(57)【要約】【課題】気相成長装置のサセプタの凹部においてシリコンウェーハの移動を防止し、ウェーハの周縁部が凹部の内周面に接触することを防止してそのウェーハの割れを回避する。【解決手段】エピタキシャルウェーハの製造方法は、サセプタ２０の凹部２１にシリコンウェーハ１０を収容してサセプタを回転させるとともに昇温させた後にシリコンウェーハの主面にエピタキシャル層を形成する。シリコンウェーハの凹部への収納はシリコンウェーハの周縁部１１が凹部の内周面に接触しないように凹部の中央に設置する。昇温はサセプタを回転させないか或いは０．５ｒｐｍ以下の一定速度で回転させつつ行われ、シリコンウェーハが昇温されて８００〜１１００℃の一定温度に達した後にサセプタの回転速度を増加る。サセプタの回転速度が４〜８ｒｐｍの一定速度に達した後に反応炉にシリコン原料含有ガスを供給してシリコンウェーハの主面にエピタキシャル層を形成する。【選択図】  図１
2010027881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置の反応炉内部に回転可能に設けられたサセプタ(20)の凹部(21)にシリコンウェーハ(10)を収容して前記サセプタ(20)を回転させるとともに昇温させた後、前記反応炉にシリコン原料含有ガスを供給して前記シリコンウェーハ(10)の主面にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記シリコンウェーハ(10)の周縁部(11)と前記凹部(21)の内周面とに間隙をもたせて前記シリコンウェーハ(10)を前記凹部(21)の中央に設置し、
前記シリコンウェーハ(10)の昇温は前記サセプタ(20)を回転させないか或いは０．５ｒｐｍ以下の一定速度で回転させつつ行われ、
前記シリコンウェーハ(10)が昇温されて８００〜１１００℃の一定温度に達した後に前記サセプタ(20)の回転速度を増加させ、
前記サセプタ(20)の回転速度が増加して４〜８ｒｐｍの一定速度に達した後に前記反応炉にシリコン原料含有ガスを供給して前記シリコンウェーハ(10)の主面にエピタキシャル層を形成する
ことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置の反応炉内部におけるサセプタを回転させながらそのサセプタに載せられたシリコンウェーハの主面にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンウェーハの主面にエピタキシャル層を形成するためには、一般に加熱方法やサセプタの形状の違いにより各種構造の気相成長装置が使用されている。そして、エピタキシャル層に要求される品質や、コストが年々厳しくなりつつある最近では、枚葉型や横型の気相成長装置が注目されている。一般に、この横型の気相成長装置は、石英製の通路状のチャンバーからなり、黒鉛の母材にＳｉＣをコートした円盤状のサセプタにシリコンウェーハを載せ、ランプや高周波により加熱し、端部に設けられたノズル部より各種原料ガスをチャンバー内に導入する構造となっている。この気相成長装置では、円盤状のサセプタにシリコンウェーハを１枚ないしは複数枚載せて昇温させ、そのサセプタを回転させながら反応炉にシリコン原料含有ガスを供給してシリコンウェーハの主面にエピタキシャル層を形成するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３５８００号公報（明細書［００３４］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来のエピタキシャルウェーハの製造方法では、ウェーハをサセプタに載せ、その状態において加熱を始めるとともにそのサセプタを回転させているけれども、このとき、ウェーハがサセプタ上において滑って移動してしまうようなことがあった。ここで、図４に示すように、サセプタ２にはウェーハ１の位置決めとその移動を防止するための凹部３を形成し、その凹部３にウェーハ１を収容するようにしているけれども、その凹部３の内部でウェーハ１が移動すると、その周縁部の一部がその凹部３の内周面に接触してしまうことになる。そして、ウェーハ１の周縁部が凹部３の内周面に接触したままエピタキシャル成長を行うと、ウェーハ１の表面と凹部３の内周面との間にエピタキシャル層が成長し、成長したエピタキシャル層がそれらを連結してしまい、その後ウェーハ１をサセプタ２から取り外すときに、そのウェーハ１が割れてしまうような不具合がある。
