(57)【要約】【課題】生成される気相成長膜による基板と支持部材の貼りつきを低減させる気相成長装置および気相成長方法を提供する。【解決手段】チャンバ１０７と、チャンバ１０７内に原料ガスを供給する供給部１０８と、チャンバ１０７内に配置され、面１０３でウェハ１０１を載置し、面１０３におけるウェハ１０１の外縁部の直下となる位置に凹部１０４が形成された回転可能なホルダ１０２と、チャンバ１０１内から気相成長後の原料ガスを排気する排気部１０９とを備えることによって、ウェハ１０１とホルダ１０２に気相成長膜が生成されたとしても、それぞれに生成される気相成長膜が接触しないため、ウェハ１０１とホルダ１０２を固着させないようにすることができる。【選択図】図１
2008211109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に原料ガスを供給する供給部と、
前記チャンバ内に配置され、面で基板を載置し、前記面における前記基板の外縁部の直下となる位置に凹部が形成されたホルダと、
前記チャンバ内から気相成長後の原料ガスを排気する排気部と、
を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記凹部の深さは、前記基板に生成される気相成長膜の膜厚以上の深さに形成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記ホルダには、前記面を底面とする開口部が形成され、前記開口部の側面には、前記基板を取り囲むように複数の凸部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記複数の凸部は、前記開口部の側面に略等間隔に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の気相成長装置。
【請求項５】
チャンバ内のヒータによって加熱された状態の基板に原料ガスを供給することによって気相成長を行なう気相成長方法であって、
深さが前記基板に生成される気相成長膜の膜厚以上に形成された凹部が前記基板の外縁部の直下に設けられた面を有するホルダによって前記基板を支持し、
前記基板に向かって前記供給部から前記原料ガスを供給し、気相成長を行なうこと特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、気相成長装置および気相成長方法に係り、たとえばエピタキシャル成長装置におけるシリコンウェハ等の基板を支持する支持部材の形状に関する。
【０００２】
超高速バイポーラ、超高速ＣＭＯＳ等の半導体素子の製造において、不純物の濃度や膜厚の制御された単結晶のエピタキシャル成長技術は、素子の性能を向上させる上で不可欠のものとなっている。
シリコンウェハ等の半導体基板に単結晶膜を生成させるエピタキシャル成長には、一般に常圧化学気相成長法が用いられ、場合によっては減圧化学気相成長(ＬＰＣＶＤ)法が用いられている。気相成長反応炉内にシリコンウェハ等の半導体基板を配置し、気相成長反応炉内を常圧（０．１ＭＰａ（７６０Torr））か、或いは所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で上述した半導体基板を加熱し回転させながらシリコン源とボロン化合物、砒素化合物、或いはリン化合物等のドーパントとを含む原料ガスを供給する。そして加熱された半導体基板の表面で原料ガスの熱分解反応或いは水素還元反応を行なって、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、或いは砒素（Ａｓ）がドープされた気相成長膜を生成させることにより製造する（特許文献1参照）。
【０００３】
また、エピタキシャル成長技術は、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等、比較的厚い結晶膜を必要とする半導体素子の製造にも利用される。たとえば、単純なＭＯＳデバイス等では数μｍ以下の膜厚しか必要ではないのに対し、超高速バイポーラデバイスの製造には数μｍから数１０μｍ以上の膜厚の気相成長膜が必要となる。これを達成するため、エピタキシャル成長技術を利用し、必要となる膜厚の結晶膜を生成する。
【０００４】
