JP5444607B2 - エピタキシャル膜形成装置用のサセプタ、エピタキシャル膜形成装置、エピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、エピタキシャル膜形成装置用のサセプタ、エピタキシャル膜形成装置、エピタキシャルウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
従来、半導体ウェーハにエピタキシャル膜を気相成長させるエピタキシャル膜形成装置として、加熱方法やサセプタの形状の違いにより各種構造の装置が提案されている。具体的には、円形平板上のサセプタを下側から加熱する縦型エピタキシャル膜形成装置や、半導体ウェーハを一枚ずつ成膜室に導入してサセプタの上に水平に設置し、半導体ウェーハの上下から加熱する枚葉型のエピタキシャル膜形成装置や、特許文献１に記載されているような、樽型のサセプタを側面の高周波コイルにより加熱するバレル型エピタキシャル膜形成装置が知られている。
これらのエピタキシャル膜形成装置の成膜室内には、黒鉛の表面にＳｉＣ膜をコーティングしたサセプタが配置され、このサセプタにはエピタキシャル膜を成長させる半導体ウェーハを収容可能な円形凹部が形成されている。
これらのエピタキシャル膜形成装置の成膜室内には、黒鉛の表面にＳｉＣ膜をコーティングしたサセプタが配置され、このサセプタにはエピタキシャル膜を成長させる半導体ウェーハを収容可能な円形凹部が形成されている。
これらのエピタキシャル膜形成装置では、サセプタの凹部にエピタキシャル膜を成長させる半導体ウェーハを収容した状態で成膜室を減圧し、ランプヒータ等の加熱手段によりその成膜室内において半導体ウェーハを直接あるいは間接的に加熱し、同時に反応ガスを成膜室に供給して、半導体ウェーハの表面に単結晶、多結晶または非品質の固体、例えばシリコンなどの半導体、酸化物、窒化物、金属、合金、その他の化合物の析出を行い、エピタキシャル膜を成長させている。
特開２００１−１６０５３８号公報
従来のエピタキシャル膜形成装置においては、サセプタの凹部に半導体ウェーハを単に載せているだけであり、必ずしも半導体ウェーハの裏面全面がサセプタの凹部の底面に密着している訳ではない。従って、半導体ウェーハの裏面側にも少量の反応ガスが回り込んで流通し得る構造になっている。ただし、半導体ウェーハの裏面全面が凹部の底面に接していることから、裏面の中央部分よりも周縁部の方に反応ガスが触れやすくなっている。
ところで、バレル型のエピタキシャル膜形成装置においては、半導体ウェーハを表面側のみから加熱する構成になっているため、半導体ウェーハの裏面側には十分な熱エネルギーが供給されず、これにより半導体ウェーハの裏面側が、回り込んできた少量の反応ガスによってエッチングされやすい状況になっている。
また、枚葉型のエピタキシャル膜形成装置においては、半導体ウェーハの上下からランプヒータで加熱しているものの、半導体ウェーハがサセプタ上に載置されており、半導体ウェーハが下側のランプヒータに直接対向している構成ではないため、バレル型の場合と同様に、半導体ウェーハの裏面側に十分な熱エネルギーが供給されずに半導体ウェーハの裏面側がエッチングされやすい状況になっている。
また、枚葉型のエピタキシャル膜形成装置においては、半導体ウェーハの上下からランプヒータで加熱しているものの、半導体ウェーハがサセプタ上に載置されており、半導体ウェーハが下側のランプヒータに直接対向している構成ではないため、バレル型の場合と同様に、半導体ウェーハの裏面側に十分な熱エネルギーが供給されずに半導体ウェーハの裏面側がエッチングされやすい状況になっている。
従って従来のエピタキシャル膜形成装置においては、半導体ウェーハの表面側にエピタキシャル膜が形成される一方で、半導体ウェーハの裏面の特に周縁部がエッチングされるので、完成品であるエピタキシャルウェーハの厚みは、中央部分より周縁部で小さくなり、エピタキシャルウェーハ全体における厚みのバラツキが大きくなっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、エピタキシャルウェーハ全体における厚みのバラツキを小さくすることが可能なサセプタ及びこのサセプタを備えたエピタキシャル膜形成装置及び厚みのバラツキを小さなエピタキシャルウェーハ並びにエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のエピタキシャル膜形成装置のサセプタは、エピタキシャル膜形成装置の成膜室内に設置されるサセプタであって、半導体ウェーハを収容する平面視略円形の凹部が設けられ、前記凹部には前記半導体ウェーハを支持する平面視略円形の凸部が設けられ、前記凸部の直径が前記凹部の直径よりも小とされ、かつ前記凸部の直径が、前記凹部に前記半導体ウェーハが載置された際に前記凸部と前記半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となる大きさに設定されていることを特徴とする。
また、本発明のエピタキシャル膜形成装置のサセプタにおいては、前記凹部の直径が１５０ｍｍ以下の直径の半導体ウェーハを収納可能な大きさとされ、前記凸部の直径が５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とされ、前記凸部の高さが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満とされていることが好ましい。
また、サセプタは、表面にＳｉＣ膜が形成された黒鉛からなることが好ましい。
本発明のエピタキシャル膜形成装置のサセプタは、エピタキシャル膜形成装置の成膜室内に設置されるサセプタであって、半導体ウェーハを収容する平面視略円形の凹部が設けられ、前記凹部には前記半導体ウェーハを支持する平面視略円形の凸部が設けられ、前記凸部の直径が前記凹部の直径よりも小とされ、かつ前記凸部の直径が、前記凹部に前記半導体ウェーハが載置された際に前記凸部と前記半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となる大きさに設定されていることを特徴とする。
