JPH0963966A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ウェーハのワレ、カケ、スリップ、パーティ
クル等を防止でき、均一性に優れた膜厚を形成できる気
相成長装置を提供する。 【解決手段】 半導体ウェーハの形状に合致するよう凹
陥され半導体ウェーハの周辺部を載置支持する庇状のウ
ェーハ載置部２０を有する回転可能なサセプタ５と、ウ
ェーハ載置部上に載置される半導体ウェーハの下面中心
位置から所定半径領域を加熱する第１ヒータ８と、ウェ
ーハ載置部２０の下位にあって半導体ウェーハの周辺を
ウェーハ載置部を介して間接加熱する第２ヒータ９とを
備え、ウェーハ載置部におけるオリエンテーションフラ
ット部６ａが位置するオリエンテーションフラット載置
部２０ａを、このオリエンテーションフラット載置部以
外のウェーハ載置部の部分に比べて熱容量がより小さく
なるように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気相成長装置に係
り、特にサセプタに載置されたオリエンテーションフラ
ット部が形成された半導体ウェーハに薄膜を形成させる
気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板の表面にエピタキシャル成長
層を形成するエピタキシャル成長装置は、近年益々高集
積化される半導体に対応するため、その成長層の膜厚を
基板全面で均一にかつ高精度に制御することが必要とさ
れている。また、半導体基板の材料効率向上のため大口
径化も進んでいる。

【０００３】これらを実現するためにエピタキシャル成
長装置は、その技術的重要度を従来のバッチ式処理型か
ら枚葉式処理型へ移行させつつある。このことはＣＶＤ
に適用される装置においても同様である。枚葉式処理型
でキーポイントとなるのはスループットに関するもので
ある。スループットの向上のためには、加熱冷却の時間
やウェーハの搬送時間の短縮化とエピタキシャル成長速
度を高速化することが考えられる。エピタキシャル成長
速度の高速化については、ウェーハを数百回転以上の高
速で回転させることにより、ウェーハ近傍の気圧が低く
なりウェーハ上方から送られる反応ガスをウェーハ表面
に引き寄せ（ポンプ効果）るとともに、エピタキシャル
成長反応の進行するウェーハ表面直上の境界層を遠心力
により均一化させて薄化し、反応ガスの供給効率を上げ
て成長速度の高速化を図っている。

【０００４】図１に、基本的な枚葉型気相成長装置の概
略を示す。気相成長室１の上部のガス供給口２により整
流板３を通して反応ガスを流入させ、ウェーハ導入部４
より支持台となるサセプタ５の上に導入載置したウェー
ハ６をサセプタ５ごと回転軸７を中心に回転させ、同心
円状に中心部にある第１ヒータ８と周辺部にある第２ヒ
ータ９とによりウェーハ６を下方から加熱し、ウェーハ
６表面に成膜する機構を有している。反応ガスは気相成
長室１の下部にある排気口１０より排気される。気相成
長室１の上部には放射温度計１１が設けられれ温度制御
を行なっている。

【０００５】図２に、サセプタ５に載置されたウェーハ
６を第１ヒータ８と第２ヒータ９とにより加熱する状態
を示す。図２（ａ）は図３における線ＯＡから見た断面
図であり、図２（ｂ）は図３における線ＯＢから見た断
面図である。

【０００６】図３に示すように、ウェーハ６にはオリエ
ンテーションフラット部６ａが形成されている。サセプ
タ５にはウェーハ６の形状に合致するよう凹陥されウェ
ーハ６の周辺部を載置支持する庇状のウェーハ載置部１
５が設けられている。ウェーハ載置部１５には、オリエ
ンテーションフラット部６ａの形状と合致するオリエン
テーションフラット載置部（以下：オリフラ載置部と称
する）１５ａが形成されており、オリエンテーションフ
ラット部６ａはオリエンテーションフラット載置部１５
ａに位置している。

