JPH10144609A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気相成長装置において、高厚膜型の気相成長
法によって堆積膜を形成するの際に、ウェーハの割れの
発生を防止すること。 【解決手段】 サセプタ４の上面に形成された座グリ部
５にウェーハ６を収容して加熱した後、ウェーハ６の表
面に反応ガス１９を供給して気相成長法によりウェーハ
６の表面に堆積膜を形成する気相成長装置において、座
グリ部５を、ウェーハ６を収容したときに、サセプタ４
の上面からウェーハ６の上面までの深さが、５００μｍ
以上、７５０μｍ以下となる様に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、１００μ
ｍ以上の高膜厚型の気相成長法に使用される気相成長装
置に係り、特に、気相成長のプロセス終了後のウェーハ
の割れの発生防止対策に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３にパンケーキ型の気相成長装置の概
要を示す。図３は、装置の中心軸を含む断面図であり、
図中、１はベースプレート、２はベルジャ、４はサセプ
タ、６はウェーハを表す。

【０００３】反応室３は、ベースプレート１の上に石英
ガラス製のベルジャ２を被せることによって構成され、
高い気密性を備える。反応室３の中にはサセプタ４が設
けられている。サセプタ４の上面には、図４に示す様
に、複数の座グリ部５が周方向に配列されて形成されお
り、これらの座グリ部５にウェーハ６がセットされる。
サセプタ４の中心部は下側からシャフト７によって支持
され、シャフト７はベースプレートの下に配置された駆
動装置（図示せず）に接続されている。サセプタ４には
この駆動装置からシャフト７を介して回転運動が与えら
れる。

【０００４】反応ガス供給ノズル９は、シャフト７の中
心軸を貫通する様に設けられ、反応室３の外部から内部
へ反応ガス１９を供給する。反応ガス供給ノズル９は石
英ガラス製であり、反応ガス供給ノズル９の側面には複
数の噴出孔１１が設けられている。反応ガス１９は噴出
孔１１から水平方向（矢印方向）に噴出されて、ウェー
ハ６の上に供給される様になっている。

【０００５】サセプタ４の下側には、サセプタ４を加熱
するための高周波誘導加熱コイル８が配置されている。
また、サセプタ４と高周波誘導加熱コイル８との間に
は、高周波誘導加熱コイル８を覆う様に、石英ガラス製
のコイルカバー１２が設けられており、高周波誘導加熱
コイル８を反応ガス１９から隔絶している。

【０００６】ベースプレート１には排気口１３が設けら
れており、反応室３内の反応ガス１９は、排気口１３を
介して排気経路１４に排出される様になっている。図４
はサセプタの上面の部分拡大平面図である。

【０００７】サセプタ４の中心部には反応ガス供給ノズ
ル９が配置され、サセプタ４の表面に対して垂直方向に
立ち上がっている。サセプタ４の上面には、座グリ部５
が周方向に等間隔で配置されている。反応ガス供給ノズ
ル９は閉じられたパイプ状であって、その側面には複数
の噴出孔１１が設けられている。噴出孔１１から円周方
向に等分割されて噴出された反応ガス１９は、図４に示
す様に、サセプタ４の上面に沿って流れ、座グリ部５に
セットされているウェーハ６の表面に到達し、その一部
がウェーハ６の表面での気相成長で消費され、残りはサ
セプタ４の外周方向に流れ、排気口１３から排出され
る。なお、サセプタ４は、加熱の均一性と、反応ガス１
９のウェーハ６の表面への均一な供給を考慮して、低速
で回転される（例えば５〜６回転／分）。

