JPH07335572A - 半導体ウエハの熱処理用サセプタ及びその製造方法 - Google Patents
半導体ウエハの熱処理用サセプタ及びその製造方法Info
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- JPH07335572A JPH07335572A JP15054894A JP15054894A JPH07335572A JP H07335572 A JPH07335572 A JP H07335572A JP 15054894 A JP15054894 A JP 15054894A JP 15054894 A JP15054894 A JP 15054894A JP H07335572 A JPH07335572 A JP H07335572A
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Abstract
の球面凹部の表面研磨法を改良し、サセプタの品質を改
善してウェハの結晶成長を向上させてなる半導体ウェハ
のサセプタ及びその製造方法を提供することを目的とす
るものである。 【構成】 シリコンなどの半導体ウェハ8を載置したサ
セプタ3を高周波加熱装置などの反応炉内で化学気相成
長させる半導体ウェハのサセプタにおいて、前記サセプ
タ3の球面凹部12n を、ダイヤモンド粉集合体17を
取付けた円盤状の回転円盤16を回転させ、ダイヤモン
ドパウダを研磨助材として鏡面に研磨し、前記サセプタ
の球面凹部を鏡面に研磨することにより、前記球面凹部
の表面粗さをRa値で0.1〜3μmとしたものであ
る。
Description
エハを多数並べて載置したサセプタを高周波加熱装置や
ランプ加熱装置などに配し、反応炉内で半導体ウエハを
化学気相成長させる半導体ウエハの熱処理用サセプタ及
びその製造方法に関する。
または高性能化に伴い、この素子の出発材料としてエピ
タキシャル構造をもつものが用いられている。このエピ
タキシャル半導体ウエハは、シリコン単結晶(以下、半
導体と称す)ウエハに半導体薄膜を化学気相成長させた
ものである。すなわち、化学気相反応法によりシリコン
などの半導体ウエハを製造するのに結晶成長法が利用さ
れており、この結晶成長法では、半導体ウエハをサセプ
タ上面に載置して高周波加熱装置やランプ加熱装置など
の熱処理装置の反応炉内に設置し、反応炉内に反応ガス
を導入することにより半導体ウエハ表面に半導体薄膜を
結晶成長させるものである。
方法としては、1回のプロセスで処理できる半導体ウエ
ハの枚数が、数枚から数十枚のバッチ方式と、1枚ずつ
処理する枚葉方式とがあり、上記バッチ方式も反応炉の
構造により縦型およびシリンダ型とに大別されている。
型反応炉で化学気相成長させる縦型の化学気相成長装置
の構造は、図4および図5に示すように、装置内に外部
より反応ガス7を導くガス導入ノズル1と、上記ガス導
入ノズル1の先端部の側壁に穿設された吹出口2と、上
記ガス導入ノズル1の基部周囲に設置され、半導体ウエ
ハ8を支持するサセプタ3と、上記サセプタ3およびガ
ス導入ノズル1の周囲を囲み、反応炉空間を形成する石
英ガラスベルジャ4およびステンレス・ベルジャ5と、
上記サセプタ3を高周波誘導コイルにより加熱するヒー
タ6とにより構成されている。なお、上記ガス導入ノズ
ル1は透明石英からなり、サセプタ3からガス導入ノズ
ル1の先端までの高さHは、一般的に20mmである。
誘導コイルのヒータ6によりサセプタ3を加熱すると、
サセプタ3の上に載置されている半導体ウエハ8が加熱
される。上記半導体ウエハ8が所望の温度に達したと
き、ベルジャ4にて形成された反応炉内に外部のガスラ
イン9からガス導入ノズル1を介して反応ガス7を導
く。反応ガス7は吹出口2から炉内に噴出され、炉内で
分解して半導体ウエハ8の上に半導体薄膜を気相成長さ
せる。
セプタ3の構造は、図6および図7に示すように、円板
状の炭素基材11からなるサセプタ3の上面に、半導体
ウエハ8を載置する多数の球面凹部121 ,122 ,…
