JP3923576B2 - 気相成長用サセプター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェハ等の半導体ウェハにCVD法によりエピタキシャル膜を成長させる際に、その半導体ウェハを収納載置するための気相成長用サセプターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の気相成長用サセプター(以下単に「サセプター」という。)は、黒鉛等のカーボンを基材とするサセプター本体に半導体ウェハを収納載置する円形の座ぐり凹部を複数設け、かつサセプター本体の吸蔵ガスがエピタキシャル処理中に放出されて半導体ウェハが汚染されないようにするため、サセプター本体に対し、予めCVD法によるSiC膜を一定の厚み(例えば30〜300μm程度の厚み)にコーティングしたものが使用される。
【0003】
例えば、図4は、従来のサセプターをエピタキシャル成長処理に供した後の要部断面説明図であり、この図において、サセプター21は、黒鉛からなるサセプター本体22の上面に、半導体ウェハ3を収納載置する円形の座ぐり凹部24が複数設けられており、またサセプター21の表面にはSiC膜25がコーティングされている。
【0004】
このサセプター21に半導体ウェハ3をセットし、エピタキシャル成長処理に供することにより、サセプター21の表面から半導体ウェハ3の表面にかけて連続したエピタキシャル成長層(エピタキシャル成長工程で形成された半導体材料層)30が形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のサセプターでは、半導体ウェハをエピタキシャル成長処理に用いた場合、繰り返し使用される間に、座ぐり凹部24の上縁角部26から側壁周面27にかけての部分に、熱サイクルの繰り返しの影響を受けて、クラック28が発生するという問題があった。そして、クラック28の発生により生じた切欠小片29が半導体ウェハ3の表面に接触すると、その表面のエピタキシャル成長層30に傷がつくという問題があった。またカーボン基材22が露出することにより、サセプター本体21からの放出ガスによって半導体ウェハ3が汚染されるという問題もある。
【0006】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウェハ収納載置用座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけての部分にクラックが発生しないようにして、半導体ウェハを汚染させることがなく且つ延命化されたサセプターを提供する点にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記クラックが発生する原因について様々な角度から調べた結果、エピタキシャル成長工程で半導体ウェハが収納載置されていない座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に、その周囲より厚めの半導体膜(図3の31に相当)が形成され、この環状の厚めの半導体膜の部分に熱サイクルによる応力集中が発生しやすくなっており、これが原因であることを見い出し、本発明を完成した。
【0008】
即ち、本発明のうち請求項1記載の発明は、収納載置されるウェハに対し垂直な側壁周面を有する座ぐり凹部が形成された黒鉛基材の表面に、CVD法により炭化ケイ素膜が被覆された気相成長用サセプターにおいて、前記座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけて湾曲面を形成するように面取り加工されており、前記湾曲面が球面の一部であって、かつ球面部の半径をRとしたとき、球面部の形成が、0.1mm≦R≦L/2mm(但し、Lは座ぐり深さ)の条件でなされたものであることを特徴とする。
【0009】
これにより、エピタキシャル成長時において、従来のように座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に半導体膜がその周囲よりも盛り上がった状態に厚めに形成されるという現象は発生しなくなるので、熱サイクルによる応力の集中も無くなり、従って座ぐり凹部の上縁角部にクラックが発生するという現象も無くなる。この結果、半導体ウェハにスリップが発生したり、汚染されることは無くなり、またサセプターの延命化を図ることができる。また、座ぐり凹部の上縁角部を周方向に沿って所定の均一な湾曲面としているので、確実に、応力集中の解消を周方向からも完全なものとすることができる。
【0010】
