JP5565472B2 - サセプタ及びエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

サセプタ及びエピタキシャルウェーハの製造方法 Download PDF

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Description

本発明はサセプタ及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関し、具体的には、エピタキシャル気相成長時に、ウェーハ裏面外周に発生する析出物（デポジション）を低減することができるサセプタ及び該サセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
シリコンウェーハのエピタキシャル成長において、外周抵抗率分布の向上や裏面外観の改善を目的として、しばしば、サセプタ裏面まで貫通し、開放された貫通孔が設けられたサセプタが用いられる（特許文献１）。サセプタに設けられた貫通孔によって、種々の品質改善が達成されたが、それと同時に、ウェーハの裏面外周部への局所的なデポジション（以下、「裏面デポ」と呼ぶ）が発生するようになった。
通常、原料ガスはウェーハ表面側に流されるが、エピタキシャル製造装置の機構上、サセプタの裏面にも原料ガスが回り込むことがある。サセプタの裏面に回りこんだ原料ガスは、サセプタの貫通孔から更にウェーハの裏面に回り込み、ウェーハの裏面で反応し、裏面デポが発生してしまう。
このとき、ウェーハの裏面デポは、サセプタとウェーハとの接触部近傍、即ち、ウェーハ裏面の外周部分（直径３００ｍｍのウェーハであれば、ウェーハの中心から半径１４７〜１４９ｍｍ程度の部分）で局所的に発生し、その高さは反応時間に応じて変化するが、数百ｎｍに至る。
裏面デポが発生したエピタキシャルウェーハの平坦度を裏面基準で測定した場合、エピタキシャルウェーハの厚み形状は、外周部分で急激に増大した形となり、平坦度悪化の要因となる。デバイスが微細化され、ウェーハ外周部分にまで高平坦度が求められる昨今において、裏面デポは先端品製造に対して大きな妨げとなる。
従来、裏面デポはウェーハとサセプタとが接触または非常に近接して重なり合う部分、すなわちサセプタの載り代の部分に集中して発生し、裏面デポ高さはサセプタ側の加熱量に応じて変動することから、前記サセプタの載り代を可能な限り小さくする方法や、逆にサセプタの載り代を拡大し、裏面デポを連続的に発生させる方法、またはサセプタ下側のランプによるランプ加熱を低減するという方法などが主として用いられ、対応されてきた。
しかしながら、上記の方法は、裏面デポに対しては有効ながらも、スリップ転位が発生しやすい、表面のナノトポロジー品質を損ねる、外周抵抗率分布品質を損ねるといった弊害もあった。
また、特許文献２には、サセプタ裏面のウェーハ外周部に対応する位置に突出物を設け、サセプタの熱容量を増大させて保温効果を高めることにより、ウェーハ外周部を加温して、スリップ転位の発生を抑制することについて記載されている。
特開２００３−２２９３７０ 特開２００３−３７０７１
本発明者は、これまでの実験結果や経験から、裏面デポはウェーハとサセプタとの間に生じる熱伝達に密接な関係が有ると推察し、すなわち、ウェーハ外周部は、ウェーハとサセプタとが接触し、あるいはウェーハとサセプタとが近接しているため、ウェーハ内周部よりも温度が高くなることによって裏面デポが発生しやすくなると推察し、ウェーハ外周部と内周部との熱的条件を一定にすることで問題の解決を試みた。
すなわち、本発明は、上記問題を解消するために、サセプタの厚さを増大させることによって、サセプタ外周部の熱容量を増大させ、ウェーハの外周部と内周部とにおける熱的条件を等しくすることができるサセプタを提供し、さらにそのサセプタを用いてエピタキシャル層の気相成長を行うエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明では、エピタキシャル層の気相成長を行う際に半導体基板を支持するサセプタであって、該サセプタの上面には、内部に前記半導体基板が配置される座ぐりが形成され、該座ぐりは、前記半導体基板の外周縁部を支持する上段座ぐり部と、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部とを有する二段構造を成し、前記下段座ぐり部には、前記サセプタの裏面まで貫通し、前記気相成長を行う際にも開放状態となる孔部が形成されており、前記サセプタの裏面側には、少なくとも前記上段座ぐり部に対応する位置に突出部が設けられているものであることを特徴とするサセプタを提供する。
このようにすることによって、前記サセプタは、前記上段座ぐり部に対応する位置の厚みが増大されることで熱容量も増大されているので、ウェーハ外周部の温度が上がりにくくなるため、ウェーハ外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができ、ウェーハ表面のナノトポロジー品質や外周抵抗率分布品質を損ねることなく裏面デポの発生を抑制することができる。