12n が等間隔に、また前記球面凹部121 ,122 ,
…12n の側壁部外周域には平坦部12aが形成されて
おり、その球面凹部121 ,122 ,…12n の表面及
び平坦部12aの表面は炭化珪素(以下SiCと称す)
膜13によって被覆されている。
凹部121 ,122 ,…12n の直径は、適用される半
導体ウエハ8の直径よりやや大きく、その深さhはウエ
ハの厚さとほぼ同じに設定されており、化学気相反応法
により結晶成長を行うために加熱する場合のウエハ支持
体としての機能を有している。
して、高周波誘導コイルのヒータ6により加熱した場合
は、サセプタ3の炭素基材11側より加熱され熱伝導に
より外部に熱放出されるので、サセプタ3に載置した半
導体ウエハ8は中央部に比較して外周部の方が加熱され
にくい。しかもその温度差による熱応力でウエハに反り
が発生し易いので、サセプタ3の上面に形成された球面
凹部121 ,122 ,…12n の深さhが適正値に設定
されている。
半導体ウエハの大口径やICチップの高集積化に伴い、
エピタキシャル半導体ウェーハの品質管理も一層厳格に
なっている中で、エピタキシャル半導体ウェーハの歩留
り低下の原因として、スリップ欠陥の問題が挙げられて
おり、例えば、黒鉛基材にCVD−SiCコートを施し
た従来の半導体ウエハの熱処理用サセプタでは、球面凹
部においてCVD−SiC膜に微細な凹凸部が形成され
ているため、この上に半導体ウエハを載置して熱処理す
ると、半導体ウエハにスリップが発生することがあっ
た。
工程におけるウエハ表面の温度ムラに起因した応力の発
生などによると言われており、このウエハ表面の温度ム
ラの発生要因としては、(1)エピタキシャル成長工程
での条件設定、(2)サセプタと半導体ウエハとの密着
性など考えられ、サセプタと半導体ウエハとの密着性を
改善することがサセプタの品質の向上の項目の一つにな
っている。
C膜をSiC治具で研磨することによって球面凹部の表
面の平滑化を図っているが、この方法でも一部の製品で
は満足できる結果が得られていない。
処理装置の高純度化の必要性から、各種の構成部材を高
純度化したセラミックスとしたり、また、高純度CVD
コートを施したりすることが行われてきたが、熱処理装
置を作動させると、反応炉内の雰囲気中には少なからず
不純物が混入し、これによって、半導体ウエハが汚染す
るという技術的課題があった。
なされたもので、半導体ウエハを化学気相成長させるサ
セプタの球面凹部の表面研磨法を改良し、サセプタの品
質を改善して半導体ウエハの結晶成長を向上させてなる
半導体ウエハの熱処理用サセプタ及びその製造方法を提
供することを目的とするものである。
に、本発明は、半導体ウエハを載置する球面凹部を少な
くとも一つ有する半導体ウエハの熱処理用サセプタにお
いて、前記サセプタの球面凹部の表面粗さがRaで0.
1〜3μmとしたことを特徴とする。
少なくとも一つ有し、その球面凹部の側壁部外周域に平
坦部を有する半導体ウエハの熱処理用サセプタにおい
て、前記サセプタの球面凹部の表面粗さがRaで0.1
〜3μmで、かつ球面凹部の側壁部外周域の平坦部表面
の表面粗さがRaで10〜40μmであることを特徴と
する。好しくは前記サセプタの球面凹部の表面粗さがR
aで0.1〜1μmで、かつ球面凹部の側壁部外周域の
平坦部表面の表面粗さがRaで10〜40μmであるこ
とを特徴とする。
少なくとも一つ有し、その外周域に平坦部を有する半導
体ウエハの熱処理用サセプタの製造方法において、平坦
円盤を有する回転装置の平坦面にダイヤモンド粉集合体
を装着し、かつ前記球面凹部と前記平坦面との間にダイ
ヤモンドパウダを含有する液状体を介在させて、前記球
面凹部の表面を鏡面研磨することを特徴とする。
円盤を有する回転装置の平坦面にダイヤモンド粉集合体
を装着し、かつ前記球面凹部と前記平坦面との間にダイ
ヤモンドパウダを含有する液状体を介在させて、前記球
面凹部の表面を鏡面研磨したことにより、球面凹部を鏡
面に研磨することが可能であり、このサセプタの球面凹
