JP5659493B2 - 気相成長方法 - Google Patents
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Description
このようなサセプタ100のザグリ103内に半導体基板Wを載置する際、半導体基板Wとザグリ103との間に介在する雰囲気ガスのために、半導体基板Wがザグリ103内で横滑りして、偏心した位置に載置されることがある。このようになると、半導体基板Wの外周縁と側壁102との距離にバラツキが生じ、半導体基板Wの外周縁付近のガスフローが不均一になって、半導体基板Wの外周領域に成長させる単結晶薄膜の膜厚分布が悪化することがある。
このように、傾斜側壁のテーパ状又は曲線状の断面形状が、斜側壁の上端よりも下の深さ位置からザグリ中心に向かって深さが増すように傾斜したものであれば、傾斜側壁のザグリ中央側へ突き出る幅を調整できるため、基板を適切な位置に保持し、傾斜側壁が過度に半導体基板に接触することによるキズを防止できるサセプタとなる。
このような、傾斜側壁のテーパ状又は曲線状の断面形状の傾斜角が25〜60度であれば、載置した半導体基板が偏心しても傾斜側壁上を横滑りさせて所定位置に良好に保持することができ、より膜厚分布の良い単結晶薄膜を成長させることができるサセプタとなる。
このように、側壁の周縁の一部に形成された傾斜側壁が、ザグリ中心となす中心角の合計が40〜320度の範囲で形成されたものであれば、半導体基板の偏心をより低減し、さらには、半導体基板が傾斜側壁に接触した際のキズの発生をより効果的に防止できるサセプタとなる。
このように、側壁が周縁に、傾斜側壁が回転対称に4か所形成されたものであれば、載置される半導体基板の偏心を、より確実に防止することができるサセプタとなる。
このように、底面の外周領域に、ザグリ中心に向かって深さが増すように傾斜したテーパ状の断面形状を含む基板支持面が形成され、底面の外周領域に囲まれた中央領域に、基板支持面よりも深さが深い凹状の中央面が形成されたものであれば、気相成長中のスリップ転位や半導体基板の裏面のキズの発生も防止して、半導体基板の割れをより低減することができるサセプタとなる。
本発明のサセプタに、上記のようにシリコン単結晶ウェーハを載置することで、ウェーハの機械的強度が弱い外周領域が本発明のサセプタの傾斜側壁に接触しないため、気相成長中にウェーハの上記範囲の外周領域にはキズが発生せず、その後のウェーハ割れを効果的に防止できる。
図1は、本発明の気相成長用サセプタの実施態様の一例を示す部分断面図である。図2は、本発明の気相成長用サセプタの実施態様の一例を示す平面図である。図3は、本発明の気相成長用サセプタを用いることができる気相成長装置の一例を示す概略図である。図4、8は、本発明の気相成長用サセプタの実施態様の他の一例を示す部分断面図である。
図3に示す枚葉式気相成長装置12は、気相成長させるシリコン単結晶ウェーハなどの半導体基板Wが内部に配置される反応炉18を備えている。
この反応炉18は頂壁19、底壁20および側方壁21、21’を有する反応室を有する。頂壁19と底壁20は、例えば透光性の石英で形成される。側方壁21には、反応炉18内にエピタキシャル成長用の反応ガス25を供給するためのガス供給口23が、側方壁21’には、反応炉18から反応ガスを排出するためのガス排出口24が形成されている。ガス供給口23には、所定の組成及び流量で反応ガス25を供給するガス供給装置(図示せず)が接続されている。なお、反応ガス25としては、例えばシリコン単結晶ウェーハ上にシリコン単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる際には、原料ガスであるトリクロロシランガスとキャリアガスである水素ガスとの混合ガスを用いることができる。
