JP6733802B1

JP6733802B1 - エピタキシャルウェーハの製造方法及びサセプタ

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Publication number: JP6733802B1
Application number: JP2019231739A
Authority: JP
Inventors: 一成須田
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: JP2020198420A

Abstract

【課題】シリコンウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、フラットネスレベルの悪化を抑制することができるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハをサセプタのポケット部に載置し、前記シリコンウェーハの主表面上に、シリコンエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記サセプタとして、前記ポケット部の深さの周方向分布の２階微分の絶対値が８μｍ以下のものを用いるエピタキシャルウェーハの製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法及びサセプタに関する。

気相成長法によりシリコン単結晶基板（シリコンウェーハ）の表面にエピタキシャル層を形成したシリコンエピタキシャルウェーハは、電子デバイスに広く使用されている。近年、電子デバイスの微細化によって、エピタキシャルウェーハのフラットネスレベルの改善が重要な課題となっている。

一般的に、枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、研磨後のシリコンウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長する場合、サセプタと称されるウェーハ載置部材にシリコンウェーハを載置し反応を行う。サセプタは縁部領域を有し、かつ縁部領域内にシリコンウェーハよりも数ｍｍ大きいポケット部を有している。このポケット内にシリコンウェーハが収まる事により、サセプタを回転してもシリコンウェーハが特定位置に収まる事ができ、均質な反応が行われる。

特開２００１−３１７２号公報

上記のエピタキシャル層の気相成長の際に、前記サセプタのポケット深さはエピタキシャル層の形成に大きな影響を及ぼしており、特にシリコンウェーハ外周部のエピタキシャル層の厚みがポケット深さによって変化することが分かっている。この現象はサセプタのポケット深さが変わることで、シリコンウェーハ外周部におけるガスの流れが変化するためと考えられる。

サセプタの製作時の加工精度等の影響により、前記サセプタのポケット深さが周方向で異なる場合、ポケット深さの違いによりウェーハ外周部のエピタキシャル層の厚みが変化するため、ウェーハ外周部の周方向の膜厚が不均一となりフラットネスレベルの悪化を引き起こす。さらに、本発明者の調査によると、前記サセプタのポケット深さの周方向分布において、局所的に急峻な変化がある場合は、ガス流れも局所的に大きく変化するため、ウェーハ外周部の周方向の膜厚不均一性はより顕著になることがわかった。

エピタキシャル層の厚みに影響するポケット深さの局所的な急峻な変化については従来注意が払われてこなかった。例えば、特許文献１には、サセプタのポケット外周の平坦度を５〜３０μｍにすることで、温度の均一性を向上し、ウェーハ面内のスリップ発生を低減する技術が記載されているが、エピタキシャル層の厚みの変化については言及がない。また、特許文献１には、エピタキシャル層の厚みに影響するポケット深さの局所的な急峻な変化については規定がない。

本発明は、上記の問題を鑑みなされたものであり、シリコンウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、フラットネスレベルの悪化を抑制することができる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。また、本発明は、そのようなエピタキシャルウェーハの製造方法に用いることができるサセプタを提供することも目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、シリコンウェーハをサセプタのポケット部に載置し、前記シリコンウェーハの主表面上に、シリコンエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記サセプタとして、前記ポケット部の深さの周方向分布の２階微分の絶対値が８μｍ以下のものを用いる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、サセプタとして、ポケット部の深さの周方向分布の２階微分の絶対値が８μｍ以下のものを用いてエピタキシャルウェーハを製造することにより、シリコンウェーハのエピタキシャル成長の際に、サセプタのウェーハが載置されるポケット部において、サセプタポケット深さの影響によりウェーハ外周部のエピタキシャル層の厚みが周方向で変化することを抑制することができる。その結果、製造するエピタキシャルウェーハのフラットネスレベルが悪化してしまうことを抑制することができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、前記シリコンウェーハとして直径３００ｍｍ以上のものを用いることができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、このような大直径のシリコンウェーハについて好適に適用することができる。

また、前記シリコンエピタキシャル層の気相成長を、前記サセプタを有する枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて行うことが好ましい。

このような枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法において、本発明を好適に適用することができる。

また、本発明は、シリコンウェーハを載置するポケット部を有し、前記シリコンウェーハの主表面上に、シリコンエピタキシャル層を気相成長させるためのサセプタであって、前記ポケット部の深さの周方向分布の２階微分の絶対値が８μｍ以下のものであることを特徴とするサセプタを提供する。

このようなサセプタは、サセプタポケット深さの影響によりウェーハ外周部のエピタキシャル層の厚みが周方向で変化することを抑制することができる。その結果、製造するエピタキシャルウェーハのフラットネスレベルが悪化してしまうことを抑制することができるものとなる。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法により、サセプタポケット深さの影響によりウェーハ外周部のエピタキシャル層の厚みが周方向で変化することを抑制することができる。その結果、製造するエピタキシャルウェーハのフラットネスレベルが悪化してしまうことを抑制することができる。また、本発明のサセプタは、そのようなエピタキシャルウェーハの製造方法に用いることができる。

