サセプタ及びこれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法
【課題】 半導体基板外周部であって、サセプタの裏面側の上段座ぐり部に対応する位置の温度を下げ、基板裏面における外周部と内周部との熱的条件を一定にし、基板裏面における裏面デポの発生を抑制できるサセプタ及びそのサセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することで問題の解決を試みた。
【解決手段】 エピタキシャル層の気相成長を行う際に半導体基板を支持するサセプタであって、サセプタの上面には、内部に半導体基板が配置される座ぐりが形成され、該座ぐりは、半導体基板の外周縁部を支持する上段座ぐり部と、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部とを有する二段構造を成し、下段座ぐり部には、前記サセプタの裏面まで貫通し、気相成長を行う際にも開放状態となる貫通孔が形成されており、サセプタの裏面側には、上段座ぐり部に対応する位置に溝が設けられたものであることを特徴とするサセプタ。
【解決手段】 エピタキシャル層の気相成長を行う際に半導体基板を支持するサセプタであって、サセプタの上面には、内部に半導体基板が配置される座ぐりが形成され、該座ぐりは、半導体基板の外周縁部を支持する上段座ぐり部と、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部とを有する二段構造を成し、下段座ぐり部には、前記サセプタの裏面まで貫通し、気相成長を行う際にも開放状態となる貫通孔が形成されており、サセプタの裏面側には、上段座ぐり部に対応する位置に溝が設けられたものであることを特徴とするサセプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサセプタ及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関し、具体的には、エピタキシャル気相成長時に、ウェーハ裏面外周に発生する析出物（デポジション）を低減することができるサセプタ及び該サセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板であるシリコンウェーハのエピタキシャル成長において、外周抵抗率分布の向上や裏面外観の改善を目的として、しばしば、サセプタ裏面まで貫通し、開放された貫通孔が設けられたサセプタが用いられる（特許文献１）。サセプタに設けられた貫通孔によって、種々の品質改善が達成されたが、それと同時に、ウェーハの裏面外周部への局所的なデポジション（以下、「裏面デポ」と呼ぶ）が発生するようになった。
【０００３】
通常、原料ガスはウェーハ表面側に流されるが、エピタキシャル製造装置の機構上、サセプタの裏面にも原料ガスが回り込むことがある。サセプタの裏面に回りこんだ原料ガスは、サセプタの貫通孔から更にウェーハ裏面に回り込み、ウェーハ裏面で反応し、裏面デポが発生してしまう。
【０００４】
このとき、ウェーハの裏面デポは、サセプタとウェーハとの接触部近傍、即ち、ウェーハ裏面の外周部分（直径３００ｍｍのウェーハであれば、ウェーハの中心から半径１４７〜１４９ｍｍ程度の部分）で局所的に発生し、その高さは反応時間に応じて変化するが、数百ｎｍに至る。
【０００５】
裏面デポが発生したエピタキシャルウェーハの平坦度を裏面基準で測定した場合、その厚み形状は、外周部分で急激に増大した形となり、平坦度悪化の要因となる。デバイスが微細化され、ウェーハ外周部分にまで高平坦度が求められる昨今において、裏面デポは最先端品の製造に対して大きな妨げとなる。
【０００６】
従来、裏面デポはウェーハとサセプタとが接触または非常に近接して重なり合う部分、すなわちサセプタの載り代の部分に集中して発生し、裏面デポ高さはサセプタ側の加熱量に応じて変動することから、前記サセプタの載り代を可能な限り小さくする方法や、逆にサセプタの載り代を拡大し、裏面デポを連続的に発生させる方法、またはサセプタ下側のランプによるランプ加熱を低減するという方法などの対策が主として用いられ、対応されてきた。
【０００７】
しかしながら、上記の対策方法は、裏面デポに対しては有効ながらも、スリップ転位が発生しやすい、表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を損ねるといった弊害もあった。
【０００８】
また、ＣＶＤコールドウオール法で誘導加熱型サセプタにより基板を加熱する際に、サセプタ中心近傍に溝を形成することにより、該溝から高周波磁界をサセプタ内に侵入させ、サセプタ中心近傍を高温領域とすることによって、サセプタとウェーハとの接触面の温度分布を均一にすることができるサセプタ（特許文献２）や、サセプタ裏面に多数の凹凸を形成することによって、ヒーターからの熱の吸収面積を増大させることができるサセプタ（特許文献３）が従来から用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２２９３７０
【特許文献２】特開平１０−１２３６４
【特許文献３】実開平６−２３２４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体基板の外周縁部を支持する部分（以下、上段座ぐり部と呼ぶ）と、該上段座ぐり部よりも下段でかつサセプタ中心側に形成され、前記貫通孔を有する部分（以下、下段座ぐり部と呼ぶ）との二段構造で形成される座ぐりを有するサセプタにおいては、基板外周部の、特に上段座ぐり部では基板とサセプタとが接触し、かつ接触部以外も基板とサセプタとが近接しているため、裏面デポがあまり発生しない内周部よりも温度が高くなっていると考えられる。
【００１１】
