(57)【要約】      （修正有）【課題】前面及び背面の「オートドーピング」、「ハロー」及び不利なナノトポグラフィーを十分に回避することができるサセプタの提供。【解決手段】少なくとも１５％の多孔率、０．５〜１．５ｇ／ｃｍ３の密度、０．１ｍｍより小さい孔径及び１００００ｃｍ２／ｃｍ３よりも大きな孔の内部表面積を有するガス透過性構造を有することを特徴とする、化学気相堆積により半導体ウェハの前面に層を堆積させる際に半導体ウェハを収容するためのサセプタ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１５％の多孔率、０．５〜１．５ｇ／ｃｍ３の密度、０．１ｍｍより小さい孔径及び１００００ｃｍ２／ｃｍ３よりも大きな孔の内部表面積を有するガス透過性構造を有することを特徴とする、化学気相堆積（ＣＶＤ）により半導体ウェハの前面に層を堆積させる際に半導体ウェハを収容するためのサセプタ。
【請求項２】
前記の構造が主に黒鉛からなる繊維を含有することを特徴とする、請求項１記載のサセプタ。
【請求項３】
前記の構造が主に黒鉛粒子を含有することを特徴とする、請求項１記載のサセプタ。
【請求項４】
シリコンカーバイドからなる被覆を有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のサセプタ。
【請求項５】
シリコンカーバイドからなる被覆の厚さが、サセプタの表面からサセプタの内部へ向かって減少していることを特徴とする、請求項４記載のサセプタ。
【請求項６】
化学気相堆積（ＣＶＤ）により被覆された前面と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハにおいて、背面のナノトポロジー（高さ変動ＰＶ（= peak to valley）として表される）が５ｎｍより小さく、かつ同時に背面の「ハロー」（ヘイズとして表される）が５ｐｐｍよりも小さいことを特徴とする、半導体ウェハ。
【請求項７】
層の堆積のために、半導体ウェハの背面をサセプタの底部に向けて半導体ウェハをサセプタに収容させる、前面上の化学気相堆積（ＣＶＤ）により堆積された層と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハの製造方法において、ガス状物質を半導体ウェハの背面の領域から、ガス拡散によってサセプタを通過して、サセプタの背面の領域へ到達させることを特徴とする、半導体ウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、化学気相堆積（ＣＶＤ）により被覆された前面と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハ、並びに半導体ウェハの製造方法に関する。本発明の対象は、化学気相堆積（ＣＶＤ）により半導体ウェハの前面に層を堆積させる際に半導体ウェハを収容するためのサセプタでもある。
【背景技術】
【０００２】
化学気相堆積（chemical vapor deposition, CVD）の場合に、特に両面ポリシングされたシリコンからなる基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させる場合に、特に「オートドーピング」及び「ハロー」の概念で公知である２つの現象に直面する。「オートドーピング」の場合には、ドーパントが半導体ウェハの背面から気相を介して堆積ガス内へ達し、この堆積ガスが半導体ウェハの前面に送られる。このドーパントは半導体ウェハの前面の周辺領域で優勢にエピタキシャル層内へ組み込まれ、それにより程度に差はあるが極めて顕著な不所望な、エピタキシャル層の比抵抗の半径方向への変動が生じてしまう。
【０００３】
「ハロー」とは散乱光効果を意味し、これは半導体ウェハの背面上の光を散乱する構造により引き起こされ、半導体ウェハの背面を集束された光線で照射する場合に認識できる。この構造は半導体ウェハの背面の表面上での移行部を表示し、その領域で自然酸化層によってこのような酸化層が存在しない領域と区切られている。同様に不所望なこの移行部は、本来の堆積期間の前の「プリベーク；prebake」として表される予備加熱期間の間で自然酸化層の除去が不完全であった場合に生じる。「ハロー」効果を定量化する方法は、例えばTencor SP1装置を用いたいわゆるＤＮＮ（DarkField Narrow Normal）又はＤＷＮ（DarkField Wide Normal）チャンネルでのヘイズの散乱光測定である。
