JPWO2009084154A1 - エピタキシャル成長用サセプタ - Google Patents
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Abstract
本発明は、エピタキシャル成長装置において単結晶基板を水平に支持するためのザグリを有するエピタキシャル成長用サセプタであって、ザグリは、単結晶基板が当接して支持される外周領域と、該外周領域に囲まれており、単結晶基板と接触しない中央領域を有しており、ザグリの中央領域には、エピタキシャル成長用サセプタを貫通する１つ以上の貫通孔が形成されており、ザグリの外周領域は、０°より大きく１°未満の範囲の傾斜角で、中央領域に向かって深さが増すように傾斜しているテーパ形状であり、かつ、支持される単結晶基板の直径の３．３％以上の水平幅を有するものであるエピタキシャル成長用サセプタを提供する。これにより、単結晶基板の裏面の外周側において、局所的に著しいデポが発生するのを防止することができるエピタキシャル成長用サセプタが提供される。
Description
本発明は、単結晶基板上にエピタキシャル層を積層するエピタキシャル成長装置において、エピタキシャル成長時に単結晶基板を支持するためのエピタキシャル成長用サセプタ（以下では、単にサセプタと言うことがある）に関する。
エピタキシャル成長技術は、バイポーラトランジスタやＭＯＳＬＳＩ等の集積回路の製造に用いられる単結晶薄膜層を気相成長させる技術であり、清浄な半導体単結晶基板上に基板の結晶方位に合せて均一な単結晶薄膜を成長させたり、ドーパント濃度差が大きい接合の急峻な不純物勾配を形成することができるので、極めて重要な技術である。
このようなエピタキシャル成長を行うための装置としては、縦型（パンケーキ型）、バレル型（シリンダー型）、さらに横型の３種類が一般的である。これらの成長装置の基本的な原理は共通している。この成長装置は単結晶基板を載置するためのエピタキシャル成長用サセプタを内部に備えた反応室や、反応室の外部に設けられるハロゲンランプ等からなる加熱手段等を備えて構成されており、縦型のうち１枚ずつ処理する装置を枚葉式エピタキシャル成長装置と呼んでいる。
ここで、例えばこの枚葉式エピタキシャル成長装置について図９を参照して説明する。図９は、従来より用いられている一般的な枚葉式エピタキシャル成長装置（特開２００４−３１９６２３号公報等参照）の一例を示す概略図である。
この枚葉式エピタキシャル成長装置１０１は、表面にエピタキシャル層が積層される単結晶基板１０２が内部に配置される反応室１０３を有しており、該反応室１０３に原料ガス・キャリアガスを導入するためのガス導入口１０４とガスを排出するガス排出口１０５が設けられている。また、反応室１０３内には単結晶基板１０２を載置するサセプタ１０６を具備する。なお、反応室１０３の上壁１０７は石英ガラスからなっている。
また、少なくとも、反応室１０３の外部には、単結晶基板１０２を加熱する例えばハロゲンランプ等の加熱手段１０８を備えている。
この枚葉式エピタキシャル成長装置１０１は、表面にエピタキシャル層が積層される単結晶基板１０２が内部に配置される反応室１０３を有しており、該反応室１０３に原料ガス・キャリアガスを導入するためのガス導入口１０４とガスを排出するガス排出口１０５が設けられている。また、反応室１０３内には単結晶基板１０２を載置するサセプタ１０６を具備する。なお、反応室１０３の上壁１０７は石英ガラスからなっている。
また、少なくとも、反応室１０３の外部には、単結晶基板１０２を加熱する例えばハロゲンランプ等の加熱手段１０８を備えている。
ここで、上記サセプタ１０６についてさらに説明する。図１０に従来のサセプタの一例の概略を示す。図１０（Ａ）が平面図であり、図１０（Ｂ）はサセプタの一部の範囲における断面図である。
図１０に示すように、サセプタ１０６にはザグリ１１０が形成されており、該ザグリ１１０は外周領域１１１と、該外周領域１１１に囲まれた中央領域１１２を有しており、外周領域１１１と中央領域１１２の境界には段差１１３が形成されている。
外周領域１１１はテーパ形状であり、表面にエピタキシャル成長が施される単結晶基板１０２が当接して支持されるようになっているが、中央領域１１２は、単結晶基板１０２が接触しないよう段差１１３を介して外周領域１１１よりも深い位置に形成されている。また、中央領域１１２には、単結晶基板１０２の裏面の自然酸化膜の除去、さらにはハローの形成の防止等のために貫通孔１１４が形成されている。