【０００７】第１ヒータ８はウェーハ載置部１５上に載
置されるウェーハ６の下面中心位置から所定半径領域を
加熱する。第２ヒータ９、ウェーハ載置部１５の下位に
あってウェーハ６の周辺をウェーハ載置部１５を介して
間接加熱する。半導体ウェーハ６を中心位置から周辺位
置に至るまで均一な温度に加熱されるように、第１ヒー
タ８と第２ヒータ９とは独立に温度制御されるようにな
っており、ウェーハ６の周辺をウェーハ載置部１５を介
して間接加熱する第２ヒータ９が第１ヒータ８に比べて
高い温度に制御される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図２（ａ）に示すよう
に、オリエンテーションフラット部６ａ以外のウェーハ
６の周辺部は、ウェーハ載置部１５を介して第２ヒータ
９によって加熱される。これに対して、図２（ｂ）に示
すように、オリエンテーションフラット部６ａ近傍のウ
ェーハ６の周辺部は、ウェーハ載置部１５を介して第１
ヒータ８によって加熱される。

【０００９】第１ヒータ８は第２ヒータ９よりも低温度
で制御されているので、第１ヒータ８で加熱されるオリ
エンテーションフラット部６ａ近傍は、第２ヒータ９で
加熱されるオリエンテーションフラット部６ａ以外のウ
ェーハ６の周辺部に比べて、温度が低くなり、次のよう
な問題点があった。

【００１０】すなわち、オリエンテーションフラット部
６ａを有するウェーハ６における薄膜形成においては、
ウェーハ６の面内において大きく温度差が生じるため、
スリップ等の結晶欠陥が発生しやすくウェーハ６のワ
レ、カケ、スリップ、パーティクル等の原因になり、ま
た気相成長される膜厚の均一性が低下するという問題で
ある。

【００１１】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題を解消し、ウェーハのワレ、カケ、スリップパ
ーティクル等を防止でき、均一性に優れた膜厚を形成で
きる気相成長装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体ウェーハ上に気相成長させる気相
成長装置であって、オリエンテーションフラット部が形
成された半導体ウェーハの形状に合致するよう凹陥され
半導体ウェーハの周辺部を載置支持する庇状のウェーハ
載置部を有する回転可能なサセプタと、前記ウェーハ載
置部上に載置される半導体ウェーハの下面中心位置から
所定半径領域を加熱する第１ヒータと、前記ウェーハ載
置部の下位にあって半導体ウェーハの周辺を前記ウェー
ハ載置部を介して間接加熱する第２ヒータとを備え、前
記ウェーハ載置部における前記オリエンテーションフラ
ット部が位置するオリエンテーションフラット載置部
を、このオリエンテーションフラット載置部以外の前記
ウェーハ載置部の部分に比べて熱容量がより小さくなる
ように形成したことを特徴とする。

【００１３】また、好適には、前記オリエンテーション
フラット載置部を、このオリエンテーションフラット載
置部以外の前記ウェーハ載置部の部分に比べて材料容積
をより小さく形成する。

【００１４】また、好適には、前記オリエンテーション
フラット載置部を薄肉状に形成する。

【００１５】また、好適には、前記オリエンテーション
フラット載置部を、このオリエンテーションフラット載
置部以外の前記ウェーハ載置部の部分に比べて熱容量の
より小さい材料で形成する。

【００１６】ウェーハ載置部に載置された半導体ウェー
ハのオリエンテーションフラット部の近傍部分は、オリ
エンテーションフラット載置部を介して第２ヒータより
低温度で温度制御された第１ヒータによって加熱され
る。オリエンテーションフラット載置部を、このオリエ
ンテーションフラット載置部以外のウェーハ載置部の部
分に比べて熱容量がより小さくなるように形成し、オリ
エンテーションフラット載置部で吸収される熱量を小さ
くなるようにする。

【００１７】オリエンテーションフラット載置部をこの
オリエンテーションフラット載置部以外のウェーハ載置
部の部分に比べて熱容量がより小さくなるように形成す
るためには、オリエンテーションフラット載置部以外の
ウェーハ載置部の部分に比べて材料容積をより小さく、
例えば、オリエンテーションフラット載置部を薄肉状に
形成する。また、オリエンテーションフラット載置部を
このオリエンテーションフラット載置部以外のウェーハ
載置部の部分に比べて熱容量のより小さい材料で形成す
る。

