(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェーハとサセプタの座ぐりの側面との固着による不良発生を低減して、ウェーハを上面から熱の反射、下面から高周波誘導によって加熱する機構を有するエピタキシャル成長装置に用いられるサセプタおよびエピタキシャル成長装置を提供する。【解決手段】サセプタ１４の上面に、内部にウェーハ１６が配置される座ぐりが形成され、前記座ぐりの側面において、配置される前記ウェーハ１６の水平中心面３０より上部に相当する部分３２を、上方に向かって広がる傾斜面とする。【選択図】図１
2009071210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理半導体基板を上面から熱の反射、下面から高周波誘導によって加熱する機構を有するエピタキシャル成長装置に用いられるサセプタであって、
サセプタの上面に、内部に被処理半導体基板が配置される座ぐりが形成され、
前記座ぐりの側面の、配置される前記被処理基板の水平中心面より上部に相当する部分が、上方に向かって広がる傾斜面であることを特徴とするサセプタ。
【請求項２】
前記傾斜面の水平面に対する角度が４５度以上８０度以下であることを特徴とする請求項１記載のサセプタ。
【請求項３】
前記被処理半導体基板を上面から、前記エピタキシャル成長装置の処理チャンバ上部に設けられた金属被膜による熱の反射によって加熱することを特徴とする請求項１記載のサセプタ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３記載のサセプタを有し、被処理半導体基板を上面から熱の反射、下面から高周波誘導によって加熱する機構を有するエピタキシャル成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に用いられるサセプタおよび気相成長装置に関し、特にエピタキシャル成長装置に用いられるサセプタおよびエピタキシャル成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラ、ＣＭＯＳあるいはディスクリート等、さまざまな半導体デバイスの製造工程において、被処理半導体基板上に単結晶の半導体層を成長させるエピタキシャル成長装置が用いられるようになっている。
【０００３】
エピタキシャル成長装置には、シリンダー装置（いわゆるバレル型装置）、縦型装置（いわゆるパンケーキ型装置）、枚様装置等の装置がある。
【０００４】
シリンダー装置は、円筒状の石英ベルジャーの中に、角錐台形のサセプタを有している。そして、このサセプタ上に複数のウェーハが垂直に近い状態で配置される。反応ガスは石英ベルジャー上部から供給されて、石英ベルジャー内を循環し、石英ベルジャー下部から排出される。また、石英ベルジャーの外部から、ランプ加熱あるいは高周波誘導加熱によりウェーハが加熱される。角錐台形のサセプタは、それ自体の軸の周りを回転することによって、ウェーハの加熱およびウェーハへの反応ガスの供給を均一化している。
【０００５】
シリンダー装置は、多くの枚数のウェーハを一括して処理することが可能であるため、量産性に優れているという利点がある。しかしながら、複数のウェーハをサセプタに配置し、サセプタの上方から下方に向かって反応ガスを流す構成上、特にウェーハが大口径化してくると、ウェーハ面内あるいはウェーハ間の半導体単結晶層の均一性が損なわれてくるという問題点がある。
【０００６】
縦型装置は、容積の大きな半球状の石英ベルジャーの中に、回転式のディスク状のサセプタを有している。そして、このサセプタ上に複数のウェーハが水平に配置される。反応ガスはウェーハに対して垂直に上方から供給され、石英ベルジャー内を循環する。また、石英ベルジャーの内部に設けられたコイルによる高周波誘導加熱でウェーハが加熱される。ディスク状のサセプタが回転することにより、ウェーハの加熱およびウェーハへの反応ガスの供給を均一化している。
【０００７】
縦型装置は、シリンダー装置同様、多くの枚数のウェーハを一括して処理することが可能であるため、量産性に優れているという利点がある。また、反応ガスがウェーハに対して垂直に上方から供給される構成上、シリンダー装置と比較すると、半導体単結晶層のウェーハ面内の均一性が向上する。しかしながら、装置構成上、誘導加熱用のコイルを石英ベルジャー内に設ける必要があり、コイル起因のウェーハ汚染が発生する恐れがある。また、ウェーハの下方のみから加熱しているため、ウェーハ下面と上面の間の温度勾配が大きくなり、熱応力によりウェーハにスリップや割れ等の損傷を与える恐れがあると言う問題点がある。
【０００８】
枚葉式装置は、上記シリンダー装置や縦型装置と異なり、ウェーハを１枚ずつ処理することに特徴がある。この装置においては、比較的小さな石英チャンバの中のサセプタにウェーハが１枚だけ配置される。そして、反応ガスは、石英チャンバの一方向から供給され、ウェーハ上を層流として流れ、他方向へと排気される。また石英チャンバの上下にもうけられたハロゲンランプにより、ウェーハは上下両面から加熱される。
【０００９】
