(57)【要約】【課題】本発明は、成膜工程における金属汚染を抑え、ウェーハ上に均一に成膜することができ、歩留の低下を抑えるとともに、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能なサセプタ、半導体製造装置および半導体製造方法を提供する。【解決手段】本発明のサセプタは、ウェーハｗを載置する環状の第１のサセプタパーツ２１と、ウェーハを保持するための円状の第１の凹部２２ａと、第１の凹部２２ａ中に形成され、第１のサセプタパーツ２１を突出あるいは陥没させることなく収納する環状の第２の凹部２２ｂと、この第２の凹部２２ｂ中に形成され、第１のサセプタパーツ２１により遮蔽される複数の開口部２２ｃを有する第２のサセプタパーツ２２を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハを載置する環状の第１のサセプタパーツと、
前記ウェーハを保持するための円状の第１の凹部と、前記第１の凹部中に形成され、前記第１のサセプタパーツを突出あるいは陥没させることなく収納する環状の第２の凹部と、この第２の凹部中に形成され、前記第１のサセプタパーツにより遮蔽される複数の開口部を有する第２のサセプタパーツを備えることを特徴とするサセプタ。
【請求項２】
前記第１のサセプタパーツおよび前記第２の凹部の壁面は、テーパを有す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】
前記第２のサセプタパーツをその外周で保持する第３のサセプタパーツを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサセプタ。
【請求項４】
ウェーハが導入される反応炉と、
前記反応炉にプロセスガスを供給するためのガス供給機構と、
前記反応炉よりガスを排出するためのガス排出機構と、
前記ウェーハを載置する環状の第１のサセプタパーツと、前記ウェーハを保持するための円状の第１の凹部と、前記第１の凹部中に形成され、前記第１のサセプタパーツを突出あるいは陥没させることなく収納する環状の第２の凹部と、この第２の凹部中に形成され、前記第１のサセプタパーツにより遮蔽される複数の開口部を有する第２のサセプタパーツを有するサセプタと、
前記ウェーハを前記サセプタの下部より加熱するためのヒータと、
前記ウェーハを回転させるための回転機構と、
前記第１のサセプタパーツを上昇・下降させるための上下駆動機構を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
反応炉内にウェーハを搬入し、
前記反応炉内に設置され、前記ウェーハを載置するための環状の第１のサセプタパーツを、前記ウェーハを保持するための第２のサセプタパーツに形成された円状の第１の凹部中に設けられた環状の第２の凹部中に形成された開口部を貫通する突き上げピンにより上昇させて、前記第１のサセプタパーツ上に前記ウェーハを載置し、
前記第１のサセプタパーツを下降させ、前記第１のサセプタパーツを突出あるいは陥没させることなく前記第２の凹部中に収納するとともに、前記第２の凹部中に形成された開口部を遮蔽し、前記ウェーハを前記第１の凹部中に保持し、
前記ウェーハを前記第１のサセプタパーツおよび前記第２のサセプタパーツを介して加熱し、
前記ウェーハを回転させ、
前記ウェーハ上にプロセスガスを供給することを特徴とする半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェーハの裏面より加熱しながら表面に反応ガスを供給して成膜を行なうために用いられ、半導体ウェーハを保持するためのサセプタと、半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の低価格化、高性能化の要求に伴い、ウェーハの成膜工程における高い生産性とともに、膜厚均一性の向上など高品質化が要求されている。
【０００３】
このような要求を満たすために、枚葉式のエピタキシャル成膜装置を用い、例えば９００ｒｐｍ以上で高速回転しながら、プロセスガスを供給し、ヒータを用いて裏面より加熱する裏面加熱方式が用いられている。
【０００４】
近年、半導体装置の微細化、高機能化に伴い、成膜工程における金属汚染のレベルには高い水準が要求されている。上述した裏面加熱方式においては、ウェーハの下方に熱源、回転機構を有しており、これら熱源、回転機構と完全に分離されていないことから、金属原子の拡散、移動により、ウェーハ汚染が生じるという問題がある。
【０００５】
通常ウェーハは、成膜装置（反応炉）内において、サセプタにより保持され、搬送の際には、サセプタに設けられたピン穴を貫通する突き上げピンにより、上昇移動される。そのため、特にピン穴からのウェーハ汚染を遮断することが困難であるという問題がある。
【０００６】
