JP6587354B2

JP6587354B2 - サセプタ

Info

Publication number: JP6587354B2
Application number: JP2016197879A
Authority: JP
Inventors: 将人池田; 鈴木　健司; 健司鈴木; 博行梅津; 横川　雅也; 雅也横川
Original assignee: Coorstek KK
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: JP2018060929A; EP3305940A1

Description

本発明は、シリコンウエハ等の被処理基板を保持するサセプタに関し、例えば保持するシリコンウエハに化学気相成長により成膜するための装置に用いられるサセプタに関する。

シリコンウエハ上に半導体回路を形成する前処理として、シリコンウエハ上面にエピタキシャル膜を形成する工程がある。図５に模式的に示すように、シリコンウエハＷ上面にエピタキシャル膜ＥＰを成長させる気相エピタキシャル成長装置５０にあっては、チャンバ５１内に設置されたサセプタ５２にシリコンウエハＷを載置する。そして、回転軸５４を中心としてサセプタ５２及びシリコンウエハＷを所定方向に回転させる。このとき、チャンバ外のヒータ（図示せず）によりシリコンウエハＷを加熱しつつ、反応ガス供給管５５から排気管５６へと水平に反応ガスＧを供給する。このようにして気相成長を実施することにより、シリコンウエハＷの表面上にエピタキシャル膜ＥＰが形成される。

ところで、図示するようにサセプタ５２にあっては、シリコンウエハＷの載置部は、サセプタ５２上面の中央部に形成された円形凹部（ザグリ５３と呼ぶ）である。このザグリ５３は、円形の底壁とこれを取り囲む側壁とから構成されている。底壁は平坦、または若干湾曲した形状（図では平坦）を有し、側壁は、サセプタ５２の上面を所定の深さまで直角に切り込んで形成されている。
特許文献１、２に開示された発明にあっては、このようなザグリを有するサセプタの形状を工夫することによりシリコンウエハに対する成膜処理を改善するようになされている。

特開２００６−４１０２８号公報特開２０１０−４０６０７号公報

ところで、良好な半導体回路を形成するためにはシリコンウエハ面内におけるエピタキシャル膜ＥＰの膜厚ばらつきを小さくすることが要求されている。
しかしながら、前記ザグリ５３にシリコンウエハＷを保持する際、ウエハ面が水平に保持されない場合があり、その状態で回転するシリコンウエハＷに対し反応ガスＧを供給すると、反応ガスＧがウエハ面に均一に当たらす、成膜後の膜厚にバラツキが生じるという課題があった。

従来、前記課題を解決するためには、シリコンウエハＷを載置するザグリ５１の深さ、シリコンウエハＷとの接触部（底壁）の平面度、平坦度などが重要と考えられていた。
しかしながら、サセプタに形成したザグリの深さ、接触部の平面度、平坦度といったパラメータが同じであっても、複数のサセプタ間でエピタキシャル膜の膜厚にばらつきが生じるという課題があった。
前記課題を解決するため、更に本願発明者らが鋭意研究を行った結果、サセプタ外周端からザグリ端までの傾斜がエピタキシャル膜の膜厚ばらつきに関係していることを見出し、本発明に至った。

本発明は、シリコンウエハ等の被処理基板を保持するサセプタにおいて、前記被処理基板に形成される膜の膜厚ばらつきを抑え、均一とすることのできるサセプタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明にかかるサセプタは、円板上面に円形凹状のザグリが形成され、前記ザグリに被処理基板を保持するサセプタであって、前記ザグリの周りには凸状の周縁部を有し、前記周縁部の外周端から内周端まで、径方向に沿って前記ザグリ側に傾斜し、前記ザグリが形成された面とは反対の面において、前記周縁部の外周端から内周端に相当する位置まで、径方向に沿って前記ザグリ側に傾斜していることに特徴を有する。

