(57)【要約】      （修正有）【課題】気相成長の際に、エピタキシャル層へのオートドープによる抵抗のバラツキが少ないエピタキシャルウェーハを製造し得るエピタキシャル成長用サセプタを提供する。【解決手段】サセプタの複数のザグリのそれぞれは、半導体ウェーハ２１を底面部に載置して収容可能な直径を有する第１ザグリ１３と、第１ザグリ１３より大径の直径を有し第１ザグリ１３と同心円をなし第１ザグリ１３の底面部１３ａより高い位置に底面部１４ａが形成された第２ザグリ１４を有する２段状ザグリであって、隣合うザグリ同士の近接部が第１ザグリの側面部１３ｂと第２ザグリの底面部１４ａのみで形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状のサセプタ本体の上面に同一直径を有する複数のザグリが形成され、前記複数のザグリの各中心が前記サセプタ本体の中心から所定の長さを半径とする円の同一円周上にあり、隣合うザグリ同士が互いに近接するように形成され、前記複数のザグリのそれぞれは、半導体ウェーハを底面部に載置して収容可能な直径を有する第１ザグリと、前記第１ザグリより大径の直径を有し前記第１ザグリと同心円をなし前記第１ザグリの底面部より高い位置に底面部が形成された第２ザグリを有する２段状ザグリであるエピタキシャル成長用サセプタであって、
隣合うザグリ同士の近接部が第１ザグリの側面部と第２ザグリの底面部のみで形成されたことを特徴とするエピタキシャル成長用サセプタ。
【請求項２】
第１ザグリの底面部に載置して収容した半導体ウェーハの上主面がサセプタ本体のザグリのない上面より低位置になるようにザグリが形成された請求項１記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
【請求項３】
近接部における近接方向の第２ザグリ底面部の幅が１〜４ｍｍである請求項１又は２記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
【請求項４】
第１ザグリの上面が収容した半導体ウェーハの上主面とウェーハ肉厚中心の間の高さに位置する請求項１ないし３記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
【請求項５】
サセプタの半径をａ、サセプタ半径方向の近接部中心までの距離をｂとしたとき、ｂ／ａが０．４５〜０．７である請求項１ないし４いずれか１項に記載のエピタキシャル成長用サセプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置を用いて半導体ウェーハ表面にエピタキシャル層を気相成長させる際、ウェーハを水平に保持するためのサセプタに関する。更に詳しくは、気相成長の際に、エピタキシャル層へのオートドープによる抵抗のバラツキが少ないエピタキシャルウェーハを製造し得るエピタキシャル成長用サセプタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャルウェーハは、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＬＳＩ等の集積回路の製造に利用される。エピタキシャルウェーハの製造では、エピタキシャル層を所定の厚さに一様に成長させ、かつ抵抗率が均一になるように形成されることが重要となる。エピタキシャルウェーハの製造に用いられる装置には、縦型式（バッチ式）、バレル式、枚葉式等の反応装置がある。例えば縦型式（バッチ式）の装置では、サセプタに半導体ウェーハを載置し、これを水平に保持して加熱しながら原料ガスを供給して、半導体ウェーハの上主面にエピタキシャル層を堆積させることにより形成される。
【０００３】
図６に示すように、サセプタ５１には、半導体ウェーハ２１が載置される複数のザグリ５２が設けられている。ザグリ５２に載置された半導体ウェーハ２１を反応装置から搬送する際には、ウェーハ２１を搬送するハンドとエピタキシャル層２１ａとの接触を避ける必要がある。