(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表側表面と裏側表面とを有する半導体ウェーハ上でエピタキシャルシリコン層を成長させる化学蒸着法の間に半導体ウェーハを支持する受容体であって、
この受容体は、
上記受容体に支持された半導体ウェーハの裏側表面にほぼ平行に対向し、上記受容体を介して上記半導体ウェーハの裏側表面にガスの流れを接触させる多孔面を有し、
上記多孔面は１平方センチメートルあたり０．２個から４個の割合で開口部を有する開口密度を備えており、
上記多孔面における全開口領域の割合が０．５％と４％の間であり、
上記受容体は、上記受容体の周囲を囲む縁リングを備えている受容体。
【請求項２】
上記多孔面における全開口領域の割合が１％と３％の間である請求項１に記載の受容体。
【請求項３】
上記受容体は、上記半導体ウェーハを上記受容体の多孔面の少なくとも一部と間隔をあけて支持するように、形成されている請求項１に記載の受容体。
【請求項４】
上記受容体にリフトピンを貫通させるために、上記多孔面に複数のリフトピン用の孔を有する請求項１に記載の受容体。
【請求項５】
上記開口部は０．１ミリメートルと３ミリメートルの間の径を有する請求項１に記載の受容体。
【請求項６】
上記開口部は０．１ミリメートルと１ミリメートルの間の径を有する請求項１に記載の受容体。
【請求項７】
上記開口部は０．５ミリメートルと１ミリメートルの間の径を有する請求項１に記載の受容体。
【請求項８】
上記開口部は２ミリメートルと２センチメートルの距離をあけて設けられている請求項１に記載の受容体。
【請求項９】
上記多孔面は１平方センチメートルあたり０．８個から１．７５個の割合で開口部を有する請求項１に記載の受容体。
【請求項１０】
上記受容体は、上記受容体に支持された半導体ウェーハが上記多孔面に直接載るように形成されている請求項１に記載の受容体。
【請求項１１】
チャンバであって、内部空間と、上記チャンバ内の内部空間にガスを導入するガス入口と、上記チャンバの内部空間から上記ガスを排出するガス出口とを備えたものとともに使用され、
上記チャンバの内部空間内で半導体ウェーハを支持する大きさと形状を有し、
上記多孔面が、上記半導体が支持されている間、上記多孔面を介してガスを内側に向けて流して上記半導体ウェーハの裏側表面に接触させるとともに上記多孔面を介してガスを外側に流して上記ガス出口を通じて上記チャンバから排出するように上記チャンバ内に露出されている請求項１の受容体。
【請求項１２】
多孔面が上記チャンバの内部空間の中を流れるガスに露出するように上記チャンバの内部空間で支持部によって支持されている請求項１１に記載の受容体。
【請求項１３】
上記支持部が、上記受容体を回転するために、上記チャンバの内部空間の中で回転可能である請求項１２に記載の受容体。
【請求項１４】
内部空間を形成する蒸着チャンバであって、上記チャンバの内部空間にガスを導入するガス入口と上記チャンバの内部空間からガスを排出するガス出口を有するものと、
上記チャンバの中で受容体を支持する受容体支持部であって、上記受容体の第２の側が上記チャンバの内部に露出して上記受容体の多孔面を介して上記ガスを内側に自由に流して上記半導体ウェーハの裏側表面に接触させるとともに上記受容体の多孔面を介して上記ガスを外側に流して上記ガス出口を通じて上記チャンバから排出するものとともに使用される請求項１に記載の受容体。
【請求項１５】
表側表面と裏側表面とを有する半導体ウェーハの上記裏側表面をガスで処理する方法であって、
チャンバの内部空間に配置された受容体にウェーハを載せる積載工程であって、上記受容体は該受容体の第１の側から第２の側へ伸びる複数の開口部を備えた多孔部を有し、上記積載工程は上記ウェーハの裏側表面が上記受容体の多孔部の第１の側に対向するように上記ウェーハを上記受容体に乗せることを含む工程と、
上記受容体の第２の側が上記チャンバの内部空間に露出するように上記チャンバの内部に上記受容体を支持する工程と、
上記チャンバの内部空間にガスを流し、上記受容体の多孔面を介して上記ガスの自由な流れを内側に向けて上記半導体の裏側表面に接触させて上記裏側表面を処理するとともに上記受容体の多孔面を介して上記ガスの流れを外側に向けて上記チャンバの内部空間に戻す工程と、