枚葉式装置は、小さなチャンバでウェーハを１枚ずつ処理するため、シリンダー装置や縦型装置に比べて、ウェーハが大口径化した場合であっても、成膜される半導体単結晶層の均一性が向上する。また、ウェーハの両面から加熱されるため、ウェーハ上面と下面の温度勾配を小さくすることが可能であり、熱応力によるウェーハの損傷も低減できる。もっとも、ウェーハを１枚ずつしか処理できないことから、スループットが落ちる。このため、特に膜厚の厚い半導体単結晶層を堆積する際の、生産性が低下するという問題があった。
【００１０】
そこで、半導体単結晶層の均一性がよいという利点を保存しつつ、生産性を向上させるエピタキシャル成長装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
【００１１】
この装置は、上面と下面がほぼ平行の石英チャンバ内に、ディスク状のサセプタが設けられている。サセプタには、複数枚のウェーハを同時に処理するためにウェーハを配置する円形の座ぐりが複数設けられている。反応ガスは、枚葉装置の場合と同様、石英チャンバの一方向から供給され、ウェーハ上を層流として流れ、他方向へと排気される。また、被処理ウェーハは、石英チャンバ外に設けられたコイルによるサセプタの誘導加熱により、ウェーハ下面から加熱されると同時に、石英チャンバ上部での熱の反射によってウェーハ上面からも加熱される。
【００１２】
この特許文献１、２の装置によれば、反応ガスの流れを、枚葉装置のように、層流として制御して半導体単結晶層の均一性をよくすることができる。また、複数のウェーハを同時に処理できるため、スループットがあがり生産性も向上する。また、ウェーハの両面を同時に加熱することにより、ウェーハ内の温度勾配を小さく保つことができるため、熱応力によるウェーハ損傷も生じにくい。さらに、誘導加熱のためのコイルをチャンバ外に設置するため、コイル起因のウェーハ汚染も回避できるとされている。
【特許文献１】特表平９−５０５７９８号公報
【特許文献２】特表２００５−５０５１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
もっとも、上記特許文献１、２の装置においては、ウェーハのベベル付近で成長した半導体膜がサセプタの座ぐりの側面と固着し、ウェーハに亀裂等の損傷が生じる場合がある。図５は、従来技術の装置のサセプタの座ぐり端部の拡大断面図である。図５を参照して、この従来技術の装置において、ベベル面とサセプタの座ぐりの側面が固着する現象を説明する。図５（ａ）は半導体単結晶層を成膜する前、図５（ｂ）は半導体単結晶層の成膜後の断面図である。
【００１４】
図５に示すように、被処理ウェーハ１６がサセプタ１４の座ぐりに配置され、特に、図５（ａ）のように、ウェーとサセプタの座ぐりの側面が接触しているか、あるいは近接している場合を考える。図５（ｂ）に示すように、ウェーハ１６へ半導体単結晶層３６を堆積する際、ベベル面３８にも半導体膜が堆積され、横方向にも膜が成長する。このため、ウェーハとサセプタの座ぐりの側面が成長した膜で固着し、この部分に応力がかかることにより、スリップや割れ等の損傷が生ずる。
【００１５】
図６は、縦型装置におけるサセプタの座ぐり端部の拡大断面図である。図６（ａ）は半導体単結晶層を成膜する前、図６（ｂ）は半導体単結晶層の成膜後の断面図である。サセプタの座ぐり形状が図５の場合と同様であっても、縦型装置の場合には、ウェーハ内に下面が高温となる温度勾配が生じている。したがって、図６（ｂ）に示すように、熱膨張により、ウェーハが上に凹となるように反りが生ずる。このため、ベベルの上面と座ぐりの側面は、相対的に距離が広がるため、上述したような固着が生じにくい。
【００１６】
このように、上記特許文献１、２の装置においては、縦型装置等の場合と比較して、ウェーハ内の温度勾配を小さくしたがゆえに、ウェーハとサセプタの座ぐりの側面との固着による不良が、発生しやすいという問題が生じている。
【００１７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、ウェーハとサセプタの座ぐりの側面との固着による不良発生を低減する、エピタキシャル成長装置に用いられるサセプタおよびエピタキシャル成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様のサセプタは、被処理半導体基板を上面から熱の反射、下面から高周波誘導によって加熱するエピタキシャル成長装置に用いられるサセプタであって、サセプタの上面に、内部に被処理半導体基板が配置される座ぐりが形成され、前記座ぐりの側面の、配置される前記被処理基板の水平中心面より上部に相当する部分が、上方に向かって広がる傾斜面であることを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記傾斜面の水平面に対する角度が４５度以上８０度以下であることが望ましい。
【００２０】
ここで、前記被処理半導体基板を上面から、前記エピタキシャル成長装置の処理チャンバ上部に設けられた金属被膜による熱の反射によって加熱することが望ましい。
【００２１】
本発明の一態様のエピタキシャル成長装置は、上述の本発明の一態様のサセプタを有し、被処理半導体基板を上面から熱の反射、下面から高周波誘導によって加熱する機構を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ウェーハとサセプタの座ぐりの側面との固着による不良発生を低減する、エピタキシャル成長装置に用いられるサセプタおよびエピタキシャル成長装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に関するサセプタおよびエピタキシャル成長装置についての実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。
【００２４】
本発明の実施の形態のサセプタは、被処理半導体基板を上面から熱の反射、下面から高周波誘導によって加熱する機構を有するエピタキシャル成長装置に用いられるサセプタである。そして、サセプタの上面に、内部に被処理半導体基板が配置される座ぐりが形成されている。そして、座ぐりの側面の、配置される被処理基板の水平中心面より上部に相当する部分が、上方に向かって広がる傾斜面であることを特徴とする。
【００２５】
そして、本実施の形態のエピタキシャル成長装置は、上述のサセプタを有し、被処理半導体基板を上面から熱の反射、下面から高周波誘導によって加熱する機構を有するエピタキシャル成長装置である。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態のエピタキシャル成長装置の要部を示す図である。図２（ａ）はエピタキシャル装置の断面図、図２（ｂ）は、サセプタの上面図である。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、本実施の形態のエピタキシャル成長装置１０は、反応ガスや反応生成物に対して不活性で透明な絶縁材料、例えば石英の反応チャンバ１２を有する。この反応チャンバ１２は、ほぼ矩形の断面形状を有し、内部にディスク状のサセプタ１４を包含している。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、サセプタ１４は、被処理半導体基板である複数のウェーハ１６ａ、１６ｂ（図２（ａ））等を固定して配置するために、ウェーハ直径よりやや直径の大きな円形の座ぐり１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、すなわち、凹部が設けられている。なお、ここではサセプタ１４に配置するウェーハを４枚としているが、必ずしもウェーハの枚数は４枚に限られるわけではない。
【００２９】
また、サセプタ１４は、回転軸２６に接続され、図示しないモータによって回転するよう構成されている。この回転により、それぞれのウェーハ間での反応が均一化され、ウェーハ間の半導体単結晶層の均一性が向上する。
【００３０】
反応チャンバ１２は、反応ガスを導入するためのガス供給口２０と、ガス供給口２０のサセプタ１４を挟んで反対側に、反応ガスの残余ガスや反応生成ガスを排出するためのガス排出口２２を備えている。このように、ガス供給口２０から導入された反応ガスは、ウェーハ１６ａ、１６ｂ上を矢印で示すように層流として流れてウェーハ上で反応して半導体単結晶層、例えばシリコン層を堆積し、ガス排出口２２から排気される。
【００３１】
また、図２（ａ）に示すように、反応チャンバ下部の外部には高周波誘導加熱を行うために、コイル２４が備えられている。図示しない外部発電器より、コイル２４へ高周波電流が供給される。そして、例えば、窒化珪素（ＳｉＣ）でコーティングされた炭素材からなるサセプタ１４が、コイル２４を流れる高周波電流によってサセプタ１４内に発生する誘導電流で加熱される。そして、誘導電流で加熱されたサセプタ１４からの熱伝導によりウェーハ１８ａ〜１８ｄがウェーハ下面より加熱される。
【００３２】
反応チャンバ１２の上面の外壁側には金属被膜２８が形成されている。例えば、この金属被膜２８は金メッキである。このように金属被膜２８を反応チャンバ１２上面に設けることにより、サセプタ１４やウェーハ１６ａ、１６ｂからの放射熱を反射する。この反射熱によりウェーハ１６ａ、１６ｂをウェーハ上面からも加熱する。
【００３３】
このように、ウェーハを上面から熱の反射、下面から高周波誘導によって加熱することによって、ウェーハ上面と下面の間の温度勾配をなくし、熱応力によるスリップ等の発生を防止している。
【００３４】
なお、ウェーハ上面から熱の反射によってウェーハを加熱する方法は、金属被膜によることが、反射効率が高いため望ましい。しかし、必ずしも金属被膜によるものではなくとも、例えば、反応チャンバ上面に不透明なセラミック板等を設けて、このセラミック板で熱を反射させるものであってもかまわない。なお、本明細書中では、例えば、セラミック板が熱を一旦吸収し、その後、放射熱を発生する場合も、広義の意味で反射として捉えるものとする。
【００３５】
図１は、上述のエピタキシャル装置に用いられる、本実施の形態のサセプタの座ぐり端部の拡大断面図である。図１（ａ）は半導体単結晶層を成膜する前、図１（ｂ）は半導体単結晶層の成膜後の断面図である。
【００３６】
