JP5306432B2 - Vapor growth method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気相成長方法に係り、例えば、エピタキシャル成長方法における成長条件を規定した方法に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth method, for example, a method for defining growth conditions in an epitaxial growth method.
超高速バイポーラ、超高速のCMOS等の半導体デバイスの製造において、不純物濃度や膜厚の制御された単結晶のエピタキシャル成長技術は、デバイスの性能を向上させる上で不可欠のものとなっている。
シリコンウェハ等の半導体基板に単結晶薄膜を気相成長させるエピタキシャル成長には、一般に常圧化学気相成長法が用いられており、場合によっては減圧化学気相成長(LP−CVD)法が用いられている。反応容器内にシリコンウェハ等の半導体基板を配置し、反応容器内を常圧(0.1MPa(760Torr))雰囲気或いは所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で前記半導体基板を加熱し回転させながらシリコン源とボロン化合物、ヒ素化合物、或いはリン化合物等のドーパントとを含む原料ガスを供給する。そして、加熱された半導体基板の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元反応を行って、ボロン(B)、リン(P)、或いはヒ素(As)がドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長させることにより製造する(例えば、特許文献1参照)。
In the manufacture of semiconductor devices such as ultrahigh-speed bipolar and ultrahigh-speed CMOS, single crystal epitaxial growth technology with controlled impurity concentration and film thickness is indispensable for improving device performance.
In general, an atmospheric pressure chemical vapor deposition method is used for epitaxial growth of a single crystal thin film on a semiconductor substrate such as a silicon wafer, and a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method is used in some cases. ing. A semiconductor substrate such as a silicon wafer is placed in the reaction vessel, and the semiconductor substrate is heated and rotated in a state where the reaction vessel is maintained in a normal pressure (0.1 MPa (760 Torr)) atmosphere or a vacuum atmosphere of a predetermined degree of vacuum. However, a source gas containing a silicon source and a dopant such as a boron compound, an arsenic compound, or a phosphorus compound is supplied. Then, a silicon epitaxial film doped with boron (B), phosphorus (P), or arsenic (As) is grown by performing thermal decomposition or hydrogen reduction reaction of the source gas on the surface of the heated semiconductor substrate. Manufacture (for example, see Patent Document 1).
また、エピタキシャル成長技術は、パワー半導体の製造、例えば、IGBT(インシュレートゲートバイポーラトランジスタ)の製造にも用いられる。IGBT等のパワー半導体では、例えば、数10μm以上の膜厚のシリコンエピタキシャル膜が必要となる。 Epitaxial growth technology is also used in the manufacture of power semiconductors, for example, the manufacture of IGBTs (insulated gate bipolar transistors). In a power semiconductor such as IGBT, for example, a silicon epitaxial film having a thickness of several tens of μm or more is required.
図34は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
図35は、図34に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
シリコンウェハ500の支持部材となるホルダ510(サセプタともいう。)には、シリコンウェハ500の直径より若干大きめの径のザグリ穴が形成されている。そして、かかるザグリ穴にシリコンウェハ500が収まるように載置される。かかる状態でホルダ510を回転させることによりシリコンウェハ500を回転させて、供給された原料ガスの熱分解或いは水素還元反応によりシリコンエピタキシャル膜を成長させる。
FIG. 34 is a top view showing an example of a state in which the silicon wafer is supported on the holder.
FIG. 35 is a cross-sectional view showing a cross section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
A countersunk hole having a diameter slightly larger than the diameter of the
ところで、上述したシリコンウェハ200の直径より若干大きめの径のザグリ穴が形成されているホルダ210にシリコンウェハ200を載置して回転させると、その遠心力からシリコンウェハ200は、シリコンウェハ面と平行な方向に移動し、ザグリ穴の側面の一部分に寄ってしまう。ここで、IGBT等のパワー半導体の製造に必要な数10μm以上、例えば、50μm以上の膜厚のシリコンエピタキシャル膜を形成する場合、上述したホルダ210では、シリコンウェハ200の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜とホルダ210のザグリ穴の側面に堆積した膜とが接触し、くっ付いて(接着して)しまい、シリコンウェハ200を搬送する際にシリコンウェハ200がホルダ210に貼り付いてしまうといった現象が発生する問題があった。
By the way, when the silicon wafer 200 is placed and rotated on the
本発明者らは上記問題を解決するために、ザグリ穴を駆使したり、また、シリコンウェハ200を支えるところを駆使したりした発明について、先に特許出願(例えば特願2006−6013号、特願2006−5523号)を行っている。
しかしながら、上述した解決手段においても、シリコンウェハ200の外周面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜が厚くなり、成長膜厚が不均一なったりしてしまい、その外周面付近を捨てざるを得ないという場合もあった。
In order to solve the above problems, the present inventors have previously applied for a patent application (for example, Japanese Patent Application No. 2006-6013, Japanese Patent Application No. 2006-6013). Application No. 2006-5523).
However, even in the above-described solution, the silicon epitaxial film grown on the outer peripheral surface portion of the silicon wafer 200 becomes thick, the growth film thickness becomes non-uniform, and the vicinity of the outer peripheral surface has to be discarded. There was also.
本発明は、上記した点に対処し、成長条件とを駆使し、成長膜厚を均一にする方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for dealing with the above-described points and making the growth film thickness uniform by making full use of growth conditions.
本発明の気相成長方法は、チャンバ内に、支持台上に載置された基板が収容され、この基板上に成膜するためのガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続された気相成長装置を用い、基板上に半導体層を気相成長する際に、成膜するための反応ガス及びキャリアガスの流量と濃度、チャンバ内の真空度、基板温度及び基板を回転する回転速度を制御して、半導体層の膜厚を均一にすることを特徴とする。 In the vapor phase growth method of the present invention, a substrate placed on a support is accommodated in a chamber, a first flow path for supplying a gas for film formation on the substrate, and a first exhaust for exhausting the gas. When a semiconductor layer is vapor-phase grown on a substrate using a vapor phase growth apparatus to which two flow paths are connected, the flow rate and concentration of reaction gas and carrier gas for forming a film, the degree of vacuum in the chamber, the substrate The film thickness of the semiconductor layer is made uniform by controlling the temperature and the rotation speed of rotating the substrate.
上述した、成膜するための反応ガスは、トリクロロシランであって、キャリアガスは水素で、チャンバ内のトリクロロシランの濃度調整を3%以内にし、そしてチャンバ内圧力を8×104Pa〜11×104Paにし、基板の回転数を500〜1100rpmにし、基板の温度を1100℃〜1140℃にすることによって、成長速度8μm/min以上で前記半導体層を成長させ、半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にすることが望ましい。 The reaction gas for film formation described above is trichlorosilane, the carrier gas is hydrogen, the concentration of trichlorosilane in the chamber is adjusted to within 3%, and the pressure in the chamber is set to 8 × 10 4 Pa to 11 × to 10 4 Pa, and the rotational speed of the substrate to 500~1100Rpm, by the temperature of the substrate to 1100 ℃ ~1140 ℃, by growing the semiconductor layer at a growth rate 8 [mu] m / min or more, in the plane of the semiconductor layer It is desirable to make the film thickness distribution within 0.5%.
また、支持台には、凹み有する第1の凹部と、この第1の凹部の底部にさらに凹みを有する第2の凹部が設けられ、この第2の凹部の深さは、基板の厚さより低く構成することにより基板上の、第1流路からのガスの流れを均一にし、半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にすることが望ましい。 The support base is provided with a first recess having a recess and a second recess having a recess at the bottom of the first recess. The depth of the second recess is lower than the thickness of the substrate. By configuring, it is desirable that the gas flow from the first flow path on the substrate be made uniform, and the in-plane film thickness distribution of the semiconductor layer be within 0.5%.