【０００８】図５に、従来の気相成長装置において、サ
セプタ４の上面に形成される座グリ部５の断面形状を示
す。図５に示す様に、座グリ部５の底面は段付き形状と
なっていて、底面外周部５Ａと、これよりも深く加工さ
れ平坦な底面を有する底面中央部５Ｂとから構成され
る。更に、座グリ部５の深さは、図５に示す様に、座グ
リ部５にウェーハ６をセットした場合に、ウェーハの上
面６Ａがサセプタ４の上面とほぼ同じ高さになる様に設
定されている。これは、気相成長のプロセスにおいて、
反応ガス１９がウェーハ６の上面の全面にムラなく到達
することを考慮したためである。

【０００９】次に、この気相成長装置を用いて気相成長
法により堆積膜を形成するプロセスの概要について説明
する。先ず、反応室３内を真空排気した後、サセプタ４
を回転すると共に、高周波誘導加熱コイル８によってサ
セプタ４を加熱する。ウェーハ６が所定の温度に到達し
た後、反応ガス供給ノズル９から、例えば、ＳｉＨＣｌ
₃ などの反応ガス１９を反応室３内に供給する。これに
より、ウェーハ６の表面にシリコンなどの堆積膜が気相
成長により堆積する。

【００１０】ところで、気相成長のプロセスの際、サセ
プタ４を介して裏面側から加熱されたウェーハ６には、
表裏の温度差によって図６に示す様な反りが発生する。
この様なウェーハの反りによって、ウェーハ６の周縁部
に反応ガスの流れが当たり易くなるとともに、ウェーハ
６の裏面がサセプタ４の座グリ部５の底面中央部５Ｂに
近接する。

【００１１】従来の気相成長装置を用いて、例えば、直
径５インチのウェーハに１００μｍ以上の高厚膜型の気
相成長法によりシリコン膜の堆積を行った場合、気相成
長に長時間を要するので、ウェーハ６の裏面側に回り込
んだ反応ガスによってウェーハ６の裏面側でもシリコン
膜の成長が起こり、ウェーハ６の裏面が、ウェーハ６の
反りのために近接している座グリ部５の底面中央部５Ｂ
をはじめ、底面外周部５Ａの一部に接着することがあ
る。

【００１２】この様な接着が発生すると、気相成長のプ
ロセス終了後の冷却過程において、ウェーハ６とサセプ
タ４との熱膨張の差によって、機械的な強度が弱いウェ
ーハ６に、図７（ａ）あるいは（ｂ）に示す様に、クラ
ックが発生する。ここで、図７（ａ）は、ウェーハを横
断する様に割れが発生した例であり、図７（ｂ）は、ウ
ェーハの周縁部に欠けが発生した例を示す。因みに、ウ
ェーハの熱膨張係数は２．３３×１０^-6／℃、サセプタ
の熱膨張係数は４．５×１０^-6／℃であり、約２倍の差
がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な問
題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、気相成長装
置において、高厚膜型の気相成長法によって堆積膜を形
成する際に、ウェーハの割れの発生を防止することがで
きる構造を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の気相成長装置
は、サセプタの上面に形成された座グリ部にウェーハを
収容して加熱した後、ウェーハの表面に反応ガスを供給
して気相成長法によりウェーハの表面に堆積膜を形成す
る気相成長装置において、前記座グリ部を、ウェーハを
収容したときにサセプタの上面からウェーハの上面まで
の深さが、５００μｍ以上、７５０μｍ以下となる様に
形成したことを特徴とする。

【００１５】上記の気相成長装置を使用した場合、ウェ
ーハを座グリ部の中に収容したとき、ウェーハの上面
（表面側）がサセプタの上面のレベルよりも下側に位置
することになる。この状態で、気相成長法によりウェー
ハ上に半導体膜等を堆積した場合、座グリ部の中に収容
されたウェーハの周縁部の近傍は、ウェーハ表面に供給
される反応ガスの流れの滞留箇所となる。その結果、ウ
ェーハ上の他の箇所よりもガス置換が緩慢となり、ウェ
ーハの裏面側への反応ガスの回り込みの量が少なくなる
ので、ウェーハの裏面側における堆積膜の成長が抑えら
れ、ウェーハの裏面側（下面）と座グリ部との接着を防
止することができる。これによって、気相成長のプロセ
ス終了後の冷却の段階で、ウェーハとサセプタとの熱収
縮量の差に起因する力がウェーハに作用しないので、ウ
ェーハの割れの発生が防止される。

