JP5537766B2

JP5537766B2 - 気相成長装置及び気相成長方法

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Publication number: JP5537766B2
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Inventors: 博信平田; 秀樹荒井
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2007-07-04
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Description

本発明は、気相成長装置及び気相成長方法に係り、特にシリコンウェハ等の半導体基板を載置する基板支持台を改良した気相成長装置及びその装置を用いた気相成長方法に関する。

超高速バイポーラ、超高速ＣＭＯＳ或いはパワーＭＯＳ等の高性能な半導体素子の製造において、不純物濃度や膜厚の制御することができるエピタキシャル成長技術は、素子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膜を成膜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、場合によっては減圧化学気相成長(ＬＰＣＶＤ)法が用いられている。
これらの気相成長方法は、シリコンウェハ等の半導体基板が配置された気相成長反応炉内を、常圧（０．１ＭＰａ（７６０Ｔｏｒｒ））、或いは減圧に保持した状態で、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、リン化合物或いは砒素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、原料ガスの熱分解反応或いは水素還元反応が行なわれ、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、或いは砒素（Ａｓ）がドープされた気相成長膜が成膜される（特許文献１参照）。

また、エピタキシャル成長技術は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等、比較的厚い結晶膜が必要とされる半導体素子の製造に利用される。単純なＭＯＳデバイス等では数μｍ以下の膜厚しか必要ではないのに対し、上述のＩＧＢＴや超高速バイポーラデバイス等のベース層或いは阻止分離層形成には、数十μｍから百数十μｍ以上の膜厚の結晶膜が必要とする。

図１３は、従来の気相成長装置の一例を示す概念図である。また、図１４は、従来の気相成長装置で気相成長を行なった場合の様子を示す拡大断面図である。さらに、図１５は、基板３０１の側面部が基板支持台３０２の内周壁面３１０と接触した状態で気相成長を行なったときの様子を示した拡大断面図である。
基板支持台３０２は、チャンバ３０３外に設けられた図示しない回転機構に接続する回転胴３１６の上部に取り付けられている。回転胴３１６は、半導体基板３０１を直交する中心線を軸として回転し、これに付随して基板支持台３０２に載置した半導体基板３０１が回転する。
また、基板支持台３０２は、例えば、そのに凹部３０８を有し、且つ凹部３０８の中央部に、凹部３０８の内径より小さい直径で形成された貫通した開口部３０９を有するリング状の部材で構成されている。凹部３０８は、所定の深さに形成され、基板３０１は凹部３０８の底面で支持される。支持台３０２の直下に設けられたヒータ３０４は、支持台３０２が開口されているために、より基板３０１を加熱しやすい構成になっている。かかる状態で基板３０１を回転させながら、結晶膜の原料成分を含んだプロセスガスを、ガス供給部３０５から供給する。この時、ガス供給部３０５の直下にシャワーヘッド３０６が設けられているため、基板３０１に対して均等にプロセスガスを供給することができる。そして、加熱された基板３０１表面において熱分解反応或いは水素還元反応によって、シリコン結晶膜を成膜させる。なお、結晶膜の成膜に不要になったガスは、ガス排気部３０７から排気される。
特開平９−１９４２９６号公報

ところで、上述した従来の気相成長装置を用いて、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳの製造に必要な数十μｍ以上の結晶膜を成膜させる場合、しばしば半導体基板３０１が基板支持台３０２に貼りついてしまうという問題がある。
凹部３０８の底面に載置された半導体基板３０１は、図１４に示すように、半導体基板３０１の側面部から下面部にかけて成膜された結晶膜３２０ａと、基板支持台３０２の表面から凹部３０８の底面にかけて成膜された結晶膜３２０ｂとが接触し、特に半導体基板３０１の端部で、比較的厚い結晶膜３２０ｃ（図１４太斜線部）が成膜される。その厚い結晶膜３２０ｃによって、半導体基板３０１が基板支持台３０２に貼りついてしまう。ここで、半導体基板３０１表面、凹部３０８の底面、基板支持台３０２の内周壁面３１０及び上面への成長速度は、半導体基板３０１表面、基板支持台３０２の上面が大きく、半導体基板３０１の側面部、基板支持台３０２の内周壁面３１０及び凹部３０８の底面が小さい。しかしながら、半導体基板３０１の裏面側端部と、凹部３０８の底面の成長が重畳するため、上述したように、半導体基板３０１の裏面端部に比較的厚い結晶膜３２０ｃが形成されてしまう。この結晶膜３２０ｃは、比較的厚いだけでなく、基板３０１の裏面奥深くにまで入り込み、半導体基板３０１の裏面と凹部３０８との強固な貼りつきを生じさせる。