上記チャンバの内部空間からガスを排出する工程と、
上記チャンバの内部空間で上記受容体を回転し、その間、上記ガスが上記チャンバの内部空間に向けて流される工程を有する方法。
【請求項１６】
ガスをチャンバの内部空間に流す行程は、
上記半導体ウェーハを収容するチャンバの内部空間にクリーニングガスを導入する工程であって、上記クリーニングガスが上記表側表面と裏側表面に平行に流れ、上記半導体ウェーハの表側表面に接触するとともに上記半導体ウェーハの裏側表面の全体に接触して、上記半導体ウェーハの表側表面と裏側表面からもともとの酸化物層を除去する工程と、
シリコン含有のソースガスをチャンバの内部空間に導入して上記半導体ウェーハの表側表面にエピタキシャルシリコン層を成長させるとともに、チャンバの内部空間にパージガスを導入して上記半導体ウェーハの裏側表面から外方拡散したドーパント原子を上記半導体ウェーハの表側表面から取り除く工程とを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記エピタキシャル層は０．１ミクロンメートルと２００ミクロンメートルの厚みを有する請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、化学的蒸着法に用いられる改良された受容体に関するものである。特に、本発明は、エピタキシャル蒸着反応装置およびその方法に用いられる複数の孔を有する改良された受容体に関し、半導体ウェーハ表面のオートドーピング及び半導体ウェーハ裏面での不連続的なシリコンの成長を著しく減らす又は排除するものである。
【０００２】
チョクラルスキー（Czochralski）法によって成長されるシリコン単結晶の製造では、ドーパントを用いて又は用いないで、まず石英るつぼ内で多結晶シリコンが溶解される。多結晶シリコンが溶解し温度が平衡になった後、種結晶を溶解物内に入れ、その次に、石英のるつぼを回転させながら、この種結晶を引き上げて、単結晶シリコンのインゴットを形成する。単結晶シリコンのインゴットは、次に、個々の半導体ウェーハにスライスされ、これらのウェーハがラッピング/グラインディング、エッチング、ポリッシングを含むいくつかの処理を受け、表面に鏡面光沢を持つ半導体ウェーハが製造される。装置の製造のためのウェーハを用意するため、ウェーハはエピタキシャル蒸着法などの化学的蒸着法処理を受ける。この蒸着処理では、ウェーハの表面に厚さが、通常で約０．１から約２００μｍの薄いシリコン層を成長させ、これにより装置は直接エピタキシャル層上に組み立てることが可能となる。従来のエピタキシャル蒸着処理は、米国特許第5,904,769号及び第5,769,942号に開示されている。
【０００３】
エピタキシャル蒸着処理は、一般に二つの工程から構成される。第一の工程では、半導体ウェーハが蒸着チャンバに入れられ、受容体上に降ろされた後、ウェーハの表側表面は、約１１５０℃の水素または水素/塩酸混合物などの洗浄ガスに曝されてプリベークされる。半導体ウェーハの表面がクリーニングされてその表面上にあるもともとの酸化物が除去されることにより、表側表面上に平らで連続的なエピタキシャルシリコン層の成長が可能になる。エピタキシャル蒸着処理の第二の工程では、ウェーハの表側表面は、約８００℃またはそれ以上の蒸気状のシリコンの源（例えば、シランまたはトリクロロシラン）に曝され、表側表面上にエピタキシャルシリコン層が蒸着されて成長させる。エピタキシャル蒸着処理の両工程の間、半導体ウェーハは、ユピタキシャル層の均一な成長を図るために回転される受容体により、エピタキシャル蒸着チャンバ内で支持される。受容体は、通常高純度のグラファイトで構成され、高温処理の間、周囲にグラファイトから放出される鉄などの汚染物質の量を減らすために、グラファイトを完全に覆うシリコンカーバイト層を備えている。エピタキシャル成長処理に使用される従来の受容体は、この分野ではよく知られており、米国特許第4,322,592号、第4,496,609号、第5,200,157号、第5,242,501号により開示されている。