図１０に示すように、サセプタ１０６にはザグリ１１０が形成されており、該ザグリ１１０は外周領域１１１と、該外周領域１１１に囲まれた中央領域１１２を有しており、外周領域１１１と中央領域１１２の境界には段差１１３が形成されている。
外周領域１１１はテーパ形状であり、表面にエピタキシャル成長が施される単結晶基板１０２が当接して支持されるようになっているが、中央領域１１２は、単結晶基板１０２が接触しないよう段差１１３を介して外周領域１１１よりも深い位置に形成されている。また、中央領域１１２には、単結晶基板１０２の裏面の自然酸化膜の除去、さらにはハローの形成の防止等のために貫通孔１１４が形成されている。
上記のような図９に示す従来のサセプタ１０６を備えた枚葉式エピタキシャル成長装置１０１を用い、単結晶基板１０２上にエピタキシャル層を形成する場合は、図１０（Ｂ）のように、サセプタ１０６のザグリ１１０内に単結晶基板１０２を配し、サセプタ１０６を支持する支持軸１０９およびそれを回転（自転）させる不図示の回転機構によって単結晶基板１０２を回転させつつ、加熱手段１０８によって単結晶基板１０２を所定の温度に加熱する。そして、反応室１０３内に、例えばシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させるのであれば、水素等のキャリアガスで希釈したトリクロロシラン等の原料ガスを、所定時間、所定流量でガス導入口１０４から供給することにより行う。
このようにして、単結晶基板１０２上にエピタキシャル層を積層させたエピタキシャル基板を得ることができる。
このようにして、単結晶基板１０２上にエピタキシャル層を積層させたエピタキシャル基板を得ることができる。
しかしながら、上記のような従来のサセプタ１０６を用いて単結晶基板１０２を支持してエピタキシャル成長を施すと、サセプタ１０６の中央領域１１２に形成された貫通孔１１４から、単結晶基板１０２の裏面に原料ガスが回り込み、単結晶基板１０２の裏面にデポが発生することがある。そのため、エピタキシャル基板の外周部のフラットネスが悪化してしまうという問題があった。
そこで、本発明者がエピタキシャル成長後の基板について鋭意研究を行ったところ、特に、エピタキシャル基板の裏面の外周側において、局所的に、著しいデポが見られることがわかった。さらには、この裏面外周側でのデポは、単結晶基板とサセプタのザグリの外周領域とが当接する位置の付近（単結晶基板とザグリの外周領域の水平幅とが重なる部分）で集中的に発生しており、その結果、局所的な厚み変化がエピタキシャル基板の外周側にもたらされていることを見出した。図１０（Ｂ）に、単結晶基板の裏面の外周側に局所的に積層されたデポ層も示す。このデポ層の厚さは、反応時間にもよるが、０．０５〜０．３μｍ程度である。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、単結晶基板の裏面の外周側において、局所的に著しいデポが発生するのを防止することができるエピタキシャル成長用サセプタを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、エピタキシャル成長装置において単結晶基板を水平に支持するためのザグリを有するエピタキシャル成長用サセプタであって、前記ザグリは、前記単結晶基板が当接して支持される外周領域と、該外周領域に囲まれており、前記単結晶基板と接触しない中央領域を有しており、前記ザグリの中央領域には、前記エピタキシャル成長用サセプタを貫通する１つ以上の貫通孔が形成されており、前記ザグリの外周領域は、０°より大きく１°未満の範囲の傾斜角で、前記中央領域に向かって深さが増すように傾斜しているテーパ形状であり、かつ、前記支持される単結晶基板の直径の３．３％以上の水平幅を有するものであることを特徴とするエピタキシャル成長用サセプタを提供する。
まず、本発明者が調査を行った結果、単結晶基板の裏面の外周側の局所的なデポを防ぐにあたっては、サセプタのザグリの外周領域の傾斜角を低角化するとともに、外周領域を従来品よりも拡張し、単結晶基板とサセプタのザグリの外周領域とが重なる部分を拡げ、単結晶基板の裏面でのデポを単結晶基板のより中央側から徐々に連続的に発生させることが有効であることを見出した。
すなわち、本発明のように、単結晶基板が当接して支持される、テーパ形状の外周領域が、０°より大きく１°未満の範囲の傾斜角で、支持される単結晶基板の直径の３．３％以上の水平幅を有するサセプタであれば、従来品の場合とは異なり、単結晶基板の裏面の外周側で、局所的に厚いデポが生じるのを防止することができる。このため、エピタキシャル基板の外周部のフラットネスが良好であり、高品質のエピタキシャル基板を得ることが可能である。