【００１８】この結果、第２ヒータより低温度で温度制
御された第１ヒータで加熱されるオリエンテーションフ
ラット部の近傍と、第２ヒータで加熱されるオリエンテ
ーションフラット部以外の周辺部との間に温度差がない
ようにすることが可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の好
適な実施の形態を示す。本実施形態例の気相成長装置
は、概略構成は図１に示した枚葉型気相成長装置と同様
である。図１において、気相成長室１の上部のガス供給
口２により整流板３を通して反応ガスを流入させるよう
になっている。ウェーハ６はウェーハ導入部４より導入
され、支持台となるサセプタ５の上に載置される。ウェ
ーハ６はサセプタ５とともに回転軸７を中心に回転され
るようになっている。サセプタ５およびウェーハ６を加
熱するヒータとして、同心円状に中心部にある円板状の
第１ヒータ８と周辺部にある環状の第２ヒータ９とが固
定して配設されている。

【００２０】図５に示すように、ウェーハ６にはオリエ
ンテーションフラット部６ａが形成されている。サセプ
タ５にはウェーハ６の形状に合致するよう凹陥されウェ
ーハ６の周辺部を載置支持する庇状のウェーハ載置部２
０が設けられている。ウェーハ載置部２０には、オリエ
ンテーションフラット部６ａの形状と合致するオリエン
テーションフラット載置部（以下：オリフラ載置部と称
す）２０ａが形成されており、オリエンテーションフラ
ット部６ａはオリフラ載置部２０ａに位置している。

【００２１】サセプタ５のウェーハ載置部２０はウェー
ハ６の外周規格の公差やハンドラーのサセプタ５への搬
送公差等を考慮し、半径方向に１ｍｍ程度の余裕をもた
せてある。また、その材厚も均一に熱が伝わるように一
様に仕上げられている。

【００２２】図４に、サセプタ５に載置されたウェーハ
６を第１ヒータ８と第２ヒータ９とにより加熱する状態
を示す。図４（ａ）は図５における線ＯＡから見た断面
図であり、図４（ｂ）は図５における線ＯＢから見た断
面図である。図４に示すように、サセプタ５の周辺部は
厚肉に形成されており、ウェーハ載置部２０は周辺部に
比べて薄肉に形成されている。ウェーハ載置部２０のう
ち、オリフラ載置部２０ａは下面が削落されており、ウ
ェーハ載置部２０の他の部分に比べてさらに薄肉に形成
されている。

【００２３】第１ヒータ８はウェーハ載置部１５上に載
置されるウェーハ６の下面中心位置から所定半径領域を
加熱する。第２ヒータ９、ウェーハ載置部２０の下位に
あってウェーハ６の周辺をウェーハ載置部２０を介して
間接加熱する。半導体ウェーハ６を中心位置から周辺位
置に至るまで均一な温度で加熱されるように、第１ヒー
タ８と第２ヒータ９とは独立に温度制御されるようにな
っており、ウェーハ６の周辺をウェーハ載置部２０を介
して間接加熱する第２ヒータ９が第１ヒータ８に比べて
高い温度に制御される。

【００２４】次に具体的実施形態例について説明する。
図１に示す枚葉型気相成長装置にて、図２に示す従来例
のオリフラ載置部１５ａが形成されたウェーハ載置部１
５を有するサセプタ５と、図４に示す本実施形態例のオ
リフラ載置部２０ａが形成されたウェーハ載置部２０を
有するサセプタ５とを用いて比較した。

【００２５】図２に示す従来例のウェーハ載置部１５
は、オリフラ載置部１５ａを含め全周を０．５ｍｍの肉
厚に加工して形成されており、図４に示す本実施形態例
のウェーハ載置部２０は、オリフラ載置部２０ａを０．
４ｍｍの肉厚に加工しウェーハ載置部１５の他の部分を
０．５ｍｍの肉厚に加工した。

