(57)【要約】  ウェーハ収納部の底板の外周に形成された環状の段差部を、ウェーハ裏面の、面取り面との境界線からウェーハ中心へ１〜６ｍｍが当接する領域に設けた。その結果、裏面と面取り面との境界領域に傷がないエピタキシャルウェーハを製造でき、傷によるデバイス工程でのパーティクルをなくせる。
2009060912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタの上面の一部を陥没させて形成したウェーハ収納部に半導体ウェーハを収納し、該半導体ウェーハの表面に気相エピタキシャル成長によってエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル膜成長方法において、
前記ウェーハ収納部は、このウェーハ収納部の底壁を構成する底板部と、この底板部の外周に形成され、前記半導体ウェーハを支持する環状の段差部と、この段差部の外周に形成された周壁とにより区画された空間であって、
前記半導体ウェーハの裏面のうち、面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域の所定範囲と面接触または線接触させて、該領域の所定位置を前記環状の段差部の内周上縁により支持し、前記半導体ウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル膜成長方法。
【請求項２】
前記半導体ウェーハの裏面と前記環状の段差部の内周上縁との接触は面接触で、
前記環状の段差部のうち、前記半導体ウェーハの裏面と面接触する部分を、上面が平坦な環状突起部とし、
該環状突起部は、前記段差部の直径方向の幅が１〜６ｍｍ、前記段差部の上面からの高さが１０〜２５０μｍで、かつ前記周壁から前記段差部の直径方向へ離間して該段差部に形成されている請求項１に記載のエピタキシャル膜成長方法。
【請求項３】
サセプタに載置された半導体ウェーハの表面に気相エピタキシャル法によってエピタキシャル膜を成長させる際のウェーハ支持構造において、
前記サセプタは、底板部と、この底板部の外周に形成され、前記半導体ウェーハを支持する環状の段差部と、この段差部の外周に形成された周壁とを備えるウェーハ収納部を有し、
前記半導体ウェーハは、その裏面のうち、面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域の所定位置が、前記環状の段差部により支持されるウェーハ支持構造。
【請求項４】
前記半導体ウェーハは、前記環状の段差部に面接触させて支持される請求項３に記載のウェーハ支持構造。
【請求項５】
前記環状の段差部のうち、前記半導体ウェーハの裏面と面接触する部分を、上面が平坦な環状突起部とし、
該環状突起部は、前記段差部の直径方向の幅が１〜６ｍｍ、前記段差部の上面からの高さが１０〜２５０μｍで、かつ前記周壁から前記段差部の直径方向へ離間して該段差部に形成されている請求項４に記載のウェーハ支持構造。
【請求項６】
前記半導体ウェーハは、前記環状の段差部に線接触させて支持される請求項３に記載のウェーハ支持構造。
【請求項７】
前記ウェーハ収納部の周壁の上端面が、前記ウェーハ収納部に収納された前記半導体ウェーハの表面の高さより高く、
前記ウェーハ収納部の周壁の上端面と前記半導体ウェーハの表面との高さの差が、１００〜５００μｍである請求項３〜請求項６のうち何れか１項に記載のウェーハ支持構造。
【請求項８】
半導体ウェーハの表面に気相エピタキシャル法によってエピタキシャル膜を成長させる際に、前記半導体ウェーハが載置されるサセプタにおいて、
前記サセプタは、底板部と、この底板部の外周に形成され、前記半導体ウェーハを面接触させて支持する環状の段差部と、この段差部の外周に形成された周壁とを備えるウェーハ収納部を有し、
前記環状の段差部のうち、前記半導体ウェーハの裏面と面接触する部分を、上面が平坦な環状突起部とし、
該環状突起部は、前記段差部の直径方向の幅が１〜６ｍｍ、前記段差部の上面からの高さが１０〜２５０μｍで、かつ前記周壁から前記段差部の直径方向へ離間して該段差部に形成されたサセプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエピタキシャル膜成長方法、ウェーハ支持構造およびサセプタ、詳しくは半導体ウェーハの表面にエピタキシャル膜を気相成長させるピタキシャル膜成長方法、ウェーハ支持構造およびサセプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のウェーハの大口径化に伴い、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させる気相エピタキシャル成長装置としては、枚葉式のものが多用されている。枚葉式の装置では、まず通路状の反応炉（チャンバ）内に設置されたサセプタにシリコンウェーハを載置する。その後、反応炉の外に設けられたヒータによりシリコンウェーハを加熱しながら、反応炉を通過する各種のソースガス（原料ガス、反応ガス）と反応させ、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を成長させる。【０００３】
サセプタとしては、平面視して円形で、ウェーハが１枚載置可能なものが多用されている。これは、大口径ウェーハ、例えば直径が３００ｍｍの円形のシリコンウェーハを均一に加熱し、ウェーハ表面全体にソースガスを供給し、均一なエピタキシャル膜を成長させるためである。サセプタの上面の中央部には、表裏面を水平にしたシリコンウェーハを納める凹形状のウェーハ収納部が形成されている。最近のサセプタによるシリコンウェーハの支持位置は、シリコンウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域とするのが一般的となっている（例えば特許文献１）。ウェーハ支持位置を境界領域とする方法としては、ウェーハ収納部の底板の中央部を均一に薄肉化し、底板の外周部に段差を形成するか、ウェーハ収納部の底板の中央部を円形に切欠し、底板をリング形状とする方法が考えられる。なお、境界領域とは、シリコンウェーハの裏面のうち、面取り面との境界線を中心としたウェーハ半径方向の内外１ｍｍ未満の領域である。【０００４】