そして、反応炉18の内部には、半導体基板Wを載置するための略円盤状のサセプタ10が、回転可能な支持部材22に支持された状態で配置される。
このような本発明の気相成長用サセプタ10に半導体基板Wを載置する際に、機械的強度が弱い部分が傾斜側壁15に接触しないように載置することが好ましい。たとえば、結晶面(100)で切り出されたシリコン単結晶ウェーハの場合、結晶方位<110>に対応する外周縁付近の機械的強度が最も強い。このため、結晶面(100)で切り出されたシリコン単結晶ウェーハの場合、結晶方位<100>に対応する外周縁付近にキズが入るとウェーハ割れが発生しやすい傾向があるため、当該結晶方位<100>の外周縁部付近が傾斜側壁15が形成されていない領域に対応するようにウェーハを載置することで、ウェーハの機械的強度の弱い結晶方位の外周縁部キズを減らすことができる。これにより、デバイス製造工程でのウェーハの割れを効果的に防止することができる。
これにより、(100)面のシリコン単結晶ウェーハWの結晶方位<100>の外周縁に対応する部分に傾斜側壁15が形成されないため、ウェーハWが偏心しても機械的強度の弱い部分が側壁14と接触せず、基板Wの割れを確実に防止できる。さらに、シリコン単結晶ウェーハWの偏心の抑制も考慮すると、ウェーハWを載置した場合のノッチ位置に対応する側壁14の位置を中心角0度とした場合に、35〜55度、125〜145度、215〜235度、305〜325度の周縁領域に傾斜側壁15が形成されないようにするのがより好ましい。この場合、側壁14の傾斜側壁15が形成されない周縁領域のザグリ11中心となす中心角βは、それぞれ20度となる。
これにより、半導体基板Wの偏心をより効果的に抑制して、成長させる単結晶薄膜の膜厚分布の悪化を確実に防止できる。
このような範囲で傾斜側壁15を形成することで、載置する半導体基板Wの偏心を確実に防止できる。
傾斜側壁15、15’と底面13との境界の直径Dが、半導体基板Wの面取り部より内側の直径よりも小さい場合、傾斜側壁15、15’で半導体基板Wを支持することになり、荷重集中によって基板Wに強いキズが発生して、デバイス製造工程でのウェーハ割れを誘発する場合もある。
図1(a)の傾斜側壁15の傾斜角Aが小さい場合、傾斜側壁15と底面13との境界の直径Dが半導体基板Wの面取り部より内側の直径より小さくなることがあるが、そのような場合は、図4のような傾斜側壁15’の形状にすれば、傾斜側壁15’と底面13との境界の直径Dを基板Wの面取り部より内側の直径よりも大きくすることができる。
また、本発明のサセプタ10のザグリ11の傾斜側壁15、15’としては、図1、4のテーパ状の断面形状の他に、図7に示すような、曲線状の断面形状を有する傾斜側壁15’’を形成することもできる。
傾斜側壁の傾斜角を25〜60度とすれば、半導体基板Wの面取り角度よりも傾斜が大きいので、半導体基板Wをサセプタ10に搬送する際に、搬送位置がずれて、半導体基板Wの外周縁部が傾斜側壁に載ってしまった場合でも、半導体基板Wの外周縁が傾斜側壁15上を良好に滑るためスリップ転位の発生が無く、基板支持面16の所定位置に基板Wが確実に載置されるため、効果的に半導体基板Wの偏心を抑制することができる。
これにより、気相成長中のスリップ転位や半導体基板Wの裏面のキズの発生も防止して、基板Wの割れをより低減することができるサセプタ10となる。
また、図1(a)に示すように、中央面17は、縦断面視U字状に形成されることができ、気相成長の際に半導体基板Wの裏面と接触しない深さに窪んだものとすることができる。
(実施例1)
図1(b)、図2に示すような、ただし、傾斜側壁15が形成されている部分のA−A’断面の形状は、図1(a)に示す断面形状の傾斜側壁15又は図4に示す断面形状の傾斜側壁15’の気相成長用サセプタ10を準備した。この傾斜側壁の傾斜角Aを、10、25、35、60、80度に振ったサセプタ10を5つ使用した。