尚、前記周縁部の外周端から内周端まで、径方向に沿って前記ザグリ側に傾斜する第１の傾きは、０．００３ｒａｄ以上０．０１ｒａｄ以下であることが望ましい。
また、前記ザグリが形成された面とは反対の面において、前記周縁部の外周端から内周端に相当する位置まで、径方向に沿って前記ザグリ側に傾斜する第２の傾きが０．０００５ｒａｄ以上０．００５ｒａｄ以下であることが望ましい。

また、円板上面に円形凹状のザグリが形成され、前記ザグリの周りに凸状の周縁部を有するとともに、前記周縁部の上下面が平坦に形成された基材と、前記基材上に形成された被覆膜とを有し、前記被覆膜の厚さにより前記周縁部における傾斜が形成されていることが望ましい。

このような構成のサセプタを用いて被処理基板に対する成膜処理を行うことにより、サセプタの周縁部の上面が傾斜しているため、基板面に向かう反応ガスの流れが整流化され、基板面が水平に保持されていなくても、基板面全体に反応ガスが当たる。それにより、成膜した膜厚を均一化することができる。
また、前記周縁部の下面が傾斜しているため、サセプタ下面の全体に反応ガスが流れ、サセプタの温度均一性が向上する。その結果、被処理基板に成膜される膜の膜厚均一性をより向上することができる。

本発明によれば、シリコンウエハ等の被処理基板を保持するサセプタにおいて、前記被処理基板に形成される膜の膜厚ばらつきを抑え、均一とすることができる。

図１は、本発明に係るサセプタの断面図である。図２は、本発明に係るサセプタの平面図である。図３は、図１のサセプタの周縁部を拡大して示す断面図である。図４は、図１のサセプタのザグリ面上にシリコンウエハを載置し、化学気相成長により成膜する工程を説明するための断面図である。図５は、従来の気相成長装置の断面図である。

以下に、実施の形態について図面に基づき説明する。図１は、本発明に係るサセプタの断面図であり、図２は、本発明に係るサセプタの平面図である。尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率等は、正確に図示されていない。

図１、図２に示すように、サセプタ１は円板状であって、その上面には、１枚のシリコンウエハ（被処理基板）が載置されるウエハ載置部２が形成されている。即ち、このサセプタ１は、枚様式にシリコンウエハを処理するためのものである。
ウエハ載置部２は、シリコンウエハが保持される円形凹部状に形成されたザグリ２１と、ザグリ２１の周りに段状に（凸状に）高く形成された周縁部２２とを有する。

ザグリ２１の直径は、シリコンウエハの直径よりも若干大きく形成され、ザグリ２１内にシリコンウエハが嵌まり込むようになっている。また、ザグリ２１の深さは、処理するシリコンウエハの厚さと同程度の深さに形成されている。
尚、前記ウエハ載置部２のザグリ２１に対するシリコンウエハの搬入出は、例えば図示しない複数の昇降ピンをザグリ２１底面に形成された貫通孔から上下に進退させ、シリコンウエハを昇降させることにより可能である。

図３は、図１のサセプタ１の周縁部２２を拡大して示す断面図である。図３に示すようにサセプタ１の周縁部２２の上下面は傾斜している。
具体的には、周縁部２２の上面は、径内側に向かってザグリ２１側（下側）に傾斜しており、周縁部２２の外周端Ｚ９から内周端Ｚ８までの第１の傾きθ１が、０．００３ｒａｄ以上０．０１ｒａｄ以下に形成されている。

このようにサセプタ１の周縁部２２の上面が径内側に向かってザグリ２１側（下側）に傾斜しているため、図４のようにザグリ２１に保持されたシリコンウエハＷに対するエピタキシャル膜の成膜の際、水平方向に供給される反応ガスＧは周縁部２２の傾斜に沿って流れる。そして反応ガスＧのシリコンウエハＷに向かう流れが形成される。これにより反応ガスＧは、ウエハ全面に対し均一に流れ、成膜するエピタキシャル膜の膜厚バラツキが低減される。