従来、サセプタの表面の素材としては、炭化珪素（ＳｉＣ）が採用されていた。そのため、シリコンウェーハに比べれば、サセプタの方が高硬度であるとともに、熱膨張係数はＳｉＣが４．８×１０−６／ｋで、Ｓｉは２．５×１０−６／ｋと、サセプタの方が熱膨張係数が大きかった。これにより、炉内が高温となるエピタキシャル成長時には、熱膨張係数の違いによって、前記ウェーハ裏面の境界領域と、ウェーハ収納部の底板の外周部の内周上縁とに擦れ合いが生じていた。その結果、サセプタより軟らかいシリコンウェーハには、前記境界領域に傷が発生していた。
傷とは、ちょうど指頭の爪の生え際に発生するササクレに似た溝状のもの（切れ目，ササクレ傷）である。傷の平面形状としては、線状のもの、点状のものなどがあり、断面形状としてはＶ字型凹部等がある。【０００５】
【特許文献１】日本国特開２００３−２２９３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、デバイス工程の微細化に伴い、シリコンウェーハの裏面において面取り面とウェーハ裏面との境界領域に傷が存在すれば、以下の不都合が生じていた。
すなわち、デバイス工程でシリコンウェーハをエッチング液や超純水などに浸漬した際、パーティクルが前記傷の部分から発生し、それがウェーハ表面側へ回り込み、ウェーハの表面（デバイス形成面）に付着する。これにより、デバイスプロセスでの歩留まりが低下していた。【０００７】
ところで、近年はデバイスメーカから、エピタキシャル膜の表面に対する超高平坦度の要求がある。それに対処するには、エピタキシャル成長時、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴う、ウェーハ裏面の外周端（エッジから６ｍｍ付近まで）での裏面成膜を回避しなければならない。この裏面成膜現象により、ウェーハ外周領域における裏面成膜分布に変動が生じ、ウェーハのトータル厚みも変動し、エピタキシャルウェーハの超平坦度化を達成することができない。そのため、この裏面成膜現象の抑制も課題となっている。【０００８】
そこで、この発明は、半導体ウェーハの裏面のうち面取り面との境界領域に傷が存在しないエピタキシャルウェーハを製造することができ、これにより傷を原因としたデバイス工程でのパーティクルの発生を無くすことができるエピタキシャル膜成長方法、ウェーハ支持構造およびサセプタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、サセプタの上面の一部を陥没させて形成したウェーハ収納部に半導体ウェーハを収納し、該半導体ウェーハの表面に気相エピタキシャル成長によってエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル膜成長方法において、前記ウェーハ収納部は、このウェーハ収納部の底壁を構成する底板部と、この底板部の外周に形成され、前記半導体ウェーハを支持する環状の段差部と、この段差部の外周に形成された周壁とにより区画された空間であって、前記半導体ウェーハの裏面のうち、面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域の所定範囲と面接触または線接触させて、該領域の所定位置を前記環状の段差部の内周上縁により支持し、前記半導体ウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル膜成長方法である。【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハの裏面と面取り面との境界線（平坦面と湾曲面とが交わることで形成された円）からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域の所定範囲と環状の段差部とを面接触または線接触させた状態で、半導体ウェーハをサセプタのウェーハ収納部に収納する。このように、半導体ウェーハを環状の段差部に載置すれば、半導体ウェーハの自重の作用で、環状の段差部の内周上縁がウェーハ支持位置となる。気相エピタキシャル成長時、半導体ウェーハとサセプタとは熱膨張する。ところが、互いの熱膨張係数が異なるため、半導体ウェーハの支持位置では、サセプタの環状の段差部との間で擦れが生じる。これにより、境界領域からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域には傷が発生する。しかしながら、従来のサセプタの課題であった、半導体ウェーハ裏面と面取り面との境界領域には、傷が存在しないエピタキシャルウェーハを製造することができる。【００１１】
その結果、その後のデバイス工程で、例えばエッチング液や超純水等の処理液中にエピタキシャルウェーハを浸漬した際、仮にパーティクルが傷から発生しても、傷が面取り面との境界領域に存在する場合に比べて、パーティクルがウェーハ表面側に回り込み、エピタキシャル膜の表面に付着して不良デバイスの発生原因となり難い。これは、従来に比べて、ウェーハ裏面の外周端から傷の発生位置までの距離が長くなるためである。これにより、デバイスの歩留まりを高めることができる。また、エッチング液や超純水等が、エピタキシャルウェーハの表面および外周部分のみに触れる場合は、明らかにパーティクルの発生を防止することができる。
そのため、デバイス工程で、エピタキシャルウェーハを各種の処理液（エッチング液や超純水等）に浸漬後、パーティクルカウンタにより、エピタキシャル膜の表面のパーティクル数を計測したとき、膜全体で、前記境界領域に傷がある場合の１／１０以下までパーティクル数を減らせる。【００１２】
