JPWO2005093136A1 - 支持体並びに半導体基板の処理方法 - Google Patents

支持体並びに半導体基板の処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 半導体基板の表面へのドーパントの回り込みを充分に抑制できると共に、半導体基板の裏面への反応ガスの入り込みを抑制できる、支持体並びに半導体基板の処理方法を提供する。【解決手段】 ウエハ支持体１のウエハ支持部２には、シリコン半導体ウエハ７が載置されており、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間には空間が形成され、ウエハ支持体１の中央領域に位置する支持体回動部材６ａに設けられたガス供給路６を水素ガス５が流れ、そして座ぐり部２ａの中央領域に形成されたガス供給貫通孔部３を通って、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間の空間内を、シリコン半導体ウエハ７に沿って流れ、半導体ウエハ７が載置された側とは反対側のウエハ支持体１の外側面と座ぐり部２ａとを連絡する、鉛直方向に対して傾斜したガス排出貫通孔部４を水素ガス５が流れて、ウエハ支持体１から排出される。

Description

本発明は、支持体並びに半導体基板の処理方法に関する。詳しくは、支持体において半導体基板の載置面と半導体基板との間に所定のガスが流れる空間を形成し、反応ガスがこの空間内に入り込むことを抑制しようとする支持体、並びに半導体基板の処理方法に係るものである。
半導体基板上にエピタキシャル層を析出成長させて得られた微小欠陥のない完全結晶表面部を有する基板は、近年、ＭＰＵやメモリＩＣにおいて多く用いられている。例えばシリコンエピタキシャル層を析出成長させる方法としては、高温に加熱されたシリコン基板上に、ＳｉＣｌ４等の材料ガスと水素等の基準ガスとを含む反応ガスを供給し、シリコン基板上にシリコン単結晶を堆積させそして成長させるＣＶＤ（化学気相成長）法等が挙げられる。
エピタキシャル層を析出成長させる装置としては様々なものがあるが、図１に、エピタキシャル層を析出成長させる従来の半導体製造装置の一例である概略断面図を示す。
ここで示す半導体製造装置は、反応室１０１と、反応室１０１の周辺に配されたハロゲンランプ１０６と、反応室１０１内にて半導体ウエハを支持するウエハ支持体１０２からなる。反応室１０１は、反応ガス導入口１０４が形成されたステンレス製の第１の締め具１０９と、反応ガス排出口１０５が形成されたステンレス製の第２の締め具１１０と、第１の締め具及び第２の締め具によって両端を締め付けて固定された石英ガラス板１０７から構成されている。
上記のように構成された半導体製造装置を用いてエピタキシャル層を析出成長させる場合には、ウエハ支持体上に半導体ウエハ１０３を載置し、反応ガス導入口１０４から反応ガス１０８を導入し、反応ガス排出口１０５から反応ガス１０８を排出して反応室１０１内に反応ガスを流すと共に、ハロゲンランプ１０６を照射して、半導体ウエハ１０３を加熱する。この反応ガスと熱によってエピタキシャル層を析出成長させる。
ところで、エピタキシャル層を析出成長させる工程において、半導体基板を高温に加熱することから、半導体基板中のドーパントが気相中に放出され、放出されたドーパントがエピタキシャル層内に取り込まれる現象、いわゆるオートドープ現象が起こる。このため形成されたエピタキシャル層内のドーパント濃度分布にバラツキが生じ、これによりエピタキシャル層内の比抵抗率分布が均一化しないという問題があった。ここで「ドーパントとは、半導体の性質を制御するために添加される、半導体結晶を構成する元素以外の元素からなる不純物のことであって、ＧａＮ、ＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対しては、ｐ型のドーパントとして、ＩＩ族元素であるＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄがあり、ｎ型ドーパントとしては、ＶＩ族元素であるＳｅ、ＴｅやＩＶ族元素であるＳｉがある。
そこで、特開平１０−２２３５４５号公報及び特開２００２−１９８３１８号公報に記載の発明では、半導体基板の裏面（エピタキシャル層が形成される面の反対側）から放出されるドーパントが、半導体基板の表面（エピタキシャル層が形成される面）へ回り込まないよう、支持体上面から下面へのガス流れを形成した支持体を用いている。図２に、ガス流れを形成した従来の支持体の概略断面図を示す。