さらにまた、支持台には、基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する複数の第一の凸部が設けられ、且つ、基板と接触する面に複数の第2の凸部が設けられ、その第2の凸部の頂面で基板を支持するようにし、基板上の、第1流路からのガスの流して半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にすることが望ましい。 Furthermore, the support base is provided with a plurality of first convex portions that restrain movement in the same direction as the substrate surface with respect to the substrate, and a plurality of second convex portions are provided on the surface that contacts the substrate. The substrate is supported by the top surface of the second convex portion, and the gas distribution from the first flow path on the substrate is made to keep the in-plane film thickness distribution within 0.5%. Is desirable.
また、支持台には、凹み有する第1の凹部と、この第1の凹部の底部にさらに凹みを有する第2の凹部が設けられ、この第2の凹部の深さは、基板の厚さより低く構成され、且つ前記基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する複数の第一の凸部を設けられ、さらに、基板と接触する面に複数の第2の凸部を設けて、その第2の凸部の頂面で基板を支持するようにして、基板上の、第1流路からのガスの流れを均一にし、半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にすることが望ましい。 The support base is provided with a first recess having a recess and a second recess having a recess at the bottom of the first recess. The depth of the second recess is lower than the thickness of the substrate. A plurality of first protrusions configured to restrain movement in the same direction as the substrate surface with respect to the substrate; and a plurality of second protrusions provided on the surface in contact with the substrate; The substrate is supported by the top surface of the convex portion 2 so that the gas flow from the first flow path on the substrate is uniform, and the in-plane film thickness distribution of the semiconductor layer is within 0.5%. It is desirable.
かかる方法により、基板上に成膜する半藤体層周囲の膜厚も均一になり、略ウェハ全体を利用可能となる。また、万一、基板が第2の凹部の側面を乗り越えた場合でも第1の凹部の側面で基板が支持部の外側に飛んでしまうことを防止することができ、さらに、基板の周囲に第1の凹部で溝を形成することで、第1の凹部の底面である溝の底面に堆積するデポ膜の厚さを薄くすることができる。 By such a method, the film thickness around the half body layer formed on the substrate becomes uniform, and the entire wafer can be used. Further, even if the substrate gets over the side surface of the second recess, the substrate can be prevented from flying outside the support portion on the side surface of the first recess, and the By forming the groove with one concave portion, the thickness of the deposition film deposited on the bottom surface of the groove, which is the bottom surface of the first concave portion, can be reduced.
なお、支持台に設けられる第1の凹部の深さは、前記基板の厚みより低く構成することが望ましい。このようにすれば、基板上の、第1流露からのガスの流れを均一にすることが可能となる。 In addition, it is desirable that the depth of the first recess provided on the support base is configured to be lower than the thickness of the substrate. In this way, the gas flow from the first flow dew on the substrate can be made uniform.
また、支持台には、基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する複数の第一の凸部が設けられ、基板裏面と接触する面で基板を支持するようにすることが望ましい。
このようにすれば、基板が基板面と同方向に移動してある方向に寄ってしまう場合でも、基板の側面と接触する部分が複数の第一の凸部のいずれかとなるため、例え、基板の側面部分に成長した膜と凸部の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができる。
In addition, it is desirable that the support base is provided with a plurality of first convex portions that restrain movement in the same direction as the substrate surface with respect to the substrate, so that the substrate is supported by a surface that contacts the back surface of the substrate.
In this way, even if the substrate moves in the same direction as the substrate surface and approaches a certain direction, the portion in contact with the side surface of the substrate becomes one of the plurality of first convex portions. Even if the film grown on the side surface portion of the film and the film deposited on the tip portion of the convex portion come into contact with each other, the contact area can be reduced.
さらに、本発明における第一の凸部は、基板の中心方向に向かって延び、第一の凸部の中心方向に向かう長さが前記所定のガスにより基板表面に成膜される膜の膜厚の2倍以上の寸法に形成することが望ましい。
この場合、第一の凸部以外の位置において、基板の側面から成長してくる膜と凸部以外部分の基板側に成長してくる膜との膜厚は同程度となる。よって、凸部の中心方向に向かう長さが所定のガスにより基板表面に成膜される膜の膜厚の2倍以上の寸法に形成されることにより、第一の凸部以外の位置において、基板の側面から成長してきた膜と第一の凸部以外の部分の基板側に成長してきた膜との接触を回避することができる。
Furthermore, the first protrusion in the present invention extends toward the center of the substrate, and the length of the first protrusion toward the center of the first protrusion is the film thickness of the film formed on the substrate surface by the predetermined gas. It is desirable to form in the dimension of 2 times or more.
In this case, at a position other than the first protrusion, the film grown from the side surface of the substrate and the film grown on the substrate side other than the protrusion have the same film thickness. Therefore, by forming the length toward the central direction of the convex portion to a dimension that is twice or more the film thickness of the film formed on the substrate surface with a predetermined gas, at a position other than the first convex portion, Contact between the film grown from the side surface of the substrate and the film grown on the substrate side in a portion other than the first convex portion can be avoided.
また、本発明を実施するときの気相成長装置は、
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続された気相成長装置において、支持台は、基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する面が基板側に向かって凸のR状に形成され、基板裏面と接触する面で基板を支持するように構成することが望ましい。
Moreover, the vapor phase growth apparatus when carrying out the present invention is:
A substrate placed on a support is accommodated in the chamber, and a gas phase in which a first flow path for supplying a gas for forming a film and a second flow path for exhausting the gas are connected to the chamber. In the growth apparatus, the support base is configured such that a surface that restrains movement in the same direction as the substrate surface with respect to the substrate is formed in a convex R shape toward the substrate side, and the substrate is supported by the surface that contacts the back surface of the substrate. It is desirable to do.
この場合、基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する面が基板側に向かって凸のR状に形成されることから、基板が基板面と同方向に移動してある方向に寄ってしまう時でも、基板の側面と接触する部分がR状の面の先端部分となるため、例え、基板の側面部分に成長した膜とR状の面に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができる。 In this case, since the surface that restrains the movement in the same direction as the substrate surface with respect to the substrate is formed in a convex R shape toward the substrate side, the substrate moves in the same direction as the substrate surface. Even in such a case, since the portion in contact with the side surface of the substrate becomes the tip portion of the R-shaped surface, even if the film grown on the side surface portion of the substrate contacts the film deposited on the R-shaped surface, Can be reduced.
さらに、上記した気相成長装置において、上述した特徴の他に、ガス濃度低減と基板温度増加を条件に加えることも好適である。かかる構成により基板の支持部への貼り付きをさらに低減することができる。 Furthermore, in the above-described vapor phase growth apparatus, in addition to the above-described features, it is also preferable to add conditions for reducing the gas concentration and increasing the substrate temperature. With this configuration, sticking of the substrate to the support portion can be further reduced.
さらにまた、本発明を実施するときの気相成長装置は、
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続された気相成長装置において、支持台には、基板と接触する面に複数の第2の凸部が設けられ、その第2の凸部の頂面で基板が支持されていることが望ましい。
Furthermore, the vapor phase growth apparatus when carrying out the present invention is:
A substrate placed on a support is accommodated in the chamber, and a gas phase in which a first flow path for supplying a gas for forming a film and a second flow path for exhausting the gas are connected to the chamber. In the growth apparatus, it is preferable that the support base is provided with a plurality of second convex portions on the surface in contact with the substrate, and the substrate is supported on the top surface of the second convex portions.
このようにすることにより、基板の裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、50μm以上のエピタキシャル成長も可能となる。 By doing so, there is almost no sticking to the support base on the back surface of the substrate, and epitaxial growth of 50 μm or more is possible.
ここで、第2の凸部は、3個から10個であることが望ましく、10より多くなると基板裏面における接触面積が多くなり、従来との差異が殆ど無くなっています。また、3個未満になれば、基板自身が不安定となり、エピタキシャル成長には好ましくない。 Here, it is desirable that the number of the second protrusions is 3 to 10, and if the number exceeds 10, the contact area on the back surface of the substrate increases, and there is almost no difference from the conventional one. If the number is less than 3, the substrate itself becomes unstable, which is not preferable for epitaxial growth.