基板支持台３０２が高速回転しているために生じる遠心力等を受け、半導体基板３０１が略水平方向に遊動すると、図１５に示すように、基板支持台３０２の内周壁面３１０（基板支持台３０２上部の内側面）と半導体基板３０１の側面部とが接触した状態になってしまう。この状態で気相成長が行なわれると、半導体基板３０１の裏面と凹部３０８との貼りつきだけでなく、半導体基板３０１の側面部と基板支持台３０２の内周壁面３１０との接触面に比較的厚い結晶膜３２０ｃ´が生成される。そのため、半導体基板３０１の裏面部、側面部双方に比較的厚い結晶膜３２０ｃ及び３２０ｃ´を伴う貼りつきが生じてしまい、半導体基板３０１を基板支持台３０２から取り外すことがより一層困難になる。

上述したように、従来の気相成長装置は、半導体基板３０１の裏面部及び側面部と基板支持台３０２とが貼りつくことによって気相成長装置の生産性や作業効率を低下させるという問題があった。

本発明は、かかる問題点を克服し、気相成長を行なって結晶膜を成膜させる半導体基板の基板支持台への貼りつきを低減させる気相成長装置及び気相成長方法を提供するものである。

本発明の気相成長装置は、
気相成長を行なう空間を形成するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持台と、
前記チャンバ内に気相成長によって成膜するためのプロセスガスを供給するガス供給部と、
成膜後のプロセスガスを前記チャンバ内から排気するガス排気部とを備えた気相成長装置であって、
前記基板支持台は、その中央部に凹部が形成された円板状の部材、或いは、前記基板支持台の中央部に凹部が形成され且つその底面中央部に開口部が形成されたリング状の部材で構成され、
前記基板支持台の内周壁面には、前記内周壁面から内側に突出するように形成された環状の第１の凸部が設けられ、
前記第１の凸部は、断面が三角形状をしている環状の凸部であり、
前記基板支持台の前記凹部の底面から上方に向かって形成された第２の凸部が設けられていることを特徴とする。

本発明の気相成長装置は、
気相成長を行なう空間を形成するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持台と、
前記チャンバ内に気相成長によって成膜するためのプロセスガスを供給するガス供給部と、
成膜後のプロセスガスを前記チャンバ内から排気するガス排気部とを備えた気相成長装置であって、
前記基板支持台は、その中央部に凹部が形成された円板状の部材、或いは、前記基板支持台の中央部に凹部が形成され且つその底面中央部に開口部が形成されたリング状の部材で構成され、
前記基板支持台の内周壁面には、前記内周壁面から内側に突出するように形成された環状の第１の凸部が設けられ、
前記第１の凸部は、前記基板支持台の円周方向に対して等間隔に複数箇所配置され、
前記基板支持台の前記凹部の底面から上方に向かって形成された第２の凸部が設けられていることを特徴とする。

上述の第２の凸部は、円筒状、角柱状、角錐状、円錐状、半球状のいずれかの形状であることが好適である。

上述の第２の凸部は、略等間隔に設けられることが好適である。

本発明の気相成長方法は、
気相成長を行なう空間を形成するチャンバと、
チャンバ内に配置された基板支持台と、
チャンバ内に気相成長によって成膜するためのプロセスガスを供給するガス供給部と、
成膜後のプロセスガスをチャンバ内から排気するガス排気部とを備えた気相成長装置であって、
基板支持台は、その中央部に凹部が形成された円板状の部材、或いは、基板支持台の中央部に凹部が形成され且つその底面中央部に開口部が形成されたリング状部材で構成され、
基板支持台の内周壁面に、内周壁面から内側に突出するように形成された環状の第１の凸部が設けられ、
基板支持台の凹部の底面から上方に向かって形成された第２の凸部が設けられていることを特徴とする気相成長装置を用いて、基板支持台に載置される基板上に気相成長を行うことを特徴とする。

本発明によれば、気相成長時に半導体基板の側面部或いは裏面部に成膜される結晶膜と、半導体基板が載置される基板支持台に成膜される結晶膜とが接触する面積を小さくすることができる。その結果、気相成長時の半導体基板の基板支持台への貼りつきを低減させることができる。

