(57)【要約】【課題】基板外周部でのエピ膜厚の均一性、及びフラットネスの均一性を向上し、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる気相成長用サセプタを提供する。【解決手段】気相成長装置において基板を水平に保持するための気相成長用サセプタであって、該サセプタは、前記基板をサセプタで保持したときに、サセプタの上面が、基板の上主面と基板肉厚中心の間の高さに位置し、かつ、基板の下主面の少なくとも最外周部全体とザグリ底部が接するようにザグリが形成されたものであることを特徴とする気相成長用サセプタ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置において基板を水平に保持するための気相成長用サセプタであって、該サセプタは、前記基板をサセプタで保持したときに、サセプタの上面が、基板の上主面と基板肉厚中心の間の高さに位置し、かつ、基板の下主面の少なくとも最外周部全体とザグリ底部が接するようにザグリが形成されたものであることを特徴とする気相成長用サセプタ。
【請求項２】
少なくとも、請求項１に記載の気相成長用サセプタと、該サセプタを収容する反応室と、基板を加熱するための熱源と、反応室内に原料ガスを導入するためのガス導入口と、反応室から原料ガスを排出するためのガス排出口を具備するものであることを特徴とする気相成長装置。
【請求項３】
基板上にエピタキシャル層を気相成長させる方法であって、少なくとも、基板を、請求項１に記載のサセプタで保持し、該保持した基板を加熱しつつ原料ガスを供給することで、基板にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にエピタキシャルウエーハの製造に使用される気相成長用サセプタ及びこれを備える気相成長装置並びにこれを用いた気相成長方法に関し、詳しくは対象となる基板をほぼ水平に保持してエピタキシャル成長を行う、例えば水平円盤型の気相成長用サセプタ及びこれを備える気相成長装置並びに気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相エピタキシャル成長技術は、バイポーラトランジスタやＭＯＳＬＳＩ等の集積回路の製造に用いられる単結晶薄膜層を気相成長させる技術であり、清浄な半導体単結晶基板上に基板の結晶方位に合せて均一な単結晶薄膜を成長させたり、ドーパント濃度差が大きい接合の急峻な不純物濃度勾配を形成することができるので、極めて重要な技術である。気相エピタキシャル成長装置としては、縦型（パンケーキ型）、バレル型（シリンダー型）、さらに横型の３種類が一般的である。これらの成長装置の基本的な原理は共通している。
【０００３】
図５は、従来の縦型気相成長装置の一例を示す断面概略説明図である。この縦型気相成長装置２１においては、ベースプレート２上に釣鐘状のベルジャ３を載置することによって反応室４が形成される。この反応室４内には、半導体基板（ウエーハ）５を載置する水平円盤型のサセプタ１６が水平に配置され、その下面には該サセプタ１６を介して基板５を加熱する高周波加熱コイル７がコイルカバー８内に設けられている。気相成長の際には、サセプタ１６の上面に設けられた円形の凹部であるザグリ１９に基板５を載置し、原料ガスをガス導入口１０より供給し、ノズル１１の側面や上面に設けられた噴出孔１２から噴出して反応室４に導入し、ガス排出口１３から排出する。このとき、基板５は高周波加熱コイル７により加熱されているので、基板上に噴出された原料ガスは基板表面で反応し、基板表面に薄膜のエピタキシャル層を気相成長させることができる。
【０００４】
また、横型気相成長装置の一種として枚葉式装置がある。この装置は、横型の加熱炉内に配置された水平円盤型のサセプタの上に基板を載置し、これを垂直軸まわりに回転させながら、炉内水平方向に原料ガスを流通させることにより、基板表面にエピタキシャル層を形成するものである。このような装置は、基板の大直径化と共に多用されるようになり、直径３００ｍｍの基板に対応できる装置としても主流と目されている。
【０００５】
これらの気相成長装置では、エピタキシャル成長をさせる基板の上面にのみ原料ガスを接触させることを目的として、図３に示すように、基板５を収容する円形の凹部がサセプタ１６の上面に設けられる。そして、ザグリ１９と呼ばれるこの凹部内に基板５を収容してエピタキシャル成長を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
