JP3911518B2

JP3911518B2 - 気相成長装置用サセプターと気相成長方法

Info

Publication number: JP3911518B2
Application number: JP10077495A
Authority: JP
Inventors: 秀樹西畑
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: JPH08277193A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、枚葉式の気相成長装置に使用するサセプターの改良に係り、サセプターに凹部として形成したザグリ部の周端部を傾斜面となし、同部でウェーハの裏面外周部と接触支持する構成となし、サセプター上でのウェーハのスベリを防止し、サセプター表面に異常突起等がないためスリップや汚染等を低減可能にした気相成長装置用サセプターと気相成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハへエピタキシャル膜を成長させるためには、一般に加熱方法やサセプターの形状の違いにより各種構造の気相成長装置が使用されている。この中で、従来は生産性の問題により円形平板上のサセプターを下側から加熱する縦型気相成長装置や、樽型のサセプターを側面のランプにより加熱するバレル型気相成長装置が多用されてきた。
【０００３】
しかし、現状ではエピタキシャル膜に要求される品質が年々厳しくなり、従来の縦型やバレル型の気相成長装置では対応できなくなる傾向があり、最近は枚葉型の気相成長装置が注目されている。
一般に、横型枚葉式の気相成長装置は、図２に示すように、石英製の通路状のチャンバー１からなり、黒鉛の母材にＳｉＣをコートした円盤状のサセプター２上に半導体ウェーハ３を載せ、サセプター２の表裏両面に配置したランプ４により加熱し、図中左端のノズル部５より各種原料ガスをチャンバー１内に導入する構造となっている。
【０００４】
この円盤状のサセプターを使用してエピタキシャル成長を行う気相成長装置において、問題になるのは、ウェーハをサセプター上に搬送する際にベルヌーイチャックを使用すると約１０ｍｍの高さからウェーハをサセプター上に落とすためウェーハとサセプターの間のガスが速やかに抜けずに、ウェーハがサセプター上を滑り、ウェーハの一端がサセプターのザグリの側壁に接触するという点である。
【０００５】
半導体ウェーハにエピタキシャル成長を行う場合、スリップ欠陥の発生を抑えるためには、プロセス中の半導体ウェーハの温度分布を均一にする必要がある。しかし、前述のようにウェーハがサセプター上を滑り、ウェーハがサセプターの側壁に接触したままエピタキシャル成長を行うと、接触部でウェーハ面内の温度分布が大きく変化し、スリップ発生の原因となり、半導体ウェーハの歩留が低下する。
また、ウェーハがサセプターに接触していると、エピタキシャル成長中にもウェーハ上では温度分布が不均一になるために、エピタキシャル膜の比抵抗分布が悪くなり、膜の均一性が劣化する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで従来は、サセプター表面には、ウェーハのスベリを防止するために、図３のＡに示す如く、サセプター２のウェーハを載置するために浅い凹部となした所謂ザグリ部２ａにはローレットというメッシュ状の浅い細溝が彫ってある。従って、図３のＢに示す如く、サセプター表面には多数の凸部が形成され、すなわち、載置面の表面は拡大すると四角錐の頂点を削ったような形状の連続となっているため、これらの凸部とウェーハの裏面が接していることになる。
【０００７】
図３のＢに示す凸部の形状はここでは平坦面として図示するが、加工上の問題から凸部の先端にはバンプという異常突起が発生しやすく、この異常突起がウェーハと接触すると、スリップ発生の原因となったり、あるいはウェーハ搬送時のキズの原因となる。サセプターの表面の凸部が、バンプとは逆に欠落すると、その部分がピンホールとなりウェーハに汚染等をもたらすことになる。
