(57)【要約】【課題】エピタキシャル成長装置のランプからの光が、サセプタ裏面側から貫通孔を通して、ウェーハ裏面に直接照射されるのを抑制することによって、貫通孔の対応するウェーハ部分の温度ムラを抑制し、ウェーハの温度の均一性を向上させたサセプタを提供する。【解決手段】このサセプタ１は、基体２と、前記基体の表面の外周部に形成された壁部３と、前記壁部の内側に形成された、ウェーハＷが載置される凹部４と、前記凹部内に配置された一の開口部５ａを有し、他の開口部５ｂが基体２の側面２ａに形成された、複数の貫通孔５と、を備え、前記一の開口部５ａと前記他の開口部５ｂが連通している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の表面の外周部に形成された壁部と、
前記壁部の内側に形成された、ウェーハが載置される凹部と、
前記凹部内に配置された一の開口部を有し、他の開口部が基体の周側面に形成された、複数の貫通孔と、
を備え、
前記一の開口部と前記他の開口部が連通していることを特徴とするサセプタ。
【請求項２】
前記貫通孔の一の開口部から基体の中心軸と平行に形成された第１連通孔と、前記貫通孔の他の開口部から基体の底面と平行に形成された第２連通孔とを備え、
第１連通孔と第２連通孔とが交差することによって、一の開口部と他の開口部が連通していることを特徴とする請求項１記載のサセプタ。
【請求項３】
前記第１連通孔の内径が、第２連通孔の内径よりも小さいことを特徴とする請求項２記載のサセプタ。
【請求項４】
前記第２連通孔の内径が１．８ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、第１連通孔の内径が１ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のサセプタ。
【請求項５】
第１連通孔と前記第２連通孔の長さの和が７０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２乃至請求項３のいずれかに記載のサセプタ。
【請求項６】
前記一の開口部が同心円状に配置されたことを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれかに記載のサセプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサセプタに関し、例えばエピタキシャル成長装置内でウェーハを搭載するためのサセプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を形成する際に用いられるサセプタについて、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１では、貫通孔が厚み方向に設けられたサセプタが示されおり、このサセプタ上にウェーハを載置し、ウェーハ裏面から放出されるドーパントを貫通孔から排出することが示されている。その結果、外方拡散したドーパントのエピタキシャル膜内への取り込みが抑制され、オートドープによるエピタキシャル膜外周部での抵抗率低下が防止されることが示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、厚み方向に設けられた貫通孔の内径あるいは内幅を調節することが提案されている。具体的には、貫通孔の内径が３ｍｍ以下であることが好ましことが示されている。
【０００４】
更に、特許文献３では、厚さ方向に貫通して複数の貫通孔が形成されたサセプタであって、各貫通孔の形成部の表面側および裏面側のうち、少なくとも表面側には、対応する貫通孔の他の部分より開口面積が大きい拡大開口部が、前記他の部分と連通状態で設けられたサセプタが提案されている。
また、この特許文献３には、各貫通孔の形成部の表面側および裏面側のうち、少なくとも表面側に拡大開口部を有するので、半導体ウェーハの各貫通孔と対向する部分の高温化が抑制され、エピタキシャルウェーハの表面のナノトポロジーだけでなく、裏面のナノトポロジーも改善されることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９７５３２号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９３７０号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、特許文献１には、サセプタの厚み方向に貫通孔を設けることが示され、特許文献２には、サセプタの厚み方向に形成される貫通孔の内径あるいは内幅を小さくすることが示されている。更に、特許文献３には、サセプタの厚み方向に形成される貫通孔の表面側の開口部の面積が裏面側の開口部の面積よりも大きいことが示されている。