ところで、原料ガスの流れは、エピタキシャル層の均一性に対する影響が非常に大きい。
一つ目の影響は、原料ガスの上流側から下流側に向かってエピタキシャル層の堆積速度が小さくなることである。これは、上流側で原料ガス中のＳｉの消費が起き、下流側に向かって原料ガスの濃度が下がる為に起きる。
【０００７】
この対策として、横型気相成長装置の一種である枚葉式装置の場合、基板自体を自転させることで、原料ガスの上流、下流の影響をなくし、エピタキシャル層の膜厚均一性の向上を図っている。
また、縦型気相成長装置（縦型気相反応器）では、ノズルに設置されたガス噴出口の数と高さ位置を調節し、原料ガスの上流から下流にかけて生じるエピ膜厚の不均一化を抑えている。
【０００８】
二つ目の影響は、基板の外周部近傍での膜厚変化である。図３に示すように、ザグリ１９の外周部（エッジ）付近では、ザグリ１９の側壁と基板５の側面との間（段差部）にガスが滞留し、そこがよどみ域となってエピタキシャル層の堆積が滞ってしまう。その結果、基板外周部付近でエピタキシャル層の厚み（エピ膜厚）が薄くなってしまう。これを抑える方法としては、エピタキシャル層の成長速度を低くし、輸送律速反応を強くすることが効果的であるが、成長速度が低くなる為生産性が低下し、コストアップを引き起こす問題点があった。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１２３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、基板外周部でのエピ膜厚の均一性、及びフラットネスの均一性を向上し、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる気相成長用サセプタ、気相成長装置及び気相成長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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、気相成長装置において基板を水平に保持するための気相成長用サセプタであって、該サセプタは、前記基板をサセプタで保持したときに、サセプタの上面が、基板の上主面と基板肉厚中心の間の高さに位置し、かつ、基板の下主面の少なくとも最外周部全体とザグリ底部が接するようにザグリが形成されたものであることを特徴とする気相成長用サセプタを提供する（請求項１）。
【００１２】
このように、基板をサセプタで保持したときに、サセプタの上面が、基板の上主面と基板肉厚中心の間の高さに位置し、かつ、基板の下主面の少なくとも最外周部全体とザグリ底部が接するようにザグリが形成された気相成長用サセプタを用いることで、基板外周部でのエピ膜厚の均一性、及びフラットネスの均一性を向上させることができる。この時、エピタキシャル成長速度を低くする必要がないので、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる。
【００１３】
また、本発明は、少なくとも、前記本発明の気相成長用サセプタと、該サセプタを収容する反応室と、基板を加熱するための熱源と、反応室内に原料ガスを導入するためのガス導入口と、反応室から原料ガスを排出するためのガス排出口を具備するものであることを特徴とする気相成長装置を提供する（請求項２）。
【００１４】
このように、本発明の気相成長用サセプタを具備する気相成長装置を用いることで、基板外周部でのエピ膜厚の均一性、及びフラットネスの均一性を向上し、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる。
【００１５】
また、本発明は、基板上にエピタキシャル層を気相成長させる方法であって、少なくとも、基板を、前記本発明のサセプタで保持し、該保持した基板を加熱しつつ原料ガスを供給することで、基板にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とする気相成長方法を提供する（請求項３）。
【００１６】