部にウエハをセットして反応温度まで昇温すると、球面
凹部の表面が鏡面に研磨されているので、その表面に半
導体ウエハが密着し、ウエハ内の温度分布が内周部と外
周部とで均一化され、結晶欠陥となるスリップ発生の問
題が解消される。
さがRaで0.1〜3μmで、かつ球面凹部の側壁部外
周域の平坦部表面の表面粗さがRaで10〜40μmで
あるため、炉内雰囲気中に少なからず混入する不純物を
選択的に前記平坦部表面にトラップさせることができ、
実質上半導体ウエハが不純物によって汚染されることは
ない。
長させるサセプタの球面凹部の表面研磨法を改良し、サ
セプタの品質を改善したので、化学気相成長法によるウ
エハの結晶成長効率を向上させることができる。
細に説明する。
用サセプタにウエハを載置する球面凹部の研磨状態を示
す断面図、図2は本発明によるサセプタにウエハを載置
する球面凹部の研磨装置を示す断面図であり、従来構造
と同一部品には同じ符号を付して説明する。
板状のサセプタ3は炭素基材11からなり、その上面に
半導体ウエハ8を載置する球面凹部12n が等間隔に多
数形成されるとともにその球面凹部12n の側壁部外周
域には平坦部12aが形成されており、上記球面凹部1
2n の表面及び平坦部12aの表面は炭化珪素(Si
C)膜13によって被覆されている。
炭化珪素膜13を被覆したままの状態では、球面凹部1
2n 内に載置された半導体ウエハ8が球面凹部12n 内
の底部に密着せず、結晶成長の異常発生が生ずるので、
半導体ウエハ8が接触する球面凹部12n の表面に研磨
処理を施して鏡面に仕上げる必要がある。
12n の表面を研磨する研磨治具15は、回転円盤16
と、回転円盤16の研磨面に取付けた円盤状かつ平坦の
ダイヤモンド粉集合体17とにより構成されており、こ
の研磨治具15により球面凹部12n の表面を研磨する
際に、研磨助材としてダイヤモンドパウダを含有する液
状体を使用し、回転円盤16を回転させることにより、
球面凹部12n の表面を研磨加工する。また、球面凹部
の側壁部外周域の平坦部表面は、SiC治具で研磨加工
する。
エハに生じるスリップの発生率を実験した。まず、本発
明による研磨治具15を用いて、球面凹部(直径10
1.5mm、深さ0.7mm)を研磨した。研磨に際
し、研磨治具15の回転円盤16を直径30mmの円盤
状の平担板とし、その回転数を、12,000rpmと
し、前記回転円盤16の研磨面にダイヤモンド粉集合体
を装着して研磨した。なお、球面凹部の表面粗さはダイ
ヤモンド粉集合体表面部分の表面粗さ、及びダイヤモン
ドパウダの粒径を変化させることによって、Raで0.
1μm、1.5μm、3.0μm、5.0μm、15.
0μmを得た。これらサセプタに半導体ウエハを載置
し、窒素雰囲気で1200℃、30分間熱処理を施し、
その後製品上問題となるスリップの発生率について測定
した。測定した結果、製品上問題となるスリップの発生
率は以下の表1のようになった。
実施例2では150mm、実施例3では150mmとな
り、比較例1の300mm、比較例2の400mmと比
べ、短くなった。なお、Raの下限値を0.1μmとし
たのは、これ未満の粗さでは、ウエハが球面凹部12
1 ,122 …12n に接合してしまい、ウエハ取り出し
時にウエハ割れを発生させるためである。
の表面をRmaxで0.1μm〜3μmとしたため、半
導体のウエハの熱処理時に球面凹部の表面に半導体ウエ
ハが密着し、その結果、ウエハ内の温度分布が内周部と
外周部とで均一化され、結晶欠陥となるスリップ発生の
問題が解消される。なお、上記球面凹部12n の表面粗
さはRaで0.1〜1.0μmであることがより好まし
い。
た。本発明による研磨治具15を用いて、球面凹部(直
径101.5mm、深さ0.7mm)を研磨した。研磨
に際し研磨治具15の回転円盤16を直径30mmの円
盤状の平担板とし、その回転数を、12,000rpm
とし、前記回転円盤16の研磨面にダイヤモンド粉集合
体を装着して研磨し、球面凹部の表面粗さはRaで1.