このため、ザグリ５２は、図７に示すように、エピタキシャル成長の際に半導体ウェーハ２１を載置する底面部５３ａ及び側面部５３ｂから構成され、かつ半導体ウェーハ２１の外径に相応した第１ザグリ５３と、第１ザグリ５３より大径の底面部５４ａ及び側面部５４ｂから構成される第２ザグリ５４を有する段付きに形成されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５０５１３４号公報（段落［００５６］、段落［００５７］、図７、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような段付きに形成されたサセプタ１１では、隣合うザグリ同士が近接する箇所において、サセプタ１１本体の上面と第２ザグリ５４の側面部５４ｂによる壁部が存在することによって、第２ザグリ５４と半導体ウェーハ２１との間に原料ガスが滞留しやすいポケットが存在している。このため、半導体ウェーハ２１の側面から放出したドーパントがこのポケットに滞留した原料ガスの影響によって、半導体ウェーハ２１におけるエピタキシャル層１２ｂエッジ部により多くのドーパントが拡散する。このようなエピタキシャル層１２ｂエッジ部におけるオートドープによって、成長したエピタキシャル層１２ｂはエッジ部の抵抗率がエッジ部以外のエピタキシャル層の抵抗率より小さくなり、抵抗率が均一になるように形成することができないという問題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、気相成長の際に、エピタキシャル層エッジ部におけるオートドープによる抵抗のバラツキが少ないエピタキシャルウェーハを製造し得るエピタキシャル成長用サセプタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点は、円盤状のサセプタ本体の上面に同一直径を有する複数のザグリが形成され、複数のザグリの各中心がサセプタ本体の中心から所定の長さを半径とする円の同一円周上にあり、隣合うザグリ同士が互いに近接するように形成され、複数のザグリのそれぞれが、半導体ウェーハを底面部に載置して収容可能な直径を有する第１ザグリと、第１ザグリより大径の直径を有し第１ザグリと同心円をなし第１ザグリの底面部より高い位置に底面部が形成された第２ザグリを有する２段状ザグリであるエピタキシャル成長用サセプタであって、隣合うザグリ同士の近接部が第１ザグリの側面部と第２ザグリの底面部のみで形成されたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に第１ザグリの底面部に載置して収容した半導体ウェーハの上主面がサセプタ本体のザグリのない上面より低位置になるようにザグリが形成されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に近接部における近接方向の第２ザグリ底面部の幅が１〜４ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４の観点は、第１ないし第３の観点に基づく発明であって、更に第１ザグリの上面が収容した半導体ウェーハの上主面とウェーハ肉厚中心の間の高さに位置することをを特徴とする。
【００１１】
本発明の第５の観点は、第１ないし第４の観点に基づく発明であって、サセプタの半径をａ、サセプタ半径方向の近接部中心までの距離をｂとしたとき、ｂ／ａが０．４５〜０．７であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の観点のエピタキシャル成長用サセプタは、円盤状のサセプタ本体の上面に同一直径を有する複数のザグリが形成され、複数のザグリの各中心がサセプタ本体の中心から所定の長さを半径とする円の同一円周上にあり、隣合うザグリ同士が互いに近接するように形成されたエピタキシャル成長用サセプタである。そして、複数のザグリのそれぞれは、半導体ウェーハを底面部に載置して収容可能な直径を有する第１ザグリと、第１ザグリより大径の直径を有し第１ザグリと同心円をなし第１ザグリの底面部より高い位置に底面部が形成された第２ザグリを有する２段状ザグリである。隣合うザグリ同士の近接部は第１ザグリの側面部と第２ザグリの底面部のみで形成される。このように隣合うザグリ同士の近接部が第１ザグリの側面部と第２ザグリの底面部のみて構成されることにより、隣合うザグリ同士の近接部において、従来のように、第２ザグリと半導体ウェーハとの間に原料ガスの滞留が起こりにくい。これにより、半導体ウェーハの側面からのオートドープによる、エピタキシャル層の抵抗のバラツキを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のサセプタを表す上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ウェーハ中心からのＸ軸方向及びＹ軸方向への距離を示す説明図である。