【０００４】
エピタキシャル蒸着処理に従来の受容体を使用する際、ウェーハを受容体に降ろす装填処理の間、ガスが受容体とウェーハの間に閉じ込められ、ウェーハが浮遊状態になり、受容体上でスライドして傾いた状態になる。これにより、エピタキシャルの成長は不均一になる。さらに、プレベーク工程の間、水素などの少量の洗浄ガスが、ウェーハと受容体の間のウェーハ縁の周辺に放出され、ウェーハと受容体の間のスペースに入る。ウェーハの裏側表面が酸化物層（低温酸化物層）でシールされている場合、放出された水素は酸化物層と十分に反応せずにその層にピンホールを形成するか、または酸化物層を完全に除去することができない。裏側表面が、多くの装置製造者により必要とされるエッチング面またはポリッシング面の場合、洗浄ガスがウェーハの周囲で放出される薄いもともとの酸化物層のみである場合、ウェーハ裏側表面の外周端近傍の酸化層が水素または水素/塩素の酸混合物によって完全に除去されて、該酸化物層にピンホールの開口を形成し、そのために、エッチング処理がウェーハの外周端から遠ざかる際にシリコン表面が露出することになる。これらのピンホールの開口は、一般にウェーハの回りにリング又は変色むらを形成する。
【０００５】
エピタキシャル蒸着処理の間、少量のシリコン含有ソースガスは、ウェーハと受容体の間にあるウェーハ縁に放出され、ウェーハと受容体の間にあるスペースに入る。ウェーハの裏側表面が酸化物でシールされている場合、結晶の核形成及びシリコン膜の成長は、著しく抑制される。洗浄ガスによりもとの酸化物層が完全にエッチングされた部分では、滑らかで連続的なシリコン層が成長する。しかし、洗浄ガスがもとの酸化物層を完全に除去していない場合、シリコン含有ソースガスがピンホールにシリコンを蒸着し、エピタキシャル蒸着の間、ウェーハ裏側表面に不均一なシリコンの薄層を形成する。したがって、本来の酸化物層のみを有するエッチングまたはポリッシングされた裏側表面を有するウェーハでは、プリベーク工程の際に本来の酸化物層内に形成されたピンホールによって、ウェーハ裏側表面に不連続なシリコンの成長が生じ、これが明るい光をあてたときに曇ってみえる。ウェーハの裏側表面にあるこの曇りまたは変色むらは、直径約０．５μｍ及び高さ約１０ｎｍの小さなシリコンの成長物又は隆起部からなる。シリコンのこれらの隆起部は、光を分散させて曇りを生じ、装置処理の間、ウェーハ裏側表面を観察するマシンビジョン及び光学高温計システムを妨害するため機械観察装置や光学高温測定装置と干渉するために望ましくない。
【０００６】
高温でのエピタキシャルシリコン層の成長の間に直面するもう一つの問題は、高温プレベーク及びエピタキシャル成長工程の間に、半導体ウェーハの裏側表面を介してホウ素やリンのようなドーパント原子の外方拡散である。従来の受容体では、裏側表面から外方拡散したドーパント原子は、受容体とウェーハ自身の間に閉じ込められ、受容体とウェーハ縁の間からウェーハの表側表面に向かって放出される。これらのドーパント原子は、成長中の蒸着層に入って汚染し、ウェーハ縁の近傍のの抵抗率の均一性を低下させる。仮に、半導体ウェーハの裏側表面が、例えば、低温酸化物によりシールされている場合、ドーパント原子は、実質上裏側表面から外方に拡散することがない。しかしながら、エッチングまたはポリッシングされた裏側表面を有する半導体ウェーハでは、エピタキシャル蒸着工程の間、裏側表面からドーパント原子の外方拡散が生じ、それにより望ましくない表側表面のオートドーピングを生じる。
【０００７】
裏側表面の変色むら及びオートドーピングを排除する試みとしていくつかの方法が提案されている。裏側表面の変色むらを排除するために、ナカムラ（日本特許公開公報11−16844号）は、フッ化水素洗浄及び/または高温水素焼鈍処置を、ウェーハの裏側表面に対して行うことを開示している。ウェーハをエピタキシャル反応炉に装填する前の１０日までに、その処理は、蒸着処理を大幅に複雑化するとともに高コスト化し得る更なる処理工程を追加することになる。ディアトン(Deaton)等（米国特許第5,960,555号）は、ウェーハの縁に沿ったチャンネルを有する受容体を用いてパージガスの流れをウェーハの縁に向けることで、表側の反応ソースガスをウェーハの裏側に発散しないようにする方法を開示している。この方法は、既存のエピタキシャル蒸着チャンバに相当な変更を必要とする。また、この方法は、大量のパージガスを利用するため、パージガスがウェーハ表側表面に漏れ出してソースガスと混合し、これが出来あがったエピタキシャル膜の品質を低下させる。