またこのとき、前記突出部の厚みが、前記上段座ぐり部に対応する位置における、前記突出部以外のサセプタの厚みの３倍以下であることが好ましい。
このようにすることによって、ウェーハ外周部と内周部との熱的条件をより正確に一定とすることができるため、本発明の効果である裏面デポをより効果的に抑制することができる。
またこのとき、前記突出部に溝が施されていることが好ましい。
このようにすることによって、ランプ加熱に対して影となるような部分を前記突出部上に必然的に作ることができ、また表面積が大きくなることによって放熱もし易いことから前記突出部の温度を下げることができるため、本発明の効果である裏面デポの抑制をより効果的に行うことができる。
またこのとき、前記溝が格子状であることが好ましい。
このようにすることにより、さらに効果的に前記突出部の温度を下げることができ、裏面デポを抑制することができる。
またこのとき、前記溝の深さが、前記上段座ぐり部に対応する位置のサセプタの厚みの１／１０以上であることが好ましい。
このようにすることによって、さらに効果的に前記突出部の温度を下げることができ、裏面デポの発生を抑制することができる。
また、本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記本発明のサセプタを用いて、該サセプタの座ぐりにウェーハを載置し、原料ガスを流しながら前記ウェーハ上にエピタキシャル層の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。
このように気相成長を行うことによって、ウェーハ表面のナノトポロジー品質や外周抵抗率分布品質を損ねることなく、裏面デポの発生が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することができる。
以上説明したように、本発明によれば、ウェーハ表面上にエピタキシャル層を気相成長させる際に、ウェーハ外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができ、ウェーハ表面のナノトポロジー品質や外周抵抗率分布品質を損ねることなく裏面デポの発生を抑制することができる。また、こういったサセプタを用いてウェーハ表面上にエピタキシャル層の気相成長を行うことにより、裏面デポの発生が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することができる。
本発明において用いられるエピタキシャル成長装置の概略断面図を示している。 本発明のサセプタの概略底面図、概略断面図及び突出部の１部分を拡大した図を示している。 本発明の実験例において、従来サセプタと本発明のサセプタをそれぞれ用いてウェーハ表面上にエピタキシャル層の気相成長を行い、そのウェーハ裏面をＷａｆｅｒＳｉｇｈｔによって評価した結果を示している。 本発明の実験例において、本発明のサセプタを用いてウェーハ表面上にエピタキシャル層の気相成長を行い、そのウェーハ裏面をＵＡ３Ｐによって評価した結果を示している。 本発明が適用されるエピタキシャルウェーハの製造方法の処理の流れを示したフロー図を示している。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明が適用されるエピタキシャルウェーハの製造方法の手順のフロー図を図５に示す。
まず、工程（ａ）では、エピタキシャル層を成長させるウェーハ（シリコンウェーハ）を準備する。ここで、本発明はシリコンウェーハに限らず、シリコンカーバイドウェーハや、ＧａＰウェーハ、ＧａＡｓウェーハなどの化合物半導体ウェーハ等にも用いることができる。
次に、工程（ｂ）において、シリコンウェーハに対し、適宜ＲＣＡ洗浄等の洗浄を行う。
この洗浄工程における洗浄法は、典型的なＲＣＡ洗浄の他、薬液の濃度や種類を通常行われる範囲で変更したものを用いることもできる。
工程（ｃ）以降では、エピタキシャル成長装置にシリコンウェーハを移送して処理を行う。工程（ｃ）以降で用いるエピタキシャル成長装置の一例の概略図を図１に示した。
エピタキシャル成長装置５１は、チャンバー５２と、チャンバー内部に配置されたサセプタ７１、サセプタを下方から支持し、回転上下動自在なサセプタ支持手段５３、チャンバー５２内にウェーハを搬入したり、逆に外へと搬出したりするためのウェーハ搬送口５４、チャンバー内に各種ガスを供給するガス導入管５５、ガス導入管５５に接続され、チャンバー内に水素ガスを供給する図示しない水素ガス供給手段及びシラン等の原料ガスを供給する図示しない原料ガス供給手段、チャンバー内から各種ガスを排出するガス排出管５７、チャンバー５２の外部に備えられた加熱手段５８、チャンバー内にシリコンウェーハを移送し、また、チャンバー５２内からシリコンウェーハを移送する図示しないウェーハ移送手段等から構成される。
尚、サセプタ７１には、リフトピン用貫通孔７３が形成されているものであってもよい。リフトピン用貫通孔７３には、リフトピン７５が挿通される。