また、前記周縁部２２の下面（ザグリ２１が形成された面とは反対の面）は、径内側に向かってザグリ２１側（ザグリ２１の裏面側）に傾斜している。図３に示すように前記周縁部２２の外周端Ｚ１１から内周端に相当する位置Ｚ１０までの第２の傾きθ２は、０．０００５ｒａｄ以上０．００５ｒａｄ以下に形成されている。

このように周縁部２２の下面側において、径内側に向かってザグリ２１側（ザグリ２１の裏面側）に傾斜することにより、反応ガスＧが周縁部２２の傾斜に沿って流れ、サセプタ１下面の全体に反応ガスＧが当たり、サセプタ１の温度均一性が向上する。その結果、シリコンウエハＷに成膜されるエピタキシャル膜の膜厚の均一性がより向上される。

更に、周方向における前記第１の傾きのバラツキθ１は、０〜０．００５ｒａｄの範囲内となされている。このように周方向の第１の傾きのバラツキを小さくすることにより、エピタキシャル膜の高低差を抑制することができる。
また、周方向における第２のバラツキθ２は、０〜０．００５ｒａｄの範囲内となされている。これによりサセプタ下面部に流れるソースガスの整流化が期待でき、周方向における前記第１の傾きによるエピタキシャル膜の高低差をより容易に制御することができる。

前記のように周縁部２２に傾斜を有するサセプタ１は、図３に示すようにザグリが中央部に形成された正円板状の炭素基材Ｂに対しＳｉＣ（シリコンカーバイド）被覆膜Ｍを化学気相成長（ＣＶＤ）することにより得ることができる。特に、サセプタの周縁部２２に対するＳｉＣ被覆膜の形成において、ＳｉＣ被覆膜の厚さを径方向に変化させることにより傾斜を持たせることができる。
前記炭素基材の表面にＳｉＣ被覆膜を形成するＣＶＤコート条件は、チャンバ内の炉内圧力を１５〜２５Ｐａ、炉内温度を１７００℃以上１７８０℃以下で２０時間以上維持しソースガスを流す。成膜量を面内に均等とするめに炭素基材Ｂを円周方向に回転させながらＣＶＤコートする。また、治具などにより炭素基材Ｂに当たるソースガスの流れを他の部分よりもサセプタ周縁部２２に当たるように制御することでサセプタ周縁部２２のＳｉＣ膜厚および傾斜を調整することが可能となる。

以上のように形成されたサセプタ１を用いて、シリコンウエハＷの上面にエピタキシャル膜を形成するには、チャンバ（図示せず）内において図４に示すようにサセプタ１のザグリ２１面上にシリコンウエハＷを載置する。そして、サセプタ１及びシリコンウエハＷを（図５に示したように）所定速度で所定方向に回転させつつ、チャンバ外に設けられたヒータ（図示せず）によりシリコンウエハＷを加熱する。そして、チャンバ内に水平方向に導入された反応ガスＧに反応させ、シリコンウエハＷの上面にエピタキシャル膜を化学気相成長させる。

この成膜処理において、サセプタ１の周縁部２２の上面が傾斜しているため、シリコンウエハＷ面に向かう反応ガスＧの流れが形成され、ウエハ面が水平に保持されていなくても、ウエハ面全体に反応ガスＧが当たる。それにより、成膜したエピタキシャル膜の膜厚を均一化することができる。
また、前記周縁部２２の下面が傾斜しているため、サセプタ１下面の全体に反応ガスＧが流れ、サセプタ１の温度均一性が向上する。その結果、シリコンウエハＷに成膜されるエピタキシャル膜の膜厚の均一性をより向上することができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
本実施例では、炭素基材の表面にＳｉＣ被覆膜を形成することにより、サセプタの周縁部（上下面）に傾斜を形成した。周縁部とは、前記実施形態に示したようにザグリの周りに段状に（凸状に）高く形成された円環状の部分である。