【００２６】（１） 実施例１ １５０ｍｍφウェーハ６に厚さ２．０μｍ狙いでエピタ
キシャル層を形成した。エピタキシャル層の成長条件
は、Ｈ2 ：３０ｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ：１００ｃ
ｃ／ｍｉｎ、Ｂ2 Ｈ6 ：３０ｃｃ／ｍｉｎの反応ガスを
用い、サセプタ５は１５００ｒｐｍで回転させ、４分間
気相成長させた。

【００２７】この時、成長温度を１１５０℃とするた
め、第１ヒータ８は１１５０℃、第２ヒータ９は１２０
０℃に温度制御した。

【００２８】図４に示すオリフラ載置部２０ａを有する
本実施形態例のサセプタ５を用いた場合の結果を図７に
示す。図７からわかるように、オリエンテーションフラ
ット部６ａで発生したスリップは長さ２〜３ｍｍと短
く、本数もわずかであった。

【００２９】この実施例１の結果によれば、図４に示す
ようにオリフラ載置部２０ａを薄肉で形成したことによ
り、ウェーハ６の全体で温度差が生じないようにするこ
とができ、スリップの発生を抑制できることがわかる。

【００３０】（２） 実施例２ 実施例１と同じ条件の下で、図２に示す従来例のオリフ
ラ載置部１５ａを有するサセプタ５を用いた場合の結果
を図６に示す。図６からわかるように、ウェーハ６の外
周部において長さ２〜３ｍｍのスリップが十数本発生
し、特にオリエンテーションフラット部６ａでは長さ１
０〜１５ｍｍの長さのスリップが十数本、集中して発生
しているのが確認された。

【００３１】（３） 実施例３ 図２に示す従来例のオリフラ載置部１５ａを有するサセ
プタ５を用い、第１ヒータ８の制御温度を１１５０℃の
ままで、第２ヒータ９の制御温度を１２２０℃に上げ、
オリエンテーションフラット部６ａの温度が低下しない
ように試みた。

【００３２】この結果、図８に示すように、オリエンテ
ーションフラット部６ａのスリップは２〜３ｍｍの長さ
に抑止できたが、オリエンテーションフラット部６ａ以
外の他の外周部において長さ１０〜２０ｍｍのスリップ
が多発してしまい、さらにウェーハ６の中央においても
スリップの発生が見られた。

【００３３】この第３実施例の結果によれば、第２実施
例における場合に比べてオリエンテーションフラット部
６ａの温度を相対的に高くした場合にも、従来例のオリ
フラ載置部１５ａを有するサセプタ５を用いた場合に
は、ウェーハ６上の温度差によるスリップの生成を抑止
することができないことがわかった。

【００３４】（４） 実施例４ 図２に示す従来例のサセプタ５を用いた場合と、図４に
示す本発明のサセプタ５と用いた場合とで、ウェーハ６
についてエピタキシャル層の厚さのバラツキを比較し
た。

【００３５】従来例の場合ではエピタキシャル層を成長
させたウェーハ６では、中央の厚さが２．０μｍ、中央
より外周へ７０ｍｍ地点における厚さが１．８μｍ、中
央よりオリエンテーションフラットに向かって７０ｍｍ
地点における厚さが１．５μｍであった。

【００３６】これに対して、図４に示す本発明のサセプ
タ５を用いた場合のウェーハ６では、その厚さは、中央
で２．０μｍ、中央よりオリエンテーションに向かって
７０ｍｍ地点でも１．８μｍであり、局部的な薄化は発
生していなことが確認された。

【００３７】以上、図４に示した本発明の実施形態例の
構成によれば、オリフラ載置部２０ａを薄肉で形成した
ので、図２に示す従来例に比べて、ウェーハ６の面内に
おいて温度差を抑制でき、スリップ等の結晶欠陥が発生
しにくいようにすることができ、また膜厚の均一性を高
めることができた。

【００３８】次に、本発明の他の実施形態例について説
明する。気相成長させるエピタキシャル層の均一化を図
るため反応させながらウェーハ６を高速回転させる場合
に、ウェーハ６の回転ズレが生じる恐れがある。