図９は図示しないチャンバ内に収容したホルダにウェハが載置された状態の一例を示す上方から見た概念図である。また、図１０は図９に示すホルダにウェハが載置された状態の断面を示す概念図である。
ウェハ４０１の支持部材であるホルダ４０２（サセプタともいう）には、ウェハ４０１の直径よりも若干大きめの径の１段目の開口部が形成されており、その底面がウェハ４０１の裏面と接触して支持するように形成されている。また、１段目の開口部の中心部にはウェハ４０１の直径よりも小さめの径で貫通した２段目の開口部が形成されている。そして、かかる１段目の開口部にウェハ４０１が収まるように載置される。かかる状態でホルダ４０２を回転させることによってウェハ４０１を回転させながら、供給された原料ガスの熱分解反応或いは水素還元反応により気相成長膜を生成させる。
【特許文献１】特開平９−１９４２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような装置において、ウェハ４０１が収容された図示しないチャンバ内に原料ガスを供給し、ホルダ４０２を回転させながら加熱を行なうと、ウェハ４０１上に気相成長膜が生成される。また、ホルダ４０２もウェハ４０１と同程度の温度にまで加熱されているために、ホルダ４０２の表面においても原料ガスが熱分解反応或いは水素還元反応が行なわれ、気相成長膜が生成される。そして、図１１に示すように、ウェハ４０１の側面部分に生成された気相成長膜と、ホルダ４０２の表面に生成された気相成長膜とが接触することで固着されてしまう。
ここで、気相成長後にウェハ４０１を搬送する際、上述の固着部分が崩れて遊離する。この遊離した気相成長膜のかけらが上述のチャンバ内にパーティクルとして残り、以降の気相成長時に生成される気相成長膜に不純物として混入してしまうことで生産されるウェハの品質の低下を招くといった問題があった。
また、ウェハ４０１が外縁部においてホルダ４０２と固着されていると、ホルダ４０２からウェハ４０１への熱伝導が設定したとおりに行なわれなくなり、ウェハ４０１面内の温度が不均一になってしまう。そしてウェハ４０１上では良質な単結晶膜が生成されない場合がある。結果としてウェハ４０１の面内全体で品質が一定の気相成長膜の生成が行なわれず、生産されるウェハ４０１の品質が低下してしまうといった問題があった。
さらに、気相成長後にウェハ４０１を搬送する際、ホルダ４０２と固着されているためスムーズに搬送が行なえず、ウェハ４０１を傷つけたり、破損したり、或いはホルダ４０２を破損したりするといった問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる問題点を克服し、生成される気相成長膜による基板と支持部材の貼りつきを低減させる気相成長装置および気相成長方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の気相成長装置は、
チャンバと、
チャンバ内に原料ガスを供給する供給部と、
チャンバ内に配置され、面で基板を載置し、上述した面における基板の外縁部の直下となる位置に凹部が形成された回転可能なホルダと、
チャンバ内から気相成長後の原料ガスを排気する排気部と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成により、基板の外縁部をホルダと接触させずに気相成長させることができ、基板の側面部分に生成する気相成長膜をホルダに生成する気相成長膜と接触させないようにすることができる。よって、基板とホルダに生成した気相成長膜同士によって固着させないようにすることができる。
【０００９】
また、上述の凹部の深さは、基板に生成される気相成長膜の膜厚以上の深さに形成されることが好適である。
【００１０】
かかる構成により、凹部内に気相成長膜が生成されたとしても、載置された基板の外縁部の裏面まで気相成長膜を届かせないようにすることができる。よって、基板とホルダを固着させないようにすることができる。
【００１１】
さらに、ホルダには、上述の面を底面とする開口部が形成され、開口部の側面には、基板を取り囲むように複数の凸部を有することが好適である。
【００１２】
かかる構成により、基板の側面部分と開口部の側面が接触する場合、接触を面での接触ではなく点或いは線での接触にすることができる。その結果、接触する面積を小さくすることができるため、基板の側面部分とホルダとの固着を防止することができる。