ウェーハのスベリが原因のスリップ欠陥の問題を解決するために、従来はザグリ部のローレット形状の変更を行ってきたが、これではサセプター上の異常突起を防ぐことはできない。
【０００８】
この発明は、横型枚葉式気相成長装置において、ウェーハを搬送する際にウェーハが滑ることがなく、サセプター表面には従来のローレットによる異常な突起が発生しないよう構成された該装置用のサセプターと気相成長方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者は、サセプターのザグリ部にローレット加工を施することなく、ウェーハの搬送時にウェーハのスベリがないような気相成長用サセプターを目的に、ザグリ部の形状などについて種々検討した結果、サセプターに凹部として形成したザグリ部の周端部を傾斜面となし、同部でウェーハの裏面外周部と接触支持する構成とすることで、サセプター上でのウェーハのスベリを防止でき、サセプター表面には異常突起等がないため、気相成長を施した際にこれに伴うスリップや汚染等を低減できることを知見し、この発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明の気相成長装置用サセプターは、サセプターの表裏両面側に加熱手段を設けた枚葉式の気相成長装置に使用するサセプターにおいて、
該サセプター上面にはウェーハを載置するための凹部として形成したザグリ部が形成され、
該ザグリ部が、載置した前記ウェーハと平行な平坦面となる底面と、該底面の周囲に前記底面から角度θで上昇する逆円錐の傾斜面とされる周端部とを有するものとされ、
この周端部が、その傾斜面において載置された前記ウェーハの裏面外周側と接触して該ウェーハを接触支持するとともに、前記ウェーハ表面高さが前記サセプター上面と同一かあるいはサセプター上面より高くなる形状とされ、
該周端部でウェーハを接触支持した際ウェーハの裏面外周以外はザグリ部と接触しないとともに、
前記底面と前記ウェーハとの間隔が１〜１０ｍｍ、前記周端部傾斜角θが１０度〜８０度、前記ウェーハ表面がサセプター上面より０〜０．５ｍｍ高くなるように設定されてなることにより上記課題を解決した。
この発明は、サセプターの表裏両面側に加熱手段を設けた枚葉式の気相成長装置に使用するサセプターにおいて、ウェーハを載置するための凹部として形成したザグリ部の周端部の形状を角度θで上昇する傾斜面とし、この傾斜面でウェーハを接触支持してウェーハの裏面外周以外はザグリ部と接触しないことを特徴とする気相成長装置用サセプターである。さらに、この発明は、サセプターの表裏両面側に加熱手段を設けた枚葉式の気相成長方法であり、ウェーハを載置するための凹部からなるザグリ部の周端部形状を角度θで上昇する傾斜面となし、この傾斜面でウェーハを接触支持してウェーハの裏面外周以外はザグリ部と接触しない構成からなるサセプターを用い、気相成長を行うことができる。
また、本発明の気相成長方法は、上記のサセプターを用いて、気相成長を行うことができる。
【００１１】
また、この発明は、上記の構成のサセプターにおいて、ウェーハを載置するための凹部として形成したザグリ部の底面をウェーハと平行な平坦面とするとともに、ザグリ部の周端部の形状を角度θで上昇する傾斜面とし、この傾斜面でウェーハを接触支持してウェーハの裏面外周以外はザグリ部と接触しないことにした気相成長装置用サセプターや、ザグリ部に載置されたウェーハが裏面外周側でザグリ部の終端部と接触し、ウェーハ表面高さがサセプター上面と同一かあるいはサセプター上面より高い気相成長装置用サセプター、を併せて提案する。
【００１２】
【作用】
