(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハを載置するための底面と側壁を有する円形凹状のポケットを形成した気相成長装置用サセプタにおいて、前記半導体ウエーハが前記ポケットの側壁と接触する位置及びその近傍のポケット円周部に、円弧状の突出部が前記半導体ウエーハの面取り部の一部を非接触で覆うように設けられたことを特徴とする気相成長装置用サセプタ。
【請求項２】
前記突出部は、前記ポケットの底面と該底面側に面する該突出部の側面との成す角度が鋭角となるように設けられたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項３】
前記突出部の前記側面と前記ポケットの底面との成す角度が４０〜８０°であることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項４】
前記突出部の前記側面と前記ポケットの底面との成す角度が６０〜７５°であることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項５】
前記突出部の高さは０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項６】
前記半導体ウエーハはほぼ直立した状態で前記ポケット内に載置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項７】
前記半導体ウエーハはほぼ水平の状態で前記ポケット内に載置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項８】
前記半導体ウエーハはシリコン単結晶ウエーハであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項９】
前記ポケットの側壁には微小な突起が複数個設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項１０】
前記突出部は、前記ポケットの円周部に、全円周の１／１２以上１／４以下の領域で前記半導体ウエーハの面取り部の一部を覆うように設けられたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項１１】
前記ポケットの側壁近傍の底面に溝が設けられたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか記載の気相成長装置用サセプタ。
【請求項１２】
シリコン単結晶ウエーハをほぼ直立した状態で載置するための底面と側壁を有する円形凹状のポケットを形成したバレル型気相成長装置用サセプタにおいて、前記シリコン単結晶ウエーハが前記ポケットの側壁と接触する位置及びその近傍のポケット円周部下部に、高さ０．１〜０．３ｍｍで且つポケット底面に面する側面がポケット底面と成す角度が６０〜７５°である円弧状の突出部が、該シリコン単結晶ウエーハの面取り部の一部を非接触で覆うように設けられたことを特徴とするバレル型気相成長装置用サセプタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気相成長装置のサセプタに関し、特に半導体ウエーハを載置するポケットの構造に関する。より詳しくは、半導体ウエーハに厚い単結晶薄膜を形成する際のヒビ、割れ、及び貼り付きを防止できる前記ポケットの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気相成長装置を用いて半導体ウエーハ（以下「ウエーハ」と言う。）に単結晶薄膜を形成する場合、サセプタにウエーハを載置して気相成長が行われる。図３はバレル型気相成長装置の一例を示す。図３において、反応管１１内にはウエーハ（図示せず。）をほぼ直立した状態で載置する複数のポケット１３を備えたサセプタ１２が懸下され、反応管１１の外部に設けたヒータ１４により加熱するとともに反応管１１内に原料ガス１５を導入してウエーハ上に薄膜を形成する。
【０００３】
サセプタ１２は、図４（ａ）に示すように複数の側面１２ａを有する多角形錐台状であり、側面１２ａに設けられた複数のポケット１３は円形凹状であり、ウエーハは、ポケット側壁の下部とポケットの底面とで支持されてポケット１３内に載置される。
【０００４】
この様に支持された状態で、例えば厚さ１００μｍ程度のシリコン単結晶薄膜の気相成長を行うと、図４（ｂ）に示すようにウエーハ３とサセプタ１２の接触部分にシリコンが堆積して架橋９が発生し、ポケット１３の側壁１６の下部とウエーハ面取り部との間に貼り付きが生じる。そして、成長が終了して冷却過程に入ると、サセプタとウエーハとでは冷却の進行具合及び熱膨張率が異なるために、ウエーハの貼り付き部分に応力が集中し、ヒビ、割れが発生してしまう。さらに、気相成長したウエーハをポケットから取り出す際にもこの貼り付き部分に応力が掛かり、ヒビ、割れが進行する。
【０００５】
このヒビや割れの発生を防止するため、サセプタとウエーハとで貼り付きが生じない様に工夫されたポケットの構造がいくつか知られている。例えば、特開平６−１１２１２６号公報に開示された装置は、図５に示すように、ポケット１３にウエーハ３を載置する場合において、ポケット内周の下半分において、ポケット１３の中心を通る垂直線に対し左右対称となるよう突起１７を設けることで、ウエーハ３をポケット１３の円弧状内周面（内縁部）すなわちポケット１３の側壁１６と離隔させた状態でポケット内に保持して単結晶薄膜の成長を行うことができる様に構成され、ウエーハとサセプタとの貼り付きに起因するウエーハのヒビ、割れを防止する。
【０００６】
また、特開平７−７４１１４号公報に開示されたバレル型気相成長装置用サセプタは、上述したのと同様にウエーハのポケットの下側壁に微小な突起を複数個設けるとともに、ポケットの側壁と底面とのなす角を鈍角に設定している。このような構成とすることにより、突起による効果に加え、ポケットの側壁と底面とのなす角を鈍角に設定することでポケット内のガス流れの滞留が起きにくくなり、ウエーハとサセプタとの貼り付きに起因するウエーハのヒビ、割れを防止しようとする。
【０００７】
一方、図６はパンケーキ型（縦型）気相成長装置を示す。図６において、反応容器を構成するベルジャ２０内にはウエーハ３をほぼ水平に載置するポケット２４を備えたパンケーキ状（円板状）のサセプタ２１が収容されており、サセプタ２１の下に設けられたヒータ２２を介してサセプタ２１を加熱してその上に載置されたウエーハ３を間接的に加熱しながら、原料ガス２３を供給することによりウエーハ３上に単結晶薄膜を形成する。
【０００８】
上記パンケーキ型（縦型）気相成長装置においては、ウエーハ３はサセプタ２１を介して裏面側から加熱されるので、ウエーハの表裏で温度差を生じ、裏面が主表面より大きく熱膨張する。その結果、ウエーハが凹形に反り、この熱応力によってスリップが発生する。このスリップの発生を防止するため、特開昭５３−７８７６５号公報及び特開平５−２３８８８２号公報では、ポケット内に突起を設けたサセプタが提案されている。
【０００９】
ところで、上記パンケーキ型の気相成長装置においては、図７に示すようにウエーハ３とサセプタ２１の側壁２５との接触点がサセプタ２１の回転に応じて可動であるので、バレル型気相成長装置に比較して貼り付きの発生が少ない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、薄膜の気相成長において、ウエーハの貼り付きによるヒビ、割れが必ずしも防止できていないのが現状である。ことに近年、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）用を初め高耐圧大電流素子用のウエーハとして、厚い単結晶薄膜を有するウエーハの需要が多く、特に気相成長する薄膜が１５０μｍ以上の厚みを持つウエーハの需要が増えてきており、それに伴いこれらのウエーハの気相成長における貼り付きが問題となっている。
【００１１】
すなわち、この様に単結晶薄膜が非常に厚いウエーハを製造する場合、上述の特開平６−１１２１２６号公報及び特開平７−７４１１４号公報に開示されるようなバレル型気相成長装置用サセプタの構造であっても、図５（ｂ）に示すようにポケット１３内の突起部１７とウエーハ３の面取り部との間にシリコンが堆積することにより強固な架橋９が発生してヒビ、割れを充分に防止できなくなってきた。つまり、ポケット内に突起部を設けてウエーハの面取り部との接触部分を微小にしても、１５０μｍ以上の厚い単結晶薄膜を形成する間に架橋９が強固に発達し、前記接触部分での貼り付きを生ずるのである。そして、気相成長後にウエーハをポケットから取り出す際にこの微小な貼り付き部分で応力がかかり、突起部からヒビ、割れが生じたりする。
【００１２】
また、パンケーキ型の気相成長装置でも、図８に示すようにポケット２４の側壁２５でウエーハ３が接触して架橋９が発生し、貼り付きを起こしてウエーハ３のヒビ、割れが生ずることがある。これは、図７に示すように、サセプタ２１が回転することによりウエーハ３に遠心力が働き、ウエーハ３がサセプタ２１の外周側へ移動し、ウエーハ３がポケット２４の側壁２５と接触するからである。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、バレル型気相成長装置用サセプタにおいて、単結晶薄膜が非常に厚いウエーハを気相成長する際、サセプタとウエーハの貼り付きに起因するヒビ、割れがウエーハに発生するのを防止することができるサセプタのポケット構造を提供することにある。
【００１４】
また、同様にパンケーキ型（縦型）の気相成長装置用サセプタにおいても、サセプタとウエーハの貼り付きに起因するヒビ、割れがウエーハに発生するのを防止することができるサセプタのポケット構造を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決する為の手段】
本願の請求項１記載の発明は、半導体ウエーハを載置するための底面と側壁を有する円形凹状のポケットを形成した気相成長装置用サセプタにおいて、前記半導体ウエーハが前記ポケットの側壁と接触する位置及びその近傍のポケット円周部に、突出部が前記半導体ウエーハの面取り部の一部を非接触で覆うように設けられたことを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００１６】
本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載のサセプタにおいて、前記突出部は、前記ポケットの底面と該底面側に面する該突出部の側面との成す角度が鋭角となるように設けられたことを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００１７】
本願の請求項３記載の発明は、請求項２記載のサセプタにおいて、前記突出部の前記側面と前記ポケットの底面との成す角度が４０〜８０°であることを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００１８】
本願の請求項４記載の発明は、請求項２記載のサセプタにおいて、前記突出部の前記側面と前記ポケットの底面との成す角度が６０〜７５°であることを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００１９】
本願の請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか記載のサセプタにおいて、前記突出部の高さは０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００２０】
本願の請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか記載のサセプタにおいて、前記半導体ウエーハはほぼ直立した状態で前記ポケット内に載置されることを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００２１】
本願の請求項７記載の発明は、請求項１〜５のいずれか記載のサセプタにおいて、前記半導体ウエーハはほぼ水平の状態で前記ポケット内に載置されることを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００２２】
本願の請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか記載のサセプタにおいて、前記半導体ウエーハはシリコン単結晶ウエーハであることを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００２３】
本願の請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか記載のサセプタにおいて、前記ポケットの側壁には微小な突起が複数個設けられていることを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００２４】
本願の請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか記載のサセプタにおいて、前記突出部は、前記ポケットの円周部に、全円周の１／１２以上１／４以下の領域で前記半導体ウエーハの面取り部の一部を覆うように設けられたことを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００２５】
本願の請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか記載のサセプタにおいて、前記ポケットの側壁近傍の底面に溝が設けられたことを特徴とする気相成長装置用サセプタを提供する。
【００２６】
本願の請求項１２記載の発明は、シリコン単結晶ウエーハをほぼ直立した状態で載置するための底面と側壁を有する円形凹状のポケットを形成したバレル型気相成長装置用サセプタにおいて、前記シリコン単結晶ウエーハが前記ポケットの側壁と接触する位置及びその近傍のポケット円周部下部に、高さ０．１〜０．３ｍｍで且つポケット底面に面する側面がポケット底面と成す角度が６０〜７５°である突出部が、該シリコン単結晶ウエーハの面取り部の一部を非接触で覆うように設けられたことを特徴とするバレル型気相成長装置用サセプタを提供する。
【００２７】
前記突出部についてより詳述すれば、該突出部はポケット内に収容されたウエーハ面取り部の一部を非接触で覆うように形成され、特にウエーハとポケット側壁の接触部分及びその近傍で気相成長時に架橋の発生しやすい部分を覆うように形成されている。ここで架橋の発生しやすい部分とは、ウエーハと側壁との間隔が０．５ｍｍ以下の部分である。
【００２８】