また、本発明のエピタキシャル膜形成装置のサセプタにおいては、前記凹部の直径が１５０ｍｍ以下の直径の半導体ウェーハを収納可能な大きさとされ、前記凸部の直径が５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とされ、前記凸部の高さが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満とされていることが好ましい。
また、サセプタは、表面にＳｉＣ膜が形成された黒鉛からなることが好ましい。
次に、本発明のエピタキシャル膜形成装置は、先のいずれかに記載のエピタキシャル膜形成装置用のサセプタと、前記サセプタが収容される成膜室と、少なくとも前記半導体ウェーハのサセプタ側と反対側に設置された加熱手段とを具備してなることを特徴とする。
次に、本発明のエピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハにエピタキシャル膜が形成されてなるエピタキシャルウェーハであって、エピタキシャルウェーハ全体における厚みのバラツキが、成膜したエピタキシャル膜厚の１／３以下とされていることを特徴とする。
また本発明のエピタキシャルウェーハにおいては、前記半導体ウェーハと前記エピタキシャル膜との間に不純物拡散層が埋め込まれていることが好ましい。
また本発明のエピタキシャルウェーハにおいては、前記半導体ウェーハと前記エピタキシャル膜との間に不純物拡散層が埋め込まれていることが好ましい。
次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、先のいずれかに記載のエピタキシャル膜形成装置用のサセプタと、前記サセプタが収容される成膜室と、少なくとも前記半導体ウェーハのサセプタ側と反対側に設置された加熱手段とを具備してなるエピタキシャル膜形成装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であり、前記サセプタの前記凹部に半導体ウェーハを収容し、前記加熱手段によって前記半導体ウェーハを加熱しつつ前記成膜室に反応ガスを供給するとともに、前記サセプタの前記凸部と前記半導体ウェーハとの間にも前記反応ガスを流通させることを特徴とする。
本発明のエピタキシャル膜形成装置用のサセプタは、エピタキシャル膜形成装置の成膜室内に設置されるサセプタであって、
半導体ウェーハを収容する平面視略円形の凹部が設けられ、前記凹部の底面の周縁部には平面視円環状の溝部が形成され、この溝部の形成によって前記凹部には前記半導体ウェーハを支持する平面視略円形の凸部が設けられ、前記凸部の直径が前記凹部の直径よりも小とされ、かつ前記凸部の直径が、前記凹部に前記半導体ウェーハが載置された際に前記凸部と前記半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となる大きさに設定され、
前記凹部の直径が１５０ｍｍ以下の直径の半導体ウェーハを収納可能な大きさとされ、
前記溝部の幅が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲とされ、
前記凸部の直径が５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とされ、前記凸部の高さが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満とされて、
前記凸部が、前記凹部に収納された前記半導体ウェーハのエピタキシャル膜を形成する一面と反対側の面に接することを特徴とする。
本発明のエピタキシャル膜形成装置用のサセプタによれば、半導体ウェーハを収容する凹部に凸部が設けられ、かつ凸部の直径が、凹部に半導体ウェーハが載置された際に凸部と半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となる大きさに設定されているので、このサセプタを使用してのエピタキシャル膜形成の際に、半導体ウェーハの凸部側の面全面に反応ガスを曝すことが可能となり、これにより半導体ウェーハの凸部側の面全面が均等にエッチングされる。これにより、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハを製造することができる。
また、本発明のエピタキシャル膜形成装置用のサセプタによれば、凹部の直径が１５０ｍｍ以下の直径の半導体ウェーハを収納できる大きさとされ、凸部の直径が５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とされ、凸部の高さが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満とされているので、厚みのバラツキが小さな直径１５０ｍｍ以下のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
凸部の直径が５０ｍｍ以上であれば、凹部内において半導体ウェーハを安定して保持できるので好ましく、また凸部の直径が９０ｍｍ以下であれば、凸部と半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスを流通させることができ、半導体ウェーハの凸部側の面全面が均等にエッチングされるので好ましい。
また、凸部の高さが０．１ｍｍ以上であれば、凸部と半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となり、半導体ウェーハの凸部側の面全面が均等にエッチングされるので好ましく、凸部の高さが０．４ｍｍ未満であれば、凸部と半導体ウェーハとの境界全体に流通される反応ガスの量が過剰になることがなく、半導体ウェーハが部分的にエッチングされることがなく、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハを製造できる。