図１にこの発明によるサセプター１０を示すが、ザグリ部１１は単なる凹部であり、従来は図３Ｂに示すごとく、ザグリ部２ａの表面は拡大すると四角錘の頂点を削ったような形状の連続になっているのに対して、ザグリ部１１のローレット加工を行わず平坦な面として、ザグリ部１１の周端部１２を垂直ではなく斜めに削り、ザグリ部中心側から上昇する傾斜面（角度θ）となしてある。
ウェーハ３は、この斜めのザグリ部１１の周端部１２にウェーハの裏面の外周あるいは側面で接触することになり、ウェーハ３裏面は外周以外はザグリ部１１と接触することがない。
【００１３】
従って、ウェーハ３をサセプター１０上に搬送する際のウェーハ３のスベリがなくなり、このスベリによるスリップ不良の発生が低減できる。また、ウェーハのスベリがなくなることから毎回サセプター１０上の同じ位置にウェーハを搬送できることになり、このサセプター１０を用いて気相成長を実施すると、得られるエピタキシャル膜の品質均一性（再現性）が改善される。さらに、サセプターの表面には従来のようなローレット加工を行わないので、表面の異常な突起部や欠落はなく、これらによるスリップ欠陥、キズ、汚染等の発生を低減することができる。
【００１４】
また、この発明による気相成長用サセプターは、ローレット加工を行わないため、従来のサセプターと比べると、加工コストが安く、ＳｉＣコート時の反りの発生も防止できる。
さらに、加工が容易なため従来は使用できなかったような素材（例えばＳｉＣ）を母材にしたサセプターの作製も可能になり、従来の黒鉛を母材にしたサセプターと比べ、使用限度（寿命）が長いサセプターを作製することができる。
【００１５】
この発明において、図１Ｂに示すザグリ部１１の周端部１２の傾斜角は１０度〜８０度の間、ウェーハ３とザグリ部底面との間隔は１〜１０ｍｍ、半導体ウェーハ３の表面は当該サセプター１０の最上面と同じ高さか、それ以上になるように使用するウェーハ３のサイズや加熱条件等により、形状寸法などを適宜選定することが望ましい。
また、この発明において、サセプターのザグリ部は図示のザグリ部１１の周端部１２の形状が逆円錐の所要横断面における外周形状と相似形であるほか、あるいは、逆多角錘の所要横断面における外周形状と相似形とすることができる。
【００１６】
【実施例】
実施例１
図２に示す枚葉型気相成長装置により、直径１５０ｍｍ、Ｐ型（１００）のＳｉ半導体ウェーハを用いて、炉の温度を上げない状態で１００枚のウェーハを用い搬送テストを行い、１００枚のウェーハの中で何枚のウェーハが搬送時に滑るかを観察して評価した。
この発明による気相成長用サセプターには、ザグリ部の周端部の傾斜角度が３０度でウェーハとザグリ部底面との間隔が２ｍｍで、半導体ウェーハ表面が当該サセプターの最上面より０．５ｍｍ高くなるように各部の寸法形状を決定した。
又、比較のために図３に示す従来のローレット加工のあるサセプターでの評価も行った。
【００１７】
評価結果を、横軸にサセプターの条件、縦軸にはスベリが発生した割合を示した図４に示すとおり、従来は約８５％のウェーハがスベリを生じていたものが、この発明のサセプターでは０％になり、ウェーハ搬送時のスベリに対する改善が確認された。
【００１８】
実施例２
この発明による気相成長用サセプターを使用して、図２に示す枚葉型気相成長装置により、直径１５０ｍｍ、Ｐ型（１００）のＳｉ半導体ウェーハを用いて、ＳｉＨＣｌ₃をＳｉソースとして反応温度１１５０℃で、厚さ約１０μｍのエピタキシャル膜を成長させた。
比較のために、同じ枚葉型気相成長装置を使用して、搬送テストにおいてスベリが確認された従来のサセプターで１００枚のエピタキシャル成長ウェーハを作成した。
【００１９】
これら合計２００枚のエピタキシャル成長ウェーハについて、スリップ欠陥の発生状況を調べた。図５にこの発明によるサセプターでのウェーハ１枚あたりのスリップ欠陥の合計長さを示し、図６には従来のサセプターでのスリップ欠陥の合計長さを示す。
これらの結果により、従来のサセプターはスリップ欠陥の長さが最大２００ｍｍであったものが、この発明のサセプターでは最大でも４０ｍｍに減少していることが分かる。
【００２０】
また、これら２００枚のエピタキシャル成長ウェーハについて、ウェーハ上の９点の比抵抗を測定し、その最大値と最小値からバラツキを求め、連続反応での比抵抗の再現性を評価した。
図７にこの発明によるサセプターでの比抵抗の測定結果を、図８にウェーハの搬送時にスベリが発生した従来のサセプターでの測定結果を示す。
これにより、従来は比抵抗のバラツキが±３．７〜４．９％であったのに対し、この発明のサセプターでは、バラツキは±３．１〜３．９％と改善されていることが分かる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によるサセプターは、実施例から明らかなように、従来のサセプターと比べ、ウェーハをサセプターへ搬送する際のスベリがなく、その結果スリップ欠陥の発生を低減することができ、ウェーハのスベリが無いため、この発明のサセプターを用いて気相成長を実施して得られるエピタキシャル成長ウェーハの比抵抗のバラツキも改善できる。
また、従来のサセプターではザグリ部にロレット加工を施していたためにサセプター作製の歩留まりが悪く、その分コストが高くなっていたが、この発明のサセプターではローレット加工が無いため、加工が容易で加工コストを抑えることができる。
【００２２】
この発明のサセプターは、表面は平坦であるので、異常な突起や表面の欠落等の不良はほとんど発生しないし、ウェーハの裏面は外周以外はサセプター表面に接触することが無いため、サセプターのピンホールがウェーハに転写したり、ウェーハ裏面にキズを生じるようなことがない。
さらに、従来のサセプターに比べて加工が容易であるため、例えば高純度のＳｉＣのような、従来は、ローレット加工が複雑であったために使用できなかった材料を、サセプターの母材として使用でき、サセプターの寿命の延長やエピタキシャル膜の品質改善に効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるサセプターの実施例を示す説明図であり、Ａは上面説明図、Ｂは縦断説明図である。
【図２】横型枚葉式の気相成長装置の構成を示す説明図である。
【図３】従来のサセプターの構成を示す説明図であり、Ａは上面説明図、Ｂは縦断説明図である。
【図４】スベリ発生率を比較するグラフである。
【図５】この発明のサセプターを使用した場合のスリップ発生状況を示すグラフである。
【図６】従来のサセプターを使用した場合のスリップ発生状況を示すグラフである。
【図７】この発明のサセプターを使用した場合のエピタキシャル成長ウェーハの比抵抗の面内分布を示すグラフである。
【図８】従来のサセプターを使用した場合のエピタキシャル成長ウェーハの比抵抗の面内分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１チャンバー
２，１０サセプター
２ａ，１１ザグリ部
３半導体基板
４ランプ
５ノズル部
１２周端部

Claims

サセプターの表裏両面側に加熱手段を設けた枚葉式の気相成長装置に使用するサセプターにおいて、
該サセプター上面にはウェーハを載置するための凹部として形成したザグリ部が形成され、
該ザグリ部が、載置した前記ウェーハと平行な平坦面となる底面と、該底面の周囲に前記底面から角度θで上昇する逆円錐の傾斜面とされる周端部とを有するものとされ、
この周端部が、その傾斜面において載置された前記ウェーハの裏面外周側と接触して該ウェーハを接触支持するとともに、前記ウェーハ表面高さが前記サセプター上面と同一かあるいはサセプター上面より高くなる形状とされ、
該周端部でウェーハを接触支持した際ウェーハの裏面外周以外はザグリ部と接触しないとともに、
前記底面と前記ウェーハとの間隔が１〜１０ｍｍ、前記周端部傾斜角θが１０度〜８０度、前記ウェーハ表面がサセプター上面より０〜０．５ｍｍ高くなるように設定されてなることを特徴とする気相成長装置用サセプター。
請求項１記載のサセプターを用いて気相成長を行うことを特徴とする気相成長方法。