JP5321980B2 - 気相成長用サセプタ - Google Patents
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Description
サセプタには、平面視して円形で、ウェーハが1枚載置できるサセプタが多用されている。これは、大口径ウェーハ、たとえば直径が300mmの円形のシリコンウェーハを均一に加熱し、ウェーハ表面全体にソースガスを供給し、均一なエピタキシャル膜を成長させるためである。このサセプタの上面の中央部には、表裏面を水平にしたシリコンウェーハを納める凹形状のザグリ(ウェーハ収納部)が形成されている。最近、このサセプタによるシリコンウェーハの支持位置は、シリコンウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域とするのが一般的となっている(たとえば特許文献1)。ウェーハ支持位置を境界領域とする方法としては、ザグリの底板の中央部を均一に薄肉化し、底板の外周部に段差を形成するか、ザグリの底板の中央部を円形に切欠し、底板をリング形状とする方法が考えられる。なお、境界領域とは、シリコンウェーハの裏面のうち、面取り面との境界線を中心としたウェーハ半径方向の内外1mm未満の領域である。
傷とは、ちょうど指頭の爪の生え際に発生するササクレに似た溝状のもの(ササクレ傷)である。傷の平面形状としては、線状のもの、点状のものなどがあり、断面形状としてはV字型凹部等がある。
すなわち、デバイス工程でシリコンウェーハをエッチング液等に浸漬した際、パーティクルが傷の部分から発生して、ウェーハの表面(デバイス形成面)に付着する結果、デバイスプロセスで歩留まりが低下するという問題が発生していた。
さらに、この発明は、シリコンウェーハから外方へ熱拡散したドーパント成分の表面側への回り込みを防止することができる気相成長用サセプタを提供することを目的としている。
なお、サセプタは、気相エピタキシャル成長時の熱に対する耐性と、エピタキシャル膜の原料であるソースガスの成分を腐食させるエッチングガス(腐食性ガス)に対しての耐食性とを有している。そのため、エピタキシャル成長工程での不都合(熱変形など)、および、続くエッチングガスによる炉内清浄工程での不都合(溶損など)は何ら生じない。
さらに、サセプタのうち、ザグリを除く部分がSiC膜によりコーティングされている。SiCは、グラッシーカーボンおよびカーボンに比べて、エピタキシャル成長後の炉内清浄用のエッチング成分に対する耐食性が高い。そのため、サセプタの全面をグラッシーカーボンの面またはカーボンの面とした場合より、サセプタの耐食性を高めることができる。さらには、ザグリ部分の表面には、グラッシーカーボンまたはカーボンが露出している。そのため、エピタキシャル成長中、ザグリ部分のカーボンがシリコンウェーハの裏面へ拡散する。これにより、カーボンをゲッタリングサイトとした金属不純物のゲッタリング効果を、シリコンウェーハの裏面に持たせることもできる。
シリコンウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。
シリコンウェーハの口径は任意である。例えば6インチ、8インチ、300mm以上を採用することができる。
エピタキシャル膜の素材は、ウェーハと同じシリコン(単結晶シリコン、多結晶シリコン)を採用することができる。または、ウェーハと異なる例えばガリウム・ヒ素などでもよい。
エピタキシャル膜の厚さは、例えばバイポーラデバイス用やパワーデバイス用で数μm〜150μm、MOSデバイス用では10μm以下である。
ウェーハ収納時は、サセプタのザグリ内に形成された上段ザグリ部の内周上縁が、エピタキシャルウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域に当接(線接触)し、この環状の当接ラインがウェーハの支持ラインとなる。
また、傷とは、深さ0.5μm以上、長さ1μm以上の切れ込み傷である。言い換えれば、この傷は、ちょうど指頭の爪の生え際に発生するササクレに似た溝状のもの(ササクレ傷)である。傷の平面形状としては線状のもの、点状なもの等があり、断面形状としてはV字型凹部等がある。
傷のサイズが深さ0.5μm未満、長さ1μm未満であれば、デバイス工程でのエッチング液浸漬時、パーティクルが傷の部分から発生した場合でも、パーティクルの個数が少ないのでパーティクルがエッチング液によって溶失する。その結果、パーティクルがウェーハ表面側に回り込んでウェーハ表面に付着するおそれがない。よって、この傷を原因としたデバイスの歩留まりの低下のおそれがない。