そこで本発明は、上記事情に鑑み、裏面デポは基板とサセプタとの間の温度環境に密接な関係が有ると推察し、基板外周部であって、サセプタの裏面側の上段座ぐり部に対応する位置の温度を下げ、基板裏面における外周部と内周部との熱的条件を一定にし、基板裏面における裏面デポの発生を抑制できるサセプタ及びそのサセプタを用いてエピタキシャル層の気相成長を行うエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち本発明では、エピタキシャル層の気相成長を行う際に半導体基板を支持するサセプタであって、該サセプタの上面には、内部に前記半導体基板が配置される座ぐりが形成され、該座ぐりは、前記半導体基板の外周縁部を支持する上段座ぐり部と、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部とを有する二段構造を成し、前記下段座ぐり部には、前記サセプタの裏面まで貫通し、前記気相成長を行う際にも開放状態となる貫通孔が形成されており、前記サセプタの裏面側には、前記上段座ぐり部に対応する位置に溝が設けられたものであることを特徴とするサセプタを提供する。
【００１３】
このような溝が形成されたサセプタであれば、該形成された溝の側面積の分、サセプタ裏面の表面積が増大するため、サセプタ裏面からの放熱が増える。さらに、前記溝が形成されることによって段差が生まれ、ランプ等の加熱手段からの加熱光に対して影となる部分が生じるため、基板外周部の温度が下がり、基板外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができる。これによって裏面デポの発生を抑制し、基板表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を向上して高品質にすることができる。
【００１４】
またこのとき、前記溝は、複数の溝が放射状に配列されたものであることが好ましい。
【００１５】
このように配列された溝であれば、より効率的かつ均一に基板外周部の温度を下げ、基板外周部と内周部との熱的条件をより確実に一定にすることができる。
【００１６】
またこのとき、前記放射状の複数の溝は、それぞれ前記サセプタ上に載置される基板の半径方向の長さが、該基板半径の１／４以下であり、幅が５ｍｍ以下であって、深さが前記上段座ぐり部に対応する位置のサセプタの厚みの７５％以下であることが好ましい。
【００１７】
このように形成された溝であれば、本発明の十分な効果を得ることができるとともに、サセプタの強度も維持することができる。
【００１８】
また、本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法であって、本発明のサセプタを用いて、該サセプタの座ぐりに基板を載置し、原料ガスを流しながら前記基板上にエピタキシャル層の気相成長を行うことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【００１９】
このように気相成長を行うことによって、基板外周部の温度を下げ、基板裏面における外周部と内周部との熱的条件を一定にさせることができ、裏面デポの発生を抑制することによって基板表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を損ねることなく、高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板の表面上にエピタキシャル層を気相成長させる際に、基板外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができ、これによって裏面デポの発生を抑制し、基板表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を高品質にすることができるサセプタが提供される。また、こういったサセプタを用いて基板表面上にエピタキシャル層の気相成長を行うことにより、裏面デポの発生が抑制された高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明において用いられるエピタキシャル成長装置の概略断面図の一例を示した図である。
【図２】本発明のサセプタの概略底面図及び上段座ぐり部周辺の概略断面図の一例を示した図である。
【図３】サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置における表面積比（溝無しを１とする）と、製造されたエピタキシャルウェーハの外周部におけるエピタキシャル層の厚みの高低差との相関を示した図である。
【図４】サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置における表面積比（溝無しを１とする）と、半導体基板におけるエピタキシャル層気相成長後の最大裏面デポ高さとの相関を示した図である。
【図５】実施例及び比較例における結果を、ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔを用いて測定した結果を示した図である。
【図６】実施例及び比較例における結果を、ＵＡ３Ｐを用いて測定した結果を示した図である。
【図７】本発明が適用されるエピタキシャルウェーハの製造方法の処理の流れを示したフロー図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、半導体基板としてシリコンウェーハを用いた場合を例に挙げて図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されず、シリコンカーバイドウェーハや、ＧａＰウェーハ、ＧａＡｓウェーハなどの化合物半導体ウェーハ等にも用いることができる。
【００２３】
本発明のサセプタが用いられるエピタキシャル成長装置の一例の概略図を図１に示した。
エピタキシャル成長装置５１は、チャンバー５２と、チャンバー５２内部に配置されたサセプタ７１、サセプタを下方から支持し、回転上下動自在なサセプタ支持手段５３、チャンバー５２内にウェーハを搬入したり、逆に外へと搬出したりするためのウェーハ搬送口５４、チャンバー５２内に各種ガスを供給するガス導入管５５、ガス導入管５５に接続され、チャンバー５２内に水素ガスを供給する図示しない水素ガス供給手段及びシラン等の原料ガスを供給する図示しない原料ガス供給手段、チャンバー５２内から各種ガスを排出するガス排出管５７、チャンバー５２の外部に備えられた加熱手段５８、チャンバー５２内にシリコンウェーハを移送し、また、チャンバー５２内からシリコンウェーハを移送する図示しないウェーハ移送手段等から構成される。