さらに、上記した第2の凸部は、高さが0.1mmから0.5mm、幅が0.5mmから3mmであることが望ましい。この数値は成膜装置によって変ることもある。 Furthermore, it is desirable that the above-described second convex portion has a height of 0.1 mm to 0.5 mm and a width of 0.5 mm to 3 mm. This numerical value may vary depending on the film forming apparatus.
また、第2の凸部の頂面は、平坦、円弧状又は細かい凹凸状であって良く、極力接触面が少ない方が望ましい。 Further, the top surface of the second convex portion may be flat, arcuate or fine uneven, and it is desirable that the contact surface is as few as possible.
本発明の他の態様の気相成長装置は、
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続された気相成長装置において、支持台には、基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する複数の第一の凸部が設けられ、且つ、基板と接触する面に複数の第2の凸部が設けられ、その第2の凸部の頂面で基板を支持されていることを特徴とする。
Another aspect of the present invention is a vapor phase growth apparatus comprising:
A substrate placed on a support is accommodated in the chamber, and a gas phase in which a first flow path for supplying a gas for forming a film and a second flow path for exhausting the gas are connected to the chamber. In the growth apparatus, the support base is provided with a plurality of first protrusions that restrain movement in the same direction as the substrate surface with respect to the substrate, and a plurality of second protrusions are provided on the surface that contacts the substrate. The substrate is supported by the top surface of the second convex portion.
このように構成することにより、基板の側面及び裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、60nm以上のエピタキシャル成長も可能となった。 With this configuration, there is almost no sticking to the support base on the side surface and back surface of the substrate, and epitaxial growth of 60 nm or more is possible.
本発明のように、基板上に半導体層を気相成長する際に、成膜するための反応ガス及びキャリアガスの流量と濃度、チャンバ内の真空度、基板温度及び基板を回転する回転速度を制御することにより、半導体層の膜厚を均一にすることが可能で、具体的には、成膜するための反応ガスを、トリクロロシランとし、キャリアガスを、水素とし、チャンバ内のトリクロロシランの濃度調整を3%以内にし、そしてチャンバ内圧力を8×104Pa〜11×104Paにし、基板の回転数を500〜1100rpmにし、基板の温度を1100℃〜1140℃にすることによって、成長速度8μm/min以上で前記半導体層を成長させ
ることにより、半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にすることが可能となる。
As in the present invention, when vapor-phase-growing a semiconductor layer on a substrate, the flow rate and concentration of reaction gas and carrier gas for film formation, the degree of vacuum in the chamber, the substrate temperature, and the rotation speed for rotating the substrate By controlling, it is possible to make the film thickness of the semiconductor layer uniform. Specifically, the reaction gas for film formation is trichlorosilane, the carrier gas is hydrogen, and the trichlorosilane in the chamber is formed. by the density adjusted to within 3%, and the chamber pressure was 8 × 10 4 Pa~11 × 10 4 Pa, and the rotational speed of the substrate to 500~1100Rpm, the temperature of the substrate to 1100 ℃ ~1140 ℃, By growing the semiconductor layer at a growth rate of 8 μm / min or more, the in-plane film thickness distribution of the semiconductor layer can be within 0.5%.
また、本発明の実施形態によれば、例え、基板の側面部分に成長した膜と凸部の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができるので、基板の支持部への貼り付きを低減することができる。或いは、基板の側面部分に成長した膜とR状の面の先端に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができるので、基板の支持部への貼り付きを低減することもできる。
さらに、基板の裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、50nm以上のエピタキシャル成長も可能となる。
Further, according to the embodiment of the present invention, the contact area can be reduced even if the film grown on the side surface portion of the substrate and the film deposited on the tip portion of the convex portion come into contact with each other. The sticking to the part can be reduced. Alternatively, even if the film grown on the side surface portion of the substrate and the film deposited on the tip of the R-shaped surface come into contact with each other, the contact area can be reduced, so that sticking to the support portion of the substrate can be reduced. it can.
Furthermore, there is almost no sticking to the support on the back surface of the substrate, and epitaxial growth of 50 nm or more is possible.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図1において、気相成長装置の一例となるエピタキシャル成長装置100は、支持台の一例となるホルダ(サセプタとも言う。)110、チャンバ120、シャワーヘッド130、真空ポンプ140、圧力制御弁142、アウトヒータ150、インヒータ160、回転部材170を備えている。チャンバ120には、ガスを供給する流路122とガスを排気する流路124が接続されている。そして、流路122は、シャワーヘッド130に接続されている。図1では、実施の形態1を説明する上で必要な構成以外を省略している。また、縮尺等も、実物とは一致させていない(以下、各図面において同様である)。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the epitaxial growth apparatus in the first embodiment.
In FIG. 1, an
ホルダ110は、外周が円形に形成され、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、ホルダ110の上面から第1の深さで掘り込んだ第1の凹部の一例となる第1のザグリ穴と、第1のザグリ穴の底面から第2の深さで掘り込んだ第1のザグリ穴の径よりも小さな径の第2の凹部の一例となる第2のザグリ穴とが形成されている。そして、前記第2のザグリ穴の底面で基板の一例となるシリコンウェハ101の裏面と接触してシリコンウェハ101を支持する。
The
ホルダ110は、図示していない回転機構によりシリコンウェハ101面と直交するシリコンウェハ101面の中心線を軸に回転させられる回転部材170上に配置される。そして、ホルダ110は、回転部材170と共に900min−1で回転することで、シリコンウェハ101を回転させることができる。なお、回転は、500〜1500min−1:500〜1500rpmであることが望ましい。
The
ホルダ110の裏面側には、アウトヒータ150とインヒータ160が配置されている。アウトヒータ150によりシリコンウェハ101の外周部とホルダ110とを加熱することができる。そして、インヒータ160は、アウトヒータ150の下部に配置され、インヒータ160によりシリコンウェハ101の外周部以外を加熱することができる。この時のウェハ温度は1120℃であった。インヒータ160とは別に、ホルダ110へと熱が逃げやすいシリコンウェハ101の外周部の加熱にアウトヒータ150を設け、2重ヒータとすることで、シリコンウェハ101の面内均一性を図ることができる。なお、ウェハ温度は1100〜1140℃であれば良い。
An outheater 150 and an inheater 160 are disposed on the back side of the
そして、ホルダ110、アウトヒータ150、インヒータ160、シャワーヘッド130、回転部材170は、チャンバ120内に配置される。回転部材170は、チャンバ120内から図示していない回転機構へとチャンバ120外に延びている。シャワーヘッド130は、チャンバ120内からチャンバ120外へと配管が延びている。
The
そして、反応容器となるチャンバ120内を常圧或いは真空ポンプ140により所定の真空度例えば9.3×104Pa(700Torr)の真空雰囲気に保持した状態で、シリコンウェハ101をアウトヒータ150とインヒータ160とで加熱し、ホルダ110の回転によりシリコンウェハ101を所定の回転数で回転させながら、シャワーヘッド130からシリコン源となる原料ガスをチャンバ120内に供給する。なお、所定の真空度は、6.7〜10.6×104Pa:500〜800Torrであれば良い。
そして、加熱されたシリコンウェハ101の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元を行なって、シリコンウェハ101の表面にシリコンエピタキシャル膜を成長させる。チャンバ120内の圧力は、例えば、圧力制御弁142を用いて常圧或いは所定の真空度の真空雰囲気に調整すればよい。或いは常圧で用いる場合には、真空ポンプ140若しくは圧力制御弁142がない構成でも構わない。シャワーヘッド130では、チャンバ120外から配管で供給された原料ガスをシャワーヘッド130内部のバッファを介して、複数の貫通孔から排出するようにしているため均一に原料ガスをシリコンウェハ101上に供給することができる。
さらに、ホルダ110や回転部材170の圧力を内外同一(シリコンウェハ101の表面側雰囲気の圧力と裏面側雰囲気の圧力とを同じ)にすることで、原料ガスが回転部材170の内側、若しくは回転機構内部へと廻り込むことを防止することができる。同様に、図示していない回転機構側のパージガス等が、チャンバ内(シリコンウェハ101の表面側雰囲気)に漏れることを防止することができる。
Then, the
Then, the raw material gas is thermally decomposed or reduced with hydrogen on the surface of the
Further, by making the pressure of the
例えば、シリコン源として、トリクロルシラン(SiHCl3)を水素(H2)で25%に希釈したガスを34Pa・m3/s(20SLM)、キャリアガスとして、H2を85Pa・m3/s(50SLM)をシャワーヘッド130から供給する。すなわち、ガス全体でのSiHCl3濃度を7.2%とする。そして、インヒータ160を1100℃、アウトヒータ150を1098℃に設定する。また、シリコンウェハの回転数は、500〜1500min−1(500〜1500rpm)とする。チャンバ内圧力は、9.3×104Pa(700Torr)とする。かかるプロセス条件によりIGBT等のパワー半導体の製造に必要な数10μm以上、例えば、50μm以上の膜厚のシリコンエピタキシャル膜を形成することができる。また、膜厚分布は0.49%を実現することができる。 For example, a gas obtained by diluting trichlorosilane (SiHCl 3 ) with hydrogen (H 2 ) to 25% as a silicon source is 34 Pa · m 3 / s (20 SLM), and H 2 is 85 Pa · m 3 / s (as a carrier gas). 50 SLM) is supplied from the shower head 130. That is, the SiHCl 3 concentration in the entire gas is set to 7.2%. Then, the in-heater 160 is set to 1100 ° C., and the out-heater 150 is set to 1098 ° C. Moreover, the rotation speed of a silicon wafer shall be 500-1500min < -1 > (500-1500rpm). The pressure in the chamber is set to 9.3 × 10 4 Pa (700 Torr). Under such process conditions, it is possible to form a silicon epitaxial film having a film thickness of several tens of μm or more, for example, 50 μm or more necessary for manufacturing a power semiconductor such as IGBT. The film thickness distribution can be 0.49%.