【０００８】
オートドーピングを減らすために、ホシ（日本特許公開公報11−87250号）は、受容体の縁で真空吸引することにより、受容体の縁にあるホウ素ドーパントを取り除いてオートドーピングを防ぐことを開示している。この方法は、ウェーハ縁の均一性と厚さに影響を与え、既存のエピタキシャル蒸着システムに相当な変更を必要とする。ナカムラ（日本特許公開公報10−223545号）は、受容体の縁に複数のスロットを有する改良された受容体を開示しており、そこでは、外方拡散したドーパント原子をスロットを介して排気装置に押し出すようにしている。この方法もまた大量の蒸着ガスがウェーハの裏側表面の下に排出され、上述の変色むらの影響のみならず排気装置システムの早期腐食や安全性の問題を生じ得る。
【０００９】
現在まで、エピタキシャル蒸着プロセスの際中にウェーハ裏側表面からドーパントが外方に拡散することに関連した、半導体の裏側表面に生じる変色むらやオートドーピングの問題を解消する満足できる方法は提示されていない。このように、半導体産業では、例えば、変色むらの影響やエピタキシャル蒸着処理の間に起こる半導体表側表面の望ましくないオートドーピングを解決する簡単でコスト面で有効な方策が必要とされている。
【００１０】
（発明の要約）
本発明の目的の中にある改良された受容体の供給により、洗浄ガスは半導体ウェーハ裏側表面全体に十分に接触する。改良された受容体の提供により、エピタキシャルシリコン成長の間、半導体ウェーハの表側表面のオートドーピングは著しく減少する。改良された受容体の提供により、エピタキシャル蒸着のプレベーク処理の間、半導体ウェーハの裏側表面から本来の酸化物の除去が十分に完了し、変色むらの影響は実質上無くなる。複数の孔を有する改良された受容体の提供により、該受容体を使用して生産されたエピタキシャルウェーハの品質は向上する。改良された受容体の提供により、装填の間、ウェーハの浮遊状態は減るまたは無くなる。
【００１１】
簡潔に、本発明は、半導体ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させる化学的蒸着処理を行う装置を目的とする。この装置は、半導体ウェーハを支持する大きさと形にされた受容体を有する。受容体は、１平方センチメートルあたり約０．２個から約４個の割合で開口部を有する開口密度を備えた表面を有し、通常、ウェーハに対し平行で向かい合う表面によって、流体はその開口を通して流れる。
【００１２】
本発明は、更に、半導体ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル蒸着処理を行う装置を目的とする。この装置は、半導体ウェーハを支持する大きさと形にされた受容体を有する。受容体は、１平方センチメートルあたり約０．５個から約２個の割合で開口部を有する開口密度を備えた表面を有し、通常、ウェーハに対し平行で向かい合う表面によって、流体はその開口を通して流れる。装置は、更に、受容体とウェーハを支持する回転する装置、加熱要素、受容体の周囲を囲む縁リング、そしてガス注入口及びガス排出口を有する。
【００１３】
本発明は、更に、半導体ウェーハ上にエピタキシャルシリコン層を成長させる処理を目的とする。この処理では、洗浄ガスは、表面から本来の酸化物層を除去するために、ウェーハを収容するエピタキシャル蒸着チャンバ内に導入され、表側及び裏側表面と平行に流れ、ウェーハの表側表面と接触し、また裏側表面と十分に接触する。洗浄ガスの次にシリコンを含むソースガスは、表側表面上にエピタキシャルシリコン層を成長させるために、蒸着チャンバ内に導入される。
【００１４】
本発明の他の目的及び特徴は、部分的には明らかであり、部分的には後に本明細書内で指摘する。
【００１５】
（好適な実施例の詳細な説明）
