(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納載置されるウェハに対し垂直な側壁周面を有する座ぐり凹部が形成された黒鉛基材の表面に、ＣＶＤ法により炭化ケイ素膜が被覆された気相成長用サセプターにおいて、前記座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけて湾曲面を形成するように面取り加工されており、前記湾曲面が球面の一部であって、かつ球面部の半径をＲとしたとき、球面部の形成が、０．１ｍｍ≦Ｒ≦Ｌ／２ｍｍ（但し、Ｌは座ぐり深さ）の条件でなされたものである気相成長用サセプター。
【請求項２】
収納載置されるウェハに対し垂直な側壁周面を有する座ぐり凹部が形成された黒鉛基材の表面に、ＣＶＤ法により炭化ケイ素膜が被覆された気相成長用サセプターにおいて、前記座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけてテーパー面を形成するように面取り加工されており、前記テーパー面の形成が、座ぐり凹部底面に対する垂直面とテーパー面とのなす角度をθ、テーパー加工により除去される分に相当する側壁周面に沿った深さをｌとしたとき、０．５ラジアン≦θ≦１．３ラジアンであって、かつ０．１ｍｍ以上≦ｌ≦Ｌ／２ｍｍ（但し、Ｌは座ぐり深さ）の条件でなされたものである気相成長用サセプター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェハ等の半導体ウェハにＣＶＤ法によりエピタキシャル膜を成長させる際に、その半導体ウェハを収納載置するための気相成長用サセプターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の気相成長用サセプター（以下単に「サセプター」という。）は、黒鉛等のカーボンを基材とするサセプター本体に半導体ウェハを収納載置する円形の座ぐり凹部を複数設け、かつサセプター本体の吸蔵ガスがエピタキシャル処理中に放出されて半導体ウェハが汚染されないようにするため、サセプター本体に対し、予めＣＶＤ法によるＳｉＣ膜を一定の厚み（例えば３０〜３００μｍ程度の厚み）にコーティングしたものが使用される。
【０００３】
例えば、図４は、従来のサセプターをエピタキシャル成長処理に供した後の要部断面説明図であり、この図において、サセプター２１は、黒鉛からなるサセプター本体２２の上面に、半導体ウェハ３を収納載置する円形の座ぐり凹部２４が複数設けられており、またサセプター２１の表面にはＳｉＣ膜２５がコーティングされている。
【０００４】
このサセプター２１に半導体ウェハ３をセットし、エピタキシャル成長処理に供することにより、サセプター２１の表面から半導体ウェハ３の表面にかけて連続したエピタキシャル成長層（エピタキシャル成長工程で形成された半導体材料層）３０が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のサセプターでは、半導体ウェハをエピタキシャル成長処理に用いた場合、繰り返し使用される間に、座ぐり凹部２４の上縁角部２６から側壁周面２７にかけての部分に、熱サイクルの繰り返しの影響を受けて、クラック２８が発生するという問題があった。そして、クラック２８の発生により生じた切欠小片２９が半導体ウェハ３の表面に接触すると、その表面のエピタキシャル成長層３０に傷がつくという問題があった。またカーボン基材２２が露出することにより、サセプター本体２１からの放出ガスによって半導体ウェハ３が汚染されるという問題もある。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウェハ収納載置用座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけての部分にクラックが発生しないようにして、半導体ウェハを汚染させることがなく且つ延命化されたサセプターを提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記クラックが発生する原因について様々な角度から調べた結果、エピタキシャル成長工程で半導体ウェハが収納載置されていない座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に、その周囲より厚めの半導体膜（図３の３１に相当）が形成され、この環状の厚めの半導体膜の部分に熱サイクルによる応力集中が発生しやすくなっており、これが原因であることを見い出し、本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明のうち請求項１記載の発明は、収納載置されるウェハに対し垂直な側壁周面を有する座ぐり凹部が形成された黒鉛基材の表面に、ＣＶＤ法により炭化ケイ素膜が被覆された気相成長用サセプターにおいて、前記座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけて湾曲面を形成するように面取り加工されており、前記湾曲面が球面の一部であって、かつ球面部の半径をＲとしたとき、球面部の形成が、０．１ｍｍ≦Ｒ≦Ｌ／２ｍｍ（但し、Ｌは座ぐり深さ）の条件でなされたものであることを特徴とする。
