JP5435039B2 - Ｃｖｄ用トレーおよびそれを用いた成膜方法 - Google Patents

Ｃｖｄ用トレーおよびそれを用いた成膜方法 Download PDF

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Description

本発明は、ＣＶＤ法による成膜に用いられ、シリコンウェーハを載置するＣＶＤ用トレーおよびそれを用いた成膜方法に関し、さらに詳しくは、シリコンウェーハ表面に形成される酸化膜の厚み分布を均一にすることができるＣＶＤ用トレーおよびそれを用いた成膜方法に関する。
デバイス工程やエピタキシャルシリコンウェーハ製造工程において、シリコンウェーハ上に保護膜や絶縁膜を形成することが行われる。例えば、デバイス工程では、デバイス作成領域として使用されるシリコンウェーハ表面側に層間絶縁膜として酸化膜などを形成し、その後に配線形成等が行われる。
また、エピタキシャルウェーハの製造工程において、低抵抗率のシリコン単結晶基板の主表面上に高抵抗率のシリコンエピタキシャル層を気相成長させる場合には、シリコン単結晶基板の裏面などからシリコン単結晶基板内のドーパントが気相中に一旦放出されてシリコンエピタキシャル層にドーピングされる現象、いわゆるオートドープが発生しやすい。そのため、気相成長を行う前には、エピタキシャル層を形成させないシリコン単結晶基板の裏面側にオートドープ防止用の保護膜としてシリコン酸化膜を形成することが行われる。
一般的に、シリコンウェーハ上に絶縁膜または保護膜として酸化膜を成膜する際は、常圧ＣＶＤ法が用いられる。常圧ＣＶＤ法では、成膜する面側を上にしてシリコンウェーハをトレーに載置した後、シリコンウェーハ上に原料ガスを供給しつつ、トレーおよびシリコンウェーハを加熱することにより、原料ガスに応じた成分をシリコンウェーハ上に堆積させて成膜する。酸化膜を成膜する際に常圧ＣＶＤ法が広く用いられるのは、膜形成速度が速いことから、酸化膜の成膜に要する時間を短くできるとともに、搬送装置を組み込むことにより、連続してシリコンウェーハ上に酸化膜を成膜できることによる。
このような常圧ＣＶＤ法では、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガスや、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ、化学式：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）とオゾン（Ｏ３）の混合ガスが用いられる。
常圧ＣＶＤ法で酸化膜を成膜する際にシリコンウェーハを載置するトレーは、成膜する際の加熱により変形しないこと、およびシリコンウェーハにコンタミネーションを発生させる原因とならないことが必要とされる。このため、トレーは、ＳｉＣを焼結させたものや、その表面をさらにＳｉＣ膜でコーティングしたものなどが用いられる。一般的なトレー形状としては、シリコンウェーハを支持する載置部がフラットなものが用いられている。
図１０は、従来の載置部がフラットなトレーにシリコンウェーハを載置した状態を示す断面図である。図１０に示すトレー１は、シリコンウェーハ５を載置するフラットな載置部１ａを有する。図１０に示すトレーを用いて常圧ＣＶＤ法により、シリコンウェーハの成膜面５ａに成膜を行うと、シリコンウェーハ５をトレー１に載置する際に、成膜させないシリコンウェーハの非成膜面５ｃはトレーの載置部１ａと接触するので、シリコンウェーハの非成膜面５ｃの全面にわたって傷が発生する。接触傷の深さは成膜条件により若干異なるが、深さ約３〜１０μｍの接触傷が発生してしまう。
この発生した接触傷は、成膜した酸化膜を層間絶縁膜として用いる場合、デバイス工程におけるＦｌａｓｈ−Ｌａｍｐ−Ａｎｎｅａｌ等の熱処理により、シリコンウェーハに急峻な熱履歴が与えられると、接触傷を起点にシリコンウェーハの割れを誘発し、製品歩留りを悪化させてしまう恐れがある。また、酸化膜を保護膜として用いる場合、接触傷が発生したシリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層を形成すると、接触傷を起点にエピタキシャル層内に積層欠陥などを発生させてしまう問題がある。この常圧ＣＶＤ法による成膜時にシリコンウェーハに接触傷が発生する問題に対して、特許文献１ではシリコンウェーハの外周部を支持するトレーが用いられている。
図１１は、従来のシリコンウェーハの外周部を支持するトレーにシリコンウェーハを載置した状態を示す断面図である。図１１に示すトレー１は、テーパ状の載置部１ａを有し、載置部１ａがシリコンウェーハの外周部５ｂを支持して、シリコンウェーハ５をトレー１に載置する。
シリコンウェーハの外周部を支持するトレーを用いた場合、シリコンウェーハの非成膜面５ｃとトレー１が接触することなく、シリコンウェーハを支持するので、接触傷の発生を大幅に低減することができる。
しかしながら、本発明者らの実験によれば、シリコンウェーハの外周部を支持するトレーを用いた場合、常圧ＣＶＤ法により成膜する際に加熱すると、トレー１からシリコンウェーハ外周部５ｂへの熱伝導により、シリコンウェーハの外周部付近の表面温度が上昇し、シリコンウェーハの成膜面５ａにおける温度分布がばらついてしまい、成膜する酸化膜厚みが不均一となる不具合があることが判明した。具体的には、表面温度の上昇は酸化膜の成長速度を増加させるので、シリコンウェーハの成膜面５ａに成膜された酸化膜は、中心部が薄く、外周部付近が厚くなる。
このため、成膜した酸化膜を層間絶縁膜として用いるデバイス工程において、酸化膜厚みが不均一なシリコンウェーハを使用した場合、酸化膜上に形成されるデバイス特性を大きく低下させてしまう問題がある。
また、近年、高いフラットネスを有するエピタキシャルシリコンウェーハの提供が求められており、使用するシリコンウェーハの酸化膜厚みが不均一な場合には、その後に形成されるエピタキシャルウェーハのフラットネスを悪化させてしまう問題がある。