このように基板を前記本発明のサセプタで保持して、基板にエピタキシャル層を気相成長させるようにすれば、基板外周部でのエピタキシャル層の膜厚の均一性、及びフラットネスの均一性を向上し、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、気相成長時に、本発明の気相成長用サセプタを用いることで、基板外周部でのエピタキシャル層の膜厚の均一性、及びフラットネスの均一性を向上し、高品質のエピタキシャルウエーハを効率良く生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明についてさらに詳述する。
前述のように、従来の気相成長用サセプタを用いた場合、ザグリの外周部（エッジ）付近では、ザグリ側壁と基板側面との間（段差部）にガスが滞留し、そこがよどみ域となってエピタキシャル層の堆積が滞ってしまい、その結果、基板外周部付近でエピタキシャル層の厚み（エピ膜厚）が薄くなってしまうことにより、膜厚の均一性が悪化し、それによりフラットネスが悪化するということがあった。これを抑える方法として、従来、エピタキシャル層の成長速度を低くし、輸送律速反応を強くするという方策がとられてきたが、これは、成長速度が低くなる為生産性が低下し、コストアップを引き起こすという問題があった。
【００１９】
そこで、本発明者らは、生産性を低下させずに基板外周部のエピ膜厚の不均一の発生を効果的に防止する方策を開発すべく鋭意検討を行ったところ、基板をサセプタで保持したときに、サセプタの上面（ザグリ部のない主面）が基板の上主面と同じか、それよりも低い位置になるようにし、かつ、基板の下主面の少なくとも最外周部全体とザグリ底部が接するようにすると、基板外周部（エッジ）付近での原料ガスのよどみ域がなくなり、かつ、基板下主面への原料ガスの回り込みもなくなり、エピ膜堆積速度の低下、すなわちエピ膜厚の薄膜化を抑えることができることがわかった。一方、サセプタの上面が基板の上主面より低すぎると基板がザグリポケットから飛び出す、いわゆるザグリ外れが起きてしまう。これを抑えるには、少なくともサセプタ上面が基板肉厚中心高さと同じか、それよりも高くないといけない。そこで、本発明者らは、これら両者を合わせ、基板をサセプタに載置したとき、サセプタの上面が基板の上主面と基板肉厚中心の間の高さに位置するようにすることで、生産性を低下させることなく、基板外周部での膜厚均一化やフラットネスの向上を図ることができることに想到し、本発明を完成させた。
【００２０】
以下では、本発明の実施の形態について、添付した図面に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２は、本発明に従う気相成長用サセプタのザグリの例を示す断面概略図である。図２（ａ）は、基板５をサセプタ６で保持したときに、サセプタ６の上面が、基板５の上主面と同じ高さに位置するようにザグリ９を形成した例を、図２（ｂ）は、サセプタ６の上面が、基板５の上主面より低く、かつ、基板肉厚中心の高さより高く位置するようにザグリ９を形成した例を示している。このように、本発明のサセプタは、基板をサセプタで保持したときに、サセプタの上面が、基板の上主面と基板肉厚中心の間の高さに位置するようにザグリが形成されている。
これに加え、本発明のサセプタは、基板の下主面の少なくとも最外周部全体とザグリ底部が接するようにザグリが形成されたものである。図２の例では、ザグリ底部が平らに形成されているため、基板の下主面全体が、サグリ底部と接している。この他、例えばザグリ底部を凹状に形成することで、少なくとも基板の下主面の最外周部全体を含む基板の下主面の一部とザグリ底部が接するようにすることもできる。
【００２１】
前述のように、サセプタの上面を基板の上主面の高さと同じか低くし、かつ、基板の下主面の少なくとも最外周部全体とザグリ底部が接するようにすることで、基板外周部付近での原料ガスのよどみ域をなくしエピ膜堆積速度の低下、すなわちエピ膜厚の薄膜化を抑えることが可能となり、従来よりエピ膜厚均一性の高いエピタキシャルウエーハを提供できる。一方、サセプタの上面を基板肉厚中心高さより高くすることで、基板のザグリ外れを十分に防止することが出来る。そして、このようなサセプタを用いることで、成長速度を低下させることなく、基板外周部付近の膜厚均一性やフラットネスの向上をはかることができるため、生産性を落とすことなく効率の良いエピタキシャルウエーハの製造を行うことが出来る。
【００２２】
