キャリアガス供給手段を具備するものとしてもよい。キャリアガス供給手段しては、例えば図３のように主支柱７１を管状にして下端からキャリアガスを供給し、主支柱７１とカバー９３を接続して、カバー９３内にキャリアガスを供給できるようにしてもよい。

カバーとサセプタ裏面は、図１のように密着させれば、反応ガスの基板裏面側への侵入をより低減することができるが、カバー内にキャリアガスを供給する場合、図４のようにカバー９４とサセプタ３裏面との間に５ｍｍ以下のクリアランス１１を設けて、このクリアランス１１からキャリアガスを排出させる構造としてもよい。

カバー内へのキャリアガス供給量が多い場合、図３のような構造では基板中心部の温度が下がることがあるため、図５のようにキャリアガスを側方に噴出させるよう、カバー９５内のキャリアガス噴出口１２にガスノズル１３を併設してもよい。
また、図６のようにキャリアガス供給手段にシャワー板１４を併設したものであれば、キャリアガスをカバー９６内に、より均一に供給することができる。

尚、カバー９１〜９６としては、外部環境の影響を受けにくいため、例えば石英製のものが好ましく用いられる。

このような本発明のエピタキシャル成長装置１を用いて、エピタキシャルウェーハを製造する本発明の方法について、実施態様の一例を以下説明する。

本発明の製造方法では、まず、最初に、投入温度（例えば６５０℃）に調整したチャンバー２内にウェーハＷを投入し、その主表面が上を向くように、サセプタ３上面のザグリ（不図示）に載置する。ここでチャンバー２内には、ウェーハＷが投入される前段階から、反応ガス供給手段４を介して水素ガスが導入されている。

次に、サセプタ３上のウェーハＷを、不図示の加熱装置により水素熱処理温度（例えば１０５０〜１２００℃）まで加熱する。
次に、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。この気相エッチングは、次工程である気相成長の直前まで行われる。

次に、ウェーハＷを所望の成長温度（例えば９５０〜１１８０℃）まで降温させ、ウェーハＷの主表面上に、反応ガス供給手段４を介して原料ガス（例えばトリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば水素）をそれぞれ略水平に供給することによって、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てシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。

このとき、サセプタ３の裏面をあらかじめカバー９１で覆ってあるため、サセプタ３にＳｉコートを施す必要がなく、また、反応ガスがサセプタ３の裏側から貫通孔６を通じてウェーハＷの裏側に侵入することを防ぐことができるようになっている。

最後に、取り出し温度（例えば、６５０℃）まで降温し、シリコンエピタキシャルウェーハをチャンバー２外へと搬出する。

このように、本発明のエピタキシャル成長装置を用いて基板にエピタキシャル成長を行えば、上述のように、基板裏面側、特には裏面側外周領域への堆積物を低減することができ、平坦度が良好で、高品質の基板を得ることができる。

以下、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１〜６］
それぞれ図１〜６に示す、本発明のエピタキシャル成長装置（実施例１〜６）を用いて、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ表面側に５μｍ厚さのエピタキシャル層を形成し、その際の半径１４８ｍｍ位置のウェーハ裏面側８点の平均デポ厚（以下、便宜上「エピタキシャル層厚」とする）を測定した。結果を表１及び図８（実施例平均）に示す。
尚、本実施例では、図中のカバーとして、直径３３０ｍｍ、深さ３０ｍｍ（石英製）のものを用い、サセプタにはＳｉコートを施さなかった。

ウェーハ裏面側に成長したエピタキシャル層厚は、以下のように求めた。
まずエピタキシャル成長前後のウェーハ厚を光学干渉式フラットネス測定器で求め、これらの差分からウェーハ表面側と裏面側の両方に成長したウェーハ全体のエピタキシャル層厚を求めた。
次に、エピタキシャル成長後ウェーハをＦＴ−ＩＲ測定器で測定して、ウェーハ表面側のみのエピタキシャル層厚を求めた。
そして、ウェーハ全体とウェーハ表面側のエピタキシャル層厚の差分を取ることによって、ウェーハ裏面側のエピタキシャル層厚を求めた。
［比較例］

図７に示したような従来のエピタキシャル成長装置（即ち、石英カバーを具備せず、サセプタにはＳｉコートが施されているエピタキシャル成長装置）を用いて、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ表面側に５μｍ厚さのエピタキシャル層を形成し、その際半径１４８ｍｍ位置のウェーハ裏面側８点の平均エピタキシャル層厚を、実施例１〜６同様に測定した。結果を表１及び図８に示す。