実施形態１
まず、実施形態１について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態の気相成長装置を示す概念図である。
図１に示す気相成長装置１００には、半導体基板の一例であるウェハ１０１を載置する基板支持台の一例であるホルダ１０２を収容するチャンバ１０３が備えられている。ホルダ１０２は、チャンバ１０３外に設けられた図示しない回転機構と接続する回転胴１１６の上部に取り付けられている。回転胴１１６は、ウェハ１０１を直交する中心線を軸として回転し、これに付随してホルダ１０２に載置されたウェハ１０１も回転する。
ホルダ１０２の直下には、ホルダ１０２に載置されたウェハ１０１を裏面から加熱するようにヒータ１０４が配置されている。
チャンバ１０３の上部には、加熱されたウェハ１０１表面に結晶膜を生成するための原料成分を含むプロセスガスをチャンバ１０３内に供給するガス供給部１０５が備えられている。ガス供給部１０５は、ホルダ１０２の上方にウェハ１０１表面と対向して配置されたシャワーヘッド１０６と連結し、ウェハ１０１表面にプロセスガスを均等に供給する。
また、チャンバ１０３下部には、結晶膜の成膜に不要になったプロセスガスをチャンバ１０３外へと排気するガス排気部１０７が備えられている。

そして、チャンバ１０３内を常圧、あるいは図示しない真空ポンプによって所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で、ウェハ１０１をヒータ１０４で加熱し、ホルダ１０２の回転によりウェハ１０１を所定の回転数で回転させながら、チャンバ１０３内にプロセスガスをガス供給部１０５からシャワーヘッド１０６を介して供給する。そして、加熱されたウェハ１０１の表面でプロセスガスの熱分解或いは水素還元反応を行なって、ウェハ１０１表面に結晶膜を成膜させる。
図１では、実施形態１を説明する上で必要な構成以外を省略しており、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。

図２は、本実施形態のウェハ１０１及びホルダ１０２を拡大した断面図である。また、図３は、本実施形態のホルダ１０２の上面図である。
ホルダ１０２は、円板状の部材の中央部に所定の深さの凹部１０８が形成され、且つ、凹部１０８の底面中央部に、凹部１０８の内径より小さい直径で開口部１０９が形成される。即ち、ホルダ１０２は、リング状に構成されているため、ホルダ１０２の直下に配置されたヒータ１０４によってウェハ１０１を加熱しやすい構成である。

図４は、本実施形態のホルダの１０２の形状を説明するために示す概念図である。ここで、第１の凸部１１０について図に基づいて説明する。
ホルダ１０２には、凹部１０８が形成されているため、所定の高さの内周壁面が形成されている。この内周壁面には、ウェハ１０１の側面部１１５を全周にわたって取り囲むように近接して配置された第１の凸部１１０が形成されている。第１の凸部１１０の断面の形状は、ホルダ１０２の内側に向いた三角形状に形成されている。即ち、第１の凸部１１０は、ホルダ１０２の内周壁面から内側に突出するように形成されている。

ここで、所定の傾斜角がつけられた第１の凸部１１０を形成する三角形の二つの斜辺のうち、その上部を凸部上面部１１２、下部を凸部下面部１１３とする。凸部上面部１１２及び凸部下面部１１３のホルダ１０２の中心方向寄りの共通の端部が第１の凸部１１０の先端部１１４であり、ウェハ１０１の側面部１１５と対向する。そして、先端部１１４はウェハ１０１の直径よりも僅かに大きい円環状の稜線を形成する。

ウェハ１０１がホルダ１０２の回転による遠心力等を受けた場合、ウェハ１０１はウェハ１０１の表面に対して略水平の何れかの方向に遊動する。このとき、図４に示すように第１の凸部１１０の先端部１１４がウェハ１０１の側面部１１５と接触し、ウェハ１０１の略水平方向への遊動を拘束することができる。ここで、ホルダ１０２は第１の凸部１１０の先端部１１４でウェハ１０１の側面部１１５と接触している。このため、ホルダ１０２は接触面積の小さな線接触でウェハ１０１を支持する。

図５は、ウェハ１０１と第１の凸部１１０が接触した状態で気相成長を行なった場合の様子を示した概念図である。
図５に示すように、ウェハ１０１と第１の凸部１１０とが接触した場合では、互いに接触する面積は小さい。したがって、先端部１１４とウェハ１０１の側面部１１５とが接触した状態で気相成長を行なっても、ウェハ１０１表面に成膜された結晶膜とホルダ１０２に生成された結晶膜との接触する領域も小さい。そのため、ウェハ１０１の側面部１１５でのホルダ１０２への貼りつきを低減させることができる。また、貼りつきが生じたとしても、接触する結晶膜の領域が小さいため、ホルダ１０２からウェハ１０１を取り外すことはたやすい。