本発明の気相成長用サセプタの全体の形状は例えば円盤型であるが特に限定されず、形成されるザグリは１つ又はそれ以上とできる。ザグリの直径等は載置する基板のサイズに合わせて適宜選択することができる。
【００２３】
ここで、図１は、本発明の気相成長装置の一例を示す断面概略説明図である。
この縦型気相成長装置１においては、ベースプレート２上に釣鐘状のベルジャ３を載置することによって反応室４が形成される。この反応室４内には、基板５を載置する水平円盤型のサセプタ６が水平に配置され、その下面には該サセプタ６を介して基板５を加熱する熱源として高周波加熱コイル７がコイルカバー８内に設けられている。さらに、この気相成長装置は、反応室４内に原料ガスを導入するためのガス導入口１０と、反応室４から原料ガスを排出するためのガス排出口１３を具備する。
【００２４】
本発明の気相成長装置に備えられるサセプタは、前記本発明のサセプタであり、例えば図２に示すザグリが形成されたサセプタを用いることができる。本発明に従うサセプタを備える気相成長装置を用いることで、基板外周部でのエピ膜厚の堆積速度低下が抑えられ、エピ膜厚均一化やフラットネスを向上出来、従って、反応も輸送律速とする必要はなく、高速で成長させることができるので、エピタキシャル層の気相成長を生産性良く行うことができるとともに、基板下主面への原料ガスの回り込みやオートドープを防止することができる。
なお、本発明の気相成長装置は、このような縦型のものに限定されず、横型のものであ
ってもよい。
【００２５】
次に、基板表面に薄膜を気相成長させる本発明の気相成長方法について、図１の本発明の気相成長装置を用いる場合を例に挙げて説明する。
まず、基板（ウエーハ）５を、本発明のサセプタ６のザグリ９に載置し、サセプタ６で保持する。そして、保持した基板５を高周波加熱コイル７で加熱しつつ、原料ガスをガス導入口１０より供給し、ノズル１１の側面や上面に設けられた噴出孔１２から噴出して反応室４に導入し、ガス排出口１３から排出する。このとき、基板５は高周波加熱コイル７により加熱されているので、噴出された原料ガスは基板表面で反応し、基板表面に薄膜のエピタキシャル層を気相成長させることができる。
【００２６】
このとき、サセプタ上面が基板の上主面の高さと同じか低い為、ザグリ外周部付近での原料ガスよどみ域がなくなり、かつ、基板の下主面の少なくとも最外周部全体とザグリ底部が接するようにザグリを形成しているので、基板下主面への原料ガスの回り込みもなくなり、基板外周部でのエピ膜堆積速度の低下が起きず、基板外周部付近でのエピ膜厚均一化やフラットネス向上がはかれる。このため、成長速度を低下させる必要が無く、気相成長を生産性高く行うことができる。
【００２７】
なお、本発明の気相成長用サセプタで保持してエピタキシャル層を気相成長させる基板としては、例えばシリコンウエーハを挙げることができるが、化合物半導体等の他の半導体ウエーハ等でもよく、特に限定はされない。
また、気相成長させるエピタキシャル層（薄膜）としては、例えばシリコン薄膜を挙げることができるが、原料ガスを適宜選択することによりＳｉ−Ｇｅ等の他の半導体薄膜を気相成長させても良く、特に限定されない。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明がこれに限定
されないことは言うまでもない。
（実施例１〜４、比較例１〜３）
図１又は図５に示す縦型の気相成長装置を用いた。
先ず、直径１５０ｍｍ、厚さ６００μｍ（０．６ｍｍ）のシリコンウエーハを、気相成長用サセプタで保持、すなわち、気相成長用サセプタのザグリに収容した。そして、保持したウエーハを加熱しつつ原料ガスを供給することで、シリコンウエーハ上にエピタキシャル層（シリコン薄膜）を気相成長させた。
【００２９】
このとき、気相成長用サセプタとして、次の７種類のサセプタを用いた。これらのサセプタは、ザグリの深さを変えることで基板の上主面に対するサセプタ上面の高さを変えたものである。また、これらのサセプタでは、サセプタ底部が平らに形成されており、基板の下主面全体が、サグリ底部と接するようにザグリが形成されている。
（１）  基板の上主面に対するサセプタの上面の高さが、±０ｍｍとなるようにザグリが形成されたもの（実施例１）。
（２）  基板の上主面に対するサセプタの上面の高さが、−０．１ｍｍとなるようにザグリが形成されたもの（実施例２）。