【００３９】本実施形態例を説明する前に、これに対応
する従来技術について説明する。図９は、熱膨張が生じ
ないとした場合を示す。図９（ａ）にサセプタ５のウェ
ーハ載置部１５に載置されたウェーハ６を示し、図９
（ｂ）に、ウェーハ載置部１５の壁面とウェーハ６の周
辺端面との隙間２５を示す。

【００４０】図１０では、サセプタ５の熱膨張を生じた
場合を示す。図１０（ａ）における一点鎖線２６に示す
線上において、すなわちウェーハ６の直径分より長さが
短くなる部分では、図１０（ｃ）に示すように降温後に
ウェーハ６の周辺端部がウェーハ載置部１５の対向する
壁面に挟まれててしまう。このため、ウェーハ６が割れ
たりする問題が生じていた。なお、１０（ｂ）に示すよ
うに、オリエンテーションフラット部６ａでは隙間２５
が大きく形成される。

【００４１】これらの従来技術に対して、本実施形態例
では、まず図１１に示すように、ウェーハ載置部３０を
円形に形成する。これによって、オリエンテーションフ
ラット部６ａを有するウェーハ６がウェーハ載置部３０
内で回転した場合にでも図１１（ｂ）に示すようにウェ
ーハ載置部３０の壁面で接触することがない。

【００４２】さらに、図１１に、上述の従来技術に対す
る本発明の他の実施形態例を示す。図１１に示した例で
は、ウェーハ６が回転する可能性がある。そこで、図１
２に示す例では、図４に示したウェーハ載置部２０のオ
リフラ載置部１５ａを薄肉に形成するとともに、ウェー
ハ６がウェーハ載置部２０上で回転することを防止する
ために、オリフラ載置部１５ａに２本の回転止めピン３
５、３５を植設した例である。

【００４３】本実施形態例によれば、オリフラ載置部１
５ａを薄肉に形成するととも回転止めピン３５、３５を
設けたのでウェーハが挟まれて割れるということなく、
ウェーハ６にスリップ等の発生を抑止することができ
た。

【００４４】次に、本発明のさらに他の実施形態例につ
いて説明する。上述の実施形態例においては、ウェーハ
載置部におけるオリフラ載置部を、オリフラ載置部以外
のウェーハ載置部の部分に比べて熱容量がより小さくな
るように形成する一例として、図４等に示したように、
オリフラ載置部２０ａの材料容積を小さくする例とし
て、薄肉状に形成する例を示した。しかし、オリフラ載
置部２０ａを薄肉状に形成する代わりに、例えばオリフ
ラ載置部の上面あるいは下面に溝等の列を堀り、オリフ
ラ載置部の材料容積を小さくしてもよい。

【００４５】さらに、ウェーハ載置部におけるオリフラ
載置部を、オリフラ載置部以外のウェーハ載置部の部分
に比べて熱容量がより小さくなるように形成する例とし
ては、オリフラ載置部の材料容積を小さくする代わり
に、オリフラ載置部をオリフラ載置部以外のウェーハ載
置部の部分に比べて熱容量のより小さく材料で形成して
もよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、ウェーハ載置部におけるオリフラ載置部を、オリ
フラ載置部以外のウェーハ載置部の部分に比べて熱容量
がより小さくなるように形成したので、オリエンテーシ
ョンフラット部を有するウェーハにおける薄膜形成にお
いては、ウェーハの面内において温度差が生じるないよ
うにでき、ウェーハのワレ、カケ、スリップパーティク
ル等を防止でき、均一性に優れた膜厚を形成できる気相
成長装置を提供することである。

【図面の簡単な説明】

【図１】枚葉型気相成長装置の概略構成を示す断面図。

【図２】従来のサセプタと第１ヒータと第２ヒータとの
配置関係について、オリエンテーションフラット部につ
いて図３の線ＯＢから見た断面図（ｂ）と、オリエンテ
ーションフラット部からはずれた部分について図３の線
ＯＡから見た断面図（ａ）。

