(57)【要約】      （修正有）【課題】石英製保護部材の局所的劣化を防止することで交換サイクルを延ばし、さらに、熱電対の交換が容易な気相成長装置及びそれを用いたシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】チャンバ１１内で薄膜を形成する基板を載置するサセプタ１４と、該サセプタを支持する支持部材１３と、該支持部材が上端に固定された管状シャフト１６と、該管状シャフト内に挿通され、先端が前記管状シャフトの上端から突出して前記サセプタの下面に近接するように配置され、前記サセプタの温度を測定する熱電対１９と、該熱電対を覆う石英製保護部材１８と、該石英製保護部材の上端部を覆う保護カバー１７とを有する気相成長装置１０であって、前記保護カバーが、前記石英製保護部材の上端から、前記管状シャフトの上端から下方に２〜１０ｍｍまでの領域を覆うものである気相成長装置。【選択図】図１
2011054870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、チャンバ内で薄膜を形成する基板を載置するサセプタと、該サセプタを支持する支持部材と、該支持部材が上端に固定された管状シャフトと、該管状シャフト内に挿通され、先端が前記管状シャフトの上端から突出して前記サセプタの下面に近接するように配置され、前記サセプタの温度を測定する熱電対と、該熱電対を覆う石英製保護部材と、該石英製保護部材の上端部を覆う保護カバーとを有する気相成長装置であって、少なくとも、
前記保護カバーが、前記石英製保護部材の上端から、前記管状シャフトの上端から下方に２〜１０ｍｍまでの領域を覆うものであることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記保護カバーが、炭化ケイ素からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記サセプタが、枚葉式であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の気相成長装置内の前記サセプタ上にシリコン単結晶ウェーハを載置し、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させることを特徴とするシリコン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、基板上に薄膜を形成する気相成長装置及びそれを用いたシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、外気を遮断したチャンバ内で半導体基板上に反応性ガスを供給し、この基板上に薄膜を形成する工程がある。このような工程では原料ガスの供給により、基板上で気相反応を起こさせて薄膜を形成する気相成長装置が使用されている。
【０００３】
このような装置の中でも特に、シリコン基板上にシリコンの単結晶を成長させる気相成長装置は、ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造工程で利用されている。この装置では、通常、チャンバ内のシリコン単結晶ウェーハを１０００℃以上に加熱し、チャンバ内に四塩化珪素、トリクロロシラン等の原料ガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、水素還元または熱分解することによって、シリコン単結晶ウェーハ上に気相成長による単結晶のシリコン薄膜を成長させる。そして、この気相成長後には、チャンバ内にＨＣｌガスを流して、チャンバに付着したシリコン等を除去するクリーニングが行われる。
このような気相成長は、半導体装置の製造プロセスにおいて、バイポーラ素子の耐圧などを高めるために用いられており、素子においてもメガビットのメモリを製作する場合、α線によるソフトエラーやラッチアップを防ぐために必要な技術になっている。
【０００４】
このような気相成長には、気相成長装置が用いられるが、代表的な装置を図６に示した概略図により説明する。
図６に示す気相成長装置１０１は、石英製のチャンバ１１０内で外気と遮断した状態で基板を処理するものである。このチャンバ１１０内には、炭化ケイ素製のサセプタ１０８と、サセプタ１０８の周囲を取り囲む炭化ケイ素リング１０２とが配置され、チャンバ１１０の外側に配置された加熱ランプ１０４によりサセプタ１０８上に載置された基板が加熱される構造である。
【０００５】
サセプタ１０８は石英製の支持部材１０５で支持され、更にその支持部材１０５は石英製管状シャフト１０６により支持される。この管状シャフト１０６は回転可能な構造で、管状シャフト１０６が回転する事により、支持部材１０５及びサセプタ１０８が回転する構造になっている。また管状シャフト１０６内には石英製保護部材１０７で覆われた熱電対１０９が挿通され、その熱電対１０９の先端の測定部を覆う石英製保護部材１０７は、さらに炭化ケイ素製の保護カバー１０３で覆われている。そして石英製保護部材１０７と保護カバー１０３で覆われた熱電対１０９の先端の測定部は、支持部材１０５内側でサセプタ１０８の直下に配置される。