図2は、エピタキシャル成長装置システムの外観の一例を示す図である。
図2に示すように、エピタキシャル成長装置システム300は、筺体により全体が囲まれている。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the appearance of the epitaxial growth apparatus system.
As shown in FIG. 2, the epitaxial
図3は、エピタキシャル成長装置システムのユニット構成の一例を示す図である。
エピタキシャル成長装置システム300内では、カセットステージ(C/S)310或いはカセットステージ(C/S)312に配置されたカセットにセットされたシリコンウェハ101が、搬送ロボット350によりロードロック(L/L)チャンバ320内に搬送される。そして、トランスファーチャンバ330内に配置された搬送ロボット332によりL/Lチャンバ320からシリコンウェハ101がトランスファーチャンバ330内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ101がエピタキシャル成長装置100のチャンバ120内に搬送され、エピタキシャル成長法によりシリコンウェハ101表面にシリコンエピタキシャル膜が成膜される。シリコンエピタキシャル膜が成膜されたシリコンウェハ101は、再度、搬送ロボット332によりエピタキシャル成長装置100からトランスファーチャンバ330内に搬出される。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a unit configuration of the epitaxial growth apparatus system.
In the epitaxial
そして、搬出されたシリコンウェハ101は、L/Lチャンバ320に搬送された後、搬送ロボット350によりL/Lチャンバ320からカセットステージ(C/S)310或いはカセットステージ(C/S)312に配置されたカセットに戻される。図3に示すエピタキシャル成長装置システム300では、エピタキシャル成長装置100のチャンバ120とL/Lチャンバ320とが2台ずつ搭載されており、スループットを向上させることができる。
The unloaded
図4は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
図5は、図4に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ110には、2段ザグリ穴が形成される。すなわち、シリコンウェハ101の径よりも大きい径でシリコンウェハ101の厚さの半分強の深さまで掘り込んだ第1のザグリ穴114が形成され、第1のザグリ穴114の底面から、シリコンウェハ101の径よりも若干大きい径で、かつ第1のザグリ穴114の径より小さい径でシリコンウェハ101の厚さの半分より小さい値の深さまで掘り込んだ第2のザグリ穴116が形成されている。
そして、第2のザグリ穴116の底面でシリコンウェハ101が支持されている。ホルダ110が回転し、その遠心力からシリコンウェハ101がシリコンウェハ面と平行な方向に移動した場合、第2のザグリ穴116の側面の上端部が、シリコンウェハ101外周部のベベル部下部の面に当接することで、シリコンウェハ101が、外れることを抑制することができる。万が一、シリコンウェハ101が、第2のザグリ穴116の側面の上端部を乗り越えて移動した場合には、第1のザグリ穴114の側面がシリコンウェハ101の側面に当接することで、シリコンウェハ101が、外れることを抑制することもできる。
FIG. 4 is a top view showing an example of a state in which the silicon wafer is supported on the holder.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
A two-step counterbore hole is formed in the
The
ここで、第2のザグリ穴116の底面には滑りとめ加工を施すと好適である。第2のザグリ穴116の底面に滑りとめ加工を施すことにより、シリコンウェハ101の裏面と第2のザグリ穴116の底面との摩擦力を高めることができる。例えば、ブラスト処理を行うことが挙げられる。或いは、ヤスリの歯型のように形成すると好適である。シリコンウェハ101の裏面と第2のザグリ穴116の底面との摩擦力を高めることで、シリコンウェハ101がホルダ110から外れることを抑制することができる。
Here, it is preferable that the bottom face of the
図6は、シリコンウェハ外周部と第1と第2のザグリ穴とを示す断面図である。
図6に示すように、第1のザグリ穴114の底面の高さが、シリコンウェハ101のベベル部下面側に位置するように第2のザグリ穴116を掘り込む深さλ1を設定することが望ましい。例えば、図6における寸法λ1は、シリコンウェハ101の厚さの20〜40%が望ましい。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the outer peripheral portion of the silicon wafer and the first and second counterbore holes.
As shown in FIG. 6, the depth λ <b> 1 for digging the
具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、λ1=0.2±0.05mmが望ましい。また、第1のザグリ穴114を掘り込む深さλ2は、シリコンウェハ101の厚さの50〜65%が望ましい。また、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、λ2=0.4±0.05mmが望ましい。また、λ1:λ2≒1:2が望ましい。そして、シリコンウェハ101の裏面に接触して保持する第2のザグリ穴116の底面の半径方向長さL2は、従来より若干長くして1〜4mmが望ましい。
Specifically, for example, in the case of a silicon wafer having a diameter of 200 mm, since the thickness t is 0.725 mm, λ1 = 0.2 ± 0.05 mm is desirable. The depth λ2 for digging the first counterbore 114 is preferably 50 to 65% of the thickness of the
また、第2のザグリ穴116の底面の半径方向長さL1は、原料ガスによりシリコンウェハ101表面に成膜されるシリコンエピタキシャル膜の膜厚の2倍以上の寸法に形成されることが望ましい。例えば、120μm成膜する場合には、240μm、すなわち、0.24mm以上とすることが良い。シリコンウェハ101表面に成膜されるシリコンエピタキシャル膜の膜厚の2倍以上の寸法に形成することにより、シリコンウェハ101の側面から成長してきた膜と第1のザグリ穴114の側面からシリコンウェハ101側に成長してくる膜との接触を回避することができる。例えば、L1は、1mmとする。
In addition, the radial length L1 of the bottom surface of the
図7は、2段ザグリ穴を形成していないホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
図8は、本実施の形態における2段ザグリ穴を形成したホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
図7に示すように、2段ザグリ穴を形成していないホルダを用いた場合、シリコンウェハの側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜402とホルダのザグリ穴の側面に堆積したデポ膜404とが接触し、くっ付いて(接着して)しまい、シリコンウェハがホルダに貼り付いてしまう。
FIG. 7 is a diagram for explaining a state after film formation in the case of using a holder in which a two-step counterbore hole is not formed.
FIG. 8 is a diagram for explaining a state after film formation in the case where the holder in which the two-step counterbore hole is formed in the present embodiment is used.