次に、第１の凸部１１０の先端部１１４の配置すべき位置について説明する。
図４に示す先端部１１４の位置の高さの値を、凹部１０８の底面１１７から先端部１１４までの距離Ａ_１から、第２の凸部１１１の高さＢ_１を除いた距離Ｘ_１（ウェハ１０１下端からウェハ１０１と先端部１１４との接点の高さ位置までの距離）とする。
ウェハ１０１の厚みをｔとしたとき、先端部１１４の位置の高さＸ_１は０．３ｔ≦Ｘ_１≦０．５ｔとすると好適である。具体的には、例えば直径２００ｍｍのウェハの場合、厚さｔは０．７２５ｍｍであるので、Ｘ_１の範囲は０．２１７５ｍｍ（２１７．５μｍ）以上０．３６２５ｍｍ（３６２．５μｍ）以下となる。この状態でウェハ１０１の側面部１１５と先端部１１４とが接触したとき、安定してウェハ１０１の側面部を支持することができる。即ち、上述した範囲以外の高さに先端部１１４を設けると、先端部１１４と曲面状であるウェハ１０１の側面部１１５とを接触させても、ウェハ１０１の表面に対して略水平方向の遊動を拘束することができない。

先端部１１４の高さＸ_１の値が０．５ｔを上回った状態でウェハ１０１の側面部１１５がホルダ１０２と接触すると、凸部下面部１１３と底面１１７との間の空間にウェハ１０１がもぐり込む状態となる。また、Ｘ_１の値が０．５ｔを上回り、１．０ｔに近い値の場合では先端部１１４はウェハ１０１の側面部１１５と接触せず、ウェハ１０１の側面部１１５と凸部下面部１１３とが接触してしまうことになる。
この状態では、気相成長終了後にウェハ１０１を搬出する際に第１の凸部１１０自体が障害となり、ホルダ１０２から取り外しにくくなってしまう。また、ウェハ１０１とホルダ１０２とが面接触してしまっては、ホルダ１０２の内周壁面に第１の凸部１１０を設ける意義が失われてしまう。

また、先端部１１４の高さＸ_１の値が０．３ｔを下回ると、先端部１１４はウェハ１０１の側面部１１５と対向する状態で接触させることができない。即ち、ウェハ１０１は凸部上面部１１２に乗り上げた状態となり、先端部１１４はウェハ１０１の側面部１１５を支持できなくなる。すると、ウェハ１０１が安定して載置された状態で気相成長を行なえなくなり、良質な結晶膜を成膜できなくなる。さらに、最悪の場合には、回転するホルダ１０２にはね飛ばされ、ウェハ１０１を破損させてしまう。
更に、Ｘ_１の値が０に近い場合では先端部１１４はウェハ１０１の側面部１１５と接触できず、ウェハ１０１の側面部１１５と凸部上面部１１２とが接触してしまう。ウェハ１０１とホルダ１０２とが面接触してしまっては、Ｘ_１の値が高すぎる場合と同様に、ホルダ１０２の内周壁面に第１の凸部１１０を設ける意義が失われてしまう。

次に、凸部上面部１１２と凸部下面部１１３の傾斜角について説明する。この説明のために、ウェハ１０１と第１の凸部１１０の接点である先端部１１４を通り、凹部１０８の底面１１７に対し垂直の仮想的な直線Ｖを設定し、図４に示した。

凸部上面部１１２が成す直線Ｌ_１と直線Ｖとによって形成される傾斜角Ｙは、０°≦Ｙ≦９０°とすると好適である。
また、凸部下面部１１３が成す直線Ｌ_２と直線Ｖとによって形成される傾斜角Ｚは、０°＜Ｚ≦４５°とすると好適である。
上述した範囲の傾斜角が付けられた凸部上面部１１２と凸部下面部１１３が形成する第１の凸部１１０は、ウェハ１０１の側面部１１５を線接触のような小さい接触面積で支持する。そのため、図５に示すように、ウェハ１０１の側面部１１５とホルダ１０２とが接触している状態で気相成長を行なっても、ウェハ１０１のホルダ１０２への貼りつきを低減させることができる。

さらに、第１の凸部１１０の他の態様について説明する。
図６は本実施形態のホルダ１０２の他の態様の一例を上方から示した概念図である。
第１の凸部１１０は、ホルダ１０２に載置されたウェハ１０１を支持するとき、より少ない接触面積で支持することが望ましい。このため、第１の凸部１１０とウェハ１０１との接触面積を更に少なくするため、図６に示すように等間隔に複数箇所第１の凸部１１０ａを配置してもよい。第１の凸部１１０は、円環状であり、円形のウェハ１０１に対して所定の領域の線接触で支持することができる。しかし、ここで図示したホルダ１０２の内周壁面に等間隔に複数個配置する第１の凸部１１０ａは、線接触する領域が更に小さくなる。これにより、ウェハ１０１の側面部１１５とホルダ１０２との貼りつきをより一層低減させることができる。