なお、ウェーハ裏面での発生頻度が高い傷(ササクレ傷)のサイズは、深さ0.5〜5μm、長さ5〜100μmである。
グラッシーカーボンとカーボンのうち、耐熱温度が高く、強度も高いという理由によりグラッシーカーボンの方が好適である。
ビッカース硬度とは、対面角が136度のダイヤモンド四角圧子を一定の試験荷重で試料の試験面に押し込み、生じた永久くぼみの大きさから得られた試料の硬さである。
上段ザグリ部は平面視して円形の凹部である。
下段ザグリ部は、サセプタの上面のうち、上段ザグリ部の内周縁より内方の部分を掘り下げて形成される。
上段ザグリ部および下段ザグリ部の深さは任意である。
SiC膜のコーティング方法としては、例えばCVD法、スパッタリング法、エピタキシャル成長法を採用することができる。ザグリにSiC膜をコーティングしない方法としては、サセプタ全面にSiC膜をコーティングする際、ザグリを別のグラッシーカーボンパーツなどで覆い、コーティング後にそれを除去する方法などがある。
孔部の形成数は任意である。1つでも2つ以上でもよい。
孔部の形成位置としては、サセプタのうち、下段ザグリ部の外周部分でも、下段ザグリ部の中央部分でもよい。
その結果、その後のデバイス工程で、例えばエッチング液等の処理液中にエピタキシャルウェーハを浸漬した際、パーティクルが傷の部分から発生してウェーハ表面側に回り込み、ウェーハ表面に付着することがない。よって、デバイスの歩留まりを高めることができる。
なお、サセプタは、気相エピタキシャル成長時の熱への耐性と、ソースガスの成分を腐食させるエッチングガスに対しての耐食性とを有している。そのため、エピタキシャル成長工程、および、次の炉内清浄工程での不都合は何ら生じない。
11 シリコンウェーハ、
12 エピタキシャル膜、
13,13A 気相成長用サセプタ、
50 ザグリ、
50a SiC膜、
51 上段ザグリ部、
52 下段ザグリ部、
53 孔部、
a 境界領域、
b 傷。
ここでいう境界領域aとは、シリコンウェーハ11の裏面と面取り面との境界線(環状線)cを中心として、ウェーハ半径方向の内側へ0.5mm、外側へ0.5mmのリング帯状の領域である。傷bとは、ウェーハ面に存在する、深さ0.5μm以上、長さ1μm以上の傷である。
まず、CZ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットから、厚さ約900μm、直径12インチにスライスしたシリコンウェーハ11を準備する(S101)。このシリコンウェーハ11には、ドーパントとしてボロンが、シリコンウェーハ11の比抵抗が10mΩ・cmになるまで添加されている。
続くラッピング工程では、面取りされたシリコンウェーハ11が、ラップ盤によりラッピングされる(S103)。
次いで、エッチング工程では、ラップドウェーハを所定のエッチング液(混酸またはアルカリ+混酸)に浸漬し、ラップ加工での歪み、面取り工程の歪みなどを除去する(S104)。この場合、片面20μm、両面で40μm程度をエッチングする。
その後、シリコンウェーハ11を研磨盤に固定し、シリコンウェーハ11に鏡面研磨を施す(S105)。
以下、図4を参照して、気相エピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャル成長工程を具体的に説明する。
また、チャンバの一側部には、チャンバの上部空間に、所定のキャリアガス(H2ガス)と所定のソースガス(SiHCl3ガス)とを、ウェーハ表面に対して平行に流すガス供給口が配設されている。また、チャンバの他側部には、両ガスの排気口が形成されている。
次に、加熱されたシリコンウェーハ11の表面にエピタキシャル膜12を成長させる。すなわち、キャリアガスとソースガスとを、対応するガス供給口を通して反応室へ導入する。反応室の炉内圧力は100±20KPaである。ここで、1000℃〜1300℃の高温に熱せられたシリコンウェーハ11上に、ソースガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを、反応速度1.5〜4.5μm/分で析出させる。これにより、シリコンウェーハ11の表面上に厚さ2〜20μmの単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜12が成長される。こうして、エピタキシャルウェーハ10が作製される。