【００２４】
尚、サセプタ７１には、リフトピン用貫通孔７３が形成されているものであってもよい。リフトピン用貫通孔７３には、リフトピン７５が挿通される。
また、チャンバー５２の内部にはリフトピン７５をサセプタ７１に対して相対的に上下させることができるリフトピン昇降手段を設けてもよい。
【００２５】
さらに、本発明であるサセプタ７１の拡大概略図を図２に示した。サセプタ７１には、載置するシリコンウェーハを位置決めする座ぐり７２が形成され、該座ぐり７２はウェーハＷの外周縁部を支持する上段座ぐり部７２ａと、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部７２ｂとを有する二段構造を成している。また、下段座ぐり部７２ｂの略全面に多数の貫通孔７４が形成されている。
【００２６】
また、サセプタ７１裏面の上段座ぐり部７２ａに対応する位置には溝７６が設けられている。
上記溝７６を設けたことにより、図２（ｂ）のＳで示される、サセプタ７１の裏面の前記上段座ぐり部７２ａに対応する位置の表面積が増大され、ウェーハＷ裏面からの放熱が増える。さらに、ランプ等の加熱手段５８からの加熱光に対して影となる部分も生じるため、ウェーハＷ外周部の温度が下がり、ウェーハＷ外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができる。これによって裏面デポの発生を抑制し、ウェーハＷ主表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布の劣化を抑制することができる。
【００２７】
このような溝７６は、図２（ａ）に示したように径方向に放射状に複数設けることによって、ウェーハＷ裏面外周部の表面積をさらに均一かつ効果的に増大させることができるため好ましい。また、放射状に複数設けられた溝７６それぞれのサイズを、ウェーハＷの半径方向の長さを該ウェーハ半径の１／４以下、幅を５ｍｍ以下、深さを上段座ぐり部７２ａに対応する位置のサセプタ７１の厚みの７５％以下とすれば、より効果的である。
尚、溝７６の形状としては、図２（ａ）に示したような角柱状に限定されず、例えば円柱状や半球状としても良い。また、例えばサセプタ７１の前記上段座ぐり部７２ａに対応する位置の全ての範囲を含むようにひとつのリング状の大きな溝を設けても良いが、前述のように溝を複数設けた方がより効果的であり、サセプタの強度上も問題が生じにくい。
【００２８】
このようなサセプタ７１を具備したエピタキシャル成長装置５１を用いて、以下のようにして、シリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層を気相成長させる。
【００２９】
本発明が適用されるエピタキシャルウェーハの製造方法の手順のフロー図を図７に示す。
まず、工程（ａ）では、エピタキシャル層を成長させる半導体基板（シリコンウェーハ）を準備する。
次に、工程（ｂ）において、シリコンウェーハに対し、適宜ＲＣＡ洗浄等の洗浄を行う。
この洗浄工程における洗浄法は、典型的なＲＣＡ洗浄の他、薬液の濃度や種類を通常行われる範囲で変更したものを用いることもできる。
【００３０】
次に、工程（ｃ）において、図示しないウェーハ移送手段を用いてチャンバー５２内にシリコンウェーハＷを移送し、本発明のサセプタ７１の座ぐり部７２に載置する。シリコンウェーハのサセプタ７１への載置方法は、リフトピン７５を用いる方法の他、通常用いられる載置方法を適用できる。
【００３１】
次に、工程（ｄ）では、チャンバー５２内に、水素ガス供給手段からガス導入管５５を通して、チャンバー５２内に水素ガスを導入し、加熱手段５８によって加熱して水素処理を行い、シリコンウェーハ表面に生じた自然酸化膜を除去する。
【００３２】
次に、工程（ｅ）において、シリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層の気相成長を行う。このエピタキシャル層の気相成長は、モノシランやトリクロロシラン、四塩化珪素などの原料ガスと、キャリアガスとなる水素ガスとをチャンバー５２内に導入し、加熱することによって行う。
このようにして、シリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハを製造することができる。
このとき本発明では、裏面の、上段座ぐり部に対応する位置に溝を有するサセプタを用いているので、ウェーハ外周部の裏面デポを抑制し、高品質なエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実験例、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、以下の実験例、実施例及び比較例において、エピタキシャルウェーハの膜厚及びシリコンウェーハの裏面デポを評価する装置として用いたＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）及びＵＡ３Ｐ（パナソニック（株）製）について説明する。
【００３４】
ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔとは、ウェーハに光を入射し、ウェーハからの反射光と基準面からの反射光との光学干渉によって生じる干渉縞の数と幅から、ウェーハ表面の変位量を計測することを原理とする測定器である。実際の測定においては、ウェーハ両面に前述の計測を行い、予め測定しておいた、ある特定の１点の厚みから全体の厚み変化を算出する。
また、ＵＡ３Ｐは触針式表面変位量によって測定を行う測定機である。探針を微弱な一定荷重で対象に押し当て、対象の凹凸に応じて動く針の変位量をレーザーで計測することを原理とする。
【００３５】
（実験例）
まずサセプタとして、サセプタ裏面に何も設けられていないもの、サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置に溝を複数設けることによって、何も設けなかったものに対して裏面外周部の表面積が３倍に増大されたもの、また同様にして裏面外周部の表面積が５倍に増大されたものを用意した。