また、チャンバー５２の内部にはリフトピン７５をサセプタに対して相対的に上下させることができるリフトピン昇降手段を設けてもよい。
さらに、本発明であるサセプタ７１の拡大概略図を図２に示した。図２（ａ）は底面図であり、図２（ｂ）は断面図である。また、図２（ｃ）は、突出部７６の１部分を拡大した図である。
サセプタ７１には、載置するシリコンウェーハを位置決めする座ぐり７２が形成され、該座ぐり７２はウェーハＷの外周縁部を支持する上段座ぐり部７２ａと、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部７２ｂとを有する二段構造を成している。また、下段座ぐり部７２ｂの略全面に多数の貫通孔７４が形成されている。
また、サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置には突出部７６（以下、ブロックと呼ぶこともある）が設けられている。
尚、突出部７６は、サセプタ裏面にブロック状の突起物を密着させることによって形成することもできるし、サセプタ自体の形成時に裏面加工して、予めサセプタ裏面に突起物を形成してもよい。
上記突出部７６を設けたことにより、サセプタの前記上段座ぐり部に対応する位置の厚みが増大されるとともに熱容量も増大されるので、この部分の温度を上がりにくくし、ウェーハ外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができ、ウェーハ主表面のナノトポロジー品質や外周抵抗率分布品質を損ねることなく裏面デポの発生を抑制することができる。
また、突出部７６の厚みが、前記上段座ぐり部に対応する位置における、前記突出部以外のサセプタの厚みの３倍以下とすることにより、熱容量差が大きくなりすぎることによる加熱時のサセプタの破損を防止できる。
さらに、図２（ｃ）に示すように、前記突出部に溝７７が施されているものを用いることができる。またさらに、前記溝７７が、格子状であるものを用いることができる。またさらには、前記溝７７の深さが、前記上段座ぐり部に対応する位置のサセプタの厚みの１／１０以上であるものを用いることができる。
前記突出部７６に前記溝７７が施されていることにより、ランプ加熱に対して影となるような部分を前記突出部上に必然的に作ることができ、また、前記溝７７により表面積が大きくなって放熱し易くなり、それによって前記突出部の温度を下げることができるため、本発明の効果である裏面デポの抑制をより効果的に行うことができる。さらに前記溝７７が格子状であるものを用いることや、前記溝７７の深さが、前記上段座ぐり部７２ａに対応する位置のサセプタの厚みの１／１０以上であるものを用いることにより、さらに効果的に裏面デポを抑制することができる。
このようなサセプタ７１を具備したエピタキシャル成長装置５１を用いて、以下のようにして、シリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層を気相成長させる。
まず、工程（ｃ）において、図示しないウェーハ移送手段を用いてチャンバー５２内にシリコンウェーハを移送し、サセプタ７１の座ぐり部７２に載置する。シリコンウェーハのサセプタ７１への載置方法は、リフトピン７５を用いる方法の他、通常用いられる載置方法を適用できる。
次に、自然酸化膜除去工程（ｄ）では、チャンバー５２内に、水素ガス供給手段からガス導入管５５を通して、チャンバー５２内に水素ガスを導入し、加熱手段５８によって加熱して水素処理を行い、シリコンウェーハ表面に生じた自然酸化膜を除去する。
次に、工程（ｅ）において、シリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層の気相成長を行う。このエピタキシャル層の気相成長は、モノシランやトリクロロシラン、四塩化珪素などの原料ガスと、キャリアガスとなる水素ガスとをチャンバー５２内に導入し、加熱することによって行う。
このようにして、シリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハを製造することができる。ここで用いられたエピタキシャル成長装置において、サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する部分には突出部が設けられており、サセプタの前記上段座ぐり部に対応する位置の厚みが増大されるとともに熱容量も増大されるので、ウェーハ外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができ、ウェーハ主表面のナノトポロジー品質や外周抵抗率分布品質を損ねることなく裏面デポの発生を抑制することができる。
以下、実験例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実験例）
