(57)【要約】【課題】  スリップ転位の発生頻度を確実に低減する。【解決手段】  気相成長装置１００は、直径３００ｍｍ以上のシリコン単結晶基板Ｗを両面から加熱しつつシリコン単結晶基板Ｗの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる装置である。この気相成長装置１００は、シリコン単結晶基板Ｗを載置するためのサセプタ２を備えている。サセプタ２には、シリコン単結晶基板Ｗの裏面を支持する外周側部分２０と、外周側部分２０の内側にこの外周側部分２０よりも窪んだ状態に保たれた内周側部分２１とを備えた座ぐり２ｃが形成されている。そして、サセプタ２は、逆Ｕ字状に反った断面形状を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタに形成された座ぐり上に載置したシリコン単結晶基板を両面から加熱しつつ、該シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる気相成長装置において、
前記座ぐりは、前記シリコン単結晶基板の裏面を支持する外周側部分と、前記外周側部分の内側に該外周側部分よりも窪んだ状態に保たれた内周側部分とを有し、
前記サセプタは、逆Ｕ字状に反った縦断面形状を有することを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記座ぐりは、
直径３００ｍｍ以上のシリコン単結晶基板用に形成されてなり、
前記座ぐりの前記内周側部分の底面と前記シリコン単結晶基板の裏面との最大距離が０．４ｍｍ未満であ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】
前記サセプタは枚葉型であり、該サセプタの裏面側の曲率は、１．７５×１０-5ｍｍ-1以下であることを特徴とする請求項１または２記載の気相成長装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の気相成長装置を用いて、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコン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、シリコン単結晶基板の主表面にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるための気相成長装置と、これを用いた気相成長方法とに関する。
【０００２】
従来、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる装置として、いわゆる枚葉型の気相成長装置が知られている。枚葉型の気相成長装置は、シリコン単結晶基板を支持する略円盤状のサセプタを備えており、サセプタ上のシリコン単結晶基板を両面から加熱しつつ主表面上にシリコン原料を供給することでシリコンエピタキシャル層を気相成長させることができる。より詳細には、サセプタは主表面の中央部にシリコン単結晶基板を位置決めするための座ぐりを有しており、この座ぐり内でシリコン単結晶基板を支持するようになっている。
【０００３】
ところで、シリコン単結晶基板が不均一に加熱される場合には、その主表面のうち熱応力が加わる部位の上部に形成されるシリコンエピタキシャル層にスリップ転位が発生しやすい。そのため、このようなスリップ転位の発生を防ぐべく、気相成長装置においては、シリコン単結晶基板を均一に加熱することができるよう、例えば外周部よりも中央部で底面が深くなる座ぐりを有するサセプタ（例えば、特許文献１参照）や、底面が球面状に盛り上がった座ぐりを有するサセプタ（例えば、特許文献２参照）等が用いられている。
【特許文献１】特開昭６１−２１５２８９号公報
【特許文献２】特開昭６２−２６２４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示のサセプタであっても、スリップ転位の発生頻度は個々のサセプタで異なる。そのため、サセプタの違いに関わらずスリップ転位の発生を確実に低減することができるよう改善が求められている。
【０００５】
本発明は、スリップ転位の発生頻度を確実に低減することができる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】