本発明によれば、複数の開口部を有する改良受容体を組み入れたエピタキシャル蒸着チャンバを利用することで、表側表面にエピタキシャルシリコン層を有する高品質の半導体ウェーハが得られる。都合の良いことに、改良された受容体は実質的に装填中の「浮遊状態」を無くし、ウェーハ裏側表面に向かうまたは該裏側表面からの流体輸送を可能にする。そのため、エピタキシャル蒸着プロセスのプレベーク工程で利用される洗浄ガスが半導体ウェーハ裏側表面の略全体に接触して本来の酸化物層をほぼすべて化学的に除去する。その結果、エピタキシャル層の成長中、ソースガスが半導体ウェーハの裏側表面に接触すると、滑らかで連続的なシリコン層が成長し、ウェーハ裏側表面における変色むらが減少するか又は無くなる。また、改良された受容体によれば、エピタキシャル蒸着プロセスの際にウェーハ裏側表面から、外方拡散する、半導体ウェーハに含まれるドーパント原子が、パージガスの流れに乗ってウェーハの表側表面から遠ざけられて排気部に送られるため、ウェーハと受容体縁部との間から大量のドーパントが排出されてウェーハ表側表面に接触することでウェーハ表側表面に好ましくないオートドーピングを生じるということがない。
【００１６】
図を参照すると、特に図１には、本発明の改良された受容体２の断面図が示されている。改良された受容体２は、表側表面６と裏側表面８とを有する半導体ウェーハ４を支持することができる内側環状棚２２を有する。改良された受容体２は多孔表面９を有し、この多孔表面は多数の孔または開口１０、１１、１２、１３、１４、１６、１８、及びウェーハリフト用ピン孔２１を備えている。「開口」と「孔」の用語は、本明細書中では取り替えて使用してもよく、両者は多孔表面９内の開通路を指している。この開口を有する多孔表面９は、半導体ウェーハ４の直下に配置される。ここで用いられているように「複数」の用語は、２つまたはそれ以上の孔を意味する。孔１０、１１、１２，１３、１４，１４，１６，１８は、コーティング処理される前に、改良された受容体２にドリルで形成される。エピタキシャル蒸着処理のプレベーク工程の間、これらの孔１０、１１、１２，１３、１４，１４，１６，１８により洗浄ガスが半導体ウェーハ４の裏側表面８のほぼ全面と接触し、半導体ウェーハ４の裏側表面８上にあるもともとの酸化物ほぼ全てと反応してこれを除去する。受容体２の内側環状棚２２と接触している半導体ウェーハ４の裏側表面８の部分もまた、ウェーハと受容体との間に洗浄ガスが放出される際、この洗浄ガスによってほとんどエッチングされる。裏側表面８からもともとの酸化物が除去されることにより、半導体ウェーハの裏側表面の変色むらが大幅に減少するか無くなる。そのため、エピタキシャル成長プロセス中にウェーハと受容体との間から放出してウェーハ裏側表面に接触するソースガスがシリコン上端面にむらなく連続的にエピタキシャル層を成長させる。高温洗浄工程及びエピタキシャル蒸着処理のエピタキシャル蒸着工程の間、孔１０、１１、１２，１３、１４，１６，１８により、更に、半導体ウェーハ４の裏側表面８から外方拡散するドーパント原子は、これらの孔を通って、パージガスまたは水素流内に及び半導体ウェーハ４の表面表面６から排気装置システムへ排出されることが可能になる。これによって、ユピタキシャル蒸着処理の間中の表側表面の著しいオートドーピングの減少が理解される。
【００１７】
ここで図２を参照すると、それには、内側環状棚２２及び複数の孔をもつ多孔表面２４を有する改良された受容体２の上面図が示されている。多孔表面２４上のウェーハリフト用ピン孔２８、３０、３２により、エピタキシャル蒸着処理の間及び後、改良された受容体２の下にあるリフト用ピン（示せず）は、改良された受容体へ半導体ウェーハを載せたりまた受容体から半導体ウェーハを持ち上げる。改良された受容体２の周辺を囲んでいる縁リング２６は、エピタキシャル蒸着処理の間使用され、半導体ウェーハ全体の温度均一性を保証し、温度勾配がウェーハ全体に生じたりまた蒸着処理に悪影響を与えるということがなくなる。縁リング２６は、通常、４ｃｍから約１０ｃｍの直径であり、改良された受容体２の直径より大きく、高純度のグラファイトから構成され、シリコンカーバイトまたはグラスカーボンコーティングを備えている。
【００１８】
