(57)【要約】【課題】ウェハ周辺部の層厚が小さくなるのを防ぎ、良好なウェハ面内分布を得ることが可能なサセプタを備える半導体製造装置を提供する。【解決手段】ウェハ上に材料ガスを層流で供給して、ウェハ上に薄膜を形成するウェハ載置用サセプタに、ウェハの厚さとほぼ同じ深さを有するウェハ保持用凹部を形成するとともに、前記ウェハ保持用凹部の周囲に窪み領域を形成する。そして、緩衝領域を、階段または傾斜によって形成し、また階段の角を鈍角または丸くし、緩衝領域の深さは、サセプタの交換周期に相当する析出物の厚さ以上とし、サセプタをフェースダウンに設置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ上に材料ガスを層流で供給して、ウェハ上に薄膜を形成するためのウェハ載置用サセプタに、ウェハの厚さとほぼ同じ深さを有するウェハ保持用凹部を形成するとともに、前記ウェハ保持用凹部の周囲に窪み領域を形成したことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記窪み領域を、階段または傾斜によって形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記窪み領域に存在する角を、鈍角または丸くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記窪み領域の深さは、サセプタの交換周期に相当する析出物の厚さ以上とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記サセプタをフェースダウンに設置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
ウェハ上に材料ガスを層流で供給して、ウェハ上に薄膜を形成するウェハ載置用サセプタに、ウェハの厚さより浅いウェハ保持用凹部を形成したことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
前記サセプタ表面とウェハ表面の間隔は、サセプタの交換周期に相当する析出物の厚さ以上であることを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記サセプタをフェースアップに設置することを特徴とする請求項６または７に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記ウェハ上に、化合物半導体を形成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置またはＣＶＤ装置を含む半導体製造装置に関し、特にウェハ上に均一な膜厚の薄膜を成長させるサセプタを備える半導体製造装置である。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＣＶＤ装置は、水素などのキャリアガスによってウェハ上に運ばれた有機金属を、化学反応を生起させるのに十分な温度に加熱されたウェハ上で、化学反応に由来する堆積膜を成長させる装置である。ウェハ上に安定した組成をもった結晶薄膜あるいは欠陥の少ない結晶薄膜を得るためには、ウェハ上に材料ガスが乱れることなく層流で供給されることが重要である。そのため、材料ガスをサセプタの横方向から層流で供給する横型ＣＶＤ装置では、図８に示すように、ウェハ２２を保持するサセプタ２１の表面とウェハ２２の成長面は、できるだけフラットな面を保ち、材料ガスが層流となって乱れないように設計される。
【０００３】
しかし、半導体製造装置は、ウェハ上に薄膜を成長させる度に、ウェハは交換され、そのためウェハ２２の成長面の位置は変化しないが、図９に示すように、サセプタ２１の表面は成長回数および積層回数が増えるにつれて、サセプタ２１の表面に反応生成物２３が付着し、そのため、サセプタ２１の表面位置は高くなる。つまり、半導体製造装置は成長回数および積層回数が増えるにつれて、チャンバ内壁やサセプタ表面のようなウェハ以外の部分にも反応生成物が付着する。特にサセプタ表面に付着した反応性生物２３はサセプタ２１の表面位置を高くする。この結果、新品のサセプタを装填した当初は、ウェハ表面とサセプタ表面が図８に示すように、フラットであっても、成長回数および積層回数が増えるにつれて、図９に示すように、サセプタ２１の表面位置はウェハ２２の表面位置よりも高くなる。この結果、ウェハ２２のサセプタ２１に近い部分、いわゆるウェハ周辺部分では、この反応生成物２３により材料ガスが供給される層流２４の陰になってしまい、材料ガスの供給が不十分となる。これによりウェハ２２の周囲では成長層厚が薄くなりウェハ内の層厚分布の悪化につながっている。