図２に示すウエハ支持体１１１は、半導体ウエハ１１４を載せるためのウエハポケット１１２内の最外周部に貫通孔部１１３を配置してあり、原料ガス１１６が半導体ウエハ１１４の表面側へ供給され、そして加熱することで半導体ウエハ１１４の表面にエピタキシャル層１１５を成長させている。ここで、貫通孔部１１３が配置されていることにより、半導体ウエハ１１４の表面からの局所的なガス流れが形成され、半導体ウエハ１１４の裏面から放出されたドーパントが半導体ウエハ１１４の表面へ回り込むことなく排出される。
また、特開２００３−２７３０３７号公報に記載の発明では、半導体基板の裏面が５体積％以下の水素を含有する駆出ガスにさらされ、水素により強化されるドーパントの拡散を広い範囲で回避させている。
更に、特開２００３−１９７５３２号公報、特開２００３−１９７５３３号公報及び特開２００３−２２９３７０号公報に記載の発明では、支持体に形成された孔部を介し、反応室を流れるガスによって半導体基板から放出されるドーパントを排出して、ドーパントが半導体基板の表面へ回り込むことを抑制している。
しかしながら、特開平１０−２２３５４５号公報及び特開２００２−１９８３１８号公報に記載の発明のように、支持体上面から下面へのガス流れを形成する方法では、支持体上面を流れる原料ガスが半導体基板の裏面と支持体との間の空間に入り込んで、半導体基板の裏面における不要なエピタキシャル析出成長等を生じさせる可能性がある。
また、特開２００３−２７３０３７号公報に記載の発明のように、半導体基板の裏面を、水素含有量の少ないガスにさらす方法では、半導体基板の表面に水素含有量の少ないガスが流動し、半導体基板の表面へのドーパントの回り込みを充分に抑制できない可能性がある。
更に、特開２００３−１９７５３２号公報、特開２００３−１９７５３３号公報及び特開２００３−２２９３７０号公報に記載の発明のように、支持体に形成された孔部を介し、反応室を流れるガスによって半導体基板から放出されるドーパントを排出する方法では、半導体基板の表面へのドーパントの回り込みを充分に抑制できない可能性がある。
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、半導体基板の表面へのドーパントの回り込みを充分に抑制できると共に、半導体基板の裏面への反応ガスの入り込みを抑制できる、支持体並びに半導体基板の処理方法を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、本発明の支持体は、反応ガスが供給される反応室内で半導体基板を支持する支持体において、前記半導体基板の載置面と前記半導体基板との間に形成されると共に、前記半導体基板の載置面以外の外側面と繋がった所定空間内に所定のガスが流れるように構成されている。
ここで、支持体に、載置される半導体基板との間に、半導体基板が載置される側以外の支持体の外側面と繋がった、所定のガスが流れる空間を形成することによって、半導体基板から気相中に放出されたドーパント、半導体基板から気相中に放出されたガス状汚染物質及び支持体に付着した微小な汚染物質を、所定のガスと共に半導体基板が載置される側以外の支持体の外側面から効果的に排出でき、また、所定のガスが流れることによって、支持体の外側を流れる反応ガスが、半導体基板の載置面と半導体基板との間に形成された空間内に入り込むことを抑制できる。
また、所定のガスが流れる支持体の空間が、半導体基板の載置面以外の支持体の外側面と繋がっていることで、単に載置された半導体基板の裏面をガスにさらす場合よりも効率的に半導体基板の表面へのドーパントの回り込みを抑制できる。なお、ここでいう「所定のガス」とは、半導体基板に接しても半導体基板と反応せずに、半導体基板に悪影響を及ぼさないガス（例えば、エピタキシャル装置の場合では、エピタキシャル層を半導体基板に析出させないガス）を指す。
また、本発明の半導体基板の処理方法は、反応室内に設けられた支持体に半導体基板を載置し、前記反応室内に反応ガスを供給して前記半導体基板に薄膜を形成する半導体基板の処理方法において、前記支持体における前記半導体基板の載置面と前記半導体基板との間に形成されると共に、半導体基板の載置面以外の外側面と繋がった所定空間内に所定のガスを流しながら前記半導体基板に薄膜を形成する。
ここで、支持体の空間内に所定のガスを供給することによって、半導体基板から気相中に放出されたドーパント、半導体基板から気相中に放出されたガス状汚染物質及び支持体に付着した微小な汚染物質を、所定のガスと共に半導体基板の載置面以外の支持体の外側面へ効果的に排出でき、また、所定のガスが流れることによって、支持体の外側を流れる反応ガスが、半導体基板の載置面と半導体基板との間に形成された空間内に入り込むことを抑制できる。