すなわち、本発明のように、単結晶基板が当接して支持される、テーパ形状の外周領域が、０°より大きく１°未満の範囲の傾斜角で、支持される単結晶基板の直径の３．３％以上の水平幅を有するサセプタであれば、従来品の場合とは異なり、単結晶基板の裏面の外周側で、局所的に厚いデポが生じるのを防止することができる。このため、エピタキシャル基板の外周部のフラットネスが良好であり、高品質のエピタキシャル基板を得ることが可能である。
また、ザグリの中央領域には、エピタキシャル成長用サセプタを貫通する１つ以上の貫通孔が形成されているので、エピタキシャル成長時に、単結晶基板の裏面の自然酸化膜を効果的に除去することができる。
さらに、ザグリの外周領域は、０°より大きい傾斜角で、中央領域に向かって深さが増すように傾斜しているテーパ形状であるため、外周領域の内縁と単結晶基板の裏面とが接触することもなく単結晶基板の裏面に傷が付くのを防ぐことができるし、かつ、１°未満の範囲の傾斜角であるため、裏面の外周側のデポを抑制することができる。
さらに、ザグリの外周領域は、０°より大きい傾斜角で、中央領域に向かって深さが増すように傾斜しているテーパ形状であるため、外周領域の内縁と単結晶基板の裏面とが接触することもなく単結晶基板の裏面に傷が付くのを防ぐことができるし、かつ、１°未満の範囲の傾斜角であるため、裏面の外周側のデポを抑制することができる。
このとき、特には、前記中央領域から前記外周領域に支持された前記単結晶基板の最外周部までの範囲に対応する外周領域の水平幅が、前記単結晶基板の直径の３．３％以上であるのが好ましい。
このようなものであれば、単結晶基板の裏面の外周側で局所的に厚いデポが生じるのをより確実に防止することができる。
このようなものであれば、単結晶基板の裏面の外周側で局所的に厚いデポが生じるのをより確実に防止することができる。
このとき、前記ザグリの中央領域は、曲面からなる凹形状であるのが好ましい。
支持される単結晶基板は自重により撓みやすく、この場合、単結晶基板とザグリの中央領域とが接触し、単結晶基板裏面に傷やスリップ等のダメージが及ぶことがある。
しかしながら、ザグリの中央領域が曲面からなる凹形状であれば、単結晶基板が撓んでも、単結晶基板とザグリの中央領域とが接触することなく、単結晶基板裏面の状態を良好に保つことができる。
支持される単結晶基板は自重により撓みやすく、この場合、単結晶基板とザグリの中央領域とが接触し、単結晶基板裏面に傷やスリップ等のダメージが及ぶことがある。
しかしながら、ザグリの中央領域が曲面からなる凹形状であれば、単結晶基板が撓んでも、単結晶基板とザグリの中央領域とが接触することなく、単結晶基板裏面の状態を良好に保つことができる。
また、前記ザグリの外周領域の水平幅は、前記支持される単結晶基板の直径の５．５％以上７％以下であるのが好ましい。
このように、ザグリの外周領域の水平幅が、支持される単結晶基板の直径の５．５％以上であれば、十分に、単結晶基板の裏面の外周側における局所的なデポを防ぐことができる。また、７％以下であれば、外周領域が必要以上に幅広になることもなく、すなわち貫通孔が形成されている中央領域を十分な広さで確保することができ、効率良く、単結晶基板の裏面の自然酸化膜の除去を行うことができる。
このように、ザグリの外周領域の水平幅が、支持される単結晶基板の直径の５．５％以上であれば、十分に、単結晶基板の裏面の外周側における局所的なデポを防ぐことができる。また、７％以下であれば、外周領域が必要以上に幅広になることもなく、すなわち貫通孔が形成されている中央領域を十分な広さで確保することができ、効率良く、単結晶基板の裏面の自然酸化膜の除去を行うことができる。
さらには、前記中央領域から前記外周領域に支持された前記単結晶基板の最外周部までの範囲に対応する外周領域の水平幅が、前記単結晶基板の直径の５．５％以上７％以下であるのが好ましい。
このようなものは、局所的なデポの防止、単結晶基板の裏面の自然酸化膜の除去を一層効果的に行うことができる。
このようなものは、局所的なデポの防止、単結晶基板の裏面の自然酸化膜の除去を一層効果的に行うことができる。
また、前記エピタキシャル成長用サセプタは、直径３００ｍｍ以上の単結晶基板用のものとすることができる。
このようなものであれば、近年の単結晶基板の直径の拡大化に対応して、直径３００ｍｍ以上の単結晶基板にエピタキシャル成長を施すときに有効に使用可能なものとなる。