半導体ウェーハを収容する平面視略円形の凹部が設けられ、前記凹部の底面の周縁部には平面視円環状の溝部が形成され、この溝部の形成によって前記凹部には前記半導体ウェーハを支持する平面視略円形の凸部が設けられ、前記凸部の直径が前記凹部の直径よりも小とされ、かつ前記凸部の直径が、前記凹部に前記半導体ウェーハが載置された際に前記凸部と前記半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となる大きさに設定され、
前記凹部の直径が１５０ｍｍ以下の直径の半導体ウェーハを収納可能な大きさとされ、
前記溝部の幅が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲とされ、
前記凸部の直径が５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とされ、前記凸部の高さが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満とされて、
前記凸部が、前記凹部に収納された前記半導体ウェーハのエピタキシャル膜を形成する一面と反対側の面に接することを特徴とする。
本発明のエピタキシャル膜形成装置用のサセプタによれば、半導体ウェーハを収容する凹部に凸部が設けられ、かつ凸部の直径が、凹部に半導体ウェーハが載置された際に凸部と半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となる大きさに設定されているので、このサセプタを使用してのエピタキシャル膜形成の際に、半導体ウェーハの凸部側の面全面に反応ガスを曝すことが可能となり、これにより半導体ウェーハの凸部側の面全面が均等にエッチングされる。これにより、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハを製造することができる。
また、本発明のエピタキシャル膜形成装置用のサセプタによれば、凹部の直径が１５０ｍｍ以下の直径の半導体ウェーハを収納できる大きさとされ、凸部の直径が５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とされ、凸部の高さが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満とされているので、厚みのバラツキが小さな直径１５０ｍｍ以下のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
凸部の直径が５０ｍｍ以上であれば、凹部内において半導体ウェーハを安定して保持できるので好ましく、また凸部の直径が９０ｍｍ以下であれば、凸部と半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスを流通させることができ、半導体ウェーハの凸部側の面全面が均等にエッチングされるので好ましい。
また、凸部の高さが０．１ｍｍ以上であれば、凸部と半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となり、半導体ウェーハの凸部側の面全面が均等にエッチングされるので好ましく、凸部の高さが０．４ｍｍ未満であれば、凸部と半導体ウェーハとの境界全体に流通される反応ガスの量が過剰になることがなく、半導体ウェーハが部分的にエッチングされることがなく、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハを製造できる。
また、本発明のエピタキシャル膜形成装置によれば、上記のサセプタが備えられているので、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハを製造することができる。
更に、本発明のエピタキシャルウェーハによれば、厚みのバラツキが成膜したエピタキシャル膜厚の１／３以下、より好ましくは、成膜したエピタキシャル膜厚の１／４以下とされているので、従来のエピタキシャルウェーハに比べて平坦度を高くすることができる。これによりエピタキシャルウェーハ上に高集積度のデバイスを形成することができる。
また、本発明のエピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハとエピタキシャル膜との間に不純物拡散層が埋め込まれた所謂埋め込み型のエピタキシャルウェーハであり、このエピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜は比較的高い成長温度で形成されるため、半導体ウェーハの凸部側の面のエッチング量が通常のエピタキシャルウェーハと比べて大きくなるところ、厚みのバラツキが成膜したエピタキシャル膜厚の１／３以下と小さいため、高集積度のデバイスの形成が可能になる。
また、本発明のエピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハとエピタキシャル膜との間に不純物拡散層が埋め込まれた所謂埋め込み型のエピタキシャルウェーハであり、このエピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜は比較的高い成長温度で形成されるため、半導体ウェーハの凸部側の面のエッチング量が通常のエピタキシャルウェーハと比べて大きくなるところ、厚みのバラツキが成膜したエピタキシャル膜厚の１／３以下と小さいため、高集積度のデバイスの形成が可能になる。