【００１３】
また、上述の複数の凸部は、開口部の側面に略等間隔に配置されることが好適である。
【００１４】
かかる構成により、気相成長を行なう基板が遠心力等の横方向の力を受けたときにホルダからはずれてしまうことを防ぐことができる。また、横方向の力を受けた基板を上述の凸部のうちのいくつかで支持したとき、凸部が略等間隔に配置されているため、支持する凸部の組み合わせがどのような場合においても同一の状態で支持することができる。
【００１５】
さらに、本発明の気相成長方法は、
チャンバ内のヒータによって加熱された状態の基板に原料ガスを供給することによって気相成長を行なう気相成長方法であって、
深さが基板に生成される気相成長膜の膜厚以上に形成された凹部が基板の外縁部の直下に設けられた面を有する回転可能なホルダによって基板を支持し、
基板に向かって供給部から原料ガスを供給し、気相成長を行なうことが好適である。
【００１６】
かかる構成により、上述の気相成長方法によって基板に気相成長膜を生成させても、基板の外縁部の直下に上述の生成される気相成長膜の膜厚よりも深い凹部が形成されているため、基板とホルダとが固着させないようにすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ホルダに載置する基板の外縁部をホルダと接触しない状態で気相成長を行なうことができる。ホルダに凹部を設けることで、基板を載置したときに基板とホルダとが固着しやすい基板の外縁部を浮かせた状態にすることができ、結果として基板とホルダとの貼り付きを防止することができる。このため、気相成長を行なった基板を搬送するたびに基板を傷つけたり、破損したり、或いはホルダを破損したりする虞を低減することができる。
また、気相成長後の基板を搬送する際に、基板とホルダを固着させていた気相成長膜が崩れ、パーティクルとしてチャンバ内に残らないようにすることができる。そのため、後に生産される基板がパーティクルによって汚染されることを防止できる。
結果として、気相成長装置の作業効率と歩留まりを向上させることができ、さらに、生産される基板の品質の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施形態１）
まず、第１の実施形態について、図１に基づいて詳細に説明する。
図１は第１の実施形態における気相成長装置の構成を示す概念図である。
図１における気相成長装置１００は、ウェハ１０１を収容するチャンバ１０７と、ウェハ１０１を載置する面１０３が形成されたホルダ１０２と、ホルダ１０２と接続する回転部１０６と、ウェハ１０１を加熱するインヒータ１１０およびアウトヒータ１１１を備えている。
チャンバ１０７には気相成長を行なうために供給される原料ガスの供給部１０８となる流路と、気相成長反応後の原料ガスを排気する排気部１０９となる流路が設けられている。また、供給部１０８にはシャワーヘッド１１２が接続されており、原料ガスはシャワーヘッド１１２を介して満遍なくウェハ１０１に供給される。そして、ウェハ１０１表面において熱分解反応或いは水素還元反応を終えた原料ガスは排気部１０９を介してチャンバ１０７外へと排気される。
図１では第１の実施形態を説明する上で必要な構成以外は省略しており、各部材の縮尺等も実物とは一致させていない。以下、各図面においても同様である。
【００１９】
ホルダ１０２は円形の板状部材を加工した形状となっており、その中心部分に２段の開口部が形成されている。
また、１段目の開口部は所定の深さに形成され、その底面となる面１０３上に、ウェハ１０１の裏面が接触して支持される。そして、ウェハ１０１の外縁部の直下にあたる面１０３の位置には全周にわたって所定の幅と深さで溝１０４（凹部の一例）が形成されており、基板１０１の外縁部とホルダ１０２とを接触させずに載置することができる。そして、２段目の開口部は１段目の底面の中心部分に形成され、貫通されている。
【００２０】
また、１段目の開口部の側面にはウェハ１０１を面１０３に載置したときにウェハ１０１を取り囲むようにして３つ以上の複数個の凸部１０５が形成される。凸部１０５はウェハ１０１の中心に向かって凸状に形成される。また、凸部１０５の上端はホルダ１０２の上面の高さを超えない高さに形成される。
【００２１】