サセプタの座ぐりにシリコンウェーハを載置し、原料ガスを流しながら前記シリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層の気相成長を行うエピタキシャル成長装置において、図４に示すように、ひとつのサセプタ裏面の、厚みが４ｍｍである上段座ぐり部に対応する部分の円周方向上に、厚さ３．８ｍｍのブロック、厚さ７．６ｍｍのブロック、３．８ｍｍの深さの溝が施された厚さ７．６ｍｍのブロック及びブロックを設けない部分を均等に設け、反応圧力を常圧、反応温度を１１００℃、成長速度を２．７μｍ／ｍｉｎとして、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ表面上に厚さ５μｍのエピタキシャル層の気相成長を行った。このようにすることで、サセプタ裏面の突出部の有無等以外の条件を完全に一致させて、本発明の効果を検証することができる。
このとき、シリコンウェーハ裏面の中心から半径１４５ｍｍ〜１４９ｍｍ程度の範囲、すなわち、シリコンウェーハ裏面において、本発明である突出部が設けられているサセプタの裏面部分に対応する範囲をそれぞれ評価装置であるＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ（パナソニック（株）製）及びＵＡ３Ｐ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）を用いて評価し、裏面デポの高さを測定した。このときのＷａｆｅｒＳｉｇｈｔによる測定結果を図３に、ＵＡ３Ｐによる測定結果を図４に、さらにこの実験結果を下記表１に示す。
ここで、ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔとは、ウェーハに光を入射し、ウェーハからの反射光と基準面からの反射光との光学干渉によって生じる干渉縞の数と幅から、ウェーハ表面の変位量を計測することを原理とする測定器である。実際の測定においては、ウェーハ両面に前述の計測を行い、予め測定しておいた、ある特定の１点の厚みから全体の厚み変化を算出する。
また、ＵＡ３Ｐは触針式表面変位量によって測定を行う測定機である。探針を微弱な一定荷重で対象に押し当て、対象の凹凸に応じて動く針の変位量をレーザーで計測することを原理とする。
Figure 0005565472
図３、図４及び表１からわかるように、裏面の上段座ぐり部に対応する部分にブロックが設けられていない従来サセプタ部分に比べ、ブロックが設けられている本発明のサセプタ部分の方が裏面デポの高さが低くなっている。また、サセプタ裏面にブロックを設けた場合であっても、該ブロックの厚さが、前記上段座ぐり部に対応する位置における前記突出部以外のサセプタの厚みの３倍以下であれば、熱容量差が大きくなりすぎることによる加熱時のサセプタの破損を防止できる。さらに、ブロックに溝が施されていれば、ランプ加熱に対して影となるような部分をブロック上に必然的に作ることができ、また表面積が大きくなることによって放熱もし易いことからブロックの温度を下げることができるため、裏面デポの発生をさらに効果的に抑制することができる。このとき、ブロックを設けない部分における実験結果は、上記エピタキシャル成長条件と同じ条件で、全周突出部が設けられていない従来サセプタを用いてエピタキシャル層の気相成長を行った場合と同様の結果となった。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (5)

  1. エピタキシャル層の気相成長を行う際に半導体基板を支持するサセプタであって、該サセプタの上面には、内部に前記半導体基板が配置される座ぐりが形成され、該座ぐりは、前記半導体基板の外周縁部を支持する上段座ぐり部と、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部とを有する二段構造を成し、前記下段座ぐり部には、前記サセプタの裏面まで貫通し、前記気相成長を行う際にも開放状態となる孔部が形成されており、前記サセプタの裏面側には、少なくとも前記上段座ぐり部に対応する位置に突出部が設けられ、前記突出部の厚みが、前記上段座ぐり部に対応する位置における、前記突出部以外のサセプタの厚みの３倍以下であり、かつ前記上段座ぐり部に対応する位置における、前記突出部以外のサセプタの厚みの９５％以上であることを特徴とするサセプタ。
  2. 前記突出部に溝が施されているものであることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
  3. 前記溝が、格子状であることを特徴とする請求項２に記載のサセプタ。
  4. 前記溝の深さが、前記上段座ぐり部に対応する位置のサセプタの厚みの１／１０以上であることを特徴とする請求項２または３に記載のサセプタ。
  5. エピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のサセプタを用いて、該サセプタの座ぐりにウェーハを載置し、原料ガスを流しながら前記ウェーハ上にエピタキシャル層の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。
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