更にまた、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、上記のサセプタを備えたエピタキシャル膜形成装置を用いて、エピタキシャル膜形成の際に、サセプタの凹部及び凸部と半導体ウェーハとの間にも前記反応ガスを流通させるので、半導体ウェーハの凸部側の面全面を均等にエッチングさせることができ、これにより、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハを製造することができる。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、後工程のデバイス工程において、各デバイスとなるそれぞれのウェーハの各部分において、平坦度のバラツキを小さくすることが可能となる。特に、ウェーハ周縁部のそれぞれの部分において、平坦度のバラツキを小さくすることが可能となる。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、後工程のデバイス工程において、各デバイスとなるそれぞれのウェーハの各部分において、平坦度のバラツキを小さくすることが可能となる。特に、ウェーハ周縁部のそれぞれの部分において、平坦度のバラツキを小さくすることが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。尚、以下の説明において参照する図は、本実施形態のエピタキシャル膜形成装置等の構成を説明するための図であり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の装置等の寸法関係とは異なる場合がある。
以下、本実施形態のエピタキシャル膜形成装置の一例について図１〜図４を参照して説明する。図１は、本実施形態のエピタキシャル膜形成装置の一例を示す側面模式図であり、図２は、エピタキシャル膜形成装置に備えられたサセプタを示す斜視図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ’線に対応する部分断面模式図であり、図４は、図２のサセプタの要部を示す拡大断面模式図である。
図１に示すように、本実施形態のエピタキシャル膜形成装置１０は、いわゆるバレル型のエピタキシャル膜形成装置であり、このエピタキシャル膜形成装置１０には、反応ガスが供給される成膜室として石英で形成されるベルジャ１１と、ベルジャ１１の内部に設置されたサセプタ２１と、ベルジャ１１の周囲に配置されたヒータ１８（加熱手段）とから概略構成されている。
図１に示すように、本実施形態のエピタキシャル膜形成装置１０は、いわゆるバレル型のエピタキシャル膜形成装置であり、このエピタキシャル膜形成装置１０には、反応ガスが供給される成膜室として石英で形成されるベルジャ１１と、ベルジャ１１の内部に設置されたサセプタ２１と、ベルジャ１１の周囲に配置されたヒータ１８（加熱手段）とから概略構成されている。
ベルジャ１１の上部には、反応ガスの漏れを防止するステンレス鋼製のガスリング１２が配設され、一方、ベルジャ１１の下部には、ステンレス鋼で形成されて反応ガスを排出するイグゾーストフランジ１３が配設されている。また、ガスリング１２には、ベルジャ１１内の気密を保持するためのトッププレート１５が取り付けられている。また、ベルジャ１１の上部には、ガスリング１２を介してベルジャ１１内に連通し、反応ガスを供給する供給管１６が取り付けられている。この供給管１６の中間には、反応ガスの供給流量を調整する流量調整バルブ１７ａとメインバルブ１７とが配設されている。
以上の構成によって、反応ガスを供給管１６を介してベルジャ１１の内部に導入するとともに、イグゾーストフランジ１３を介して気相成長反応により生成した排出ガス及び残留反応ガスをベルジャ１１から排出できるようになっている。
以上の構成によって、反応ガスを供給管１６を介してベルジャ１１の内部に導入するとともに、イグゾーストフランジ１３を介して気相成長反応により生成した排出ガス及び残留反応ガスをベルジャ１１から排出できるようになっている。
ヒータ１８（加熱手段）は、上述のようにベルジャ１１の周囲に配置されている。即ちこのヒータ１８は、後述する半導体ウェーハのサセプタ側とは反対側に配設されている。このヒータは、エピタキシャル膜を形成する際の半導体ウェーハを所定の成長温度に昇温させるようになっている。ヒータ１８の具体例としては例えばランプヒータを例示することができる。
本発明に係るサセプタ２１は、表面にＳｉＣ膜が形成された黒鉛からなるものであり、図１に示すように、ベルジャ１１の上側開口部からハンガー１９を介してベルジャ１１内に吊り下げられている。図１及び図２に示すように、サセプタ２１は、五角錐台形状とされており、このサセプタ２１の周囲５面には半導体ウェーハを収容可能な平面視略円形状の凹部２１ａがそれぞれ形成されている。
また図３及び図４に示すように、サセプタ２１の凹部２１ａには半導体ウェーハ２２が収容可能とされている。半導体ウェーハ２２としては、例えば単結晶シリコンからなるシリコンウェーハを例示できる。また、この凹部２１ａの底面２１ｂの周縁部には平面視円環状の溝部２１ｃが形成されている。この溝部２１ｃの形成によって、凹部の底面２１ｂが溝部２１ｃの底面よりも半導体ウェーハ２２側に相対的に突出した状態になっている。この底面２１ｂを含む突出した部分を本明細書では凸部２１ｄとする。即ち、サセプタの凹部２１ａには、半導体ウェーハ２２に接する平面視略円形の凸部２１ｄが設けられている。
凹部２１ａと凸部２１ｄとの関係について図４を参照しつつ説明すると、凸部２１ｄの平面視直径ｄ１が、凹部２１ａの平面視直径ｄ２よりも小とされている。また、凹部２１の中心位置及び凸部２１ｄの中心位置が、図４に示す中心線Ｏにそれぞれ重なっている。更に、凸部２１ｄの平面視直径ｄ１が、凹部２１ａに半導体ウェーハ２２が載置された際に凸部２１ｄ（凹部の底面２１ｂ）と半導体ウェーハ２２との境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となる大きさに設定されている。
本発明に係るサセプタ２１においては、半導体ウェーハの裏面の特に周縁部がエッチングされ易いために、完成品であるエピタキシャルウェーハの中央部分の厚みよりも周縁部の厚みが小さくなってエピタキシャルウェーハ全体における厚みのバラツキが大きくなるところ、凹部２１ａに凸部２１ｄを設けることによって、凸部２１ｄ（凹部の底面２１ｂ）と半導体ウェーハ２２との境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となる。これにより、エピタキシャルウェーハの中央部分が周縁部と同程度にエッチングされて厚みが周縁部と同程度に減少され、ウェーハ全体の厚みのバラツキが小さくなる。