ホルダ１０２は、図示しない回転機構により回転する回転部１０６に接続して支持されており、ウェハ１０１面と直交するホルダ１０２の中心を回転軸として回転する。その結果、ホルダ１０２に形成された面１０３に載置されたウェハ１０１をも同じくして回転させることができる。
【００２２】
ウェハ１０１の下部にはウェハ１０１を加熱するためのヒータが２系統配置されている。
まず、インヒータ１１０がウェハ１０１の中心部を加熱するように配置されている。また、アウトヒータ１１１がウェハ１０１の外周部と、ホルダ１０２を同時に加熱するように配置されている。面１０３を介してホルダ１０２に接触しているため熱が逃げやすいウェハ１０１の外周部をホルダ１０２もろとも加熱することにより、インヒータ１１０の１系統のみでウェハ１０１の温度制御を行なうよりもウェハ１０１面内の温度分布の均一性を高めることができる。
【００２３】
ホルダ１０２、シャワーヘッド１１２、インヒータ１１０およびアウトヒータ１１１はチャンバ１０７の内部に収容される。回転部１０６はチャンバ１０７外に設けられた図示しない回転機構に接続される。また、上述のシャワーヘッド１１２は供給部１０８と接続し、チャンバ１０７外へと配管が繋がっている。
【００２４】
そして、常圧或いは所定の真空度に保持したチャンバ１０７内にウェハ１０１を収容する。ホルダ１０２に載置されたウェハ１０１をインヒータ１１０およびアウトヒータ１１１で加熱しながら、ホルダ１０２および回転部１０６の回転によって回転させる。この状態のチャンバ１０７に供給部１０８からシャワーヘッド１１２を介して原料ガスを供給することで気相成長反応の環境が整えることができる。
【００２５】
ここで供給される原料ガスは、シリコン成膜ガスであるシラン（ＳｉＨ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）等のうちいずれか一つとキャリアガスとなるＨ２との混合ガスに所定のドーパントガスを添加することにより構成される。
ドーパントガスはボロン系のジボラン（Ｂ２Ｈ６）、リン系のホスフィン（ＰＨ３）等が知られている。ジボランを添加すればｐ型、ホスフィンを添加すればｎ型の導電性を示す気相成長膜が生成される。
【００２６】
気相成長反応の環境が整ったチャンバ１０７内の加熱されたウェハ１０１上において原料ガスが熱分解反応や水素還元反応されることにより、ウェハ１０１の表面に気相成長膜を生成させる。このとき供給部１０８から供給される原料ガスは、シャワーヘッド１１２のウェハ１０１に対向した面に均等な分布で設けられた複数の貫通孔から噴出する。そのためウェハ１０１表面に均一に原料ガスを供給することができ、その結果ウェハ１０１表面に気相成長膜を均一に生成させることができる。
【００２７】
図２は第１の実施形態におけるウェハ１０１を載置したホルダ１０２を断面した概念図である。
図２の面１０３には、ウェハ１０１がホルダ１０２に載置される際、ウェハ１０１の外縁部の直下に位置するように溝１０４が形成されている。ウェハ１０１は面１０３を介してホルダ１０２により裏面から支持されているため、回転部１０６の回転に伴うホルダ１０２の回転により安定して回転することができる。そして、ウェハ１０１を加熱するとともに原料ガスをチャンバ１０７内に供給して気相成長を行ない、ウェハ１０１表面に気相成長膜を生成する。このときウェハ１０１表面だけでなく、ホルダ１０２にも気相成長膜が生成されてしまうが、固着しやすい部分であるウェハ１０１の外縁部の直下には溝１０４が形成されているため、ウェハ１０１側面部分に生成された気相成長膜と溝１０４に生成された気相成長膜とを接触させない。その結果としてウェハ１０１とホルダ１０２を固着させないようにすることができる。
【００２８】
また、上述の溝１０４の深さは、ウェハ１０１に生成される気相成長膜の膜厚よりも深く設定されていれば良い。さらに、２倍以上とすればなお良い。たとえば、想定する気相成長膜の膜厚が１００μmであった場合、溝１０４は膜厚の２倍以上の深さを想定し、０．２mm以上に形成すると好適である。
【００２９】
図３および図４に示すように、第１の開口部の側面に複数個、たとえば図３においては８個の凸部１０５が設けられ、凸部１０５はウェハ１０１の中心に向かって凸状に形成される。
【００３０】