本発明の改良された受容体は、受容体の内側環状棚に、任意の直径、例えば、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍのウェーハを収容可能にする大きさと形状にすることができる。改良された受容体は、高純度グラファイトなどの従来からある材料で構成してもよく、高温エピタキシャル蒸着処理の間、グラファイトから周囲環境に放出される不純物の量を減らすため、シリコンカーバイトまたはグラスカーボンの層のコーティングを備えている。受容体を構成するために使用されるグラファイトは、通常少なくとも約９９％、さらに好ましくは少なくとも約９９．９％、最も好ましくは少なくとも９９．９９％の純度のグラファイトである。さらに、グラファイトは、鉄、モリブデン、銅、ニッケルなどの金属を合計約２０ppm以下で含有しているものが望ましいが、鉄、モリブデン、銅、ニッケルなど金属が合計約５ppm以下で含有するものがより望ましい。グラファイトを被覆するシリコンカーバイトまたはグラスカーボンコーティングは、通常、膜厚約７５μｍから約１５０μｍであり、約１２５μｍであるものが望ましい。
【００１９】
半導体ウェーハの直下に配置された改良された受容体の多孔表面の孔は、シリコンカーバイトまたはグラスカーボンのコーティングが、受容体にドリルで穴を形成した後に該コーティングを受容体に塗布したとき、実質的に孔をブロックすることまたふさぐこともなく、したがってそこを通る流体の流れを制限することもない大きさの径を有することが好ましい。開口（通常は「孔」という）は、四角、溝形、ひし形、もしくはその中を流体が流れることが可能である任意の他の形でも可能でよいことが、当業者に認識されている。開口は、好ましくは約０．１ｍｍから約３ｍｍの幅、より好ましくは約０．１ｍｍから約１ｍｍの幅が、最も好ましくは約０．５ｍｍから約１ｍｍの幅を有する。開口の幅は、開口の２つのコーナ間の最大距離、若しくは開口が円である場合には直径により定義される。孔は改良された受容体に間隔をあけて形成されており、そのために、エピタキシャル蒸着処理のプレベーク工程の間に使用される洗浄ガスが、半導体ウェーハの裏側表面全体に十分に接触してその裏側表面をエッチングする。改良された受容体の孔の間隔は、約０．５ｍｍから約４ｃｍ、より好ましくは約２ｍｍから約２ｃｍが、最も好ましくは約６ｍｍから約１．５ｃｍであり、それにより、洗浄ガスは、半導体ウェーハの裏側表面面全体に十分に接触し、裏側表面から実質的に本来の酸化物全てをエッチングすることが可能になる。受容体の表面に対する開口面積合計のパーセンテージは、受容体の全表面積の約０．５％から約４％、さらに好ましくは受容体の全表面積の約１％から３％とする。受容体の表面は、好ましくは１平方センチメートルあたり約０．２孔から０．４孔の密度、より好ましくは１平方センチメートルあたり約０．８孔から約１．７５孔である。本明細書内で使用される密度は、均一若しくは不均一な密度を意味する。
【００２０】
通常、改良された受容体の孔は、実際には、シリコンカーバイトまたはグラスカーボンのコーティングにより、孔を通り半導体ウェーハの裏側表面への流体の流れが制限されない程度の、小さい直径であるのが望ましい。ドリルにより形成された受容体の孔が大きすぎる場合、裏側表面上に局地的な温度不均一が生じ、それによりウェーハ表側表面上にナノトポロジーの問題が発生する。改良された受容体の大きい直径の孔は、半導体ウェーハの下に配置された加熱ランプによる裏側表面への直接照射によって、半導体ウェーハの裏側表面上に高温部分または低温部分を発生させる。これらの高温または冷低温部分は、半導体ウェーハの表側表面全体に温度勾配を引き起こし、半導体ウェーハの表側表面上のエピタキシャルシリコンの成長を不均一なものにする。エピタキシャル層の不均一な成長は、ウェーハの品質を著しく低下させることになる。改良された受容体上の孔は、受容体に斜めに形成されており、それにより、加熱ランプによる裏側表面への直接照射の可能性はさらに減少し、高温または低温部分の形成によって表側表面上に不均一なエピタキシャルが成長し、さらにそのうえ、改良された受容体上に孔は、ガスが受容体を透過して裏側表面に接触することを可能にし、また外方拡散したドーパント原子が裏側表面から離れ移動することを可能にする。高温または低温部分を形成するポテンシャル、及び孔を介するウェーハへの直接照射による半導体ウェーハ上の温度勾配の発生をさらに減少し、リフト用ピン穴により生じた他の高温または低温部分を減少または無くすため、半導体ウェーハの上下にある加熱ランプのランプ出力比は、ランプから均衡のとれた加熱が行われるように、調整されまた切替られる。