これら、サセプタを具備するエピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、サセプタの座ぐりに半導体基板としてシリコンウェーハを載置し、ランプで加熱して原料ガスを流しながら直径３００ｍｍのシリコンウェーハ表面上に厚さ５μｍのエピタキシャル層の気相成長を行った。
このとき前記溝は、ウェーハ半径方向の長さが１０ｍｍ、幅が２ｍｍ、深さが２ｍｍである直方体状のものとして、放射状に設けた。また、反応圧力を常圧、反応温度を１１００℃、成長速度を２．５μｍ／ｍｉｎとした。
【００３６】
このとき、本発明の溝が設けられているサセプタの裏面部分に対応する位置であるシリコンウェーハの中心から半径１４７ｍｍおよび１４９ｍｍの２点において、前記サセプタを具備する各エピタキシャルウェーハ製造装置によって製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層形成前後でのウェーハ厚さ変化量をＷａｆｅｒＳｉｇｈｔで測定し、前記２点間のこの値（エピタキシャル層形成前後でのウェーハ厚さ変化量）の差を求めた。このときの結果を図３に示す。
また、上記範囲におけるシリコンウェーハ裏面のデポ高さを、ＵＡ３Ｐを用いて測定した。このときの結果を図４に示す。
【００３７】
図３及び図４から、サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置の表面積と、そのとき発生する裏面デポの高さには相関があることがわかる。これは、サセプタ裏面の表面積が増大することによって放熱量が増加し、さらに溝が設けられたことによってランプからの加熱光に対する影が生じたためであると考えられる。
【００３８】
（実施例）
裏面の上段座ぐり部に対応する位置に溝が設けられたサセプタを具備するエピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、サセプタの座ぐりに半導体基板としてシリコンウェーハを載置し、原料ガスを流しながら直径３００ｍｍのシリコンウェーハ表面上に厚さ５μｍのエピタキシャル層の気相成長を行った。
このとき前記溝は、ウェーハ半径方向の長さが１０ｍｍ、幅が２ｍｍ、深さが２ｍｍである直方体状のものとして、放射状に２４０箇所設けた。また、反応圧力を常圧、反応温度を１１００℃、成長速度を２．５μｍ／ｍｉｎとした。
このとき、シリコンウェーハの中心から半径１４７ｍｍ〜１４９ｍｍ程度の範囲、すなわち、本発明である溝が設けられているサセプタの裏面部分に対応する範囲において、前記サセプタを具備する各エピタキシャルウェーハ製造装置によって製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層形成前後でのウェーハ厚さ変化量をＷａｆｅｒＳｉｇｈｔで測定し、各測定点の値から平均の変化量を差し引いた値を求めた。このときの結果を図５に示す。
また、上記範囲におけるシリコンウェーハ裏面のデポ高さを、ＵＡ３Ｐを用いて測定した。このときの結果を図６に示す。
【００３９】
（比較例）
サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置に溝を設けなかったこと以外は実施例と同様に、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ表面上に厚さ５μｍのエピタキシャル層の気相成長を行った。
このとき、シリコンウェーハの中心から半径１４７ｍｍ〜１４９ｍｍ程度の範囲において、前記サセプタを具備する各エピタキシャルウェーハ製造装置によって製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層形成前後でのウェーハ厚さ変化量をＷａｆｅｒＳｉｇｈｔで測定し、各測定点の値から平均の変化量を差し引いた値を求めた。このときの結果を図５に示す。
また、上記範囲におけるシリコンウェーハ裏面のデポ高さを、ＵＡ３Ｐを用いて測定した。このときの結果を図６に示す。
【００４０】
実施例及び比較例からわかるように、サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置に溝を設けることによって、サセプタ裏面の表面積を増大させるとともにランプからの加熱光に対する影を生じさせることで、ウェーハ外周部の温度を下げ、ウェーハ外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができる。またこれによって裏面デポの発生を効果的に抑制し、ウェーハ表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を損ねることなく高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４２】
５１…エピタキシャル成長装置、 ５２…チャンバー、 ５３…サセプタ支持手段、
５４…ウェーハ搬送口、 ５５…ガス導入管、 ５７…ガス排出管、
５８…加熱手段、 ７１…サセプタ、 ７２…座ぐり、 ７２ａ…上段座ぐり部、
７２ｂ…下段座ぐり部、 ７３…リフトピン用貫通孔、 ７４…貫通孔、
７５…リフトピン、 ７６…溝、 Ｗ…ウェーハ。
【技術分野】
【０００１】
本発明はサセプタ及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関し、具体的には、エピタキシャル気相成長時に、ウェーハ裏面外周に発生する析出物（デポジション）を低減することができるサセプタ及び該サセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板であるシリコンウェーハのエピタキシャル成長において、外周抵抗率分布の向上や裏面外観の改善を目的として、しばしば、サセプタ裏面まで貫通し、開放された貫通孔が設けられたサセプタが用いられる（特許文献１）。サセプタに設けられた貫通孔によって、種々の品質改善が達成されたが、それと同時に、ウェーハの裏面外周部への局所的なデポジション（以下、「裏面デポ」と呼ぶ）が発生するようになった。