【０００４】
本発明の目的は、気相成長装置の反応炉内部におけるサセプタの凹部においてシリコンウェーハが滑ることを防止し、それによりウェーハの周縁部が凹部の内周面に接触することを防止してそのウェーハの割れを回避し得るエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図３に示すように、気相成長装置の反応炉内部に回転可能に設けられたサセプタ２０の凹部２１にシリコンウェーハ１０を収容してサセプタ２０を回転させるとともに昇温させた後にその反応炉にシリコン原料含有ガスを供給してシリコンウェーハ１０の主面にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法の改良である。
その特徴ある点は、更に図１に示すように、シリコンウェーハ１０の周縁部１１と凹部２１の内周面とに間隙をもたせてシリコンウェーハ１０を凹部２１の中央に設置し、シリコンウェーハ１０の昇温はサセプタ２０を回転させないか或いは０．５ｒｐｍ以下の一定速度で回転させつつ行われ、シリコンウェーハ１０が昇温されて８００〜１１００℃の一定温度に達した後にサセプタ２０の回転速度を増加させ、サセプタ２０の回転速度が増加して４〜８ｒｐｍの一定速度に達した後に反応炉にシリコン原料含有ガスを供給してシリコンウェーハ１０の主面にエピタキシャル層を形成するところにある。
【０００６】
この請求項１に記載されたエピタキシャルウェーハの製造方法では、シリコンウェーハ１０の昇温の際にサセプタ２０を回転させないか或いは回転させたとしてもその速度を０．５ｒｐｍ以下の極めて低速において回転させるに留まる。このため、昇温の際に凹部２１に収容されたウェーハ１０に遠心力が加わることはなく、サセプタ２０が加熱されてそのウェーハ１０がサセプタ２０から浮くようなことがあっても、そのウェーハ１０が浮くことに起因する滑りを抑制することができる。そして、シリコンウェーハ１０は凹部２１の中央に設置されるので、８００〜１１００℃の一定温度に達するまでウェーハ１０は凹部２１の中央に留まる。シリコンウェーハ１０が昇温して８００〜１１００℃の一定温度に達すると、そのシリコンウェーハ１０は凹部２１に馴染み、シリコンウェーハ１０の下面全体が凹部２１に密着してその滑り抵抗を増大させる。よって、その後サセプタ２０の回転速度を増加させるけれども、その回転により生じる遠心力に抗してシリコンウェーハ１０は凹部の中央に留まり、その後反応炉にシリコン原料含有ガスが供給されてのエピタキシャル層を形成するようにしても、シリコンウェーハ１０の周縁部１１がサセプタ２０の凹部２１周囲に接触するようなことはない。この結果、ウェーハ１０の周縁部１１が凹部の内表面に接触することに起因するウェーハ１０の割れ等を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、シリコンウェーハの昇温の際にサセプタ２０を回転させないか或いは０．５ｒｐｍ以下の一定速度で回転させる。このため、昇温の際に凹部に収容されたウェーハに遠心力が加わることはなく、そのウェーハの滑りを抑制することができる。そして、その後サセプタの回転速度を増加させるけれども、その時のウェーハは凹部に馴染み、回転により生じる遠心力に抗してシリコンウェーハは凹部の中央に留まり、シリコンウェーハの周縁部がサセプタの凹部周囲に接触するようなことはない。この結果、その後エピタキシャル層を形成したとしても、ウェーハの周縁部が凹部の内表面に接触することに起因するウェーハの割れ等を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、気相成長装置が用いられる。この気相成長装置は、反応炉と、この反応炉内部に設けられたサセプタを備える。反応炉は石英製のチャンバであり、サセプタは黒鉛の母材にＳｉＣをコートした円盤状を成す。そして、図２及び図３に示すように、このサセプタ２０にはウェーハ１０の位置決めとその移動を防止するための凹部２１が上面に形成される。凹部２１の外径は載せるウェーハ１０の外径より大きく形成され、シリコンウェーハ１０をこの凹部２１の中央部分に載せた場合に、凹部２１の内周面とウェーハ１０の周縁部１１との間の円周方向の全周において所定の隙間があるように構成される。そして、このサセプタ２０はその凹部２１にシリコンウェーハ１０を収容した状態で反応炉内部において実線矢印で示すように回転可能に設けられる。