【００１６】そこで、座グリ部の深さを数水準、変化さ
せて、ウエーハ表面に高厚膜型の気相成長法によりシリ
コン膜を堆積する実験を行ったところ、サセプタの上面
からウェーハの上面までの深さが５００μｍ以上、７５
０μｍ以下となる様にした場合に、ウェーハの割れの発
生が抑えられると同時に、ウェーハの上面（表面側）に
おける膜厚の均一性も確保できることが判明した。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を用
いて説明する。本発明に基く気相成長装置の全体的な構
成及び、反応ガス供給ノズルとサセプタの相対的な配置
は、先に従来の技術の項で説明した図３及び図４と共通
であるので、その説明は省略する。

【００１８】本発明の気相成長装置においては、ウェー
ハの裏面側への反応ガスの進入を防止するために、ウェ
ーハの上面がサセプタの上面のレベルよりも下側に位置
する様に、サセプタに形成される座グリ部の深さを設定
している。

【００１９】図１に、本発明の気相成長装置において、
サセプタ４に形成される座グリ部５の断面形状を示す。
座グリ部５の底部は、段付き形状となっており、底面外
周部５Ａと、これよりも深く加工され平坦な底面を有す
る底面中央部５Ｂとから構成される。座グリ部の底面外
周部５Ａの深さは、図１に示す様に、座グリ部５の中に
ウェーハ６をセットした場合に、サセプタ４の上面のレ
ベルからウェーハの上面６Ａまでの深さＬが５００μｍ
となるように設定されている。なお、座グリ部５の内径
とウェーハ６の外径との間の間隔は、熱膨張の差及びウ
ェーハ６のロード・アンロードの便宜を考慮して、１．
０ｍｍに設定している。

【００２０】座グリ部５を上記の様な形状に形成するこ
とにより、ウェーハ６の周縁部の近傍が、反応ガス供給
ノズル９（図４）からウェーハ６表面に供給される反応
ガス１９（図４）の流れの滞留箇所となるので、反応ガ
スがサセプタの座グリ部の底面外周部５Ａとウェーハ６
の裏面との間からウェーハ６の裏面側へ回り込む現象が
抑制され、ウェーハ６の裏面側におけるシリコン膜の堆
積が減少する結果、ウェーハの割れの発生を防止するこ
とができる。

【００２１】

【実施例】直径５インチ、厚さ６５０μｍのウェーハを
用いて、サセプタ４の上面から座グリ部の底面外周部５
Ａまでの深さを１１５０μｍとし、これにより、サセプ
タ４の上面からウェーハの上面６Ａまでの深さを５００
μｍに設定して、シリコン膜の気相成長を行って、ウェ
ーハの上面（表面側）の膜厚分布の測定を行った。な
お、反応ガスとしてＳｉＨＣｌ₃ を使用し、目標膜厚を
２００μｍとした。

【００２２】図２に測定結果を示す。図２は、反応ガス
の流れの影響が表れ易い、反応ガス供給ノズル９（図
１）からサセプタ４の外周に向ってウェーハ中心を通る
方向の膜厚分布であって、図中の符号Ａ〜Ｅは、ウェー
ハの表面におけるシリコンの膜厚の測定位置を表し、図
４中の符号にそれぞれ対応する。即ち、Ａはウェ−ハの
周縁部でサセプタ４の中心軸に最も近い部分、Ｅはウェ
−ハの周縁部でサセプタ４の中心軸から最も遠い部分、
Ｃはウェ−ハの中心部、ＢはＡとＣの中間位置、ＤはＥ
とＣの中間位置を示す。