さらに、前述したようにエピタキシャル層を形成させるシリコンウェーハ表面に傷があると、形成されたエピタキシャル層内に欠陥が発生するおそれがある。このため、酸化膜を形成した後、エピタキシャル成長処理を行う前に非成膜面を片面研磨して酸化膜や傷などを除去する操作が実施される。
ところが、片面研磨処理する際、成膜面を保持して非成膜面側が片面研磨されることから、酸化膜厚み分布が不均一であるとウェーハが弾性変形したまま保持され、研磨後に不均一な酸化膜厚み分布が非成膜面に転写されるので、シリコンウェーハのフラットネスが悪化することになる。このフラットネスの悪化は、研磨量が増大するほど大きく、その後に形成するエピタキシャルウェーハのフラットネスにも影響することになる。
特開平１１−３２９９８３号公報
前述の通り、常圧ＣＶＤ法による酸化膜の形成で使用される従来のトレーでは、シリコンウェーハの非成膜面に接触傷が発生する問題や、シリコンウェーハ上に形成される酸化膜の厚み分布が不均一になる問題があった。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、常圧ＣＶＤ法による成膜に用いた際に、シリコンウェーハの非成膜面に接触傷が発生することなく、シリコンウェーハ上に成膜される酸化膜の厚み分布を均一にできるＣＶＤ用トレーおよびそれを用いた成膜方法を提供することを目的としている。
本発明者らは、上記問題を解決するため、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、トレー本体と、このトレー本体に架設されてシリコンウェーハを支持する支持部材とでトレーを構成し、支持部材にシリコンウェーハを直接載置する載置部を設けるとともに、載置部がトレー本体から離間された載置部下面を有することにより、シリコンウェーハ上に形成される酸化膜の厚み分布を均一にできることを知見した。
また、載置部を傾斜面で形成し、その内円周側が載置されるシリコンウェーハと距離を設けて相対向するトレー本体の面に近づくように配設し、この載置部によりシリコンウェーハの外周部を支持することにより、シリコンウェーハに接触傷を発生させることなく、シリコンウェーハ上に形成される酸化膜厚み分布を均一にできることを明らかにした。
さらに、トレーを支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造とすることにより、シリコンウェーハ上に形成される酸化膜の厚み分布をより均一にできることを知見した。
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）〜（１２）のＣＶＤ用トレー、および下記（１３）の成膜方法を要旨としている。
（１）ＣＶＤ法による成膜に用いられ、トレー本体と、このトレー本体に架設されてシリコンウェーハを支持する支持部材とからなるトレーであって、前記支持部材には前記シリコンウェーハを直接載置する載置部が設けられ、さらに前記載置部は、載置される前記シリコンウェーハと距離を設けて相対向するトレー本体の面から離間された載置部下面を有し、前記トレー本体が前記支持部材を受け入れる凹状の受け入れ部を有し、前記支持部材は、前記受け入れ部内に配置されており、前記受け入れ部が有する内周面を傾斜面とし、その上部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設することを特徴とするＣＶＤ用トレー。
（２）前記トレー本体に凸設部を設け、当該凸設部に前記支持部材を架設する構造を有することを特徴とする上記（１）に記載のＣＶＤ用トレー。
（３）前記支持部材を点接触または線接触を介して、前記トレー本体に架設する構造を有することを特徴とする上記（１）に記載のＣＶＤ用トレー。
（４）ＣＶＤ法による成膜に用いられ、トレー本体と、このトレー本体に架設されてシリコンウェーハを支持する支持部材とからなるトレーであって、前記支持部材には前記シリコンウェーハを直接載置する載置部が設けられ、さらに前記載置部は、載置される前記シリコンウェーハと距離を設けて相対向するトレー本体の面から離間された載置部下面を有し、前記トレー本体が前記支持部材を受け入れる凹状の受け入れ部を有し、前記支持部材は、前記受け入れ部内に配置されており、前記トレー本体の前記面において、前記載置部に相対向する部分に、凹部が形成されていることを特徴とするＣＶＤ用トレー。
（５）上記（４）に記載のトレーが、前記支持部材と前記トレー本体の接触面積を低減する構造を有することを特徴とするＣＶＤ用トレー。
（６）前記接触面積を低減する構造として、前記トレー本体に凸設部を設け、当該凸設部に前記支持部材を架設する構造を有することを特徴とする上記（５）に記載のＣＶＤ用トレー。
（７）前記接触面積を低減する構造として、前記支持部材を点接触または線接触を介して、前記トレー本体に架設する構造を有することを特徴とする上記（５）に記載のＣＶＤ用トレー。
（８）上記（５）に記載のトレーが、さらに前記支持部材を支持する治具を備え、前記接触面積を低減する構造として、前記支持部材を、前記治具による点接触または線接触を介して、前記トレー本体に架設する構造を有することを特徴とするＣＶＤ用トレー。
（９）前記受け入れ部が有する内周面を傾斜面とし、その上部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設することを特徴とする上記（６）に記載のＣＶＤ用トレー。
（１０）前記載置部が、傾斜面で形成され、その内円周側が載置される前記シリコンウェーハと距離を設けて相対向するトレー本体の面に近づくように配設されており、前記シリコンウェーハの外周部を支持することを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれかに記載のＣＶＤ用トレー。
（１１）前記載置部が環状であることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のＣＶＤ用トレー。