炭素基材として、正円板状の上面中央部に円形凹状のザグリを形成したものを用いた。本実施例では、φ３００ｍｍウエハ用サセプタを用い、ザグリ端はＲ＝１７５ｍｍの位置とし、サセプタ外周端はサセプタ中心からＲ＝１８５ｍｍの位置とした。
また、前記サセプタ周縁部の傾き（ｒａｄ）を実施例の条件とし、各実施例において、作製したサセプタを用いてシリコンウエハにエピタキシャル膜を形成し、その成膜状態を評価した。その他の実施例の条件、及び評価結果を表１に示す。

表１において、作製したサセプタに対する傾き（ｒａｄ）の測定には接触三次元測定機を用い、定盤を平面と仮定した時のサセプタの上面（ザグリ面）の外周端からザグリ端の高さデータを算出し、中心までの距離の差を利用して傾きを求めた。裏面もザグリ面と同じ方法で傾きを求めた。
また、表中の成膜評価結果における○は、シリコンウエハ上に形成したエピタキシャル膜の膜厚が均一（膜厚Ｘに対してウエハ面内の膜厚バラツキが±２％以内）であったものを示し、△は膜厚に多少のばらつき（膜厚Ｘに対してウエハ面内の膜厚バラツキが±２％＜Ｘ＜±４％の範囲内）が生じたものを示し、×は膜厚に大きくばらつき（膜厚Ｘに対してウエハ面内の膜厚バラツキが±４％以上）が生じたものを示す。

実施例１〜実施例１２の結果に示すように、サセプタ外周端からザグリ端までの第１の傾きは、０．００３ｒａｄ〜０．０１ｒａｄの範囲においてシリコンウエハへの成膜結果が良好であった。
また、サセプタ下面の外周端からザグリ端相当位置までの第２の傾きは、０．０００５ｒａｄ〜０．００５ｒａｄの範囲において成膜結果が良好であった（実施例２，３，６，７，８）。

また、前記のように良好な結果が得られたのは、円周方向における前記第１の傾きのバラツキが０．００５ｒａｄ以下の場合であることも示された（実施例１１、１２はいずれもバラツキが０．００５ｒａｄより大きかった）。
以上の実施例の結果より、本発明に係るサセプタを用いて、シリコンウエハに成膜処理を施すことにより、膜厚のバラツキを抑え均一化できることを確認した。

１サセプタ
２ウエハ載置部
２１ザグリ
２２周縁部
Ｚ８内周端
Ｚ９外周端
Ｗシリコンウエハ（被処理基板）

Claims

円板上面に円形凹状のザグリが形成され、前記ザグリに被処理基板を保持するサセプタであって、
前記ザグリの周りには凸状の周縁部を有し、
前記周縁部の外周端から内周端まで、径方向に沿って前記ザグリ側に傾斜し、
前記ザグリが形成された面とは反対の面において、前記周縁部の外周端から内周端に相当する位置まで、径方向に沿って前記ザグリ側に傾斜していることを特徴とするサセプタ。
前記周縁部の外周端から内周端まで、径方向に沿って前記ザグリ側に傾斜する第１の傾きは、０．００３ｒａｄ以上０．０１ｒａｄ以下であることを特徴とする請求項1に記載されたサセプタ。
前記ザグリが形成された面とは反対の面において、前記周縁部の外周端から内周端に相当する位置まで、径方向に沿って前記ザグリ側に傾斜する第２の傾きが０．０００５ｒａｄ以上０．００５ｒａｄ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたサセプタ。
円板上面に円形凹状のザグリが形成され、前記ザグリの周りに凸状の周縁部を有するとともに、前記周縁部の上下面が平坦に形成された基材と、前記基材上に形成された被覆膜とを有し、
前記被覆膜の厚さにより前記周縁部における傾斜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたサセプタ。