(57)【要約】【課題】単純な構成であって操作性に優れながらも薄膜を形成する際にウエハの全面を均一な温度に加熱できる気相成長装置を提供すること。【解決手段】気相成長装置は、ウエハを収容し供給される原料ガスによりウエハ表面に気相成長を行う成長室と、成長室内に収容されウエハをその表面に保持する板状のウエハホルダーと、ウエハホルダーの裏面と対向するように配置されウエハホルダーを加熱するヒータを備え、ウエハホルダーはウエハを受け入れるための窪んだウエハポケットをその表面に有し、ウエハポケットはウエハの表面と少なくとも一部が面接触する底面領域とウエハの側面と接触してウエハの位置を規定する側壁領域を有し、底面領域は中央領域と外周領域からなり、ウエハホルダーの側壁領域と外周領域の少なくとも一方は熱伝導率が中央領域よりも低くなるように構成される。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを収容し供給される原料ガスによりウエハ表面に気相成長を行う成長室と、成長室内に収容されウエハをその表面に保持する板状のウエハホルダーと、ウエハホルダーの裏面と対向するように配置されウエハホルダーを加熱するヒータを備え、ウエハホルダーはウエハを受け入れるための窪んだウエハポケットをその表面に有し、ウエハポケットはウエハの表面と少なくとも一部が面接触する底面領域とウエハの側面と接触してウエハの位置を規定する側壁領域を有し、底面領域は中央領域と外周領域からなり、ウエハホルダーの側壁領域と外周領域の少なくとも一方は熱伝導率が中央領域よりも低くなるように構成したことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
底面領域は外周領域が中央領域よりも窪んでなる請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
ウエハホルダーは、中央領域となる部分が第１材料からなり、外周領域となる部分が第１材料よりも熱伝導率の低い第２材料からなる請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項４】
ウエハホルダーは、底面領域となる部分が第１材料からなり、側壁領域となる部分が第１材料よりも熱伝導率の低い第２材料からなる請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項５】
第１材料が炭素であり、第２材料が炭化ケイ素である請求項３又は４に記載の気相成長装置。
【請求項６】
原料ガスが有機金属化合物を含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、ウエハの表面上に気相成長用の原料ガスを供給して薄膜を形成する気相成長装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの需要が増大している。半導体デバイスは、所望の薄膜が形成されたウエハを分断して得た半導体素子を用いて製造される。
ウエハ上に半導体、絶縁物あるいは金属等の薄膜を形成する方法として、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などがある。
【０００３】
これらの方法は、ウエハ上に気相成長用の原料ガスを供給し、原料ガスを分解してウエハ上に所望の薄膜を形成するものであり、このような方法を実施するための装置として気相成長装置がある。
気相成長装置において、薄膜を形成すべきウエハは一般にウエハホルダーに保持される。
ウエハホルダーはその表面にウエハを収容するための窪みであるウエハポケットを有しており、ウエハポケットに収容されたウエハは薄膜形成中にウエハホルダーからの熱伝導を受けて加熱される。
【０００４】
従来の気相成長装置としては様々なものが知られているが、例えば、ウエハを保持部材（ウエハホルダー）に保持し、該保持部材を加熱することにより、該ウエハを加熱しつつ、該ウエハ上に薄膜を形成する薄膜製造装置において、前記保持部材の前記ウエハ周縁部に設けられ、前記保持部材の前記ウエハ周縁部の温度を低下させる温度制御手段を有するものが知られている（例えば、特開平７−２４９５８０号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体の電気的な性質は、半導体中のｐｐｂ、ｐｐｍオーダーの極微量の不純物によって大きく変化するため、これら微量の不純物の絶対量あるいはその分布を精密に制御する必要がある。
例えば、ウエハ上に半導体薄膜を形成すると同時にその薄膜中に不純物元素を取り込ませる場合、取り込まれる不純物元素の量はウエハ表面の温度に大きく依存することが多い。
また、熱的に不純物を拡散させるような場合でも、その拡散量はウエハの絶対的な温度に大きく依存する。
【０００６】
また、１枚のウエハから得られる複数の半導体素子の歩留まりを向上させるには、ウエハの全面にわたって均一な特性の薄膜を形成する必要がある。
このため、ウエハを保持するウエハホルダーは、薄膜形成中に気相成長装置内で回転させられることが多い。
この際、ウエハポケットに収容されたウエハの側面は遠心力によってウエハポケットの壁面に接触する。
この結果、ウエハの外周部はウエハポケットの底面と側面の両面から熱伝導を受けることとなり、ウエハの外周部は中央部よりも温度が高くなる。
【０００７】
例えば、モリブデンで形成される直径約２００ｍｍのウエハホルダーを用い、ウエハの温度が約７５０℃となるように加熱した場合、ウエハの外縁から約５ｍｍの外周部は、その温度が中央部よりも約５℃程度高くなる。
