JP7151664B2 - エピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エピタキシャル成長用サセプタ、エピタキシャルウェーハの製造装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

近年の半導体素子の高集積化に伴い、最先端デバイス用ウェーハでは、最外周まで高平坦なウェーハ形状が求められている。

主表面が（１００）面のエピタキシャルウェーハ（以下、単に「（１００）エピウェーハ」ということもある）では、主面の（１００）面内で、それぞれ４回回転対称に存在する＜１１０＞方向と＜１００＞方向のエッジ部を比較すると、＜１１０＞方向のエッジ部の方が成長速度が高いという特徴がある。このため特許文献１では、ウェーハの＜１１０＞方向のエッジ部に一致するサセプタ外周部に、エッジ部に供給されるガスの流量を減少させるための調整部材を形成することで、＜１１０＞方向のエッジ部と＜１００＞方向のエッジ部の成長速度の差を縮め、高平坦なエピウェーハを作製している。また、特許文献２では、＜１１０＞方向のエッジ部に一致するサセプタ外周部に、より高い突起部を形成したサセプタを使用することで、＜１１０＞方向のエッジ部に供給されるガス流量を減少させ、高平坦なエピタキシャルウェーハを製造することが開示されている。

国際公開第２０１４／０６２００２号 特開２０１０－０４０５３４号公報 特開２００２－２６１０２３号公報

デバイス用途によっては、（１００）エピウェーハだけではなく、主表面が（１１１）面のエピタキシャルウェーハ（以下、単に「（１１１）エピウェーハ」ということもある）の要求も増えてきているため、高平坦な（１１１）エピウェーハを得ることが重要となってきた。一方で、（１１１）エピウェーハでは、ウェーハ面内の結晶方位が（１００）とは異なるため、平坦性に関する知見が少ない。加えて、ウェーハ面内の結晶方位が異なるため、上記特許文献１、特許文献２に記載されたような（１００）エピウェーハ用のサセプタを使用しても、高平坦化は実現できない。特許文献３では、（１１１）エピウェーハにおいてファセットが発生する位置の成長速度が小さくなるように、ウェーハの載置位置をずらすという手法が提案されているが、（１１１）エピウェーハにおける結晶方位の影響による成長速度の差を考慮したサセプタデザインの改良による、エピウェーハの高平坦化は実現されていない。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、主表面が（１１１）面のウェーハ（以下、単に「（１１１）ウェーハ」ということもある）を用いて高平坦な（１１１）エピウェーハを製造するためのエピタキシャル成長用サセプタ、エピタキシャル成長装置及びエピタキシャル成長方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、主表面が（１１１）面のウェーハにエピタキシャル成長を行うためのサセプタであって、前記サセプタは、ウェーハを載置するための円形凹状のザグリ部と、前記ザグリ部より外側の外周部とを有し、前記外周部には、前記ザグリ部の円周方向に沿って、６つの平坦部と前記平坦部よりも高い６つの突起部とが交互に、かつ、前記突起部が、前記ザグリ部の中心を基準に６０°毎の等間隔となるように設けられているエピタキシャル成長用サセプタを提供する。

このようなエピタキシャル成長用サセプタによれば、（１１１）ウェーハの表面において比較的成長速度の高い＜１１２＞方向のエッジ部に一致するサセプタ外周部に、平坦部より高い突起部を形成しているため、（１１１）ウェーハの表面の＜１１２＞方向のエッジ部に供給されるガス流量を減少させ、成長速度を低下させることで、（１１１）ウェーハの表面内の結晶方位に依存しない、高平坦な（１１１）エピウェーハを製造することができるものとなる。

このとき、前記突起部の頂部の前記平坦部の上面からの高さが、１００μｍ以上、１０００μｍ以下、より好ましくは６００μｍ以下、さらに好ましくは３００μｍ以下であるエピタキシャル成長用サセプタとすることができる。

これにより、（１１１）ウェーハ表面の＜１１２＞方向のエッジ部に供給されるガス流量を、より安定して効果的に低下させることが可能となるため、成長速度をより確実に低下させることができるものとなる。

このとき、前記突起部の円周方向の幅が、前記ザグリ部の中心を基準に、０°を超え、１０°以下であるエピタキシャル成長用サセプタとすることができる。

これにより、（１１１）ウェーハ表面の＜１１２＞方向のエッジ部近傍で、凸形状となる範囲を確実にカバーできるものとなる。

このとき、上記エピタキシャル成長用サセプタを備えるエピタキシャルウェーハの製造装置とすることができる。

これにより、（１１１）ウェーハを用いて、高平坦な（１１１）エピウェーハを製造できる製造装置を提供できる。

また、上記エピタキシャル製造装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、主表面が（１１１）面のウェーハを用い、前記ウェーハの前記主表面における＜１１２＞結晶方向の外周端部と、前記サセプタの突起部とが一致するように、前記ウェーハを前記サセプタ上に載置して、エピタキシャル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。

このようなエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、（１１１）ウェーハの表面において成長速度の高い＜１１２＞方向のエッジ部に一致するサセプタ外周部に、より高い突起部を形成したサセプタを用いているため、＜１１２＞方向のエッジ部に供給されるガス流量を減少させ、成長速度を低下させることで、高平坦な（１１１）エピウェーハを容易に製造することができる。

以上のように、本発明のエピタキシャル成長用サセプタ及びエピタキシャル成長装置によれば、表面内の結晶方位に依存しない高平坦な（１１１）エピウェーハを製造することが可能なものとなる。また、本発明のエピタキシャル成長方法によれば、表面内の結晶方位に依存しない高平坦な（１１１）エピウェーハを製造することが可能となる。

主表面が（１１１）面のウェーハの表面における結晶方位の説明図を示す。 本発明に係るエピタキシャル成長用サセプタの上面図を示す。 本発明に係るエピタキシャル成長用サセプタの突起部の形状の一例（断面図）を示す。 本発明に係るエピタキシャル成長用サセプタの突起部の形状の別の例（断面図）を示す。 本発明に係るエピタキシャル成長装置を示す。 （１１１）エピウェーハの各結晶方位別の外周部形状（厚さ分布）を示す。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

上述のように、（１１１）ウェーハを用いて高平坦な（１１１）エピウェーハを製造するためのエピタキシャル成長用サセプタ、エピタキシャル成長装置及びエピタキシャル成長方法が求められていた。

本発明者は、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、主表面が（１１１）面のウェーハにエピタキシャル成長を行うためのサセプタであって、前記サセプタは、ウェーハを載置するための円形凹状のザグリ部と、前記ザグリ部より外側の外周部とを有し、前記外周部には、前記ザグリ部の円周方向に沿って、６つの平坦部と前記平坦部よりも高い６つの突起部とが交互に、かつ、前記突起部が、前記ザグリ部の中心を基準に６０°毎の等間隔となるように設けられているエピタキシャル成長用サセプタ及びこれを備えたエピタキシャル成長装置により、主表面が（１１１）面のウェーハの表面において、比較的成長速度の高い＜１１２＞方向のエッジ部に一致するサセプタ外周部により高い突起部を形成しているため、ウェーハ表面の＜１１２＞方向のエッジ部に供給されるガス流量を減少させ、成長速度を抑制することで、ウェーハの表面内の結晶方位に依存しない高平坦な（１１１）エピウェーハを製造可能なものとなることを見出し、本発明を完成した。

また、本発明者は、上記エピタキシャル成長用サセプタを有するエピタキシャル製造装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、主表面が（１１１）面のウェーハを用い、前記ウェーハの前記主表面における＜１１２＞結晶方向の外周端部と、前記サセプタの突起部とが一致するように、前記ウェーハを前記サセプタ上に載置して、エピタキシャル成長を行うエピタキシャルウェーハの製造方法により、高平坦な（１１１）エピウェーハを容易に製造することができることを見出し、本発明を完成した。

以下、図面を参照して説明する。

まず、（１１１）ウェーハについて、図１を参照しながら説明する。図１は、（１１１）ウェーハＷの表面における結晶方位の説明図である。図１に示すように、（１１１）ウェーハＷの結晶方位は、ウェーハの中心を基準として回転方向に３０°単位の周期で、＜１１０＞方向と＜１１２＞方向を繰り返す。なお、図中の符号５は、＜１１２＞結晶方向の外周端部を指す。