凸部２１ｄ（凹部の底面２１ｂ）と半導体ウェーハ２２との境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能とするためには、凹部２１ａ及ぶ凸部２１ｄの寸法関係を次の通りに設定することが望ましい。即ち、凸部２１ｄの平面視直径ｄ１は５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、凹部２１ａの平面視直径ｄ２は１５０ｍｍ以下の直径の半導体ウェーハを収納可能な大きさとすることが好ましく、より具体的には、凹部の直径を、半導体ウェーハの凹部からの取り出しが容易になる程度のクリアランス分を１５０ｍｍに加えた大きさ以下とすることが好ましい。更に、溝部２１ｃの幅ｗ１は、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。更にまた、凸部２１ｄの高さｈは、換言すると溝部２１ｃの底面と凹部２１ａの底面２１ｂとの段差は、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満の範囲とすることが好ましい。
凸部２１ｄの平面視直径ｄ１が５０ｍｍ以上であれば、凹部２１ａ内において半導体ウェーハ２２を安定して保持できるので好ましく、また凸部２１ｄの平面視直径ｄ１が９０ｍｍ以下であれば、凸部２１ｄと半導体ウェーハ２２との境界全体に反応ガスを流通させることができ、これにより半導体ウェーハ２２の凸部２１ｄ側の面２２ａ全面が均等にエッチングされるので好ましい。
また、凸部２１ｄの高さｈが０．１ｍｍ以上であれば、凸部２１ｄと半導体ウェーハ２２との境界全体に反応ガスを流通させることができ、半導体ウェーハ２２の凸部２１ｄ側の面２２ａ全面が均等にエッチングされるので好ましく、凸部２１ｄの高さが０．４ｍｍ未満であれば、凸部２１ｄと半導体ウェーハ２２との境界全体に流通される反応ガスの量が過剰になることがなく、半導体ウェーハ２２が部分的にエッチングされることがなく、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハを製造できる。
凸部２１ｄの平面視直径ｄ１が５０ｍｍ以上であれば、凹部２１ａ内において半導体ウェーハ２２を安定して保持できるので好ましく、また凸部２１ｄの平面視直径ｄ１が９０ｍｍ以下であれば、凸部２１ｄと半導体ウェーハ２２との境界全体に反応ガスを流通させることができ、これにより半導体ウェーハ２２の凸部２１ｄ側の面２２ａ全面が均等にエッチングされるので好ましい。
また、凸部２１ｄの高さｈが０．１ｍｍ以上であれば、凸部２１ｄと半導体ウェーハ２２との境界全体に反応ガスを流通させることができ、半導体ウェーハ２２の凸部２１ｄ側の面２２ａ全面が均等にエッチングされるので好ましく、凸部２１ｄの高さが０．４ｍｍ未満であれば、凸部２１ｄと半導体ウェーハ２２との境界全体に流通される反応ガスの量が過剰になることがなく、半導体ウェーハ２２が部分的にエッチングされることがなく、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハを製造できる。
また、凸部２１ｄの上面である凹部の底面２１ｂの表面粗さがＲａ０．１μｍ〜１５μｍの範囲、好ましくは１μｍ〜５μｍの範囲であることが、凸部２１ｄと半導体ウェーハ２２との境界全体に気相成長反応に供される反応ガスを流通可能にする点で好ましい。表面粗さを上記の下限以上にすれば、底面２１ｂと半導体ウェーハ２２の凸部２１ｄ側の面２２ａとの間に微小の空隙が生じ、この空隙を伝って半導体ウェーハ２２の凸部２１ｄ側の面２２ａとの間に反応ガスを流通させることが可能になる。また、表面粗さを上記の上限以下にすることで、半導体ウェーハのスリップ転位等の発生を防止することができる。 なお、凸部２１ｄの上面である凹部の底面２１ｂの表面粗さがＲａ０．４μｍ〜１μｍの範囲、あるいはＲａ１μｍ〜３μｍの範囲、Ｒａ８μｍ〜１２μｍであることができる。
次に、上述のように構成されたエピタキシャル膜形成装置を用いた、エピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。図５は、本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法を説明する工程図である。
まず図５（ａ）に示すように、半導体ウェーハ２２を用意する。この半導体ウェーハ２２は、上述したように単結晶シリコンからなるシリコンウェーハである。このシリコンウェーハにはＰ型ドーパントが添加されていてＰ型シリコンウェーハとされている。
まず図５（ａ）に示すように、半導体ウェーハ２２を用意する。この半導体ウェーハ２２は、上述したように単結晶シリコンからなるシリコンウェーハである。このシリコンウェーハにはＰ型ドーパントが添加されていてＰ型シリコンウェーハとされている。
次に図５（ｂ）に示すように、半導体ウェーハ２２の一面２２ｂ上に不純物拡散層２４を形成する。不純物拡散層は、例えば、Ｓｂ、Ａｓ、Ｂ、Ｐ等の不純物をイオン注入法により半導体ウェーハ２２の一面２２ｂに注入、拡散させて形成されたものであり、例えばＰを高濃度で注入することで、Ｎ＋型の不純物拡散層が形成される。
具体的には例えば、半導体ウェーハ２２の一面２２ｂを洗浄してから一面２２ｂ全面に酸化膜を形成し、次にフォトリソグラフィ技術により、酸化膜の一部をエッチングして酸化膜を部分的に除去することで単結晶シリコンを露出させる。次に、露出された単結晶シリコンに対して例えばＰ（リン）をイオン注入し、次にアニールしてＰを熱拡散させる。その後、酸化膜を除去することにより、図５（ｂ）に示すような不純物拡散層２３が、半導体ウェーハ２２の一面上に形成される。
具体的には例えば、半導体ウェーハ２２の一面２２ｂを洗浄してから一面２２ｂ全面に酸化膜を形成し、次にフォトリソグラフィ技術により、酸化膜の一部をエッチングして酸化膜を部分的に除去することで単結晶シリコンを露出させる。次に、露出された単結晶シリコンに対して例えばＰ（リン）をイオン注入し、次にアニールしてＰを熱拡散させる。その後、酸化膜を除去することにより、図５（ｂ）に示すような不純物拡散層２３が、半導体ウェーハ２２の一面上に形成される。