（３）  基板の上主面に対するサセプタの上面の高さが、−０．２ｍｍとなるようにザグリが形成されたもの（実施例３）。
（４）  基板の上主面に対するサセプタの上面の高さが、−０．３ｍｍとなるようにザグリが形成されたもの（実施例４）。
（５）  基板の上主面に対するサセプタの上面の高さが、＋０．２ｍｍとなるようにザグリが形成されたもの（比較例１）。
（６）  基板の上主面に対するサセプタの上面の高さが、＋０．４ｍｍとなるようにザグリが形成されたもの（比較例２）。
（７）  基板の上主面に対するサセプタの上面の高さが、−０．４ｍｍとなるようにザグリが形成されたもの（比較例３）。
尚、上記プラスの値は、サセプタの上面が、基板の上主面よりも高いところに位置していることを意味し、上記マイナスの値は、サセプタの上面が基板の上主面よりも低いところに位置していることを意味する。
【００３０】
そして、上記各実施例、比較例において、それぞれ３０枚のウエーハにエピタキシャル成長を行った。
なお、反応ガスとしてＳｉＨＣｌ３を用い、成長速度を１．５μｍ／ｍｉｎ、反応温度を１０５０℃、成長膜厚を１２０μｍとした。
【００３１】
そして、このようにエピタキシャル層を気相成長させた後のウエーハについて、ウエーハ外周部のフラットネスの値を調査した。ここでいうフラットネスとはＬＴＶのことであり、ウエーハ外周部に位置するセルのＬＴＶを平均したものが、外周部のフラットネスである。なお、気相成長させる前の基板はフラットネスは極めて良好であり、エピタキシャル層膜厚のバラツキによってフラットネスは変化する。そのため、フラットネスを測定することにより膜厚の均一性を評価できる。
【００３２】
図４は、基板の上主面に対するサセプタの上面の高さとウエーハ外周部フラットネス（ＬＴＶ）との関係を示すグラフである（実施例１〜４、比較例１，２）。
図４に示すように、基板の上主面に対するサセプタの上面の高さが低くなるほど基板外周部のフラットネスが良くなり、±０ｍｍ以下の実施例１〜４ではほぼ同レベルとなっている。
一方、サセプタの上面が、基板肉厚中心よりも低く位置するようにザグリが形成された比較例３のサセプタでは、基板のザグリ外れが頻発してしまい実用に耐えないことも確認された。
また、実施例１〜４のサセプタでは、前述のように基板の下主面全体が、サグリ底部と接するようにザグリが形成されている。これらのサセプタでは、気相成長時に原料ガスが基板の下主面に回り込むのを防止でき、また、オートドープも防止できることが確認できた。
【００３３】
これらの結果から、基板外周部でのエピ膜厚の均一性、及びフラットネスの均一性を向上し、高品質のエピタキシャルウエーハを効率よく生産し、かつ、気相成長時の原料ガスの基板下主面への回り込みやオートドープを防止するためには、サセプタは、基板をサセプタで保持したときに、サセプタの上面が、基板の上主面と基板肉厚中心の間の高さに位置し、かつ、基板の下主面の少なくとも最外周部全体とザグリ底部が接するようにザグリが形成されたものであるのが望ましい事が判る。
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の気相成長装置の一例を示す断面概略説明図である。
【図２】本発明に従う気相成長用サセプタのザグリの断面概略説明図である
【図３】基板外周部付近での原料ガスの流れを示す模式図である。
【図４】基板の上主面に対するサセプタの上面の高さと基板外周部のフラットネスとの関係を示す図である（実施例１〜４、比較例１，２）。
【図５】従来の気相成長装置の一例を示す断面概略説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，２１…縦型気相成長装置、  ２…ベースプレート、  ３…ベルジャ、
４…反応室、  ５…基板、  ６，１６…サセプタ、  ７…高周波加熱コイル、
８…コイルカバー、  ９，１９…ザグリ、  １０…ガス導入口、  １１…ノズル、
１２…噴出孔、  １３…ガス排出口。
【図１】
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【図２】
2008071921.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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