【０００４】
「オートドーピング」の問題を回避するために、US-6,129,047では、半導体ウェハを収納するサセプタの凹設部（ポケット；pocket）の底部中にスリットが設けられ、その際にこのスリットが底部の外縁に配置されていることが提案されている。半導体ウェハの背面から外方拡散するドーパントは、サセプタ中のスリットを通してウェハ背面側に導通される洗浄ガスによって反応器の外に除去することができ、半導体ウェハの前面に達することはない。US-2001/0037761 A1によると、同じ目的でサセプタの全体の底部に小さな穿孔が存在している。半導体ウェハの背面から外方拡散するドーパントの搬出は、この場合に洗浄ガスを導入して流すことによっても行われる。この措置は「ハロー」形成に対しても有効である、それというのも、自然酸化層の除去が達成され、次いで、自然酸化物の分解時に生じるガス状の反応生成物は同様に底部中の穴を通過し、かつ流動する洗浄ガスにより搬出されるためである。
【０００５】
記載されたサセプタの使用は完全に問題がないとは言えない、それというのもこれらの穴が半導体ウェハの背面及び前面の温度フィールドに影響を及ぼすためである。サセプタの底部中の穴の直径が所定のサイズを上回る場合に、半導体ウェハの前面のナノトポグラフィーに不利な影響を及ぼす。ナノトポグラフィーの概念は、０．５〜１０ｍｍの横方向領域にわたり測定したナノ領域での高さの変動を表す。前記の穴により生じる温度変動は、半導体ウェハの前面でのエピタキシャル層の堆積の際に局所的に異なる堆積率及び最終的に前記の高さの変動を引き起こす。US-2001/0037761 A1では、この問題を回避するために、穴の直径を制限し、温度フィールドをランプ加熱の出力に合わせることにより均一化することが提案されている。
【０００６】
この措置は、しかしながら半導体ウェハの前面に関してだけ有効である。本発明の発明者が確認したように、サセプタ中の穴の直径を小さく選択すればするほど、半導体ウェハの背面のナノトポグラフィー値は更に悪化してしまう。半導体ウェハの背面の温度フィールドは穴の存在により不均一なままであり、洗浄ガス、例えば水素により引き起こされる局所的エッチング、及び半導体ウェハの背面に達する堆積ガスにより引き起こされる局所的堆積が生じる。この両者は背面のナノトポグラフィーに不利に影響を及ぼし、このことは許容できない、それというのも半導体ウェハの背面の不平坦性も、半導体ウェハの前面の電子デバイスの製造におけるステッパの焦点合わせの問題が生じることがあるためである。
【特許文献１】US-6,129,047
【特許文献２】US-2001/0037761 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、前面及び背面の「オートドーピング」、「ハロー」及び不利なナノトポグラフィーを十分に回避することができるようにすることであった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の対象は、化学気相堆積（ＣＶＤ）により被覆された前面と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハにおいて、背面のナノトポロジー（高さ変動ＰＶ（= peak to valley）として表される）が５ｎｍより小さく、かつ同時に背面の「ハロー」（ヘイズとして表される）が５ｐｐｍよりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
半導体ウェハは、有利に、前面にエピタキシャル堆積層を備えたシリコンからなる基板ウェハである。この被覆された半導体ウェハの背面はポリシング又はエッチングされている。この基板ウェハは有利にｐ型又はｎ型ドーピングされていて、有利にドーパントとしてホウ素でｐ型ドーピングされていて、その際に、ドーピンググレードはｐ−、ｐ、ｐ＋及びｐ＋＋であることができる。ドーピンググレードはｐ＋が特に有利であり、これは約０．００５〜約０．０３  Ｏｈｍ・ｃｍの比抵抗に相当する。このエピタキシャル層は、有利に同様にｐ型に、特に有利にドーパントとしてホウ素でドープされていて、かつ有利にドーピンググレードはｐ型であり、これは約１〜約２０  Ｏｈｍ・ｃｍの比抵抗に相当する。エピタキシャル層の厚さは有利に０．１μｍ〜１００μｍであり、かつこの厚さはまず第一に所定の使用目的に依存する。被覆された半導体ウェハの前面のナノトポグラフィーは、通常の面積の０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、２ｍｍ×２ｍｍ又は１０ｍｍ×１０ｍの正方形の測定面（サイト；sites）に関して、有利に１０ｎｍより小さく、特に有利に５ｎｍより小さい。半導体ウェハの背面のナノトポグラフィーは、有利に１０ｍｍ×１０ｍｍの面積の測定面に対して５ｎｍより小さい。