また、請求項2記載の発明は、収納載置されるウェハに対し垂直な側壁周面を有する座ぐり凹部が形成された黒鉛基材の表面に、CVD法により炭化ケイ素膜が被覆された気相成長用サセプターにおいて、前記座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけてテーパー面を形成するように面取り加工されており、前記テーパー面の形成が、座ぐり凹部底面に対する垂直面とテーパー面とのなす角度をθ、テーパー加工により除去される分に相当する側壁周面に沿った深さをlとしたとき、0.5ラジアン≦θ≦1.3ラジアンであって、かつ0.1mm以上≦l≦L/2mm(但し、Lは座ぐり深さ)の条件でなされたものであることを特徴とする。これにより、エピタキシャル成長時において、従来のように座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に半導体膜がその周囲よりも盛り上がった状態に厚めに形成されるという現象は発生しなくなるので、熱サイクルによる応力の集中も無くなり、従って座ぐり凹部の上縁角部にクラックが発生するという現象も無くなる。この結果、半導体ウェハにスリップが発生したり、汚染されることは無くなり、またサセプターの延命化を図ることができる。また、面取り加工が容易な分、加工費を少なくでき、製作コスト全体への影響を最小限に抑えられるという効果も確実に享受することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明に係るサセプターをエピタキシャル成長処理に供した後の要部断面説明図である。図1において、サセプター1は、黒鉛からなるサセプター本体2の上面に、半導体ウェハ3を収納載置する円形の座ぐり凹部4が、座ぐり加工によって底部が凹球面状を呈するように複数設けられている。また、座ぐり凹部4の上縁角部6から側壁周面7にかけては、球面の一部が形成されるように面取り加工されている。さらに、サセプター本体2の全表面にはCVD法により厚さ30〜300μm程度ののSiC膜5をコーティングされている。
【0012】
このサセプター1の座ぐり凹部4内に半導体ウェハ3をセットし、エピタキシャル成長処理に供された後には、サセプター1の表面から半導体ウェハ3の表面にかけて連続したエピタキシャル成長層8が形成されている。この場合において、図3に示す従来のサセプター21における座ぐり凹部24の上縁角部26の上面全周に形成される半導体膜の盛り上がり部31の形成は全く見られない。
【0013】
この結果、エピタキシャル成長層8とサセプター1との間に発生する応力(例えば熱膨張差による応力やエピタキシャル成長層内の残留応力)が、座ぐり凹部4の上縁角部6に集中すること即ち応力集中という事態の発生を回避することができる。従って、従来問題とされていたクラック(図3の28に相当)の発生を防止することができ、半導体ウェハのスリップ発生や汚染という問題を解消することができる。また、クラックの発生防止に伴って、サセプター1自体の寿命を長くすることができる。
【0014】
なお、面取り加工による球面部の形状としては、球面部の半径をRとしたとき、0.1mm≦R≦L/2mm(但し、Lは座ぐり深さ)となるように形成されていることが望ましい。Rが0.1mm未満では、座ぐり凹部4の上縁角部6の上面全周に形成される半導体膜の盛り上がりの解消の度合いが少なく、従ってクラックの発生防止の効果面で不安が残るからである。一方、RがL/2mm(但し、Lは座ぐり深さ)を超えると、座ぐり凹部4の側壁周面7が非常に低くなり、サセプター1が回転又は移動する際に半導体ウェハ3が座ぐり凹部4から飛び出すことも予想され、そのような事態の発生は好ましくないからである。
【0015】
次に、図2は本発明に係るサセプターの他の実施形態を示す図であり、図1に対応する図である。図1と比べて異なるところは、面取り加工がテーパー加工されている点にある。即ち、座ぐり凹部14の上縁角部16から側壁周面17にかけてテーパー加工されている点にある。
【0016】
このサセプター11の座ぐり凹部14内に半導体ウェハ3をセットし、エピタキシャル成長処理に供された後には、サセプター11の表面から半導体ウェハ3の表面にかけて連続したエピタキシャル成長層18が形成されている。この場合においても、図3に示す従来のサセプター21で問題とされていた、座ぐり凹部24の上縁角部26の上面全周に形成される半導体膜の盛り上がり部31の形成は全く認められない。
【0017】
この結果、図2に示すサセプターにおいても、エピタキシャル成長層18とサセプター11との間に発生する応力が、座ぐり凹部14の上縁角部16に集中すること即ち応力集中という事態の発生を回避することができる。従って、従来問題とされていたクラック(図3の28に相当)の発生を防止することができ、半導体ウェハのスリップ防止や汚染という問題を解消することができる。また、クラックの発生防止に伴って、サセプター11自体の寿命を長くすることができる。