次に、不純物拡散層２３の形成後の半導体ウェーハ２２を、上述のエピタキシャル膜形成装置１０に導入する。半導体ウェーハ２２をサセプタ２１の凹部２１ａに収容する際には、半導体ウェーハ２２の一面２２ｂを凸部２１ｄと反対側に向けて収容する。これにより、半導体ウェーハの一面と反対側の面２２ａが、凸部２１ｄ側に向けられ、かつ凸部２１ｄに接する。
次に、半導体ウェーハ２２の一面２２ｂ上にエピタキシャル膜を形成する。
エピタキシャル膜の形成を開始するにあたり、まず、図１に示す供給管１６を介してベルジャ１１の内部に水素ガスをパージし、図示略の駆動手段を介してサセプタ２１を回転させながら、ヒータ１８によってベルジャ１１の内部を例えば１０００℃乃至１２５０℃の範囲、より好ましくは１１５０℃〜１２５０どの範囲に昇温し、半導体ウェーハ２２を所望の成長温度で均一に加熱する。続いて、供給管１６を介して、例えば塩化水素と水素との混合ガスをベルジャ１１内に供給して半導体ウェーハ２２の一面２２ｂをエッチングし、再び水素ガスによってベルジャ１１の内部をパージする。尚、上記範囲の成長温度は、埋め込み型のエピタキシャルウェーハを形成する際の標準的な成長温度である。通常のエピタキシャルウェーハを製造する際の成長温度は、埋め込み型よりも低くして良く、例えば１０５０℃乃至１１７０℃の範囲とすればよい。
エピタキシャル膜の形成を開始するにあたり、まず、図１に示す供給管１６を介してベルジャ１１の内部に水素ガスをパージし、図示略の駆動手段を介してサセプタ２１を回転させながら、ヒータ１８によってベルジャ１１の内部を例えば１０００℃乃至１２５０℃の範囲、より好ましくは１１５０℃〜１２５０どの範囲に昇温し、半導体ウェーハ２２を所望の成長温度で均一に加熱する。続いて、供給管１６を介して、例えば塩化水素と水素との混合ガスをベルジャ１１内に供給して半導体ウェーハ２２の一面２２ｂをエッチングし、再び水素ガスによってベルジャ１１の内部をパージする。尚、上記範囲の成長温度は、埋め込み型のエピタキシャルウェーハを形成する際の標準的な成長温度である。通常のエピタキシャルウェーハを製造する際の成長温度は、埋め込み型よりも低くして良く、例えば１０５０℃乃至１１７０℃の範囲とすればよい。
この一面２２ｂに対するエッチングプロセスの終了後、四塩化シリコン、ＴＣＳ（トリクロロシラン）、ジクロロシランなどのシリコンソースガスがキャリアガスである水素ガスに添加されてなる混合ガス（反応ガス）を、供給管１６を介してベルジャ１１の内部に供給する。
ベルジャ１１内部に供給された反応ガスは、図１の矢印に示すように、ベルジャ１１の内壁に沿ってベルジャ１１の内部を流動する。この流動する反応ガスがサセプタ２１とともに回転する半導体ウェーハ２２の一面２２ｂの上を繰り返し通過することにより、図５（ｃ）に示すように半導体ウェーハ２２の一面２２ｂ上でエピタキシャル膜２４が成長する。
図６には、サセプタ２１及び半導体ウェーハ２２付近における反応ガスの流れの拡大断面模式図を示す。図６に示すように、反応ガスの大部分は、図６中の矢印３１に示すように、半導体ウェーハ２２の一面２２ｂの上を繰り返し通過する。また、反応ガスの一部は、矢印３２に示すように、凹部２１ａと半導体ウェーハ２２の外周部との隙間から半導体ウェーハ２２の一面と反対側の面２２ａ側に回り込んで溝部２１ｃ内に流入する。更に、溝部２１ｃに流入した反応ガスの一部が、矢印３３に示すように、半導体ウェーハ２２の面２２ａと底面２２ｂとの間を流通する。凸部２１ｄの平面視直径ｄ１が、凸部２１ｄと半導体ウェーハ２２との境界全体に反応ガスが流通可能となる大きさに設定されているので、反応ガスは半導体ウェーハ２２の一面と反対側の面２２ａのほぼ全面に接することになる。
ところで本実施形態のエピタキシャル膜製造装置においては、ヒータ１８がベルジャ１１の周囲に配置されているため、半導体ウェーハ２２の一面２２ｂよりもその反対側の面２２ａのほうが比較的低温になっている。このため半導体ウェーハ２２の一面２２ｂと反対側の面２２ａではエッチング雰囲気となり、半導体ウェーハ２２と凸部２１ｄとの境界に流入した反応ガスによって、半導体ウェーハ２２の面２２ａのほぼ全面が均一にエッチングされる。
以上のようにして、半導体ウェーハ２２の一面２２ｂにエピタキシャル膜２４が形成されてなるエピタキシャルウェーハ２５が製造される（図５（ｃ））。このエピタキシャルウェーハ２５は、ウェーハ全体における厚みのバラツキが成膜したエピタキシャル膜厚の１／３以下、より好ましくは１／４以下、さらに、５％以下となる。たとえば、バラツキが１％は、成膜したエピタキシャル膜厚５μｍのとき０．０５μｍであり、成膜したエピタキシャル膜厚１μｍのとき０．０５μｍとなる。
以上説明したように、上記のサセプタ２１を備えたエピタキシャル膜形成装置１０によれば、半導体ウェーハ２２を収容する凹部２１ａに凸部２１ｄが設けられ、かつ凸部２１ｄの直径ｄ１が、凹部２１ａに半導体ウェーハ２２が載置された際に凸部２１ａと半導体ウェーハ２２との境界全体に反応ガスが流通可能となる大きさに設定されているので、このサセプタ２１を使用してのエピタキシャル膜形成の際に、半導体ウェーハ２２の凸部２１ｄ側の面２２ａ全面に反応ガスを曝すことが可能となり、これにより半導体ウェーハ２２の凸部側の面２２ａ全面が均等にエッチングされる。これにより、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハ２５を製造することができる。
また、上記のサセプタ２１によれば、凹部２１ａの直径ｄ２が１５０ｍｍ以下とされ、凸部２１ｄの直径ｄ１が５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とされ、凸部２１ｄの高さｈが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満とされているので、厚みのバラツキが小さな直径１５０ｍｍ以下のエピタキシャルウェーハを製造できる。