半導体ウェーハとしては、例えば単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。半導体ウェーハの口径は任意である。例えば６インチ、８インチ、３００ｍｍ以上を採用することができる。
エピタキシャル膜の素材は、ウェーハと同じシリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン）を採用することができる。または、ウェーハと異なる例えばガリウム・ヒ素などでもよい。
エピタキシャル膜の厚さは、例えばバイポーラデバイス用やパワーデバイス用で数μｍ〜１５０μｍ、ＭＯＳデバイス用では１０μｍ〜０．５μｍである。【００１３】
気相エピタキシャル法としては、例えば常圧気相エピタキシャル法、減圧気相エピタキシャル法、有機金属気相エピタキシャル法などを採用することができる。気相エピタキシャル法では、例えばエピタキシャルウェーハを横置き状態（表裏面が水平な状態）で凹形状のザグリ（ウェーハ収納部）に収納する。ウェーハ収納時は、ザグリ部分の底板の外周に設けられた環状の段差部が、エピタキシャルウェーハの裏面と面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域の所定範囲と面接触する。この所定幅を有した環状の当接ラインがウェーハの支持ラインとなる。また、サセプタとして、平面視して環状（リング状、ドーナツ状）のサセプタも使用することができる。
ソースガスの成分としては、例えばＳｉＨＣｌ３（トリクロロシラン）やＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン）などを採用することができる。【００１４】
環状の段差部による半導体ウェーハの支持位置が、ウェーハの裏面と面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ１ｍｍ未満では、傷が、ウェーハの裏面と面取り面との境界領域に近い箇所に発生する。そのため、各種の処理液に浸漬した際、パーティクルが増加してしまう。また、環状の段差部による半導体ウェーハの支持位置が、ウェーハの裏面と面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ６ｍｍを超えれば、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みによる裏面成膜量が増加する。これにより、ウェーハが載置される例えば露光機のステージにおいて、そのバキュームポイントの外周部に、ウェーハ裏面側への回り込みによる裏面成膜部分が合致する。そのため、超平坦度を達成できず、露光によるデフォーカスが発生する。前記環状の段差部による半導体ウェーハの裏面の好ましい支持位置は、半導体ウェーハの裏面と面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜３ｍｍの領域である。この領域であれば、裏面シリコン成膜量を抑制しつつ、パーティクルの発生も抑制できる。【００１５】
環状の段差部による半導体ウェーハの支持部分の形状としては、例えば断面三角形状、フラット形状（図７）、逆傾斜形状（図６）などを採用することができる。なお、７００℃以上１０００℃以下にエピタキシャル炉の温度を上げ、ウェーハをサセプタ上へ収納する場合、ウェーハは自重によって凹状にたわむ。そのため、たとえ環状の段差部がフラット形状でも、ウェーハ裏面の支持位置を、ウェーハ裏面のうち、面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの位置とした支持構造とすることができる。
また、傷とは、深さが０．５μｍ以上、長さが１μｍ以上の切れ目、裂け目のような傷である。言い換えれば、この傷は、ちょうど指頭の爪の生え際に発生するササクレに似た溝状のもの（ササクレ傷）である。傷の平面形状としては線状のもの、点状なもの等があり、断面形状としてはＶ字型凹部等がある。【００１６】
傷のサイズが深さ０．５μｍ未満、長さ１μｍ未満であれば、デバイス工程でのエッチング液や超純水等への浸漬時、パーティクルが傷の部分から発生した場合でも、パーティクルの個数が少ないので、パーティクルがウェーハ表面側に回り込んでウェーハ表面に付着するおそれはない。よって、この傷を原因としたデバイスの歩留まりの低下のおそれがない。
なお、ウェーハ裏面での発生頻度が高い傷（ササクレ傷）のサイズは、深さ０．５〜５μｍ、長さ５〜１００μｍである。
サセプタの素材としては、例えばカーボンの基体の表面にＳｉＣをコーティングしたものなどを採用することができる。【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記半導体ウェーハの裏面と前記環状の段差部の内周上縁との接触は面接触で、前記環状の段差部のうち、前記半導体ウェーハの裏面と面接触する部分を、上面が平坦な環状突起部とし、該環状突起部は、前記段差部の直径方向の幅が１〜６ｍｍ、前記段差部の上面からの高さが１０〜２５０μｍで、かつ前記周壁から前記段差部の直径方向へ離間して該段差部に形成されている請求項１に記載のエピタキシャル膜成長方法である。【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、環状の段差部のうち、半導体ウェーハの裏面と面接触する部分に、上面が平坦な環状突起部を形成するように構成した。しかも、環状突起部の段差部の直径方向の幅（上面の幅）を１〜６ｍｍとしたので、ウェーハ裏面のうち、段差部との接触部分のダメージの低減化を図ることができる。しかも、段差部の上面からの環状突起部の高さを１０〜２５０μｍとしたので、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴う裏面成膜の膜厚の低減化も同時に図ることができる。この膜厚の低減により、半導体ウェーハのウェーハ面内の厚さ分布の均一性が高まり、エピタキシャルウェーハの超平坦度化が達成し易くなる。【００１９】