また、所定のガスを供給する空間が、半導体基板の載置面以外の支持体の外側面と繋がっていることで、単に載置された半導体基板の裏面にガスを供給する場合よりも効率的に半導体基板の表面へのドーパントの回り込みを抑制できる。
本発明に係る支持体は、半導体基板の表面へのドーパントの回り込みを充分に抑制できると共に、半導体基板の裏面への反応ガスの入り込みを抑制できる。
また、本発明に係る半導体基板の処理方法は、半導体基板の表面へのドーパントの回り込みを充分に抑制できると共に、半導体基板の裏面への反応ガスの入り込みを抑制できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図３は、本発明を適用した半導体製造装置に用いられる枚葉式の支持体の一例を示す概略平面図である。円形のウエハ支持体１は、中心部が二段階に窪んでおり、そのうちの上段である半導体ウエハを支持するウエハ支持部２並びに、所定のガスが供給される、ウエハ支持体１の中央領域に位置する５つのガス供給貫通孔部３と、所定のガスが排出される６つのガス排出貫通孔部４が設けられた、下段の座ぐり部２ａから構成されている。
ここで、半導体ウエハの載置面と半導体ウエハとの間に形成されると共に、半導体ウエハの載置面以外の外側面と繋がった所定空間内に所定のガスが流れるようウエハ支持体が構成されるのであれば、ウエハ支持体１は中心部が三段階に窪んでいてもよい。このような窪みに半導体ウエハを載置することで、反応ガス流による半導体ウエハの位置ずれを防止できる。
ここで、半導体ウエハの載置面と半導体ウエハとの間に形成されると共に、半導体ウエハの載置面以外の外側面と繋がった所定空間内に所定のガスが流れるようウエハ支持体が構成されるのであれば、ガス供給貫通孔部３やガス排出貫通孔部４は、どのような位置に幾つでも設けられていてもよく、例えばウエハ支持部２と座ぐり部２ａを結ぶ面に設けられていてもよいが、ガス排出貫通孔部４が半導体ウエハの直径を越えない支持体領域内に設けられていれば、効率的に半導体ウエハの裏面（座ぐり部２ａに面している面）から半導体ウエハの表面へのドーパントの回り込みを抑制できて好ましい。
また、半導体ウエハの載置面と半導体ウエハとの間に形成されると共に、半導体ウエハの載置面以外の外側面と繋がった所定空間内に所定のガスが流れるようウエハ支持体が構成されるのであれば、ガス供給貫通孔部３やガス排出貫通孔部４は、どのような大きさでもよく、例えばそれぞれ直径１〜１０ｍｍのものであってもよい。
図４は、図３に示すウエハ支持体に半導体ウエハを載せたものを備えた半導体製造装置の一例を示す概略断面図であり、ウエハ支持体の断面は図３のＩ−Ｉ線に沿って切断したものである。
図４に示す半導体製造装置は、反応室８と、反応室の周辺に配されたハロゲンランプ１１と、反応室内にてシリコン半導体ウエハ７を支持する円板状のウエハ支持体１からなる。反応室８は、反応ガス導入口９が形成されたステンレス製の第１の締め具１４と、反応ガス排出口１０が形成されたステンレス製の第２の締め具１５と、第１の締め具と第２の締め具によって両端を締め付けて固定された石英ガラス板１２からなる。ここで、第１の締め具１４と第２の締め具１５は、石英ガラス板１２を締め付けて固定できれば、石英製のものでもよい。
ウエハ支持体１のウエハ支持部２には、シリコン半導体ウエハ７が載置されており、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間には空間が形成され、ウエハ支持体１の中央領域に位置する支持体回動部材６ａに設けられたガス供給路６を水素ガス５が流れ、そして座ぐり部２ａの中央領域に形成されたガス供給貫通孔部３を通って、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間の空間に入り、水素ガス５はシリコン半導体ウエハ７の面に沿って流れ、半導体ウエハ７が載置された側とは反対側のウエハ支持体１の外側面と座ぐり部２ａとを連絡する、鉛直方向に対して傾斜したガス排出貫通孔部４を水素ガス５が流れて、ウエハ支持体１から排出される。シリコン半導体ウエハ７の裏面全面に沿って均一に流れるよう、また、シリコン半導体ウエハ７が水素ガス５によって浮上しないよう、水素ガス５の流量や圧力等が調整される。支持体回動部材６ａは駆動装置（不図示）に接続され、これによってウエハ支持体１は回動可能になっている。排出された水素ガスは、反応ガスと共に反応ガス排出口１０を通って反応室８から排出される。
水素ガス５がウエハ支持体１から排出されることによって、シリコン半導体ウエハ７の裏面（座ぐり部２ａに面している面）から放出される、ドーパントやガス状汚染物質、並びにウエハ支持体１に付着した微小な汚染物質が水素ガス５と共にウエハ支持体１から排出され、シリコン半導体ウエハ７の表面へのドーパントの回り込みを抑制でき、シリコン半導体ウエハ７の表面に析出されるエピタキシャル層中のドーパント濃度分布均一性を向上させ、良好な比抵抗率分布を実現できると共に、シリコン半導体ウエハ７の裏面を清浄な状態に維持してエピタキシャル成長処理における異常反応を抑制できる。