また、上記のサセプタ２１によれば、凹部２１ａの直径ｄ２が１５０ｍｍ以下とされ、凸部２１ｄの直径ｄ１が５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とされ、凸部２１ｄの高さｈが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満とされているので、厚みのバラツキが小さな直径１５０ｍｍ以下のエピタキシャルウェーハを製造できる。
更に、上記のエピタキシャルウェーハ２５によれば、厚みのバラツキが成膜したエピタキシャル膜厚の１／３以下とされているので、従来のエピタキシャルウェーハに比べて平坦度が高く、これによりエピタキシャルウェーハ上に高集積度のデバイスを形成することができる。
また、上記のエピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハ２２とエピタキシャル膜２４との間に不純物拡散層２３が埋め込まれた所謂埋め込み型のエピタキシャルウェーハであり、このエピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜は比較的高い成長温度で形成されるため、半導体ウェーハ２２の凸部側の面２２ａのエッチング量が通常のエピタキシャルウェーハと比べて大きくなるところ、厚みのバラツキが成膜したエピタキシャル膜厚の１／３以下と小さいため、高集積度のデバイスの形成が可能になる。
また、上記のエピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハ２２とエピタキシャル膜２４との間に不純物拡散層２３が埋め込まれた所謂埋め込み型のエピタキシャルウェーハであり、このエピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜は比較的高い成長温度で形成されるため、半導体ウェーハ２２の凸部側の面２２ａのエッチング量が通常のエピタキシャルウェーハと比べて大きくなるところ、厚みのバラツキが成膜したエピタキシャル膜厚の１／３以下と小さいため、高集積度のデバイスの形成が可能になる。
更にまた、上記のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル膜形成の際に、サセプタ２１の凹部２１ａ及び凸部２１ｄと半導体ウェーハ２２との間にも反応ガスを流通させるので、半導体ウェーハ２２の凸部側の面２２ａ全面を均等にエッチングさせることができ、これにより、厚みのバラツキが小さなエピタキシャルウェーハ２５を製造することができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
本実施形態では、埋め込み型のエピタキシャルウェーハについて説明したが、本発明はこれに限らず、不純物埋め込み層を有しない通常のエピタキシャルウェーハにも適当可能である。
また、本実施形態のサセプタは、バレル型のエピタキシャル膜形成装置に限らず、枚様型のエピタキシャル膜形成装置にも適用できる。
図７には、枚様型のエピタキシャル膜形成装置の模式図を示す。図７に示すエピタキシャル膜形成装置４０は、内部に成膜室が形成される石英チャンバ４１と、この石英チャンバ４１に供給管４２を接続するインジェクトフランジ４３と、この石英チャンバ４１に排気管４４を接続するイグゾーストフランジ４６と、供給管４２の中間に介装されるメインバルブ４７と、石英チャンバ４１の両側開口部に各々装着されるウェーハ搬送用取出口４１ａ及び熱電対固定用フランジ４１ｂとが備えられている。また、石英チャンバ４１の上下には、ランプヒータ５０（加熱手段）が備えられている。
本実施形態では、埋め込み型のエピタキシャルウェーハについて説明したが、本発明はこれに限らず、不純物埋め込み層を有しない通常のエピタキシャルウェーハにも適当可能である。
また、本実施形態のサセプタは、バレル型のエピタキシャル膜形成装置に限らず、枚様型のエピタキシャル膜形成装置にも適用できる。
図７には、枚様型のエピタキシャル膜形成装置の模式図を示す。図７に示すエピタキシャル膜形成装置４０は、内部に成膜室が形成される石英チャンバ４１と、この石英チャンバ４１に供給管４２を接続するインジェクトフランジ４３と、この石英チャンバ４１に排気管４４を接続するイグゾーストフランジ４６と、供給管４２の中間に介装されるメインバルブ４７と、石英チャンバ４１の両側開口部に各々装着されるウェーハ搬送用取出口４１ａ及び熱電対固定用フランジ４１ｂとが備えられている。また、石英チャンバ４１の上下には、ランプヒータ５０（加熱手段）が備えられている。
石英チャンバ４１の下部には、上端縁が石英チャンバ４１内に位置するように支持台４８が貫通して設けられ、サセプタ４９はこの支持台４８の上端縁に略水平に設けられる。
図７に示す枚葉型のエピタキシャル膜形成装置４０に用いられるサセプタ４９であっても、凹部を設けるとともにこの凹部の中に凸部を設けることで、上記のサセプタ２１及びエピタキシャル膜形成装置１０と同様な効果が得られる。
図７に示す枚葉型のエピタキシャル膜形成装置４０に用いられるサセプタ４９であっても、凹部を設けるとともにこの凹部の中に凸部を設けることで、上記のサセプタ２１及びエピタキシャル膜形成装置１０と同様な効果が得られる。
Ｐ型ドーパントが添加されてなる直径１５０ｍｍのＰ型シリコンウェーハを用意し、このＰ型シリコンウェーハに対して以下の手順でエピタキシャル膜を形成した。
図１に示すエピタキシャル膜形成装置を用意し、この装置のサセプタの凹部に、Ｐ型シリコンウェーハを収容した。そして、ベルジャの内部に水素ガスをパージし、サセプタを回転させながら、ヒータによってベルジャの内部を１２２０℃まで昇温してＰ型シリコンウェーハ均一に加熱した。
次に、ＴＣＳ（トリクロロシラン）からなるシリコンソースガスが濃度５％の割合で水素ガスに添加されてなる反応ガスを、１５０ｍｌ／分の流量でベルジャの内部に供給することにより、厚み９μｍのエピタキシャル膜を成長させた。