環状突起部の段差部の直径方向の幅が１ｍｍ未満では、半導体ウェーハの保持安定性が低下する。また、６ｍｍを超えれば、ウェーハ裏面のうち、段差部との接触部分のダメージの低減化と、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴う裏面成膜の膜厚の低減化とを同時に満足させるという本発明の効果が得られない。環状突起部の段差部の直径方向のさらに好ましい幅は２〜５ｍｍである。この範囲であれば、表面パーティクル個数は従来の１０分の１以下で、かつウェーハ裏面の成膜量が４０ｎｍ以下である高品質ウェーハが得られるというさらに好適な効果が得られる。
環状突起部の段差部の上面からの高さが１０μｍ未満では、環状突起部が微細化し過ぎて環状突起部の形成が困難になる。また、２５０μｍを超えれば、環状の段差部の上面とウェーハ裏面との隙間が大きくなり過ぎてしまい、ウェーハ裏面成膜量が増大するおそれがある。環状突起部の段差部の上面からの好ましい高さは、１０〜２００μｍである。この範囲であれば、半導体ウェーハの外周部の温度がさらに均一化され、スリップの発生を抑制できるというさらに好適な効果が得られる。
環状突起部が周壁から段差部の直径方向へ離間する距離は、例えば２．２５〜４ｍｍである。この範囲であれば、段差部の外周に形成された周壁と半導体ウェーハとの接触によるダメージを低減できる。【００２０】
請求項３に記載の発明は、サセプタに載置された半導体ウェーハの表面に気相エピタキシャル法によってエピタキシャル膜を成長させる際のウェーハ支持構造において、前記サセプタは、底板部と、この底板部の外周に形成され、前記半導体ウェーハを支持する環状の段差部と、この段差部の外周に形成された周壁とを備えるウェーハ収納部を有し、前記半導体ウェーハは、その裏面のうち、面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域の所定位置が、前記環状の段差部により支持されるウェーハ支持構造である。【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、半導体ウェーハの裏面と面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域を支持位置し、ウェーハ収納部の環状の段差部上に半導体ウェーハを載置する。この状態での気相エピタキシャル成長時、半導体ウェーハとサセプタとは熱膨張する。ところが、互いの熱膨張係数が異なるため、前記半導体ウェーハの支持位置では、サセプタの環状の段差部との間で擦れが生じる。これにより、前記境界領域からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域には傷が発生する。しかしながら、従来のサセプタの課題であった、半導体ウェーハ裏面と面取り面との境界領域には、傷が存在しないエピタキシャルウェーハを製造することができる。【００２２】
その結果、その後のデバイス工程で、例えばエッチング液や超純水等の処理液中にエピタキシャルウェーハを浸漬した際、仮にパーティクルが傷から発生しても、傷が面取り面との境界領域に存在する場合に比べて、パーティクルがウェーハ表面側に回り込み、エピタキシャル膜の表面に付着して不良デバイスの発生原因となり難い。これは、従来に比べて、ウェーハ裏面の外周端から傷の発生位置までの距離が長くなるためである。
これにより、デバイスの歩留まりを高めることができる。また、エッチング液や超純水等の処理液が、エピタキシャルウェーハの表面および外周部分のみに触れる場合は、明らかにパーティクルの発生を防止することができる。【００２３】
請求項４に記載の発明は、前記半導体ウェーハは、前記環状の段差部に面接触させて支持される請求項３に記載のウェーハ支持構造である。【００２４】
請求項５に記載の発明は、前記環状の段差部のうち、前記半導体ウェーハの裏面と面接触する部分を、上面が平坦な環状突起部とし、該環状突起部は、前記段差部の直径方向の幅が１〜６ｍｍ、前記段差部の上面からの高さが１０〜２５０μｍで、かつ前記周壁から前記段差部の直径方向へ離間して該段差部に形成されている請求項４に記載のウェーハ支持構造である。【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、環状の段差部のうち、半導体ウェーハの裏面と面接触する部分に、上面が平坦でかつ段差部の直径方向の幅が１〜６ｍｍで、しかも段差部の上面からの高さが１０〜２５０μｍの環状突起部を形成するように構成している。その結果、ウェーハ裏面のうち、段差部との接触部分のダメージの低減化と、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴う裏面成膜の膜厚の低減化とを同時に満足させることができる。【００２６】
請求項６に記載の発明は、前記半導体ウェーハは、前記環状の段差部に線接触させて支持される請求項３に記載のウェーハ支持構造である。【００２７】
請求項７に記載の発明は、前記ウェーハ収納部の周壁の上端面が、前記ウェーハ収納部に収納された前記半導体ウェーハの表面の高さより高く、前記ウェーハ収納部の周壁の上端面と前記半導体ウェーハの表面との高さの差が、１００〜５００μｍである請求項３〜請求項６のうち何れか１項に記載のウェーハ支持構造である。【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、半導体ウェーハの裏面と面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域に支持位置を置き、環状の段差部上に半導体ウェーハを載置する。これにより、半導体ウェーハの裏面と環状の段差部との間に隙間ができやすく、裏面成膜が起こりやすい。これは、温度によるウェーハのたわみや、環状の段差部の形状が原因である。
また、ウェーハ収納部の周壁の上端面と、ウェーハ収納部に納められた半導体ウェーハの表面との高さの差を１００〜５００μｍとしている。これにより、エピタキシャル成長時、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴うウェーハ裏面の外周端でのソースガス成分の成長（裏面成膜）を回避できる。【００２９】
狭いガス導入口から炉内へ供給されたソースガスを含むキャリアガス（水素）は、ウェーハ収納部の周壁の上端面を通過する。その後、キャリアガスはウェーハ表面上を通り、ガス導入口に対向配置されたガス排出口を経て、炉外へ排出される。ここで、ウェーハ収納部の周壁の上端面よりウェーハの表面（上面）の位置が高い場合、導入されたガスは、ウェーハの端面に衝突する。その後、一部のガスはウェーハの裏面側へ向かって流れ、ウェーハ裏面にシリコンが成膜され易くなる。そこで、ウェーハ収納部の周壁の上端面よりウェーハの表面の位置を低くすれば、ウェーハの裏面側に向かうガスの流れを抑制でき、結果的に裏面成膜量を抑制できる。また、ウェーハ収納部の周壁の上端面からウェーハ上面の位置を極端に低くすれば、ウェーハ収納部の周壁上端面において渦や乱流が発生しやすくなる。
ウェーハ収納部の周壁の上端面よりウェーハの上面の位置を１００〜５００μｍ低くすることで、ウェーハの裏面の外周の成膜が抑制され、ウェーハトータル厚みの変化量を小さくするができ、エピタキシャルウェーハの超平坦化を図ることができる。【００３０】
ウェーハ収納部の周壁の上端面と、ウェーハ収納部に納められた半導体ウェーハの表面との高さの差が１００μｍ未満では裏面成膜量が増加する。また、５００μｍを超えれば裏面成膜量は低減できるものの、ウェーハ表面側の成膜分布の制御が困難になるというおそれがある。【００３１】
請求項８に記載の発明は、半導体ウェーハの表面に気相エピタキシャル法によってエピタキシャル膜を成長させる際に、前記半導体ウェーハが載置されるサセプタにおいて、前記サセプタは、底板部と、この底板部の外周に形成され、前記半導体ウェーハを面接触させて支持する環状の段差部と、この段差部の外周に形成された周壁とを備えるウェーハ収納部を有し、前記環状の段差部のうち、前記半導体ウェーハの裏面と面接触する部分を、上面が平坦な環状突起部とし、該環状突起部は、前記段差部の直径方向の幅が１〜６ｍｍ、前記段差部の上面からの高さが１０〜２５０μｍで、かつ前記周壁から前記段差部の直径方向へ離間して該段差部に形成されたサセプタである。【００３２】
請求項８に記載の発明によれば、環状の段差部のうち、半導体ウェーハの裏面と面接触する部分に、上面が平坦でかつ段差部の直径方向の幅が１〜６ｍｍで、しかも段差部の上面からの高さが１０〜２５０μｍであるとともに、周壁から離間した環状突起部を形成するように構成している。その結果、ウェーハ裏面のうち、段差部との接触部分のダメージの低減化と、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴う裏面成膜の膜厚の低減化とを同時に満足させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１〜請求項８に記載の発明によれば、半導体ウェーハの裏面と面取り面との境界線からウェーハ中心位置へ向かって１〜６ｍｍの領域に支持点を置き、半導体ウェーハをサセプタにより支持するようにしている。そのため、気相エピタキシャル成長時、熱膨張係数の違いでウェーハ裏面とサセプタのウェーハ収納部（ザグリ）内の環状の段差部との間で擦れが生じ、ウェーハ裏面に傷が発生しやすい。
しかしながら、その発生位置は、従来のようにウェーハ裏面と面取り面との境界領域ではなく、それより１〜６ｍｍだけウェーハ中心部側である。その結果、ウェーハ最外周縁からの距離が長くなる。これにより、エピタキシャル成長工程以降での半導体ウェーハの処理液浸漬時、例えばデバイス工程における液浸露光時において、ウェーハ外周部の薬液浸漬によって、前記ウェーハ裏面の支持領域から発生したパーティクルがウェーハ表面側へ回り込み、ウェーハ表面に付着することを防止できる。そのため、このパーティクル付着を原因としたウェーハ表面の平坦度低下を防止し、デバイスの歩留まりを高めることができる。【００３４】
特に、請求項２、請求項５および請求項８に記載の発明によれば、環状の段差部のうち、半導体ウェーハの裏面と面接触する部分に、上面が平坦でかつ段差部の直径方向の幅が１〜６ｍｍで、しかも段差部の上面からの高さが１０〜２５０μｍの環状突起部を形成した。これにより、ウェーハ裏面のうち、段差部との接触部分のダメージの低減化と、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴う裏面成膜の膜厚の低減化とを同時に満足させることができる。【００３５】
また、請求項７に記載の発明によれば、ウェーハ収納部の周壁の上端面が、ウェーハ収納部に納められた半導体ウェーハの表面の高さより高い（高さの差１００〜５００μｍ）。そのため、エピタキシャル成長時、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴う、ウェーハ裏面の外周端でのソースガス成分の成長を回避することができる。その結果、半導体ウェーハの外周領域でのトータル厚みの変動を抑え、エピタキシャルウェーハの表面の超平坦化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施例１に係るウェーハ支持構造を使用するエピタキシャル膜成長方法により得られたエピタキシャル膜がエピタキシャル成長されたエピタキシャルウェーハの拡大縦断面図である。
【図２】この発明の実施例１に係るウェーハ支持構造を使用するエピタキシャル膜成長方法により得られたエピタキシャルウェーハの傷の拡大縦断面図である。
【図３】この発明の実施例１に係るウェーハ支持構造を使用するエピタキシャル膜成長方法を示すフローシートである。
【図４】この発明の実施例１に係るウェーハ支持構造が搭載された気相エピタキシャル成長装置の要部拡大断面図である。
【図５】この発明の実施例１に係る別のウェーハ支持構造が搭載された気相エピタキシャル成長装置の要部拡大断面図である。
【図６】この発明の実施例１に係るさらに別のウェーハ支持構造が搭載された気相エピタキシャル成長装置の要部拡大断面図である。
【図７】この発明の実施例１に係る他のウェーハ支持構造が搭載された気相エピタキシャル成長装置の要部拡大断面図である。
【図８】ウェーハ保持位置とエピタキシャル膜の表面上のパーティクルとの関係を示すグラフである。
【図９】この発明の実施例２に係るウェーハ支持構造が搭載された気相エピタキシャル成長装置の要部拡大断面図である。
【図１０】ウェーハ裏面成膜量の肩口上面と半導体ウェーハの上面との高さの差の関係を示すグラフである。
【図１１】この発明の実施例３に係るサセプタおよびウェーハ支持構造が搭載された気相エピタキシャル成長装置の要部拡大断面図である。
【図１２】環状突起部の段差部の直径方向の幅とウェーハ裏面の成膜量との関係を示すグラフである。
【図１３】環状突起部の高さとウェーハ裏面の成膜量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  エピタキシャルウェーハ、
１１  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
１２  エピタキシャル膜、
１３，１３Ａ〜１３Ｅ  気相成長用サセプタ、
１４  ウェーハ収納部、
１４ａ  周壁、
１４ｂ  環状の段差部、
１４ｃ  ウェーハ支持突条、
１４ｄ  底板、
１４ｅ  環状突起部、
Ｘ  高さの差、
ｃ  境界線。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。まず、図１〜図８を参照して、実施例１を説明する。
【実施例１】
【００３９】
図１において、１０はこの発明の実施例１に係るウェーハ支持構造が適用された気相エピタキシャル装置を使用し、気相エピタキシャル成長されたエピタキシャルウェーハである。このエピタキシャルウェーハ１０は、シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）１１の表面にエピタキシャル膜１２が成長され、かつシリコンウェーハ１１の裏面のうち、面取り面との境界領域ａ（図２）に傷ｂが存在しない。しかも、これは、シリコンウェーハ１１の裏面のうち、面取り面との境界線ｃからウェーハ中心位置へ向かって２ｍｍの領域（リング帯状の領域）に傷ｂが存在するウェーハである。
ここでいう境界領域ａとは、シリコンウェーハ１１の裏面と面取り面との境界線（平坦面と湾曲面とが交わることで形成される環状線）ｃを中心として、ウェーハ半径方向の内側へ０．５ｍｍ、外側へ０．５ｍｍのリング帯状の領域である。傷ｂとは、ウェーハ面に存在する、深さが０．５μｍ以上、長さが１μｍ以上の切れ目様、裂け目様の傷である（図２）。【００４０】
以下、図３のフローシートを参照して、エピタキシャルウェーハ１０の製造方法を説明する。
まず、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットから、スライスしたシリコンウェーハ１１を準備する（Ｓ１０１）。このシリコンウェーハ１１には、ドーパントとしてボロンが、シリコンウェーハ１１の比抵抗が１０ｍΩ・ｃｍになるまで添加されている。【００４１】
次に、厚さ約９００μｍ、直径１２インチにスライスされたシリコンウェーハ１１は、面取り工程で、その周縁部が面取り用の砥石により面取りされる（Ｓ１０２）。これにより、シリコンウェーハ１１の周縁部は、断面が所定の丸みを帯びた形状となる。
続くラッピング工程では、面取りされたシリコンウェーハ１１が、ラップ盤によりラッピングされる（Ｓ１０３）。
次いで、エッチング工程では、ラップドウェーハを所定のエッチング液や超純水（混酸またはアルカリ＋混酸）に浸漬し、ラップ加工での歪み、面取り工程などの歪みなどを除去する（Ｓ１０４）。この場合、片面２０μｍ、両面で４０μｍ程度をエッチングする。
その後、シリコンウェーハ１１を研磨盤に固定し、シリコンウェーハ１１に鏡面研磨を施す（Ｓ１０５）。【００４２】
次に、シリコンウェーハ１１を枚葉式の気相エピタキシャル成長装置のチャンバ（反応炉、反応室）に配置し、シリコンウェーハ１１の表面に、気相エピタキシャル法によりエピタキシャル膜１２を成長させる（Ｓ１０６）。
以下、図４を参照して、気相エピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャル成長工程（エピタキシャル膜成長方法）を具体的に説明する。【００４３】
図４に示すように、気相エピタキシャル成長装置３０は、上下にヒータが配設されたチャンバの中央部に、平面視して円形で、ウェーハが１枚載置できるサセプタ１３が水平配置されたものである。サセプタ１３は、カーボン製の基材をＳｉＣによりコーティングしたものである。
サセプタ１３の上面の中央部には、半導体ウェーハ１１を横置き状態（表裏面が水平な状態）で凹形状のウェーハ収納部（ザグリ）１４に収納する。ウェーハ収納部１４は、周壁１４ａと、幅６ｍｍの平面視して環状の段差部１４ｂおよび、底板（ザグリの底壁面）１４ｄとから区画されている。周壁１４ａの高さは、シリコンウェーハ１１を載置したとき、周壁１４ａの上端面（肩口上面）と、ウェーハ表面とが一致する高さである。環状の段差部１４ｂの上面には、外周縁からウェーハ中心位置に向かって２．２５ｍｍの位置に頂上（ウェーハ支持位置Ｐ）が配置される、断面三角形状の環状のウェーハ支持突条１４ｃが一体的に形成されている。【００４４】