次に、第２の凸部について説明する。
図２及び図３に示すように、凹部１０８の底面１１７にはウェハ１０１を裏面から接触して支持する第２の凸部１１１が設けられている。

第２の凸部１１１は、凹部１０８の底面１１７から垂直上向きに配置された円筒形状に形成され、平坦に形成された頂面（円筒上面）がウェハ１０１の裏面に接触する。そして、図３に示すように、第２の凸部１１１は、凹部１０８の底面１１７の略等間隔の位置に複数個配置される。これにより、第２の凸部１１１はウェハ１０１を安定して支持することができる。
このとき、第２の凸部１１１の直径φは０．５ｍｍから２ｍｍ程度とすると好適である。

従来の気相成長装置に比べ、第２の凸部１１１がウェハ１０１の裏面を支持する本実施形態では、ウェハ１０１の裏面とホルダ１０２との接触する面積が小さい。したがって、ウェハ１０１のホルダ１０２への貼りつきを低減させることができる。
また、ウェハ１０１が第２の凸部１１１との接触部分においてホルダ１０２と貼りついたとしても、互いに接触している結晶膜の領域が小さいため、貼りつきは強固ではない。そのため、ウェハ１０１をホルダ１０２から取り外すことはたやすく、取り外す際にウェハ１０１を破損しにくい。
さらに、ウェハ１０１の表面や側面部１１５に生成された比較的薄い結晶膜の部分に、ウェハ１０１とホルダ１０２との貼りつきに起因する傷がつくと、その後の作業工程において、この傷がきっかけとなってウェハ１０１を破損させることがある。しかし、本実施形態においては、貼りつきの起こる部分がウェハ１０１の裏面であるため、その後の作業工程においてウェハ１０１が破損する虞を低減させることができる。

ここでは、底面１１７に第２の凸部１１１が略等間隔に３箇所配置されているが、配置される数はこれに限らず、３箇所以上であれば構わない。第２の凸部１１１の配置される個数が多いほど、ウェハ１０１とホルダ１０２との摩擦抵抗が高まり、ホルダ１０２の回転時にウェハ１０１表面に対しての略水平方向への遊動を抑止することができる。また、第２の凸部１１１の配置される個数が３箇所に近いほど、ウェハ１０１と第２の凸部１１１付近に生成された結晶膜同士の接触領域を小さくすることになり、ウェハ１０１とホルダ１０２との貼りつきを低減させる。また、接触面積が小さいということは、ウェハ１０１からホルダ１０２へと放熱する部分が小さいということと同義である。このため、ウェハ１０１の面内で局所的に温度低下する領域を低減し、成膜される結晶膜の膜厚の均一性の向上にも寄与する。

ここで、図４に示すように、第２の凸部１１１の高さは、ウェハ１０１の側面部１１５と、第１の凸部１１０の先端部１１４との接点から凹部１０８の底面１１７までの距離Ａ_１に対し、８分の１以上、５分の１以下とすると好適である。
即ち、第２の凸部１１１の高さが上述の範囲内であれば、高性能な半導体素子を製造する際に必要とされる膜厚の大きな結晶膜を生成させても、凹部１０８の底面１１７に生成される結晶膜がウェハ１０１の裏面に到達して、ウェハ１０１とホルダ１０２とが貼りつくことはない。
つまり、第２の凸部１１１は、ウェハ１０１に生成させる結晶膜の厚さ以上の高さに形成されていることが望ましい。

また、第２の凸部１１１の高さは成膜する結晶膜の厚さ以上に形成するとしても、通常使用するウェハの厚みと同等、或いはそれ以上というように、極端に高く形成されることは現実的にあり得るものではない。第２の凸部１１１が高すぎると、第１の凸部１１０によって略水平方向への遊動を拘束することができなくなってしまう。

上述した範囲内の高さの第２の凸部１１１を設けることにより、所定の膜厚の結晶膜をウェハ１０１表面に生成させながらにして、ホルダ１０２の裏面との貼りつきを低減させることができる。

図７は、本実施形態のホルダ１０２の他の態様の一例及び載置されたウェハ１０１の断面図である。また、図８は、図７に示すホルダ１０２の上面図である。
図７に示すように、凹部１０８の底面１１７に形成された第２の凸部１１１ａの断面は、上向きに形成された三角形状であり、ウェハ１０１の裏面と第２の凸部１１１ａの頂点を接触させて支持する。そして、図８に示すように、第２の凸部１１１ａは凹部１０８の底面１１７に円環の稜線状に形成される。