【０００９】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、このような気相成長装置の反応炉内部に回転可能に設けられたサセプタ２０の凹部２１にシリコンウェーハ１０を収容して、図１に示すように、そのサセプタ２０を回転させるとともに昇温させ、その後その反応炉にシリコン原料含有ガスを供給してシリコンウェーハ１０の主面にエピタキシャル層を形成するものである。そして、それぞれの工程における詳細を以下に説明する。
【００１０】
図３に示すように、シリコンウェーハ１０の凹部２１への収納は、そのシリコンウェーハ１０の周縁部１１が凹部２１の内周面に接触しないようにシリコンウェーハ１０を凹部２１の中央に設置するように行われる。即ち、このウェーハ収納工程は、サセプタ２０の凹部２１にシリコンウェーハ１０を収容するものであり、このシリコンウェーハ１０はシリコンインゴットを例えばいわゆる内歯形のＩＤソーはワイヤソー等によりスライスすることにより作られるものである。そして、このシリコンウェーハ１０の収容に関しては、サセプタ２０に形成された凹部２１の内周面にシリコンウェーハ１０の周縁部１１が接触せず間隔をもって収容されることを要件とする。このような要件を設けることは、後のエピタキシャル成長工程において、ウェーハ１０の表面と凹部２１の内周面との間にエピタキシャル層が成長してしまうような事態を回避するためである。ここで、ウェーハ１０の状況は、ウェーハ１０を凹部２１収容した状態で、凹部２１の外周部とウェーハ１０の周縁部１１との間の隙間が少なくとも０．５〜２ｍｍであって、そのような隙間が全周囲に発生していることが好ましい。
【００１１】
図１に示すように、シリコンウェーハ１０の収納の後は、次にシリコンウェーハ１０を昇温させる。このシリコンウェーハ１０の昇温はサセプタ２０を回転させないか或いは０．５ｒｐｍ以下の一定速度でそのサセプタ２０を回転させつつ行われる。具体的には、サセプタ２０の表裏両面に配置したランプによりそのサセプタ２０をシリコンウェーハ１０とともに加熱してシリコンウェーハ１０を昇温させ、この昇温の際にサセプタ２０は回転させないか、又はサセプタ２０を回転させても、その回転速度は０．５ｒｐｍ以下の一定速度に制限する。これは、サセプタ２０を回転させることによる生じる遠心力によるシリコンウェーハ１０の移動を防止するためのものであり、サセプタの回転速度が０．５ｒｐｍを越えると、その回転に伴う遠心力により凹部２１に収容されたウェーハ１０が移動してしまうおそれがあるからである。ここで、サセプタ２０を回転させる場合の好ましい回転速度は０．１〜０．３ｒｐｍである。
【００１２】
シリコンウェーハ１０が昇温されて８００〜１１００℃の一定温度に達した後にサセプタ２０の回転速度を増加させる。８００〜１１００℃の範囲とするのは、８００℃未満では、弾性変形領域であり、その後の昇温過程において、ウェーハの滑りが発生する可能性があり、１１００℃を上限としたのは、サセプター上の温度の均一化のためエピ成長温度（通常は１１００℃程度）に到達する前にサセプター回転を適切な回転数まで上げておく必要があるからである。そして、そのシリコンウェーハ１０の一定温度は塑性変形し始める温度域すなわち８００〜１１００℃の範囲であることが好ましく、９００〜１０００℃の範囲であることが更に好ましい。
【００１３】