（１２）前記載置部がＳｉＣからなることを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のＣＶＤ用トレー。
（１３）シリコンウェーハをトレーに載置した後、シリコンウェーハ上に原料ガスを供給しつつ、前記シリコンウェーハを加熱して、ＣＶＤ法により前記シリコンウェーハ上に成膜する成膜方法であって、前記トレーとして上記（１）〜（１２）のいずれかに記載のＣＶＤ用トレーを用いることを特徴とする成膜方法。
本発明のＣＶＤ用トレーは、トレー本体とシリコンウェーハを支持する支持部材の載置部とを離間することにより、常圧ＣＶＤ法によるシリコンウェーハへの成膜に用いた際に、載置部からシリコンウェーハ外周部への熱伝導を低減し、形成される酸化膜の厚み分布を均一にできる。
また、載置部を傾斜面で形成し、その内円周側が載置されるシリコンウェーハと相対向するトレー本体の面に近づくように配設し、シリコンウェーハの外周部を支持することにより、常圧ＣＶＤ法によるシリコンウェーハへの成膜に用いた際に、シリコンウェーハの非成膜面に接触傷を発生させることなく、形成される酸化膜の厚み分布を均一にできる。
さらに、トレーを支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造とすることにより、トレー本体から支持部材への熱伝導が低減されることから、載置部からシリコンウェーハ外周部への熱伝導をより低減し、形成される酸化膜の厚み分布をより均一にできる。
図１は、本発明のトレー本体と支持部材とからなる実施形態を示す図であり、図１（ａ）はトレー本体が受け入れ部を有する場合、図１（ｂ）は平面状のトレー本体を用い、支持部材を外周で支える場合、図１（ｃ）は平面状のトレー本体を用い、支持部材を中程で支える場合、図１（ｄ）はシリコンウェーハと相対向するトレー本体の面に凹部を設けた場合をそれぞれ示す。 図２は、本発明のトレー本体に凸設部を設ける実施形態を示す図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 図３は、本発明のトレー本体に凸設部を設ける実施形態を示す断面図であり、図３（ａ）は平面状のトレー本体を用いる場合、図３（ｂ）はトレー本体が受け入れ部を有する場合、図３（ｃ）は載置部の下方に凹部を設けた場合をそれぞれ示す。 図４は、本発明の点接触および線接触を介して支持部材を架設する実施形態を示す図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図５は、本発明の線接触を介して支持部材を架設する実施形態を示す断面図であり、図５（ａ）は凹状の受け入れ部を有するトレー本体に線接触を介して架設する場合、図５（ｂ）は平面状のトレー本体に線接触を介して架設する場合をそれぞれ示す。 図６は、本発明の治具による点接触または線接触を介して支持部材を架設する実施形態を示す断面図であり、図６（ａ）は点接触を介して支持部材を架設する場合、図６（ｂ）は線接触を介して支持部材を架設する場合をそれぞれ示す。 図７は、本発明のＣＶＤ用トレーを用いてシリコンウェーハ上に成膜した場合の酸化膜の厚み分布を示す図である。 図８は、従来のシリコンウェーハ外周部を支持するトレーを用いてシリコンウェーハ上に成膜した場合の酸化膜の厚み分布を示す図である。 図９は、接触面積を低減する構造を有するトレーまたは当該構造を有さないトレーを用いてＣＶＤ法により成膜した際に形成された酸化膜の厚み分布を示す図である。 図１０は、従来の載置部がフラットなトレーにシリコンウェーハを載置した状態を示す断面図である。 図１１は、従来のシリコンウェーハの外周部を支持するトレーにシリコンウェーハを載置した状態を示す断面図である。
以下に、本発明のＣＶＤ用トレーの構成例を示すとともに、それを用いた成膜方法について詳細に説明する。
［第１実施形態のＣＶＤ用トレー］
図１は、トレー本体と支持部材とからなる実施形態を示す図であり、図１（ａ）はトレー本体が受け入れ部を有する場合（参考例）、図１（ｂ）は平面状のトレー本体を用い、支持部材を外周で支える場合（参考例）、図１（ｃ）は平面状のトレー本体を用い、支持部材を中程で支える場合（参考例）、図１（ｄ）はシリコンウェーハと相対向するトレー本体の面に凹部を設けた場合（本発明の実施形態）をそれぞれ示す。図１（ａ）〜（ｄ）に示すトレー１は、トレー本体２と、支持部材３とからなり、支持部材３が備える載置部３ｃにより、シリコンウェーハ５を支持して載置する。
図１に示すＣＶＤ用トレーは、ＣＶＤ法による成膜に用いられ、トレー本体２と、このトレー本体２に架設されてシリコンウェーハ５を支持する支持部材３とからなるトレー１であって、支持部材３にはシリコンウェーハ５を直接載置する載置部３ｃが設けられ、さらに載置部３ｃは、載置されるシリコンウェーハと距離を設けて相対向するトレー本体の面２ａから離間された載置部下面３ｄを有することを特徴とする。
シリコンウェーハ５を直接載置する載置部３ｃに下面３ｄを設け、載置部３ｃとシリコンウェーハと相対向するトレー本体の面２ａとを離間することにより、トレー本体２が保持する熱が載置部３ｃに伝導する量を低減できるので、トレー１からシリコンウェーハの外周部５ｂへの熱伝導を低減できる。これにより、常圧ＣＶＤ法による成膜に用いた際にシリコンウェーハの外周部付近の温度上昇を低減し、シリコンウェーハ上に形成される酸化膜の厚みを均一にできる。
支持部材３の載置部３ｃに下面３ｄを設け、載置部３ｃとシリコンウェーハと相対向するトレー本体の面２ａとを離間するために、図１（ａ）〜（ｃ）に示す形態を採用することができる。図１（ａ）は、支持部材を受け入れて架設する凹状の受け入れ部を有するトレー本体を用いた場合の形態を示し、図１（ｂ）および（ｃ）は、平面状のトレー本体を用いた場合の形態を示す。ＣＶＤ用トレーは、図１（ａ）〜（ｃ）に示した形態に限定されず、載置部３ｃとトレー本体を離間させるために種々の構造を採用することができる。
