JP3908112B2 - サセプタ、エピタキシャルウェーハ製造装置及びエピタキシャルウェーハ製造方法 - Google Patents
サセプタ、エピタキシャルウェーハ製造装置及びエピタキシャルウェーハ製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハにエピタキシャル層を形成するためのエピタキシャルウェーハ製造装置，サセプタ構造およびエピタキシャルウェーハ製造方法に関し、特に、エピタキシャルウェーハの表面周縁部におけるドーパント濃度の上昇を抑制可能なエピタキシャルウェーハ製造装置，サセプタ構造およびエピタキシャルウェーハ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハの表面にシリコンの結晶層を成長させることにより、結晶欠陥がなく、所望の抵抗率を有するシリコンウェーハを製造する技術が知られている。このシリコンの結晶層は、例えば直径が２００ｍｍで厚さが０．７５ｍｍのウェーハの場合に数μｍ程度の厚さを有する極薄い層であり、一般的にエピタキシャル層と呼ばれ、このエピタキシャル層を形成する装置をエピタキシャルウェーハ製造装置と呼んでいる。エピタキシャルウェーハ製造装置は、膜厚制御の容易性および膜品質の面から、主にシリコンウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式のものが使用されることが多くなった。
【０００３】
図１に示すように、この枚葉式のエピタキシャルウェーハ製造装置においては、通常、ウェーハを１枚だけ水平に支持するサセプタ４（ウェーハ支持台）が処理チャンバ２内に設けられている。また、サセプタ４上にウェーハ１２を搬送するために、ウェーハ１２をサセプタ４に対して上下動させるためのリフト機構を設けている。リフト機構は、サセプタ４を貫通して延びる複数本のリフトピン２３を有しており、これらのリフトピン２３の上端にウェーハ１２を載せ、サセプタ４に対して相対的にリフトピン２３を上下動させることでウェーハ１２を昇降させる。このようなリフト機構により、搬送用アームのハンドに載せられてチャンバ２内に運ばれてきたウェーハ１２をサセプタ４上に移載したり、或いはその逆に、ウェーハ１２をサセプタ４からハンドに受け渡したりすることが可能となる。
【０００４】
また、エピタキシャル層の成長を行うためには、サセプタ４上で支持されたウェーハ１２を高温に加熱する必要がある。このため、多数のハロゲンランプ（赤外線ランプ）等の熱源８，９を処理チャンバ２の上下に配置し、サセプタ４及びウェーハ１２を加熱している。
【０００５】
サセプタ４は、炭素Ｃの基材に炭化シリコンＳｉＣの被膜を施したものであり、ウェーハ１２を加熱する際にウェーハ１２全体の温度を均一に保つ均熱盤としての役割を果たす。図２に示すようにサセプタ４の上面には、例えばシリコンウェーハを収めるためにウェーハ１２より一回り大きく、深さがｌ〜２ｍｍ程度のウェーハポケットと呼ばれるくぼみが形成されている。ウェーハポケット１３の内表面は、ウェーハの外周部のみで接触するようにテーパ面とする構成が用いられ、ウェーハポケット１３の内表面とウェーハ１２の面接触をできるだけ減らすように工夫が施されている。このウェーハポケット１３内にウェーハ１２を収容し、所定温度にて原料ガスを含むキャリアガス中にサセプタ４を保持することにより、ウェーハ１２の表面にシリコン薄膜よりなるエピタキシャル層が成長する。ここで原料ガスとは、シリコンソースガスとドーパントガスを指している。
【０００６】
シリコンソースガスには、トリクロロシランＳｉＨＣｌ３やジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２等のクロロシラン系ガスが、またドーパントガスには、ジボラン（Ｐ型）やホスフィン（Ｎ型）が使われるのが一般的である。これらのガスはキャリアガスである水素Ｈ２とともにチャンバ内に導入され、ウェーハ表面において熱ＣＶＤ反応によるシリコンエピタキシーとともに副生成物としてＨＣｌが生成する。従って、ウェーハ表面においてはシリコンエピタキシーが進行するが、ウェーハ裏面においては主にガス拡散による回り込みによりＳｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気が形成され、Ｓｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気でウェーハ裏面からのドーパント種の放出が起こる。
【０００７】
その結果、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気が拡散によりウェーハ表面へ回り込み、ウェーハ１２の表面周縁部において局所的に気相中のドーパント濃度が上昇するため、エピタキシャル層中のドーパント濃度がウェーハ表面周縁部において上昇する現象が見られる。
【０００８】
上記のようにウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハ表面に回り込むのを防ぐために、特開平１０−２２３５４５号公報に記載された発明は、図１６に示すようにウェーハポケット１３の最外周部にサセプタ４の裏面に貫通する孔部５０を設けている。このようにウェーハポケット１３の最外周部にサセプタ４表面から裏面に貫通する孔部５０を設けることにより、サセプタ４の表面側を流れる原料ガスを含むキャリアガスが孔部５０を通ってサセプタ４の下方に流出するため、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハ１２の表面に回り込むのを防止することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０−２２３５４５号公報に記載された発明のようにサセプタ４の表面側からサセプタ４の下方にガスを流出させる場合には、キャリアガスとともに反応性の強いトリクロロシランＳｉＨＣｌ３やジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２等の原料ガスおよび気相中で分解したＳｉアモルファス、ＨＣｌなどが下部チャンバ７ｂに大量に流出する。
【００１０】
図１を参照すればわかる通り下部チャンバ７ｂは、ウェーハ１２の回転駆動機構，リフト機構，搬送用アームの進入経路等を含んでおり、掃除をすることは非常に困難である。上記のような原料ガスや分解生成物の侵入は、大幅なメンテナンス時間の増大をもたらし、生産性の悪化要因となる。また、メンテナンス費用の増大も無視できない。
【００１１】
さらに、下部チャンバ７ｂ側からも熱源９により加熱しているため、チャンバ内壁の汚れはサセプタ４の加熱の不均一や再現性の悪化をもたらし、ウェーハ品質のバラツキの原因にもなる。
【００１２】
本出願に係る発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、サセプタの表面側からサセプタの下方へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出可能なエピタキシャルウェーハ製造装置およびサセプタ構造を提供することにある。
【００１３】
また、本出願に係る発明の他の目的は、サセプタの表面側からサセプタの下方へ原料ガスが流れにくいエピタキシャルウェーハ製造装置およびエピタキシャルウェーハ製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、略円板形状をなし、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットを有するサセプタであって、前記サセプタの側面または裏面から前記ウェーハポケットに貫通するガス供給用路と、前記ウェーハポケットから前記サセプタの側面または裏面に貫通するガス排出用路と、を有するサセプタである。
【００１５】
また、本出願に係る第２の発明は、前記ガス供給用路は、前記サセプタの回転にしたがって前記ウェーハポケット内にガスを供給する形状をなし、前記ガス排出用路は、前記サセプタの回転にしたがって前記ウェーハポケット内のガスを排出する形状をなす、ことを特徴とする上記第１の発明に記載のサセプタである。
【００１６】
さらに、本出願に係る第３の発明は、ガスの供給口と排出口を有するチャンバと、前記チャンバ内に配置され、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットと、側面または裏面から前記ウェーハポケットに貫通するガス供給用路と、前記ウェーハポケットから側面または裏面に貫通するガス排出用路と、を有する略円板状のサセプタと、前記サセプタを支持する支持手段と、前記チャンバ内の前記サセプタとウェーハを加熱する加熱手段と、を備えるエピタキシャルウェーハ製造装置である。
【００１７】
また、本出願に係る第４の発明は、前記チャンバ内の前記サセプタよりも上方にのみ原料ガスを含むキャリアガスを供給するガス供給口を備える、ことを特徴とする上記第３の発明に記載のエピタキシャルウェーハ製造装置である。
【００１８】
さらに、本出願に係る第５の発明は、チャンバと、前記チャンバ内に配置され、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットを有するサセプタと、前記サセプタを支持する支持手段と、前記チャンバ内の前記サセプタとウェーハを加熱する加熱手段と、を備えるエピタキシャルウェーハ製造装置であって、前記チャンバ内の前記サセプタの上方に原料ガスを含むキャリアガスを供給するガス供給口と、前記チャンバ内の前記サセプタの下方に前記キャリアガスよりも重いガスを供給する重ガス供給口と、を備えるエピタキシャルウェーハ製造装置である。
【００１９】
また、本出願に係る第６の発明は、チャンバ内に配置され、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットを有するサセプタの、前記ウェーハポケットにウェーハを載置するステップと、前記ウェーハポケットに前記サセプタの下部からガスを供給するステップと、前記ウェーハポケット内のガスを前記サセプタの下部から排出するステップと、前記チャンバ内の前記サセプタと前記ウェーハを加熱するステップと、を含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造方法である。
【００２０】
さらに、本出願に係る第７の発明は、チャンバ内に配置されたサセプタ上にウェーハを載置するステップと、前記チャンバ内の前記サセプタの上方に原料ガスを含むキャリアガスを供給し、前記サセプタの下方に前記キャリアガスよりも重いガスを供給するステップと、前記チャンバ内の前記サセプタと前記ウェーハを加熱するステップと、を含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本出願に係る発明の実施の形態について、図１〜図１５および図１７に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
［装置全体の説明］
図１は、本発明に係るエピタキシャルウェーハ製造装置１の概略構造を示す縦断面である。本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置自体の概略構造は、従来技術で説明したエピタキシャルウェーハ製造装置とほぼ同様であるため、同一図面を用いて説明する。同図においては、チャンバ２の構造を主に記載しており、チャンバ２の下方に設けた回転駆動機構については、具体的な図示を省略している。