そして、これらのサセプタ10に結晶面(100)で、結晶方位<110>にノッチを形成した直径300mmのシリコン単結晶ウェーハを載置した。載置する際には、ウェーハのノッチ位置を0度としたとき、ウェーハの外周の15〜75、105〜165、195〜255、285〜345度の領域が、側壁14の傾斜側壁15が形成されていない周縁領域(中心角βが60度で、合計が240度)に対応するように載置した。
以下、実施例1の条件、結果を表1に示す。
図1、2に示すような本発明の気相成長用サセプタ10を準備した。この傾斜側壁15の傾斜角Aは35度とし、図2に示すような、傾斜側壁15の周縁領域の範囲を下記のような5水準に振ったサセプタa−eに基板を載置した。
そして、サセプタaに結晶面(100)で、結晶方位<110>にノッチを形成した直径300mmのシリコン単結晶ウェーハを載置した。載置する際には、ウェーハのノッチ位置を0度としたとき、ウェーハの外周の42.5〜47.5、132.5〜137.5、222.5〜227.5、312.5〜317.5度の領域が、側壁14の傾斜側壁15が形成されていない周縁領域(各中心角βが5度)に対応するように載置した。
そして、サセプタbに結晶面(100)で、結晶方位<110>にノッチを形成した直径300mmのシリコン単結晶ウェーハを載置した。載置する際には、ウェーハのノッチ位置を0度としたとき、ウェーハの外周の40〜50、130〜140、220〜230、310〜320度の領域が、側壁14の傾斜側壁15が形成されていない周縁領域(各中心角βが10度)に対応するように載置した。
そして、サセプタcに結晶面(100)で、結晶方位<110>にノッチを形成した直径300mmのシリコン単結晶ウェーハを載置した。載置する際には、ウェーハのノッチ位置を0度としたとき、ウェーハの外周の15〜75、105〜165、195〜255、285〜345度の領域が、側壁14の傾斜側壁15が形成されていない周縁領域(各中心角βが60度)に対応するように載置した。
そして、サセプタdに結晶面(100)で、結晶方位<110>にノッチを形成した直径300mmのシリコン単結晶ウェーハを載置した。載置する際には、ウェーハのノッチ位置を0度としたとき、ウェーハの外周の5〜85、95〜175、185〜265、275〜355度の領域が、側壁14の傾斜側壁15が形成されていない周縁領域(各中心角βが80度)に対応するように載置した。
そして、サセプタeに結晶面(100)で、結晶方位<110>にノッチを形成した直径300mmのシリコン単結晶ウェーハを載置した。載置する際には、ウェーハのノッチ位置を0度としたとき、ウェーハの外周の2.5〜87.5、92.5〜177.5、182.5〜267.5度、272.5〜357.5度の領域が、側壁14の傾斜側壁15が形成されていない周縁領域(各中心角βが85度)に対応するように載置した。
ウェーハ外周縁から2mm内側のシリコン単結晶薄膜厚を全周測定し、最大膜厚と最小膜厚の差を求めたところ、各水準のサセプタにおいて、20枚のウェーハの平均値は、サセプタaで38.6、サセプタbで39.1、サセプタcで42.0、サセプタdで61.5、サセプタeで72.3nmであり、サセプタa、b、cではほぼ同等レベルであったが、サセプタd、eではわずかに膜厚差が大きくなった。これより、サセプタの傾斜側壁が形成されていない周縁領域の中心角βの合計が小さいほど、成長させる薄膜の膜厚分布が良好になることがわかる。
800℃に加熱した枚葉式熱処理炉に連続10回出し入れすることによりウェーハ割れの評価を行った結果は、サセプタaを用いたウェーハについて20枚中1枚が割れたが、その他の水準のサセプタを用いたものでは1枚もウェーハは割れなかった。
以下、実施例2の条件、結果を表2に示す。