【００１０】
本発明の対象は、層の堆積のために、半導体ウェハの背面をサセプタの底部に向けて半導体ウェハをサセプタに収容させる、前面上の化学気相堆積（ＣＶＤ）により堆積された層と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハの製造方法において、ガス状物質を半導体ウェハの背面の領域から、ガス拡散によってサセプタを通過して、サセプタの背面の領域へ到達させることを特徴とする、半導体ウェハの製造方法でもある。
【００１１】
この方法は、公知の方法とは異なり、小さな孔径を有しかつ孔の大きな内部表面積を有する多孔性構造を有するサセプタを特に使用する。それにより、ガス輸送は拡散によって行われ、穴を有するサセプタの使用の場合のように指向性のガス流の形で行わない。黒鉛フェルトからなる膜は、例えば、もちろん完全に異なる関係で、燃料電池の構築の際に使用され、この場合拡散層として利用されている（例えば、A. Heinzel & F. Mahlendorf, 第２回ノルトライン−ウェストファーレンの工業共同研究フォーラムの講演（Vortrag auf dem 2. Forum Industrielle Gemeinschaftsforschung in Nordrhein-Westfalen）、Gelsenkirchen, ２００３年２月１２日、参照）。この多孔性サセプタは、ウェハ背面付近での流動の不均一性が形成されるのを抑制し、前記したナノトポグラフィー効果を最小化する。更に、ウェハ背面及び前面の温度分布は均一にされる。この原因は、ここに記載された多孔性サセプタは、穴を有するサセプタとは反対に、極めて高い密度の、不規則に配置された、極めて小さな、相互に空間的にずれた孔を有するので、熱放射はサセプタ中の孔によってもはや妨害されずに通り抜けて到達し、かつそれによりウェハ背面の局所的に異なる加熱又は加温はもはや生じ得ないことにある。このサセプタの作用は、基板ウェハが予備加熱され、かつ不活性ガス（希ガス又は窒素）からなる洗浄ガス及び／又は還元性ガス（水素）にさらされ、自然酸化層を除去する場合に、予備加熱期間の間に既に認識することができる。酸化層の分解の際に形成されるガス状の反応生成物、並びに基板ウェハから外方拡散するドーパントは、サセプタの孔を介してサセプタの背面側へ逃がされ、この背面側で洗浄ガスのフローに収容され、反応器から除去される。酸化物層の除去の後に、有利にエピタキシャル層の堆積の前に半導体ウェハの前面の表面を平滑にするために、洗浄ガスに塩化水素を添加することができる。エピタキシャル層の堆積のために、基板ウェハを堆積温度にもたらし、基板ウェハの前面を堆積ガスと接触させ、一方で基板ウェハの背面は有利に洗浄ガスの影響にさらされている。この堆積ガスは、その化学的分解の後に成膜する物質を提供する化合物を含有する。この物質には、有利にシリコン、ゲルマニウム及びドーパント、例えばホウ素が属する。特にトリクロロシラン、水素及びジボランを含有する堆積ガスが有利である。エピタキシャル層の堆積後に、被覆された半導体ウェハは、例えば反応器を通して導通される水素からなるフロー中で冷却させる。
【００１２】
本発明の対象は、最終的に、化学気相堆積（ＣＶＤ）により半導体ウェハの前面に層を堆積させる際に半導体ウェハを収容するためのサセプタにおいて、前記サセプタが、少なくとも１５％の多孔率、０．５〜１．５ｇ／ｃｍ３の密度、０．１ｍｍより小さい孔径及び１００００ｃｍ２／ｃｍ３よりも大きな孔の内部表面積を有するガス透過性構造を有することを特徴とするサセプタでもある。このサセプタは、有利に前記の特性を有する黒鉛又は黒鉛繊維からなり、特に有利に前記の特性を有するシリコンカーバイドで被覆された黒鉛又はシリコンカーバイドで被覆された黒鉛繊維からなる。
【００１３】