このような気相成長装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００１−５２２１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、熱電対を覆う石英製保護部材の先端部を炭化ケイ素製の保護カバーで覆った場合でも、チャンバ内のクリーニングの際にＨＣｌガス等によりエッチングされて石英製保護部材が局所的に劣化し、また、熱電対の取り出し時に保護カバーが外れてしまう問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、石英製保護部材の局所的劣化を防止することで交換サイクルを延ばし、さらに、熱電対の交換が容易な気相成長装置及びそれを用いたシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、チャンバ内で薄膜を形成する基板を載置するサセプタと、該サセプタを支持する支持部材と、該支持部材が上端に固定された管状シャフトと、該管状シャフト内に挿通され、先端が前記管状シャフトの上端から突出して前記サセプタの下面に近接するように配置され、前記サセプタの温度を測定する熱電対と、該熱電対を覆う石英製保護部材と、該石英製保護部材の上端部を覆う保護カバーとを有する気相成長装置であって、少なくとも、前記保護カバーが、前記石英製保護部材の上端から、前記管状シャフトの上端から下方に２〜１０ｍｍまでの領域を覆うものであることを特徴とする気相成長装置を提供する。
【００１０】
このように、保護カバーが石英製保護部材の上端から、管状シャフトの上端から下方に２〜１０ｍｍまでの領域を覆うものであれば、石英製保護部材が管状シャフト内まで保護カバーで覆われて、石英製保護部材の露出部分がＨＣｌガス等に触れることを防止でき、局所的劣化を抑制できるため交換サイクルが延びる。また、保護カバーが本発明の大きさならば、大きくすることによるコストアップよりも、石英製保護部材の交換サイクルが延びることによるコストダウンの方が大きくなるため、全体としてコストを低減できる。さらに、保護カバーで覆われている部分と石英製保護部材の露出部分との境界にある段差が管状シャフト内にあるため、取り出す際に当該段差が管状シャフトの上端に引っ掛かって保護カバーが外れることもない。
以上のように、本発明の気相成長装置であれば、石英製保護部材の交換サイクルが延び、さらに熱電対交換時の保護カバー外れも防止できるため、低コストで歩留まり良く気相成長を行うことができる装置となる。
【００１１】
このとき、前記保護カバーが、炭化ケイ素からなるものであることが好ましい。
このように、保護カバーが炭化ケイ素からなるものであれば、高温に強く、ＨＣｌガス等による劣化もほとんどなく、さらにチャンバや基板への汚染も少ない。
【００１２】
このとき、前記サセプタは、枚葉式とすることができる。
このように、本発明の気相成長装置のサセプタとしては、枚葉式のものを用いることができる。
【００１３】
また、本発明の気相成長装置内の前記サセプタ上にシリコン単結晶ウェーハを載置し、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
このように、本発明の気相成長装置を用いてシリコン単結晶ウェーハの主表面上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させることで、低コストで歩留まり良くシリコンエピタキシャルウェーハを製造できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の気相成長装置であれば、熱電対を保護するための石英製保護部材の交換サイクルが延び、さらに熱電対取り出し時の保護カバー外れも防止できるため、低コストで歩留まり良く気相成長を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の気相成長装置の実施態様の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の気相成長装置の実施態様の一例を概略的に示す部分拡大図である。
【図３】従来の気相成長装置を説明するための説明図である。
【図４】従来の気相成長装置を説明するための説明図である。
【図５】従来の石英製保護部材の劣化部分を説明するための説明図である。
【図６】従来の気相成長装置の一例を示す概略図である。
【図７】保護カバーの管状シャフト内への入り込み長さと石英製保護部材の寿命の関係を示すグラフである。