即ち、前記特許文献１〜３に記載されたサセプタに形成された貫通孔は、サセプタの厚み方向に貫通した貫通孔であって、サセプタの表面側と裏面側を結ぶ、直線状に形成された貫通孔である。
【０００７】
このように、サセプタの表面側と裏面側を結ぶ、直線状に形成された貫通孔を有するサセプタを用いて、エピタキシャル膜の形成を行う際、以下の技術的課題があった。
【０００８】
従来から、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を形成する工程では、ウェーハをサセプタの載置し、誘導加熱あるいはランプ加熱により、前記ウェーハの加熱が行われる。特に、枚葉式のエピタキシャル成長装置では、一般的にランプ加熱による加熱が行われる。
このウェーハを加熱するためのランプは、一般的に、サセプタ裏面側に配置されるため、サセプタ裏面側からランプの光が貫通孔を通して、ウェーハ裏面に直接当たり、輻射熱の影響を受ける。
そのため、前記貫通孔の対応するウェーハ部分（貫通孔が位置する部分）に、温度ムラが発生し、ウェーハの温度の均一性が図れないという技術的課題があった。
【０００９】
更に、このウェーハの温度の不均一性により、ウェーハ表面に形成されるエピタキシャル膜の膜厚や特性（抵抗、ドーパント濃度）が不均一になるという技術的課題があった。
また、ウェーハの温度の不均一性により、ウェーハに反りが生じるという技術的課題、またエピタキシャル膜に色ムラが生じるという技術的課題があった。
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、エピタキシャル成長装置のランプからの光が、サセプタ裏面側から貫通孔を通して、ウェーハ裏面に直接照射されるのを抑制することによって、貫通孔の対応するウェーハ部分の温度ムラを抑制し、ウェーハの温度の均一性を向上させたサセプタ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】
【００１１】
上記目的を達成するためになされた、本発明にかかるサセプタは、基体と、前記基体の表面の外周部に形成された壁部と、前記壁部の内側に形成された、ウェーハが載置される凹部と、前記凹部内に配置された一の開口部を有し、他の開口部が基体の側面に形成された、複数の貫通孔と、を備え、前記一の開口部と前記他の開口部が連通していることを特徴としている。
【００１２】
このように、このサセプタにあっては、従来のサセプタと同様に、サセプタの凹部内に複数の貫通孔が設けられているため、エピタキシャル成長処理中にウェーハ裏面から外方拡散するドーパントが、貫通孔を通じて、サセプタ側面を流れるガスによって排出される。
その結果、外方拡散したドーパントのエピタキシャル膜内への取り込みが抑制され、オートドープによるエピタキシャル膜外周部での抵抗率低下が防止される。また、エピタキシャル成長中、ウェーハ裏面からドーパントの外方拡散が行われるため、ウェーハ裏面表層部のドーパント濃度が低くなり、その後のデバイス工程におけるエピタキシャルウェーハ裏面からのオートドープによる抵抗率変化を抑制することができる。
【００１３】
また、このサセプタでは、サセプタ裏面側に貫通孔の開口部が形成されていないため（サセプタ側面に貫通孔の他の開口部が形成されているため）、ランプをサセプタ裏面側に配置しても、貫通孔を通して、前記ランプの光がウェーハ裏面に直接照射されるのを抑制できる。
特に、前記貫通孔の一の開口部が凹部内に配置され、他の開口部が基体の側面に形成され、前記一の開口部と前記他の開口部が連通しているため、貫通孔を通して、前記ランプの光がウェーハ裏面に照射されるのをより抑制することができる。
【００１４】
このように、貫通孔を通して、前記ランプの光がウェーハ裏面に直接照射されるのを抑制できるため、前記貫通孔の対応するウェーハ部分（貫通孔が位置する部分）の温度ムラを抑制でき、ウェーハの温度の均一性を図ることができる。
また、このウェーハの温度の均一性が向上することにより、ウェーハ表面に形成されるエピタキシャル膜の膜厚や特性（抵抗、ドーパント濃度）の均一性を向上させることができる。また、ウェーハの反り、エピタキシャル膜に色ムラを抑制することができる。
【００１５】
ここで、前記貫通孔の一の開口部から基体の中心軸と平行に形成された第１連通孔と、前記貫通孔の他の開口部から基体の底面と平行に形成された第２連通孔とを備え、第１連通孔と第２連通孔とが交差することによって、一の開口部と他の開口部が連通していることが望ましい。
このように、第１連通孔と第２連通孔を形成することによって、一の開口部と他の開口部が容易に連通させることができる。しかも、第１連通孔と第２連通孔とが９０度の角度をもって交差しているため、ランプからの光をより遮光することができる。
【００１６】
また、第１連通孔の内径が、第２連通孔の内径よりも小さいことが望ましい。