【００２３】
チャンバ２は、円筒状のベースリング３を円板状の上部窓５および受皿状の下部窓６によって上下から挟んでなり、内部の閉空間は反応炉を形成する。上部窓５および下部窓６は、熱源からの光を遮ることが無いように透光性を有する石英を用いている。チャンバ２内に形成された反応炉は、ウェーハ１２よりも上部の空間である上部チャンバ７ａと、ウェーハ１２よりも下部の空間である下部チャンバ７ｂとに大別される。
【００２４】
さらに、反応炉を加熱する熱源８，９をチャンバ２の上下に備えている。本実施の形態においては、上下の熱源８，９はそれぞれ複数本のハロゲンランプ（赤外線ランプ）から構成されている。
【００２５】
チャンバ２内には、ウェーハ１２を上部に支持するサセプタ４を収納している。サセプタ４は上方から見ると円板形状をしており、その直径はウェーハ１２よりも大きく、サセプタ４の上面にはウェーハ１２が収納される円形凹状のウェーハポケット１３を設けている。サセプタ４は、本例においては炭素Ｃの基材に炭化シリコンＳｉＣの被膜を施したものであり、ウェーハ１２を加熱する際にウェーハ１２全体の温度を均一に保つ均熱盤としての役割を果たす。そのため、サセプタ４はウェーハ１２よりも数倍の厚さおよび数倍の熱容量を有している。
【００２６】
ウェーハ１２の上面に均一なエピタキシャル層が形成されるように、エピタキシャル層成長処理操作の間、サセプタ４はウェーハ１２の板面と平行な面内において垂直軸を回転中心として回転動をする。当然のことながら、サセプタ４に設けたウェーハポケット１３の中心は、サセプタ４の回転中心と一致する。
【００２７】
サセプタ４の下方には、サセプタ４の回転軸となる円柱状または円筒状のサセプタ支持軸１４が垂直に配置され、サセプタ支持軸１４の上部にはサセプタ４を水平に支持する３本のサセプタアーム１５を備える。３本のサセプタアーム１５は上方から見たときにそれぞれが１２０°の角度をなすように放射状に配置され、サセプタアーム１５の先端に設けた上方向凸部がサセプタ４の下面に当接してサセプタ４を支持する。
【００２８】
サセプタ支持軸１４は、その軸心とサセプタ４の円板中心とが一致する位置に垂直に配置され、サセプタ支持軸１４の回転によりサセプタ４が回転する。サセプタ支持軸１４への回転は、不図示の回転駆動機構によって与えられる。サセプタ支持軸１４およびサセプタアーム１５は、下部熱源９からの光を遮ることのないよう、透光性の石英から形成されている。
【００２９】
図２はサセプタ４の縦断面を模式的に表した図である。サセプタ４のウェーハポケット１３は、以下に説明するように複数の段部およびテーパ面からなる。例えば、直径３００ｍｍのウェーハをエピタキシャル成膜処理する装置においては、サセプタ４として直径が３５０〜４００ｍｍ、厚さが３〜６ｍｍの円板部材を用いる。
【００３０】
サセプタ４の上面外周から２０〜４０ｍｍ中心に向かった位置に、円形凹部である第１の段部３０を設けている。第１の段部３０はサセプタ４の上面から０．４〜０．７ｍｍ下がった位置に設けた円形の平坦面であり、サセプタ４の上面と平行すなわち水平面である。
【００３１】
さらに、第１の段部３０の外周から５〜６ｍｍ中心に向かった位置を始点として、緩やかな傾斜を有するテーパ面３１を設けている。テーパ面３１は、第１の段部３０よりも更に約０．１ｍｍ程下がった位置から始まり、中心に向かって２４〜２７ｍｍの距離に対して約０．１ｍｍ下がる勾配を有する非常に緩やかなロート形状をなす。
【００３２】
テーパ面３１から更に中心に向かって、円形凹部である第２の段部３２を設けている。第２の段部３２はテーパ面３１から約０．３ｍｍ下がった位置に設けた円形の平坦面であり、サセプタ４の上面と平行すなわち水平面である。
【００３３】
図２では説明の都合上２個しか図示していないが、第２の段部３２には３個の貫通穴２２が設けられ、各々の貫通穴２２の上部は上方に向かって拡大開口する皿状穴２２´を形成している。３個の貫通穴２２にはそれぞれウェーハ支持用のリフトピン２３が挿通している。この貫通穴２２の穴径はリフトピン２３の直径よりも大きくし、サセプタ４に対してリフトピン２３が上下動する際に接触しない大きさを有するように形成する。
【００３４】
リフトピン２３は、石英，シリコンＳｉ，炭化シリコンＳｉＣ，石英にシリコンＳｉ又は炭化シリコンＳｉＣの被膜を施したもの等よりなる。リフトピン２３は円柱または円筒状をなし、上端部には、皿状穴２２´に対応するように下部外周にテーパ面２４ｂを有する頭部２４を備える。この頭部２４のテーパ面２４ｂのテーパ角は、皿状穴２２´のテーパ面のテーパ角と適合する。この結果、頭部２４は皿状穴２２´の内壁に対し優れたシールを与え、これにより原料ガスがリフトピン２３と貫通穴２２の内壁との間を通って漏れることが防止される。
【００３５】
頭部２４の上部２４ａは頂角が鈍角をなす円錐形状をなし、ウェーハ裏面を支持する際の接触面積を極めて小さくすることにより、リフトピン２３によるウェーハ裏面への傷の発生を防止している。リフトピン２３は頭部２４がサセプタ４の皿状穴２２´の内壁に係合し、リフトピン２３が下降した状態においては、自重により鉛直に垂下される。このとき、頭部２４の上部２４ａが第２の段部３２の上面から突出することはない。
【００３６】
図１に示すように、リフトピン２３はサセプタ４に垂下され、その胴部はサセプタアーム１５に設けた貫通穴を挿通している。リフトピン２３は後述のリフトアーム１６とは分離した独立の単体構造であるため、サセプタ４が回転するときには、サセプタ４とともにリフトピン２３も回転するが、リフトアーム１６は停止した状態を保つ。リフトピン２３の胴部がサセプタアーム１５に設けた貫通穴を挿通しているため、サセプタ４が回転したときに、リフトピン２３が遠心力によって傾くのを防止することができる。
【００３７】
サセプタ支持軸１４の外周には、サセプタ支持軸１４に対して摺動可能な内径を有する円筒状のリフト軸１７を設けている。リフト軸１７の上端には、上方から見た際にそれぞれが１２０°の角度をなすように放射状に配置された３本のリフトアーム１６を備える。リフトピン２３が下降してエピタキシャル成膜処理をしている間は、リフトアーム１６とリフトピン２３の下端は非接触状態を保ち、サセプタ４の回転時にリフトアーム１６がリフトピン２３に余計な負荷を加えることはない。
【００３８】
ウェーハ１２をサセプタ４から上昇させる場合には、各リフトピン２３がリフトアーム１６上に位置合わせされたところでサセプタ４の回転を停止させ、リフトアーム１６を上昇またはサセプタ支持軸１４を下降させる。それにより、リフトピン２３の下端がリフトアーム１６に当接してリフトピン２３の頭部２４がサセプタ４から上昇し、ウェーハ１２は頭部２４によって下方から押し上げられてウェーハポケット１３から上昇する。
【００３９】
図１に示すように、サセプタ４の外周にはサセプタ４を取り囲むように、サセプタ４とほぼ同じ厚さを有する円環状の余熱リング１９を固定配置している。余熱リング１９の内周面はサセプタ４の外周面に対して接触しないだけの間隔をとって配置され、サセプタ４は余熱リング１９と独立して回転することができる。余熱リング１９は、サセプタ４と同様に炭素Ｃの基材に炭化シリコンＳｉＣの被膜を施したものであり、サセプタ４の外周部における熱容量の変化に伴う急激な温度変化を防止する役割を果たす。このようにサセプタ４の周りに余熱リング１９を設けることにより、サセプタ４は中心部から外周部に亘ってほぼ均一に加熱される。
【００４０】
図１に示すようにベースリング３には、ガス供給口１０ａとガス排出口１１を設けている。同図向かって左側のガス供給口１０ａから原料ガスを含んだキャリアガスを供給し、右側のガス排出口１１から排出する。チャンバ外部に設けた不図示のガス供給ユニットより、ガス供給口１０ａを通して、チャンバ２内に原料ガスおよびキャリアガスが供給される。
【００４１】
ガス供給口１０ａは、ベースリング３の内周面において余熱リング１９よりも上側に開口を有し、上部チャンバ７ａ内に水素ガスＨ２或いは、原料ガスを含んだ水素ガスを供給する。原料ガスは、主にトリクロロシランＳｉＨＣｌ３やジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２等のクロロシラン系のシリコンソースガスに、ジボラン（Ｐ型）やホスフィン（Ｎ型）のドーパントガスが添加されたものである。これらのガスはキャリアガスである水素ガスＨ２とともに上部チャンバ７ａ内に導入される。
【００４２】
さらに、下部供給口１０ｂがガス供給口１０ａとは別に設けられ、チャンバ外部に設けた不図示のガス供給ユニットより、下部供給口１０ｂを通して下部チャンバ７ｂ内に水素ガスＨ２が供給される。下部供給口１０ｂは、ベースリング３の内周面において余熱リング１９よりも下側に開口を有し、下部チャンバ７ｂ内に水素ガスＨ２を供給する。
このように、上部チャンバ７ａ側にのみ原料ガスを供給することにより、下部チャンバ７ｂにおける原料ガスの無用な反応を防止することができる。
【００４３】
ガス排出口１１は、ベースリング３の内周面に余熱リング１９よりも上側および下側に２つの開口を有し、上部チャンバ７ａおよび下部チャンバ７ｂからのガスをひとまとめにしてチャンバ２の外へ排出する。
【００４４】
［第１の実施の形態］
次に第１の実施の形態におけるサセプタの構造について、図３〜図７を用いて詳細に説明する。
【００４５】
図３はサセプタ４の表面側の斜視図、図４はサセプタ４の裏面側の斜視図である。図３及び図４に示すようにサセプタ４は、サセプタ４の裏面側から厚さ方向でサセプタ４の中腹に至る４個の切欠きを備える。各切欠きは、サセプタ４の外周面に長方形の開口を有する。４個の切欠きは、サセプタ４の中心に対して対称の位置に配置された切欠き同士が対をなし、２個のガス流入用切欠き２５と、２個のガス排出用切欠き２６を形成する。図４に示すように、サセプタ４の裏面側から見ると、ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６は緩やかな曲線を描く幅広の溝である。溝の断面形状は、サセプタ４の外周からサセプタ４の中心部に向かうにつれて狭くなる方が好ましいが、一定であってもよい。
【００４６】
図５はサセプタ４の平面図、図６はサセプタ４の底面図である。図５に示すようにガス流入用切欠き２５は右巻き方向で中心に向かって渦を巻くように形成され、ガス排出用切欠き２６は右巻き方向で外側に向かって渦を巻くように形成される。
【００４７】
図７は図５のＢ−Ｂ´断面図である。ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６は共に同様な断面形状を有するため、ここではガス流入用切欠き２５の断面形状についてのみ説明する。図７に示すように、ガス流入用切欠き２５はサセプタ４の外周面からテーパ面３１の開始位置に至るまで、中心方向に向かって溝を形成し、さらに、サセプタ４を斜めに１０〜４５°の角度で貫通してテーパ面３１に開口を形成する。より好ましくはサセプタ４を２０°の角度で貫通するのがよい。その結果、サセプタ４の裏面にはサセプタ４の外周面から中心方向に向かって曲線を描く溝が形成され、テーパ面３１に差し掛かったところでウェーハポケット１３に貫通する。
【００４８】
図３の矢印ａで示すように、上方から見た場合にサセプタ４は反時計方向に回転する。すると、矢印ｂで示すように下部チャンバ７ｂ内のキャリアガスがサセプタ４のガス流入用切欠き２５からウェーハポケット１３内に流入し、矢印ｃで示すようにウェーハポケット１３内のガスがガス排出用切欠き２６から排出される。このように、サセプタ４の裏面側からガス流入用切欠き２５を通ってキャリアガスが流入して、ウェーハポケット１３内を循環し、ガス排出用切欠き２６を通ってサセプタ４の裏面側に排出される。