【0018】
なお、面取り加工によるテーパー面部の構成としては、図3(図2のA部拡大図)に示すように、座ぐり凹部底面に対する垂直面とテーパー面とのなす角度をθ、テーパー加工により除去される分に相当する側壁周面に沿った深さをlとしたとき、0.5ラジアン≦θ≦1.3ラジアンであって、かつ0.1mm≦l≦L/2mm(但し、Lは座ぐり深さ)となるように形成されていることが望ましい。
【0019】
テーパー加工の条件を上記のように設定した理由は、まずθが0.5ラジアン未満又は1.3ラジアンを超える場合は、座ぐり凹部14の上縁角部16の上面全周に形成される半導体膜の盛り上がりの解消の度合いが少なく、従ってクラックの発生防止の効果面で不安が残るからである。また、lが0.1mm未満の場合も、上記と同様の不安が残る一方、lがL/2mm(但し、Lは座ぐり深さ)を超える場合は、座ぐり凹部14の側壁周面17が非常に低くなり、サセプター11の回転中又は移動中に半導体ウェハ3が座ぐり溝14から飛び出すことも予想され、そのような事態の発生は好ましくないからである。
【0020】
【実施例】
(実施例1)
12.5μΩm(室温時)及び12.0μΩm(1150°C)の固有抵抗を有し、嵩密度が1800kg/m3 の等方性黒鉛を円盤状(直径740mm,厚み18mm)に削り出した後、エンドミルにて直径150mm、深さ0.7mmのウェハ収納載置用座ぐり凹部を複数加工した。その際、図1に示すように上縁角部6から側壁周面7にかけて、座ぐり凹部4ごとに表1に示すように異なったアール加工を行った。さらに、ハロゲン含有ガス雰囲気中2400°Cに加熱して高純度処理した高純度黒鉛基材からなるサセプター本体(図1の2に相当)を得た。このサセプター本体に対して本体支持点を変更しながらCVD法にてSiC膜を55μmづつ2回被覆し、パンケーキタイプのサセプターを得た。CVD条件は、以下▲1▼〜▲3▼のとおりである。
〔CVD条件〕:
▲1▼原料ガス:三塩化シラン(SiHCl3 )、水素ガス及びプロパンガス(C3 H8 )
▲2▼黒鉛基材温度:1050°C
▲3▼炉内圧力:13kPa(ダイアフラム式圧力計にて測定)
【0021】
得られたサセプターの表面上に、三塩化シラン(SiHCl3 )、水素ガス及びプロパンガスを原料としてシリコン膜を800μm成長させ、200〜1200°Cの熱サイクル試験をクラックが発生するまで繰り返して行った。その結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
表1からも明らかなように、座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけての面取り部の球面が0.1mm≦R≦L/2mm=0.7/2=0.35mmの条件を満たすように形成されている場合は、400回の熱サイクル試験においてもクラックは全く発生せず、半導体ウェハのサセプターからの飛び出しもないことが分かる。
【0024】
(実施例2)
実施例1と同じ特性の黒鉛母材より円盤状の黒鉛基材を粗加工し、さらに座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけて、座ぐり凹部ごとに表2に示すように条件を変えてエンドミルにてテーパー加工を行った。さらに実施例1と同じ方法で黒鉛基材を高純度処理した。さらにシリコンを同様に被覆した後、1600°Cに水素雰囲気中で加熱してその表層0.2mmをC/SiC複合材に転化しサセプター本体(図2の12に相当)を得た。この本体に対して、本体支持点を変更しながらCVD法にてSiC膜を50μmづつ2回被覆した。CVD条件は以下▲1▼〜▲3▼に示すとおりである。
〔CVD条件〕:
▲1▼原料ガス:トリクロロメチルシラン(CH3 SiCl3 )、および水素ガス
▲2▼黒鉛基材温度:1400°C
▲3▼炉内圧力:50kPa
【0025】
得られたサセプターの表面上に実施例1と同様にしてシリコン膜を800μm成長させ、200〜1200°Cの熱サイクル試験をクラックが発生するまで繰り返して行った。その結果を表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】