これによって、凸部１０５を設けずに第１の開口部の側面とウェハ１０１の側面部分が広い面積の面で接触する従来の方式と比べ、ウェハ１０１と第１の開口部の側面と接触する面積を少なくすることができる。その結果、ウェハ１０１の側面と、凸部１０５の先端とが接触しても、線或いは点に近い狭い面積で接触するためウェハ１０１とホルダ１０２との貼りつきを低減させることができる。よって、気相成長を完了したウェハ１０１を搬送する際に傷つけたり、破損したり、或いはホルダ１０２を破損させたりという虞を低減させることができる。
【００３１】
また、凸部１０５はウェハ１０１がホルダ１０２の回転に伴って回転したときに遠心力等の横方向の力を受けて移動した場合に、複数の凸部１０５のうちいくつかで支持する。このとき凸部１０５はそれぞれ略等間隔に配置されているため、支持する凸部１０５の組み合わせがどのような場合においても、同一の状態で支持することができる。
【００３２】
また、この第１の実施例においてはホルダ１０２に８個の凸部が配置されているが、配置数はこれに限るものではない。たとえば、凸部１０５の配置数を増やせばウェハ１０１の横方向の位置の精度を高めることができ、逆に凸部１０５の配置数を減らせばウェハ１０１と接触する面積をさらに減らすことができるため、よりウェハ１０１とホルダ１０２との貼りつきを低減させることができる。
【００３３】
図５はウェハ１０１を載置したホルダ２０２の他の一例を示す概念図である。
ホルダ２０２に形成された第１の開口の底面である面２０３には、ウェハ１０１がホルダ２０２に載置されたときにウェハ１０１の外縁部の直下に位置するように溝２０４が形成されている。溝２０４は半円形状で所定の幅と深さに掘り込まれ、面２０３の全周にわたって形成されている。このように、溝の断面の形状は長方形に限るものではない。
【００３４】
面２０３に半円形状の溝２０４を設けることにより、気相成長反応後に長方形状の溝を洗浄する場合と比べて、洗浄が行ないやすいといった効果がある。そのため、半円形状の溝２０４が形成されたホルダ１０２は繰り返しの使用に適している。
ここでは溝２０４を半円形状に形成したが、溝２０４を設けてあることによりウェハ１０１とホルダ１０２が固着されにくいことや、凸部１０５の配置に関しては図３、図４に基づく説明と同様であるためここでは説明を省略する。
【００３５】
図６は、ホルダ３０２の上面がウェハ１０１の上面よりも高い位置に形成されたホルダ３０２を用いた場合の気相成長時の原料ガスの流れを説明するために示す概念図である。
また、図７は本発明の実施の形態におけるホルダ１０２を用いた場合の気相成長時の原料ガスの流れを説明するために示す概念図である。
図６に示すように、ホルダ３０２の上面がウェハ１０１の上面よりも高いホルダを用いた場合、シャワーヘッド１１２から供給された原料ガスはウェハ１０１の表面に当たり、略水平方向に進行方向を変える。そして熱分解反応或いは水素還元反応を行ないながら、図示しない真空ポンプに接続された排気部１０９へと流れる。しかし、ホルダ３０２の上面はウェハ１０１の上面より高い位置にあるため、ガス流３１３はホルダ３０２に形成された１段目の開口部の側面に流れを妨げられ、乱流となってしまう。それに対し、図７に示すように本発明の実施の形態におけるホルダ１０２を用いた場合、原料ガスの乱流を起こさずにスムーズなガス流１１３を形成することができ、ウェハ１０１全面において均一な気相成長を行なうことができる。
また、図７ではウェハ１０１の上面の位置の高さとホルダ１０２の上面の位置の高さが同じ場合を図示して説明したが、ホルダ１０２の上面の位置の高さがウェハ１０１の上面の位置の高さよりも低い場合においても、ガス流１１３の流れを妨げないことは言うまでもない。
本発明の実施形態でのホルダ１０２はウェハ１０１の上面の位置の高さと同じか、或いはウェハ１０１の上面の位置の高さよりも低く形成される。そのためウェハ１０１上で気相成長を行なった原料ガスのガス流１１３はホルダ１０２に設けられた１段目の開口の側面に流れを妨げられることがない。そのため、ガス流１１３は層流を形成したまま排気部１０９へと流れる。結果として、この実施の形態においてはウェハ１０１の全面において均一な気相成長膜を生成することができる。
【００３６】
図８は第１の実施形態の気相成長方法を示したフローチャートである。
この気相成長方法においては、
まず、基板支持工程（Ｓ１０１）として、溝１０４を有するホルダ１０２にウェハ１０１を載置する。
次に、原料ガス供給工程（Ｓ１０２）として、供給部１１３からウェハ１０１に向かって原料ガスを供給する。