0μmものを使用した。そして、球面凹部の側壁部外周
域の平坦部表面はSiC治具により研磨し、Raで5μ
m、10μm、25μm、40μm、50μmのものを
得た。これらサセプタに半導体ウエハを載置し、以下の
条件で熱処理を施し、その後半導体ウエハに含まれるN
a,Al,Fe,Cr,Cu,K,Ca,Ni,Mg,
Zn10元素の総量(不純物量)を測定した。熱処理の
条件は、1200℃,30分間,窒素雰囲気中で行い、
その他の条件は、各熱処理において同一となるよう設定
した。尚、膜厚は60μmとした。
純物量が60×1010atoms/cm2 と多いのは、
平坦部表面のSiC膜にマイクロクラックが発生し、黒
鉛基材中の不純物が放出され、その結果ウエハ中にトラ
ップされた不純物量が多くなったものと考えられる。通
常、半導体ウエハ熱処理用サセプタでは50〜200μ
m程度のSiC膜がコーティングされるが、例え200
μmの場合でもRa=40μmを越える表面粗さでは熱
処理の繰り返し、すなわちヒートサイクルにより、上記
と同様の現象が生ずるものである。
平坦部表面の表面粗さがRaで10〜30μmであるた
め、炉内雰囲気中に少なからず混入する不純物を選択的
に前記平坦面表面にトラップさせることができるものと
言える。
さを得ることができるダイヤモンドパウダの粒径と平坦
円板を有する回転装置の平坦面に装着するダイヤモンド
粉集合体表面の表面粗さとの関係を実験により求めた。
その結果を図3に示す。なお、図3中のAは1600〜
1800℃の反応温度としたCVD−SiC被膜のもの
であり、またBは1100〜1300℃の反応温度とし
たCVD−SiC被膜のものである。図3から明らかな
ように、サセプタの球面凹部12n の表面をRaで0.
1μm〜3μmとするためには、ダイヤモンドパウダの
粒径が0.1〜2.0μmを使用する場合には、ダイヤ
モンド粉集合体表面の表面粗さは200〜1000メッ
シュのものでなければならない。
の球面凹部12n の表面の不純物量を測定した。測定に
際し、本発明による研磨治具15を用いて、球面凹部
(直径101.5mm、深さ0.7mm)を研磨した実
施例と、なんら研磨処理を施さない比較例との両者を測
定し、比較検討した。実施例は、まず研磨治具15の回
転円盤16を直径30mmの円盤状の平担板とし、その
回転数を、12,000rpmとした。また、回転円盤
16の研磨面にダイヤモンド粉集合体を装着して研磨し
た。本実施例ではダイヤモンド粉集合体の表面荒さが、
400と800メッシュのものを、ダイヤモンドパウダ
として0.1〜2.0μmのものを使用して研磨した。
なお、測定項目は、表面粗さ、球面凹部の形状、不純物
の分析とした。
シリコン処理を行い、非接触式測定装置で測定したとこ
ろ、比較例(研磨処理前)のRa値が4.1μmであっ
たのが、実施例(研磨処理後)はRa=0.86μmと
なり、球面凹部の形状に異常は認められなかった。
磨処理の前後において、SiC膜(クリアー膜)表面の
不純物を測定したものであり、実施例(研磨処理後)に
ついては、硝酸:弗酸:H2 Oを1:0.02:4の組成か
らなる洗浄液により酸洗浄を4時間行ったが、その結果
は、以下の表3、4に示すように、実施例及び比較例
(研磨処理前後)において、実施例の方が高純度である
結果が得られた。
面凹部のSiC膜を損なうことなく鏡面に研磨すること
が可能であり、その表面粗さではRaの値で1.0μm
以下にすることが可能になり、また、研磨処理後の純度
測定においても、研磨処理した方が高純度を得ることが
できる。即ち、比較例にあっては、サセプタの球面凹部
の表面の全不純物量が1.1×10-9g/cm2 である
のに対し、実施例ではサセプタの球面凹部の表面の全不
純物量が0.9×10-9g/cm2 以下と1.0×10
-9g/cm2 以下である半導体ウエハの熱処理用サセプ
タを得ることができ、また表3、表4から明らかなよう
に前記サセプタの球面凹部表面のFe分析値が0.2×
10-9g/cm2以下、Cu分析値が0.1×10-9g
/cm2 以下、Mg分析値が0.1×10-9g/cm2
以下である半導体ウエハの熱処理用サセプタを得ること
ができる。このように従来にない高純度な研磨面とする
ことができ、これにより研磨面の平坦性が長時間維持さ
れる。
る半導体ウエハの熱処理用サセプタ及びその製造方法に
よれば、半導体ウエハがセットされる球面凹部を、所定
のダイヤモンドペーパ及びダイヤモンドパウダを使用す
ることにより、サセプタの球面凹部のSiC膜を損なう
ことなく表面粗さをRaで0.1μm〜3μm、好まし
くは0.1〜1μmにすることができる。
エハをセットして、反応温度まで昇温して熱処理を施し
ても、その球面凹部の表面に半導体ウエハが密着し、ウ
エハ内の温度分布が内周部と外周部とで均一化され、結
晶欠陥となるスリップの発生を防止できる。しかも、側
壁部外周域の平坦部表面の表面粗さをRaで10μm〜
40μmとしたため、熱処理装置作動時に炉内雰囲気中
に少なからず混入する不純物を半導体ウエハ及び球面凹
部の表面から平坦部表面にトラップさせることができ、
その結果半導体ウエハの汚染を防止することができる。
更に、本発明による研磨を実施しても、研磨前のサセプ
タの不純物量と比べても不純物量が増加することもな
い。
ハを化学気相成長させるサセプタの品質を改善したの
で、化学気相成長法によるウエハの結晶成長効率を向上
させることができる。
にウエハを載置する球面凹部の研磨状態を説明する断面
図である。
る球面凹部の研磨装置を示す断面図である。
ドペーパと表面粗さとの関係を示す説明図である。
る縦型の化学気相成長装置の構造を示す斜視図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 半導体ウエハを載置する球面凹部を少な
くとも一つ有する半導体ウエハの熱処理用サセプタにお
いて、前記サセプタの球面凹部の表面粗さがRaで0.