上述の構成により、気相成長の際に原料ガスがウエーハとサセプタの接触部分及びその近傍の架橋の発生しやすい部分にほとんど供給されない為、架橋が発生しないか又は架橋が発生しても強固に発達することが無い。従って、サセプタとウエーハとの間で貼り付きを生じることが無く、貼り付きに起因するヒビ又は割れがウエーハに発生するのを防止できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の構成及び作用・効果を、図面に示す実施の形態により気相成長装置のタイプごとに説明する。
【００３０】
まず、バレル型気相成長装置のサセプタの場合について説明する。図１は本実施態様のサセプタのポケットの要部を示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は平面図である。本実施態様のサセプタ１の全体構成は図４に示した従来のサセプタと同様であり、表面が炭化ケイ素ＳｉＣで被覆された六角錐台状のカーボン製サセプタである。サセプタ１の側壁面に上下２段に円形凹部状のポケット２が形成され、ポケット２の側壁４の少なくとも一部に突出部６が形成されている。ウエーハ３はその下部でポケット２の側壁４と接触し、その裏面でポケット２の底面５と接触しているが、突出部６には接触しないように載置される。
【００３１】
ポケット２の側壁４の一部に形成された突出部６において、ポケット２の側壁４からの該突出部の高さＨ１は０．１〜０．３ｍｍ程度の範囲にあり、また、突出部６がポケット２の底面５と面する側面６ａとポケット２の底面５との成す角θ１は鋭角に設定され、その角度は４０〜８０°の範囲にあり、特に６０〜７５°の範囲が好ましい。
【００３２】
ここで、ウエーハ上に非常に厚いシリコン薄膜を気相成長する場合において、前記突出部６の高さＨ１ならびに突出部６の側面６ａとポケット２の底面５との成す角θ１が上述の範囲にあるのが好ましい理由を述べる。すなわち、突出部６の高さＨ１が高すぎたり、または角度θ１が４０°より小さいと、ポケット２にウエーハ３を出し入れする際に、ウエーハ３がポケット２の突出部６と接触する確率が高くなって気相成長後のウエーハ３に輝点が多発する恐れがある。また、突出部６の高さＨ１が低すぎたり、または角度θ１が８０°より大きいと、厚い薄膜を形成する間に原料ガスがウエーハ３とポケット２の側壁４との接触部及びその近傍に回り込む量が増えるので、シリコンの堆積による架橋が発達し、気相成長後にウエーハ３をポケット２から取り出す際に、貼り付きによるヒビ又は割れが発生するからである。
【００３３】
上記突出部６は、架橋が発生しやすい部分を覆うように形成されている。具体的には、図１（ｂ）に示すように、ウエーハ３の下部とポケット２の側壁４とにおいて、両者の接触部及び両者の隙間が狭い部分を突出部６で覆っている。この円弧状に形成された突出部６は、ポケット中心に対して３０°以上、すなわち全円周の１／１２以上の中心角φ１を持つのが好ましい。
【００３４】
次に、図２はバレル型気相成長装置用サセプタの別の実施形態を示す。本実施形態では、図１の実施形態において、突出部６が形成される領域に対応するポケット底面５部分に溝８を形成したものである。この溝８を形成することで、ポケットにウエーハを装着し易くなるという効果がある。
【００３５】
次に、パンケーキ型気相成長装置のサセプタの場合について説明する。図９は本実施態様のサセプタの平面図、図１０はそのポケット部分を示す側断面図である。本実施態様のサセプタ２１の全体構成は図７に示した従来のサセプタと同様であり、表面が炭化ケイ素ＳｉＣで被覆されたパンケーキ状（円板状）のカーボン製サセプタの上面に、均等間隔で円形凹状のポケット２４が形成され、ポケット２４の側壁２５の一部に突出部２６が形成されている。
【００３６】
パンケーキ型の気相成長装置用サセプタにおいては、ウエーハ３とサセプタ２１の側壁２５との接触点がサセプタ２１の回転に応じて可動であるので、バレル型気相成長装置用サセプタの場合に比較して貼り付きの発生が少ない。しかし、バレル型気相成長装置用サセプタの場合と同様に、ウエーハ３がポケット２４の側壁２５と接触する位置及びその近傍に、突出部２６をウエーハ３の面取り部の一部を覆うように形成することにより、貼り付きに起因するヒビ又は割れがウエーハ３に発生するのを防止できる。
【００３７】
パンケーキ型の気相成長装置用サセプタにおける突出部２６の形状等の条件は、バレル型の気相成長装置用サセプタと同様である。
【００３８】
なお、上記バレル型あるいはパンケーキ型の気相成長装置用サセプタにおいては、上記突出部に加え、複数の微小な突起をポケットの側壁に設けてもよい。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、図５に示した特開平６−１１２１２６号のサセプタを比較例として対比しながら説明する。図４（ａ）及び（ｃ）に示す七角錐台状のサセプタにおいて、その全７面のうち３面に、実施例として図１に示すような突出部を有するポケットＡを形成した。また、他の４面には、比較例として図５に示した突起部を有するポケットＢを形成したが、内３面を本実施例に使用した。