表2からも明らかなように、座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけての面取り部のテーパー面が、0.5ラジアン≦θ≦1.3ラジアンの条件を満たし、かつ0.1mm≦l≦L/2mm=0.7/2=0.35mmの条件を満たすように形成されている場合は、400回の熱サイクル試験においてもクラックは全く発生していないことが分かる。その一方で、0.5ラジアン≦θ≦1.3ラジアンの条件を満たしても、他の条件、例えば座ぐり溝における側壁周面のテーパー開始位置が深すぎる場合(例えば、表2中のl=0.5mmの場合)は、ウェハのサセプターからの飛び出しにつながり、好ましくないことが分かる。
【0028】
上記の実施例では、パンケーキ型のサセプターを取り上げて説明したが、本発明のサセプターは、このパンケーキ型に限られることなく、バレル型や枚葉型等のサセプターにも有効に適用することができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明のうち請求項1記載の発明の気相成長用サセプターによれば、エピタキシャル成長時において、従来のように座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に半導体膜がその周囲よりも盛り上がった状態に厚めに形成されるという現象は発生しなくなるので、従来のように、その厚めのエピタキシャル成長層とサセプターとの間に生じていた応力(熱膨張差による応力及び成長層内の残留応力)の集中も無くなり、従って座ぐり凹部の上縁角部にクラックが発生するという現象も無くなる。この結果、半導体ウェハにスリップが発生したり、汚染されることは無くなり、またサセプターの延命化を図ることができる。
【0030】
また、面取り加工された面が湾曲面を形成するようにしたので、座ぐり凹部の上縁角部を周方向に沿って均一な湾曲面とすることにより、確実に、応力集中の解消を周方向からも完全なものとすることができる。
【0031】
また、請求項2記載の発明においても、エピタキシャル成長時において、従来のように座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に半導体膜がその周囲よりも盛り上がった状態に厚めに形成されるという現象は発生しなくなるので、熱サイクルによる応力の集中も無くなり、従って座ぐり凹部の上縁角部にクラックが発生するという現象も無くなる。この結果、半導体ウェハにスリップが発生したり、汚染されることは無くなり、またサセプターの延命化を図ることができる。また、面取り加工が容易な分、加工費を少なくでき、製作コスト全体への影響を最小限に抑えられるという効果も確実に享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の気相成長用サセプターの一実施形態を示す要部断面図である。
【図2】本発明の気相成長用サセプターの他の実施形態を示す要部断面図である。
【図3】図2のA部を拡大して示す図である。
【図4】従来の気相成長用サセプター示す要部断面図である。
【符号の説明】
1,11,21 気相成長用サセプター
2,12,22 サセプター本体
3 半導体ウェハ
4,14,24 座ぐり凹部
5,15,25 SiC膜
6,16,26 上縁角部
7,17,27 側壁周面
8,18,30 エピタキシャル成長層
28 クラック
29,31 半導体膜の盛り上がり部分
Claims (2)
- 収納載置されるウェハに対し垂直な側壁周面を有する座ぐり凹部が形成された黒鉛基材の表面に、CVD法により炭化ケイ素膜が被覆された気相成長用サセプターにおいて、前記座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけて湾曲面を形成するように面取り加工されており、前記湾曲面が球面の一部であって、かつ球面部の半径をRとしたとき、球面部の形成が、0.1mm≦R≦L/2mm(但し、Lは座ぐり深さ)の条件でなされたものである気相成長用サセプター。
- 収納載置されるウェハに対し垂直な側壁周面を有する座ぐり凹部が形成された黒鉛基材の表面に、CVD法により炭化ケイ素膜が被覆された気相成長用サセプターにおいて、前記座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけてテーパー面を形成するように面取り加工されており、前記テーパー面の形成が、座ぐり凹部底面に対する垂直面とテーパー面とのなす角度をθ、テーパー加工により除去される分に相当する側壁周面に沿った深さをlとしたとき、0.5ラジアン≦θ≦1.3ラジアンであって、かつ0.1mm以上≦l≦L/2mm(但し、Lは座ぐり深さ)の条件でなされたものである気相成長用サセプター。
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