【００４９】
したがって、第１の実施の形態におけるサセプタ４によれば、サセプタ４の表面側からサセプタ４の下方へ大量の原料ガスを流すことなく、エピタキシャル成長の過程でウェーハの裏面から放散されるドーパント種を含む雰囲気をウェーハポケット１３から排出することが可能になる。
【００５０】
また、エピタキシャル成膜時におけるサセプタ４の回転を利用して、ウェーハポケット１３内のガスを強制的に排出するため、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハ１２の表面に回り込むのをより効果的に防止することができる。本実施の形態においては、ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６を曲線状の溝として形成することによりウェーハポケット１３内のガスを強制的に排出する構成としたが、曲線状の溝でない場合であってもウェーハポケット１３内のガスを排出する効果を奏することができる。
【００５１】
更に、本実施の形態におけるサセプタ４によれば、ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６が対称形状であるため、サセプタ４を正逆何れの方向に回転させた場合であっても、ウェーハポケット１３内のガスを強制的に排出することができる。例えば、図５に示す反時計回りとは反対の方向（時計回り）に回転させた場合には、ガス流入用切欠き２５がガス排出用として機能し、ガス排出用切欠き２６がガス流入用として機能する。
【００５２】
尚、本実施の形態においては、ガス流入用切欠き２５およびガス排出用切欠き２６は、サセプタ４の裏面側からテーパ面３１に貫通している例を示したが、両方若しくは一方が第２の段部３２に貫通していても良い。また、ガス流入用切欠き２５およびガス排出用切欠き２６の個数は設計により種々の変更が可能であり、それぞれが少なくとも１個以上であればよい。
【００５３】
［第２の実施の形態］
図１４及び図１５に他の例を示す。図１４はサセプタ４を上面から見た平面図、図１５はＤ−Ｄ´断面図である。ウェーハの裏面形状は第１の実施の形態と同様であるため、図４を参照して説明する。
【００５４】
サセプタ４は、第１の実施の形態と同様に、サセプタ４の裏面側から厚さ方向でサセプタ４の中腹に至る４個の切欠きを備え、各切欠きはサセプタ４の外周面に長方形の開口を有する。４個の切欠きは、サセプタ４の中心に対して対称の位置に配置された切欠き同士が対をなし、２個のガス流入用切欠き２５と、２個のガス排出用切欠き２６を形成する。図４に示すように、サセプタ４の裏面側から見ると、ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６は緩やかな曲線を描く幅広の溝である。溝の断面形状は、サセプタ４の外周からサセプタ４の中心部に向かうにつれて狭くなる方が好ましいが、一定であってもよい。
【００５５】
図１４に示すようにガス流入用切欠き２５は右巻き方向で中心に向かって渦を巻くように形成され、ガス排出用切欠き２６は右巻き方向で外側に向かって渦を巻くように形成される。
【００５６】
図１５に示すように、本実施の形態におけるサセプタ４は、ウェーハ１２を載置する面５２と、その面５２の外周部に形成された掃気段部５１を備える。面５２はサセプタ４の上面からおよそウェーハ１２の形状に合わせて円形に凹んだ面である。掃気段部５１は、面５２よりも更にウェーハ裏面側に下がった段部であり、面５２の外周に円環状に設けられた平坦面である。二点鎖線で示すウェーハ１２は、掃気段部５１よりも内側に形成された面５２に載置され、外周部は掃気段部５１の上を覆うように配置される。その結果、ウェーハ１２と掃気段部５１との間には、円環状空間５３が形成される。なお、面５２上には、メッシュ状の浅い細溝を形成する、いわゆるローレット加工を施していても良い。
【００５７】
次に、本実施の形態におけるガス流入出用切欠き２５及びガス排出用切欠き２６の断面形状について説明する。ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６は共に同様な断面形状を有するため、ここではガス流入出用切欠き２５の断面形状についてのみ説明する。図１５に示すように、ガス流入用切欠き２５はサセプタ４の外周面から掃気段部５１の開始位置に至るまで、中心方向に向かって溝を形成し、さらに、サセプタ４を斜めに１０〜４５°の角度で貫通して掃気段部５１に開口を形成する。より好ましくはサセプタ４を２０°の角度で貫通するのがよい。
【００５８】
図１４の矢印ａで示すように、上方から見た場合にサセプタ４は反時計方向に回転する。すると、矢印ｂで示すようにサセプタ４の下部チャンバ７ｂ内のキャリアガスがガス流入用切欠き２５から掃気段部５１に流入し、矢印ｃで示すようにガス排出用切欠き２６から排出される。このように、サセプタ４の裏面側からガス流入用切欠き２５を通ってキャリアガスが流入して、円環状空間５３内を循環し、ガス排出用切欠き２６を通ってサセプタ４の裏面側に排出される。
【００５９】
したがって、第２の実施の形態におけるサセプタ４によれば、サセプタ４の表面側からサセプタ４の下方へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することが可能になる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
次に第３の実施の形態におけるサセプタの構造について、図８〜図１２を用いて詳細に説明する。
【００６１】
図８はサセプタ４の表面側の斜視図、図９はサセプタ４の裏面側の斜視図である。図８及び図９に示すようにサセプタ４は、サセプタ４の裏面側から厚さ方向でサセプタ４の中腹に至る３個の切欠きを備える。各切欠きは、サセプタ４の外周面に長方形の開口を有するガス流入用切欠き２７である。図９に示すように、サセプタ４の裏面側から見ると、ガス流入用切欠き２７は緩やかな曲線を描く幅広の溝である。溝の断面形状は、サセプタ４の外周からサセプタ４の中心部に向かうにつれて狭くなる方が好ましいが、一定であってもよい。
【００６２】
図１０はサセプタ４の平面図、図１１はサセプタ４の底面図である。図１０に示すように、サセプタ４は矢印ａで示すように時計回りに回転するため、ガス流入用切欠き２７は左巻き方向で中心に向かって渦を巻くように形成される。各ガス流入用切欠き２７は、サセプタ４の中心に対して互いに１２０°の角度をなすように、等間隔に割り出しした位置に設けられている。
【００６３】
図１２（ａ）は図１０のＡ−Ａ´断面図である。図１２（ａ）に示すように、ガス流入用切欠き２７はサセプタ４の外周面からテーパ面３１の開始位置に至るまで、中心方向に向かって溝を形成し、さらに、サセプタ４を斜めに１０〜４５°の角度で貫通してテーパ面３１に開口を形成する。より好ましくはサセプタ４を２０°の角度で貫通するのがよい。その結果、サセプタ４の裏面にはサセプタ４の外周面から中心方向に向かって曲線を描く溝が形成され、テーパ面３１に差し掛かったところでウェーハポケット１３に貫通する。
【００６４】
図１０に示すように、本実施の形態におけるサセプタ４は、サセプタ中央部近辺すなわち第２の段部３２の平坦面に、サセプタ４を表面側から裏面側へ貫通するガス排出用開口２８を設けている。図１２（ｂ）は、図１０のＣ−Ｃ´断面図である。ガス排出用開口２８は、ウェーハポケット１３の第２の段部３２の上面に開口を有し、サセプタ４を斜めに１０〜４５°の角度で貫通して、サセプタ４の裏面に再び開口を形成する。より好ましくはサセプタ４を２０°の角度で貫通するのがよい。図１０においては、ガス排出用開口２８は断面形状を四角形に構成しているが、必ずしも四角形の必要はなく円形や三角形であってもよい。
【００６５】
図８の矢印ａで示すように、上方から見た場合にサセプタ４は時計方向に回転する。すると、矢印ｂで示すようにサセプタ４の下部チャンバ７ｂ内のキャリアガスがガス流入用切欠き２７からウェーハポケット１３内に流入し、矢印ｃで示すようにウェーハポケット１３内のガスがガス排出用開口２８から排出される。このように、サセプタ４の裏面側からガス流入用切欠き２７を通ってキャリアガスが流入して、ウェーハポケット１３内を循環し、ガス排出用開口２８を通ってサセプタ４の裏面側に排出される。
【００６６】
したがって、第３の実施の形態におけるサセプタ４によれば、サセプタ４の表面側からサセプタ４の下方へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することが可能になる。
【００６７】
また、エピタキシャル成膜時におけるサセプタ４の回転を利用して、ウェーハポケット１３内のガスを強制的に排出するため、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハ１２の表面に回り込むのをより効果的に防止することができる。
【００６８】
尚、本実施の形態においてガス流入用切欠き２７は、サセプタ４の裏面側からテーパ面３１に貫通している例を示したが、第２の段部３２に貫通していても良い。また、ガス流入用切欠き２７の個数は設計により種々の変更が可能であり、１個以上であればよい。
【００６９】
第１〜第３の実施の形態に示したように、特に、ウェーハポケット１３の形状は段部とテーパ面を組み合わせた構成である必要はなく、段部のみ或いはテーパ面のみ、またはいわゆるローレットというメッシュ状の浅い細溝が形成されてウェーハを多数の凸部と接触支持させる構成や、表面に被覆した炭化珪素の面粗度がウェーハ裏面よりもはるかに粗いことを利用する構成であってもよい。何れにしても本願発明は適用可能であり、サセプタ４の側面または裏面からウェーハポケット１３内にガスを取り込み、再びサセプタ４の側面または裏面から排出する全ての構成に及ぶものである。
【００７０】
［第４の実施の形態］
次に第４の実施の形態におけるサセプタの構造について、図１７を用いて詳細に説明する。本実施の形態におけるサセプタの全体構成は、図８に示す第３の実施の形態におけるサセプタとほぼ同様であるため、同一部分については同一符号を付すことにより具体的な説明は省略する。
【００７１】
図１７はサセプタ４の表面側の斜視図である。本実施の形態におけるサセプタ４は、特に図１７の太線で示すように、ガス逃がし溝２０を備えた点に特徴を有する。ガス逃がし溝２０は、テーパ面３１に形成された円環状の浅い溝であり、各ガス流入用切欠き２７のウェーハポケット１３側の開口を連結するように形成されている。
【００７２】
より詳細には、ガス逃がし溝２０は溝幅３．０ｍｍ、溝深さ１．５ｍｍ程度で良く、もちろん、溝幅は３．０ｍｍ以上で溝深さが１．５ｍｍ以上であってもよい。排気効率を向上させる目的からは、溝幅は１．０ｍｍ以上で溝深さは０．５ｍｍ以上であることが望ましい。
【００７３】
このように、各ガス流入用切欠き２７のウェーハポケット１３側の開口を連結する円環状のガス逃がし溝２０を、テーパ面３１に形成することにより、ガス逃がし溝２０のある部分の排気効率を向上させ、或いは排気効率をウェーハの円周方向で均一化することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態におけるガス逃がし溝２０を、上記第１の実施の形態におけるガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６のウェーハポケット側開口を連結する円環状に形成することも可能である。この場合においても、溝のある部分の排気効率を向上させ、或いは排気効率をウェーハの円周方向で均一化することができる。