一方、例えば特許文献１において、ウェーハ温度分布の均一性を図るために、ピン穴を設けないサセプタの構造が提案されている。しかしながら、実際にピン穴を有していないサセプタ構造とすると、ウェーハを載置する際に、ウェーハ下部に気体の層が形成され、ウェーハが浮かび上がるため、安定して保持することが困難である。さらに、ウェーハを加熱し、回転させて、プロセスガスを供給することにより成膜する際、このような不安定な状態では、均一な成膜が困難である。
【０００７】
そして、均一な成膜を行うためにはウェーハを高速回転させる必要があるが、このような不安定な状態では、高速回転時にウェーハがサセプタの載置位置から外れる可能性があり、高速回転による均一な成膜が困難となるという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−４３３０２号公報（[００１９]〜[００２２]、[００３６]、図１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、サセプタに設けられるピン穴からの汚染を遮断するために、ピン穴を設けないサセプタ構造とすると、ウェーハを安定して保持し、均一に成膜することが困難となる。そこで、サセプタ上に複数の突起を設け、その上にウェーハを載置することが考えられるが、ウェーハの温度分布の均一性を得ることができず、均一に成膜することが困難であるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、成膜工程における金属汚染を抑え、ウェーハ上に均一に成膜することができ、歩留の低下を抑えるとともに、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能なサセプタ、半導体製造装置および半導体製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のサセプタは、ウェーハを載置する環状の第１のサセプタパーツと、ウェーハを保持するための円状の第１の凹部と、第１の凹部中に形成され、第１のサセプタパーツを突出あるいは陥没させることなく収納する環状の第２の凹部と、この第２の凹部中に形成され、第１のサセプタパーツにより遮蔽される複数の開口部を有する第２のサセプタパーツを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のサセプタにおいて、第１のサセプタパーツおよび第２の凹部の壁面は、テーパを有することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明のサセプタにおいて、第２のサセプタパーツをその外周で保持する第３のサセプタパーツを備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の半導体製造装置は、ウェーハが導入される反応炉と、反応炉にプロセスガスを供給するためのガス供給機構と、反応炉よりガスを排出するためのガス排出機構と、ウェーハを載置する環状の第１のサセプタパーツと、ウェーハを保持するための円状の第１の凹部と、第１の凹部中に形成され、第１のサセプタパーツを突出あるいは陥没させることなく収納する環状の第２の凹部と、この第２の凹部中に形成され、第１のサセプタパーツにより遮蔽される複数の開口部を有する第２のサセプタパーツを有するサセプタと、ウェーハをサセプタの下部より加熱するためのヒータと、ウェーハを回転させるための回転機構と、第１のサセプタパーツを上昇・下降させるための上下駆動機構を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の半導体製造方法は、反応炉内にウェーハを搬入し、反応炉内に設置され、ウェーハを載置するための環状の第１のサセプタパーツを、ウェーハを保持するための第２のサセプタパーツに形成された円状の第１の凹部中に設けられた環状の第２の凹部中に形成された開口部を貫通する突き上げピンにより上昇させて、第１のサセプタパーツ上にウェーハを載置し、第１のサセプタパーツを下降させ、第１のサセプタパーツを突出あるいは陥没させることなく第２の凹部中に収納するとともに、第２の凹部中に形成された開口部を遮蔽し、ウェーハを第１の凹部中に保持し、ウェーハを第１のサセプタパーツおよび第２のサセプタパーツを介して加熱し、ウェーハを回転させ、ウェーハ上にプロセスガスを供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体装置の成膜工程における金属汚染を抑え、ウェーハ上に均一に成膜することができ、歩留の低下を抑えるとともに、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１７】