【０００９】
これにより、エピタキシャル成長時において、従来のように座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に半導体膜がその周囲よりも盛り上がった状態に厚めに形成されるという現象は発生しなくなるので、熱サイクルによる応力の集中も無くなり、従って座ぐり凹部の上縁角部にクラックが発生するという現象も無くなる。この結果、半導体ウェハにスリップが発生したり、汚染されることは無くなり、またサセプターの延命化を図ることができる。また、座ぐり凹部の上縁角部を周方向に沿って所定の均一な湾曲面としているので、確実に、応力集中の解消を周方向からも完全なものとすることができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、収納載置されるウェハに対し垂直な側壁周面を有する座ぐり凹部が形成された黒鉛基材の表面に、ＣＶＤ法により炭化ケイ素膜が被覆された気相成長用サセプターにおいて、前記座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけてテーパー面を形成するように面取り加工されており、前記テーパー面の形成が、座ぐり凹部底面に対する垂直面とテーパー面とのなす角度をθ、テーパー加工により除去される分に相当する側壁周面に沿った深さをｌとしたとき、０．５ラジアン≦θ≦１．３ラジアンであって、かつ０．１ｍｍ以上≦ｌ≦Ｌ／２ｍｍ（但し、Ｌは座ぐり深さ）の条件でなされたものであることを特徴とする。これにより、エピタキシャル成長時において、従来のように座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に半導体膜がその周囲よりも盛り上がった状態に厚めに形成されるという現象は発生しなくなるので、熱サイクルによる応力の集中も無くなり、従って座ぐり凹部の上縁角部にクラックが発生するという現象も無くなる。この結果、半導体ウェハにスリップが発生したり、汚染されることは無くなり、またサセプターの延命化を図ることができる。また、面取り加工が容易な分、加工費を少なくでき、製作コスト全体への影響を最小限に抑えられるという効果も確実に享受することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係るサセプターをエピタキシャル成長処理に供した後の要部断面説明図である。図１において、サセプター１は、黒鉛からなるサセプター本体２の上面に、半導体ウェハ３を収納載置する円形の座ぐり凹部４が、座ぐり加工によって底部が凹球面状を呈するように複数設けられている。また、座ぐり凹部４の上縁角部６から側壁周面７にかけては、球面の一部が形成されるように面取り加工されている。さらに、サセプター本体２の全表面にはＣＶＤ法により厚さ３０〜３００μｍ程度ののＳｉＣ膜５をコーティングされている。
【００１２】
このサセプター１の座ぐり凹部４内に半導体ウェハ３をセットし、エピタキシャル成長処理に供された後には、サセプター１の表面から半導体ウェハ３の表面にかけて連続したエピタキシャル成長層８が形成されている。この場合において、図３に示す従来のサセプター２１における座ぐり凹部２４の上縁角部２６の上面全周に形成される半導体膜の盛り上がり部３１の形成は全く見られない。
【００１３】
この結果、エピタキシャル成長層８とサセプター１との間に発生する応力（例えば熱膨張差による応力やエピタキシャル成長層内の残留応力）が、座ぐり凹部４の上縁角部６に集中すること即ち応力集中という事態の発生を回避することができる。従って、従来問題とされていたクラック（図３の２８に相当）の発生を防止することができ、半導体ウェハのスリップ発生や汚染という問題を解消することができる。また、クラックの発生防止に伴って、サセプター１自体の寿命を長くすることができる。
【００１４】
なお、面取り加工による球面部の形状としては、球面部の半径をＲとしたとき、０．１ｍｍ≦Ｒ≦Ｌ／２ｍｍ（但し、Ｌは座ぐり深さ）となるように形成されていることが望ましい。Ｒが０．１ｍｍ未満では、座ぐり凹部４の上縁角部６の上面全周に形成される半導体膜の盛り上がりの解消の度合いが少なく、従ってクラックの発生防止の効果面で不安が残るからである。一方、ＲがＬ／２ｍｍ（但し、Ｌは座ぐり深さ）を超えると、座ぐり凹部４の側壁周面７が非常に低くなり、サセプター１が回転又は移動する際に半導体ウェハ３が座ぐり凹部４から飛び出すことも予想され、そのような事態の発生は好ましくないからである。