【０００３】
通常、原料ガスはウェーハ表面側に流されるが、エピタキシャル製造装置の機構上、サセプタの裏面にも原料ガスが回り込むことがある。サセプタの裏面に回りこんだ原料ガスは、サセプタの貫通孔から更にウェーハ裏面に回り込み、ウェーハ裏面で反応し、裏面デポが発生してしまう。
【０００４】
このとき、ウェーハの裏面デポは、サセプタとウェーハとの接触部近傍、即ち、ウェーハ裏面の外周部分（直径３００ｍｍのウェーハであれば、ウェーハの中心から半径１４７〜１４９ｍｍ程度の部分）で局所的に発生し、その高さは反応時間に応じて変化するが、数百ｎｍに至る。
【０００５】
裏面デポが発生したエピタキシャルウェーハの平坦度を裏面基準で測定した場合、その厚み形状は、外周部分で急激に増大した形となり、平坦度悪化の要因となる。デバイスが微細化され、ウェーハ外周部分にまで高平坦度が求められる昨今において、裏面デポは最先端品の製造に対して大きな妨げとなる。
【０００６】
従来、裏面デポはウェーハとサセプタとが接触または非常に近接して重なり合う部分、すなわちサセプタの載り代の部分に集中して発生し、裏面デポ高さはサセプタ側の加熱量に応じて変動することから、前記サセプタの載り代を可能な限り小さくする方法や、逆にサセプタの載り代を拡大し、裏面デポを連続的に発生させる方法、またはサセプタ下側のランプによるランプ加熱を低減するという方法などの対策が主として用いられ、対応されてきた。
【０００７】
しかしながら、上記の対策方法は、裏面デポに対しては有効ながらも、スリップ転位が発生しやすい、表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を損ねるといった弊害もあった。
【０００８】
また、ＣＶＤコールドウオール法で誘導加熱型サセプタにより基板を加熱する際に、サセプタ中心近傍に溝を形成することにより、該溝から高周波磁界をサセプタ内に侵入させ、サセプタ中心近傍を高温領域とすることによって、サセプタとウェーハとの接触面の温度分布を均一にすることができるサセプタ（特許文献２）や、サセプタ裏面に多数の凹凸を形成することによって、ヒーターからの熱の吸収面積を増大させることができるサセプタ（特許文献３）が従来から用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２２９３７０
【特許文献２】特開平１０−１２３６４
【特許文献３】実開平６−２３２４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体基板の外周縁部を支持する部分（以下、上段座ぐり部と呼ぶ）と、該上段座ぐり部よりも下段でかつサセプタ中心側に形成され、前記貫通孔を有する部分（以下、下段座ぐり部と呼ぶ）との二段構造で形成される座ぐりを有するサセプタにおいては、基板外周部の、特に上段座ぐり部では基板とサセプタとが接触し、かつ接触部以外も基板とサセプタとが近接しているため、裏面デポがあまり発生しない内周部よりも温度が高くなっていると考えられる。
【００１１】
そこで本発明は、上記事情に鑑み、裏面デポは基板とサセプタとの間の温度環境に密接な関係が有ると推察し、基板外周部であって、サセプタの裏面側の上段座ぐり部に対応する位置の温度を下げ、基板裏面における外周部と内周部との熱的条件を一定にし、基板裏面における裏面デポの発生を抑制できるサセプタ及びそのサセプタを用いてエピタキシャル層の気相成長を行うエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち本発明では、エピタキシャル層の気相成長を行う際に半導体基板を支持するサセプタであって、該サセプタの上面には、内部に前記半導体基板が配置される座ぐりが形成され、該座ぐりは、前記半導体基板の外周縁部を支持する上段座ぐり部と、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部とを有する二段構造を成し、前記下段座ぐり部には、前記サセプタの裏面まで貫通し、前記気相成長を行う際にも開放状態となる貫通孔が形成されており、前記サセプタの裏面側には、前記上段座ぐり部に対応する位置に溝が設けられたものであることを特徴とするサセプタを提供する。
【００１３】
このような溝が形成されたサセプタであれば、該形成された溝の側面積の分、サセプタ裏面の表面積が増大するため、サセプタ裏面からの放熱が増える。さらに、前記溝が形成されることによって段差が生まれ、ランプ等の加熱手段からの加熱光に対して影となる部分が生じるため、基板外周部の温度が下がり、基板外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができる。これによって裏面デポの発生を抑制し、基板表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を向上して高品質にすることができる。
【００１４】
またこのとき、前記溝は、複数の溝が放射状に配列されたものであることが好ましい。
【００１５】
このように配列された溝であれば、より効率的かつ均一に基板外周部の温度を下げ、基板外周部と内周部との熱的条件をより確実に一定にすることができる。
【００１６】
またこのとき、前記放射状の複数の溝は、それぞれ前記サセプタ上に載置される基板の半径方向の長さが、該基板半径の１／４以下であり、幅が５ｍｍ以下であって、深さが前記上段座ぐり部に対応する位置のサセプタの厚みの７５％以下であることが好ましい。
【００１７】
このように形成された溝であれば、本発明の十分な効果を得ることができるとともに、サセプタの強度も維持することができる。
【００１８】
また、本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法であって、本発明のサセプタを用いて、該サセプタの座ぐりに基板を載置し、原料ガスを流しながら前記基板上にエピタキシャル層の気相成長を行うことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【００１９】