図１に本実施形態の半導体製造装置であるエピタキシャル成長装置の断面図を示す。図に示すように、例えばφ２００ｍｍのウェーハｗが成膜処理される反応室１１には、反応室１１上方より、ＴＣＳ、ジクロロシランなどのソースガスを含むプロセスガスをウェーハｗ上に供給するためのガス供給機構（図示せず）と接続されたガス供給口１２が設置されている。そして、反応室１１下方には、例えば２箇所にガスを排出し、反応室１１内の圧力を一定（常圧）に制御するためのガス排出機構(図示せず)と接続されたガス排出口１３が設置されている。
【００１８】
反応室１１上部には、ガス供給口１２から供給されたプロセスガスを、ウェーハｗ上に整流状態で供給するための整流板１４が設置されている。
【００１９】
反応室１１の下方には、モータ（図示せず）、回転軸（図示せず）、リング１５ａなどから構成されるウェーハｗを回転させるための回転駆動機構１５と、回転駆動機構１５と接続され、ウェーハｗを保持するためのサセプタ１６が設置されている。
【００２０】
サセプタ１６の下方には、例えばＳｉＣからなるウェーハｗを加熱するためのインヒータ１７ａが設置されている。さらに、サセプタ１７とインヒータ１７ａの間には、例えばＳｉＣからなるウェーハｗの周縁部を加熱するためのアウトヒータ１７ｂが設置されている。インヒータ１７ａの下部には、ウェーハｗを効率的に加熱するための円盤状のリフレクター１８が設置されている。そして、インヒータ１７ａ、リフレクター１８を貫通するように設けられ、ウェーハｗを上下に移動させるための突き上げピン１９が設置されている。
【００２１】
図２にサセプタ１６の拡大図を示す。ＳｉＣなどからなるサセプタ１６は、図に示すように、第１のサセプタパーツであるインナーサセプタ２１、第２のサセプタパーツであるミッドサセプタ２２、第３のサセプタパーツであるアウターサセプタ２３から構成されている。
【００２２】
インナーサセプタ２１は、例えば内径φ１５０〜１７０ｍｍ、外径φ１９０ｍｍの環状で、ウェーハｗを載置した状態あるいは載置しない状態で、下方から突き上げピン１９により上下させることが可能となっている。そして、その側面には例えば１５°のテーパが設けられている。
【００２３】
ミッドサセプタ２２は、円盤状で、ウェーハｗを保持するための円状の凹部２２ａと、凹部２２ａ中に形成され、側面に例えば１５°のテーパを有し、インナーサセプタを突出あるいは陥没させることなく収納する環状の凹部２２ｂと、この第２の凹部中に形成され、突き上げピン１９を貫通させる複数の開口部２２ｃが形成されている。開口部２２ｃは、インナーサセプタ２１により遮蔽することが可能となっている。そして、外周部には上部側が突出した段部２２ｄが形成されている。
【００２４】
アウターサセプタ２３は、内周に下部側が突出した段部２３ａが形成されており、段部２２ｂを段部２３ａ上に配置することにより、ミッドサセプタ２２を保持する。そして、外周において回転駆動機構１５と接続されている。
【００２５】
このような半導体製造装置を用いて、ウェーハｗ上に例えばＳｉエピタキシャル膜を形成する。先ず、例えばφ２００ｍｍのウェーハｗを、反応室１１に導入し、図３に示すように、突き上げピン１９により上昇させたインナーサセプタ２１上に載置する。そして、突き上げピン１９を下降させることにより、インナーサセプタ２１をミッドサセプタ２２の凹部２２ｂ中に収納する。
【００２６】
このとき、インナーサセプタ２１の上面は、ミッドサセプタの凹部２２ａの底面より突出あるいは陥没させることなく収納されている。すなわち、インナーサセプタ２１の上面と、ミッドサセプタの凹部２２ａの底面は、同一平面を構成しており、ウェーハｗの裏面は、インナーサセプタ２１の上面と、ミッドサセプタの凹部２２ａの底面と均一に接触している。
【００２７】
次いで、ウェーハｗの温度が１１００℃となるように、インヒータ１７ａを１４００℃、アウトヒータ１７ｂを１５００℃程度に温度制御する。そして、ウェーハｗを、回転駆動機構１５により例えば９００ｒｐｍで回転させるとともに、プロセスガスをガス供給口１２より整流板１４を介して整流状態でウェーハｗ上供給する。プロセスガスは、例えばＴＣＳ濃度が２．５％となるように調製し、例えば５０ＳＬＭで供給する。
【００２８】
一方、余剰となったＴＣＳを含むプロセスガス、希釈ガス、反応副生成物であるＨＣｌなどのガスを、ガス排出口１３より排出し、反応室１１内の圧力を一定（例えば常圧）に制御し、ウェーハｗ上にＳｉエピタキシャル膜を成長させる。
【００２９】
このように、サセプタを分割し、インナーサセプタ２１を環状とすることにより、ウェーハｗの面積に対して比較的小さい接触面積でウェーハｗをインナーサセプタ２１上に載置することができる。従って、ウェーハ下部に形成される気体の層の影響は抑えられるため、ウェーハｗの浮き上がりを抑制することができ、ウェーハｗの温度分布のばらつきをおさえることが可能となる。
【００３０】
図４に、エピタキシャル膜形成時のウェーハｗ温度の位置依存性を示す。なお、図５に比較例として、円形のインナーサセプタに形成された複数の突起上にウェーハを載置して、同様にエピタキシャル膜を形成したときのウェーハｗ温度の位置依存性を示す。これら図に示すように、本実施形態によれば、特にウェーハの周縁部における温度上昇を従来の６２〜７５％程度に抑えることが可能となり、例えば面内の膜厚のばらつきが０．５％以下の均一なエピタキシャル膜を形成することが可能となる。