【図８】保護カバーの管状シャフト内への入り込み長さと、当該入り込み長さの保護カバーを備えた装置のコストと従来の装置のコストの比率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
従来、気相成長装置において、熱電対を保護する石英製保護部材が局所的に劣化して交換サイクルが短くなることがあり、さらに、熱電対を取り出す際に保護カバーが外れてしまうという問題があった。
このような問題に対して、本発明者らは鋭意検討した結果、以下のようなことを見出した。
【００１７】
図３、４に従来の気相成長装置を説明するための説明図を示す。図５に従来の石英製保護部材の劣化部分を説明するための説明図を示す。
図５に示すように、石英製保護部材１０７の局所的な劣化を観察すると、当該劣化は割れやひびではなく、削れにより石英製保護部材１０７の厚みが薄くなり、さらには穴があいているものもあった。また、石英製保護部材１０７の劣化する部分は、毎回同じ場所で、保護カバー１０３と石英製保護部材１０７の露出部分との境目付近であり、この部分は、石英製保護部材１０７の保護カバー１０３に覆われず剥き出しになっている部分で、チャンバ内の雰囲気に最も近い部分であった。このことから、石英製保護部材１０７の局所的劣化の原因は、プロセス後のチャンバ内の付着物を取り除くために使用されるＨＣｌガスが原因であることを見出した。
【００１８】
図３に示すように、管状シャフト１０６内を通って水素ガス等のシャフトガス１１１が噴き出す構造となっており、従来ではＨＣｌガス１１２は管状シャフト１０６内には入り難いと考えられていた。このため、従来では、コスト等を考慮して保護カバー１０３を過度に大きくせず、保護カバー１０３が管状シャフト１０６上端付近まで石英製保護部材１０７を覆っていれば、劣化は防げると考えられていた。
しかし、図４に示すように、ＨＣｌガス１１２は管状シャフト１０６内に入り込んできており、これが原因で石英製保護部材１０７の露出部分が局所的に劣化することを、本発明者らが見出した。
【００１９】
さらに本発明者らは検討し、保護カバーの管状シャフトへの入り込み長さ（管状シャフト上端から下方への入り込み長さ）と、石英製保護部材の寿命の関係を調べた。当該結果を図７に示す。保護カバーの入り込み長さは、石英製保護部材の管状シャフト上端位置ちょうどまで覆ったものを０ｍｍとし、管状シャフト上端位置を基準として下方に０〜１５ｍｍの１６水準を覆うものについて調べた。
【００２０】
図７に示すように、入り込みが無い０ｍｍでは石英製保護部材の寿命が極端に短く、下方に１ｍｍ覆うことで、従来と同程度の寿命になった。そして、保護カバーが管状シャフト上端から下方に２ｍｍ以上の領域を覆うことで石英製保護部材の寿命は７５日となり、従来の約１．５倍延びた。入り込み長さがさらに長くなると寿命はわずかに延びていき、１２ｍｍ以上では寿命はそれ以上延びなかった。一方、保護カバーの価格は、１０ｍｍを超えると原材料費と歩留まり低下により極端に上昇してしまった。
また、従来は熱電対取り出し時のカバー外れ率５５．０％であったものが、保護カバーが、石英製保護部材上端から、管状シャフト上端から下方に２ｍｍ以上の領域を覆うことで、カバー外れ率０％に改善された。
【００２１】
以上より、本発明者らは、石英製保護部材の寿命延長によるコストダウンと、保護カバーを大きくすることによるコストアップを考慮して、保護カバーが、石英製保護部材の上端から、管状シャフトの上端から下方に２〜１０ｍｍまでの領域を覆うものであれば、石英製保護部材の寿命を延ばして、カバー外れも防止し、コストを全体で低減できることを見出して、本発明を完成させた。
【００２２】
以下、本発明の気相成長装置について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の気相成長装置の実施態様の一例を示す概略図である。図２は、本発明の気相成長装置の実施態様の一例を概略的に示す部分拡大図である。
【００２３】
図１に示す本発明の気相成長装置１０は、例えば、石英製のチャンバ１１内に、薄膜を形成する基板を載置する座ぐりが形成された炭化ケイ素製のサセプタ１４と、サセプタ１４の周囲を取り囲む炭化ケイ素リング１５とが配置されている。そして、このチャンバ１１の外側に配置された加熱ランプ１２により基板を加熱する構造である。
サセプタ１４は石英製の支持部材１３で支持され、更にその支持部材１３は石英製の管状シャフト１６の上端に固定される。この管状シャフト１６は回転可能な構造で、管状シャフト１６が回転することにより、支持部材１３及びサセプタ１４が回転する構造になっている。また管状シャフト１６内には石英製保護部材１８で覆われた熱電対１９が配置され、その熱電対１９の先端の測定部を覆う石英製保護部材１８は、さらに保護カバー１７で覆われている。そして石英製保護部材１８と保護カバー１７で覆われた熱電対１９の先端の測定部は、管状シャフト１６の上端から突出して、支持部材１３の内側でサセプタ１４の直下に近接して配置される。