【００２１】
本発明の改良された受容体は、エピタキシャル蒸着処理などの化学的蒸着処理装置の一部分として使用してもよい。図３を参照すると、そこには、本発明の改良された受容体３６を利用し、エピタキシャル成長処理の際に使用するエピタキシャル反応チャンバ３４が示されている。改良された受容体３６は回転可能である支持装置５８及び５９に取り付けられ、エピタキシャル蒸着処理の間、内側環状棚４２上に半導体ウェーハ３８を支持する大きさと形にされている。半導体ウェーハ３８は、改良された受容体３６内の多孔面４９の孔４４、４５、４６、４７、４８、４９、５１と間隔があけられている。リフト用ピン孔６２により、改良された受容体３６の多孔表面９を介して、リフトピン（図示せず）を半導体ウェーハ３８へアクセスし、エピタキシャル蒸着処理の前に、半導体ウェーハ３８を、改良された受容体３６へ載せ、また蒸着処理後にウェーハを受容体から持ち上げることができる。エピタキシャル蒸着チャンバ３４は、更に、エピタキシャル蒸着処理の間の加熱源として、改良された受容体３６の上下それぞれに配置された加熱ランプアレイ５０及び５２を収容している。ガス注入口５４及び５６は、エピタキシャル蒸着処理のプレベーク工程の間、洗浄ガスの導入を可能にし、洗浄ガスは、半導体ウェーハ３８の表側表面６０及び裏側表面６２にある本来の酸化物の除去を促進するために、半導体ウェーハ３８の上下に案内される。エピタキシャル成長工程の間、ガス注入口５４は、ウェーハ３８上を流れるシリコンを含有するソースガスを導入する。また、ガス注入口５６は、半導体ウェーハ３８の裏側表面６２を洗浄するために水素または不活性ガスをウェーハ３８の下に導入し、そして、表側表面から外方拡散した不純物原子を運び去る。図３に示すように、エピタキシャル蒸着チャンバに噴射されたガスは、半導体ウェーハの表側及び裏側表面と平行に流れる。そのような流れパターンは、噴射されたガスを表側表面と接触させるとともに、受容体表面の孔を介して受容体を透過させてウェーハの裏側表面に接触させる。ガスは半導体表面と垂直ではなく平行に流れるため、ウェーハ縁と環状棚縁との間から放出したガスにより半導体ウェーハが環状棚から離脱し変形する可能性は、著しく減少するまたは無くなる。ガス注入口５４及び５６からチャンバ３４内に導入されたガスは、排出口６４を通ってチャンバ３４から取り除かれる。
【００２２】
改良された受容体の孔により、洗浄ガスは改良された受容体を通過し、洗浄工程の間、半導体ウェーハの裏面全体に十分に接触する。その結果、裏側表面にある本来の酸化物は洗浄ガスにより除去される。この本来の酸化物を裏側表面から除去することにより、エピタキシャル層が成長している間、滑らかで連続的なエピタキシャル層が、ソースガスに接触する半導体ウェーハ裏側表面の任意の部分で成長し、裏側表面上で変色むらが生じるのを実質的に防止する。さらに、改良された受容体の孔により、不活性ガスまたは水素がウェーハの裏側表面に接触し、その結果、洗浄工程及びユピタキシャル成長処置の間に、裏側表面から外方拡散するドーパント原子が、半導体ウェーハから排気装置へ運び出され、ウェーハ表側表面のオートドーピングがほとんど無くなる。
【００２３】
本発明の受容体を有する上述のエピタキシャル反応チャンバは、エピタキシャル蒸着処理の洗浄工程と成長工程両方に使用してもよい。本発明に係る一つのエピタキシャル蒸着処理では、エピタキシャルシリコン層を、半導体ウェーハの表側表面に成長させる。本発明の好適な実施例では、シリコンウェーハは、大気圧でユピタキシャル蒸着チャンバに導入される。水素または水素と塩酸の混合物などの洗浄ガスは、半導体ウェーハの表側及び裏側表面上にある本来の酸化物層を除去するために、約１，０００℃から約１，３００℃間の温度で、毎分約１リットルから約５０リットルの間の流速で、好ましくは毎分約１０リットルから２０リットルの間で、少なくとも約１０秒間、チャンバへ導入される。