シリコンウェーハ１０が一定温度に達した後にサセプタ２０の回転速度を増加させ、そのサセプタ２０の回転速度が増加して４〜８ｒｐｍの一定速度に達した後に反応炉にシリコン原料含有ガスを供給してシリコンウェーハ１０の主面にエピタキシャル層を形成する。このように、サセプタ２０の回転速度が増加して４〜８ｒｐｍの一定速度に達した後にエピタキシャル層を形成するのは、回転速度が増加して４ｒｐｍ未満ではサセプター上の温度が不均一となり、ウェーハ面内の均一なエピタキシャル成長が妨げられる不具合があり、８ｒｐｍを越えると遠心力によるウェーハの滑りが発生する可能性があるからである。このエピタキシャル層を形成する際のサセプタ２０の回転速度は４〜８ｒｐｍであることが好ましく、４〜６ｒｐｍであることが更に好ましい。そして、サセプタ２０の回転速度が一定速度に達した後にシリコン原料含有ガスを供給してシリコンウェーハ１０の主面にエピタキシャル層を形成するけれども、このエピタキシャル層１２の形成における原料含有ガスの流量等は従来から行われている条件及び手順と同一であるので、その詳細な記載は省略する。
【００１４】
このような本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、ウェーハ１０が凹部２１の内部で移動することを防止することができる。即ち、サセプタ２０の凹部２１に収容されたウェーハ１０が移動するのは、シリコンウェーハ１０を昇温させる際に、シリコンウェーハ１０の裏面とサセプタ２０との間に溜まった空気が加熱により膨張して、シリコンウェーハ１０をサセプタ２０から浮かせてしまうことが原因と考えられている。これに対して本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、その昇温の際にサセプタ２０を回転させないか或いは回転させたとしてもその速度を０．５ｒｐｍ以下の極めて低速において回転させるに留まる。このため、昇温の際に凹部２１に収容されたウェーハ１０に遠心力が加わることはなく、サセプタ２０が加熱されてそのウェーハ１０がサセプタ２０から浮くようなことがあっても、そのウェーハ１０が浮くことに起因する滑りを抑制することができる。
【００１５】
そして、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、サセプタ２０の凹部２１にシリコンウェーハ１０を収容する場合に、サセプタ２０に形成された凹部２１の内周面にシリコンウェーハ１０の周縁部１１が接触しないようにシリコンウェーハ１０を凹部２１の中央に設置するように行われる。このため、エピタキシャル層を形成する温度である８００〜１１００℃の一定温度に達するまで、ウェーハ１０は凹部２１の中央に留まり、シリコンウェーハ１０の周縁部１１がサセプタ２０の凹部２１周囲に接触するようなことはない。
【００１６】
シリコンウェーハ１０が昇温して８００〜１１００℃の一定温度に達すると、そのシリコンウェーハ１０は僅かに軟化して凹部２１に馴染むようになる。このため、シリコンウェーハ１０が昇温した後においてはシリコンウェーハの下面全体が凹部２１に密着してその滑り抵抗を増大させる。よって、その後サセプタ２０の回転速度を増加させるけれども、その回転により生じる遠心力に抗してシリコンウェーハ１０は凹部の中央に留まり、その後反応炉にシリコン原料含有ガスが供給されてのエピタキシャル層を形成するようにしても、シリコンウェーハ１０の周縁部１１がサセプタ２０の凹部２１周囲に接触するようなことはない。
【００１７】
そして、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、シリコンウェーハ１０の一端が凹部２１の内周面に接触することを回避できるので、エピタキシャル成長を行ってもスリップが発生しないので、スリップの発生に起因するエピタキシャルウェーハ１０の歩留を低下させるようなことを回避することができる。また、エピタキシャル成長中におけるシリコンウェーハ１０の温度分布も均一になり、エピタキシャル層の比抵抗分布を均一化させることができる。更に、エピタキシャル成長工程において、ウェーハ１０の表面と凹部２１の内周面との間にエピタキシャル層１２が成長してしまうような事態を回避することができる。このため、ウェーハ１０の表面とサセプタ２０の内周面とがエピタキシャル層１２において連結されるようなこともなく、そのウェーハ１０をサセプタ２０から取り外すときにそのウェーハ１０が割れてしまうような事態を有効に回避することができる。