このようなものであれば、近年の単結晶基板の直径の拡大化に対応して、直径３００ｍｍ以上の単結晶基板にエピタキシャル成長を施すときに有効に使用可能なものとなる。
前記ザグリにおいて、前記外周領域の内縁と前記中央領域の外縁の深さが一致しているか、または、前記外周領域の内縁から前記中央領域の外縁に向かって深さが増すように０．０５ｍｍ未満の高さの段差が形成されているものであるのが好ましい。
このようなものであれば、ザグリの外周領域から中央領域にかけての急激な深さ方向の変化はなく、その急激な深さ方向の変化を起因とする単結晶基板の裏面のナノトポロジーの悪化を防止することが可能である。
このようなものであれば、ザグリの外周領域から中央領域にかけての急激な深さ方向の変化はなく、その急激な深さ方向の変化を起因とする単結晶基板の裏面のナノトポロジーの悪化を防止することが可能である。
本発明のエピタキシャル成長用サセプタであれば、エピタキシャル成長時に単結晶基板の裏面の自然酸化膜を効果的に除去できるとともに、単結晶基板の裏面の外周側において、局所的に著しいデポが発生するのを極めて抑制することが可能であり、外周部のフラットネスが良好なエピタキシャル基板を得ることができる。
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に、本発明のエピタキシャル成長用サセプタの一例の概略を示す。図１（Ａ）が平面図であり、図１（Ｂ）はサセプタの一部の範囲における断面図である。また、図１（Ｃ）は他のサセプタの一部の範囲における断面図である。
図１に示すように、まず、本発明のサセプタ６には、内部に単結晶基板２を収容し、水平に支持するためのザグリ１０が形成されている。そして、このザグリ１０は、外周領域１１と、該外周領域１１に囲まれた中央領域１２を有している。
外周領域１１はテーパ形状であり、この外周領域上に、エピタキシャル成長が施される単結晶基板２が当接して水平に支持されるようになっている。一方、中央領域１２は、単結晶基板２が接触しないように、外周領域１１よりも深い位置に形成されている。
図１に、本発明のエピタキシャル成長用サセプタの一例の概略を示す。図１（Ａ）が平面図であり、図１（Ｂ）はサセプタの一部の範囲における断面図である。また、図１（Ｃ）は他のサセプタの一部の範囲における断面図である。
図１に示すように、まず、本発明のサセプタ６には、内部に単結晶基板２を収容し、水平に支持するためのザグリ１０が形成されている。そして、このザグリ１０は、外周領域１１と、該外周領域１１に囲まれた中央領域１２を有している。
外周領域１１はテーパ形状であり、この外周領域上に、エピタキシャル成長が施される単結晶基板２が当接して水平に支持されるようになっている。一方、中央領域１２は、単結晶基板２が接触しないように、外周領域１１よりも深い位置に形成されている。
ここで、中央領域１２について述べる。この中央領域１２には、サセプタ６を貫通する貫通孔１４が形成されている。この貫通孔１４の数は特に限定されず、１つ以上形成されていれば良いが、中央領域１２の全面にわたって多数形成されていると好ましい。このように中央領域１２の全面にわたって形成されていれば、エピタキシャル成長時に、単結晶基板２の裏面の自然酸化膜を裏面全面にわたって除去することができ、ハローの形成を防止することが可能だからである。
なお、貫通孔１４の断面形状、大きさ等も特に限定されず、その都度、適宜決定することができる。これらは例えば従来と同様のものとすることができる。
また、中央領域１２の形状（面形状）であるが、これは、外周領域１１に当接して支持される単結晶基板２と接触していなければ良く、特に限定されない。例えば平坦な形状とすることが可能である。図２（Ａ）に中央領域１２が平坦な場合の一例を示す。
ただし、単結晶基板２を外周領域１１に支持した場合、実際には単結晶基板２は、自重によって、単結晶基板２の中央側が下方に撓みやすい。このような場合を考慮すると、図２（Ｂ）に示すように、中央領域１２が曲面からなる凹形状であるのが好ましい。
このようなものであれば、単結晶基板２が撓んだとしても、サセプタ６のザグリ１０の中央領域１２と単結晶基板２とが接触することもなく、単結晶基板２の裏面の状態を良好に保つことができる。
このようなものであれば、単結晶基板２が撓んだとしても、サセプタ６のザグリ１０の中央領域１２と単結晶基板２とが接触することもなく、単結晶基板２の裏面の状態を良好に保つことができる。