本発明者が、鋭意調査したところ、（１１１）ウェーハＷにエピタキシャル成長する場合、上記のような結晶方位に依存してエピタキシャル成長速度が異なること、そして、＜１１２＞方向の領域は＜１１０＞方向の領域よりも、成長速度が高くなることを見出した。図６に、従来のサセプタ、すなわち、外周部が平坦部のみのサセプタを用いて、直径３００ｍｍの（１１１）ウェーハにエピタキシャル成長を行ったときの、（１１１）エピウェーハの各結晶方位別の外周部形状（厚さ分布）を示す。図６は、（１１１）エピウェーハについて、中心から半径方向に１１８ｍｍの地点から外周に向けて、結晶方位（＜１１０＞方向及び＜１１２＞方向）ごとに、ウェーハ厚さを測定した結果（厚さ分布）を示す。図６の横軸は、（１１１）エピウェーハの中心からの半径方向の距離（ｍｍ）であり、縦軸は、中心から半径方向に１１８ｍｍの地点の（１１１）エピウェーハの厚さを基準（０）としたときの、ウェーハの厚さの差である。図６に示すように、（１１１）エピウェーハの最外周部、特に中心から半径方向に約１４５ｍｍを超える範囲において、＜１１２＞方向の領域では、＜１１０＞方向の領域よりも膜厚が厚くなること、すなわち、成長速度が高くなることがわかる。このような成長速度の結晶方位依存性により、エピタキシャル層の膜厚が周方向に大きく変動することとなり、（１１１）エピウェーハの平坦度を悪化させることがわかった。

なお、（１１１）ウェーハＷとしては、主表面が（１１１）面であるシリコンウェーハが挙げられるが、同等の結晶構造を有するウェーハであれば、材料の種類は問わない。例えば、ゲルマニウムウェーハにも適用可能である。

次に、本発明に係るエピタキシャル成長用サセプタについて、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明に係るエピタキシャル成長用サセプタの上面図であり、（１１１）ウェーハＷが載置された状態を示している。図２に示すサセプタ１００は、（１１１）ウェーハＷにエピタキシャル成長を行うためのサセプタである。サセプタ１００は、（１１１）ウェーハＷを載置するためのザグリ部１と、ザグリ部１より外側の外周部２とを有している。ザグリ部１は、載置する（１１１）ウェーハＷの直径より若干大きな直径の円形凹形の形状を有している。なお、サセプタ１００やザグリ部１の大きさ（直径）は特に限定されず、エピタキシャル成長に用いる（１１１）ウェーハの大きさ（直径）に応じて設定すればよい。

外周部２には、ザグリ部１の円周方向に沿って、６つの平坦部３と、平坦部３よりも高い６つの突起部４とが交互に配置されている。言い換えると、外周部２は、６つの平坦部３と６つの突起部４とを有している。突起部４は、ザグリ部１の中心Ｏを基準に６０°毎の等間隔となるように設けられている。このような構造のサセプタ１００とすることにより、（１１１）ウェーハの６つの＜１１２＞方向の外周端部５と、サセプタ１００の外周部２の６つの突起部４とが一致するように、（１１１）ウェーハＷをザグリ部１に載置することができる。なお、図２では、平坦部３、突起部４、＜１１２＞結晶方向の外周端部５は、それぞれ１か所についてのみ、符号を付している。

この突起部４の円周方向の幅は、ザグリ部１の中心Ｏを基準とした回転角度で表現する場合、図２のθ_１で示すように、０°を超え、１０°以下（０°＜θ_１≦１０°）とすることが好ましい。突起部４の円周方向の幅をこのような範囲とすることで、ウェーハ表面の＜１１２＞方向のエッジ部近傍での膜厚分布が凸形状となる範囲を、確実にカバーすることができるものとなる。この場合、結晶方位の周期性に基づけば、平坦部３の円周方向の幅は、図２に示すθ_２が、５０°以上、６０°未満の範囲（５０°≦θ_２＜６０°）となる。

また、突起部４の頂部の高さは、平坦部３の上面から、１００μｍ以上、１０００μｍ以下、より好ましくは６００μｍ以下、さらに好ましくは３００μｍ以下の高さとすることができる。突起部４の頂部の高さをこのような範囲とすることで、ウェーハ表面の＜１１２＞方向のエッジ部近傍に供給されるガス流量を、より安定して、より効果的に低下させることが可能となるため、成長速度をより確実に低下させることができるものとなる。

突起部４の形状は特に限定されないが、円周方向の断面形状が、図３に示すような三角形のものや、図４に示すような台形の形状のものとすることができる。

なお、サセプタ１００の材質は特に限定されないが、例えば、黒鉛の表面にＳｉＣをコーティングしたものとすることができる。

次に、本発明に係るエピタキシャル成長装置について、図５を参照しながら説明する。図５に記載されるように、本発明に係るエピタキシャル成長装置１０は、エピタキシャル成長を行う反応室（反応容器）１１内に、上述のエピタキシャル成長用サセプタ（サセプタ１００）を備える。なお、エピタキシャル成長装置１０の構造は、特に限定されない。原料ガス供給部１２から原料ガスが供給され、温度が調節された（１１１）ウェーハＷ上でエピタキシャル成長を行うことができるものである。