図１（ａ）に示すように、サセプタ１４の座ぐりの側面の、配置される被処理基板であるウェーハ１６の水平中心面３０より上部に相当する部分３２が、上方に向かって広がる傾斜面である。この傾斜面は、水平面に対して角度θを有している。なお、ここで、サセプタ１４の表面から傾斜面の間に、１段の段差が設けられているのは、搬送ロボットによるウェーハの保持を容易にするためであり、必ずしも本発明に必須の構造ではない。
【００３７】
このように、座ぐりの側面に、傾斜を持たせることにより、図５に示した従来技術の場合と異なり、図１（ａ）に示すように、ウェーハ１６のベベル面３８と、座ぐりの側面との距離を実質的に離すことができる。したがって、図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１６へ半導体単結晶層３６を堆積する際、ベベル面３８にも半導体膜が堆積され、横方向にも半導体膜が成長したとしても、ウェーハとサセプタの座ぐりの側面の固着が生じにくくなる。よって、ウェーハとサセプタの座ぐりの側面との固着による不良発生を低減することが可能となる。
【００３８】
本実施の形態において、ウェーハ１６の水平中心面３０より上部に相当する部分３２を特に傾斜面としたのは、ウェーハの上面のベベル面と、座ぐりの側面との固着が特に問題となるからである。これは、ウェーハの下面のベベル面には酸化膜等を設けることにより、半導体単結晶層の成長をそもそも抑制したり、ウェーハの端部が座ぐりの側面に接触または近接していることにより、ウェーハの下面のベベル面での膜成長が抑制されるからである。
【００３９】
なお、座ぐりの側面の高さ自体をウェーハの中心面よりも低くすることによって、固着を防止することも考えられる。しかしながら、側面の高さをウェーハよりも低くすると、反応ガスの流れが乱れることによる、膜のウェーハ面内不均一性の問題が生じる恐れがある。また、側面が浅すぎると、ウェーハを搬送ロボットによりサセプタに配置する場合や、成膜処理中などに、ウェーハが座ぐりからズレる恐れが大きくなることからも望ましくない。
【００４０】
ここで、傾斜面の水平面に対する角度θが４５度以上８０度以下であることが望ましい。この範囲を下回ると、ウェーハが座ぐりからズレる恐れが大きくなるである。また、この範囲を上回ると、ベベル面と座ぐりの側面との距離が十分に確保できず、ウェーハの固着の恐れが大きくなるからである。
【００４１】
そして、生産性を向上させるために、半導体単結晶膜の成長速度を上げると、ウェーハの面方位によっては、ベベル面の成長速度がウェーハ表面に比べて、速くなる場合がある。本実施の形態は、このような条件下で半導体単結晶層の成長を行う場合には、特に有効である。
【００４２】
また、座ぐりの側面の形状は、必ずしも、図１に示すような形状に限られるわけではなく、例えば、図３に変形例として示すように、サセプタ表面から１段の段差を設けることなしに、傾斜面を設けてもかまわない。
【００４３】
また、例えば、図４に変形例として示すように、ウェーハ１６の水平中心面３０より下部に相当する部分まで傾斜面を設けてもかまわない。
【００４４】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、エピタキシャル成長装置に用いられるサセプタおよびエピタキシャル成長装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるエピタキシャル成長装置に用いられるサセプタおよびエピタキシャル成長装置等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００４５】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのエピタキシャル成長装置に用いられるサセプタおよびエピタキシャル成長装置は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施の形態のサセプタの座ぐり端部の拡大断面図である。
【図２】実施の形態のエピタキシャル成長装置の要部を示す図である。
【図３】実施の形態の変形例のサセプタの座ぐり端部の拡大断面図である。
【図４】実施の形態の変形例のサセプタの座ぐり端部の拡大断面図である。
【図５】従来技術のサセプタの座ぐり端部の拡大断面図である。
【図６】従来技術のサセプタの座ぐり端部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０                  エピタキシャル成長装置
１２                  反応チャンバ
１４                  サセプタ
１６                  ウェーハ
１８ａ、ｂ、ｃ、ｄ    座ぐり
２４                  コイル
２８                  金属被膜
３０                  水平中心面
３８                  ベベル面
【図１】
2009071210.tif 000003
【図２】
2009071210.tif 000004
【図３】
2009071210.tif 000005
【図４】
2009071210.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009071210.tif 000008