【０００６】
本発明の気相成長装置は、サセプタに形成された座ぐり上に載置したシリコン単結晶基板を両面から加熱しつつ、該シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる気相成長装置において、
座ぐりは、シリコン単結晶基板の裏面を支持する外周側部分と、外周側部分の内側に該外周側部分よりも窪んだ状態に保たれた内周側部分とを有し、
サセプタは、逆Ｕ字状に反った縦断面形状を有することを特徴とする。
【０００７】
ここで、同じタイプの座ぐり形状を有するサセプタであっても、個々のサセプタによってスリップ転位の発生頻度が異なるのは、サセプタの製造工程において一部のサセプタが縦断面視Ｕ字状に反った形状となる結果、シリコン単結晶基板の裏面と座ぐりの底面との間隔が大きくなるためである。
【０００８】
即ち通常、サセプタは、グラファイトからなる本体部を加熱処理して高純度化した後、その表面にＳｉＣ（炭化珪素）をコーティングすることにより形成されるが、この加熱処理の際にサセプタは、図３に示すように縦断面視Ｕ字状に反った形状となるか、図２（ａ）に示すように縦断面視逆Ｕ字状に反った形状となる。そして、上記特許文献１，２に開示のサセプタであっても、縦断面視Ｕ字状に反ったサセプタ５０（図３参照）を用いてシリコンエピタキシャル層を気相成長させる場合には、座ぐりの底面５２とシリコン単結晶基板Ｗの裏面との間隔は、サセプタが平坦である場合の座ぐりの底面とシリコン単結晶基板Ｗの裏面との間隔Ｄに比べて、サセプタの裏面のうち、座ぐりの中央部に対応する位置とシリコン単結晶基板Ｗの支持部に対応する位置との高低差α分だけ大きいＤ＋αとなる。よって、この場合にはシリコン単結晶基板Ｗの主表面側の中央部と外周部との温度差が大きくなってしまうため、シリコン単結晶基板Ｗの主表面の外周部に加わる熱応力が大きくなり、その結果、外周部上に形成されるシリコンエピタキシャル層にスリップ転位が発生することとなる。
【０００９】
このように、スリップ転位は、シリコン単結晶基板Ｗの裏面を支持する座ぐりの外周側部分よりも窪んだ内周側部分の底面とシリコン単結晶基板Ｗとの間隔が大きくなることにより発生するので、当該間隔が小さくなってもスリップ転位の発生頻度は増加しない。
【００１０】
そこで、図２（ａ）に示すような逆Ｕ字状に反った縦断面形状を有するサセプタ２を選択的に用い、座ぐりの底面２１ａとシリコン単結晶基板Ｗとの間隔を、サセプタ２が平坦である場合の値Ｄよりも反り量βだけ小さくした状態で気相成長を行う。すると、この場合には、縦断面視Ｕ字状に反ったサセプタ５０を用いる場合と比較して、気相成長の際にシリコン単結晶基板Ｗの主表面側の中央部と外周部との温度差が小さくなり、シリコン単結晶基板Ｗの外周部に熱応力が加わり難くなるため、スリップ転位の発生頻度を確実に低減することができる。
【００１１】
座ぐりが直径３００ｍｍ以上のシリコン単結晶基板用に形成されている場合、座ぐりの内周側部分の底面とシリコン単結晶基板の裏面との最大距離が０．４ｍｍ未満であることが好ましい。この場合には、スリップ転位の発生頻度を確実に低減することができる。一方、座ぐりの内周側部分の底面とシリコン単結晶基板の裏面との最大距離が０．４ｍｍ以上になると、スリップ転位の発生頻度が顕著に増加する。
【００１２】
また、サセプタが縦断面視逆Ｕ字状に反りすぎると、座ぐりの底面にシリコン単結晶基板の裏面が接触する結果、シリコン単結晶基板の裏面に傷が付くこととなり、当該裏面に鏡面加工が施されている場合は傷が顕著化するので特に好ましくない。
【００１３】
サセプタが枚葉型である場合、逆Ｕ字状の反りの大きさを曲率で表すと、サセプタの裏面側の曲率は１．７５×１０-5ｍｍ-1以下であることが好ましく、この程度の反りであればシリコン単結晶基板の裏面において傷の発生が顕著化しない。但し、サセプタの座ぐりが極端に浅い場合には、この限りでない。なお、サセプタが枚葉型であるとは、枚葉型の気相成長装置用であることを意味する。また、サセプタの裏面側の曲率とは、曲率半径をｒとしたときに、ｒ2＝（ｒ−（サセプタの裏面のうち、座ぐりの中心部に対応する位置と、シリコン単結晶基板の支持部に対応する位置との高低差））2＋（シリコン単結晶基板の半径）2から計算される値ｒの逆数１／ｒである。
【００１４】