本発明のサセプタの概略を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。本発明のサセプタとシリコンウェーハの位置関係を示す横断面図である。本発明のサセプタのポケット深さとシリコンウェーハの関係を表す拡大横断面図である。

上述したように、サセプタのポケット深さはウェーハ外周部のエピタキシャル層の厚みに影響する。しかしながら、ポケット深さの周方向の変化がサセプタ全周における緩やかな変化の場合、ガス流れに与える影響は小さく、ウェーハ外周部への影響は限定的であることがわかった。一方で、ポケット深さの変化が局所的な急峻な変化（例えば突起の様な形状）の場合、ガスの流れは変化し、ウェーハ外周部への影響度も大きくなる。この影響度がより大きいポケット深さの局所的な変化を表すために、本発明者がいくつかの指標との相関を試みた結果、２階微分値との相関が最も良いことがわかった。

すなわち、本発明は、シリコンウェーハをサセプタのポケット部に載置し、前記シリコンウェーハの主表面上に、シリコンエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記サセプタとして、前記ポケット部の深さの周方向分布の２階微分の絶対値が８μｍ以下のものを用いることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法である。ここで、２階微分の絶対値の算出に用いる「ポケット部の深さ」とは、ポケット部の壁面（側壁）における深さを指す。また、周方向分布の「２階微分」とは、角度（ｒａｄ）で微分したものである。

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１〜３を参照して本発明のサセプタを説明する。図１（ａ）に示したように、サセプタ１１は、ポケット部１３を有する。また、図２に示したように、サセプタ１１のポケット部１３にシリコンウェーハＷが載置される。サセプタ１１は、シリコンウェーハＷの主表面上に、シリコンエピタキシャル層を気相成長させるための部材である。また、図１（ａ）に示したように、サセプタ１１のポケット部１３はシリコンウェーハＷを載置する載置面１５を有しており、載置面１５の外周に壁面１７を有している。

図３にシリコンウェーハＷをサセプタ１１に載置した際のポケット深さｄとシリコンウェーハＷの関係を示した。本発明のサセプタ１１では、ポケット部１３の深さｄの周方向分布の２階微分の絶対値が８μｍ以下である。図１（ｂ）に、サセプタの周方向Ｃを示した。上記のように、ポケット部１３の深さとして、ポケット部１３の壁面（側壁）１７における深さを用いて２階微分の絶対値が算出される。また、周方向分布の「２階微分」とは、角度（ｒａｄ）で微分したものである。

このような２階微分の絶対値を有するサセプタ１１は、サセプタ製造工程において、ポケット深さｄの局所的な急峻な変化（例えば突起のような形状）を除去する加工を行うことによって製造することができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、このようなポケット部１３の深さｄの周方向分布の２階微分の絶対値が８μｍ以下であるサセプタ１１を用いてエピタキシャルウェーハの製造を行う。すなわち、シリコンウェーハＷをサセプタ１１のポケット部１３に載置し、シリコンウェーハＷの主表面上に、シリコンエピタキシャル層を気相成長させる。

なお、シリコンエピタキシャル層の気相成長を、サセプタ１１を有する枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて行うことが好ましい。このような枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法において、本発明を好適に適用することができる。

このように、本発明はシリコンウェーハＷを保持するサセプタ１１の、シリコンウェーハＷが載置されるポケット部１３において、ポケット深さｄの局所的なバラツキをポケット深さｄの周方向分布の２階微分値として算出し、その絶対値が８μｍ以下（すなわち、該絶対値の最大値が８μｍ以下）のサセプタを用いることで、エピタキシャルウェーハのフラットネスレベルの悪化を抑制できる方策である。すなわち、本発明のサセプタ１１により、シリコンウェーハＷのエピタキシャル成長において、サセプタ１１のポケット部１３において、サセプタポケット深さｄの影響によりウェーハ外周部のエピタキシャル層の厚みが周方向で変化することを抑制することができる。その結果、製造するエピタキシャルウェーハのフラットネスレベルが悪化してしまうことを抑制することができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、シリコンウェーハＷとして直径３００ｍｍ以上のものを用いることができる。本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、このような大直径のシリコンウェーハについて好適に適用することができる。サセプタ１１のポケット部１３の直径（ポケット径）は、載置するシリコンウェーハＷの直径より大きいが、適切に対応させることが好ましい。例えば、ポケット径はシリコンウェーハＷの直径より５ｍｍ以下の範囲で大きいものであることが好ましい。また、ポケット径についてはウェーハの直径よりも５ｍｍ以下だけ大きい場合に、ポケット深さｄの局所的な変化と２階微分値の相関性も高いため、本発明を特に好適に適用することができる。