【００２４】
そして、図２に示すように、本発明の気相成長装置１０は、保護カバー１７が、石英製保護部材１８の上端から、管状シャフト１６の上端から下方に２〜１０ｍｍまでの領域を覆うものである。
図２に示すように、保護カバー１７により、石英製保護部材１８の上端から、管状シャフト１６の上端から下方へ２ｍｍ以上の領域を覆うことで、例えばクリーニング用のＨＣｌガス２０が管状シャフト１６内へ入り込んでも、石英製保護部材１８の露出している部分が水素ガス等のシャフトガス２１の濃度が濃い領域に位置するため、石英製保護部材１８が局所的に劣化することを十分に抑制できる。また、保護カバー１７により、石英製保護部材１８の上端から、管状シャフト１６の上端から下方へ１０ｍｍ以下の領域を保護すれば、保護カバー１７を大きくすることによるコストアップよりも、石英製保護部材１８の交換サイクルが延びることによるコストダウンの方が大きいため、本発明の気相成長装置を気相成長に用いる際のコストを全体として低減することができる。
また、保護カバー１７の下端が管状シャフト１６内へ２ｍｍ以上入り込んだものであるため、熱電対１９を管状シャフト１６内から取り出す際に管状シャフト１６の上端に保護カバー１７の下端の段差が接触して引っかかることで保護カバー１７が外れることも無い。
【００２５】
このような、本発明の気相成長装置１０の保護カバー１７の材質としては、例えば炭化ケイ素が好ましい。
炭化ケイ素製の保護カバー１７であれば、高温やＨＣｌガスに耐性があり、チャンバ１１内や処理する基板を汚染することも無い。
【００２６】
また、本発明の気相成長装置１０のサセプタ１４としては、特に限定されず、基板を一枚ずつ載置する枚葉式や、複数の座ぐりが形成されて複数の基板を載置するバッチ式のものとすることができる。
【００２７】
このような、本発明の気相成長装置１０を用いて、サセプタ１４上にシリコン単結晶ウェーハを載置し、シリコン単結晶ウェーハの主表面上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造することが好ましい。
このような、気相成長後には、チャンバ１１内にシリコン等が付着するため、ＨＣｌガス２０を流して付着物を除去するが、本発明の気相成長装置１０はＨＣｌガス２０で石英製保護部材１８が局所的にエッチングされることはほとんどない。従って、本発明の気相成長装置１０を用いることで、歩留まり良く、低いコストでシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例、比較例）
図１又は図６に示すような気相成長装置の保護カバーの管状シャフト内への入り込み長さによる装置コストを調べた。保護カバーの入り込み長さは、石英製保護部材の管状シャフト上端位置ちょうどまで覆ったものを０ｍｍとし、管状シャフト上端位置を基準として下方に０〜１５ｍｍ（実施例：２〜１０ｍｍ、比較例：０〜１ｍｍ、１１〜１５ｍｍ）の１６水準を覆うものについて調べた。なお、保護カバーは炭化ケイ素製のものとした。
【００２９】
石英製保護部材の寿命延長（又は短縮）によるコストダウン（又はコストアップ）した分から、保護カバーを大きくする（又は小さくする）ことによるコストアップ（又はコストダウン）した分を差し引いたものを、従来のコストを１として表したグラフを図８に示す。
【００３０】
図８に示すように、比較例において、保護カバーの管状シャフトへの入り込み長さが０〜１ｍｍの範囲では、石英製保護部材の局所的な劣化が進んで寿命が短くなり、コストが高くなってしまった。また、保護カバーの管状シャフトへの入り込み長さが１１〜１５ｍｍの範囲では、石英製保護部材の寿命は長かったが、保護カバーを大きくすることによるコストアップの方が大きくなり、全体としてコストが高くなってしまった。一方、実施例において、保護カバーの管状シャフトへの入り込み長さが２〜１０ｍｍの範囲では、全体としても従来に比べコストが低くなった。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３２】
１０…気相成長装置、  １１…チャンバ、  １２…加熱ランプ、
１３…支持部材、  １４…サセプタ、  １５…炭化ケイ素リング、
１６…管状シャフト、  １７…保護カバー、  １８…石英製保護部材、
１９…熱電対、  ２０…ＨＣｌガス、  ２１…シャフトガス。
【図１】
2011054870.tif 000003
【図２】
2011054870.tif 000004
【図３】
2011054870.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2011054870.tif 000008
【図７】
2011054870.tif 000009
【図８】
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