具体的には、例えば、直径３００ｍｍのシリコン単結晶基板用の枚葉型サセプタであって、撓んでいない状態のシリコン単結晶基板の裏面中央と座ぐりの内周側部分の底面との間隔が０．２ｍｍとなるように形成されたサセプタが縦断面視逆Ｕ字状に反っている場合には、サセプタの裏面側の曲率が１．７５×１０-5ｍｍ-1より大きいと座ぐりの底面が接触することによりシリコン単結晶基板の裏面に傷が付くこととなる。
【００１５】
本発明の気相成長方法は、本発明の気相成長装置を用いて、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のサセプタ及び気相成長装置によれば、縦断面視Ｕ字状のサセプタを用いる場合と比較して、気相成長の際にシリコン単結晶基板の主表面側の中央部と外周部との温度差が小さくなり、シリコン単結晶基板の外周部に熱応力が加わり難くなるため、スリップ転位の発生頻度を確実に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る気相成長装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態における気相成長装置は、直径３００ｍｍのシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を気相成長させるための枚葉型の気相成長装置である。
【００１８】
図１は、気相成長装置１００の概略構成を示す縦断面図である。この気相成長装置１００は、シリコン単結晶基板Ｗが内部に配置される反応炉１を備えている。
【００１９】
反応炉１は頂壁１ａ、底壁１ｂ及び側壁１ｅを有する反応室である。頂壁１ａと底壁１ｂとは透光性の石英で形成されている。側壁１ｅには、反応炉１内に気相成長用の反応ガスを供給するためのガス供給口１ｃと、反応炉１から反応ガスを排出させるためのガス排出口１ｄとが形成されている。ガス供給口１ｃには、所定の組成及び流量で反応ガスを供給するガス供給装置（図示せず）が接続されている。なお、反応ガスとしては、例えばシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる際には、原料ガスであるSiHCl3（トリクロロシラン）ガスとキャリアガスであるH2ガスとの混合ガスを用いることが好ましい。
【００２０】
反応炉１の上方には、頂壁１ａを通して反応炉１の内部に向かって輻射を行う加熱装置５ａが配設され、反応炉１の下方には、底壁１ｂを通して反応炉１の内部に向かって輻射を行う加熱装置５ｂが配設されている。なお、本実施の形態においては、加熱装置５ａ，５ｂとしてハロゲンランプが用いられている。
【００２１】
また、反応炉１の内部には、シリコン単結晶基板Ｗを載置するための略円盤状のサセプタ２が、支持部材３に支持された状態で配置されている。
【００２２】
サセプタ２は、グラファイトに炭化ケイ素（SiC）がコーティングされて形成されたものである。
【００２３】
サセプタ２の縦断面図を図２（ａ）に示す。この図に示すように、サセプタ２は逆Ｕ字状に反った縦断面形状を有している。サセプタ２の裏面２ｂ側の曲率は、１．７５×１０-5ｍｍ-1以下となっている。また、サセプタ２の主表面２ａ、つまり上面には略円形の座ぐり２ｃが形成されている。
【００２４】
座ぐり２ｃは、シリコン単結晶基板Ｗを支持する外周側部分２０と、この外周側部分２０の内側において外周側部分２０よりも窪んだ状態に形成された内周側部分２１と、を有する二段構成に形成されている。座ぐり２ｃの底面２１ａ、つまり座ぐり２ｃの内周側部分２１の底面２１ａは縦断面視Ｕ字状に形成されている。より詳細には、座ぐり２ｃの底面２１ａは、シリコン単結晶基板Ｗの裏面との最大距離が０．４ｍｍ未満となるように形成されている。なお、本実施の形態においては、座ぐり２ｃの底面２１ａとシリコン単結晶基板Ｗの裏面との最大距離は、座ぐり内深さと同義である。この座ぐり内深さは、主表面側を上にしてサセプタ２を定盤上に載置し、レーザー変位計を用いて直径方向に測定を行うことにより、測定チャートから得ることができる。また、図２（ａ）には図示しないが、座ぐり２ｃ内に載置されたシリコン単結晶基板Ｗは、図１に示すように、加熱装置５ａによって上方から加熱されるとともに、加熱装置５ｂによってサセプタ２を介して下方から加熱されるようになっている。
【００２５】