このように、基体の側面に開口する他の開口部の内径（第２連通孔の内径）より、凹部内に開口する一の開口部の内径（第１連通孔の内径）を小さく形成することにより、貫通孔の対応するウェーハ部分の温度ムラをより抑制でき、ウェーハの温度の均一性を損なうことなくウェーハ着脱時のガス流れを確保することができる。
【００１７】
具体的には、前記第２連通孔の内径が１．８ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、第１連通孔の内径が１ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが望ましい。
また、第１連通孔と前記第２連通孔の長さの和が７０ｍｍ以下であることが望ましい。
さらに、貫通孔の一の開口部が凹部内に同心円状に配置されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エピタキシャル成長装置のランプからの光が、サセプタ裏面側から貫通孔を通して、ウェーハ裏面に直接照射されるのを抑制でき、貫通孔の位置に対応するウェーハ部分の温度ムラを抑制し、ウェーハの温度の均一性を向上させることができるサセプタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明にかかるサセプタの実施形態を示した平面図である。
【図２】図２は、図１に示したサセプタの断面図である。
【図３】図３は、図２に示したサセプタの要部拡大図である。
【図４】図４は、本発明にかかるサセプタを気相成長装置に設置した場合を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明にかかるサセプタの実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明に係るサセプタ１は、円板状の炭素材からなる基体２と、前記基体２の表面の外周部に形成された輪状の壁部３と、前記壁部３の内側に形成された、ウェーハＷが載置（搭載）される凹部４とを備えている。
このサセプタ１の基体２は、炭素材で形成されている場合について説明したが、基体２の表面をＳｉＣ被膜で被覆したものであっても良い。また、基体２は炭化珪素、石英等の材料で形成されたものであっても良い。
【００２１】
前記壁部３の外周側面３ａは、基体２の側面２ａと同一面上に形成されている。また、前記壁部３の内周側面３ｂによって、基体２に凹部４が形成される。
この凹部４の底面は、前記壁部３の内周側面３ｂから中心方向に形成された（前記壁部３の内周側面３ｂに沿って形成された）、前記ウェーハＷの外周部を載置する平面部４ａと、前記平面部４ａの内方に形成された、基体２の底面方向に凹む、湾曲部４ｂが設けられている。
【００２２】
また、このサセプタ１は、複数の貫通孔５を有している。図１には、２０個の貫通孔５を示しているが、図１は模式的に示したもので、２０個の貫通孔に限定されるものではない。具体的には、直径２００ｍｍのウェーハＷを搭載するサセプタの場合、４個〜６０個の貫通孔５が形成される。
【００２３】
前記貫通孔５の開口部５ａは、図１に示すように、前記凹部４内の湾曲部４ｂの外周部に、かつ前記壁部３の内周面に沿って（湾曲部４ｂの外周部に沿って）、同心円状に配置されている。前記開口部５ａは、１つの同心円状に配置されていてもよいし、２つ以上の径の同心円状に配置されていてもよい。
即ち、このサセプタ１にウェーハＷを載置した際、前記開口部５ａがウェーハＷの裏面外周部に位置するように形成される。
【００２４】
また、この貫通孔５は、基体２の側面に開口した開口部５ｂが有している。更に、前記貫通孔５開口部５ａから基体２の中心軸と平行に第１連通孔５ａ１が形成され、基体２の側面の開口部５ｂから基体２の底面と平行に第２連通孔５ｂ１が形成されている。
そして、第１連通孔５ａ１と第２連通孔５ｂ１を交差させることにより、開口部５ａと開口部５ｂが連通している。
【００２５】
このように、第１連通孔５ａ１と第２連通孔５ｂ１とを交差、連通させることにより、図３に示すように、ランプからの光は、９０度に屈曲した交差部５ｃによって遮光されるため、ウェーハＷの裏面に直接照射されない。その結果、ランプからの輻射熱を抑制でき、前記貫通孔の対応するウェーハ部分（貫通孔が位置する部分）の温度ムラを抑制でき、ウェーハの温度の均一性を図ることができる。
【００２６】
また、前記貫通孔を形成することによりサセプタ体積が減少し、サセプタ自体の熱容量が減り、加熱効率が向上し、エピタキシャル膜成長のスループットが向上する。
サセプタ自体の熱容量を減らす方法として、サセプタの厚さを減らすことがあるが、その場合、サセプタ製造時やエピタキシャル処理中に変形する程度が大きくなり、その結果ウェーハの熱均一性が低下するおそれがあるため、好ましくない。