【００７５】
次に、本願発明のエピタキシャルウェーハ製造装置の全体の動作について、図１を用いて説明する。本動作説明においては、昇降機構や回転駆動機構の機械的な動作の説明は省略し、サセプタおよびリフトピンとウェーハとの動作関係、及び、それらの位置関係についてのみ説明する。
【００７６】
まず、上下部の熱源８，９を作動させ、処理チャンバ２内のサセプタ４をウェーハの搬送に適した温度まで加熱する。ウェーハ搬送温度としては、８００℃程度が好ましく、サーモセンサ等によってチャンバ２内のサセプタ４の温度を検知しながら上記の温度範囲を保つように制御する。同時に、ガス供給口１０ａ及び下部供給口１０ｂからキャリアガスを流し込み、上部チャンバ７ａ及び下部チャンバ７ｂ内をキャリアガスによって充填する。チャンバ２はガス供給口１０ａの反対側にガス排出口１１を有しており、ガス供給口１０ａ及び下部供給口１０ｂからガス排出口１１に向かってキャリアガスが常時流れる。キャリアガスとしては一般に水素Ｈ２を用いることが多く、通常、常温（室温）の状態でチャンバ２内へ供給される。
【００７７】
次に、チャンバ２内が十分に加熱されキャリアガスが充填されたら、今度はチャンバ２内にウェーハ１２を搬入する。ウェーハ１２はインゴットからスライス加工され、研磨工程等を経てなり、薄い円板状をなしている。一例としては、直径３００ｍｍ，厚さ０．７〜０．７５ｍｍ程度のものがある。このウェーハ１２を石英製のハンドの上に載せ、ハンドをチャンバ２内に入れる。ウェーハ１２を上昇したリフトピン２３上に移載し、リフトピン２３をゆっくりと下降させることによってウェーハ１２がサセプタ４のウェーハポケット１３に嵌り込み、左右方向の位置ずれが発生しない状態となる。
【００７８】
上下部の熱源８，９を作動させ、ウェーハ表面温度をエピタキシャル成長に適した温度（１０００〜１２００℃）に上昇させる。また、不図示の制御部からの指令によって回転駆動用モータを駆動し、サセプタ４を回転させる。サセプタ４の回転が安定したら、キャリアガスに原料ガスを混合して、ガス供給口１０ａを通して上部チャンバ７ａ内に原料ガスを供給する。原料ガスは、主にトリクロロシランＳｉＨＣｌ３やジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２等のクロロシラン系のシリコンソースガスに、ジボラン（Ｐ型）やホスフィン（Ｎ型）のドーパントガスが添加されたものである。
【００７９】
ウェーハ１２の表面を原料ガスを含むキャリアガスが流れ、ウェーハ表面にエピタキシャル層が成長し始める。ウェーハ１２はサセプタ４に収容された状態で水平面内で回転しているため、ウェーハ１２の表面にはほぼ均一な厚さを有するエピタキシャル層が成長する。このとき、ウェーハ表面において、熱ＣＶＤ反応によるシリコンエピタキシーとともに副生成物としてＨＣｌが生成する。
【００８０】
従来の装置によれば、ウェーハ表面においてはシリコンエピタキシーが進行するが、ウェーハ裏面においては主にガス拡散による回り込みによりウェーハポケット１３内にＳｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気が留まるため、Ｓｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気でウェーハ裏面からのドーパント種の放出が起こる。
【００８１】
上記の通り、第１〜第４の実施の形態において説明した本願のサセプタ４によれば、ウェーハ表面への成膜処理時の回転を利用して、サセプタ４の側面または裏面から下部チャンバ７ｂ内のキャリアガス（原料ガスを含まない水素ガスＨ２）を吸気し、ウェーハポケット１３内を循環させた後、サセプタ４の側面または裏面から排出する。その後、ガス排出口１１の下側の開口からチャンバ外へ排出される。そのため、ウェーハポケット１３内にＳｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気が留まることを防止でき、ウェーハ裏面からのドーパント種の放出の影響を抑制することができる。
【００８２】
所望の厚さのエピタキシャル層が成長したら、原料ガスの供給を停止し、熱源８，９を制御してチャンバ２内をウェーハ搬送温度に下げる。そして、処理済みのウェーハ１２をチャンバ２内から搬出する。搬出は、搬入とは逆の手順に従えばよい。
【００８３】
次に、本願におけるエピタキシャルウェーハ製造装置の変形例について説明する。図１３は、エピタキシャルウェーハ製造装置４０の概略構造を示す縦断面である。このエピタキシャルウェーハ製造装置４０自体の概略構造は、図１を用いて説明したエピタキシャルウェーハ製造装置１とほぼ同様であるため、同様部分については同符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８４】
エピタキシャルウェーハ製造装置４０は、ベースリング３に形成された重ガス供給口４５に、重ガス供給手段４１及びキャリアガス供給手段４２を連結している。重ガス供給手段４１には重ガス源４４が流量調整手段４３を介して接続されており、重ガス源４４から供給される重ガスは流量調整手段４３によって所望の供給量に調整される。重ガス供給手段４１から供給される重ガスは、キャリアガス供給手段４２から供給されるキャリアガスと混合され、重ガス供給口４５から下部チャンバ７ｂへ供給される。ガス供給口１０ａから供給されるガスおよび重ガス供給口４５から供給されるガスの供給量は、不図示のプロセスコントローラにより制御される。
【００８５】
重ガス供給口４５はガス供給口１０ａと交わることなく、チャンバ２外部から重ガスを下部チャンバ７ｂにのみ供給する。重ガスとしては、例えばアルゴンガスを用いることができる。基本的には、上部チャンバ７ａに供給されるキャリアガスよりも重いことが必要である。重ガス源４４としては、アルゴンガスタンクまたはアルゴンガス精製プラントからの配管を使用することができ、また、流量調整手段４３としては、マスフローコントローラを使用することができる。
【００８６】
重ガス供給口４５から供給されたアルゴンガス等の重ガスは、チャンバ２の下部チャンバ７ｂ内に充満する。重ガスは上部チャンバ７ａに供給されるキャリアガスよりも重いため、下部チャンバ７ｂ内を重ガスで満たすことにより、上部チャンバ７ａからキャリアガスとともに原料ガスが流れ込むのを防止することができる。その結果、サセプタ４の表面側からサセプタ４の下方側へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することができる。なお、図１３においては、重ガス供給口４５はキャリアガスと重ガスの混合ガスを供給する場合について例示しているが、キャリアガス供給口と重ガス供給口を独立して設けてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
本願のサセプタ構造によれば、サセプタの表面側からサセプタの下方へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することが可能になる。
【００８８】
また、本願のサセプタ構造によれば、エピタキシャル成膜時におけるサセプタの回転を利用してウェーハポケット内のガスを強制的に排出するため、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハの表面に回り込むのをより効果的に防止することができる。
【００８９】
更に、ガス流入用切欠きとガス排出用切欠きを対称形状に形成することにより、サセプタを正逆何れの方向に回転させた場合であっても、ウェーハポケット内のガスを強制的に排出することができる。
【００９０】
本願のエピタキシャルウェーハ製造装置によれば、上部チャンバに供給するキャリアガスよりも重いガスを下部チャンバに供給することにより、下部チャンバ内が重ガスで満たされ、上部チャンバからキャリアガスとともに原料ガスが流れ込むのを防止することができる。その結果、サセプタの表面側からサセプタの下方側へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願のエピタキシャルウェーハ製造装置の概略を示す、縦断面図である。
【図２】サセプタの概略を示す、縦断面図である。
【図３】第１の実施の形態におけるサセプタの表面側の斜視図である。
【図４】第１の実施の形態におけるサセプタの裏面側の斜視図である。
【図５】第１の実施の形態におけるサセプタの平面図である。
【図６】第１の実施の形態におけるサセプタの底面図である。
【図７】図５に示すサセプタのＢ−Ｂ´断面図である。
【図８】第３の実施の形態におけるサセプタの表面側の斜視図である。
【図９】第３の実施の形態におけるサセプタの裏面側の斜視図である。
【図１０】第３の実施の形態におけるサセプタの平面図である。
【図１１】第３の実施の形態におけるサセプタの底面図である。
【図１２】（ａ）は図１０に示すサセプタのＡ−Ａ´断面図、（ｂ）は図１０に示すサセプタのＣ−Ｃ´断面図である。
【図１３】本願のエピタキシャルウェーハ製造装置の他の例を示す、縦断面図である。
【図１４】第２の実施の形態におけるサセプタの平面図である。
【図１５】図１４に示すサセプタのＤ−Ｄ´断面図である。
【図１６】従来技術のサセプタの概略を示す、縦断面図である。
【図１７】第４の実施の形態におけるサセプタの表面側の斜視図である。
【符号の説明】
１…エピタキシャルウェーハ製造装置
２…チャンバ
３…ベースリング
４…サセプタ
５…上部窓
６…下部窓
７ａ…上部チャンバ ７ｂ…下部チャンバ
８…熱源
９…熱源
１０ａ…ガス供給口 １０ｂ…下部供給口
１１…ガス排出口
１２…ウェーハ
１３…ウェーハポケット
１４…サセプタ支持軸
１５…サセプタアーム
１６…リフトアーム
１７…リフト軸
１９…余熱リング
２０…ガス逃がし溝
２２…貫通穴 ２２´…皿状穴
２３…リフトピン
２４…頭部 ２４ａ…上部 ２４ｂ…テーパ面
２５…ガス流入用切欠き
２６…ガス排出用切欠き
２７…ガス流入用切欠き
２８…ガス排出用開口
３０…第１の段部
３１…テーパ面
３２…第２の段部
４０…エピタキシャルウェーハ製造装置
４１…重ガス供給手段
４２…キャリアガス供給手段
４３…流量調整手段
４４…重ガス源
４５…重ガス供給口
５０…孔部
５１…掃気段部
５２…面
５３…円環状空間。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハにエピタキシャル層を形成するためのエピタキシャルウェーハ製造装置，サセプタ構造およびエピタキシャルウェーハ製造方法に関し、特に、エピタキシャルウェーハの表面周縁部におけるドーパント濃度の上昇を抑制可能なエピタキシャルウェーハ製造装置，サセプタ構造およびエピタキシャルウェーハ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハの表面にシリコンの結晶層を成長させることにより、結晶欠陥がなく、所望の抵抗率を有するシリコンウェーハを製造する技術が知られている。このシリコンの結晶層は、例えば直径が２００ｍｍで厚さが０．７５ｍｍのウェーハの場合に数μｍ程度の厚さを有する極薄い層であり、一般的にエピタキシャル層と呼ばれ、このエピタキシャル層を形成する装置をエピタキシャルウェーハ製造装置と呼んでいる。エピタキシャルウェーハ製造装置は、膜厚制御の容易性および膜品質の面から、主にシリコンウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式のものが使用されることが多くなった。