【０００４】
このような問題の解決手段が特許文献１に開示されている。特許文献１は、ウェハと同じ表面積を持ち、同じ熱伝導度を持つサセプタカバーを、ウェハ周囲にセットすることにより、材料ガスがウェハよりもサセプタに多く消費されるのを防いでいる。
【特許文献１】特開平６−５３１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１は、サセプタカバーを、ウェハ周囲にセットすることにより、材料ガスがウェハよりもサセプタに多く消費されるのを防ぐものであるが、この方法では運転を繰り返し積算の成長層厚が大きくなると、上述のような析出物の陰になる部分が生じ、面内分布が悪化する。
【０００６】
本発明は、例えば、図１０に示すように、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのレーザ構造を成長するために使用される半導体製造装置である。このレーザ構造の半導体装置は、図１０に示すように、ＧａＡｓ基板３１の上に２つのクラッド層（ＡｌxＧａ1-xＡｓ、ｘ＝０．５程度）３２および３３に挟まれた厚さ数１０Åの井戸層（ＡｌxＧａ1-xＡｓ、ｘ＝０．１程度）および約５０Åのバリア層（ＡｌxＧａ1-xＡｓ、ｘ＝０．３程度）からなる活性層３４をもつＭＱＷ（Multi Quantum Well）構造である。
サセプタがきれいな初期状態では、キャリアガス（Ｈ2）によって運ばれるトリメチルガリウム(ＴＭＧ)やトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）がスムーズに供給される。その結果、ウェハ周辺部を含めてウェハ全体で良好な層厚分布を得ることができる。層厚分布はウェハ全体をフォトルミネッセンス波長（ＰＬ波長）のマッピング測定を実施することにより確認できる。
【０００７】
先述のとおり、成長回数および積層回数が増え、ウェハ２２を保持するサセプタ２１のウェハ２２に近い部分に反応生成物２３が付着すると、ウェハ周辺部への材料ガスの供給が少なくなり、その結果ウェハ周辺部の層厚が小さくなる。とくに図９に示すように、ウェハを保持するために形成したウェハ保持用凹部２４の角は、表面エネルギーが高いために、サセプタ２１の平面部に堆積する反応生成物よりも厚さが大きい。ＭＱＷ構造でのＰＬ波長は、Ｗｅｌｌ層のＡｌの組成比だけでなく、Ｗｅｌｌ層の層厚変化に非常に敏感であり、Ｗｅｌｌ層が薄くなると量子井戸効果によりＰＬ波長は短波になる。
この測定結果を図１１に示す。図１１（ａ）はウェハの平面図を示し、図１１（ｂ）は測定結果を示す。図１１（ｂ）の横軸はウェハの直径方向の位置を示し、縦軸は膜厚を示す。ウェハの表面上に２００μｍ程度の半導体膜を成長させたサセプタでは、ウェハの周辺約５ｍｍ部分のＰＬ波長が、ウェハ中心部に対し約３ｎｍ程度短くなり、ウェハ全体のＰＬ波長分布が悪くなっていることが認められた。このようなウェハから作成したレーザデバイスの発振波長は、ＰＬ波長と対応した値となる。したがってＰＬ波長の分布が悪いと、レーザデバイスの発振波長分布が悪化し、歩留まりが低下する。
【０００８】
本発明は、以上のような問題に鑑み、ウェハ周辺部の層厚が小さくなることを防ぎ、良好なウェハ面内分布を得ることが可能なサセプタを備える半導体製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するために、ウェハ上に材料ガスを層流で供給して、ウェハ上に薄膜を形成するウェハ載置用サセプタに、ウェハの厚さとほぼ同じ深さを有するウェハ保持用凹部を形成するとともに、前記ウェハ保持用凹部の周囲に窪み領域を形成し、これにより良好なウェハ面内分布を得るものである。