この態様の第２の凸部１１１ａは、円筒形状である第２の凸部１１１に比べ、ウェハ１０１との接触面積が更に小さくなる。そのため、気相成長時のウェハ１０１の裏面とホルダ１０２との貼りつきが起きる領域をより一層低減させることができる。

さらに、図９は、本実施形態のホルダ１０２の他の態様の一例及び載置されたウェハ１０１の断面図である。そして、図１０は、図９に示すホルダ１０２の上面図である。
図９に示すように、底面１１７に形成された第２の凸部１１１ｂは、三角柱の長方形の一面を底面１１７に接する状態で形成されている。そして、図１０に示すように、第２の凸部１１１ｂは凹部１０８の底面１１７に略等間隔に６箇所配置される。第２の凸部１１１ｂは、ホルダ１０２の中心に対して放射状に配置されることによって、ウェハ１０１を安定して支持することができる。

この態様の第２の凸部１１１ｂは、円筒形状である第２の凸部１１１に比べて、ウェハ１０１との接触面積を小さくすることができ、気相成長時のウェハ１０１とホルダ１０２との貼りつきをより一層低減させることができる。
この態様では第２の凸部１１１ｂを６箇所配置されているが、上述した円筒形の第２の凸部１１１と同様に３箇所以上配置されてあればよい。第２の凸部１１１ｂを配置する個数の多少による特徴は、上述した円筒形の第２の凸部１１１に対して述べた説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。

つまり、第２の凸部１１１の形状は、ウェハ１０１を安定して支持することができる個数及び範囲を備え、尚且つ従来の形態のようにウェハ１０１の裏面と広く面接触しない形状に形成されていることが重要である。例えば、図１１の（１）に示す四角柱、（２）に示す円錐形、（３）に示す円錐の頂点を略水平の面で切り取り、円形の上面を形成した台形状の立体、（４）に示す三角錐、（５）に示す半球等の様々な形状の態様を用いても良い。また、様々な形状の第２の凸部は、第２の凸部１１１ａのように連続した環状に形成されていてもよい。

そして、気相成長反応炉となるチャンバ１０３内を常圧或いは所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で、ウェハ１０１をヒータ１０４で加熱する。回転胴１１６の回転に伴うホルダ１０２の回転により所定の回転数でウェハ１０１を回転させながら、シャワーヘッド１０６を介してガス供給部１０５がシリコン源となるプロセスガスをチャンバ１０３内に供給する。

凹部１０８の深さｄは、ウェハ１０１の厚さｔと第２の凸部１１１の高さＢ_１を足したものと同一であるか、それ以下であることが望ましい。
ウェハ１０１表面に供給されたプロセスガスはウェハ１０１表面に沿って略水平に流れる。このとき凹部１０８の深さｄがｔ＋Ｂ_１と同一以下であれば、ホルダ１０２の内周壁面がプロセスガスの流れを妨げず、乱流しない。

そして、ヒータ１０４によって加熱されたウェハ１０１表面でプロセスガスを熱分解或いは水素還元反応させることによって、ウェハ１０１の表面に結晶膜を成膜させる。
このとき、上述した本実施形態の特徴によって、長時間、或いは膜厚の大きい結晶膜を成膜させる気相成長を行なっても、ウェハ１０１がホルダ１０２に貼りつきにくくすることができる。

実施形態２．
図１２は本実施形態のホルダ２０２の形状を説明するために示す概念図である。
本実施形態のウェハ２０１は側面部２１５が平坦な面及びウェハ２０１表面に対し、所定の角度が付けられた複数の斜面を組み合わせて構成されている。ウェハ２０１をホルダ２０２に載置したとき、ホルダ２０２の側端部である平坦な側面部２１５は、ウェハ２０１の表面及び凹部２０８の底面２１７に対し略垂直である。

ホルダ２０２の内周壁面にはウェハ２０１の平坦な側面部２１５を全周にわたって取り囲むように近接して対向する第１の凸部２１０が形成されている。第１の凸部２１０の断面の形状は、ホルダ２０２の内側に向いた三角形状に形成されている。即ち、ホルダ２０２の内周壁面から内側に突出するように形成されている。

ここで、所定の傾斜角がつけられた第１の凸部２１０を形成する三角形の二つの斜面のうち、その上部を凸部上面部２１２、下部を凸部下面部２１３とする。凸部上面部２１２及び凸部下面部２１３はホルダ２０２の中心方向寄りの共通の端部が第１の凸部２１０の先端部２１４であり、ウェハ２０１の平坦な側面部２１５と対向する。そして、先端部２１４はウェハ２０１の直径よりも僅かに大きい円環状の稜線を形成する。