それに対して、前記した貫通孔を設けたサセプタの場合は、同体積で貫通孔のない薄肉化したとサセプタと比べて、厚さが大きく比強度が大きいため、変形の程度が小さく、より好適である。
【００２７】
また、図３に示すように、前記第１連通孔５ａ１の内径（開口部５ａの内径）Ｄａが、第２連通孔５ｂ１の内径（開口部５ｂの内径）Ｄｂよりも小さく形成されているのが望ましい。
前記第１連通孔５ａ１の内径（開口部５ａの内径）Ｄａが、第２連通孔５ｂ１の内径（開口部５ｂの内径）Ｄｂよりも小さく形成されているため、外部からの光の侵入を抑制でき、輻射熱の影響を抑制することができる。
【００２８】
具体的には、第２連通孔５ｂ１の内径Ｄｂが１．８ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、第１連通孔５ａ１の内径Ｄａが１ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが望ましい。
第２連通孔５ｂ１の内径Ｄｂが１．８ｍｍ未満の場合は圧力損失が大きく、ガスの排気効率が低下し、内径Ｄｂが２ｍｍ超の場合はサセプタ強度が低下してしまうため好ましくない。
第１連通孔５ａ１の内径Ｄａが１ｍｍ未満の場合はガスの排出量が低下し、内径Ｄａが１．２ｍｍ超の場合はウェーハの面内温度均一性が悪くなってしまうため好ましくない。
【００２９】
更に、第１連通孔５ａ１の長さ寸法Ｌａと、前記第２連通孔５ｂ１の長さ寸法Ｌｂの和が、７０ｍｍ以下になすのが好ましい。
尚、第１連通孔５ａ１の長さ寸法Ｌａとは、凹部４底面に形成された開口部５ａから第２連通孔５ｂ１と接続される部位までの距離である。また、前記第２連通孔５ｂ１の長さ寸法Ｌｂとは、基体２の側面に形成された開口部５ｂから第１連通孔５ａ１と接続される部位までの距離である。
【００３０】
第１連通孔５ａ１の長さ寸法Ｌａと、前記第２連通孔５ｂ１の長さ寸法Ｌｂの和が７０ｍｍを超える場合には、圧力損失が大きく、エピタキシャル成長処理中にウェーハ裏面から外方拡散するドーパントを、貫通孔を通じてサセプタ側面を流れるガスによって排出することができないため、好ましくない。
【００３１】
更に、第１連通孔５ａ１の内径が１．８ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、第２連通孔５ｂ１の内径が１ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であり、更に第２連通孔５ｂ１の長さが１．２ｍｍ以下３ｍｍ以下であり、更に貫通孔全長が７０ｍｍ以下であることが最も望ましい。
この場合には、最も速やかにガスの排出が可能であり、オートドープやバックサイドノジュールを十分に防ぐことができる。また、使用後になされる、サセプタの洗浄においても、貫通孔５の内部にクリーニングガスも回り込みやすく、不純物を低減できる。
【００３２】
次に、前記サセプタ１の作用について、図４に基づいて説明する。
尚、このサセプタ１が用いられる気相薄膜成長装置は、従来の気相薄膜成長において用いられる構成と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略する。また、図４では、気相薄膜成長装置１０の側部から原料ガス、キャリアガスを供給し、装置側部からガスを排出する気相薄膜成長装置を示すが、特にこの装置に限定されるものではなく、気相薄膜成長装置の上部から、原料ガス、キャリアガスを供給し、装置の下部から排出するものであっても良い。
【００３３】
図４に示すように、気相薄膜成長装置１０にあっては、ウェーハＷを載置するサセプタ１が回転軸１１により回転自在に支持され、前記サセプタ１の上方および下方には、サセプタ１及びその上に載置されるウェーハＷを加熱するランプ１２が配設される。
また、回転軸１１には回転駆動するモータ（図示せず）が接続される。
【００３４】
一方、装置１０の側部には、複数の反応ガス供給口１４、１４が配設され、例えばシラン（ＳｉＨ４ ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２ ）等の原料ガス及び水素（Ｈ２ ）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等のキャリアガスの反応ガスが供給される。また、装置１０の側部には未反応ガス等を排気する複数の排気口１３、１３が配設される。
【００３５】
そして、ウェーハＷ裏面から放出されるドーパントを排出するための貫通孔５が設けられたサセプタ１を使用し、このサセプタ１上にウェーハＷを載置してエピタキシャル膜を形成する。
ガス供給口１４から供給された反応ガスは、装置１０の上方および下方に複数配置されたハロゲンランプ１２によりサセプタ１およびウェーハＷが加熱された装置内を通過し、ウェーハＷ表面にエピタキシャル膜を形成した後、ガス排出口１３、１３から装置１０外に排出される。