なお、サセプタ13は、気相エピタキシャル成長時の熱(1000℃〜1200℃程度)への耐性を有している。しかも、サセプタ13は、エピタキシャル成長後、チャンバ内を浄化するため、チャンバの内壁に成長したソースガス成分(エピタキシャル膜12の成分)のエッチングガス(塩化水素)に対しての耐食性を有している。そのため、エピタキシャル成長工程でのサセプタ13の熱変形などの不都合、および、続くエッチングガスによる炉内清浄工程でのサセプタ13の溶損などが生じない。
実施例2は、サセプタ13Aの素材としてカーボンを採用し、サセプタ13Aの上面にシリコンウェーハ11を収納する二段構造のザグリ50を形成した点を特徴としている。さらに、実施例2は、サセプタ13Aのうち、ザグリ50を除く部分をSiC膜50aによってコーティングし、後述する下段ザグリ部52の底板52aの上面とサセプタ13Aの下面とを貫通する孔部53を形成した点を特徴としている。
二段構造のザグリ50は、主に、シリコンウェーハ11の境界領域を支持する上段ザグリ部51と、上段ザグリ部51よりサセプタ13Aの中央側の下方に形成された下段ザグリ部52とからなる。サセプタ表面を研削し、ザグリ50を形成することで、サセプタ13Aが作製される。具体的には、平面視して円形の底板52aと、底板52aの外周に配置される周壁52bとによって下段ザグリ部52が区画される。また、上段ザグリ部51は、内周上縁が周壁52bと連続した環状の底板51aと、底板51aの外周に配置される周壁51bとによって区画される。
サセプタ13Aのうち、ザグリ50を除く部分は、CVD装置により厚さ120μmのSiC膜50aによってコーティングされている。前記孔部53は、底板52aの外周部に、底板52aの周方向へ所定ピッチで多数形成されている。各孔部53の直径は1mm、各孔部53の長さは3mmである。各孔部53の長さ方向は、サセプタ13Aの厚さ方向である。
図5に示すように、シリコンウェーハ11のサセプタ13Aへの載置時には、ウェーハ全周にわたって、シリコンウェーハ11の裏面の境界領域aが、上段ザグリ部51の底板51aの内周上縁により環状に支持される。このとき、シリコンウェーハ11の下方には下段ザグリ部52が存在する。そのため、境界領域aにおける傷bの発生をさらに抑えることができる。
さらに、サセプタ13Aのうち、下段ザグリ部52の底板52aに多数の孔部53を形成したので、エピタキシャル成長時、シリコンウェーハ11から外方へ熱拡散したドーパント成分は、孔部53を通ってサセプタの下方へ排出される。これにより、シリコンウェーハ11の表面側へ前記ドーパントが回り込む現象を防ぐことができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例1から推測可能な範囲であるので説明を省略する。
ウェーハ裏面及び端面検査装置(Raytex社製のRaytex)により、各エピタキシャルウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域に存在する傷数をカウントした(最小測定サイズ;0.2μm)。その結果、本発明品の傷数は5個以下、従来品の傷数は約60個で、比較品に比べて実施例1の製造法により得られたエピタキシャルウェーハの優位性は明らかだった。
Claims (2)
- 気相エピタキシャル法にてシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させる際に、該シリコンウェーハの裏面と面取り面との境界領域の一部を支持する気相成長用サセプタにおいて、
前記サセプタが、グラッシーカーボンまたはカーボンにて作製された気相成長用サセプタであって、
前記サセプタの上面には、前記シリコンウェーハが収納されるザグリが形成され、
該ザグリは、前記シリコンウェーハの前記境界領域を支持する上段ザグリ部と、該上段ザグリ部より前記サセプタの中央側の下方に形成された下段ザグリ部とからなる二段構造を有し、
前記サセプタの前記ザグリを除く部分がSiC膜によってコーティングされた気相成長用サセプタ。 - 前記サセプタには、前記下段ザグリ部の底壁の上面と前記サセプタの下面とを貫通する孔部が形成された請求項1に記載の気相成長用サセプタ。
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