実施例1と同様の、ただしザグリの側壁を全周垂直にしたサセプタを用いて、20枚のシリコン単結晶ウェーハ上に5μm厚のシリコン単結晶薄膜を成長させた。
ウェーハ外周縁から2mm内側のシリコン単結晶薄膜厚を全周測定したときの最大膜厚と最小膜厚の差は95.9nmと、非常に大きな値で膜厚分布が悪かった。また、ウェーハ外周縁のキズについては、発生する位置が安定せず、結晶方位<100>の対応するウェーハ外周縁の位置も含めてキズが多発した。
実施例1と同様の、ただしザグリの側壁を全周にわたって35度傾斜させたサセプタを用いて、20枚のシリコン単結晶ウェーハ上に5μm厚のシリコン単結晶薄膜を成長させた。
ウェーハ外周縁から2mm内側のシリコン単結晶薄膜厚を全周測定したときの最大膜厚と最小膜厚の差は38.8nmと、非常に小さな値であった。
800℃に加熱した枚葉式熱処理炉に連続10回出し入れすることにより行ったウェーハ割れ評価については、20枚中2枚でウェーハ割れが発生した。このように、ザグリの側壁周縁が全周にわたって傾斜しているサセプタでは、ウェーハ外周領域の膜厚均一性は高いが、ウェーハの結晶方位<100>に対応する外周縁にキズが生じて、ウェーハ割れが発生しやすくなることが分かった。
13…底面、 14…側壁、 15、15’、15’’…傾斜側壁、
16…基板支持面、 17…中央面、 18…反応炉、 19…頂壁、
20…底壁、 21、21’…側方壁、 22…支持部材、 23…ガス供給口、
24…ガス排出口、 25…反応ガス、 26、26’…加熱装置、
W…半導体基板。
Claims (5)
- 気相成長装置において半導体基板を載置する凹形状のザグリを有する気相成長用サセプタであって、少なくとも、
前記ザグリは底面と側壁とからなり、前記側壁は、周縁の一部に、前記ザグリ中心に向かって深さが増すように傾斜したテーパ状又は曲線状の断面形状を含む傾斜側壁が形成され、前記側壁の残りの周縁には、前記傾斜側壁が形成されていないものであり、前記側壁の周縁の一部に形成された傾斜側壁は、前記ザグリ中心となす中心角の合計が、40〜320度の範囲で形成されたものである気相成長用サセプタに、結晶面(100)で、結晶方位<110>にノッチが形成されたシリコン単結晶ウェーハを載置して、該載置したシリコン単結晶ウェーハ上に単結晶薄膜を気相成長させる方法において、少なくとも、前記載置するシリコン単結晶ウェーハの外周領域のノッチの位置を中心角0度として、40〜50度、130〜140度、220〜230度、310〜320度の領域が、前記サセプタの前記側壁の前記傾斜側壁が形成されていない周縁に位置するように、前記シリコン単結晶ウェーハを載置して、気相成長させることを特徴とする気相成長方法。 - 前記傾斜側壁の前記テーパ状又は曲線状の断面形状は、前記傾斜側壁の上端よりも下の深さ位置から前記ザグリ中心に向かって深さが増すように傾斜したものであることを特徴とする請求項1に記載の気相成長方法。
- 前記傾斜側壁の前記テーパ状又は曲線状の断面形状の傾斜角が、25〜60度であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の気相成長方法。
- 前記側壁は、周縁に、前記傾斜側壁が回転対称に4か所形成されたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の気相成長方法。
- 前記底面の外周領域に、前記ザグリ中心に向かって深さが増すように傾斜したテーパ状の断面形状を含む基板支持面が形成され、前記底面の外周領域に囲まれた中央領域に、前記基板支持面よりも深さが深い凹状の中央面が形成されたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の気相成長方法。
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