As shown in FIG. 7, when using a holder in which a two-step counterbore is not formed, the
これに対し、図8に示すように、本実施の形態における2段ザグリ穴を形成したホルダ110を用いた場合、ホルダ110が回転し、その遠心力からシリコンウェハ101がシリコンウェハ面と平行な方向に移動した場合、第2のザグリ穴116の側面の上端部が、シリコンウェハ101外周部のベベル部下部の面に当接することで、ベベル部が屋根となって、デポ膜404の堆積を防ぐ、或いは少なくすることができる。その結果、当接箇所では、膜どうしが接着してないか、張りついても微小なため、シリコンウェハ101とホルダ110との貼り付きを防止することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, when the
さらに、第1のザグリ穴114によりシリコンウェハ101の周囲に第1のザグリ穴114の側面で囲まれた溝ができ、かかる溝を設けることにより、溝底部へのデポ膜の堆積量を低減することができる。
Further, the first counterbore 114 forms a groove surrounded by the side surface of the first counterbore 114 around the
実施の形態2.
実施の形態2では、第1のザグリ穴を形成する代わりに支柱となる複数のピン112を配置した。
図9は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図10は、図9に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ110には、シリコンウェハ101の径よりも若干大きい径で、シリコンウェハ101の厚さの半分より小さい値の深さまで掘り込んだ第2のザグリ穴116が形成されている。そして、第2のザグリ穴116の底面でシリコンウェハ101が支持されている。そして、ホルダ110の上面には、シリコンウェハ101の外周から所定の隙間を空けて、3個以上のピン112を均等に配置する。
図9では、一例として8個のピン112を均等に配置した。ホルダ110が回転し、その遠心力からシリコンウェハ101がシリコンウェハ面と平行な方向に移動した場合、第2のザグリ穴116の側面の上端部が、シリコンウェハ101外周部のベベル部下部の面に当接することで、シリコンウェハ101が、外れることを抑制することができる。万が一、シリコンウェハ101が、第2のザグリ穴116の側面の上端部を乗り越えて移動した場合には、3個以上のピン112(ここでは、8個のピン112)のいくつかにシリコンウェハ101の側面が当接することで、シリコンウェハ101が、外れることを抑制することができる。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, instead of forming the first counterbore, a plurality of
FIG. 9 is a top view showing another example of the state in which the silicon wafer is supported on the holder.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a cross section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
The
In FIG. 9, eight
そして、ホルダ110が回転し、その遠心力からシリコンウェハ101がシリコンウェハ面と平行な方向に移動した場合、第2のザグリ穴116の側面の上端部が、シリコンウェハ101外周部のベベル部下部の面に当接することで、ベベル部が屋根となって、デポ膜の堆積を防ぐことができる点は、実施の形態1と同様である。よって、当接箇所では、膜どうしが接着していないので、シリコンウェハ101とホルダ110との貼り付きを防止することができる。
When the
実施の形態3.
図11は、実施の形態3におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図11において、図1と同様に、気相成長装置の一例となるエピタキシャル成長装置200は、支持台の一例となるホルダ(サセプタとも言う。)210、チャンバ2圧力制御弁242、アウトヒータ250、インヒータ260、回転部材270を備えている。チャンバ220には、ガスを供給する流路222とガスを排気する流路124が接続されている。そして、流路222は、シャワーヘッド130に接続されている。図11ではシャワーヘッド230、真空ポンプ240、実施の形態3を説明する上で必要な構成以外を省略している。また、縮尺等も、実物とは一致させていない(以下、各図面において同様である)。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a configuration of the epitaxial growth apparatus in the third embodiment.
In FIG. 11, as in FIG. 1, an epitaxial growth apparatus 200 as an example of a vapor phase growth apparatus includes a holder (also referred to as a susceptor) 210 as an example of a support base, a chamber 2 pressure control valve 242, an out heater 250, an in heater. 260 and a rotating
ホルダ210は、外周が円形に形成され、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から所定の深さに掘り込まれた面で基板の一例となるシリコンウェハ201の裏面と接触してシリコンウェハ201を支持する。そして、シリコンウェハ201に対しシリコンウェハ201面と同方向の移動を拘束する複数の第一の凸部212が形成されている。第一の凸部212は、根元となる面からホルダ210の中心に向かって凸に延びるように形成される。
The
ホルダ210は、図示していない回転機構によりシリコンウェハ201面と直交するシリコンウェハ201面の中心線を軸に回転させられる回転部材270上に配置される。そして、ホルダ210は、回転部材270と共に回転することで、シリコンウェハ201を例えば900min−1で回転させることができる。
The
なお、本実施形態3においても回転は、500〜1500min−1:500〜1500rpmであることが望ましい。 In addition, also in this Embodiment 3, it is desirable for rotation to be 500-1500min < -1 >: 500-1500rpm.
ホルダ210の裏面側には、アウトヒータ250とインヒータ160が配置されている。アウトヒータ250によりシリコンウェハ201の外周部とホルダ210とを加熱することができる。そして、インヒータ260は、アウトヒータ250の下部に配置され、インヒータ260によりシリコンウェハ201の外周部以外を加熱することができる。インヒータ260とは別に、ホルダ210へと熱が逃げやすいシリコンウェハ201の外周部の加熱にアウトヒータ250を設け、2重ヒータとすることで、シリコンウェハ201の面内均一性も図ることができる。
An outheater 250 and an inheater 160 are disposed on the back side of the
そして、ホルダ210、アウトヒータ250、インヒータ260、シャワーヘッド230、回転部材270は、チャンバ220内に配置される。回転部材270は、チャンバ220内から図示していない回転機構へとチャンバ120外に延びている。シャワーヘッド230は、チャンバ220内からチャンバ220外へと配管が延びている。
The
そして、反応容器となるチャンバ220内を常圧或いは真空ポンプ240により所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態例えば9.3×104Pa(700Torr)で、シリコンウェハ201をアウトヒータ250とインヒータ260とで加熱し、ホルダ210の回転によりシリコンウェハ201を所定の回転数で回転(900min−1)させながら、シャワーヘッド230からシリコン源となる原料ガスをチャンバ220内に供給する。なお、この時のウェハ温度は1100〜1140℃であれば良い。
さらに、加熱されたシリコンウェハ201の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元を行なって、シリコンウェハ201の表面にシリコンエピタキシャル膜を成長させる。チャンバ220内の圧力は、例えば、圧力制御弁242を用いて常圧或いは所定の真空度の真空雰囲気に調整すればよく、その時の、所定の真空度は、実施形態1と同様、6.7〜10.6×104Pa:500〜800Torrであれば良い。シャワーヘッド230では、チャンバ220外から配管で供給された原料ガスをシャワーヘッド230内部のバッファを介して、複数の貫通孔から排出するようにしているため均一に原料ガスをシリコンウェハ201上に供給することができる。
Then, in a state where the inside of the chamber 220 serving as a reaction vessel is maintained at a normal pressure or a vacuum atmosphere of a predetermined degree of vacuum by a
Further, a raw material gas is thermally decomposed or hydrogen reduced on the surface of the
また、ホルダ210や回転部材270の圧力を内外同一(シリコンウェハ201の表面側雰囲気の圧力と裏面側雰囲気の圧力とを同じ)にすることで、原料ガスが回転部材270の内側、若しくは回転機構内部へと廻り込むことを防止することができる。同様に、図示していない回転機構側のパージガス等が、チャンバ内(シリコンウェハ201の表面側雰囲気)に漏れることを防止することができる。
Further, by making the pressure of the
図12は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
図13は、図12に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された第一の凸部212は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ210中心に向かって延びており、その先端は、平面に形成されている。ここでは、8個の凸部212が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の凸部212のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部212を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
FIG. 12 is a top view showing an example of a state in which the silicon wafer is supported on the holder.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a cross section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
The first
その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部212の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域が小さいため、シリコンウェハ201のホルダ210への貼り付きを低減することができる。ここでは、8個の凸部212が均等に配置されているが、これに限るものではなく、3個以上であれば構わない。凸部212の数が多いほど、シリコンウェハ201のセンターリング精度を向上させることができる。逆に、第一の凸部212の数が少ないほど、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と第一の凸部212の先端部分に堆積した膜との接触領域を小さくすることができる。
As a result, even if the silicon epitaxial film grown on the side surface portion of the
図14は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図15は、図14に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された凸部213は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ210中心に向かって延びており、その先端は、上面から見た場合にR状の曲面に形成されている。ここでは、8個の第一の凸部213が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の凸部213のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部213を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
FIG. 14 is a top view showing another example of the state in which the silicon wafer is supported on the holder.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a cross section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
The
さらに、ここでは、第一の凸部213の先端がR状の曲面に形成されているため、シリコンウェハ201の側面と接触する場合でも線接触或いは点接触にすることができる。その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と第一の凸部213の先端部分に堆積した膜とが接触しても、さらに接触領域を小さくすることができるため、シリコンウェハ201のホルダ210への貼り付きをさらに低減することができる。ここでは、8個の凸部213が均等に配置されているが、これに限るものではなく、3個以上であれば構わない点は、第一の凸部212の数の説明と同様なので説明を省略する。
Furthermore, here, since the tip of the first
図16は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図17は、図16に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された第一の凸部217は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からなだらかな曲線でつながりながらホルダ210中心に向かって続いて延びており、その先端は、上面から見た場合にR状の曲面に形成されている。その他は、図14、図15と同様であるため説明を省略する。
FIG. 16 is a top view showing another example of the state in which the silicon wafer is supported on the holder.