【００３６】
このとき、装置の横方向に流れる反応ガスの流れによって、サセプタ１の基体２の上面に形成された開口部５ａに負圧が生じ、ウェーハＷ裏面の雰囲気が前記貫通孔５ｂを介して排出される。
即ち、エピタキシャル成長処理中にウェーハＷ裏面から外方拡散するドーパントが、貫通孔５を通じて，サセプタ１の側面を流れるガスによって排出される。
【００３７】
その結果、外方拡散したドーパントのエピタキシャル膜内への取り込みが抑制され、オートドープによるエピタキシャル膜外周部での抵抗率低下が防止される。
また、エピタキシャル成長中、ウェーハ裏面からドーパントの外方拡散が行われるため、ウェーハＷ裏面表層部のドーパント濃度が低くなり、その後のデバイス工程におけるエピタキシャルウェーハ裏面からのオートドープによる抵抗率変化を抑制することができる。
【００３８】
尚、前記したように、このサセプタ１にあっては、サセプタの裏面側に貫通孔の開口部が形成されていないため（サセプタ１の側面２ａに貫通孔５の開口部５ｂが形成されているため）、サセプタ１の裏面側のランプ１２の光が貫通孔を通して、ウェーハ裏面に直接照射されることはなく、輻射熱の影響を抑制することができる。
即ち、前記貫通孔５（開口部５ａ）に対応するウェーハ部分（開口部５ａが位置する部分）の温度ムラを抑制でき、ウェーハＷの温度の均一性を図ることができる。また、このウェーハＷの温度の均一性が向上することにより、ウェーハ表面に形成されるエピタキシャル膜の膜厚や特性（抵抗、ドーパント濃度）の均一性が向上する。また、ウェーハＷの反り、エピタキシャル膜の色ムラを抑制できる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を実施例に基づき、更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
図４に示したような気相薄膜成長装置に、図１に示したようなサセプタを配設した。
このサセプタにおける貫通孔５は、１６個であり、開口部５ａ（第１連通孔５ａ１）の直径（Ｄａ）が、１ｍｍ、開口部５ｂ（第２連通孔５ｂ１）の直径（Ｄｂ）が、２ｍｍ、であり、第１連通孔５ａ１の長さ寸法Ｌａが２ｍｍ、第２連通孔５ｂ１の長さ寸法Ｌｂが  ３０ｍｍであるものを用いた。尚、前記貫通孔５は、同心円状に等間隔で配置されている。
このサセプタ上に、シリコンウェーハ（直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍ）を載置した。薄膜形成用原料ガスとしてＳｉＨ４ガスを、キャリアガスとしてＨ２ ガスを用い、ＳｉＨ４ ガス流速１．５リットル／ｍｉｎ、Ｈ２ ガス流速６０リットル／ｍｉｎ、反応温度１０００℃、圧力１５ｔｏｒｒ、ウェーハ（サセプタ）回転速度１２００ｒｐｍの条件下で、前記シリコンウェーハ上に厚さ４μｍのエピタキシャル膜（シリコン結晶薄膜）を形成させた。
そして、ウェーハ面内のエピタキシャル膜厚分布のばらつき、色のムラを測定した。エピタキシャル膜厚は、ウェーハ基板とエピタキシャル層の赤外光に対する屈折率の差を利用した赤外干渉法を用いて測定した。
尚、ウェーハ面内のエピタキシャル膜厚分布のばらつきは、最大膜厚と最少膜厚との差を平均膜厚で除した割合をばらつきとした。また、色ムラは目視で確認した。その結果を表１に示す。
【００４０】
［参考例１〜５］
比較例１〜５は、貫通孔５を１６個とし、開口部５ａ（第１連通孔５ａ１）の直径（Ｄａ）、開口部５ｂ（第２連通孔５ｂ１）の直径（Ｄｂ）、第１連通孔５ａ１の長さ寸法Ｌａ、第２連通孔５ｂ１の長さ寸法Ｌｂを、表１に示すように変化させ、実施例１と同様に、ウェーハ面内のエピタキシャル膜厚分布のばらつき、色のムラを測定した。その結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2019121613.tif 000003
【符号の説明】
【００４２】
１          サセプタ
２          基体
２ａ        基体側面
３          壁部
３ａ        壁部
４          凹部
４ａ        平面部
４ｂ        湾曲部
５          貫通孔
５ａ        （凹部側）開口部
５ａ１      第１連通孔
５ｂ        （基体側面側）開口部
５ｂ１      第２連通孔
５ｃ        交差部
Ｄａ        第１連通孔の内径
Ｄｂ        第２連通孔の内径
Ｌａ        第１連通孔の長さ
Ｌｂ        第２連通孔の長さ
【図１】
2019121613.tif 000004
【図２】
2019121613.tif 000005
【図３】
2019121613.tif 000006
【図４】
2019121613.tif 000007