そして、前記窪み領域を、階段または傾斜によって形成し、また窪み領域に存在する角を鈍角または丸くし、窪み領域の深さを、サセプタの交換周期に相当する析出物の厚さ以上とし、サセプタをフェースダウンに設置することが望ましい。
【００１０】
また本発明は、前記課題を解決するために、ウェハ上に材料ガスを層流で供給して、ウェハ上に薄膜を形成するウェハ載置用サセプタに、ウェハの厚さより浅いウェハ保持用凹部を形成し、これによって良好なウェハ面内分布を得るものである。
更に、前記サセプタ表面とウェハ表面の間隔は、サセプタの交換周期に相当する析出物の厚さ以上であり、前記サセプタをフェースアップに設置することが望ましい。
また本発明の半導体製造装置は、ウェハ上に化合物半導体を形成するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、サセプタに、ウェハの厚さとほぼ同じ深さのウェハ保持用凹部を形成するとともに、前記ウェハ保持用凹部の周囲に窪み領域を形成するので、窪み領域がサセプタ上に生成された反応生成物によってウェハの陰になることを防ぎ、ウェハ周辺の膜厚変化をなくし、ウェハ面内の膜厚分布を良好にする。
【００１２】
そして、本発明は窪み領域を傾斜または階段によって形成するので、ウェハに近い箇所ほど深くなり、サセプタのウェハ近傍に生成される反応生成物によってウェハの陰になるのをより効果的に防ぐことができる。本発明は窪み領域に存在する角を、鈍角または丸くするので、角部分の生成物の付着を低くすることができる。これにより反応生成物の偏析が抑制でき、サセプタの延命を図ることができる。また本発明は窪み領域の深さを、サセプタの交換周期に相当する析出物の厚さ以上とするので、サセプタの交換周期の最後まで全て良品の半導体装置を製造することができる。
【００１３】
また本発明は、サセプタに、ウェハの厚さより浅いウェハ保持用凹部を形成するので、ウェハ周辺のサセプタに生成される反応性生物によって、ウェハに陰をつくることを防ぎ、ウェハ周辺の膜厚変化をなくし、ウェハ面内の膜厚分布を良好にする。
更に本発明は、前記サセプタ表面全体をウェハ表面よりも低く下げる大きさは、サセプタの交換周期に相当する析出物の厚さ以上であり、前記サセプタをフェースアップに設置するので、サセプタの交換周期の最後まで全て良品の半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は,本発明の半導体製造装置をＭＯＣＶＤ装置に適用した場合の概略構成図を示し、先述のレーザ構造をもつ半導体装置を製造する。成長チャンバ１はＡｓＨ3ガスを供給するガス供給管２と、ＴＭＧガス３とＴＭＡガス４を混合し、Ｈ2キャリャガス５により希釈して供給するガス供給管６をガス供給口に接続する。ここで、ＡｓＨ3ガスはガスボンベ（図示しない）から供給され、ＴＭＧガス３とＴＭＡガス４は、それぞれ容器７と８に収容され、キャリャガスによって供給される。ＡｓＨ3ガスと、ＴＭＧガス、ＴＭＡガスは、成長チャンバ１の入口７付近で更に混合され、ウェハ８上に層流として供給し、成長チャンバ１の出口９から排出する。以上の構成により、いわゆる横型ＣＶＤ装置を構成する。
【００１５】
図２は、ＭＯＣＶＤ装置に使用されるサセプタの構造を示し、本発明の特徴部分を構成する。サセプタ１１はカーボン製よりなり、サセプタの表面に１００μｍ程度のＳｉＣをコーティングする。サセプタ１１にウェハを保持するための凹部１２と、その凹部１２の周囲に窪み領域１３を形成する。凹部１２は、ウェハが結晶インゴットからウェハに加工するスライシングの際に、結晶の方位軸を示す指標として形成されるＯＦ（Orientation Flat marking）加工線と、層流の方向が一致するように形成するのが望ましい。
【００１６】
図２に示すサセプタ１１は、厚さ約４５０ｎｍ、直径約１２ｃｍのウェハ１４をフェースダウンの状態で保持し、ウェハ裏面からヒータ１０によって、材料ガスと化学反応を生起してウェハ上に堆積膜を成長させるのに十分な温度、約７００℃に昇温する。凹部１２の大きさおよび形状は、ウェハ１４を装着または取外しが可能なようにウェハ１４より少し大きく、相似形である。凹部１２の深さは、サセプタ１１の表面と、ウェハ１４の成長面が同一面となるように、ウェハ１４と同じ深さである、４５０ｎｍである。窪み領域１３の深さは、サセプタ１１の交換周期として、例えば２００μｍで管理している場合は、２００μｍ以上の深さとする。ここで、２００μｍで管理とは、サセプタ１１の表面に生成された生成物の厚さが２００μｍになったときサセプタを修理または交換するという意味である。また窪み領域の幅は,図９に示すような角に付着する反応成生物の影響を小さくすることをを考慮して、約３ｍｍとする。