【００１５】
次に、図２は本発明に係るサセプターの他の実施形態を示す図であり、図１に対応する図である。図１と比べて異なるところは、面取り加工がテーパー加工されている点にある。即ち、座ぐり凹部１４の上縁角部１６から側壁周面１７にかけてテーパー加工されている点にある。
【００１６】
このサセプター１１の座ぐり凹部１４内に半導体ウェハ３をセットし、エピタキシャル成長処理に供された後には、サセプター１１の表面から半導体ウェハ３の表面にかけて連続したエピタキシャル成長層１８が形成されている。この場合においても、図３に示す従来のサセプター２１で問題とされていた、座ぐり凹部２４の上縁角部２６の上面全周に形成される半導体膜の盛り上がり部３１の形成は全く認められない。
【００１７】
この結果、図２に示すサセプターにおいても、エピタキシャル成長層１８とサセプター１１との間に発生する応力が、座ぐり凹部１４の上縁角部１６に集中すること即ち応力集中という事態の発生を回避することができる。従って、従来問題とされていたクラック（図３の２８に相当）の発生を防止することができ、半導体ウェハのスリップ防止や汚染という問題を解消することができる。また、クラックの発生防止に伴って、サセプター１１自体の寿命を長くすることができる。
【００１８】
なお、面取り加工によるテーパー面部の構成としては、図３（図２のＡ部拡大図）に示すように、座ぐり凹部底面に対する垂直面とテーパー面とのなす角度をθ、テーパー加工により除去される分に相当する側壁周面に沿った深さをｌとしたとき、０．５ラジアン≦θ≦１．３ラジアンであって、かつ０．１ｍｍ≦ｌ≦Ｌ／２ｍｍ（但し、Ｌは座ぐり深さ）となるように形成されていることが望ましい。
【００１９】
テーパー加工の条件を上記のように設定した理由は、まずθが０．５ラジアン未満又は１．３ラジアンを超える場合は、座ぐり凹部１４の上縁角部１６の上面全周に形成される半導体膜の盛り上がりの解消の度合いが少なく、従ってクラックの発生防止の効果面で不安が残るからである。また、ｌが０．１ｍｍ未満の場合も、上記と同様の不安が残る一方、ｌがＬ／２ｍｍ（但し、Ｌは座ぐり深さ）を超える場合は、座ぐり凹部１４の側壁周面１７が非常に低くなり、サセプター１１の回転中又は移動中に半導体ウェハ３が座ぐり溝１４から飛び出すことも予想され、そのような事態の発生は好ましくないからである。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
１２．５μΩｍ（室温時）及び１２．０μΩｍ（１１５０°Ｃ）の固有抵抗を有し、嵩密度が１８００ｋｇ／ｍ3 の等方性黒鉛を円盤状（直径７４０ｍｍ，厚み１８ｍｍ）に削り出した後、エンドミルにて直径１５０ｍｍ、深さ０．７ｍｍのウェハ収納載置用座ぐり凹部を複数加工した。その際、図１に示すように上縁角部６から側壁周面７にかけて、座ぐり凹部４ごとに表１に示すように異なったアール加工を行った。さらに、ハロゲン含有ガス雰囲気中２４００°Ｃに加熱して高純度処理した高純度黒鉛基材からなるサセプター本体（図１の２に相当）を得た。このサセプター本体に対して本体支持点を変更しながらＣＶＤ法にてＳｉＣ膜を５５μｍづつ２回被覆し、パンケーキタイプのサセプターを得た。ＣＶＤ条件は、以下▲１▼〜▲３▼のとおりである。
〔ＣＶＤ条件〕：
▲１▼原料ガス：三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ3 ）、水素ガス及びプロパンガス（Ｃ3 Ｈ8 ）
▲２▼黒鉛基材温度：１０５０°Ｃ
▲３▼炉内圧力：１３ｋＰａ（ダイアフラム式圧力計にて測定）
【００２１】
得られたサセプターの表面上に、三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ3 ）、水素ガス及びプロパンガスを原料としてシリコン膜を８００μｍ成長させ、２００〜１２００°Ｃの熱サイクル試験をクラックが発生するまで繰り返して行った。その結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
0003923576.tif 000002
【００２３】
表１からも明らかなように、座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけての面取り部の球面が０．１ｍｍ≦Ｒ≦Ｌ／２ｍｍ＝０．７／２＝０．３５ｍｍの条件を満たすように形成されている場合は、４００回の熱サイクル試験においてもクラックは全く発生せず、半導体ウェハのサセプターからの飛び出しもないことが分かる。
【００２４】
（実施例２）