【００２３】図２に見られる様に、ウェーハの周縁部の
近傍が反応ガスの滞留箇所となって気相成長が抑制され
る結果、ウェーハの周縁部の膜厚が中心部の膜厚と比較
して僅かに薄くはなるが、その違いは極めて小さく、問
題がないことが確認された。なお、図２に示されたデー
タから、次式を用いて膜厚分布Δを算出したところ、膜
厚分布Δの値は±０．３４％となり、良好な値となっ
た。

【００２４】 Δ＝±１００×（ｔmax −ｔmin ）／（２×ｔav） ここで、 ｔmax ＝ウェーハ内最大膜厚 ｔmin ＝ウェーハ内最小膜厚 ｔav ＝ウェーハ内平均膜厚 また、気相成長の目標膜厚を１００μｍとして実験を行
った場合についても、同様の膜厚分布の傾向が得られ
た。また、サセプタ４の上面からウェーハの上面６Ａま
での深さを７５０μｍに設定して気相成長を行った場合
も、同様に良好な結果が得られた。

【００２５】一方、深さが７５０μｍを上回ると、ウェ
ーハ周辺部の膜厚が薄くなる傾向が次第に顕著になり適
当ではないことが判明した。また、サセプタの上面から
ウェーハの上面までの深さを２５０μｍとした場合に
は、ウェーハ６の裏面側で約２μｍの厚さでシリコン膜
の堆積が観察され、ウェーハの割れの発生を防止するこ
とができなかった。なお、サセプタの上面から座グリ部
までの深さについては、反応ガスの進入に対して顕著な
影響は認められなかった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に基く気相成
長装置に従いサセプタの座グリ部の深さを適切に調整す
ることによって、ウェーハの周縁部の近傍が反応ガスの
流れの滞留箇所となる結果、ウェーハの裏面側に反応ガ
スが回り込み難くなって、ウェーハの裏面側におけるシ
リコン膜の成長が抑制され、ウェーハの割れを防止する
ことが可能となり、またこれと同時に、ウェーハの表面
側における膜厚の分布の均一性も確保することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基く気相成長装置において、サセプタ
の上面に形成される座グリ部の形状を示す部分断面図。

【図２】本発明に基く気相成長装置を使用して、シリコ
ン膜を目標膜厚２００μｍで堆積した場合のウエハ表面
側における膜厚分布の測定結果を示す図。

【図３】気相成長装置の概要を示す図。

【図４】気相成長の際のサセプタ上での反応ガスの流れ
を説明する図。

【図５】従来の気相成長装置において、サセプタの上面
に形成される座グリ部の形状を示す部分断面図。

【図６】従来の気相成長装置において、サセプタの上面
に形成された座グリ部にセットされたウェーハに反りが
発生した状態を示す図。

【図７】従来の気相成長装置を使用した場合に、ウェー
ハに発生するクラックの形態の例を示す図、（ａ）はウ
ェーハを横断する割れ、（ｂ）はウェーハの周縁部に発
生する欠けを表す。

【符号の説明】

１・・・ベースプレート、２・・・ベルジャ、３・・・
反応室、４・・・サセプタ、５・・・座グリ部、６・・
・ウェーハ、７・・・シャフト、８・・・高周波誘導加
熱コイル、９・・・反応ガス供給ノズル、１１・・・噴
出孔、１２・・・コイルカバー、１３・・・排気口、１
４・・・排気経路、１９・・・反応ガス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サセプタの上面に形成された座グリ部に
   ウェーハを収容して加熱した後、ウェーハの表面に反応
   ガスを供給して気相成長法によってウェーハの表面に堆
   積膜を形成する気相成長装置において、 前記座グリ部を、ウェーハを収容したときにサセプタの
   上面からウェーハの上面までの深さが、５００μｍ以
   上、７５０μｍ以下となる様に形成したことを特徴とす
   る気相成長装置。