【実施例】
【００１８】
＜実施例１＞
外径が６インチで厚さが６００μｍであるシリコンウェーハ１０を８枚と、直径が１５３ｍｍであって深さが０．７ｍｍの凹部２１が形成されサセプタ２０を有する気相成長装置を準備した。そして、サセプタ２０の凹部２１の中央にその周囲が凹部の内周面に接触しないように８枚のシリコンウェーハ１０を収容した。その後サセプタ２０を０．５ｒｐｍの速度で回転させるとともに、ランプにより８００℃にまでサセプタ２０とともにそのシリコンウェーハ１０を加熱した。その後、サセプタ２０の回転速度を増加させて８ｒｐｍの一定速度にまで増加させ、３０分維持した。その後サセプタの回転を徐々に減速させて停止させるとともに、シリコンウェーハ１０の温度を常温にまで戻した。シリコンウェーハ１０の温度が常温にまで戻った状態で、目視によりシリコンウェーハ１０の凹部２１内部における移動の有無を観察した。この結果、８枚のシリコンウェーハ１０の全てにおいて、その移動の事実は発見されなかった。
【００１９】
＜比較例１＞
実施例１と同一のシリコンウェーハ１０を８枚と、実施例１と同一の気相成長装置を準備した。そして、サセプタ２０の凹部２１の中央にその周囲が凹部の内周面に接触しないように８枚のシリコンウェーハ１０を実施例１と同様に収容した。その後サセプタ２０を８ｒｐｍの速度で回転させるとともに、ランプにより８００℃にまでサセプタ２０とともにそのシリコンウェーハ１０を加熱し、３０分維持した。その後サセプタの回転を徐々に減速させて停止させるとともに、シリコンウェーハ１０の温度を常温にまで戻した。シリコンウェーハ１０の温度が常温にまで戻った状態で、目視によりシリコンウェーハ１０の凹部２１内部における移動の有無を観察した。この結果、８枚のシリコンウェーハ１０の内の７枚において移動の事実が発見され、その内の４枚のシリコンウェーハはその周囲の一部が凹部の内周面に接触している状態が観察された。
【００２０】
＜評価＞
比較例１においてシリコンウェーハ１０の内の７枚が移動してしまったのは、シリコンウェーハ１０を昇温させる際に、サセプタを比較的速い回転速度である８ｒｐｍにおいて回転させたので、シリコンウェーハ１０の裏面とサセプタ２０との間に溜まった空気が加熱により膨張してシリコンウェーハ１０をサセプタ２０から浮かせ、その状態でサセプタ２０の回転に基づく遠心力によりシリコンウェーハの接触抵抗に抗してそのウェーハが移動してしまったものと考ええられる。
【００２１】
一方、実施例１でシリコンウェーハ１０の移動が観察されないのは、シリコンウェーハ１０を昇温させる際に、サセプタの回転を極めて遅い回転速度である０．５ｒｐｍに留めているので、シリコンウェーハ１０に遠心力が加わらず、シリコンウェーハ１０がサセプタ２０から浮いたとしても、移動しなかったことによるものと考えられる。よって、昇温時のサセプタ２０の回転速度を制限する本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、シリコンウェーハ１０の移動を防止しつつその割れを回避し得ることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明実施形態のエピタキシャルウェーハの製造手順を示す図である。
【図２】そのウェーハがサセプタの凹部に収容された状態を示す図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】そのウェーハが凹部の中央に収容されたサセプタの平面図である。
【図４】従来のウェーハが凹部において移動した状態を示す図３に対応する平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  シリコンウェーハ
１１  周縁部
２０  サセプタ
２１  凹部
【図１】
2010027881.tif 000003
【図２】
2010027881.tif 000004
【図３】
2010027881.tif 000005
【図４】
2010027881.tif 000006