実施例１と同じ特性の黒鉛母材より円盤状の黒鉛基材を粗加工し、さらに座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけて、座ぐり凹部ごとに表２に示すように条件を変えてエンドミルにてテーパー加工を行った。さらに実施例１と同じ方法で黒鉛基材を高純度処理した。さらにシリコンを同様に被覆した後、１６００°Ｃに水素雰囲気中で加熱してその表層０．２ｍｍをＣ／ＳｉＣ複合材に転化しサセプター本体（図２の１２に相当）を得た。この本体に対して、本体支持点を変更しながらＣＶＤ法にてＳｉＣ膜を５０μｍづつ２回被覆した。ＣＶＤ条件は以下▲１▼〜▲３▼に示すとおりである。
〔ＣＶＤ条件〕：
▲１▼原料ガス：トリクロロメチルシラン（ＣＨ3 ＳｉＣｌ3 ）、および水素ガス
▲２▼黒鉛基材温度：１４００°Ｃ
▲３▼炉内圧力：５０ｋＰａ
【００２５】
得られたサセプターの表面上に実施例１と同様にしてシリコン膜を８００μｍ成長させ、２００〜１２００°Ｃの熱サイクル試験をクラックが発生するまで繰り返して行った。その結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２からも明らかなように、座ぐり凹部の上縁角部から側壁周面にかけての面取り部のテーパー面が、０．５ラジアン≦θ≦１．３ラジアンの条件を満たし、かつ０．１ｍｍ≦ｌ≦Ｌ／２ｍｍ＝０．７／２＝０．３５ｍｍの条件を満たすように形成されている場合は、４００回の熱サイクル試験においてもクラックは全く発生していないことが分かる。その一方で、０．５ラジアン≦θ≦１．３ラジアンの条件を満たしても、他の条件、例えば座ぐり溝における側壁周面のテーパー開始位置が深すぎる場合（例えば、表２中のｌ＝０．５ｍｍの場合）は、ウェハのサセプターからの飛び出しにつながり、好ましくないことが分かる。
【００２８】
上記の実施例では、パンケーキ型のサセプターを取り上げて説明したが、本発明のサセプターは、このパンケーキ型に限られることなく、バレル型や枚葉型等のサセプターにも有効に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のうち請求項１記載の発明の気相成長用サセプターによれば、エピタキシャル成長時において、従来のように座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に半導体膜がその周囲よりも盛り上がった状態に厚めに形成されるという現象は発生しなくなるので、従来のように、その厚めのエピタキシャル成長層とサセプターとの間に生じていた応力（熱膨張差による応力及び成長層内の残留応力）の集中も無くなり、従って座ぐり凹部の上縁角部にクラックが発生するという現象も無くなる。この結果、半導体ウェハにスリップが発生したり、汚染されることは無くなり、またサセプターの延命化を図ることができる。
【００３０】
また、面取り加工された面が湾曲面を形成するようにしたので、座ぐり凹部の上縁角部を周方向に沿って均一な湾曲面とすることにより、確実に、応力集中の解消を周方向からも完全なものとすることができる。
【００３１】
また、請求項２記載の発明においても、エピタキシャル成長時において、従来のように座ぐり凹部の上縁角部の上面全周に半導体膜がその周囲よりも盛り上がった状態に厚めに形成されるという現象は発生しなくなるので、熱サイクルによる応力の集中も無くなり、従って座ぐり凹部の上縁角部にクラックが発生するという現象も無くなる。この結果、半導体ウェハにスリップが発生したり、汚染されることは無くなり、またサセプターの延命化を図ることができる。また、面取り加工が容易な分、加工費を少なくでき、製作コスト全体への影響を最小限に抑えられるという効果も確実に享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気相成長用サセプターの一実施形態を示す要部断面図である。
【図２】本発明の気相成長用サセプターの他の実施形態を示す要部断面図である。
【図３】図２のＡ部を拡大して示す図である。
【図４】従来の気相成長用サセプター示す要部断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１  気相成長用サセプター
２，１２，２２  サセプター本体
３  半導体ウェハ
４，１４，２４  座ぐり凹部
５，１５，２５  ＳｉＣ膜
６，１６，２６  上縁角部
７，１７，２７  側壁周面
８，１８，３０  エピタキシャル成長層
２８  クラック
２９，３１  半導体膜の盛り上がり部分
【図１】
0003923576.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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