本発明の第１実施形態のＣＶＤ用トレーは、支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造を有するのが好ましい。
前記図１（ａ）〜（ｄ）に示すトレーでは、常圧ＣＶＤ法による成膜に用いた際にトレー本体から支持部材に熱が伝導すると、その熱が支持部材に載置されたシリコンウェーハに伝導するおそれがある。この場合、シリコンウェーハの支持部材の載置部と接触している部分およびその付近が高温となり、シリコンウェーハ上に形成される酸化膜の厚み分布を不均一にする。
ここで、トレー本体から支持部材へ伝導する熱は、トレー本体と支持部材が接触している部分により伝導する熱の割合が大きい。このため、トレーを支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造とすることにより、トレー本体が保持する熱が支持部材に伝導する量を低減することができる。これにより、トレー本体の熱が支持部材に伝導し、シリコンウェーハの支持部材と接触している部分およびその付近の温度上昇を抑えることができ、その結果、シリコンウェーハ上に形成される酸化膜の厚みをより均一にすることができる。
トレー本体と支持部材が接触している部分から伝導する熱により、シリコンウェーハの支持部材と接触している部分およびその付近の温度上昇を抑える方式として、支持部材のトレー本体と接触する部分から載置部までの距離を長くする方式が考えられる。しかし、支持部材のトレー本体と接触する部分から載置部までの距離を長くするには、載置するシリコンウェーハの直径を大きく超える寸法のトレー本体および支持部材を用いる必要がある。
この場合、搬送装置を用いて連続的に成膜するのが一般的な常圧ＣＶＤ法では、トレーが大型化すると生産性が悪化して問題となるとともに、成膜に用いるＣＶＤ装置の大幅な改造が必要となり、設備コストが上昇して問題となる。上述のトレーを支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造とする方式を用いれば、生産性の悪化および設備コストの上昇という問題を発生させることなく、シリコンウェーハ上に形成される酸化膜の厚みをより均一にすることができる。
本発明のＣＶＤ用トレーで、支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造として採用できる実施形態を、以下の第２実施形態〜第３実施形態に示す。
［第２実施形態のＣＶＤ用トレー］
図２は、トレー本体に凸設部を設ける参考例を示す図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図２に示すトレーは、トレー本体２と、トレー本体２に架設されてシリコンウェーハ５を支持する支持部材３とからなる。また、支持部材３は、シリコンウェーハ５を直接載置する載置部３ｃが設けられるとともに、トレー本体２から離間された載置部下面３ｄを有する。
図２、および図３に示すＣＶＤ用トレーは、支持部材３とトレー本体２の接触面積を低減する構造として、トレー本体２に凸設部２ｅを設け、当該凸設部２ｅに支持部材３を架設する構造を有することを特徴とする。図２に示すトレーでは、トレー本体２において支持部材３が架設される部分に、図２（ａ）の上面図に破線で示すように６個の溝２ｆを設けることにより、６個の凸設部２ｅが形成される。このため、架設される支持部材３は、溝２ｆを設けた領域はトレー本体２と接触することなく、凸設部２ｅでトレー本体と接触することから、支持部材３とトレー本体２の接触面積を低減できる。
本発明の第２実施形態のＣＶＤ用トレーでは、トレー本体の支持部材を受け入れて架設する受け入れ部が有する内周面を傾斜面とする。
図３は、トレー本体に凸設部を設ける実施形態を示す断面図であり、図３（ａ）は平面状のトレー本体を用いる場合（参考例）、図３（ｂ）はトレー本体が受け入れ部を有する場合（本発明の実施形態）、図３（ｃ）は載置部の下方に凹部を設けた場合（本発明の実施形態）をそれぞれ示す。図３（ａ）〜（ｃ）に示すトレーでは、図示しないが、前記図２に示すトレーと同様にトレー本体の支持部材が架設される部分に６個の溝を設けることにより、６個の凸設部が形成される。このため、架設される支持部材３は、溝２ｆを設けた領域はトレー本体２と接触することなく、凸設部でトレー本体と接触することから、支持部材とトレー本体の接触面積を低減できる。
このように、トレー本体に凸設部を設け、当該凸設部に支持部材を架設する構造とすることにより、支持部材とトレー本体の接触面積を低減することができる。このため、図２、および図３に示すＣＶＤ用トレーは、常圧ＣＶＤ法によるシリコンウェーハの成膜に用いた際に、形成される酸化膜の厚み分布をより均一にできる。
ＣＶＤ用トレーでは、凸設部は少なくとも３個設ければよい。また、凸設部は、支持部材を安定して架設できる限り、種々の形状とすることができる。
本発明の第２実施形態のＣＶＤ用トレーは、図３（ｂ）に示すように、トレー本体２が支持部材３を受け入れる凹状の受け入れ部を有し、トレー本体の受け入れ部が有する内周面２ｂを傾斜面とし、その上部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設する。これにより、支持部材３は、凹状の受け入れ部が有する内周面２ｂの大部分と接触することなく、内周面と線接触となることから、支持部材３とトレー本体２の接触面積をより低減できる。
トレー本体の受け入れ部の内周面と支持部材の接触面積を低減する構造として、この他に、トレー本体の受け入れ部の内周面を傾斜面とし、その下部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設する構造を採用できる。また、受け入れ部の内周面と接触する支持部材の面を傾斜させる構造や、受け入れ部の内周面または内周面と接触する支持部材の面に複数の溝を設ける構造を採用することもできる。本発明のＣＶＤ用トレーは、トレーの製作が最も容易となり、製造コストを抑えることができることから、トレー本体の受け入れ部の内周面を傾斜面とし、その上部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設する構造を採用するのが好ましい。