【００１７】
このように、ウェハ保持用凹部１２の周囲に、窪み領域１３を設けることにより、サセプタのウェハ周囲に堆積する反応性生物の影響を低減し、ウェハ周辺の層厚低下を防いでサセプタの交換周期を延ばすことができる。窪み領域１３の深さが２００μｍ以上であるので、窪み領域１３に堆積される反応生成物が２００μｍになるまで、層厚分布がほぼ均一な半導体装置を製造することができる。この発明によって成長したウェハは図１１のようなＰＬ波長分布が見られず、良好な層厚分布が得られた。また、この窪み領域１３を設けることにより、反応ガスの乱れ及びそれに起因する結晶性の低下が懸念されたが、先述のＰＬマッピング測定において、結晶性を示すＰＬ強度あるいはＰＬピークの半値幅の低下は、ウェハ周囲およびウェハ中心部とも問題ないことを確認した。
【００１８】
上記窪み領域１３による材料ガスの流れの乱れを小さくする手段として、窪み領域を図３に示すように複数の階段状の窪み領域１３ａとする。このようにくぼみ領域１３ａを階段状に形成すると、層流ガスの流れがよりスムーズになり、ウェハ周囲の膜厚を均一に保つことができる。
また、ＣＶＤ装置において、材料ガスを層流にして供給する場合は、反応生成物は表面エネルギーの高い角の部分に積層しやすいので、この角部分の生成物の高さは一層大きくなる。この角部分の生成物を低くする手段として、図４のように鈍角に加工する。即ち、サセプタ１１の表面から凹部１２に向かって傾斜する傾斜部によって窪み領域１３ｂを形成する。あるいは図５のように凹部の角を丸く１３ｃのように加工する。これによりこの部分への反応生成物の偏析が抑制でき、さらなるサセプタの延命を図ることができる。
【００１９】
以上、ＣＶＤ装置に適用した半導体製造装置は、サセプタをフェースダウンに設置する装置について説明したが、フェースダウンの装置はウェハ落下防止のため、図６に示すように、サセプタ１１にウェハ保持用の爪１５を少なくとも３つ必要である。これに対し、フェースアップの気相成長装置ではこの爪が不要なため、これまで述べたようなウェハ周囲だけに窪みを設けるのではなく、図７のようにサセプタ表面全体をウェハ表面よりも低く下げることでも対応できる。サセプタ表面全体をウェハ表面よりも低く下げる大きさtは、サセプタ１１の交換周期として、例えば２００μｍで管理している場合は、２００μｍ以上とする。
【００２０】
また、以上に説明した半導体製造装置は、半導体レーザ装置の半導体膜の成長であるが、ＬＥＤやＬＳＩを製造するために、多結晶膜、絶縁層膜、金属膜を積層するＣＶＤ装置やＭＯＣＶＤ装置に適用して、同様の効果が得られる。また角錐台形のサセプタにウェハを載置する、いわゆるバレル型半導体製造装置に適用しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＭＯＣＶＤ装置の概略構成図を示す。
【図２】第１の実施形態のサセプタの断面図を示す。
【図３】第２の実施形態のサセプタの断面図を示す。
【図４】第３の実施形態のサセプタの断面図を示す。
【図５】第４の実施形態のサセプタの断面図を示す。
【図６】サセプタの一部平面図を示す。
【図７】第５の実施形態のサセプタの断面図を示す。
【図８】従来のサセプタの断面図を示す。
【図９】従来のサセプタに反応生成物が付着した図を示す。
【図１０】半導体レーザ装置の一部断面図を示す。
【図１１】ウェハ上に生成された生成物の膜厚分布を説明する図を示す。
【符号の説明】
【００２２】
１  成長チャンバ
１１  サセプタ
１２  ウェハ保持用凹部
１３  窪み領域
１３ａ  階段
１３ｂ  鈍角
１３ｃ  丸み
１４  ウェハ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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