【０００３】
図１に示すように、この枚葉式のエピタキシャルウェーハ製造装置においては、通常、ウェーハを１枚だけ水平に支持するサセプタ４（ウェーハ支持台）が処理チャンバ２内に設けられている。また、サセプタ４上にウェーハ１２を搬送するために、ウェーハ１２をサセプタ４に対して上下動させるためのリフト機構を設けている。リフト機構は、サセプタ４を貫通して延びる複数本のリフトピン２３を有しており、これらのリフトピン２３の上端にウェーハ１２を載せ、サセプタ４に対して相対的にリフトピン２３を上下動させることでウェーハ１２を昇降させる。このようなリフト機構により、搬送用アームのハンドに載せられてチャンバ２内に運ばれてきたウェーハ１２をサセプタ４上に移載したり、或いはその逆に、ウェーハ１２をサセプタ４からハンドに受け渡したりすることが可能となる。
【０００４】
また、エピタキシャル層の成長を行うためには、サセプタ４上で支持されたウェーハ１２を高温に加熱する必要がある。このため、多数のハロゲンランプ（赤外線ランプ）等の熱源８，９を処理チャンバ２の上下に配置し、サセプタ４及びウェーハ１２を加熱している。
【０００５】
サセプタ４は、炭素Ｃの基材に炭化シリコンＳｉＣの被膜を施したものであり、ウェーハ１２を加熱する際にウェーハ１２全体の温度を均一に保つ均熱盤としての役割を果たす。図２に示すようにサセプタ４の上面には、例えばシリコンウェーハを収めるためにウェーハ１２より一回り大きく、深さがｌ〜２ｍｍ程度のウェーハポケットと呼ばれるくぼみが形成されている。ウェーハポケット１３の内表面は、ウェーハの外周部のみで接触するようにテーパ面とする構成が用いられ、ウェーハポケット１３の内表面とウェーハ１２の面接触をできるだけ減らすように工夫が施されている。このウェーハポケット１３内にウェーハ１２を収容し、所定温度にて原料ガスを含むキャリアガス中にサセプタ４を保持することにより、ウェーハ１２の表面にシリコン薄膜よりなるエピタキシャル層が成長する。ここで原料ガスとは、シリコンソースガスとドーパントガスを指している。
【０００６】
シリコンソースガスには、トリクロロシランＳｉＨＣｌ３やジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２等のクロロシラン系ガスが、またドーパントガスには、ジボラン（Ｐ型）やホスフィン（Ｎ型）が使われるのが一般的である。これらのガスはキャリアガスである水素Ｈ２とともにチャンバ内に導入され、ウェーハ表面において熱ＣＶＤ反応によるシリコンエピタキシーとともに副生成物としてＨＣｌが生成する。従って、ウェーハ表面においてはシリコンエピタキシーが進行するが、ウェーハ裏面においては主にガス拡散による回り込みによりＳｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気が形成され、Ｓｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気でウェーハ裏面からのドーパント種の放出が起こる。
【０００７】
その結果、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気が拡散によりウェーハ表面へ回り込み、ウェーハ１２の表面周縁部において局所的に気相中のドーパント濃度が上昇するため、エピタキシャル層中のドーパント濃度がウェーハ表面周縁部において上昇する現象が見られる。
【０００８】
上記のようにウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハ表面に回り込むのを防ぐために、特開平１０−２２３５４５号公報に記載された発明は、図１６に示すようにウェーハポケット１３の最外周部にサセプタ４の裏面に貫通する孔部５０を設けている。このようにウェーハポケット１３の最外周部にサセプタ４表面から裏面に貫通する孔部５０を設けることにより、サセプタ４の表面側を流れる原料ガスを含むキャリアガスが孔部５０を通ってサセプタ４の下方に流出するため、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハ１２の表面に回り込むのを防止することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０−２２３５４５号公報に記載された発明のようにサセプタ４の表面側からサセプタ４の下方にガスを流出させる場合には、キャリアガスとともに反応性の強いトリクロロシランＳｉＨＣｌ３やジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２等の原料ガスおよび気相中で分解したＳｉアモルファス、ＨＣｌなどが下部チャンバ７ｂに大量に流出する。
【００１０】
図１を参照すればわかる通り下部チャンバ７ｂは、ウェーハ１２の回転駆動機構，リフト機構，搬送用アームの進入経路等を含んでおり、掃除をすることは非常に困難である。上記のような原料ガスや分解生成物の侵入は、大幅なメンテナンス時間の増大をもたらし、生産性の悪化要因となる。また、メンテナンス費用の増大も無視できない。
【００１１】
さらに、下部チャンバ７ｂ側からも熱源９により加熱しているため、チャンバ内壁の汚れはサセプタ４の加熱の不均一や再現性の悪化をもたらし、ウェーハ品質のバラツキの原因にもなる。
【００１２】
本出願に係る発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、サセプタの表面側からサセプタの下方へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出可能なエピタキシャルウェーハ製造装置およびサセプタ構造を提供することにある。
【００１３】
また、本出願に係る発明の他の目的は、サセプタの表面側からサセプタの下方へ原料ガスが流れにくいエピタキシャルウェーハ製造装置およびエピタキシャルウェーハ製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、略円板形状をなし、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットを有するサセプタであって、前記サセプタの側面または裏面から前記ウェーハポケットに貫通するガス供給用路と、前記ウェーハポケットから前記サセプタの側面または裏面に貫通するガス排出用路と、を有するサセプタである。
【００１５】
また、本出願に係る第２の発明は、前記ガス供給用路は、前記サセプタの回転にしたがって前記ウェーハポケット内にガスを供給する形状をなし、前記ガス排出用路は、前記サセプタの回転にしたがって前記ウェーハポケット内のガスを排出する形状をなす、ことを特徴とする上記第１の発明に記載のサセプタである。
【００１６】
さらに、本出願に係る第３の発明は、ガスの供給口と排出口を有するチャンバと、前記チャンバ内に配置され、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットと、側面または裏面から前記ウェーハポケットに貫通するガス供給用路と、前記ウェーハポケットから側面または裏面に貫通するガス排出用路と、を有する略円板状のサセプタと、前記サセプタを支持する支持手段と、前記チャンバ内の前記サセプタとウェーハを加熱する加熱手段と、を備えるエピタキシャルウェーハ製造装置である。
【００１７】
また、本出願に係る第４の発明は、前記チャンバ内の前記サセプタよりも上方にのみ原料ガスを含むキャリアガスを供給するガス供給口を備える、ことを特徴とする上記第３の発明に記載のエピタキシャルウェーハ製造装置である。
【００１８】
さらに、本出願に係る第５の発明は、チャンバと、前記チャンバ内に配置され、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットを有するサセプタと、前記サセプタを支持する支持手段と、前記チャンバ内の前記サセプタとウェーハを加熱する加熱手段と、を備えるエピタキシャルウェーハ製造装置であって、前記チャンバ内の前記サセプタの上方に原料ガスを含むキャリアガスを供給するガス供給口と、前記チャンバ内の前記サセプタの下方に前記キャリアガスよりも重いガスを供給する重ガス供給口と、を備えるエピタキシャルウェーハ製造装置である。
【００１９】
また、本出願に係る第６の発明は、チャンバ内に配置され、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットを有するサセプタの、前記ウェーハポケットにウェーハを載置するステップと、前記ウェーハポケットに前記サセプタの下部からガスを供給するステップと、前記ウェーハポケット内のガスを前記サセプタの下部から排出するステップと、前記チャンバ内の前記サセプタと前記ウェーハを加熱するステップと、を含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造方法である。
【００２０】
さらに、本出願に係る第７の発明は、チャンバ内に配置されたサセプタ上にウェーハを載置するステップと、前記チャンバ内の前記サセプタの上方に原料ガスを含むキャリアガスを供給し、前記サセプタの下方に前記キャリアガスよりも重いガスを供給するステップと、前記チャンバ内の前記サセプタと前記ウェーハを加熱するステップと、を含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本出願に係る発明の実施の形態について、図１〜図１５および図１７に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
［装置全体の説明］
図１は、本発明に係るエピタキシャルウェーハ製造装置１の概略構造を示す縦断面である。本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置自体の概略構造は、従来技術で説明したエピタキシャルウェーハ製造装置とほぼ同様であるため、同一図面を用いて説明する。同図においては、チャンバ２の構造を主に記載しており、チャンバ２の下方に設けた回転駆動機構については、具体的な図示を省略している。
【００２３】
チャンバ２は、円筒状のベースリング３を円板状の上部窓５および受皿状の下部窓６によって上下から挟んでなり、内部の閉空間は反応炉を形成する。上部窓５および下部窓６は、熱源からの光を遮ることが無いように透光性を有する石英を用いている。チャンバ２内に形成された反応炉は、ウェーハ１２よりも上部の空間である上部チャンバ７ａと、ウェーハ１２よりも下部の空間である下部チャンバ７ｂとに大別される。
【００２４】
さらに、反応炉を加熱する熱源８，９をチャンバ２の上下に備えている。本実施の形態においては、上下の熱源８，９はそれぞれ複数本のハロゲンランプ（赤外線ランプ）から構成されている。
【００２５】
チャンバ２内には、ウェーハ１２を上部に支持するサセプタ４を収納している。サセプタ４は上方から見ると円板形状をしており、その直径はウェーハ１２よりも大きく、サセプタ４の上面にはウェーハ１２が収納される円形凹状のウェーハポケット１３を設けている。サセプタ４は、本例においては炭素Ｃの基材に炭化シリコンＳｉＣの被膜を施したものであり、ウェーハ１２を加熱する際にウェーハ１２全体の温度を均一に保つ均熱盤としての役割を果たす。そのため、サセプタ４はウェーハ１２よりも数倍の厚さおよび数倍の熱容量を有している。