［第３実施形態のＣＶＤ用トレー］
図４は、点接触および線接触を介して支持部材を架設する参考例を示す図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図４に示すトレーは、支持部材３を受け入れる凹状の受け入れ部を有するトレー本体２と、トレー本体２に架設されてシリコンウェーハ５を支持する支持部材３とからなる。また、支持部材３は、シリコンウェーハ５を直接載置する載置部３ｃが設けられるとともに、トレー本体２から離間された載置部下面３ｄを有する。
図４、および図５に示すＣＶＤ用トレーは、支持部材３とトレー本体２の接触面積を低減する構造として、支持部材３を点接触または線接触を介して、トレー本体２に架設する構造を有することを特徴とする。図４に示すトレーでは、支持部材３が円柱状の支柱部３ｅを備え、当該支柱部３ｅの下部は円錐体状であり、下端に近づくに従いその断面積が減少する。支柱部３ｅは、図４（ａ）に示すように、載置されるシリコンウェーハ５と同心の円上に所定の角度間隔で６個設けられる。また、トレー本体の受け入れ部が有する内周面２ｂと接触する支持部材の外周面３ｂを、その下部がトレー本体の受け入れ部の内周面から遠ざかるように傾斜させる。
このような支持部材３をトレー本体２に架設すると、支持部材３とトレー本体２は、支持部材３が備える複数の支柱部３ｅの下端による点接触と、支持部材３の傾斜した外周面３ｂによる線接触を介して架設される。このため、支持部材３とトレー本体２の接触面積を低減することができる。図４に示すトレーでは支柱部３ｅを６個設けたが、支持部材３の支柱部３ｅによる点接触を介して支持部材３をトレー本体２に架設する場合は支柱部３ｅを少なくとも３個設ければよい。ＣＶＤ用トレーは、図４に示す実施形態に限定されず、平面状のトレー本体を用いる実施形態や、線接触を介して支持部材を架設する実施形態を採用することができる。
図５は、線接触を介して支持部材を架設する形態を示す断面図であり、図５（ａ）は凹状の受け入れ部を有するトレー本体に線接触を介して架設する場合（本発明の実施形態）、図５（ｂ）は平面状のトレー本体に線接触を介して架設する場合（参考例）をそれぞれ示す。
図５（ａ）に示すトレーは、支持部材３を受け入れる凹状の受け入れ部を有するトレー本体２と、支持部材３とからなる。支持部材３が有する外周の円筒状の支持部３ｆにより、載置部３ｃおよび載置されるシリコンウェーハ５を支持する。図５（ａ）に示すトレーは、トレー本体の凹状の受け入れ部が有する内周面２ｂを傾斜面とし、その上部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設するとともに、支持部材３に設けられた円筒状の支持部の下面３ｇを、その内円周側がシリコンウェーハ５と相対向するトレー本体の面２ａから遠ざかるように傾斜させる。
これにより、図５（ａ）に示すトレーは、支持部材３が有する支持部３ｆの外周面および下面の大部分がトレー本体２と接触することなく、支持部材３が有する円筒状の支持部３ｆの下端との線接触を介してトレー本体２に架設される。このため、支持部材３とトレー本体２の接触面積を低減することができる。
図５（ｂ）に示すトレーは、平面状のトレー本体２と、円筒状の支持部３ｆが設けられた支持部材３からなる。図５（ｂ）に示すトレーでは、支持部材３が有する円筒状の支持部３ｆは、下部で内周面および外周面を傾斜させ、下端に近づくに従いその断面積を減少させる。これにより、図５（ｂ）に示すトレーは、支持部材３が有する円筒状の支持部３ｆの下端と、平面状のトレー本体２との線接触を介して架設される。このため、図５（ｂ）に示すトレーは、支持部材３とトレー本体２の接触面積を低減することができる。
このように、支持部材が点接触または線接触を介して、トレー本体に架設する構造とすることにより、支持部材とトレー本体の接触面積を低減することができる。このため、図４、および図５に示す第３実施形態のＣＶＤ用トレーは、常圧ＣＶＤ法によるシリコンウェーハの成膜に用いた際に、形成される酸化膜の厚み分布をより均一にできる。
［他の参考例のＣＶＤ用トレー］
図６は、治具による点接触または線接触を介して支持部材を架設する形態を示す断面図であり、図６（ａ）は点接触を介して支持部材を架設する場合、図６（ｂ）は線接触を介して支持部材を架設する場合をそれぞれ示す。図６（ａ）および（ｂ）に示すトレーは、トレー本体２と、シリコンウェーハを支持する支持部材３と、支持部材３を支持する治具４とからなる。
図６に示すＣＶＤ用トレーは、支持部材３を支持する治具４を備え、支持部材３とトレー本体２の接触面積を低減する構造として、支持部材３を、治具４による点接触または線接触を介して、トレー本体２に架設する構造を有することを特徴とする。図６（ａ）に示すトレーでは、治具４は円柱状であり、その上部を円錐体状とし、上端に近づくに従い断面積を減少させる。このような円柱状の治具４を、載置されるシリコンウェーハと相対向するトレー本体の面２ａに配置する。図６（ａ）に示すトレーは、図示する２個の円柱状の治具４以外に、載置されるシリコンウェーハ５と同心の円上に所定の角度間隔に、図示しない４個の円柱状の治具４が配置され、支持部材３は計６個の治具を用いて架設される。
図６（ａ）に示すトレーは、トレー本体２に円柱状の治具４を複数配置し、円柱状の治具４に設けられた円錐体状の上端に支持部材３が架設される。したがって、図６（ａ）に示すトレーは、治具４による点接触を介して支持部材３がトレー本体２に架設されることから、支持部材３とトレー本体２の接触面積を低減することができる。図６（ａ）に示すトレーでは６個の治具４を配置したが、治具４による点接触を介して支持部材３をトレー本体２に架設する場合は治具４を少なくとも３個配置すればよい。