次に外周領域１１について述べる。外周領域１１は、図１（Ｂ）に示すように、傾斜角θが０°より大きく１°未満で傾斜したテーパ形状となっており、中央領域１２に向かって深さが増すように形成されている。単結晶基板２を支持する場合、単結晶基板２の裏面の外周部と当接する。
ここで、傾斜角θが０°以下であると、外周領域１１の内縁１５が単結晶基板２の裏面と接触してしまい、単結晶基板２の裏面に傷が生じてしまう。一方、傾斜角θが１°以上であると、単結晶基板２の裏面外周側の局所的なデポ（例えば、原料ガスにトリクロロシランを用いるのであれば、シリコンのデポ）が発生してしまう。したがって、これらを防ぐために、傾斜角θが０°より大きく１°未満なものとする必要がある。
さらには、この外周領域１１は、その水平幅が単結晶基板２の直径の３．３％以上となっている。従来品では、外周領域１１の水平幅は１％程度で、単結晶基板２と外周領域１１とが重なる範囲が狭く、そのために、単結晶基板２の裏面の外周側で、局所的に厚いデポが発生してしまい、エピタキシャル基板の外周部のフラットネスに悪影響を与えていた。
しかしながら、本発明のように、水平幅の範囲が従来品に比べて拡大されたものであれば、単結晶基板２と外周領域１１とが重なる範囲が拡大されており、単結晶基板２の裏面でのデポを単結晶基板２のより中央側から徐々に連続的に発生させることができるため（図１（Ｂ）参照）、従来のように局所的な著しく厚いデポも発生せず、外周側において急激な厚さ変化が生じることもない。
しかしながら、本発明のように、水平幅の範囲が従来品に比べて拡大されたものであれば、単結晶基板２と外周領域１１とが重なる範囲が拡大されており、単結晶基板２の裏面でのデポを単結晶基板２のより中央側から徐々に連続的に発生させることができるため（図１（Ｂ）参照）、従来のように局所的な著しく厚いデポも発生せず、外周側において急激な厚さ変化が生じることもない。
上記外周領域１１の水平幅は単結晶基板２の直径の３．３％以上であれば良く、中央領域が確保できるのであれば、その上限等は限定されないが、特には、５．５％以上７％未満であるのが好ましい。水平幅がこのような範囲であれば、極めて効果的に、単結晶基板の外周側の局所的なデポを抑制することができるとともに、中央領域１２の範囲も十分に確保することが可能である。中央領域１２の範囲が十分に確保できるのであれば、貫通孔１４による効果と合わせて、単結晶基板２の裏面の広い範囲にわたって、自然酸化膜の除去、さらにはハローの形成を防止することが可能になる。
また、特には、水平方向において、中央領域１２から外周領域１１で支持された単結晶基板２の最外周部までの範囲に対応する外周領域１１の水平幅が、単結晶基板２の直径の３．３％以上、さらには５．５％以上７％以下の幅を有するものが好ましい。このようなものであれば、単結晶基板２と外周領域１１が重なる範囲を従来に比べてより確実に拡大することができ、局所的なデポの抑制を一層確かなものとすることができる。
なお、外周領域１１の外縁と支持された単結晶基板２の最外周部との間隔（あそび）は、通常、極わずかである。一般に、生産性等の面から、現実的には、サセプタのザグリが処理する単結晶基板２のサイズに適合したものが用いられる。
なお、外周領域１１の外縁と支持された単結晶基板２の最外周部との間隔（あそび）は、通常、極わずかである。一般に、生産性等の面から、現実的には、サセプタのザグリが処理する単結晶基板２のサイズに適合したものが用いられる。
また、外周領域１１と中央領域１２の境界について述べると、図１（Ｂ）に示すように、外周領域の内縁１５と前記中央領域の外縁１６の深さが一致しているか、あるいは、図１（Ｃ）に示すように外周領域の内縁１５から前記中央領域の外縁１６に向かって深さが増すように０．０５ｍｍ未満の高さの段差１３が形成されているものが好ましい。すなわち、外周領域１１から中央領域１２にかけての深さ方向の変化が０．０５ｍｍ未満に抑えられているものが良い。
本発明のように外周領域１１の傾斜角が１°未満の場合、上記外周領域１１から中央領域１２にかけての深さ方向の変化を０．０５ｍｍ未満に抑えたものとすることで、エピタキシャル成長時に、単結晶基板２の裏面の、ザグリ１０の外周領域１１と中央領域１２の境界に相当する部分に変位が生じてナノトポロジーの悪化が生じるのを効果的に防ぐことができる。
なお、図１（Ｃ）のように、外周領域の内縁１５から前記中央領域の外縁１６に向かって深さが増すように０．０５ｍｍ未満の高さの段差１３が形成されているものであれば、単結晶基板２の裏面から、中央領域１２の貫通孔１４を比較的距離をおくことができ、単結晶基板２の裏面に、貫通孔１４に対応した転写が形成されることを効果的に防ぐことが可能である。