その他、環状の段差部１４ｂの外周縁からウェーハ中心位置に向かって３．７５ｍｍの位置に、ウェーハ支持突条１４ｃの頂上が配置されたものでもよい（図５）。また、環状の段差部１４ｂの外周縁からウェーハ中心位置に向かって６ｍｍの位置に、頂上が配置されたものでもよい（図６）。このとき、シリコンウェーハ１１の裏面の支持位置は、図５の場合、面取り面との境界線ｃからウェーハ中心位置へ向かって２．５ｍｍの位置である。また、図６の場合のウェーハ裏面の支持位置は、面取り面との境界線ｃからウェーハ中心位置へ向かって４．７５ｍｍの位置である。さらに、サセプタ１３として、環状の段差部１４ｂの上面が平坦面となったものを採用してもよい（図７）。この場合、シリコンウェーハ１１を環状の段差部１４ｂに載置すれば、図６のサセプタ１３と同じようにシリコンウェーハ１１の自重により、環状の段差部１４ｂの内周上縁がウェーハ支持位置Ｐとなる。
また、チャンバの一側部には、チャンバの上部空間に、所定のキャリアガス（Ｈ２ガス）と所定のソースガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）とを、ウェーハ表面に対して平行に流すガス供給口が配設されている。また、チャンバの他側部には、ガスの排気口が形成されている。【００４５】
図４に示すように、エピタキシャル成長時には、まず、シリコンウェーハ１１をサセプタ１３のウェーハ収納部１４に載置する。このとき、サセプタ１３のウェーハ支持突条１４ｃが、シリコンウェーハ１１の裏面のうち、面取り面との境界線ｃからウェーハ中心位置へ向かって１ｍｍの位置に当接する。この当接は、シリコンウェーハ１１の全周にわたる（図４）。また、少なくともウェーハ支持突条１４ｃを含むウェーハ収納部１４を、粗い表面とすれば、シリコンウェーハ１１の裏面とウェーハ支持突条１４ｃとの間に微小な空間が生じる。これにより、シリコンウェーハ１１をウェーハ収納部１４に収納または取り出す際に生じるシリコンウェーハ１１とウェーハ支持突条１４ｃとの擦れによるウェーハ裏面の傷を小さくすることもできる。粗い表面とは、たとえばＲａ値が０．１〜３μｍである。
次に、加熱されたシリコンウェーハ１１の表面にエピタキシャル膜１２を成長させる。すなわち、キャリアガスとソースガスとを、ガス供給口を通してチャンバへ導入する。炉内圧力を１００±２０ＫＰａとし、１０００℃〜１１５０℃に熱せられたシリコンウェーハ１１上に、ソースガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを、反応速度２〜４μｍ／分で成膜させる。これにより、シリコンウェーハ１１の表面に、厚さ３μｍの単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜１２が成長される。こうして、エピタキシャルウェーハ１０が作製される。このエピタキシャルウェーハ１０は、ＭＯＳ製品用のＰ／Ｐタイプの基板として好適である。【００４６】
ところで、エピタキシャル成長の加熱時、ＳｉＣがコーティングされたカーボンを基材としたサセプタを使用する場合には、ウェーハ裏面のうち、境界線ｃからウェーハ中心位置へ向かって１ｍｍの領域が、サセプタ１３のウェーハ支持突条１４ｃのウェーハ支持位置Ｐに擦れる。これは、シリコンウェーハ１１の熱膨張率とサセプタ１３の熱膨張率との違いによる。このとき、サセプタ１３の表面の素材は、シリコンウェーハ１１より硬いＳｉＣである。そのため、ウェーハ裏面の前記領域に傷ｂが発生する（図２）。すなわち、従来のサセプタを使用した場合に問題となっていた、ウェーハ外周部の裏側の境界領域ａには傷ｂが発生しない。こうして、境界領域ａに傷ｂが存在しないエピタキシャルウェーハ１０を製造することができる。なお、ウェーハ支持位置Ｐにおける擦れは、エピタキシャル成長の冷却時にも発生している。【００４７】
その結果、デバイス工程で、例えばエッチング液や超純水等の処理液中にエピタキシャルウェーハ１０を浸漬した際、仮に傷ｂからパーティクルが生じても、それがウェーハ表側に回り込み、エピタキシャル膜１２の表面に付着し難い。これは、ウェーハ裏面の外周端から傷ｂの発生位置までの距離が長くなるためである。よって、このウェーハ表面へのパーティクルの付着を原因とした不良デバイスの発生を防ぎ、デバイスの歩留まりを高めることができる。【００４８】
ここで、実際に、図４〜図７に示す各サセプタ付きの気相エピタキシャル成長装置により得られたエピタキシャルウェーハについて、サセプタによるウェーハの支持位置と、上述したエッチング液や超純水浸漬後のエピタキシャル膜の表面に付着したパーティクルの個数との関係を図８のグラフに示す。
図８のグラフにおいて、従来のサセプタを用いた場合のパーティクルの数を基準値１．０とする。従来のサセプタは、シリコンウェーハの支持位置が、ウェーハ裏面の境界線からウェーハ中心位置へ向かって０．１ｍｍの領域に存在する。
図８のグラフに示すように、図４に示すサセプタ１３を使用した場合のパーティクル数は０．０９２（相対値）であった。また、図５に示すサセプタ１３Ａを用いた場合のパーティクル数は０．０１７であった。さらに、図６に示すサセプタ１３Ｂおよび図７に示すサセプタ１３Ｃを用いた場合のパーティクル数は、何れも約０．０２５であった。サセプタ１３，１３Ａ〜１３Ｃの場合には、従来品に比べて良好な結果が得られた。【００４９】
次に、図９および図１０を参照して、この発明の実施例２に係るエピタキシャル膜成長方法およびウェーハ支持構造を説明する。
図９に示すように、この発明の実施例２に係るウェーハ支持構造は、ウェーハ収納部１４の周壁１４ａの上端面を、ウェーハ収納部１４に納められたシリコンウェーハ１１の表面より高くした点に特徴を有している。
これにより、エピタキシャル成長時、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴うウェーハ裏面の外周端でのシリコンの成長（裏面成膜）を回避することができる。その結果、シリコンウェーハ１１の外周領域でのトータル厚みの変動が抑えられ、エピタキシャル膜１２の表面を超平坦度にすることができる。よって、エピタキシャル膜１２の表面の超平坦化が可能となる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので説明を省略する。【００５０】