図６（ａ）に示すように、トレー本体２が支持部材３を受け入れる凹状の受け入れ部を有する場合、支持部材の外周面３ｂと、トレー本体の凹状の受け入れ部が有する内周面２ｂとの接触面積を低減するため、図６（ａ）に示すように、支持部材の外周面３ｂを傾斜面とし、その下部が受け入れ部の内周面２ｂから遠ざかるように配設するのが好ましい。
ここで、支持部材の外周面を傾斜面とする場合、その上部が受け入れ部の内周面から遠ざかるように配設する方式も採用できる。この上部が受け入れ部の内周面から遠ざかるように配設する方式では、ＣＶＤ法によりシリコンウェーハ上に原料ガスを供給して成膜する際、傾斜面により形成される窪みで原料ガスの流れが乱れ、酸化膜の厚み分布に悪影響を及ぼす懸念がある。
また、トレー本体の受け入れ部が有する内周面２ｂを傾斜面とする方式を採用することもできる。この方式では、受け入れ部の内周面の上部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設すると、上述の傾斜面により形成される窪みで原料ガスの流れが乱れ、酸化膜の厚み分布に悪影響を及ぼす懸念が生じる。一方、受け入れ部の内周面の下部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設することも考えられるが、トレー本体の製作が困難となり、製造歩留りが悪化する。
支持部材の外周面を傾斜面とし、その下部が受け入れ部の内周面から遠ざかるように配設すれば、原料ガス流れの乱れによる酸化膜の厚み分布に対する懸念を解消できるとともに、トレーの製作も容易となる。したがって、支持部材の外周面と、トレー本体の受け入れ部が有する内周面との接触面積を低減するため、支持部材の外周面を傾斜面とし、その下部が受け入れ部の内周面から遠ざかるように配設するのが好ましい。
図６（ｂ）に示すトレーは、円筒状の治具４を用いる。この円筒状の治具４は、支持部材３と接触する治具の上面を傾斜面とし、内円周側がシリコンウェーハ５と相対向するトレー本体の面２ａに近づくように配設する。このような円筒状の治具４をトレー本体２に配置し、治具４により支持部材３を架設すると、支持部材３は円筒状の治具４が有する上面の上端と線接触した状態で架設される。このため、支持部材３とトレー本体２の接触面積を低減することができる。
このように、治具による点接触または線接触を介して、支持部材をトレー本体に架設する構造とすることにより、支持部材が治具を介在させてトレー本体と接触する面積を低減することができる。このため、図６に示すＣＶＤ用トレーは、常圧ＣＶＤ法によるシリコンウェーハの成膜に用いた際に、形成される酸化膜の厚み分布をより均一にできる。
[載置部等に採用するのが好ましい実施形態]
前述した本発明のＣＶＤ用トレーは、下記の実施形態を採用するのが好ましい。
本発明のＣＶＤ用トレーは、シリコンウェーハ５の外周部５ｂを支持するために、載置部３ｃを傾斜面で形成し、その内円周側が載置されるシリコンウェーハ５と距離を設けて相対向するトレー本体の面２ａに近づくように配設するのが好ましい。これにより、シリコンウェーハの非成膜面５ｃとトレーが接触することなく、シリコンウェーハを支持できるので、シリコンウェーハの非成膜面５ｃに接触傷が発生することなく、シリコンウェーハの成膜面５ａに形成される酸化膜の厚みを均一にできるからである。
本発明のＣＶＤ用トレーは、載置部３ｃを環状とするのが好ましい。所定の角度で分割した複数の載置部を用いて、シリコンウェーハの外周部の複数箇所を支持して載置することもできるが、この場合、載置部とシリコンウェーハの間に開口部が生じる。ＣＶＤ法による成膜の際に、開口部から原料ガスがシリコンウェーハ非成膜面５ｃに回り込んで成膜が行われると、シリコンウェーハ成膜面５ａの温度分布が不均一となり、酸化膜厚み分布を悪化させる恐れがある。また、シリコンウェーハ非成膜面５ｃへの成膜量が増大し、その後に行う研磨除去量が増加してしまう。
載置部３ｃを環状とすることにより、シリコンウェーハ５が載置部３ｃと全周にわたって接触するので、原料ガスのシリコンウェーハ非成膜面への回り込みを防止でき、上述した懸念は解消できる。
前述の通り、ＣＶＤ用トレーは、成膜する際の加熱により変形しないこと、およびシリコンウェーハにおけるコンタミネーション発生の原因とならないことが必要とされる。さらに、載置部３ｃからのシリコンウェーハ外周部５ｂへの熱伝導を低減するために、載置部３ｃの厚みは１ｍｍ以下の薄肉構造とするのが好ましい。本発明のＣＶＤ用トレーでは、これらの要件を満たすために、載置部３ｃをＳｉＣで構成することが好ましく、ＳｉＣ単体、あるいはカーボン基材の表面にＣＶＤ法によるＳｉＣ膜を形成したもの、あるいはＣＶＤ法によるＳｉＣ膜単体とするのが好ましいが、上記の要件を満たす材料であれば、載置部３ｃをＳｉＣ以外の材料で構成することもできる。
本発明のＣＶＤ用トレーは、支持部材の上面３ａの高さまたは載置部３ｃの深さを調整して、シリコンウェーハを載置した際に、シリコンウェーハ成膜面５ａと支持部材の上面３ａを同じ高さにするのが好ましい。また、トレー本体が支持部材を受け入れる凹状の受け入れ部を有する場合、シリコンウェーハを載置した際に、シリコンウェーハ成膜面５ａと受け入れ部の上面２ｃを同じ高さにするのが好ましい。支持部材の上面３ａや受け入れ部の上面２ｃとシリコンウェーハ成膜面５ａの高さが異なると、シリコンウェーハ成膜面に供給された原料ガスの流れが乱れ、成膜面５ａに形成される酸化膜の厚みが局所的に厚くまたは薄くなり、厚み分布が不均一となるからである。
前記図１（ｄ）または前記図３（ｃ）に示す本発明のＣＶＤ用トレーでは、載置されるシリコンウェーハと相対向するトレー本体の面であって、載置部の下方に位置する部分に、載置部とさらに離間させる凹部を設ける。前記図１（ｄ）または前記図３（ｃ）に示すように、載置されるシリコンウェーハと距離を設けて相対向するトレー本体の面２ａであって、載置部３ｃの下方に位置する部分に載置部とさらに離間させる凹部２ｄを設けることにより、シリコンウェーハと相対向するトレー本体の面２ａからの輻射熱による載置部３ｃの温度上昇を低減できる。これにより、載置部３ｃからシリコンウェーハ外周部５ｂへの熱伝導をさらに低減し、シリコンウェーハの外周部付近の温度上昇をさらに抑えて、シリコンウェーハ成膜面５ａに形成される酸化膜の厚みをより均一にすることができる。