ウェハ２０１がホルダ１０２の回転による遠心力等を受けた場合、ウェハ２０１はウェハ２０１の表面に対して略水平の何れかの方向に遊動する。このとき、先端部２１４はウェハ２０１の平坦な側面部２１５と接触し、ウェハ２０１の表面に対して略水平方向への遊動を拘束することができる。ここで、ホルダ２０２はウェハ２０１の側面部２１５を接触面積の小さな線接触で支持する。

このため、気相成長中にウェハ２０１の平坦な側面部２１５と第１の凸部２１０の先端部２１４とが接触した状態になったとしても、ウェハ２０１の表面に成膜される結晶膜と、ホルダ２０２に生成される結晶膜との接触する領域は小さい。そのため、ウェハ２０１のホルダ２０２への貼りつきを低減させることができる。また、貼りつきが生じたとしても、接触する結晶膜の領域が小さいため、ホルダ２０２からウェハ１０１を取り外すことはたやすい。

次に、第１の凸部２１０の先端部２１４を配置すべき位置について説明する。
図１２に示す先端部２１４の位置の高さの値を、凹部２０８の底面２１７から先端部２１４までの距離Ａ_２から、第２の凸部２１１の高さＢ_２を除いた距離Ｘ_２（ウェハ２０１下端からウェハ２０１の平坦な側面部２１５と先端部２１４との接点の高さ位置までの距離）とする。
このとき、先端部２１４の位置の高さＸ_２は、０．３ｔ≦Ｘ_２≦０．７ｔとすると好適である。即ち、先端部２１４がウェハ２０１の平坦な側面部２１５を捉えることができる範囲である。具体的には、例えば直径２００ｍｍのウェハの場合、厚さｔは０．７２５であるので、Ｘ_２の範囲は０．２１７５ｍｍ（２１７．５μｍ）以上０．５０７５ｍｍ（５０７．５μｍ）以下となる。この状態であれば、先端部２１４が平坦な側面部２１５に対向する状態で接触するため、ウェハ２０１を安定して支持することができる。
但し、気相成長に用いるウェハによって側面部の平坦な側面部の大きさが変わる場合には、これに則して先端部２１４の位置を変えればよい。つまり、ウェハ２０１の平坦な側面部２１５と先端部２１４とが対向して配置されていれば良い。

ここで、先端部２１４の高さＸ_２の値が０．７ｔを上回ると、先端部２１４は平坦な側面部２１５と対向する状態で接触することができない。即ち、ウェハ２０１が凸部下面部２１３と底面２１７の間の空間にもぐりこむ状態となってしまう。この状態では、気相成長終了後にウェハ２１０を搬出する際に、第１の凸部２１０自体が障害となり、ホルダ２０２から取り外しにくくなってしまう。これでは、第１の凸部２１０をホルダ２０２の内周壁面に設ける意義が失われてしまう。

また、先端部２１４の高さＸ_２の値が０．３ｔを下回ると、先端部２１４はウェハ２０１側面部２１５と対向する状態で接触することができない。即ち、ウェハ２０１は凸部上面部２１２に乗り上げた状態となり、先端部２１４はウェハ２０１のウェハ側面部２１５を支持することができなくなる。すると、ウェハ２０１は安定した状態で気相成長を行なえなくなり、良質な結晶膜を成膜できなくなる。さらに、最悪の場合には、回転するホルダ２０２にはね飛ばされ、ウェハ２０１を破損させてしまう。

本実施形態で用いるウェハ２０１は、側面部２１５に平坦な面を有するため、第１の凸部２１０に設ける先端部２１４の高さ位置の範囲はこれに準ずる。
よって、本実施形態では第２の凸部２１１の高さは、先端部２１４の高さＸ_２の１１分の１以上、５分の１以下とすると好適である。先端部２１４の高さＸ_２の値が０．７ｔに近ければ、これに対する第２の凸部２１１の高さの比率は小さいものとなり、０．３ｔに近ければ、これに対する第２の凸部２１１の高さの比率は大きいものとなる。言い換えれば、実施形態１に述べた第２の凸部１１１の高さＢ_１と実施形態２に用いる第２の凸部２１１の高さＢ_２は実質的に同一でも良い。ここでは、第２の凸部２１１の高さＢ_２を説明するために用いた先端部２１４の位置の範囲が実施形態１の先端部１１４の範囲に比べて広いため、相対的に第２の凸部２１１の高さＢ_２を示す数値が小さく表されるだけである。
つまり、実際にウェハ２０１に生成される結晶膜の膜厚が実施形態１において述べたものと同一である場合、第２の凸部２１１の高さＢ_２は実施形態１の第２の凸部１１１の高さＢ_１と実質的に同一であればウェハ２０１の裏面でのホルダ２０２への貼りつきを低減させることができる。