このように気相成長を行うことによって、基板外周部の温度を下げ、基板裏面における外周部と内周部との熱的条件を一定にさせることができ、裏面デポの発生を抑制することによって基板表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を損ねることなく、高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板の表面上にエピタキシャル層を気相成長させる際に、基板外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができ、これによって裏面デポの発生を抑制し、基板表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を高品質にすることができるサセプタが提供される。また、こういったサセプタを用いて基板表面上にエピタキシャル層の気相成長を行うことにより、裏面デポの発生が抑制された高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明において用いられるエピタキシャル成長装置の概略断面図の一例を示した図である。
【図２】本発明のサセプタの概略底面図及び上段座ぐり部周辺の概略断面図の一例を示した図である。
【図３】サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置における表面積比（溝無しを１とする）と、製造されたエピタキシャルウェーハの外周部におけるエピタキシャル層の厚みの高低差との相関を示した図である。
【図４】サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置における表面積比（溝無しを１とする）と、半導体基板におけるエピタキシャル層気相成長後の最大裏面デポ高さとの相関を示した図である。
【図５】実施例及び比較例における結果を、ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔを用いて測定した結果を示した図である。
【図６】実施例及び比較例における結果を、ＵＡ３Ｐを用いて測定した結果を示した図である。
【図７】本発明が適用されるエピタキシャルウェーハの製造方法の処理の流れを示したフロー図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、半導体基板としてシリコンウェーハを用いた場合を例に挙げて図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されず、シリコンカーバイドウェーハや、ＧａＰウェーハ、ＧａＡｓウェーハなどの化合物半導体ウェーハ等にも用いることができる。
【００２３】
本発明のサセプタが用いられるエピタキシャル成長装置の一例の概略図を図１に示した。
エピタキシャル成長装置５１は、チャンバー５２と、チャンバー５２内部に配置されたサセプタ７１、サセプタを下方から支持し、回転上下動自在なサセプタ支持手段５３、チャンバー５２内にウェーハを搬入したり、逆に外へと搬出したりするためのウェーハ搬送口５４、チャンバー５２内に各種ガスを供給するガス導入管５５、ガス導入管５５に接続され、チャンバー５２内に水素ガスを供給する図示しない水素ガス供給手段及びシラン等の原料ガスを供給する図示しない原料ガス供給手段、チャンバー５２内から各種ガスを排出するガス排出管５７、チャンバー５２の外部に備えられた加熱手段５８、チャンバー５２内にシリコンウェーハを移送し、また、チャンバー５２内からシリコンウェーハを移送する図示しないウェーハ移送手段等から構成される。
【００２４】
尚、サセプタ７１には、リフトピン用貫通孔７３が形成されているものであってもよい。リフトピン用貫通孔７３には、リフトピン７５が挿通される。
また、チャンバー５２の内部にはリフトピン７５をサセプタ７１に対して相対的に上下させることができるリフトピン昇降手段を設けてもよい。
【００２５】
さらに、本発明であるサセプタ７１の拡大概略図を図２に示した。サセプタ７１には、載置するシリコンウェーハを位置決めする座ぐり７２が形成され、該座ぐり７２はウェーハＷの外周縁部を支持する上段座ぐり部７２ａと、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部７２ｂとを有する二段構造を成している。また、下段座ぐり部７２ｂの略全面に多数の貫通孔７４が形成されている。
【００２６】
また、サセプタ７１裏面の上段座ぐり部７２ａに対応する位置には溝７６が設けられている。
上記溝７６を設けたことにより、図２（ｂ）のＳで示される、サセプタ７１の裏面の前記上段座ぐり部７２ａに対応する位置の表面積が増大され、ウェーハＷ裏面からの放熱が増える。さらに、ランプ等の加熱手段５８からの加熱光に対して影となる部分も生じるため、ウェーハＷ外周部の温度が下がり、ウェーハＷ外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができる。これによって裏面デポの発生を抑制し、ウェーハＷ主表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布の劣化を抑制することができる。
【００２７】
このような溝７６は、図２（ａ）に示したように径方向に放射状に複数設けることによって、ウェーハＷ裏面外周部の表面積をさらに均一かつ効果的に増大させることができるため好ましい。また、放射状に複数設けられた溝７６それぞれのサイズを、ウェーハＷの半径方向の長さを該ウェーハ半径の１／４以下、幅を５ｍｍ以下、深さを上段座ぐり部７２ａに対応する位置のサセプタ７１の厚みの７５％以下とすれば、より効果的である。
尚、溝７６の形状としては、図２（ａ）に示したような角柱状に限定されず、例えば円柱状や半球状としても良い。また、例えばサセプタ７１の前記上段座ぐり部７２ａに対応する位置の全ての範囲を含むようにひとつのリング状の大きな溝を設けても良いが、前述のように溝を複数設けた方がより効果的であり、サセプタの強度上も問題が生じにくい。