また、図２（ｂ）にサセプタ２の裏面２ｂ側の平面図を示す。この図に示すように、座ぐり２ｃより外側の部分には、サセプタ２の裏面に開口する３つの凹部２ｅが設けられている。
【００２６】
支持部材３は、図１に示すように、サセプタ２の下方において上下方向に延在した回転軸３ａを備えている。回転軸３ａの上端部には、斜め上方に向けて放射状に分岐した３本のスポーク３ｂが設けられている。各スポーク３ｂの先端はサセプタ２の凹部２ｅと嵌合してサセプタ２を支持している。なお、回転軸３ａには回転駆動装置（図示せず）が接続されており、この回転駆動装置の駆動によって回転軸３ａとサセプタ２とが回転するようになっている。
【００２７】
次に、上記のような気相成長装置１００を用いてシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる場合の手順について説明する。
【００２８】
まず、シリコン単結晶基板を搬送してサセプタ２の座ぐり２ｃ内に載置する。ここで、サセプタ２は縦断面視逆Ｕ字状に反っているので、座ぐり２ｃの底面２１ａとシリコン単結晶基板Ｗの裏面との間隔は、サセプタ２が縦断面視Ｕ字状に反った場合と比較して小さい。
【００２９】
次に、加熱装置５ａ，５ｂによりシリコン単結晶基板を加熱するとともに上記回転駆動装置によりサセプタ２を回転させ、この状態でガス供給口１ｃから反応炉１内にSiHCl3ガスとH2ガスとの混合ガスを反応ガスとして導入し、気相成長を行う。このとき、上記のように、縦断面視Ｕ字状のサセプタを用いる場合よりも座ぐり２ｃの底面２１ａとシリコン単結晶基板Ｗの裏面との間隔が小さくなっている分、シリコン単結晶基板Ｗの主表面側の中央部と外周部との温度差が小さい状態で気相成長が行われることとなる。
【００３０】
以上のような気相成長装置１００によれば、縦断面視Ｕ字状のサセプタを用いる場合よりもシリコン単結晶基板Ｗの主表面側の中央部と外周部との温度差を小さくした状態で気相成長を行うことができる。つまりシリコン単結晶基板Ｗの外周部に加えられる熱応力を抑制しながら気相成長を行うことができるため、スリップ転位の発生頻度を確実に低減することができる。
【００３１】
また、座ぐり２ｃの底面２１ａとシリコン単結晶基板Ｗの裏面との最大距離、つまり座ぐり内深さが０．４ｍｍ未満である場合、以下の表１に示すように、スリップ転位の発生頻度を確実に低減することができる。
【００３２】
【表１】
2005056984.tif 000003
但し、表中、「サセプタの形状」とはサセプタの縦断面形状のことであり、「∪」はＵ字状、「∩」は逆Ｕ字状であることを示している。
【００３３】
なお、上記実施の形態においては、気相成長装置１００を枚葉型のものとして説明したが、シリコン単結晶基板Ｗを座ぐり内で略水平に支持するものであれば、例えば一度に複数枚のシリコン単結晶基板にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるバッチ式のものでも良い。
【００３４】
また、直径３００ｍｍのシリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる場合について説明したが、直径が大きい程スリップ転位低減のために座ぐり内深さを小さくする必要があるので、直径が３００ｍｍより大きいシリコン単結晶基板についても同様に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る気相成長装置の実施の形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係るサセプタを示す図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）はサセプタの裏面を示す平面図である。
【図３】従来のサセプタの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２      サセプタ
２ｂ    サセプタの裏面
２ｃ    座ぐり
２０    外周側部分
２１    内周側部分
２１ａ  座ぐりの底面（座ぐりの内周側部分の底面）
１００  気相成長装置
Ｗ      シリコン単結晶基板
【図１】
2005056984.tif 000004
【図２】
2005056984.tif 000005
【図３】
2005056984.tif 000006