［ＣＶＤ用トレーを用いた成膜方法］
本発明の成膜方法は、本発明のＣＶＤ用トレーを用いる成膜方法である。前述のとおり、本発明のＣＶＤ用トレーは、シリコンウェーハを支持する支持部材の載置部が、シリコンウェーハと相対向するトレー本体の面２ａと離間された下面を有するトレーであり、使用に際し、従来から慣用されるトレーと操作や取り扱いは何ら変わるところはない。
本発明の成膜方法によれば、トレーからシリコンウェーハへの熱伝導が低減されることにより、シリコンウェーハ上に均一な厚み分布を有する酸化膜を形成できる。しかも、載置部を傾斜面で形成した本発明のＣＶＤ用トレーを用いれば、シリコンウェーハ外周部を支持するので、シリコンウェーハ面内への接触傷の発生を可及的に低減することができる。
本発明のＣＶＤ用トレーおよびそれを用いた成膜方法の効果を確認するため、下記の試験を行った。
［試験条件］
参考例１として、前記図１（ａ）に示すトレーにシリコンウェーハを載置した後、シリコンウェーハを加熱しつつ、シリコンウェーハ上に原料ガスを供給して、常圧下でのＣＶＤ法によりシリコンウェーハ上に酸化膜（ＳｉＯ2）を成膜し、その後、酸化膜の厚みを測定した。
参考例１では、ＣＶＤ法による酸化膜の成膜は、連続式常圧ＣＶＤ装置（ＡＭＡＸ１２００ 天谷製作所製）を用い、シリコンウェーハは直径３００ｍｍのものを供試し、原料ガスをモノシラン（ＳｉＨ4）と酸素（Ｏ2）の混合ガスとし、ＣＶＤ装置内を加熱してシリコンウェーハを４３０℃に加熱し、酸化膜厚みの狙い値を３５００Åとして実験を行った。
酸化膜厚みの測定は、分光エリプソメータを用いてウェーハ外周除外領域を５ｍｍとしてウェーハ面内の１２１箇所を測定した。
比較例１として、前記図１１に示すトレーにシリコンウェーハを載置した後、参考例１と同様に、常圧下でのＣＶＤ法によりシリコンウェーハ上に酸化膜を成膜し、その後、酸化膜厚みを測定した。
［試験結果］
図７は、参考例１により成膜した場合の酸化膜の厚み分布を示す図である。図７に示す厚み分布より、参考例１では酸化膜厚みが３４００Å〜３８００Åに分布し、厚み分布の幅は約４００Åであった。
図８は、従来のシリコンウェーハ外周部を支持するトレーを用いてシリコンウェーハ上に成膜した場合の酸化膜の厚み分布を示す図である。図８に示す厚み分布より、比較例１では酸化膜厚みが３２００Å〜３９００Åに分布し、厚み分布の幅は約７００Åであった。
これらから、参考例１の成膜方法によれば、シリコンウェーハ上に成膜された膜の厚み分布の幅を狭くできること、すなわち、酸化膜厚みを均一にできることが確認できた。
次に、トレーが支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造を有することによる効果を確認するため、下記の試験を行った。
［試験条件］
トレーにシリコンウェーハを載置した後、シリコンウェーハを加熱しつつ、シリコンウェーハ上に原料ガスを供給して、常圧下でのＣＶＤ法によりシリコンウェーハ上に酸化膜（ＳｉＯ２）を成膜し、その後、酸化膜の厚みを測定する試験を行った。本試験では、ＣＶＤ法による酸化膜の成膜は、連続式常圧ＣＶＤ装置（ＡＭＡＸ１２００ 天谷製作所製）を用い、シリコンウェーハは直径３００ｍｍのものを供試し、原料ガスをモノシラン（ＳｉＨ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガスとし、ＣＶＤ装置内を加熱してトレー表面温度を４３０℃に加熱し、酸化膜厚みの狙い値を３５００Åとした。
本発明例１では、支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造として、前記図３（ｂ）に示す、トレー本体２に凸設部を設け、当該凸設部２ｅに前記支持部材を架設する構造を有するトレーを用いた。比較のため、参考例２では、前記図１（ａ）に示す、支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造を有さないトレーを用いた。本発明例１および参考例２ともに支持部材の直径は同じ寸法とした。
本発明例１および参考例２では、分光エリプソメータにより、シリコンウェーハ上に形成された酸化膜厚みを測定した。また、酸化膜厚みの測定は、シリコンウェーハ中心を含む１２１点の多点測定を行い、シリコンウェーハ中心からの距離ごとに平均して整理し、本発明例１および参考例２との比較を行った。この際、ウェーハ外周除外領域を５ｍｍとした。
［試験結果］
図９は、接触面積を低減する構造を有するトレーまたは当該構造を有さないトレーを用いてＣＶＤ法により成膜した際に形成された酸化膜の厚み分布を示す図である。図９では、シリコンウェーハ中心からの距離（ｍｍ）を横軸とし、シリコンウェーハ中心における膜厚との差の割合（％）を縦軸とした。ここで、シリコンウェーハ中心における膜厚との差の割合（％）は、シリコンウェーハ中心の膜厚（Å）に対してシリコンウェーハ中心との膜厚差（Å）が占める割合である。
図９に示す酸化膜の厚み分布より、参考例２では、支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造を有さないＣＶＤトレーを用い、酸化膜の厚みが中心に比べてシリコンウェーハの外周部付近で約８．６％増加した。一方、本発明例１では、支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造を有するＣＶＤトレーを用い、酸化膜の厚みが中心に比べてシリコンウェーハの外周部付近で約１．１％増加した。
これらから、本発明のＣＶＤ用トレーは、支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造を有することにより、シリコンウェーハの中心に比べて外周部付近で酸化膜の厚みが増加するのを低減でき、常圧ＣＶＤ法による成膜に用いた際に形成される酸化膜の厚み分布をより均一にできることが明らかになった。