【図３】オリエンテーションフラット部を有するウェー
ハと、サセプタのウェーハ載置部と、ウェーハ載置部の
オリフラ載置部と、第１ヒータの配置関係を示す平面
図。

【図４】本発明のサセプタのウェーハ載置部と、ウェー
ハ載置部のオリフラ載置部と、第１ヒータと第２ヒータ
の配置関係を示す断面図であり、オリエンテーションフ
ラット部について図５の線ＯＢから見た断面図（ｂ）
と、オリエンテーションフラット部からはずれた部分に
ついて図５の線ＯＡから見た断面図（ａ）。

【図５】図４におけるオリフラ載置部の近傍を拡大して
示す平面図。

【図６】図２に示す従来のサセプタを用い、エピタキシ
ャル成長させたウェーハに発生したスリップの状況を示
す図。

【図７】図４に示す本発明のサセプタを用い、エピタキ
シャル成長させたウェーハに発生したスリップの状況を
示す図。

【図８】図２に示す従来のサセプタを用い、オリエンテ
ーションフラット部にスリップが発生しないように意図
し第２ヒータの温度を上げてエピタキシャル成長させた
場合に、オリエンテーションフラット以外の外周に発生
したスリップ及びウェーハ中央に発生したスリップの状
況を示す図。

【図９】オリエンテーションフラット部の形状に合致す
るように形成されたウェーハ載置部に載置されたウェー
ハを示す平面図。

【図１０】図９においてウェーハ載置部に載置されたウ
ェーハが回転ズレを起こした場合を示す平面図（ａ）
と、線２６上で対向する部分２７、２８を示す断面図
（ｃ）と、部分２９を示す断面図（ｂ）。

【図１１】ウェーハが回転ズレを起こしてもウェーハ載
置部の壁面とぶつからないように、ウェーハ載置部を形
成したことを示す平面図（ａ）と、（ａ）に示す位置か
ら回転した状態を示す平面図（ｂ）と断面図（ｃ）。

【図１２】図４におけるオリフラ載置部に、さらに回転
ズレも起こさないように回転止めピンを植設した例を示
す断面図（ａ）と斜視図（ｂ）。

【符号の説明】

１ 気相成長室 ２ 反応ガス供給口 ３ 整流板 ４ ウェーハ導入口 ５ サセプタ ６ ウェーハ ６ａ オリエンテーションフラット部 ７ 回転軸 ８ 第１ヒータ ９ 第２ヒータ １０ 排気口 １１ 放射温度計 １５ ウェーハ載置部 １５ａ オリフラ載置部（オリエンテーションフラット
載置部） ２０ ウェーハ載置部 ２０ａ オリフラ載置部（オリエンテーションフラット
載置部） ２５ 隙間 ３０ ウェーハ載置部 ３５ 回転止めピン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウェーハ上に気相成長させる気相成
   長装置であって、オリエンテーションフラット部が形成
   された半導体ウェーハの形状に合致するよう凹陥され半
   導体ウェーハの周辺部を載置支持する庇状のウェーハ載
   置部を有する回転可能なサセプタと、前記ウェーハ載置
   部上に載置される半導体ウェーハの下面中心位置から所
   定半径領域を加熱する第１ヒータと、前記ウェーハ載置
   部の下位にあって半導体ウェーハの周辺を前記ウェーハ
   載置部を介して間接加熱する第２ヒータとを備え、前記
   ウェーハ載置部における前記オリエンテーションフラッ
   ト部が位置するオリエンテーションフラット載置部を、
   このオリエンテーションフラット載置部以外の前記ウェ
   ーハ載置部の部分に比べて熱容量がより小さくなるよう
   に形成したことを特徴とする気相成長装置。
2. 【請求項２】前記オリエンテーションフラット載置部
   を、このオリエンテーションフラット載置部以外の前記
   ウェーハ載置部の部分に比べて材料容積をより小さく形
   成したことを特徴とする請求項１に記載の気相成長装
   置。
3. 【請求項３】前記オリエンテーションフラット載置部を
   薄肉状に形成したことを特徴とする請求項２に記載の気
   相成長装置。
4. 【請求項４】前記オリエンテーションフラット載置部
   を、このオリエンテーションフラット載置部以外の前記
   ウェーハ載置部の部分に比べて熱容量のより小さい材料
   で形成したことを特徴とする請求項１に記載の気相成長
   装置。