【００２６】
ウェーハ１２の上面に均一なエピタキシャル層が形成されるように、エピタキシャル層成長処理操作の間、サセプタ４はウェーハ１２の板面と平行な面内において垂直軸を回転中心として回転動をする。当然のことながら、サセプタ４に設けたウェーハポケット１３の中心は、サセプタ４の回転中心と一致する。
【００２７】
サセプタ４の下方には、サセプタ４の回転軸となる円柱状または円筒状のサセプタ支持軸１４が垂直に配置され、サセプタ支持軸１４の上部にはサセプタ４を水平に支持する３本のサセプタアーム１５を備える。３本のサセプタアーム１５は上方から見たときにそれぞれが１２０°の角度をなすように放射状に配置され、サセプタアーム１５の先端に設けた上方向凸部がサセプタ４の下面に当接してサセプタ４を支持する。
【００２８】
サセプタ支持軸１４は、その軸心とサセプタ４の円板中心とが一致する位置に垂直に配置され、サセプタ支持軸１４の回転によりサセプタ４が回転する。サセプタ支持軸１４への回転は、不図示の回転駆動機構によって与えられる。サセプタ支持軸１４およびサセプタアーム１５は、下部熱源９からの光を遮ることのないよう、透光性の石英から形成されている。
【００２９】
図２はサセプタ４の縦断面を模式的に表した図である。サセプタ４のウェーハポケット１３は、以下に説明するように複数の段部およびテーパ面からなる。例えば、直径３００ｍｍのウェーハをエピタキシャル成膜処理する装置においては、サセプタ４として直径が３５０〜４００ｍｍ、厚さが３〜６ｍｍの円板部材を用いる。
【００３０】
サセプタ４の上面外周から２０〜４０ｍｍ中心に向かった位置に、円形凹部である第１の段部３０を設けている。第１の段部３０はサセプタ４の上面から０．４〜０．７ｍｍ下がった位置に設けた円形の平坦面であり、サセプタ４の上面と平行すなわち水平面である。
【００３１】
さらに、第１の段部３０の外周から５〜６ｍｍ中心に向かった位置を始点として、緩やかな傾斜を有するテーパ面３１を設けている。テーパ面３１は、第１の段部３０よりも更に約０．１ｍｍ程下がった位置から始まり、中心に向かって２４〜２７ｍｍの距離に対して約０．１ｍｍ下がる勾配を有する非常に緩やかなロート形状をなす。
【００３２】
テーパ面３１から更に中心に向かって、円形凹部である第２の段部３２を設けている。第２の段部３２はテーパ面３１から約０．３ｍｍ下がった位置に設けた円形の平坦面であり、サセプタ４の上面と平行すなわち水平面である。
【００３３】
図２では説明の都合上２個しか図示していないが、第２の段部３２には３個の貫通穴２２が設けられ、各々の貫通穴２２の上部は上方に向かって拡大開口する皿状穴２２´を形成している。３個の貫通穴２２にはそれぞれウェーハ支持用のリフトピン２３が挿通している。この貫通穴２２の穴径はリフトピン２３の直径よりも大きくし、サセプタ４に対してリフトピン２３が上下動する際に接触しない大きさを有するように形成する。
【００３４】
リフトピン２３は、石英，シリコンＳｉ，炭化シリコンＳｉＣ，石英にシリコンＳｉ又は炭化シリコンＳｉＣの被膜を施したもの等よりなる。リフトピン２３は円柱または円筒状をなし、上端部には、皿状穴２２´に対応するように下部外周にテーパ面２４ｂを有する頭部２４を備える。この頭部２４のテーパ面２４ｂのテーパ角は、皿状穴２２´のテーパ面のテーパ角と適合する。この結果、頭部２４は皿状穴２２´の内壁に対し優れたシールを与え、これにより原料ガスがリフトピン２３と貫通穴２２の内壁との間を通って漏れることが防止される。
【００３５】
頭部２４の上部２４ａは頂角が鈍角をなす円錐形状をなし、ウェーハ裏面を支持する際の接触面積を極めて小さくすることにより、リフトピン２３によるウェーハ裏面への傷の発生を防止している。リフトピン２３は頭部２４がサセプタ４の皿状穴２２´の内壁に係合し、リフトピン２３が下降した状態においては、自重により鉛直に垂下される。このとき、頭部２４の上部２４ａが第２の段部３２の上面から突出することはない。
【００３６】
図１に示すように、リフトピン２３はサセプタ４に垂下され、その胴部はサセプタアーム１５に設けた貫通穴を挿通している。リフトピン２３は後述のリフトアーム１６とは分離した独立の単体構造であるため、サセプタ４が回転するときには、サセプタ４とともにリフトピン２３も回転するが、リフトアーム１６は停止した状態を保つ。リフトピン２３の胴部がサセプタアーム１５に設けた貫通穴を挿通しているため、サセプタ４が回転したときに、リフトピン２３が遠心力によって傾くのを防止することができる。
【００３７】
サセプタ支持軸１４の外周には、サセプタ支持軸１４に対して摺動可能な内径を有する円筒状のリフト軸１７を設けている。リフト軸１７の上端には、上方から見た際にそれぞれが１２０°の角度をなすように放射状に配置された３本のリフトアーム１６を備える。リフトピン２３が下降してエピタキシャル成膜処理をしている間は、リフトアーム１６とリフトピン２３の下端は非接触状態を保ち、サセプタ４の回転時にリフトアーム１６がリフトピン２３に余計な負荷を加えることはない。
【００３８】
ウェーハ１２をサセプタ４から上昇させる場合には、各リフトピン２３がリフトアーム１６上に位置合わせされたところでサセプタ４の回転を停止させ、リフトアーム１６を上昇またはサセプタ支持軸１４を下降させる。それにより、リフトピン２３の下端がリフトアーム１６に当接してリフトピン２３の頭部２４がサセプタ４から上昇し、ウェーハ１２は頭部２４によって下方から押し上げられてウェーハポケット１３から上昇する。
【００３９】
図１に示すように、サセプタ４の外周にはサセプタ４を取り囲むように、サセプタ４とほぼ同じ厚さを有する円環状の余熱リング１９を固定配置している。余熱リング１９の内周面はサセプタ４の外周面に対して接触しないだけの間隔をとって配置され、サセプタ４は余熱リング１９と独立して回転することができる。余熱リング１９は、サセプタ４と同様に炭素Ｃの基材に炭化シリコンＳｉＣの被膜を施したものであり、サセプタ４の外周部における熱容量の変化に伴う急激な温度変化を防止する役割を果たす。このようにサセプタ４の周りに余熱リング１９を設けることにより、サセプタ４は中心部から外周部に亘ってほぼ均一に加熱される。
【００４０】
図１に示すようにベースリング３には、ガス供給口１０ａとガス排出口１１を設けている。同図向かって左側のガス供給口１０ａから原料ガスを含んだキャリアガスを供給し、右側のガス排出口１１から排出する。チャンバ外部に設けた不図示のガス供給ユニットより、ガス供給口１０ａを通して、チャンバ２内に原料ガスおよびキャリアガスが供給される。
【００４１】
ガス供給口１０ａは、ベースリング３の内周面において余熱リング１９よりも上側に開口を有し、上部チャンバ７ａ内に水素ガスＨ２或いは、原料ガスを含んだ水素ガスを供給する。原料ガスは、主にトリクロロシランＳｉＨＣｌ３やジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２等のクロロシラン系のシリコンソースガスに、ジボラン（Ｐ型）やホスフィン（Ｎ型）のドーパントガスが添加されたものである。これらのガスはキャリアガスである水素ガスＨ２とともに上部チャンバ７ａ内に導入される。
【００４２】
さらに、下部供給口１０ｂがガス供給口１０ａとは別に設けられ、チャンバ外部に設けた不図示のガス供給ユニットより、下部供給口１０ｂを通して下部チャンバ７ｂ内に水素ガスＨ２が供給される。下部供給口１０ｂは、ベースリング３の内周面において余熱リング１９よりも下側に開口を有し、下部チャンバ７ｂ内に水素ガスＨ２を供給する。
このように、上部チャンバ７ａ側にのみ原料ガスを供給することにより、下部チャンバ７ｂにおける原料ガスの無用な反応を防止することができる。
【００４３】
ガス排出口１１は、ベースリング３の内周面に余熱リング１９よりも上側および下側に２つの開口を有し、上部チャンバ７ａおよび下部チャンバ７ｂからのガスをひとまとめにしてチャンバ２の外へ排出する。
【００４４】
［第１の実施の形態］
次に第１の実施の形態におけるサセプタの構造について、図３〜図７を用いて詳細に説明する。
【００４５】
図３はサセプタ４の表面側の斜視図、図４はサセプタ４の裏面側の斜視図である。図３及び図４に示すようにサセプタ４は、サセプタ４の裏面側から厚さ方向でサセプタ４の中腹に至る４個の切欠きを備える。各切欠きは、サセプタ４の外周面に長方形の開口を有する。４個の切欠きは、サセプタ４の中心に対して対称の位置に配置された切欠き同士が対をなし、２個のガス流入用切欠き２５と、２個のガス排出用切欠き２６を形成する。図４に示すように、サセプタ４の裏面側から見ると、ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６は緩やかな曲線を描く幅広の溝である。溝の断面形状は、サセプタ４の外周からサセプタ４の中心部に向かうにつれて狭くなる方が好ましいが、一定であってもよい。
【００４６】
図５はサセプタ４の平面図、図６はサセプタ４の底面図である。図５に示すようにガス流入用切欠き２５は右巻き方向で中心に向かって渦を巻くように形成され、ガス排出用切欠き２６は右巻き方向で外側に向かって渦を巻くように形成される。
【００４７】
図７は図５のＢ−Ｂ´断面図である。ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６は共に同様な断面形状を有するため、ここではガス流入用切欠き２５の断面形状についてのみ説明する。図７に示すように、ガス流入用切欠き２５はサセプタ４の外周面からテーパ面３１の開始位置に至るまで、中心方向に向かって溝を形成し、さらに、サセプタ４を斜めに１０〜４５°の角度で貫通してテーパ面３１に開口を形成する。より好ましくはサセプタ４を２０°の角度で貫通するのがよい。その結果、サセプタ４の裏面にはサセプタ４の外周面から中心方向に向かって曲線を描く溝が形成され、テーパ面３１に差し掛かったところでウェーハポケット１３に貫通する。
【００４８】
図３の矢印ａで示すように、上方から見た場合にサセプタ４は反時計方向に回転する。すると、矢印ｂで示すように下部チャンバ７ｂ内のキャリアガスがサセプタ４のガス流入用切欠き２５からウェーハポケット１３内に流入し、矢印ｃで示すようにウェーハポケット１３内のガスがガス排出用切欠き２６から排出される。このように、サセプタ４の裏面側からガス流入用切欠き２５を通ってキャリアガスが流入して、ウェーハポケット１３内を循環し、ガス排出用切欠き２６を通ってサセプタ４の裏面側に排出される。
【００４９】
したがって、第１の実施の形態におけるサセプタ４によれば、サセプタ４の表面側からサセプタ４の下方へ大量の原料ガスを流すことなく、エピタキシャル成長の過程でウェーハの裏面から放散されるドーパント種を含む雰囲気をウェーハポケット１３から排出することが可能になる。
【００５０】
また、エピタキシャル成膜時におけるサセプタ４の回転を利用して、ウェーハポケット１３内のガスを強制的に排出するため、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハ１２の表面に回り込むのをより効果的に防止することができる。本実施の形態においては、ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６を曲線状の溝として形成することによりウェーハポケット１３内のガスを強制的に排出する構成としたが、曲線状の溝でない場合であってもウェーハポケット１３内のガスを排出する効果を奏することができる。
【００５１】