なお、図１（Ｃ）のように、外周領域の内縁１５から前記中央領域の外縁１６に向かって深さが増すように０．０５ｍｍ未満の高さの段差１３が形成されているものであれば、単結晶基板２の裏面から、中央領域１２の貫通孔１４を比較的距離をおくことができ、単結晶基板２の裏面に、貫通孔１４に対応した転写が形成されることを効果的に防ぐことが可能である。
また、本発明のサセプタ６は種々の単結晶基板２に対応したものとすることができ、例えば、そのサセプタ６自身の大きさは支持する単結晶基板２の大きさに合わせたものとすることができる。当然、直径３００ｍｍ以上の単結晶基板に対応させたものとすることも可能であり、近年の需要に応えて、直径が大きなエピタキシャル基板を製造するためのものとできる。
その他、サセプタ６自身の材質等は特に限定されることもなく、これも支持する単結晶基板等によって、適切なものからなるものとすることができる。例えば、グラファイト基材にＳｉＣコートしたものが挙げられる。
そして、以上のような本発明のサセプタ６を用いて単結晶基板２を支持し、エピタキシャル成長を行うときは、例えば図３に示すような枚葉式エピタキシャル成長装置１に配設して行うことができる。
このエピタキシャル成長装置１においては、本発明のサセプタ６以外の反応室３、ガス導入口４、ガス排出口５、上壁７、加熱手段８、支持軸９等は特に限定されず、従来と同様のものを用いることができる。また、エピタキシャル成長を施すための手順自体は、従来と同様の方法で行うことができる。
このエピタキシャル成長装置１においては、本発明のサセプタ６以外の反応室３、ガス導入口４、ガス排出口５、上壁７、加熱手段８、支持軸９等は特に限定されず、従来と同様のものを用いることができる。また、エピタキシャル成長を施すための手順自体は、従来と同様の方法で行うことができる。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
（実施例）
本発明のサセプタを備えた図３の枚葉式のエピタキシャル成長装置を用い、単結晶基板にエピタキシャル成長を施した後、得られたエピタキシャル基板の裏面のデポ層について評価を行った。
（実施例）
本発明のサセプタを備えた図３の枚葉式のエピタキシャル成長装置を用い、単結晶基板にエピタキシャル成長を施した後、得られたエピタキシャル基板の裏面のデポ層について評価を行った。
単結晶基板として直径３００ｍｍのシリコン単結晶基板を用意し、原料ガスにトリクロロシラン、キャリアガスに水素ガスを用いた。
サセプタとしては、中央領域は曲面からなる段差がない凹形状の全面にわたって貫通孔が複数形成されたものであり、外周領域の傾斜角が０．５°または０．７５°で、外周領域の水平幅が、用意したシリコン単結晶基板の直径の３．４％（外周領域の水平幅／シリコン単結晶基板の直径＝０．０３４）、５．７％（０．０５７）、６．７％（０．０６７）のいずれかのものを用意した。なお、サセプタの中央領域から、単結晶基板の最外周部までの範囲に対応する外周領域の水平幅は、それぞれ、単結晶基板の直径の３．１％、５．４％、６．４％であった。
サセプタとしては、中央領域は曲面からなる段差がない凹形状の全面にわたって貫通孔が複数形成されたものであり、外周領域の傾斜角が０．５°または０．７５°で、外周領域の水平幅が、用意したシリコン単結晶基板の直径の３．４％（外周領域の水平幅／シリコン単結晶基板の直径＝０．０３４）、５．７％（０．０５７）、６．７％（０．０６７）のいずれかのものを用意した。なお、サセプタの中央領域から、単結晶基板の最外周部までの範囲に対応する外周領域の水平幅は、それぞれ、単結晶基板の直径の３．１％、５．４％、６．４％であった。
また、エピタキシャル基板の裏面でのデポ層の成長厚さの評価については、光学干渉式フラットネス測定器を用い、表面変位量を半径で二階微分したエッジ近傍曲率形状測定法（ＺＤＤと呼ばれる形状パラメータ）を適用した。ＺＤＤは動径の二階微分であるため、半径に対する加速度的な裏面変位量変化を表している。
サセプタ形状と、得られた裏面ＺＤＤ値との関係を図４に示す。なお、図４の裏面ＺＤＤ値は、中心から半径方向に１４８ｍｍの位置における値の一例である。
このように、いずれも０ｎｍ／ｍｍ２から−５ｎｍ／ｍｍ２の範囲内に抑えられている。後述する比較例に比べて裏面ＺＤＤ値の絶対値が小さく、上記測定箇所において、シリコンのデポ層が急激に成長するのを著しく抑制できていることが分かる。