【００２８】
このようなサセプタ７１を具備したエピタキシャル成長装置５１を用いて、以下のようにして、シリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層を気相成長させる。
【００２９】
本発明が適用されるエピタキシャルウェーハの製造方法の手順のフロー図を図７に示す。
まず、工程（ａ）では、エピタキシャル層を成長させる半導体基板（シリコンウェーハ）を準備する。
次に、工程（ｂ）において、シリコンウェーハに対し、適宜ＲＣＡ洗浄等の洗浄を行う。
この洗浄工程における洗浄法は、典型的なＲＣＡ洗浄の他、薬液の濃度や種類を通常行われる範囲で変更したものを用いることもできる。
【００３０】
次に、工程（ｃ）において、図示しないウェーハ移送手段を用いてチャンバー５２内にシリコンウェーハＷを移送し、本発明のサセプタ７１の座ぐり部７２に載置する。シリコンウェーハのサセプタ７１への載置方法は、リフトピン７５を用いる方法の他、通常用いられる載置方法を適用できる。
【００３１】
次に、工程（ｄ）では、チャンバー５２内に、水素ガス供給手段からガス導入管５５を通して、チャンバー５２内に水素ガスを導入し、加熱手段５８によって加熱して水素処理を行い、シリコンウェーハ表面に生じた自然酸化膜を除去する。
【００３２】
次に、工程（ｅ）において、シリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層の気相成長を行う。このエピタキシャル層の気相成長は、モノシランやトリクロロシラン、四塩化珪素などの原料ガスと、キャリアガスとなる水素ガスとをチャンバー５２内に導入し、加熱することによって行う。
このようにして、シリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハを製造することができる。
このとき本発明では、裏面の、上段座ぐり部に対応する位置に溝を有するサセプタを用いているので、ウェーハ外周部の裏面デポを抑制し、高品質なエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実験例、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、以下の実験例、実施例及び比較例において、エピタキシャルウェーハの膜厚及びシリコンウェーハの裏面デポを評価する装置として用いたＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）及びＵＡ３Ｐ（パナソニック（株）製）について説明する。
【００３４】
ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔとは、ウェーハに光を入射し、ウェーハからの反射光と基準面からの反射光との光学干渉によって生じる干渉縞の数と幅から、ウェーハ表面の変位量を計測することを原理とする測定器である。実際の測定においては、ウェーハ両面に前述の計測を行い、予め測定しておいた、ある特定の１点の厚みから全体の厚み変化を算出する。
また、ＵＡ３Ｐは触針式表面変位量によって測定を行う測定機である。探針を微弱な一定荷重で対象に押し当て、対象の凹凸に応じて動く針の変位量をレーザーで計測することを原理とする。
【００３５】
（実験例）
まずサセプタとして、サセプタ裏面に何も設けられていないもの、サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置に溝を複数設けることによって、何も設けなかったものに対して裏面外周部の表面積が３倍に増大されたもの、また同様にして裏面外周部の表面積が５倍に増大されたものを用意した。
これら、サセプタを具備するエピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、サセプタの座ぐりに半導体基板としてシリコンウェーハを載置し、ランプで加熱して原料ガスを流しながら直径３００ｍｍのシリコンウェーハ表面上に厚さ５μｍのエピタキシャル層の気相成長を行った。
このとき前記溝は、ウェーハ半径方向の長さが１０ｍｍ、幅が２ｍｍ、深さが２ｍｍである直方体状のものとして、放射状に設けた。また、反応圧力を常圧、反応温度を１１００℃、成長速度を２．５μｍ／ｍｉｎとした。
【００３６】
このとき、本発明の溝が設けられているサセプタの裏面部分に対応する位置であるシリコンウェーハの中心から半径１４７ｍｍおよび１４９ｍｍの２点において、前記サセプタを具備する各エピタキシャルウェーハ製造装置によって製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層形成前後でのウェーハ厚さ変化量をＷａｆｅｒＳｉｇｈｔで測定し、前記２点間のこの値（エピタキシャル層形成前後でのウェーハ厚さ変化量）の差を求めた。このときの結果を図３に示す。
また、上記範囲におけるシリコンウェーハ裏面のデポ高さを、ＵＡ３Ｐを用いて測定した。このときの結果を図４に示す。
【００３７】
図３及び図４から、サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置の表面積と、そのとき発生する裏面デポの高さには相関があることがわかる。これは、サセプタ裏面の表面積が増大することによって放熱量が増加し、さらに溝が設けられたことによってランプからの加熱光に対する影が生じたためであると考えられる。
【００３８】
（実施例）
裏面の上段座ぐり部に対応する位置に溝が設けられたサセプタを具備するエピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、サセプタの座ぐりに半導体基板としてシリコンウェーハを載置し、原料ガスを流しながら直径３００ｍｍのシリコンウェーハ表面上に厚さ５μｍのエピタキシャル層の気相成長を行った。
このとき前記溝は、ウェーハ半径方向の長さが１０ｍｍ、幅が２ｍｍ、深さが２ｍｍである直方体状のものとして、放射状に２４０箇所設けた。また、反応圧力を常圧、反応温度を１１００℃、成長速度を２．５μｍ／ｍｉｎとした。