更に、本実施の形態におけるサセプタ４によれば、ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６が対称形状であるため、サセプタ４を正逆何れの方向に回転させた場合であっても、ウェーハポケット１３内のガスを強制的に排出することができる。例えば、図５に示す反時計回りとは反対の方向（時計回り）に回転させた場合には、ガス流入用切欠き２５がガス排出用として機能し、ガス排出用切欠き２６がガス流入用として機能する。
【００５２】
尚、本実施の形態においては、ガス流入用切欠き２５およびガス排出用切欠き２６は、サセプタ４の裏面側からテーパ面３１に貫通している例を示したが、両方若しくは一方が第２の段部３２に貫通していても良い。また、ガス流入用切欠き２５およびガス排出用切欠き２６の個数は設計により種々の変更が可能であり、それぞれが少なくとも１個以上であればよい。
【００５３】
［第２の実施の形態］
図１４及び図１５に他の例を示す。図１４はサセプタ４を上面から見た平面図、図１５はＤ−Ｄ´断面図である。ウェーハの裏面形状は第１の実施の形態と同様であるため、図４を参照して説明する。
【００５４】
サセプタ４は、第１の実施の形態と同様に、サセプタ４の裏面側から厚さ方向でサセプタ４の中腹に至る４個の切欠きを備え、各切欠きはサセプタ４の外周面に長方形の開口を有する。４個の切欠きは、サセプタ４の中心に対して対称の位置に配置された切欠き同士が対をなし、２個のガス流入用切欠き２５と、２個のガス排出用切欠き２６を形成する。図４に示すように、サセプタ４の裏面側から見ると、ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６は緩やかな曲線を描く幅広の溝である。溝の断面形状は、サセプタ４の外周からサセプタ４の中心部に向かうにつれて狭くなる方が好ましいが、一定であってもよい。
【００５５】
図１４に示すようにガス流入用切欠き２５は右巻き方向で中心に向かって渦を巻くように形成され、ガス排出用切欠き２６は右巻き方向で外側に向かって渦を巻くように形成される。
【００５６】
図１５に示すように、本実施の形態におけるサセプタ４は、ウェーハ１２を載置する面５２と、その面５２の外周部に形成された掃気段部５１を備える。面５２はサセプタ４の上面からおよそウェーハ１２の形状に合わせて円形に凹んだ面である。掃気段部５１は、面５２よりも更にウェーハ裏面側に下がった段部であり、面５２の外周に円環状に設けられた平坦面である。二点鎖線で示すウェーハ１２は、掃気段部５１よりも内側に形成された面５２に載置され、外周部は掃気段部５１の上を覆うように配置される。その結果、ウェーハ１２と掃気段部５１との間には、円環状空間５３が形成される。なお、面５２上には、メッシュ状の浅い細溝を形成する、いわゆるローレット加工を施していても良い。
【００５７】
次に、本実施の形態におけるガス流入出用切欠き２５及びガス排出用切欠き２６の断面形状について説明する。ガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６は共に同様な断面形状を有するため、ここではガス流入出用切欠き２５の断面形状についてのみ説明する。図１５に示すように、ガス流入用切欠き２５はサセプタ４の外周面から掃気段部５１の開始位置に至るまで、中心方向に向かって溝を形成し、さらに、サセプタ４を斜めに１０〜４５°の角度で貫通して掃気段部５１に開口を形成する。より好ましくはサセプタ４を２０°の角度で貫通するのがよい。
【００５８】
図１４の矢印ａで示すように、上方から見た場合にサセプタ４は反時計方向に回転する。すると、矢印ｂで示すようにサセプタ４の下部チャンバ７ｂ内のキャリアガスがガス流入用切欠き２５から掃気段部５１に流入し、矢印ｃで示すようにガス排出用切欠き２６から排出される。このように、サセプタ４の裏面側からガス流入用切欠き２５を通ってキャリアガスが流入して、円環状空間５３内を循環し、ガス排出用切欠き２６を通ってサセプタ４の裏面側に排出される。
【００５９】
したがって、第２の実施の形態におけるサセプタ４によれば、サセプタ４の表面側からサセプタ４の下方へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することが可能になる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
次に第３の実施の形態におけるサセプタの構造について、図８〜図１２を用いて詳細に説明する。
【００６１】
図８はサセプタ４の表面側の斜視図、図９はサセプタ４の裏面側の斜視図である。図８及び図９に示すようにサセプタ４は、サセプタ４の裏面側から厚さ方向でサセプタ４の中腹に至る３個の切欠きを備える。各切欠きは、サセプタ４の外周面に長方形の開口を有するガス流入用切欠き２７である。図９に示すように、サセプタ４の裏面側から見ると、ガス流入用切欠き２７は緩やかな曲線を描く幅広の溝である。溝の断面形状は、サセプタ４の外周からサセプタ４の中心部に向かうにつれて狭くなる方が好ましいが、一定であってもよい。
【００６２】
図１０はサセプタ４の平面図、図１１はサセプタ４の底面図である。図１０に示すように、サセプタ４は矢印ａで示すように時計回りに回転するため、ガス流入用切欠き２７は左巻き方向で中心に向かって渦を巻くように形成される。各ガス流入用切欠き２７は、サセプタ４の中心に対して互いに１２０°の角度をなすように、等間隔に割り出しした位置に設けられている。
【００６３】
図１２（ａ）は図１０のＡ−Ａ´断面図である。図１２（ａ）に示すように、ガス流入用切欠き２７はサセプタ４の外周面からテーパ面３１の開始位置に至るまで、中心方向に向かって溝を形成し、さらに、サセプタ４を斜めに１０〜４５°の角度で貫通してテーパ面３１に開口を形成する。より好ましくはサセプタ４を２０°の角度で貫通するのがよい。その結果、サセプタ４の裏面にはサセプタ４の外周面から中心方向に向かって曲線を描く溝が形成され、テーパ面３１に差し掛かったところでウェーハポケット１３に貫通する。
【００６４】
図１０に示すように、本実施の形態におけるサセプタ４は、サセプタ中央部近辺すなわち第２の段部３２の平坦面に、サセプタ４を表面側から裏面側へ貫通するガス排出用開口２８を設けている。図１２（ｂ）は、図１０のＣ−Ｃ´断面図である。ガス排出用開口２８は、ウェーハポケット１３の第２の段部３２の上面に開口を有し、サセプタ４を斜めに１０〜４５°の角度で貫通して、サセプタ４の裏面に再び開口を形成する。より好ましくはサセプタ４を２０°の角度で貫通するのがよい。図１０においては、ガス排出用開口２８は断面形状を四角形に構成しているが、必ずしも四角形の必要はなく円形や三角形であってもよい。
【００６５】
図８の矢印ａで示すように、上方から見た場合にサセプタ４は時計方向に回転する。すると、矢印ｂで示すようにサセプタ４の下部チャンバ７ｂ内のキャリアガスがガス流入用切欠き２７からウェーハポケット１３内に流入し、矢印ｃで示すようにウェーハポケット１３内のガスがガス排出用開口２８から排出される。このように、サセプタ４の裏面側からガス流入用切欠き２７を通ってキャリアガスが流入して、ウェーハポケット１３内を循環し、ガス排出用開口２８を通ってサセプタ４の裏面側に排出される。
【００６６】
したがって、第３の実施の形態におけるサセプタ４によれば、サセプタ４の表面側からサセプタ４の下方へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することが可能になる。
【００６７】
また、エピタキシャル成膜時におけるサセプタ４の回転を利用して、ウェーハポケット１３内のガスを強制的に排出するため、ウェーハポケット１３に充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハ１２の表面に回り込むのをより効果的に防止することができる。
【００６８】
尚、本実施の形態においてガス流入用切欠き２７は、サセプタ４の裏面側からテーパ面３１に貫通している例を示したが、第２の段部３２に貫通していても良い。また、ガス流入用切欠き２７の個数は設計により種々の変更が可能であり、１個以上であればよい。
【００６９】
第１〜第３の実施の形態に示したように、特に、ウェーハポケット１３の形状は段部とテーパ面を組み合わせた構成である必要はなく、段部のみ或いはテーパ面のみ、またはいわゆるローレットというメッシュ状の浅い細溝が形成されてウェーハを多数の凸部と接触支持させる構成や、表面に被覆した炭化珪素の面粗度がウェーハ裏面よりもはるかに粗いことを利用する構成であってもよい。何れにしても本願発明は適用可能であり、サセプタ４の側面または裏面からウェーハポケット１３内にガスを取り込み、再びサセプタ４の側面または裏面から排出する全ての構成に及ぶものである。
【００７０】
［第４の実施の形態］
次に第４の実施の形態におけるサセプタの構造について、図１７を用いて詳細に説明する。本実施の形態におけるサセプタの全体構成は、図８に示す第３の実施の形態におけるサセプタとほぼ同様であるため、同一部分については同一符号を付すことにより具体的な説明は省略する。
【００７１】
図１７はサセプタ４の表面側の斜視図である。本実施の形態におけるサセプタ４は、特に図１７の太線で示すように、ガス逃がし溝２０を備えた点に特徴を有する。ガス逃がし溝２０は、テーパ面３１に形成された円環状の浅い溝であり、各ガス流入用切欠き２７のウェーハポケット１３側の開口を連結するように形成されている。
【００７２】
より詳細には、ガス逃がし溝２０は溝幅３．０ｍｍ、溝深さ１．５ｍｍ程度で良く、もちろん、溝幅は３．０ｍｍ以上で溝深さが１．５ｍｍ以上であってもよい。排気効率を向上させる目的からは、溝幅は１．０ｍｍ以上で溝深さは０．５ｍｍ以上であることが望ましい。
【００７３】
このように、各ガス流入用切欠き２７のウェーハポケット１３側の開口を連結する円環状のガス逃がし溝２０を、テーパ面３１に形成することにより、ガス逃がし溝２０のある部分の排気効率を向上させ、或いは排気効率をウェーハの円周方向で均一化することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態におけるガス逃がし溝２０を、上記第１の実施の形態におけるガス流入用切欠き２５とガス排出用切欠き２６のウェーハポケット側開口を連結する円環状に形成することも可能である。この場合においても、溝のある部分の排気効率を向上させ、或いは排気効率をウェーハの円周方向で均一化することができる。
【００７５】
次に、本願発明のエピタキシャルウェーハ製造装置の全体の動作について、図１を用いて説明する。本動作説明においては、昇降機構や回転駆動機構の機械的な動作の説明は省略し、サセプタおよびリフトピンとウェーハとの動作関係、及び、それらの位置関係についてのみ説明する。
【００７６】
まず、上下部の熱源８，９を作動させ、処理チャンバ２内のサセプタ４をウェーハの搬送に適した温度まで加熱する。ウェーハ搬送温度としては、８００℃程度が好ましく、サーモセンサ等によってチャンバ２内のサセプタ４の温度を検知しながら上記の温度範囲を保つように制御する。同時に、ガス供給口１０ａ及び下部供給口１０ｂからキャリアガスを流し込み、上部チャンバ７ａ及び下部チャンバ７ｂ内をキャリアガスによって充填する。チャンバ２はガス供給口１０ａの反対側にガス排出口１１を有しており、ガス供給口１０ａ及び下部供給口１０ｂからガス排出口１１に向かってキャリアガスが常時流れる。キャリアガスとしては一般に水素Ｈ２を用いることが多く、通常、常温（室温）の状態でチャンバ２内へ供給される。
【００７７】