ここで、実際に、図９に示すサセプタが搭載された気相エピタキシャル成長装置により得られたエピタキシャルウェーハ１１について、ウェーハ収納部１４の肩口上面と、ウェーハ収納部１４に納められたシリコンウェーハ１１の表面との高さの差Ｘと、ウェーハ裏面の成膜量との関係を図１０のグラフに示す。図９のサセプタ１３Ｄは、ウェーハ収納部１４の環状の段差部１４ｂの外周縁からウェーハ中心位置に向かって３．７５ｍｍの位置に、ウェーハ支持突条１４ｃのウェーハ支持位置Ｐが配置されたもの（図５）をベースとしている。【００５１】
図１０のグラフにおいて、高さの差Ｘ＝０の従来のサセプタを利用した場合におけるウェーハ裏面の成膜量（デポジット量）を基準値１．０とする。
図１０のグラフから明らかなように、高さの差Ｘが−２５０μｍ（肩口上面の方がシリコンウェーハ１１の表面より２５０μｍ低い）の場合のウェーハ裏面成膜量は、０．９２３（相対値）であった。また、＋１００μｍ（肩口上面の方がシリコンウェーハ１１の表面より１００μｍ高い）ときのウェーハ裏面成膜量は、０．６１５であった。さらに、＋１５０μｍの場合のウェーハ裏面の成膜量は、０．４２３であった。そして、＋３５０μｍの場合のウェーハ裏面成膜量は、約０．３０８であった。また、＋４００μｍの場合のウェーハ裏面成膜量は、０．３０８であった。さらにまた、＋５００μｍの場合のウェーハ裏面成膜量は、０．２３１であった。次に、＋７００μｍの場合のウェーハ裏面の成膜量は、０．２６９であった。何れの場合も、従来品に比べてウェーハ裏面成膜量が低減した。【００５２】
次に、図１１〜図１３を参照して、この発明の実施例３に係るエピタキシャル膜成長方法、ウェーハ支持構造およびサセプタを説明する。
図１１に示すように、この発明の実施例３に係るサセプタ１３Ｅは、底板部１４ｄと、この底板部１４ｄの外周に形成され、シリコンウェーハ１１を面接触させて支持する環状の段差部１４ｂと、この段差部１４ｂの外周に形成された周壁１４ａとを備えるウェーハ収納部１４を有し、環状の段差部１４ｂのうち、シリコンウェーハ１１の裏面と面接触する部分を、上面が平坦な環状突起部１４ｅとし、環状突起部１４ｅは、段差部１４ｂの直径方向の幅Ｌ３が２．５ｍｍ、段差部１４ｂの上面からの高さＨが５０μｍで、かつ周壁１４ａから段差部１４ｂの直径方向へ離間して段差部（段差部１４ｂの直径方向における周壁１４ａから環状突起部１４ｅの内周縁までの長さＬ１が３．５ｍｍ）に形成された点に特徴を有している。【００５３】
実施例３のサセプタ１３Ｅによるウェーハ支持構造にあっては、このように環状の段差部１４ｂのうち、シリコンウェーハ１１の裏面と面接触する部分に、上面が平坦な環状突起部１４ｅを形成し、かつ環状突起部１４ｅの段差部１４ｂの直径方向の幅（上面の幅）Ｌ３を２．５ｍｍとしたので、ウェーハ裏面のうち、段差部１４ｂとの接触部分のダメージの低減化を図ることができる。しかも、段差部１４ｂの上面からの環状突起部１４ｅの高さＨを５０μｍ、ウェーハ直径方向における境界線ｃから環状突起部１４ｅの外周縁による支持位置までの長さＬ２は２．２５ｍｍとしている。これにより、ソースガスのウェーハ裏面側への回り込みに伴うウェーハ裏面の成膜量の低減化も同時に図ることができる。この成膜量の低減により、シリコンウェーハ１１のウェーハ面内の厚さ分布の均一性が高まり、エピタキシャルウェーハ１０の超平坦度化の達成が容易になる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので説明を省略する。【００５４】
ここで、実際に、図１１に示すサセプタ１３Ｅが搭載された気相エピタキシャル成長装置３０により得られたエピタキシャルウェーハ１１について、環状突起部１４ｅの段差部１４ｂの直径方向の幅Ｌ３と前記ウェーハ裏面の成膜量との関係を図１２のグラフに示す。また、環状突起部１４ｅの高さＨとウェーハ裏面の成膜量との関係を図１３のグラフに示す。【００５５】
図１２のグラフから明らかなように、環状突起部１４ｅの幅Ｌ３が１〜６ｍｍの範囲ではウェーハ裏面の成膜量は３０ｎｍ程度であったが、６ｍｍを超えれば急激にこの成膜量が増大した。一方、図１３のグラフから明らかなように、環状突起部１４ｅの高さＨが２５０μｍを超えた時点でこの成膜量が急速に増大し、例えば環状突起部１４ｅの幅Ｌ３が７ｍｍの場合には成膜量は７０ｎｍまで達した。段差部１４ｂの上面からの高さＨが１０〜２５０μｍの範囲では、ウェーハ裏面の成膜量は３０ｎｍ程度であったが、２５０μｍを超えた時点でこの成膜量が急速に増大し、例えば３００μｍの場合にはその成膜量は１１０ｎｍまで達した。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、ＭＯＳ製品、ロジック製品などの基板となるエピタキシャルウェーハの製造に有用である。
【図１】
2009060912.tif 000003
【図２】
2009060912.tif 000004
【図３】
2009060912.tif 000005
【図４】
2009060912.tif 000006
【図５】
2009060912.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009060912.tif 000009
【図８】
2009060912.tif 000010
【図９】
2009060912.tif 000011
【図１０】
2009060912.tif 000012
【図１１】
2009060912.tif 000013
【図１２】
2009060912.tif 000014
【図１３】
2009060912.tif 000015
【国際調査報告】
2009060912.tif 000016
2009060912.tif 000017
2009060912.tif 000018
2009060912.tif 000019