このとき、シリコンウェーハの中心から半径１４７ｍｍ〜１４９ｍｍ程度の範囲、すなわち、本発明である溝が設けられているサセプタの裏面部分に対応する範囲において、前記サセプタを具備する各エピタキシャルウェーハ製造装置によって製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層形成前後でのウェーハ厚さ変化量をＷａｆｅｒＳｉｇｈｔで測定し、各測定点の値から平均の変化量を差し引いた値を求めた。このときの結果を図５に示す。
また、上記範囲におけるシリコンウェーハ裏面のデポ高さを、ＵＡ３Ｐを用いて測定した。このときの結果を図６に示す。
【００３９】
（比較例）
サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置に溝を設けなかったこと以外は実施例と同様に、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ表面上に厚さ５μｍのエピタキシャル層の気相成長を行った。
このとき、シリコンウェーハの中心から半径１４７ｍｍ〜１４９ｍｍ程度の範囲において、前記サセプタを具備する各エピタキシャルウェーハ製造装置によって製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層形成前後でのウェーハ厚さ変化量をＷａｆｅｒＳｉｇｈｔで測定し、各測定点の値から平均の変化量を差し引いた値を求めた。このときの結果を図５に示す。
また、上記範囲におけるシリコンウェーハ裏面のデポ高さを、ＵＡ３Ｐを用いて測定した。このときの結果を図６に示す。
【００４０】
実施例及び比較例からわかるように、サセプタ裏面の上段座ぐり部に対応する位置に溝を設けることによって、サセプタ裏面の表面積を増大させるとともにランプからの加熱光に対する影を生じさせることで、ウェーハ外周部の温度を下げ、ウェーハ外周部と内周部との熱的条件を一定にすることができる。またこれによって裏面デポの発生を効果的に抑制し、ウェーハ表面のナノトポロジーや外周抵抗率分布を損ねることなく高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４２】
５１…エピタキシャル成長装置、 ５２…チャンバー、 ５３…サセプタ支持手段、
５４…ウェーハ搬送口、 ５５…ガス導入管、 ５７…ガス排出管、
５８…加熱手段、 ７１…サセプタ、 ７２…座ぐり、 ７２ａ…上段座ぐり部、
７２ｂ…下段座ぐり部、 ７３…リフトピン用貫通孔、 ７４…貫通孔、
７５…リフトピン、 ７６…溝、 Ｗ…ウェーハ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル層の気相成長を行う際に半導体基板を支持するサセプタであって、該サセプタの上面には、内部に前記半導体基板が配置される座ぐりが形成され、該座ぐりは、前記半導体基板の外周縁部を支持する上段座ぐり部と、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部とを有する二段構造を成し、前記下段座ぐり部には、前記サセプタの裏面まで貫通し、前記気相成長を行う際にも開放状態となる貫通孔が形成されており、前記サセプタの裏面側には、前記上段座ぐり部に対応する位置に溝が設けられたものであることを特徴とするサセプタ。
【請求項２】
前記溝は、複数の溝が放射状に配列されたものであることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
【請求項３】
前記放射状の複数の溝は、それぞれ前記サセプタ上に載置される基板の半径方向の長さが、該基板半径の１／４以下であり、幅が５ｍｍ以下であって、深さが前記上段座ぐり部に対応する位置のサセプタの厚みの７５％以下であることを特徴とする請求項２に記載のサセプタ。
【請求項４】
エピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のサセプタを用いて、該サセプタの座ぐりに半導体基板を載置し、原料ガスを流しながら前記基板上にエピタキシャル層の気相成長を行うことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１】
エピタキシャル層の気相成長を行う際に半導体基板を支持するサセプタであって、該サセプタの上面には、内部に前記半導体基板が配置される座ぐりが形成され、該座ぐりは、前記半導体基板の外周縁部を支持する上段座ぐり部と、該上段座ぐり部よりも下段でかつ中心側に形成された下段座ぐり部とを有する二段構造を成し、前記下段座ぐり部には、前記サセプタの裏面まで貫通し、前記気相成長を行う際にも開放状態となる貫通孔が形成されており、前記サセプタの裏面側には、前記上段座ぐり部に対応する位置に溝が設けられたものであることを特徴とするサセプタ。
【請求項２】
前記溝は、複数の溝が放射状に配列されたものであることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
【請求項３】
前記放射状の複数の溝は、それぞれ前記サセプタ上に載置される基板の半径方向の長さが、該基板半径の１／４以下であり、幅が５ｍｍ以下であって、深さが前記上段座ぐり部に対応する位置のサセプタの厚みの７５％以下であることを特徴とする請求項２に記載のサセプタ。
【請求項４】
エピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のサセプタを用いて、該サセプタの座ぐりに半導体基板を載置し、原料ガスを流しながら前記基板上にエピタキシャル層の気相成長を行うことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１８６３０６（Ｐ２０１２−１８６３０６Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８１５９（Ｐ２０１１−４８１５９）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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