図１は、本発明による繊維構造を有するサセプタの断面図を表す。図２は、本発明による粒子構造を有するサセプタの断面図を表す。図３は、例示的な、黒鉛繊維からなる本発明によるサセプタの上から見た図（観察方向は表面に対して垂直）を表す。表面中に孔が明らかに認識できる。図４は、図３からの同じサセプタの断面図を表す。サセプタ中の個々の黒鉛繊維及び孔が認識できる。
【００１４】
この黒鉛繊維は整列した構造（等方的）又は無秩序な構造（異方的）で存在することができる。シリコンカーバイドで繊維を被覆する場合に、サセプタの表面のシリコンカーバイド層の厚さはサセプタ内部よりも厚いことが有利である。サセプタ材料の必要な多孔率及び密度は、サセプタの製造の際に繊維又は粒子を適当に圧縮することにより調節される。このサセプタは有利に半導体ウェハを収納するための凹所を備えた皿状の形を有するため、半導体ウェハをサセプタに収容した後に半導体ウェハの背面はサセプタの底部に向いている。この底部は有利に閉じているが、サセプタ材料の多孔性に基づきガス透過性である。もちろん、凹設部の外縁にスリット状の貫通孔が存在してもよく、同様に半導体ウェハを持ち上げ及び下げ置きのためのロッド用に、サセプタの底部中の貫通孔が存在していてもよい。このロッド用の貫通孔は、しかしながらサセプタの使用の間ではロッドの存在により閉鎖されている。このサセプタは、有利に単一ウェハ反応器（Einzelscheibenreaktor）中で使用され、かつ有利に１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍの直径を有する半導体ウェハを収納するように設計されている。サセプタをASM及びApplied Materialsの単一ウェハ反応器と一緒に使用するのが特に有利である。
【実施例】
【００１５】
本発明を次に実施例を用いて先行技術と比較する。比較のために、シリコンカーバイドで被覆された黒鉛からなる通常のサセプタは多様な直径の孔を備えている（比較例）。この材料の密度は約１．８５ｇ／ｃｍ３であった。同様に成形されたサセプタはシリコンカーバイドで被覆された黒鉛フェルトから製造した（実施例）。このサセプタの材料は、約２５％の多孔率及び約１．３５ｇ／ｃｍ３の密度及び８０μｍの平均孔径及び約１００００ｃｍ２／ｃｍ３の孔の内部表面積を有していた。
【００１６】
ｐ型ドープの、ドーパントとしてホウ素を有するシリコンからなる複数の基板ウェハに、単一ウェハ反応器中で、シリコンからなるｐ＋型ドープしたエピタキシャル層（同様にドーパントとしてホウ素を用いる）を設け、その際に、上記のそれぞれ１つのサセプタタイプを使用した。エピタキシャル層の堆積を先行技術に応じて行い、これは慣用の「プリベーク」工程を有している。生産された半導体ウェハは、前面及び背面の「オートドーピング」、「ハロー」及びナノトポグラフィーについて調査した。背面のナノトポグラフィーの観察の場合にだけ明らかな差異が生じた。この場合に、比較例によるサセプタを使用して被覆された半導体ウェハは、本発明により製造された半導体ウェハよりもナノトポグラフィー値が明らかに悪かった。比較例の半導体ウェハは、１０×１０ｍｍの面積の測定面に対して、５ｎｍより小さいナノトポグラフィー値が達成されなかった。図５〜７に示したように、サセプタ中の孔の直径が小さくなればそれだけ確認可能な高さの変動が大きかった。それに対して、実施例の全ての半導体ウェハは背面に関して５ｎｍより小さいナノトポグラフィー値及び５ｐｐｍよりも低いヘイズを示した。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による繊維構造を有するサセプタの断面図。
【図２】本発明による粒子構造を有するサセプタの断面図。
【図３】黒鉛繊維からなる本発明によるサセプタの上から見た図。
【図４】図３からの同じサセプタの断面図。
【図５】穴の直径０．５ｍｍのウェハ背面のナノトポグラフィーをグラフで示す図。
【図６】穴の直径１．０ｍｍのウェハ背面のナノトポグラフィーをグラフで示す図。
【図７】穴の直径１．５ｍｍのウェハ背面のナノトポグラフィーをグラフで示す図。
【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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【図７】
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