また、特に、傾斜角が０．５°で、水平幅が５．７％、６．７％の場合に裏面ＺＤＤ値が０であり、裏面外周側の局所的な急激なシリコンのデポを防ぐにあたって特に優れていることが分かる。
このように、いずれも０ｎｍ／ｍｍ２から−５ｎｍ／ｍｍ２の範囲内に抑えられている。後述する比較例に比べて裏面ＺＤＤ値の絶対値が小さく、上記測定箇所において、シリコンのデポ層が急激に成長するのを著しく抑制できていることが分かる。
また、特に、傾斜角が０．５°で、水平幅が５．７％、６．７％の場合に裏面ＺＤＤ値が０であり、裏面外周側の局所的な急激なシリコンのデポを防ぐにあたって特に優れていることが分かる。
さらに、図５に基板の中心から半径方向に１２０ｍｍよりも外側の部分と、裏面ＺＤＤ値との関係の一例を示す。これは、外周領域の傾斜角０．５°、水平幅が５．７％のサセプタを用いた場合である。この図より、基板の半径方向におけるデポの度合いの大小が読み取れる。
図５において、横軸は基板半径（ｍｍ）であり、縦軸はエピタキシャル基板裏面のＺＤＤ（ｎｍ／ｍｍ２）である。縦軸の裏面ＺＤＤは、上記のように、表面変位量を半径で二階微分したものに相当し、変位量の加速度的な変化を表している。この図５は裏面に関するものなので、＋方向は基板の表側に向かった変位を表し、−方向は基板の裏側に向かった変位を表している。
従来のサセプタを用いた場合に急激に厚くデポが生じる半径１４５〜１４８ｍｍの範囲であっても、裏面ＺＤＤ値の変動は小さく、局所的な著しいデポ層の厚さの増加は見られなかった。
図５において、横軸は基板半径（ｍｍ）であり、縦軸はエピタキシャル基板裏面のＺＤＤ（ｎｍ／ｍｍ２）である。縦軸の裏面ＺＤＤは、上記のように、表面変位量を半径で二階微分したものに相当し、変位量の加速度的な変化を表している。この図５は裏面に関するものなので、＋方向は基板の表側に向かった変位を表し、−方向は基板の裏側に向かった変位を表している。
従来のサセプタを用いた場合に急激に厚くデポが生じる半径１４５〜１４８ｍｍの範囲であっても、裏面ＺＤＤ値の変動は小さく、局所的な著しいデポ層の厚さの増加は見られなかった。
さらに、中心から半径方向に１４８ｍｍの位置において、円周方向に裏面ＺＤＤ値を基板の全周にわたって測定した結果を図６に示す。
このように、基板の裏面の全周にわたって裏面ＺＤＤ値が急激に大きく変動している箇所は見られない。すなわち、基板の裏面の全周にわたって、デポ層が局所的に厚く積層されることはなく、均一な変位量を持った裏面が得られた。
図５、６のこれらの傾向は、傾斜角、水平幅が異なる他の本発明のサセプタを用いた場合においても同様であった。
このように、基板の裏面の全周にわたって裏面ＺＤＤ値が急激に大きく変動している箇所は見られない。すなわち、基板の裏面の全周にわたって、デポ層が局所的に厚く積層されることはなく、均一な変位量を持った裏面が得られた。
図５、６のこれらの傾向は、傾斜角、水平幅が異なる他の本発明のサセプタを用いた場合においても同様であった。
（比較例）
本発明とは外周領域の傾斜角と水平幅が異な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、実施例と同様のシリコン単結晶基板にエピタキシャル成長を施した。サセプタ以外の操業条件は実施例と同様である。
なお、図４に示すように、外周領域の傾斜角を０．５〜４°、水平幅を１．１〜６．７％（サセプタの中央領域から、単結晶基板の最外周部までの範囲に対応する外周領域の水平幅では、０．８〜６．４％）の範囲で組み合わせて行った。ただし、当然本発明の範囲における組み合わせは除いている。
また、裏面のデポ層についての調査も実施例と同様にして行った。
本発明とは外周領域の傾斜角と水平幅が異な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、実施例と同様のシリコン単結晶基板にエピタキシャル成長を施した。サセプタ以外の操業条件は実施例と同様である。
なお、図４に示すように、外周領域の傾斜角を０．５〜４°、水平幅を１．１〜６．７％（サセプタの中央領域から、単結晶基板の最外周部までの範囲に対応する外周領域の水平幅では、０．８〜６．４％）の範囲で組み合わせて行った。ただし、当然本発明の範囲における組み合わせは除いている。
また、裏面のデポ層についての調査も実施例と同様にして行った。
サセプタ形状と、得られた裏面ＺＤＤ値との関係を、実施例と同様に図４に示す。