また、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間を水素ガス５が流れることによって、ウエハ支持体１の外側を流れる反応ガスが、載置されたシリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間に形成された空間内に入り込むことを抑制でき、よってシリコン半導体ウエハ７の裏面における不要なエピタキシャル析出成長やエッチング反応を抑制するので、シリコン半導体ウエハ７の平坦度の向上及びシリコン半導体ウエハ７の裏面における局所的な変色の発生を抑制できる。
更に、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間に水素ガス５を積極的に流しているので水素ガスの流量を積極的に制御することができ、また、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間に水素ガス５を均一に供給することで、支持体の面内温度分布を均一にすることができると共に、支持体とウエハの間の熱伝導を良好にしてウエハの面内温度分布を均一にすることができる。
ここで、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間の空間に所定のガスを供給できれば、ガス供給貫通孔部３とガス供給路６はウエハ支持体１の中央領域に設けなくてもよく、例えばガス排出貫通孔部４の少なくとも１つをガス供給貫通孔部３として用い、これにガス供給路６を接続して所定のガスを供給してもよい。
また、本実施例では、ガス供給路６に水素ガスを供給する例を挙げて説明しているが、所定のガスであればどのようなガスでもよく、不活性ガス例えば窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及びラドンから選ばれるガスを用いてもよく、またこれらガスの少なくとも２種からなる混合ガスを用いてもよい。
上記の半導体製造装置を用いてエピタキシャル析出成長を行なう場合には、反応室８内の円板状のウエハ支持体１上にシリコン半導体ウエハ７を載置し、反応ガス導入口９から四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスと水素ガスを含む反応ガス１３が反応室８内に導入される。ＳｉＣｌ４ガスと水素ガスを含む反応ガス１３は、シリコン半導体ウエハ７付近に流れ、反応室周辺に配置されたハロゲンランプ１１から光を反応室内に照射し、シリコン半導体ウエハ７が加熱されて、熱と反応ガスとによってエピタキシャル析出成長が行なわれる。
ここで、光源としてハロゲンランプを用いているが、光源はシリコン半導体ウエハ７を加熱できるものであればどのような光源でもよく、例えば赤外線ランプを用いてもよい。
また、図４には、筐体形状の反応室を有する半導体製造装置の例を示しているが、本発明を適用した半導体製造装置は、上記のウエハ支持体を収容できて半導体ウエハを加熱できれば、どのような形状の反応室を有していてもよく、例えば半球状ドーム型の反応室、釣り鐘形の反応室を有していてもよい。
また、本実施例では、シリコン基板を用いた例を挙げて説明を行なっているが、エピタキシャル成長が行なえる基板であればどのようなものでもよく、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板やテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）基板を用いてもよい。また、基板上にエピタキシャル層を析出成長させることができれば、どのような材料ガスを用いてもよく、例えばガリウムヒ素基板を用いる場合には、Ｇａを含有するガスを用い、テルル化亜鉛基板を用いる場合には、Ｔｅを含有するガスを用いる。
次に、エピタキシャル成長工程について説明する。
シリコン半導体ウエハ７を支持しているウエハ支持体１を駆動装置（不図示）により回転させながら、ハロゲンランプ１１によって１０００〜１２００℃までシリコン半導体ウエハ７を加熱する。
次に、反応ガス導入口９からＳｉＣｌ４ガスと水素ガスを含む反応ガス１３を反応室８内へ導入して、エピタキシャル成長を行なう。