この場合、上述のようにウエハの面内において形成される薄膜の特性が不均一になり、結果として、１枚のウエハから得られる複数の半導体素子の歩留まりが低下する。
【０００８】
このようなことから、ウエハの全面を均一な温度に加熱できる気相成長装置が求められているが、当然ながら装置としての構成は単純であって装置に対するウエハのセット等の操作性に優れていることが望まれる。
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、単純な構成であって操作性に優れながらも薄膜を形成する際にウエハの全面を均一な温度に加熱できる気相成長装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ウエハを収容し供給される原料ガスによりウエハ表面に気相成長を行う成長室と、成長室内に収容されウエハをその表面に保持する板状のウエハホルダーと、ウエハホルダーの裏面と対向するように配置されウエハホルダーを加熱するヒータを備え、ウエハホルダーはウエハを受け入れるための窪んだウエハポケットをその表面に有し、ウエハポケットはウエハの表面と少なくとも一部が面接触する底面領域とウエハの側面と接触してウエハの位置を規定する側壁領域を有し、底面領域は中央領域と外周領域からなり、ウエハホルダーの側壁領域と外周領域の少なくとも一方は熱伝導率が中央領域よりも低くなるように構成したことを特徴とする気相成長装置を提供するものである。
【００１０】
つまり、この発明による気相成長装置は、ウエハポケットが側壁領域と底面領域を有し、底面領域は中央領域と外周領域からなる。
そして、側壁領域と外周領域の少なくとも一方は熱伝導率が中央領域よりも低く設定される。
このため、ウエハポケットに収容されたウエハがウエハホルダーからの熱伝導を受けて加熱される際、設定温度よりも高くなり易いウエハの外周部に対する熱伝導率が中央部よりも低くなり、結果としてウエハの全面を均一に加熱できるようになる。
また、このような効果を達成するうえで、別体の部材をウエハホルダーとウエハとの間に介在させる必要もないので装置としての構成は非常に単純であり、ウエハのセット等の操作性に優れている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明による気相成長装置は、ウエハを収容し供給される原料ガスによりウエハ表面に気相成長を行う成長室と、成長室内に収容されウエハをその表面に保持する板状のウエハホルダーと、ウエハホルダーの裏面と対向するように配置されウエハホルダーを加熱するヒータを備え、ウエハホルダーはウエハを受け入れるための窪んだウエハポケットをその表面に有し、ウエハポケットはウエハの表面と少なくとも一部が面接触する底面領域とウエハの側面と接触してウエハの位置を規定する側壁領域を有し、底面領域は中央領域と外周領域からなり、ウエハホルダーの側壁領域と外周領域の少なくとも一方は熱伝導率が中央領域よりも低くなるように構成したことを特徴とする。
【００１２】
この発明による気相成長装置において、底面領域は外周領域が中央領域よりも窪んでいてもよい。
このような構成によれば、底面領域とウエハ外周部との間に隙間が形成されるため、結果として外周領域からウエハ外周部に対する熱伝導が低く抑えられる。
また、ウエハ外周部に対する熱伝導率の抑制がウエハポケットの形状に起因しているので、ウエハホルダーを単一の構成材料で構成でき、装置としての構成がより一層単純になる。
【００１３】
また、この発明による気相成長装置において、ウエハホルダーは、中央領域となる部分が第１材料からなり、外周領域となる部分が第１材料よりも熱伝導率の低い第２材料からなっていてもよい。
また、この発明による気相成長装置において、ウエハホルダーは、底面領域となる部分が第１材料からなり、側壁領域となる部分が第１材料よりも熱伝導率の低い第２材料からなっていてもよい。
これらの構成において、第１材料は炭素であり、第２材料は炭化ケイ素であってもよい。
なお、これらの構成ではウエハホルダーを熱伝導率の異なる２つの材料を用いて構成することとなるが、ウエハホルダーとしては一体のものであり、装置としての構成が複雑になることはない。
【００１４】
また、この発明による気相成長装置において、原料ガスは有機金属化合物を含んでいてもよい。
【００１５】
【実施例】
以下にこの発明の実施例による気相成長装置について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の複数の実施例において、共通する部材には同じ符号を用いて説明する。
【００１６】
実施例１
図１はこの発明の実施例１による気相成長装置の構成を概略的に示す説明図、図２は実施例１による気相成長装置に用いられるウエハホルダーの断面図である。
【００１７】
図１および図２に示されるように、実施例１による気相成長装置１００は、ウエハ２を収容し供給される原料ガスによりウエハ２の表面に気相成長を行う成長室１０と、成長室１０内に収容されウエハ２をその表面に保持する板状のウエハホルダー１と、ウエハホルダー１の裏面と対向するように配置されウエハホルダー１を加熱するヒータ１４を備え、ウエハホルダー１はウエハ２を受け入れるための窪んだウエハポケット３をその表面に有し、ウエハポケット３はウエハ２の表面と少なくとも一部が面接触する底面領域４とウエハ２の側面と接触してウエハ２の位置を規定する側壁領域５を有し、底面領域４は中央領域４ａと外周領域４ｂからなり、ウエハホルダー１の側壁領域５と外周領域４ｂの少なくとも一方は熱伝導率が中央領域４ａよりも低くなるように構成されている。
【００１８】
成長室１０の上部には、成長室１０内に原料ガスやキャリアガスを供給するための供給口１１が設けられ、成長室１０の下部には、成長室１０内の未反応ガスを含む排ガスを排出するための排気口１２が設けられている。
成長室１０の下部には薄膜形成時にウエハホルダー１を回転させるための回転軸１３があり、その先端に設けられた平板状の接続部１３ａを介してウエハホルダー１が脱着可能に接続されている。
【００１９】
回転軸１３の接続部１３ａに接続されたウエハホルダー１の裏面側にはヒータ１４が設けられ、薄膜形成時にウエハホルダー１の裏面側を加熱するようになっている。
薄膜形成後、ウエハホルダー１を成長室１０から搬出するために、成長室１０に隣接する取り出し室１５がゲートバルブ１６を介して設けられている。
【００２０】
図２に示されるように、実施例１に係るウエハホルダー１のウエハポケット３は外周領域４ｂが中央領域４ａよりも窪んでおり、ウエハ２を収容したときにウエハ２の外周部と外周領域４ｂとの間に隙間が形成される。
このため、ウエハ２がウエハホルダー１からの熱伝導によって加熱される際、ウエハ２の外周部はウエハポケット３の側壁領域５からのみ熱伝導を受け、外周領域４ｂからの熱伝導は大幅に低減される。
この結果、ウエハ２の中央部への熱伝導とウエハ２の外周部への熱伝導がほぼ均衡状態となってウエハ２の全面が均一な温度に加熱され、ウエハ２の全面に均一な特性の薄膜が形成される。
なお、実施例１に係るウエハホルダー１は、全体が炭素（グラファイト）またはモリブデンからなっている。
【００２１】
実施例２
図３はこの発明の実施例２による気相成長装置に用いられるウエハホルダーを示す断面図である。実施例２による気相成長装置は、実施例１による気相成長装置１００（図１参照）のウエハホルダー１（図２参照）を図３に示されるウエハホルダー２１に変更したものであり、その他の点については変更されていない。従って、気相成長装置全体の図示は省略する。
【００２２】
図３に示されるように、実施例２に係るウエハホルダー２１は底面領域２４の外周領域２４ｂとなる部分のみが熱伝導率の低い炭化ケイ素（β−Ｓｉｃ）で形成され、その他の部分は炭素（グラファイト）で形成される。
具体的には、底面領域２４の外周領域２４ｂとなる部分に炭化ケイ素（β−Ｓｉｃ）からなるリング２６が一体に嵌め込まれる。
なお、炭素（グラファイト）の熱伝導率は約１２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、炭化ケイ素の熱伝導率は４２ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。
このため、外周領域２４ｂからウエハ２の外周部に対する熱伝導率が低く抑えられ、結果としてウエハ２の中央部への熱伝導とウエハ２の外周部への熱伝導がほぼ均衡状態となる。
従って、ウエハ２の全面が均一な温度に加熱され、ウエハ２の全面に均一な特性の薄膜が形成される。
【００２３】
実施例３
図４はこの発明の実施例３による気相成長装置に用いられるウエハホルダーを示す断面図である。実施例３による気相成長装置は、実施例１による気相成長装置１００（図１参照）のウエハホルダー１（図２参照）を図４に示されるウエハホルダー３１に変更したものであり、その他の点については変更されていない。従って、気相成長装置全体の図示は省略する。
【００２４】
図４に示されるように、実施例３に係るウエハホルダー３１は、側壁領域３５となる部分のみが熱伝導率の低い炭化ケイ素（β−Ｓｉｃ）で形成され、その他の部分は炭素（グラファイト）で形成される。
このため、側壁領域３５からウエハ２の外周部に対する熱伝導率が低く抑えられ、結果としてウエハ２の中央部への熱伝導とウエハ２の外周部への熱伝導がほぼ均衡状態となる。
従って、ウエハ２の全面が均一な温度に加熱され、ウエハ２の全面に均一な特性の薄膜が形成される。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、ウエハポケットが側壁領域と底面領域を有し、底面領域は中央領域と外周領域からなり、側壁領域と外周領域の少なくとも一方は熱伝導率が中央領域よりも低く設定されるので、ウエハポケットに収容されたウエハがウエハホルダーからの熱伝導を受けて加熱される際、設定温度よりも高くなり易いウエハの外周部に対する熱伝導率が中央部よりも低くなり、結果としてウエハの全面を均一に加熱できるようになる。
さらに、このような効果を達成するうえで、別体の部材をウエハホルダーとウエハとの間に介在させる必要もないので装置としての構成は非常に単純であり、ウエハのセット等の操作性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１による気相成長装置の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】この発明の実施例１による気相成長装置に用いられるウエハホルダーを示す断面図である。
【図３】この発明の実施例２による気相成長装置に用いられるウエハホルダーを示す断面図である。
【図４】この発明の実施例３による気相成長装置に用いられるウエハホルダーを示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・ウエハホルダー
２・・・ウエハ
３・・・ウエハポケット
４・・・底面領域
４ａ・・・中央領域
４ｂ・・・外周領域
５・・・側壁領域
１４・・・ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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