【図４】本発明のサセプタを用いて形成されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層において、Ｘ軸方向における抵抗値分布を表した図ある。
【図５】本発明のサセプタを用いて形成されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層において、Ｙ軸方向における抵抗値分布を表した図ある。
【図６】従来のサセプタを表す上面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】従来のサセプタを用いて形成されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層において、Ｘ軸方向における抵抗値分布を表した図である。
【図９】従来のサセプタを用いて形成されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層において、Ｙ軸方向における抵抗値分布を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。エピタキシャルウェーハの製造に用いられる気相成長装置は、複数枚の半導体ウェーハを同時にエピタキシャル成長することが可能なミニバッチ炉と呼ばれる縦型式の気相成長装置である。この縦型の気相成長装置は、箱形形状のチャンバ、複数枚のウェーハを略水平に載置することができるサセプタ、原料ガスをチャンバ内に供給する原料ガス供給手段、キャリアガスをチャンバ内に供給するキャリアガス供給手段及びチャンバ内を加熱する加熱手段を備えている。
【００１５】
この装置に設置される本発明のサセプタは、図１又は図２に示すように、円盤状のサセプタ１１本体の上面に、同一直径を有する複数のザグリ１２が形成された。ザグリの数は、好ましくはサセプタ１１本体１台につき５〜１０個であり、より好ましくは９個である。
【００１６】
複数のザグリ１２は、複数ザグリ１２の各中心がサセプタ１１本体の中心から所定の長さを半径とする円の同一円周上にあり、隣合うザグリ１２同士が互いに近接するように形成される。具体的には、後述する隣合うザグリ１２の各第２ザグリ１４同士が互いに重なり合うように接し、各第１ザグリが近接するように形成されたものである。複数のザグリ１２のそれぞれは、第１ザグリ１３及び第２ザグリ１４からなる２段状ザグリである。第１ザグリ１３は、半導体ウェーハ２１を底面に載置して収容可能な直径を有し、底面部１３ａ及び側面部１３ｂから構成される。第２ザグリ１４は、第１ザグリ１３より大径の直径を有し第１ザグリ１３と同心円をなす。また、第１ザグリ１３の底面部１３ａより高い位置に底面部１４ａを有し、底面部１４ａ及び側面部１４ｂから構成される。そして、本発明の特徴ある構成は、これら隣合うザグリ１２同士の近接部が第１ザグリの側面部１３ｂと第２ザグリの底面部１４ａのみで形成されることにある。より具体的に詳述すると、本発明で規定する「近接部」とは、図１で示すように第２ザグリ１４の外周部分が隣合うザグリ１２の部分で消失するとともに、図２で示すように第２ザグリ１４の側面部１４ｂは存在せず、かつ隣合う第２ザグリ１４の底面部１４ａ同士が互いに重なり合うように構成された部分であって、第１ザグリ１３の側面部１３ｂと第２ザグリ１４の底面部１４ａのみで形成された部分を意味するものである。
【００１７】
図６又は図７に示す従来のサセプタ５１では、上述のように、隣合うザグリ５２同士間に、サセプタ５１本体の上面と第２ザグリ５４の側面部５４ｂによる壁部が存在することによって、原料ガスの流れに対して、第２ザグリ５４と半導体ウェーハ２１間に原料ガスが滞留しやすい空間部が存在する。一方、図１又は図２に示す本発明のサセプタ１１では、隣合うザグリ１２同士が互いに重なり合う近接部が上記のように構成されるため、原料ガスが滞留しやすい空間部が存在しない。これにより、エピタキシャル成長の際、原料ガスがスムーズに流れ、半導体ウェーハ２１の側面からのオートドープを抑制し、エピタキシャル層の抵抗率のバラツキを抑えることができる。
【００１８】