第１の凸部２１０の凸部上面２１２及び凸部下面２１３が形成される角度、第２の凸部２０１を凹部２０８の底面２１７に配置する位置などにおいては、実施形態１における説明と同様であるため、ここでは説明を省略した。

また、第２の凸部２１１の形状は、実施形態１に例示した種々の形状を適宜採用することも同様に可能であるため、説明を省略した。

以上、具体例を参照しながら実施形態について説明した。本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。

また、本発明は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、ウェハ表面に所定の結晶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、ポリシリコン膜等の薄膜を成長させることを目的とした装置等であっても良い。

更に、装置の構成や制御の手法等、本発明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置の構成や制御の手法等を適宜選択して用いることができる。

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すべての気相成長装置、及び各部材の形状は、本発明の範囲に包含される。

本発明の気相成長装置を説明するために示した概念図である。本発明の実施形態１におけるホルダ及び載置したウェハの断面を示した概念図である。本発明の実施形態１のホルダの上面図である。本発明の実施形態１のホルダの形状を説明するために示す概念図である。実施形態１のホルダに載置したウェハと第１の凸部が接触した状態で気相成長を行なった場合の様子を示した概念図である。本発明の気相成長装置のホルダの他の態様の一例の上面図である。本発明の実施形態１における他の態様のホルダの一例及び載置されたウェハの断面図である。図７に示すホルダの上面図である。本発明の実施形態１のホルダの他の態様の一例及び載置されたウェハの概念図である。図９に示すホルダの上面図である。本発明のホルダに配置される第２の凸部として用いることができる種々の形状を示す概念図である。本発明の実施形態２のホルダの形状を説明するために示す概念図である。従来の気相成長装置の一例を示す概念図である。図１３に示す従来の気相成長装置で気相成長を行なった場合の様子を示す拡大断面図である。従来の気相成長装置において基板の側面部が基板支持台の内周壁面と接触した状態で気相成長を行なったときの様子を示した拡大断面図である。

符号の説明

１００…気相成長装置
１０１、２０１…ウェハ
１０２、２０２…ホルダ
１０３…チャンバ
１０４…ヒータ
１０５…ガス供給部
１０６…シャワーヘッド
１０７…ガス排気部
１０８、２０８…凹部
１０９…貫通孔
１１０、２１０…第１の凸部
１１１、１１１ａ、１１１ｂ…第２の凸部
１１２、２１２…凸部上面部
１１３、２１３…凸部下面部
１１４、２１４…先端部
１１５、２１５…側面部
１１６…回転胴
１１７…底面

Claims

気相成長を行なう空間を形成するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持台と、
前記チャンバ内に気相成長によって成膜するためのプロセスガスを供給するガス供給部と、
成膜後のプロセスガスを前記チャンバ内から排気するガス排気部とを備えた気相成長装置であって、
前記基板支持台は、その中央部に凹部が形成された円板状の部材、或いは、前記基板支持台の中央部に凹部が形成され且つその底面中央部に開口部が形成されたリング状の部材で構成され、
前記基板支持台の内周壁面には、前記内周壁面から内側に突出するように形成された環状の第１の凸部が設けられ、
前記第１の凸部は、断面が三角形状をしている環状の凸部であり、
前記基板支持台の前記凹部の底面から上方に向かって形成された第２の凸部が設けられていることを特徴とする気相成長装置。
気相成長を行なう空間を形成するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持台と、
前記チャンバ内に気相成長によって成膜するためのプロセスガスを供給するガス供給部と、
成膜後のプロセスガスを前記チャンバ内から排気するガス排気部とを備えた気相成長装置であって、
前記基板支持台は、その中央部に凹部が形成された円板状の部材、或いは、前記基板支持台の中央部に凹部が形成され且つその底面中央部に開口部が形成されたリング状の部材で構成され、
前記基板支持台の内周壁面には、前記内周壁面から内側に突出するように形成された環状の第１の凸部が設けられ、
前記第１の凸部は、前記基板支持台の円周方向に対して等間隔に複数箇所配置され、
前記基板支持台の前記凹部の底面から上方に向かって形成された第２の凸部が設けられていることを特徴とする気相成長装置。
前記第２の凸部は、円筒状、角柱状、角錐状、円錐状、半球状のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載の気相成長装置。
前記第２の凸部は、略等間隔に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の気相成長装置。
請求項１または請求項２記載の気相成長装置を用いて、前記基板支持台に載置される基板上に気相成長を行うことを特徴とする気相成長方法。