17 is a cross-sectional view showing a cross section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
The first
図18は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図19は、図18に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された凸部214は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ210中心に向かって延びており、その先端は、断面を見た場合にR状の曲線に形成されている。言い換えれば、ホルダ210の表面側から裏面側に向けて曲面に形成されている。ここでは、8個の凸部214が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の凸部214のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部214を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
FIG. 18 is a top view showing another example of the state in which the silicon wafer is supported on the holder.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a cross section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
The
さらに、ここでは、第一の凸部214の先端がR状の曲面に形成されているため、シリコンウェハ201の側面と接触する場合でも線接触或いは点接触にすることができる。その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と第一の凸部214の先端部分に堆積した膜とが接触しても、さらに接触領域を小さくすることができるため、シリコンウェハ201のホルダ210への貼り付きをさらに低減することができる。ここでは、8個の凸部214が均等に配置されているが、これに限るものではなく、3個以上であれば構わない点は、凸部212の数の説明と同様なので説明を省略する。
Furthermore, here, since the tip of the first
図20は、シリコンウェハ外周部と凸部とを示す断面図である。
図20に示すように、シリコンウェハ201の側面先端と第一の凸部214の先端とが同じ高さになるように凸部214を形成することが望ましい。例えば、図20における寸法X1は、シリコンウェハ201の厚さの1/2が望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、X1=0.3625mmが望ましい。しかし、これに限るものではなく、X1≒0.3625mmでも構わない。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the outer peripheral portion and the convex portion of the silicon wafer.
As shown in FIG. 20, it is desirable to form the
また、寸法X2は、シリコンウェハ101の厚さと同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、X2=0.725〜1.5mmが望ましい。
また、寸法R1は、シリコンウェハ101の厚さの1/2と同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、R1=3625〜0.75mmが望ましい。
The dimensional X 2, it is desirable that the thickness equal to, or slightly larger value of the
The dimension R 1 is preferably equal to or slightly larger than half of the thickness of the
図21は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図22は、図21に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された凸部215は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ210中心に向かって延びており、その先端は、球状の曲面に形成されている。ここでは、8個の凸部215が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の第一の凸部215のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部215を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。さらに、ここでは、凸部215の先端が球状の曲面に形成されているため、シリコンウェハ201の側面と接触する場合でも点接触にすることができる。その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部215の先端部分に堆積した膜とが接触しても、さらに接触領域を小さくすることができるため、シリコンウェハ201のホルダ210への貼り付きをさらに低減することができる。ここでは、8個の凸部215が均等に配置されているが、これに限るものではなく、3個以上であれば構わない点は、凸部212の数の説明と同様なので説明を省略する。
FIG. 21 is a top view showing another example of the state in which the silicon wafer is supported on the holder.
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a cross section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
The
図23は、シリコンウェハ外周部と第一の凸部とを示す断面図である。
図23に示すように、シリコンウェハ201の側面先端と第一の凸部215の先端とが同じ高さになるように凸部215を形成することが望ましい。例えば、図23における寸法X3は、シリコンウェハ201の厚さの1/2が望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、X3=0.3625mmが望ましい。しかし、これに限るものではなく、X3≒0.3625mmでも構わない。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing the outer peripheral portion of the silicon wafer and the first convex portion.
As shown in FIG. 23, it is desirable to form the
また、寸法X4は、シリコンウェハ201の厚さと同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、X4=0.725〜1.5mmが望ましい。
また、寸法R2は、シリコンウェハ201の厚さの1/2と同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、R2=0.3625〜0.75mmが望ましい。これは、実施形態1と同様である。
The dimensional X 4 is preferably a thickness equal to, or slightly larger value of the
The dimensional R 2 is preferably a half equal to or slightly larger value, the thickness of the
図24は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図25は、図24に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210に形成された第一の凸部216は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面に球を溶着することで形成される。よって、シリコンウェハ201側面に向かうその先端は、球状の曲面に形成されている。ここでは、8個の凸部216が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の凸部216のいくつかに接触するだけなので、第一の凸部216を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
FIG. 24 is a top view showing another example of the state in which the silicon wafer is supported by the holder.
25 is a cross-sectional view showing a cross-section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
The first
さらに、ここでは、凸部216の先端が球状の曲面に形成されているため、シリコンウェハ201の側面と接触する場合でも点接触にすることができる。その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部216の先端部分に堆積した膜とが接触しても、さらに接触領域を小さくすることができるため、シリコンウェハ201のホルダ210への貼り付きをさらに低減することができる。ここでは、8個の凸部216が均等に配置されているが、これに限るものではなく、3個以上であれば構わない点は、凸部212の数の説明と同様なので説明を省略する。
Furthermore, since the tip of the
図26は、シリコンウェハ外周部と凸部とを示す断面図である。
図26に示すように、シリコンウェハ201の側面先端と第一の凸部216の先端とが同じ高さになるように凸部216を形成することが望ましい。例えば、図26における寸法Φ1は、シリコンウェハ201の厚さより埋め込む分だけ若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径200mmのシリコンウェハの場合、厚さtが0.725mmなので、Φ1=1〜1.5mmが望ましい。また、寸法X5は、球体の凸部116の位置決めができる程度に掘り込んでいればよい。具体的には、X5=0.1375〜0.6375mmが望ましい。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing the outer peripheral portion and the convex portion of the silicon wafer.
As shown in FIG. 26, it is desirable to form the
図27は、第一の凸部を形成していないホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
図28は、本実施の形態における第一の凸部を形成したホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
図27に示すように、第一の凸部を形成していないホルダを用いた場合、シリコンウェハの側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜402とホルダのザグリ穴の側面に堆積したデポ膜404とが接触し、くっ付いて(接着して)しまい、シリコンウェハがホルダに貼り付いてしまう。
FIG. 27 is a diagram for explaining a state after film formation when a holder in which the first convex portion is not formed is used.
FIG. 28 is a diagram for explaining a state after film formation in the case where the holder in which the first convex portion is formed in the present embodiment is used.