本発明のサセプタ１１では、収容した半導体ウェーハ２１の上主面がサセプタ１１本体のザグリのない上面より低位置になるようにザグリ１２が形成される。このように形成することによって、原料ガスが主としてウェーハ外周部に接触することを抑制でき、ウェーハ面内におけるエピタキシャル層の膜厚の均一化を図ることができる。また、近接部における近接方向の第２ザグリ１４底面部の幅、即ち図２において、隣合う２つの第１ザグリ１３を隔てる側壁の幅は１〜４ｍｍであることが好ましい。１ｍｍ未満では側壁の強度が弱くなり過ぎてしまい、ウェーハ搬送治具が側壁に接触した際に側壁が欠損するおそれがある。一方、側壁の幅が広すぎると、各ザグリ１２の間隔が広くなることになり、サセプタ内に配置可能なザグリの数が減少することから、４ｍｍ以内に留めることが望ましい。
【００１９】
第１ザグリ１３の上面、即ち第２ザグリの底面は、載置した半導体ウェーハ２１がエピタキシャル成長処理中にザグリ１２から飛び出ないように、収容した半導体ウェーハ２１の上主面とウェーハ肉厚中心の間の高さに位置するように構成されるのが好ましい。更に、半導体ウェーハ２１の均一な加熱を図るために、ザグリ１２はサセプタのより中心寄りに配置されることが好ましく、サセプタ１１の半径をａ、サセプタ１１半径方向の近接部中心までの距離をｂとしたとき、ｂ／ａが０．４５〜０．７となるようにザグリ１２が配置されるのが好ましい。ｂ／ａが下限値未満では、サセプタ内に配置可能なザグリの数が少なくなるため、エピタキシャルウェーハの量産性が悪化する。一方、ｂ／ａが上限値を超えると、ザグリ１２がサセプタの外周よりに配置されるため、エピタキシャル成長の際にウェーハ２１を均一に加熱することができなくなり、形成されるエピタキシャル層の膜厚分布にバラツキが生じたり、スリップが生じやすい。
【００２０】
次に、本発明のサセプタを備えた気相成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。気相成長装置が備える原料ガス供給手段からは、原料ガスがチャンバ内に供給され、キャリアガス供給手段からは、キャリアガスがチャンバ内に供給される。原料ガスとしてはＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ4又はＳｉＣｌ4等が、キャリアガスとしてはＨ2が挙げられる。また、原料ガス供給手段及びキャリアガス供給手段のそれぞれの供給口の向きは、供給される原料ガス及びキャリアガスがチャンバ内に水平方向に流れるような向きに固定されている。更に、加熱手段は、チャンバ内を１０００〜１２００℃まで加熱することが可能な構成となっている。
【００２１】
この装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法では、先ず、複数枚の半導体ウェーハ２１をサセプタ１１上にそれぞれ載置する。半導体ウェーハ２１としては、シリコンウェーハ、ＧａＳｂウェーハ、ＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハ、ＺｎＳウェーハ、ＺｎＳｅウェーハ等が例示される。ここで、ウェーハ２１のオリエンテーションフラットの平坦縁がサセプタ１１中心から放射状方向に向くように複数枚のウェーハ２１をサセプタ１１上にそれぞれ載置する。次いで、チャンバ内をエピタキシャル成長に適した１０００〜１２００℃の温度範囲に加熱する。次に、ウェーハ２１が載置されたサセプタ１１を４〜２０ｒｐｍの速度で時計回りに水平状態で回転させる。原料ガスとキャリアガスの供給割合は１０：９０〜３０：７０とするのが好ましい。
【００２２】
そして、その状態でチャンバ内に水平方向に流れるように原料ガスとキャリアガスとを一定の割合で供給して、ウェーハ２１の表面にそれぞれ所定の膜厚となるまでエピタキシャル層を形成する。これにより、図２に示すように、ウェーハ２１は、基板２１ｂとこの基板２１ｂ裏面に予め形成された酸化膜２１ｃとエピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル層２１ａが形成されたウェーハ２１となる。
【００２３】
ここで、本発明のサセプタ１１を用いた場合におけるサセプタ１１の上面から見たエピタキシャル成長の際の原料ガスの流れを図１に示す。また図１におけるＡ−Ａ線断面から見たガスの流れを図２に示す。
【００２４】