1〜3μmであるを特徴とする半導体ウエハの熱処理用
サセプタ。 - 【請求項2】 半導体ウエハを載置する球面凹部を少な
くとも一つ有し、その球面凹部の側壁部外周域に平坦部
を有する半導体ウエハの熱処理用サセプタにおいて、前
記サセプタの球面凹部の表面粗さがRaで0.1〜3μ
mで、かつ球面凹部の側壁部外周域の平坦部表面の表面
粗さがRaで10〜40μmであることを特徴とする半
導体ウエハの熱処理用サセプタ。 - 【請求項3】 半導体ウエハを載置する球面凹部を少な
くとも一つ有し、その球面凹部の側壁部外周域に平坦部
を有する半導体ウエハの熱処理用サセプタにおいて、前
記サセプタの球面凹部の表面粗さがRaで0.1〜1μ
mで、かつ球面凹部の側壁部外周域の平坦部表面の表面
粗さがRaで10〜40μmであることを特徴とする半
導体ウエハの熱処理用サセプタ。 - 【請求項4】 前記サセプタの球面凹部の表面の全不純
物量が1.0×10-9g/cm2 以下であることを特徴
とする請求項1記載乃至請求項3記載の半導体ウエハの
熱処理用サセプタ。 - 【請求項5】 前記サセプタの球面凹部表面のFe分析
値が0.2×10-9g/cm2 以下、Cu分析値が0.
1×10-9g/cm2 以下、Mg分析値が0.1×10
-9g/cm2 以下であることを特徴とする請求項1乃至
請求項4記載の半導体ウエハの熱処理用サセプタ。 - 【請求項6】 半導体ウエハを載置する球面凹部を少な
くとも一つ有し、その外周域に平坦部を有する半導体ウ
エハの熱処理用サセプタの製造方法において、平坦円盤
を有する回転装置の平坦面にダイヤモンド粉集合体を装
着し、かつ前記球面凹部と前記平坦面との間にダイヤモ
ンドパウダを含有する液状体を介在させて、前記球面凹
部の表面を鏡面研磨することを特徴とする半導体ウエハ
の熱処理用サセプタの製造方法。 - 【請求項7】 前記平坦円盤を有する回転装置の平坦面
に装着されたダイヤモンド粉集合体の表面部分が200
〜1000メッシュの表面粗さに形成されていることを
特徴とする請求項6記載の半導体ウエハの熱処理用サセ
プタの製造方法。 - 【請求項8】前記ダイヤモンドパウダの粒径が0.1〜
2.0μmであることをを特徴とする請求項6もしくは
請求項7記載の半導体ウエハの熱処理用サセプタ製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15054894A JP3317781B2 (ja) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | 半導体ウエハの熱処理用サセプタの製造方法 |
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---|---|---|---|
JP15054894A JP3317781B2 (ja) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | 半導体ウエハの熱処理用サセプタの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07335572A true JPH07335572A (ja) | 1995-12-22 |
JP3317781B2 JP3317781B2 (ja) | 2002-08-26 |
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ID=15499289
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP15054894A Expired - Lifetime JP3317781B2 (ja) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | 半導体ウエハの熱処理用サセプタの製造方法 |
Country Status (1)
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