As shown in FIG. 27, when a holder that does not have the first convex portion is used, the
これに対し、図28(a)に示すように、本実施の形態における凸部を形成したホルダを用いた場合、凸部以外の位置では、シリコンウェハの側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜402とホルダの底面および側面に堆積したデポ膜404とを接触させないようにすることができる。ここで、図28(b)に示すように、シリコンウェハの中心方向に向かって延びる凸部の中心方向に向かう長さLは、原料ガスによりシリコンウェハ表面に成膜される膜の膜厚の2倍以上の寸法に形成されるようにすることが望ましい。凸部以外の位置において、シリコンウェハの側面から成長してくる膜と前記凸部以外部分のシリコンウェハ側に成長してくる膜との膜厚は同程度となる。
On the other hand, as shown in FIG. 28A, in the case where the holder formed with the convex portion in the present embodiment is used, at a position other than the convex portion, the
よって、前記凸部の中心方向に向かう長さLが成膜される膜の膜厚の2倍以上の寸法に形成されることにより、前記凸部以外の位置において、シリコンウェハの側面から成長してきたシリコンエピタキシャル膜402と前記凸部以外の側面部分からシリコンウェハ側に成長してきたデポ膜404との接触を回避することができる。例えば、シリコンエピタキシャル膜を120μm成膜する場合、寸法Lを240μm以上、すなわち、0.24mm以上とすることが望ましい。
Therefore, when the length L toward the center of the convex portion is formed to be a dimension that is twice or more the film thickness of the film to be formed, it grows from the side surface of the silicon wafer at a position other than the convex portion. Further, contact between the
図29は、各ホルダ形状におけるシリコンエピタキシャル膜の膜厚とホルダへの貼り付き具合との関係の一例を示す図である。
ここでは、シリコン源として、トリクロルシラン(SiHCl3)を水素(H2)で25%に希釈したガスを34Pa・m3/s(20SLM)、キャリアガスとして、H2を85Pa・m3/s(50SLM)をシャワーヘッド130から供給した。すなわち、ガス全体でのSiHCl3濃度を7.2%とした。そして、インヒータ160を1100℃、アウトヒータ150を1098℃に設定した。また、シリコンウェハの回転数は、500min−1(500rpm)とした。チャンバ内圧力は、9.3×104Pa(700Torr)とした。
FIG. 29 is a diagram showing an example of the relationship between the thickness of the silicon epitaxial film and the degree of sticking to the holder in each holder shape.
Here, a gas obtained by diluting trichlorosilane (SiHCl 3 ) to 25% with hydrogen (H 2 ) as a silicon source is 34 Pa · m 3 / s (20 SLM), and H 2 is 85 Pa · m 3 / s as a carrier gas. (50 SLM) was supplied from the shower head 130. That is, the SiHCl 3 concentration in the entire gas was set to 7.2%. The in-heater 160 was set to 1100 ° C., and the out-heater 150 was set to 1098 ° C. Moreover, the rotation speed of the silicon wafer was 500 min −1 (500 rpm). The pressure in the chamber was 9.3 × 10 4 Pa (700 Torr).
図29に示すように、本実施の形態における第一の凸部を設けずに、凸部を形成していないホルダを用いた場合(単なるザグリ穴の場合)、シリコンエピタキシャル膜を28μm成膜した場合にはシリコンウェハがホルダに貼り付かなかったが、40μm成膜した場合にはシリコンウェハとホルダとの間に軽微な貼り付きが起こった。一方、本実施の形態における凸部の先端を平面にした凸部(シリコンウェハとの接触幅3mm)を設けた場合、シリコンエピタキシャル膜を63μm成膜した場合にはシリコンウェハがホルダに貼り付かなかったが、100μm成膜した場合にはシリコンウェハとホルダとの間に軽微な貼り付きが起こった。さらに、本実施の形態における凸部の先端をR状或いは球状にした凸部(シリコンウェハとは点接触)を設けた場合(点接触1)、シリコンエピタキシャル膜を70μm成膜した場合にはシリコンウェハがホルダに貼り付かなかったが、90μm成膜した場合にはシリコンウェハとホルダとの間に軽微な貼り付きが起こった。 As shown in FIG. 29, when a holder that does not have a convex portion is used without providing the first convex portion in this embodiment (in the case of a simple counterbore), a silicon epitaxial film is formed to a thickness of 28 μm. In this case, the silicon wafer did not stick to the holder, but when the film was formed to 40 μm, a slight sticking occurred between the silicon wafer and the holder. On the other hand, when a convex portion (contact width of 3 mm with the silicon wafer) having a flat tip is provided in the present embodiment, the silicon wafer does not stick to the holder when the silicon epitaxial film is formed to have a thickness of 63 μm. However, when the film was formed to a thickness of 100 μm, a slight sticking occurred between the silicon wafer and the holder. Furthermore, in the case where a convex portion (point contact with a silicon wafer) having a R-shaped or spherical tip is provided (point contact 1) in this embodiment, silicon is formed when a silicon epitaxial film is formed to 70 μm. Although the wafer did not stick to the holder, a slight sticking occurred between the silicon wafer and the holder when 90 μm was deposited.
以上のように、本実施の形態における第一の凸部を設けることにより凸部を設けない場合に比べ、許容できる膜厚を厚くすることができる。さらに、凸部を設ける場合でも面接触より点接触にすることにより、許容できる膜厚をより厚くすることができる。 As described above, by providing the first convex portion in the present embodiment, an allowable film thickness can be increased as compared with the case where the convex portion is not provided. Furthermore, even when the convex portion is provided, the allowable film thickness can be increased by using point contact rather than surface contact.
さらに、プロセス条件を変更する、言い換えれば、シリコン源となるトリクロルシラン(SiHCl3)の濃度を下げ、シリコンウェハの温度を上げることで、許容できる膜厚をさらに厚くすることができる。具体的には、H2を85Pa・m3/s(50SLM)増量し、ガス全体でのSiHCl3濃度を7.2%から4.2%に下げた。そして、インヒータ160を1200℃、アウトヒータ150を1126℃に上げた。かかるプロセス条件を変更し、本実施の形態における凸部の先端をR状或いは球状にした凸部(シリコンウェハとは点接触)を設けた場合(点接触2)、シリコンエピタキシャル膜を120μm成膜した場合でもシリコンウェハがホルダに貼り付かなかった。 Furthermore, the allowable film thickness can be further increased by changing the process conditions, in other words, lowering the concentration of trichlorosilane (SiHCl 3 ) serving as a silicon source and raising the temperature of the silicon wafer. Specifically, H 2 was increased by 85 Pa · m 3 / s (50 SLM), and the SiHCl 3 concentration in the entire gas was lowered from 7.2% to 4.2%. The in-heater 160 was raised to 1200 ° C., and the out-heater 150 was raised to 1126 ° C. When such a process condition is changed and a convex portion (point contact with a silicon wafer) having a convex or rounded tip in the present embodiment is provided (point contact 2), a silicon epitaxial film is formed to 120 μm. Even in this case, the silicon wafer did not stick to the holder.
実施の形態4.
実施の形態3では、第一の凸部を設けて、前記基板の側面部分に成長した膜とホルダ側に堆積した膜との接触領域を小さくしたが、実施の形態2では、効果は劣るが、従来よりは接触領域を小さくしたホルダの形状について説明する。
図30は、実施の形態2におけるホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
図31は、図30に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ210には、シリコンウェハ201の径より大きいザグリ穴が形成され、かかるザグリ穴に断面が円形に形成されたリング218を配置する。言い換えれば、ホルダ110は、シリコンウェハ201に対しシリコンウェハ201面と同方向の移動を拘束する面がシリコンウェハ201側に向かって凸のR状に形成されたリング218を備えている。
そして、リング218の内側に、シリコンウェハ201を配置する。ホルダ210とリング218は溶着してもよい。かかる構成により、シリコンウェハ201側面に向かうその先端は、球状の曲面に形成されている。よって、ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動してある方向に寄ってしまう場合でも、シリコンウェハ201の側面の一部がリング218の先端部分に線接触で接触させることができる。よって、上述した凸部やリング218を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜とリング218の先端部分に堆積した膜とが接触しても、接触領域が小さいため、シリコンウェハ201のホルダ110への貼り付きを従来にくらべ低減することができる。
Embodiment 4 FIG.
In Embodiment 3, the first convex portion is provided to reduce the contact area between the film grown on the side surface portion of the substrate and the film deposited on the holder side. However, in Embodiment 2, the effect is inferior. The shape of the holder in which the contact area is made smaller than in the prior art will be described.
FIG. 30 is a top view showing an example of a state in which the silicon wafer is supported on the holder in the second embodiment.
FIG. 31 is a cross-sectional view showing a cross section in a state where the silicon wafer is supported on the holder shown in FIG.