次に、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法を説明する。（１１１）ウェーハとしては、表面が研磨されて鏡面とされたＰＷ（ポリッシュドウェーハ）が好適に使用できる。エピタキシャル成長装置１０の反応室１１内に（１１１）ウェーハＷを導入し、サセプタ１００上のザグリ部１内に載置する。このとき、図２に示すように、（１１１）ウェーハＷの主表面における＜１１２＞結晶方向の外周端部５と、サセプタ１００の外周部２の突起部４とが一致するように、（１１１）ウェーハＷをザグリ部１内に載置する。このように載置するには、例えば、搬送時の（１１１）ウェーハＷの結晶方位の向きが所定の方向となるように設定しておき、サセプタ１００上に載置されたときに、上記のような関係となるように、サセプタ１００の位置を設定しておけばよい。また、（１１１）ウェーハＷをサセプタ１００に搬送する途中で、（１１１）ウェーハＷに形成されたノッチやオリフラをもとにアライメントを行い、サセプタ１００上に載置されたときに、上記のような関係となるようにすることも可能である。

（１１１）ウェーハＷがサセプタ１００上に載置されたら、成膜材料等に応じた温度となるように（１１１）ウェーハＷの温度を適宜調節し、原料ガス供給部１２から原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行うことで、（１１１）エピウェーハを得ることができる。

以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。

（実施例１）
（１１１）ウェーハとして、研磨加工し、表面を鏡面とした直径３００ｍｍの（１１１）シリコンウェーハを用いた。エピタキシャル成長装置として、図３に示すような断面三角形状の高さ７０μｍ、幅８°の突起部を有するサセプタを備えた枚葉式エピタキシャル成長装置を用い、エピタキシャル成長を行った。エピタキシャル成長条件は、１１３０℃、３分間とした。得られた（１１１）エピウェーハの平坦度（ＥＳＦＱＲ）及びウェーハの厚さを、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製のＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ２を使用して測定した。この時のＥＳＦＱＲバラツキは、３１．３ｎｍであった。

（実施例２）
サセプタの外周部の断面三角形状の突起部が高さ２００μｍ、幅８°のものを用いたこと以外は実施例１と同じ条件で、（１１１）エピウェーハの製造を行った。この時のＥＳＦＱＲバラツキは、２０．５ｎｍであった。

（比較例）
外周部に突起部を有さず、外周部が平坦部のみからなるサセプタを使用したこと以外は実施例１と同じ条件で、（１１１）エピウェーハの製造を行った。比較例のＥＳＦＱＲバラツキは、５１．７ｎｍであった。

実施例１，２と比較例から明らかなように、本発明に係るエピタキシャル成長用サセプタ―を用いて（１１１）エピウェーハを製造すると、（１１１）ウェーハ面内における＜１１２＞方向の領域の成長速度を低くすることができる。その結果、平坦度の高い（１１１）エピウェーハを容易に得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。

１…ザグリ部、 ２…外周部、 ３…平坦部、 ４…突起部、
５…＜１１２＞結晶方向の外周端部、
１０…エピタキシャル成長装置、 １１…反応室（反応容器）、
１２…原料ガス供給部、 １００…サセプタ。
Ｏ…ザグリ部の中心、 Ｗ…（１１１）ウェーハ。

Claims (5)

1. 主表面が（１１１）面のウェーハにエピタキシャル成長を行うためのサセプタであって、
   前記サセプタは、ウェーハを載置するための円形凹状のザグリ部と、前記ザグリ部より外側の外周部とを有し、
   前記外周部には、前記ザグリ部の円周方向に沿って、６つの平坦部と前記平坦部よりも高い６つの突起部とが交互に、かつ、前記突起部が、前記ザグリ部の中心を基準に６０°毎の等間隔となるように設けられているエピタキシャル成長用サセプタを備えるエピタキシャルウェーハの製造装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
   主表面が（１１１）面のウェーハを用い、前記ウェーハの前記主表面における＜１１２＞結晶方向の外周端部と、前記サセプタの突起部とが一致するように、前記ウェーハを前記サセプタ上に載置して、エピタキシャル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。
2. 前記突起部の頂部の前記平坦部の上面からの高さが、１００μｍ以上、１０００μｍ以下である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。
3. 前記突起部の頂部の前記平坦部の上面からの高さが、１００μｍ以上、６００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
4. 前記突起部の頂部の前記平坦部の上面からの高さが、１００μｍ以上、３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
5. 前記突起部の円周方向の幅が、前記ザグリ部の中心を基準に、０°を超え、１０°以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

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