反応ガス中の材料ガスとしてＳｉＣｌ４ガスが反応室８内に導入されているが、シリコン原子を含んだ気体であればどのようなものでもよく、例えば三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、二塩化シラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス若しくはシラン（ＳｉＨ４）ガスを反応室８内に導入してもよい。
図５は、本発明を適用した半導体製造装置に用いられる複数枚式の支持体の一例を示す概略平面図である。円形のウエハ支持体１上には、円形状に二段階に窪んだ、半導体ウエハを載置する箇所が円環状に配置されており、同時に複数枚の半導体ウエハにエピタキシャル層を析出成長させることができる。
図６は、図５に示すウエハ支持体に半導体ウエハを載せてＩＩ−ＩＩ線に沿って切断したものの一例を示す概略断面図である。
ウエハ支持体１のウエハ支持部２には、それぞれシリコン半導体ウエハ７が載置されており、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間には空間が形成され、ウエハ支持体１の中央領域に位置するガス供給路６を水素ガス５が流れ、そして座ぐり部２ａの中央領域に形成されたガス供給貫通孔部３を通って、シリコン半導体ウエハ７と座ぐり部２ａとの間の空間に入り、水素ガス５はシリコン半導体ウエハ７の面に沿って流れ、半導体ウエハ７が載置された側とは反対側のウエハ支持体１の外側面と、座ぐり部２ａとを連絡するガス排出貫通孔部４を水素ガス５が流れて、ウエハ支持体１から排出される。ガス供給路６がウエハ支持体１の中央領域からウエハ支持体１の外周部に向けて延びているので、ガス排出貫通孔部４はウエハ支持体１の外周部側のみに設けられている。
［図１］エピタキシャル層を析出成長させる従来の半導体製造装置の一例である概略断面図である。
［図２］ガス流れを形成した従来の支持体の概略断面図である。
［図３］本発明を適用した半導体製造装置に用いられる枚葉式の支持体の一例を示す概略平面図である。
［図４］図３に示すウエハ支持体に半導体ウエハを載せたものを備えた半導体製造装置の一例を示す概略断面図であり、ウエハ支持体の断面は図３のＩ−Ｉ線に沿って切断したものである。
［図５］本発明を適用した半導体製造装置に用いられる複数枚式の支持体の一例を示す概略平面図である。
［図６］図５に示すウエハ支持体に半導体ウエハを載せてＩＩ−ＩＩ線に沿って切断したものの一例を示す概略断面図である。
 符号の説明
１ ウエハ支持体
２ ウエハ支持部
２ａ 座ぐり部
３ ガス供給貫通孔部
４ ガス排出貫通孔部
５ 水素ガス
６ ガス供給路
６ａ 支持体回動部材
７ シリコン半導体ウエハ
８ 反応室
９ 反応ガス導入口
１０ 反応ガス排出口
１１ ハロゲンランプ
１２ 石英ガラス板
１３ ＳｉＣｌ４ガスと水素ガスを含む反応ガス
１４ 第１の締め具
１５ 第２の締め具

Claims (8)

  1. 反応ガスが供給される反応室内で半導体基板を支持する支持体において、
    前記半導体基板の載置面と前記半導体基板との間に形成されると共に、前記半導体基板の載置面以外の外側面と繋がった所定空間内に所定のガスが流れるように構成されている
    ことを特徴とする支持体。
  2. 前記所定のガスの供給元が前記支持体の略中央領域に形成された
    ことを特徴とする請求項１に記載の支持体。
  3. 前記所定のガスは水素ガスである
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の支持体。
  4. 前記所定のガスは不活性ガスである
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の支持体。
  5. 反応室内に設けられた支持体に半導体基板を載置し、前記反応室内に反応ガスを供給して前記半導体基板に薄膜を形成する半導体基板の処理方法において、
    前記支持体における前記半導体基板の載置面と前記半導体基板との間に形成されると共に、半導体基板の載置面以外の外側面と繋がった所定空間内に所定のガスを流しながら前記半導体基板に薄膜を形成する
    ことを特徴とする半導体基板の処理方法。
  6. 前記支持体の略中央領域から前記所定のガスを供給する
    ことを特徴とする請求項５に記載の半導体基板の処理方法。
  7. 前記所定のガスは水素ガスである
    ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体基板の処理方法。
  8. 前記所定のガスは不活性ガスである
    ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体基板の処理方法。
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