【００３１】
また、温度分布のばらつきに起因する結晶方向のせん断応力で規定されるスリップ応力についても、従来の５８〜９４％程度に抑えることができ、ウェーハｗへのスリップの発生を抑えることが可能となる。
【００３２】
また、このようにして形成されたエピタキシャル膜において、ＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ）法によるＦｅの拡散長が例えば４００μｍとなり、十分に金属汚染が抑えることが可能となる。
【００３３】
本実施形態において、サセプタをインナーサセプタ２１、ミッドサセプタ２２、アウターサセプタ２３の３分割としたが、ミッドサセプタとアウターサセプタは一体化していてもよい。しかしながら、本実施形態のように３分割とすることにより、さらに熱応力を抑えることが可能となる。従って、熱ストレスに起因する破損を抑制し、メンテナンス頻度を低減させることにより、生産性の低下を抑えることが可能となる。
【００３４】
また、インナーサセプタ２１の側面およびミッドサセプタ２２の凹部２２ｂの側面に、それぞれ１５°のテーパを設けたが、テーパを設けることにより、インナーサセプタ２１の凹部２２ｂへの収納が容易となる。また、突き上げピン１９によるインナーサセプタ２１の下降時（あるいは上昇時）に若干の位置ずれが生じても、凹部２２ｂに収納することが可能となる。このとき、テーパ角度は１０〜３０°が好ましい。１０°未満であると、インナーサセプタ２１の凹部２２ｂへの収納時の位置ずれマージンが小さくなる。一方、３０°を超えると、ウェーハｗとインナーサセプタ２１の接触面積が大きくなり、ウェーハ下部に形成される気体の層の影響を受けてしまう。より好ましくは１５±２°である。
【００３５】
さらに、図６にインナーサセプタ２１’とミッドサセプタ２２’の接触部の部分拡大図を示すように、インナーサセプタ２１’の側面およびミッドサセプタ２２’の凹部２２ｂ’の側面に段部を設けてもよい。段部を設けることにより、裏面からの金属汚染をより抑えることが可能となる。
【００３６】
また、サセプタ材料としてＳｉＣを用いたが、加工性、高温安定性の観点で好ましい。ＳｉＣは、焼結体を用いることが可能であり、さらに高純度のＳｉＣを被覆してもよい。また、カーボンに高純度のＳｉＣを被覆したものも用いることができる。
【００３７】
これら実施形態によれば、半導体ウェーハｗにエピタキシャル膜などの膜を高い生産性で安定して形成することが可能となる。そして、ウェーハの歩留り向上と共に、素子形成工程及び素子分離工程を経て形成される半導体装置の歩留りの向上、素子特性の安定を図ることが可能となる。特にＮ型ベース領域、Ｐ型ベース領域や、絶縁分離領域などに１００μｍ以上の厚膜成長が必要な、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワー半導体装置のエピタキシャル形成工程に適用されることにより、良好な素子特性を得ることが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態においては、Ｓｉ単結晶層（エピタキシャル膜）形成の場合を説明したが、本実施形態は、ポリＳｉ層形成時にも適用することも可能である。また、例えばＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜などＳｉ膜以外の成膜や、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなど化合物半導体などにおいても適用することも可能である。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一態様の半導体製造装置の断面を示す図。
【図２】本発明の一態様におけるサセプタを示す図。
【図３】本発明の一態様における半導体装置の製造工程を示す図。
【図４】本発明の一態様におけるエピタキシャル膜形成時のウェーハｗ温度の位置依存性を示す図。
【図５】比較例におけるエピタキシャル膜形成時のウェーハｗ温度の位置依存性を示す図。
【図６】本発明の一態様におけるサセプタの部分拡大図。
【符号の説明】
【００４０】
１１…反応室
１２…ガス供給口
１３…ガス排出口
１４…整流板
１５…回転駆動機構
１６…サセプタ
１７ａ…インヒータ
１７ｂ…アウトヒータ
１８…リフレクター
１９…突き上げピン
２１…インナーサセプタ
２２…ミッドサセプタ
２３…アウターサセプタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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