本発明のＣＶＤ用トレーは、トレー本体とシリコンウェーハを支持する支持部材の載置部とを離間することにより、常圧ＣＶＤ法によるシリコンウェーハへの成膜に用いた際に、載置部からシリコンウェーハ外周部への熱伝導を低減し、形成される酸化膜の厚み分布を均一にできる。
また、載置部を傾斜面で形成し、その内円周側がシリコンウェーハと相対向するトレー本体の面に近づくように配設すれば、常圧ＣＶＤ法によるシリコンウェーハへの成膜に用いた際に、シリコンウェーハの外周部を支持することができ、シリコンウェーハの非成膜面に接触傷を発生させることなく、形成される酸化膜の厚み分布を均一にできる。
さらに、トレーが支持部材とトレー本体の接触面積を低減する構造を有することにより、トレー本体から支持部材への熱伝導が低減されることから、載置部からシリコンウェーハ外周部への熱伝導をより低減し、形成される酸化膜の厚み分布をより均一にできる。
また、本発明の成膜方法によれば、本発明のＣＶＤ用トレーを用いることにより、厚み分布をより均一にしてシリコンウェーハ上に成膜することができる。
したがって、本発明のＣＶＤ用トレーおよびそれを用いた成膜方法は、シリコンウェーハの製造において好適に利用することができる。
１：ＣＶＤ用トレー、 １ａ：載置部、 ２：トレー本体、
２ａ：載置されるシリコンウェーハと相対向する面、
２ｂ：受け入れ部の内周面、 ２ｃ：受け入れ部の上面、 ２ｄ：凹部、
２ｅ：凸設部、 ２ｆ：溝、 ３：支持部材、 ３ａ：支持部材の上面、
３ｂ：支持部材の外周面、 ３ｃ：支持部材の載置部、
３ｄ：載置部下面、 ３ｅ：支柱部、 ３ｆ：支持部、
３ｇ：支持部の下面、 ４：治具、 ５：シリコンウェーハ、
５ａ：成膜面、 ５ｂ：外周部、 ５ｃ：非成膜面

Claims (13)

  1. ＣＶＤ法による成膜に用いられ、トレー本体と、このトレー本体に架設されてシリコンウェーハを支持する支持部材とからなるトレーであって、
    前記支持部材には前記シリコンウェーハを直接載置する載置部が設けられ、
    さらに前記載置部は、載置される前記シリコンウェーハと距離を設けて相対向するトレー本体の面から離間された載置部下面を有し、
    前記トレー本体が前記支持部材を受け入れる凹状の受け入れ部を有し、
    前記支持部材は、前記受け入れ部内に配置されており、
    前記受け入れ部が有する内周面を傾斜面とし、その上部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設することを特徴とするＣＶＤ用トレー。
  2. 前記トレー本体に凸設部を設け、当該凸設部に前記支持部材を架設する構造を有することを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ用トレー。
  3. 前記支持部材を点接触または線接触を介して、前記トレー本体に架設する構造を有することを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ用トレー。
  4. ＣＶＤ法による成膜に用いられ、トレー本体と、このトレー本体に架設されてシリコンウェーハを支持する支持部材とからなるトレーであって、
    前記支持部材には前記シリコンウェーハを直接載置する載置部が設けられ、
    さらに前記載置部は、載置される前記シリコンウェーハと距離を設けて相対向するトレー本体の面から離間された載置部下面を有し、
    前記トレー本体が前記支持部材を受け入れる凹状の受け入れ部を有し、
    前記支持部材は、前記受け入れ部内に配置されており、
    前記トレー本体の前記面において、前記載置部に相対向する部分に、凹部が形成されていることを特徴とするＣＶＤ用トレー。
  5. 請求項４に記載のトレーが、前記支持部材と前記トレー本体の接触面積を低減する構造を有することを特徴とするＣＶＤ用トレー。
  6. 前記接触面積を低減する構造として、前記トレー本体に凸設部を設け、当該凸設部に前記支持部材を架設する構造を有することを特徴とする請求項５に記載のＣＶＤ用トレー。
  7. 前記接触面積を低減する構造として、前記支持部材を点接触または線接触を介して、前記トレー本体に架設する構造を有することを特徴とする請求項５に記載のＣＶＤ用トレー。
  8. 請求項５に記載のトレーが、さらに前記支持部材を支持する治具を備え、
    前記接触面積を低減する構造として、前記支持部材を、前記治具による点接触または線接触を介して、前記トレー本体に架設する構造を有することを特徴とするＣＶＤ用トレー。
  9. 前記受け入れ部が有する内周面を傾斜面とし、その上部が受け入れ部の中心から遠ざかるように配設することを特徴とする請求項６に記載のＣＶＤ用トレー。
  10. 前記載置部が、傾斜面で形成され、その内円周側が載置される前記シリコンウェーハと距離を設けて相対向するトレー本体の面に近づくように配設されており、前記シリコンウェーハの外周部を支持することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のＣＶＤ用トレー。
  11. 前記載置部が環状であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＣＶＤ用トレー。
  12. 前記載置部がＳｉＣからなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のＣＶＤ用トレー。
  13. シリコンウェーハをトレーに載置した後、シリコンウェーハ上に原料ガスを供給しつつ、前記シリコンウェーハを加熱して、ＣＶＤ法により前記シリコンウェーハ上に成膜する成膜方法であって、前記トレーとして請求項１〜１２のいずれかに記載のＣＶＤ用トレーを用いることを特徴とする成膜方法。
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