【００２４】
本来の酸化物層が半導体ウェーハの表側及び裏側表面から除去されると、洗浄ガスは停止され、反応チャンバの温度は、約６００℃から約１，２００℃の間に調整される。例えば、シランまたはジクロロシランなどのシリコンを含有するソースガスは、半導体ウェーハの表側表面上に毎分約１リットルから約２０リットルの間の流速で、半導体ウェーハ上のエピタキシャルシリコン層が、厚さ約０．１μｍから約２００μｍの間、望ましくは約１μｍから約１００μｍの間で十分に成長するまでの期間中導入される。シリコンを含有するソースガスが、半導体ウェーハの表側表面上の蒸着チャンバに導入されると同時に、窒素またはアルゴンまたは水素またはそれらの混合物、若しくは原料ガスなどのガスが半導体ウェーハの裏側表面の下に、毎分約１リットルから約５０リットルの間の流速で、好ましくは毎分約１０リットルから約２０リットルの間で導入される。その結果、パージガスは、半導体ウェーハの裏側表面に接触し、裏側表面から外方拡散したドーパント原子を排気装置出口へ運び去る。この好適な実施例は、裏側表面の変色むらの影響を著しく減少させまたは排除し、表側表面のオートドーピングを最小限に抑える。好適なエピタキシャル蒸着処理は大気圧で実施されるが、低圧化学蒸着も本発明の範囲内に含まれる。
【００２５】
本発明の他の実施例では、改良された受容体は、半導体ウェーハを直に多孔表面に載せることを可能にする大きさと形にしてもよく、その場合、図１に示す内側環状棚２２は除かれる。図４は、半導体ウェーハを直に多孔表面に載せている改良された受容体の断面図を示す。半導体ウェーハ７０の裏側表面７６は、改良された受容体７４の多孔表面７２上に直に置かれている。ウェーハ７０の裏側表面７６が直に多孔表面７２に接触しているが、改良された受容体７４の下を流れるガスは、孔７８、８０、８２、８４、８６、８８、９０を介して多孔表面７２を透過し、ウェーハ７０の裏側表面７６全体と十分に接触する。
【００２６】
さらに別の実施例では、図４に示す本発明の改良された受容体は更に改良されており、多孔表面７２は、半導体ウェーハの外縁のみを改良された受容体に接触させるために、皿状または半球形状に形成されている。ここで、図５には、半導体ウェーハを受容体の多孔表面に直に載せている改良された受容体の断面図が示されている。半導体ウェーハ７０の裏側表面７６は、改良された受容体７４の多孔表面７２上に直に置かれている。多孔表面７２は、皿または半球形のように形成されており、半導体ウェーハ７０の外部縁９２及び９４が、多孔表面７２に直に接触し、ウェーハ７０の裏側表面７６の残り部分は多孔表面７２と直に接触していない。使用中、孔７８、８０、８２、８４、８６、８８、９０により、流体はそれを通ってウェーハの裏側表面に流れる。
【００２７】
本発明の改良された受容体が、使用される受容体の形状に関係なく、バレル型、パンケーキ型、ミニバッチ型の反応炉を含むさまざまな種類の蒸着反応炉に使用できることは、当業者にとって認識されることである。
【００２８】
以上より、本発明の複数の目的は達成されたことがわかる。本発明の範囲から逸脱することなく、上述の改良された受容体を種々改変することができ、本願明細書に含まれる全ての内容は単なる例示であって限定的な意味に解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図２の１−１線に沿った面の、本発明である改良された受容体の断面である。
【図２】  本発明に係る改良された受容体の平面図である。
【図３】  図２の１−１線に沿った面で本発明の改良された受容体を示すエピタキシャル反応チャンバの断面である。
【図４】  本発明である改良された受容体の断面である。
【図５】  本発明である改良された受容体の断面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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