図８に示すように、実施例平均では、ウェーハ裏面側外周領域においても、エピタキシャル層の形成を低減できていた。具体的には、表１に示すように、ウェーハ裏面側のエピタキシャル層厚は、図１〜６の石英カバーを用いたエピタキシャル装置（実施例１〜６）でそれぞれ１８ｎｍ、１９ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、４ｎｍ、３ｎｍとなり、実施例全ての形態の石英カバーで２０ｎｍ以下、特にキャリアガスを供給した石英カバーにおいては５ｎｍ以下と、石英カバーを用いることによってウェーハ裏面側エピタキシャル層厚を薄くすることができた。
一方、従来のエピタキシャル成長装置を用いた比較例では、ウェーハ裏面側外周領域でエピタキシャル層の形成が顕著であり、そのエピタキシャル層厚は６５ｎｍとなった。

以上の結果から、サセプタの裏面を覆うためのカバーを具備する本発明のエピタキシャル成長装置を用いれば、基板裏面側、特には裏面側外周領域への堆積物を効果的に低減でき、即ち、高品質のエピタキシャルウェーハを製造できることが実証されたといえる。

尚、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。

１、１０１…エピタキシャル成長装置、 ２、１０２…チャンバー、
２１…チャンバーベース、 ２２…透明石英部材、 ２３…不透明石英部材、
３、１０３…サセプタ、 ４、１０４…反応ガス供給手段、
５、１０５…反応ガス排出手段、 ６、１０６…貫通孔、
７、１０７…サポートシャフト、 ７１、１７１…主支柱、 ７２、１７２…副支柱、
８…ウェーハ回転機構、
９１、９２、９３、９４、９５、９６…カバー（石英カバー）、
１０…キャリアガス供給手段、 １１…クリアランス、 １２…キャリアガス噴出口、
１３…ガスノズル、 １４…シャワー板、 Ｗ、Ｗ´…ウェーハ。

Claims (6)

1. 少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内に配置され、エピタキシャル成長させる基板を載置する、複数の貫通孔を有するサセプタと、該サセプタを支持するサポートシャフトと、前記チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板に反応ガス供給源からの反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反応後のガスを前記チャンバー外に排出する反応ガス排出手段とを具備するエピタキシャル成長装置であって、
   前記サセプタの裏面側を覆うカバーを具備するものであり、
   前記カバーが、前記サポートシャフトに溶接により固定されているものであり、
   更に、前記カバー内にキャリアガスを供給するための、キャリアガス供給手段を具備するものであり、
   前記カバーと前記サセプタとの間に５ｍｍ以下のクリアランスを設けたものであることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
2. 少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内に配置され、エピタキシャル成長させる基板を載置する、複数の貫通孔を有するサセプタと、該サセプタを支持するサポートシャフトと、前記チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板に反応ガス供給源からの反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反応後のガスを前記チャンバー外に排出する反応ガス排出手段とを具備するエピタキシャル成長装置であって、
   前記サセプタの裏面側を覆うカバーを具備するものであり、
   前記カバーが、前記サポートシャフトに溶接により固定されているものであり、
   更に、前記カバー内にキャリアガスを供給するための、キャリアガス供給手段を具備するものであり、
   前記キャリアガス供給手段のキャリアガス噴出口にガスノズルを設けたものであることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
3. 少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内に配置され、エピタキシャル成長させる基板を載置する、複数の貫通孔を有するサセプタと、該サセプタを支持するサポートシャフトと、前記チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板に反応ガス供給源からの反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反応後のガスを前記チャンバー外に排出する反応ガス排出手段とを具備するエピタキシャル成長装置であって、
   前記サセプタの裏面側を覆うカバーを具備するものであり、
   前記カバーが、前記サポートシャフトに溶接により固定されているものであり、
   更に、前記カバー内にキャリアガスを供給するための、キャリアガス供給手段を具備するものであり、
   前記キャリアガス供給手段のキャリアガス噴出口にシャワー板を設けたものであることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
4. 前記キャリアガス供給手段のキャリアガス噴出口にガスノズルを設けたもの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成長装置。
5. 前記キャリアガス供給手段のキャリアガス噴出口にシャワー板を設けたもの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成長装置。
6. 前記カバーが石英製であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長装置。

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