次に、チャンバ２内が十分に加熱されキャリアガスが充填されたら、今度はチャンバ２内にウェーハ１２を搬入する。ウェーハ１２はインゴットからスライス加工され、研磨工程等を経てなり、薄い円板状をなしている。一例としては、直径３００ｍｍ，厚さ０．７〜０．７５ｍｍ程度のものがある。このウェーハ１２を石英製のハンドの上に載せ、ハンドをチャンバ２内に入れる。ウェーハ１２を上昇したリフトピン２３上に移載し、リフトピン２３をゆっくりと下降させることによってウェーハ１２がサセプタ４のウェーハポケット１３に嵌り込み、左右方向の位置ずれが発生しない状態となる。
【００７８】
上下部の熱源８，９を作動させ、ウェーハ表面温度をエピタキシャル成長に適した温度（１０００〜１２００℃）に上昇させる。また、不図示の制御部からの指令によって回転駆動用モータを駆動し、サセプタ４を回転させる。サセプタ４の回転が安定したら、キャリアガスに原料ガスを混合して、ガス供給口１０ａを通して上部チャンバ７ａ内に原料ガスを供給する。原料ガスは、主にトリクロロシランＳｉＨＣｌ３やジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２等のクロロシラン系のシリコンソースガスに、ジボラン（Ｐ型）やホスフィン（Ｎ型）のドーパントガスが添加されたものである。
【００７９】
ウェーハ１２の表面を原料ガスを含むキャリアガスが流れ、ウェーハ表面にエピタキシャル層が成長し始める。ウェーハ１２はサセプタ４に収容された状態で水平面内で回転しているため、ウェーハ１２の表面にはほぼ均一な厚さを有するエピタキシャル層が成長する。このとき、ウェーハ表面において、熱ＣＶＤ反応によるシリコンエピタキシーとともに副生成物としてＨＣｌが生成する。
【００８０】
従来の装置によれば、ウェーハ表面においてはシリコンエピタキシーが進行するが、ウェーハ裏面においては主にガス拡散による回り込みによりウェーハポケット１３内にＳｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気が留まるため、Ｓｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気でウェーハ裏面からのドーパント種の放出が起こる。
【００８１】
上記の通り、第１〜第４の実施の形態において説明した本願のサセプタ４によれば、ウェーハ表面への成膜処理時の回転を利用して、サセプタ４の側面または裏面から下部チャンバ７ｂ内のキャリアガス（原料ガスを含まない水素ガスＨ２）を吸気し、ウェーハポケット１３内を循環させた後、サセプタ４の側面または裏面から排出する。その後、ガス排出口１１の下側の開口からチャンバ外へ排出される。そのため、ウェーハポケット１３内にＳｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気が留まることを防止でき、ウェーハ裏面からのドーパント種の放出の影響を抑制することができる。
【００８２】
所望の厚さのエピタキシャル層が成長したら、原料ガスの供給を停止し、熱源８，９を制御してチャンバ２内をウェーハ搬送温度に下げる。そして、処理済みのウェーハ１２をチャンバ２内から搬出する。搬出は、搬入とは逆の手順に従えばよい。
【００８３】
次に、本願におけるエピタキシャルウェーハ製造装置の変形例について説明する。図１３は、エピタキシャルウェーハ製造装置４０の概略構造を示す縦断面である。このエピタキシャルウェーハ製造装置４０自体の概略構造は、図１を用いて説明したエピタキシャルウェーハ製造装置１とほぼ同様であるため、同様部分については同符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８４】
エピタキシャルウェーハ製造装置４０は、ベースリング３に形成された重ガス供給口４５に、重ガス供給手段４１及びキャリアガス供給手段４２を連結している。重ガス供給手段４１には重ガス源４４が流量調整手段４３を介して接続されており、重ガス源４４から供給される重ガスは流量調整手段４３によって所望の供給量に調整される。重ガス供給手段４１から供給される重ガスは、キャリアガス供給手段４２から供給されるキャリアガスと混合され、重ガス供給口４５から下部チャンバ７ｂへ供給される。ガス供給口１０ａから供給されるガスおよび重ガス供給口４５から供給されるガスの供給量は、不図示のプロセスコントローラにより制御される。
【００８５】
重ガス供給口４５はガス供給口１０ａと交わることなく、チャンバ２外部から重ガスを下部チャンバ７ｂにのみ供給する。重ガスとしては、例えばアルゴンガスを用いることができる。基本的には、上部チャンバ７ａに供給されるキャリアガスよりも重いことが必要である。重ガス源４４としては、アルゴンガスタンクまたはアルゴンガス精製プラントからの配管を使用することができ、また、流量調整手段４３としては、マスフローコントローラを使用することができる。
【００８６】
重ガス供給口４５から供給されたアルゴンガス等の重ガスは、チャンバ２の下部チャンバ７ｂ内に充満する。重ガスは上部チャンバ７ａに供給されるキャリアガスよりも重いため、下部チャンバ７ｂ内を重ガスで満たすことにより、上部チャンバ７ａからキャリアガスとともに原料ガスが流れ込むのを防止することができる。その結果、サセプタ４の表面側からサセプタ４の下方側へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することができる。なお、図１３においては、重ガス供給口４５はキャリアガスと重ガスの混合ガスを供給する場合について例示しているが、キャリアガス供給口と重ガス供給口を独立して設けてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
本願のサセプタ構造によれば、サセプタの表面側からサセプタの下方へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することが可能になる。
【００８８】
また、本願のサセプタ構造によれば、エピタキシャル成膜時におけるサセプタの回転を利用してウェーハポケット内のガスを強制的に排出するため、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気がウェーハの表面に回り込むのをより効果的に防止することができる。
【００８９】
更に、ガス流入用切欠きとガス排出用切欠きを対称形状に形成することにより、サセプタを正逆何れの方向に回転させた場合であっても、ウェーハポケット内のガスを強制的に排出することができる。
【００９０】
本願のエピタキシャルウェーハ製造装置によれば、上部チャンバに供給するキャリアガスよりも重いガスを下部チャンバに供給することにより、下部チャンバ内が重ガスで満たされ、上部チャンバからキャリアガスとともに原料ガスが流れ込むのを防止することができる。その結果、サセプタの表面側からサセプタの下方側へ大量の原料ガスを流すことなく、ウェーハポケットに充満したドーパント種を含む雰囲気を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願のエピタキシャルウェーハ製造装置の概略を示す、縦断面図である。
【図２】サセプタの概略を示す、縦断面図である。
【図３】第１の実施の形態におけるサセプタの表面側の斜視図である。
【図４】第１の実施の形態におけるサセプタの裏面側の斜視図である。
【図５】第１の実施の形態におけるサセプタの平面図である。
【図６】第１の実施の形態におけるサセプタの底面図である。
【図７】図５に示すサセプタのＢ−Ｂ´断面図である。
【図８】第３の実施の形態におけるサセプタの表面側の斜視図である。
【図９】第３の実施の形態におけるサセプタの裏面側の斜視図である。
【図１０】第３の実施の形態におけるサセプタの平面図である。
【図１１】第３の実施の形態におけるサセプタの底面図である。
【図１２】（ａ）は図１０に示すサセプタのＡ−Ａ´断面図、（ｂ）は図１０に示すサセプタのＣ−Ｃ´断面図である。
【図１３】本願のエピタキシャルウェーハ製造装置の他の例を示す、縦断面図である。
【図１４】第２の実施の形態におけるサセプタの平面図である。
【図１５】図１４に示すサセプタのＤ−Ｄ´断面図である。
【図１６】従来技術のサセプタの概略を示す、縦断面図である。
【図１７】第４の実施の形態におけるサセプタの表面側の斜視図である。
【符号の説明】
１…エピタキシャルウェーハ製造装置
２…チャンバ
３…ベースリング
４…サセプタ
５…上部窓
６…下部窓
７ａ…上部チャンバ ７ｂ…下部チャンバ
８…熱源
９…熱源
１０ａ…ガス供給口 １０ｂ…下部供給口
１１…ガス排出口
１２…ウェーハ
１３…ウェーハポケット
１４…サセプタ支持軸
１５…サセプタアーム
１６…リフトアーム
１７…リフト軸
１９…余熱リング
２０…ガス逃がし溝
２２…貫通穴 ２２´…皿状穴
２３…リフトピン
２４…頭部 ２４ａ…上部 ２４ｂ…テーパ面
２５…ガス流入用切欠き
２６…ガス排出用切欠き
２７…ガス流入用切欠き
２８…ガス排出用開口
３０…第１の段部
３１…テーパ面
３２…第２の段部
４０…エピタキシャルウェーハ製造装置
４１…重ガス供給手段
４２…キャリアガス供給手段
４３…流量調整手段
４４…重ガス源
４５…重ガス供給口
５０…孔部
５１…掃気段部
５２…面
５３…円環状空間。
Claims (5)
- 略円板形状をなし、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットを有するサセプタであって、
前記サセプタの側面または裏面から前記ウェーハポケットに貫通するガス供給用路と、
前記ウェーハポケットから前記サセプタの側面または裏面に貫通するガス排出用路と、
を有するサセプタ。 - 前記ガス供給用路は、前記サセプタの回転にしたがって前記ウェーハポケット内にガスを供給する形状をなし、
前記ガス排出用路は、前記サセプタの回転にしたがって前記ウェーハポケット内のガスを排出する形状をなす、
ことを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。 - ガスの供給口と排出口を有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置され、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットと、側面または裏面から前記ウェーハポケットに貫通するガス供給用路と、前記ウェーハポケットから側面または裏面に貫通するガス排出用路と、を有する略円板状のサセプタと、
前記サセプタを支持する支持手段と、
前記チャンバ内の前記サセプタとウェーハを加熱する加熱手段と、
を備えるエピタキシャルウェーハ製造装置。 - 前記チャンバ内の前記サセプタよりも上方にのみ原料ガスを含むキャリアガスを供給するガス供給口を備える、
ことを特徴とする請求項３に記載のエピタキシャルウェーハ製造装置。 - チャンバ内に配置され、表面にウェーハを収容する凹状のウェーハポケットを有するサセプタの、前記ウェーハポケットにウェーハを載置するステップと、
前記ウェーハポケットに前記サセプタの側部または下部からガスを供給するステップと、
前記ウェーハポケット内のガスを前記サセプタの側部または下部から排出するステップと、
前記チャンバ内の前記サセプタと前記ウェーハを加熱するステップと、
を含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造方法。
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