ポケット深さｄについては、シリコンウェーハＷをサセプタ１１に載置した際のシリコンウェーハＷの上面位置が、ポケット部１３の深さｄに対して±８０μｍ以内であることが好ましい。すなわち、シリコンウェーハＷの主表面位置と、サセプタ１１の上部位置が±８０μｍの範囲にあることが好ましい。このような範囲であれば、ポケット深さｄの局所的な変化と２階微分値の相関性も高いため、本発明を特に好適に適用することができる。

上記のポケット部１３の深さｄの周方向分布の２階微分の絶対値は、様々な測定方法で測定できる。例えば、３次元測定機でサセプタ１１の形状を測定して、上記２階微分の絶対値を算出することができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきではない。

（実施例１〜３）
枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置において、エピタキシャルウェーハを製造した。このときのエピタキシャルウェーハの製造条件としては、エピタキシャル成長用ウェーハとして、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを用い、サセプタはポケット径が直径３０５ｍｍ、ポケット深さが８００μｍのものを用い、エピタキシャル成長温度は１１００℃、エピタキシャル層の膜厚は５μｍの条件でエピタキシャル成長を行った。このエピタキシャルウェーハの製造を、サセプタポケット深さのバラツキが異なる３種のサセプタを用いた。

サセプタポケット深さの局所的なバラツキと、エピタキシャル成長後のエピタキシャルウェーハの外周部のエピタキシャル層の厚みバラツキについて算出した。サセプタポケット深さの局所的なバラツキは、本発明で用いる指標の通り、ポケット深さの周方向分布から２階微分値を算出し、その絶対値の最大値をＤとした。このサセプタのポケット深さ（すなわち、ポケット部の壁面における深さ）の分布は光学系の非接触式の測定機（東京精密社製のＸＹＺＡＸＳＶＡ−ＮＥＸ）で測定した。このサセプタのポケット深さの分布の際に、２階微分の絶対値の算出に用いるデータのサンプリングピッチを１°ピッチ（すなわち、約０．０１７５ｒａｄピッチ）とした。エピタキシャルウェーハ外周部の厚みバラツキについては、ウェーハ外周の半径１４８−１４５ｍｍの領域におけるエピタキシャル層の厚み差を円周方向で算出し、そのＰＶ（ｐｅａｋｔｏｖａｌｌｅｙ）値をＲとした。

サセプタのポケット深さの局所的なバラツキＤが４．６μｍ（実施例１）、６．３μｍ（実施例２）、８．０μｍ（実施例３）の時、ウェーハ外周部の厚み変化の指標Ｒはそれぞれ、３．３ｎｍ、３．４ｎｍ、３．９ｎｍとなり、いずれも、４．０ｎｍ以下であった。

（比較例１〜３）
実施例１〜３とは異なる３種のサセプタを用いてエピタキシャルウェーハの製造を行った。サセプタポケット深さの局所的なバラツキＤが９．８μｍ（比較例１）、１１．３μｍ（比較例２）、１４．０μｍ（比較例３）の時、ウェーハ外周部の厚みバラツキの指標Ｒはそれぞれ、４．８ｎｍ、５．０ｎｍ、９．０ｎｍとなり４．０ｎｍより大きくなった。

表１に、実施例１〜３及び比較例１〜３のサセプタポケット深さの局所的バラツキＤとウェーハ外周部の厚み変化指標Ｒをまとめた。

表１に示したように、サセプタポケット深さの局所的なバラツキＤが８．０μｍ以下の領域でエピタキシャルウェーハ外周部の厚みバラツキＲは４ｎｍ以下となり、フラットネスレベルの悪化を抑制することができることがわかった。

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。

１１…サセプタ、１３…ポケット部、１５…載置面、１７…壁面、
Ｃ…周方向、ｄ…ポケット部の深さ（ポケット深さ）Ｗ…シリコンウェーハ。

Claims

直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハをサセプタのポケット部に載置し、前記シリコンウェーハの主表面上に、シリコンエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記サセプタとして、前記ポケット部の側壁における前記ポケット部の深さを１°ピッチで測定したときに、前記ポケット部の深さの周方向分布の２階微分の絶対値が８μｍ／ｒａｄ ^２以下のものを用いることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記シリコンエピタキシャル層の気相成長を、前記サセプタを有する枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハを載置するポケット部を有し、前記シリコンウェーハの主表面上に、シリコンエピタキシャル層を気相成長させるためのサセプタであって、
前記ポケット部の側壁における前記ポケット部の深さを１°ピッチで測定したときに、前記ポケット部の深さの周方向分布の２階微分の絶対値が８μｍ／ｒａｄ ^２以下のものであることを特徴とするサセプタ。