一方、従来のサセプタを用いた場合におけるサセプタの上面から見た原料ガスの流れを図６に、また図６におけるＢ−Ｂ線断面から見たガスの流れを図７に示す。図７に示すように、従来のサセプタ５１を用いた場合は、第２ザグリ５４と半導体ウェーハ２１との間に原料ガスの滞留が起こるため、この滞留が原因となって、半導体ウェーハ２１の側面からのオートドープにより、エピタキシャル層のエッジ付近の抵抗が低くなり、抵抗のバラツキが生じる。一方、図２に示すように、本発明のサセプタ１１を用いると、隣合うザグリ１２同士の近接部が第１ザグリの側面部１３ｂと第２ザグリの底面部１４ａのみにより構成されるため、隣合うザグリ１２同士の近接部において、第２ザグリ１４と半導体ウェーハ２１との間に原料ガスの滞留が起こりにくく、原料ガスがスムーズに流れる。このため、半導体ウェーハ２１の側面からのオートドープによる、エピタキシャル層の抵抗のバラツキを抑えることができる。
【実施例】
【００２５】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００２６】
＜実施例１＞
本発明のサセプタを備える縦型式の気相成長装置を用いて、裏面に酸化膜を有するシリコンウェーハ上にエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを得た。サセプタには、図１又は図２に示すように、隣合うザグリ１２同士の近接部が第１ザグリの側面部１３ｂと第２ザグリの底面部１４ａのみで形成された９個のザグリ１２を備えており、近接部における近接方向の第２ザグリ底面部１４ａの幅が２ｍｍ、サセプタ１１の半径ａが３１７．５ｍｍ、サセプタ１１中心からサセプタ１１半径方向の近接部中心までの距離ｂが２１２ｍｍのものを使用した。即ち、ｂ／ａが約０．６７のものを使用した。
【００２７】
具体的には、先ず、ウェーハのオリエンテーションフラットの平坦縁がサセプタ中心から放射状方向に向くように複数枚のウェーハをサセプタ上にそれぞれ載置した。次いで、チャンバ内を１１００℃の温度範囲に加熱した。次に、原料ガス供給手段から、原料ガスチャンバ内に供給し、キャリアガス供給手段から、キャリアガスを供給しながら、チャンバ内に供給しウェーハが載置されたサセプタを８ｒｐｍの速度で時計回りに水平状態で回転させた。このとき、原料ガスとキャリアガスの供給割合は２０：８０とした。
【００２８】
そして、この状態でチャンバ内に水平方向に流れるように原料ガスとキャリアガスとを一定の割合で供給して、ウェーハの表面にそれぞれ所定の膜厚となるまでエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを得た。
【００２９】
＜比較例１＞
従来のサセプタを備える縦型式の気相成長装置を用いた以外は実施例１と同様に、裏面に酸化膜を有する実施例１のシリコンウェーハと同一品質で同一寸法のシリコンウェーハ上にエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを得た。サセプタには、図２に示す従来のサセプタであって、８個のザグリ５２を備えており、サセプタ５１の半径が３１７ｍｍ、サセプタ５１中心からザグリ５２中心までの距離が２０５ｍｍのものを使用した。
【００３０】
＜比較試験及び評価＞
実施例１で得られたエピタキシャルウェーハについて、エピタキシャル層面内における抵抗値分布を測定した。具体的には、エピタキシャル層の表面を、図３に示すようにＸ軸方向及びＹ軸方向にとり、このときの抵抗値分布を測定した。これらの結果をそれぞれ、図４、図５に示す。
【００３１】
また、比較例１で得られたエピタキシャルウェーハについて、エピタキシャル層面内における抵抗値分布を測定した。具体的には、エピタキシャル層の表面を、図３に示すようにＸ軸方向及びＹ軸方向にとり、このときの抵抗値分布を測定した。これらの結果をそれぞれ、図８、図９に示す。
【００３２】
図４、図５、図８、図９から明らかなように、実施例１のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面の抵抗値分布は、比較例１の抵抗値分布と比較して、特にＸ軸方向における抵抗値のバラツキが大幅に改善されていることが確認された。
【符号の説明】
【００３３】
１１   サセプタ
１２   ザグリ
１３   第１ザグリ
１３ａ 底面部
１３ｂ 側面部
１４   第２ザグリ
１４ａ 底面部
１４ｂ 側面部
２１   半導体ウェーハ
【図１】
2011077476.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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