そして気相成長膜生成工程（Ｓ１０３）として、ホルダ１０２の回転によって回転されながら、インヒータ１１０およびアウトヒータ１１１によって加熱された状態のウェハ１０１に原料ガスを供給し、気相成長膜が生成される。
【００３７】
上述の気相成長方法を用いることで、ウェハ１０１の側面に生成される気相成長膜と、ホルダに生成する気相成長膜を接触させない。これによって、ウェハ１０１とホルダ１０２が固着して、ウェハ１０１の搬送時にウェハを傷つけたり破損したり、或いはホルダを破損したりしないようにすることができる。
【００３８】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【００３９】
本発明ではホルダ１０２に設ける凸部１０５は半円形をしたものを例としてあげたが、その形状が台形状、球状等、ウェハ１０１との接地面を減らすことができ、なおかつ安定して支持できるものであるならば形状を問うものではない。
【００４０】
また、本発明は気相成長装置の一例としてエピタキシャル成長装置について説明したが、これに限るものではなく、ウェハ表面に所定の結晶膜を気相成長させるための装置であればかまわない。たとえば、ポリシリコン膜を成長させることを目的とした装置であってよい。
【００４１】
さらに、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法等を適宜選択して用いることができる。
【００４２】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうるすべての気相成長装置、および支持部材の形状は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明における気相成長装置の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のホルダにウェハを載置した状態で断面した概念図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のホルダにウェハを載置した状態の上方の概念図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態においてウェハを載置したホルダの断面を斜めから示した概念図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の他の一例のホルダにウェハを載置した状態の断面を斜めから示した概念図である。
【図６】ウェハの上面の位置の高さよりも上面の位置が高いホルダを用いた気相成長装置における原料ガスの流れを示した概念図である。
【図７】本発明におけるウェハ上の原料ガスの流れを示した概念図である。
【図８】本発明の気相成長方法の工程を示したフローチャートである。
【図９】従来の気相成長装置のウェハが載置されたホルダを上方から示した概念図である。
【図１０】従来の気相成長装置におけるウェハが載置されたホルダの断面を示した概念図である。
【図１１】従来の気相成長装置においてウェハに生成した気相成長膜とホルダに生成した気相成長膜が固着した様子を示した概念図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００…気相成長装置
１０１、４０１…ウェハ
１０２、３０２、４０２…ホルダ
１０３、２０３、４０３…ウェハを支持する面
１０４、２０４…溝
１０５…凸部
１０６…回転部
１０７…チャンバ
１０８…供給部
１０９…排気部
１１０…インヒータ
１１１…アウトヒータ
１１２…シャワーヘッド
１１３、３１３…ガス流
【図１】
2008211109.tif 000003
【図２】
2008211109.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008211109.tif 000006
【図５】
2008211109.tif 000007
【図６】
2008211109.tif 000008
【図７】
2008211109.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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