図４に示すように、いずれも−９ｎｍ／ｍｍ２以下となっており、実施例と比べて裏面ＺＤＤ値の絶対値が大きく、その測定箇所でデポが急激に成長していることが分かる。これは、以下に示す図７、８からも、基板の外周側で局所的にデポ層が成長していることがよく分かる。
図４に示すように、いずれも−９ｎｍ／ｍｍ２以下となっており、実施例と比べて裏面ＺＤＤ値の絶対値が大きく、その測定箇所でデポが急激に成長していることが分かる。これは、以下に示す図７、８からも、基板の外周側で局所的にデポ層が成長していることがよく分かる。
図７は、傾斜角１°、水平幅が１．１％の場合においての、基板の中心から半径方向において１２０ｍｍよりも外側の部分と、裏面ＺＤＤ値との関係の一例を示すグラフである。また、図８は、中心から半径方向に１４８ｍｍの位置において、円周方向に裏面ＺＤＤ値を基板の全周にわたって測定した結果である。
図７に示すように、基板の外周側（１４８ｍｍ付近）において、局所的に裏面ＺＤＤ値が大きく変化、すなわち、急激にデポ層が厚く成長してしまっていることが分かる。
さらには図８に示すように、円周方向において裏面ＺＤＤ値に大きな変動が見られ、不均一な厚さでデポ層が積層されてしまっていることが分かる。このように不均一にシリコンのデポが行われると、当然基板の外周部のフラットネスが悪化する。
図７に示すように、基板の外周側（１４８ｍｍ付近）において、局所的に裏面ＺＤＤ値が大きく変化、すなわち、急激にデポ層が厚く成長してしまっていることが分かる。
さらには図８に示すように、円周方向において裏面ＺＤＤ値に大きな変動が見られ、不均一な厚さでデポ層が積層されてしまっていることが分かる。このように不均一にシリコンのデポが行われると、当然基板の外周部のフラットネスが悪化する。
以上のように、実施例および比較例から分かるように、本発明のエピタキシャル成長用サセプタであれば、エピタキシャル成長する単結晶基板の裏面の外周側において、局所的な著しいシリコンのデポを防止することが可能になる。したがって外周部のフラットネスが良好なエピタキシャル基板を得ることができる。
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。
Claims (7)
- エピタキシャル成長装置において単結晶基板を水平に支持するためのザグリを有するエピタキシャル成長用サセプタであって、
前記ザグリは、前記単結晶基板が当接して支持される外周領域と、
該外周領域に囲まれており、前記単結晶基板と接触しない中央領域を有しており、
前記ザグリの中央領域には、前記エピタキシャル成長用サセプタを貫通する１つ以上の貫通孔が形成されており、
前記ザグリの外周領域は、０°より大きく１°未満の範囲の傾斜角で、前記中央領域に向かって深さが増すように傾斜しているテーパ形状であり、かつ、前記支持される単結晶基板の直径の３．３％以上の水平幅を有するものであることを特徴とするエピタキシャル成長用サセプタ。
- 前記中央領域から前記外周領域に支持された前記単結晶基板の最外周部までの範囲に対応する外周領域の水平幅が、前記単結晶基板の直径の３．３％以上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成長用サセプタ。
- 前記ザグリの中央領域は、曲面からなる凹形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
- 前記ザグリの外周領域の水平幅は、前記支持される単結晶基板の直径の５．５％以上７％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成長用サセプタ。
- 前記中央領域から前記外周領域に支持された前記単結晶基板の最外周部までの範囲に対応する外周領域の水平幅が、前記単結晶基板の直径の５．５％以上７％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成長用サセプタ。
- 前記エピタキシャル成長用サセプタは、直径３００ｍｍ以上の単結晶基板用のものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
- 前記ザグリにおいて、前記外周領域の内縁と前記中央領域の外縁の深さが一致しているか、または、前記外周領域の内縁から前記中央領域の外縁に向かって深さが増すように０．０５ｍｍ未満の高さの段差が形成されているものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
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