【００４０】
ここで、実施例のポケットＡと比較例のポケットＢとは、ポケット側壁に形成される突出部又は突起の有無のみが違うだけであり、両者共通してポケット底面のサセプタ上面１ａに対する深さが１．４ｍｍ、ポケット底面の直径が１０４ｍｍである。ポケットＡの突出部の形状は、高さＨ１が０．１５ｍｍ、上面長さＬ１が０．３ｍｍ、底面長さＬ２が０．５６ｍｍ、角度θ１が６０°、角度φ１が９０°である。一方、ポケットＢの突起の形状は、角度θ２が９０°、高さＨ２が０．３ｍｍ、角度φ２が６０°である。
【００４１】
上記サセプタの各ポケットにシリコン単結晶ウエーハを載置し、バレル型気相成長装置にて厚さ２００μｍのシリコン単結晶薄膜（以下「薄膜」と言う。）を形成する実験を行った。ＣＺ法により製造されたシリコン単結晶ウエーハ（以下「ウエーハ」と言う。）として、直径１００ｍｍ、ｐ型、軸方位＜１００＞、厚さ４００μｍ、裏面にＣＶＤ酸化膜付き（面取り部は該膜が無し）を用い、１バッチ１２枚をポケットＡとポケットＢにそれぞれ６枚ずつ仕込んだ。原料ガスとしてトリクロルシラン、キャリアガスとして水素を用いた。また、反応温度は１１３０℃、気相成長速度は１．５μｍ／ｍｉｎとした。このようにして合計１０バッチ、計１２０枚のウエーハに薄膜を気相成長させた。
【００４２】
上述の気相成長後、ウエーハの面取り部を顕微鏡を用いて綿密に観察したところ、実施例のポケットＡで製造したウエーハ６０枚全てについて、ヒビ又は割れの発生したものは存在しなかった。これに比較して、ポケットＢで製造したウエーハ６０枚について、うち５枚に割れが発生し、６０枚全てにヒビが存在していた。ここで割れとは、ウエーハの一部が完全に欠落した状態を言い、ヒビとは、ウエーハの一部に亀裂が入った状態を言う。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の半導体気相成長装置用サセプタにおいては、半導体ウエーハを載置するポケットの円周部に円弧状の突出部を形成し、該突出部が前記半導体ウエーハの面取り部の一部を非接触で覆うように構成したので、気相成長の際に原料ガスがウエーハとサセプタの接触部分及びその近傍の架橋の発生しやすい部分にほとんど供給されない為、非常に厚い薄膜を気相成長する場合においても架橋が発生しないか又は架橋が発生しても強固に発達することが無い。従って、サセプタとウエーハとの間で貼り付きを生じることが無く、貼り付きに起因するヒビ又は割れがウエーハに発生することを防止できる。
【００４４】
さらに、該突出部とポケット底面との成す角度や突出部の高さを限定することにより、ウエーハをポケット内へ装着する際に突出部と接触したり、ウエーハ上に輝点が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバレル型気相成長装置用サセプタの一実施態様を示し、（ａ）はポケット部分の側断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明のバレル型気相成長装置用サセプタのポケット部分の他の実施態様を示す概略断面図である。
【図３】バレル型気相成長装置の一例を示す概略断面図である。
【図４】（ａ）はバレル型気相成長装置用サセプタの一例を示す斜視図である。
（ｂ）は架橋の発生した様子を示す概念図である。
（ｃ）はバレル型気相成長装置用サセプタの概略展開図である。
【図５】従来のバレル型気相成長装置用サセプタのポケット部分の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図６】パンケーキ型気相成長装置の一例を示す概略断面図である。
【図７】パンケーキ型気相成長装置用サセプタの一例を示す平面図である。
【図８】パンケーキ型気相成長装置用サセプタのポケット部分を示す概略断面図である。
【図９】本発明のパンケーキ型気相成長装置用サセプタの一実施態様を示す平面図である。
【図１０】図９のパンケーキ型気相成長装置用サセプタのポケット部分を示す概略断面図である。
【符合の説明】
１  サセプタ
２  ポケット
４  ポケット側壁
５  ポケット底面
６  突出部
６ａ  突出部側面
８  溝
【図１】
0003596710.tif 000002
【図２】
0003596710.tif 000003
【図３】
0003596710.tif 000004
【図４】
0003596710.tif 000005
【図５】
0003596710.tif 000006
【図６】
0003596710.tif 000007
【図７】
0003596710.tif 000008
【図８】
0003596710.tif 000009
【図９】
0003596710.tif 000010
【図１０】
0003596710.tif 000011