A counterbore hole larger than the diameter of the
Then, the
図32は、ホルダ(支持台)210にシリコンウェハ201が支持された状態の一例を示す上面図で、第一の凸部212、第2の凸部221が個々に複数設けて一例を示したもである。この例では、第一の凸部が8個、第2の凸部が4個設けて例を示してある。できれば、第一の凸部が8個であれば、第2の凸部も8個の方が望ましく、3個から10個位あれば、充分である。
FIG. 32 is a top view showing an example of a state in which the
図33は、第2の凸部121の一部を拡大して示した斜視図である。本実施形態の場合の第2の凸部121は、厚さ0.1mm、幅1mmの場合であるが、その大きさは、成長するシリコンエピタキシャル膜にも依存し、また、シリコンウェハ101の大きさにも依存する。
FIG. 33 is a perspective view showing a part of the second convex portion 121 in an enlarged manner. The second convex portion 121 in this embodiment is a case where the thickness is 0.1 mm and the width is 1 mm. However, the size depends on the silicon epitaxial film to be grown, and the size of the
さらに、第2の凸部の頂部は、球状でも、細かい凹凸であっても良いが、シリコンウェハ101との接触面積が少ない方が望ましい。
Furthermore, the top of the second convex portion may be spherical or fine uneven, but it is desirable that the contact area with the
このように第2の凸部を設けることにより、基板の裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、例えばIGBTの絶縁分離用のトレンチ(溝)を埋め込む30nm程度のエピタキシャル成長が可能で、また、IGBTのn−ベースの厚さである50nm以上のエピタキシャル成長も可能となった。また、パワーMOSにおいて、高耐圧化を図るために、トレンチ(溝)に、30nm以上のp型の半導体層を埋め込む時のも使用可能である。 By providing the second convex portion in this way, there is almost no sticking to the support base on the back surface of the substrate, and for example, an epitaxial growth of about 30 nm filling a trench (groove) for insulation isolation of IGBT is possible. The epitaxial growth of 50 nm or more, which is the thickness of the n-base, is also possible. Further, in the power MOS, in order to increase the breakdown voltage, it can be used when a p-type semiconductor layer of 30 nm or more is embedded in the trench.
具体的には、ホルダ210に形成された凸部212は、シリコンウェハ201の裏面が接触する面(第2の凸部)と接続する側面からホルダ210中心に向かって延びており、その先端は、平面に形成されている。ここでは、8個の凸部212が均等に配置されている。ホルダ210が回転し、その遠心力からシリコンウェハ201がシリコンウェハ面と平行な方向に移動したとしてもシリコンウェハ201の側面の一部が8個の凸部212のいくつかに接触するだけなので、凸部212を設けずにホルダ210の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
その結果、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部212の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域が小さいため、シリコンウェハ201のホルダ210への貼り付きを低減することができる。
Specifically, the
As a result, even if the silicon epitaxial film grown on the side surface portion of the
ここでは、8個の凸部212が均等に配置されているが、これに限るものではなく、3個以上であれば構わない。凸部212の数が多いほど、シリコンウェハ201のセンターリング精度を向上させることができる。逆に、凸部212の数が少ないほど、シリコンウェハ201の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部212の先端部分に堆積した膜との接触領域を小さくすることができる。
さらに、シリコンウェハ201と接触する面に複数(本実施形態では4個)の第2の凸部221が設けられ、その第2の凸部221の頂面でシリコンウェハ201が支持すされている。
Here, the eight
Further, a plurality of (four in this embodiment) second convex portions 221 are provided on the surface in contact with the
このように第1の凸部の他、第2の凸部を設けることにより、シリコンウェハ201の裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、n−ベースの厚さである60nm以上のエピタキシャル成長も可能となった。
In this way, by providing the second convex portion in addition to the first convex portion, there is almost no sticking to the support base on the back surface of the
なお、当然ながら、IGBTに限らず、パワー半導体で、高耐圧を必要とする、パワーMOSの他、電車などのスイッチング素子として使用される、GTO(ゲートターンオフサイリスタ)や一般的なサイリスタ(SCR)の厚いベースのエピタキシャル層形成に適用可能である。 Of course, not only IGBTs, but also power semiconductors that require high breakdown voltage, power MOSs, GTOs (gate turn-off thyristors) and general thyristors (SCRs) that are used as switching elements for trains and the like. It can be applied to the formation of an epitaxial layer with a thick base.
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、気相成長装置の一例として、エピタキシャル成長装置について説明したが、これに限るものではなく、試料面に所定の膜を気相成長させるための装置であれば構わない。例えば、ポリシリコン膜を成長させる装置であっても構わない。 The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, although an epitaxial growth apparatus has been described as an example of a vapor phase growth apparatus, the present invention is not limited to this, and any apparatus for vapor phase growth of a predetermined film on a sample surface may be used. For example, an apparatus for growing a polysilicon film may be used.
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、エピタキシャル成長装置100を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。
In addition, although descriptions are omitted for parts and the like that are not directly required for the description of the present invention, such as a device configuration and a control method, a required device configuration and a control method can be appropriately selected and used. For example, although the description of the control unit configuration for controlling the
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置、及び支持部材の形状は、本発明の範囲に包含される。 In addition, all the vapor phase growth apparatuses that include the elements of the present invention and can be appropriately modified by those skilled in the art, and the shapes of the support members are included in the scope of the present invention.
100 エピタキシャル成長装置
101,200,500 シリコンウェハ
110,210,510 ホルダ
112,113,114,115,116,117 第一の凸部
118 リング
120 チャンバ
121 第二の凸部
122,124 流路
130 シャワーヘッド
140 真空ポンプ
142 圧力制御弁
150 アウトヒータ
160 インヒータ
170 回転部材
200 エピタキシャル成長装置
201 シリコンウェハ
210 ホルダ
212 ピン
214 第1のザグリ穴
216 第2のザグリ穴
220 チャンバ
222,224 流路
230 シャワーヘッド
240 真空ポンプ
250 アウトヒータ
260 インヒータ
270 回転部材
300 エピタキシャル成長装置システム
310,312 カセットステージ
320 L/Lチャンバ
330 トランスファーチャンバ
332,350 搬送ロボット
402 シリコンエピタキシャル膜
404 デポ膜
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記支持台の上面からの前記第2の凹部の深さを前記基板の厚さより低く構成することにより、前記第1の流路から供給された、前記基板上のガスの流れを均一にし、
前記チャンバ内の真空度、前記基板温度及び前記基板を回転する回転速度を制御して、前記半導体層の膜厚を均一にし、
前記成膜するための反応ガスは、トリクロロシランであって、キャリアガスは水素で、前記チャンバ内圧力を6.7〜10.6×104Paにし、前記基板の回転数を500〜1500min−1にし、前記基板の温度を1100℃〜1140℃にすることによって、前記半導体層を成長させ、前記半導体層の面内の膜厚分布を0.5%以内にすることを特徴とする気相成長方法。 In the chamber, a substrate placed on the second recess of a support base provided with a first recess having a recess and a second recess having a recess at the bottom of the first recess is accommodated. A first flow path that includes an outheater and an inheater on the back side of the support base , and supplies a gas for film formation on the substrate placed on the second recess of the support base ; When vapor-phase-growing a semiconductor layer on the substrate using a vapor-phase growth apparatus to which a second flow path for exhausting gas is connected,
Wherein the depth of the second recess of the support base of the upper surface to constitute less than the thickness of said substrate, said supplied from the first flow path, a uniform flow of gas over the substrate,
Control the degree of vacuum in the chamber, the substrate temperature, and the rotation speed of rotating the substrate to make the film thickness of the semiconductor layer uniform,
The reaction gas for forming the film is trichlorosilane, the carrier gas is hydrogen, the pressure in the chamber is 6.7 to 10.6 × 10 4 Pa, and the rotation speed of the substrate is 500 to 1500 min −. 1 , the semiconductor layer is grown by setting the temperature of the substrate to 1100 ° C. to 1140 ° C., and the in-plane film thickness distribution of the semiconductor layer is within 0.5%. Growth method.
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