図１に示すエピタキシャル膜形成装置を用意し、この装置のサセプタの凹部に、Ｐ型シリコンウェーハを収容した。そして、ベルジャの内部に水素ガスをパージし、サセプタを回転させながら、ヒータによってベルジャの内部を１２２０℃まで昇温してＰ型シリコンウェーハ均一に加熱した。
次に、ＴＣＳ（トリクロロシラン）からなるシリコンソースガスが濃度５％の割合で水素ガスに添加されてなる反応ガスを、１５０ｍｌ／分の流量でベルジャの内部に供給することにより、厚み９μｍのエピタキシャル膜を成長させた。
尚、上記の工程において、サセプタの凹部の直径を概略１５０ｍｍとし、溝部の幅を２〜４０ｍｍ（凸部の直径を７０〜１４６ｍｍとし）、凸部の高さを０．２〜０．４ｍｍとした。
また、凹部の中に、深さ０．２ｍｍ、直径１１０ｍｍの別の凹部を更に設けたサセプタも使用した。このサセプタの場合には、半導体ウェーハの周縁部において凹部の底面に支持される状態になる。
また、凹部の中に、深さ０．２ｍｍ、直径１１０ｍｍの別の凹部を更に設けたサセプタも使用した。このサセプタの場合には、半導体ウェーハの周縁部において凹部の底面に支持される状態になる。
製造されたエピタキシャルウェーハについて、エピタキシャル膜成膜前後においてＴＴＶの差分を測定し、このＴＴＶの差分をエピタキシャル膜成膜前後での厚みのバラツキ
として確認した。
この厚みのバラツキを表１に示すと共に、ＴＴＶの測定結果を図８に示す。尚、表１におけるNo.1は図８（ａ）に対応し、表１におけるNo.2は図８（ｂ）に対応し、表１におけるNo.3は図８（ｃ）に対応し、表１におけるNo.4は図８（ｄ）に対応し、表１におけるNo.4は図８（ｅ）に対応する。表１における厚みのバラツキは、ウェーハ全面におけるＴＴＶの差分データの平均である。
として確認した。
この厚みのバラツキを表１に示すと共に、ＴＴＶの測定結果を図８に示す。尚、表１におけるNo.1は図８（ａ）に対応し、表１におけるNo.2は図８（ｂ）に対応し、表１におけるNo.3は図８（ｃ）に対応し、表１におけるNo.4は図８（ｄ）に対応し、表１におけるNo.4は図８（ｅ）に対応する。表１における厚みのバラツキは、ウェーハ全面におけるＴＴＶの差分データの平均である。
表１に示すように、凸部の直径が７０ｍｍで高さが０．２ｍｍのもの（No.3）については、厚みのバラツキが比較的小さくなっていることがわかる。
また、凸部の直径が１４６ｍｍのもの（No.5）や、凸部の直径が１１０ｍｍのもの（No.2、No.4）については、No.3よりも厚みのバラツキが大きくなっていることがわかる。
更に、凹部に別の凹部を設けたサセプタを用いて製造したウェーハ（No.1）についても、No.3に比べて厚みのバラツキが大きくなっていることがわかる。
また、凸部の直径が１４６ｍｍのもの（No.5）や、凸部の直径が１１０ｍｍのもの（No.2、No.4）については、No.3よりも厚みのバラツキが大きくなっていることがわかる。
更に、凹部に別の凹部を設けたサセプタを用いて製造したウェーハ（No.1）についても、No.3に比べて厚みのバラツキが大きくなっていることがわかる。
次に、図８（ｃ）を見ると、ＴＴＶの分布のバラツキが比較的低くなっていることがわかる。一方、図８（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｅ）を見ると、ＴＴＶの分布のバラツキが比較的高いことがわかる。特に、図８（ｅ）に示すウェーハは、中心部分のエッチング量が極端に少なくなっていることがわかる。これは、凸部の直径が大きすぎたために、反応ガスがウェーハの中央部分に十分に流通せず、周縁部のみがエッチングされてしまい、これによりバラツキが大きくなったものと考えられる。
１０…エピタキシャル膜形成装置、１１…ベルジャ（成膜室）、１８…ヒータ（加熱手段）、２１…サセプタ、２１ａ…凹部、２１ｄ…凸部、２２…半導体ウェーハ、２３…不純物拡散層、２４…エピタキシャル膜、２５…エピタキシャルウェーハ、ｄ１…凸部の直径、ｄ２…凹部の直径、ｈ…凸部の高さ
Claims (3)
- エピタキシャル膜形成装置の成膜室内に設置されるサセプタであって、
半導体ウェーハを収容する平面視略円形の凹部が設けられ、前記凹部の底面の周縁部には平面視円環状の溝部が形成され、この溝部の形成によって前記凹部には前記半導体ウェーハを支持する平面視略円形の凸部が設けられ、前記凸部の直径が前記凹部の直径よりも小とされ、かつ前記凸部の直径が、前記凹部に前記半導体ウェーハが載置された際に前記凸部と前記半導体ウェーハとの境界全体に気相成長反応に供される反応ガスが流通可能となる大きさに設定され、
前記凹部の直径が１５０ｍｍ以下の直径の半導体ウェーハを収納可能な大きさとされ、
前記溝部の幅が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲とされ、
前記凸部の直径が５０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲とされ、前記凸部の高さが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ未満とされて、
前記凸部が、前記凹部に収納された前記半導体ウェーハのエピタキシャル膜を形成する一面と反対側の面に接することを特徴とするエピタキシャル膜形成装置のサセプタ。 - 請求項１に記載のエピタキシャル膜形成装置用のサセプタと、前記サセプタが収容される成膜室と、少なくとも前記半導体ウェーハのサセプタ側と反対側に設置された加熱手段とを具備してなることを特徴とするエピタキシャル膜形成装置。
- 請求項１に記載のエピタキシャル膜形成装置用のサセプタと、前記サセプタが収容される成膜室と、少なくとも前記半導体ウェーハのサセプタ側と反対側に設置された加熱手段とを具備してなるエピタキシャル膜形成装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であり、
前記サセプタの前記凹部に半導体ウェーハを収容し、前記加熱手段によって前記半導体ウェーハを加熱しつつ前記成膜室に反応ガスを供給するとともに、前記サセプタの前記凸部と前記半導体ウェーハとの間にも前記反応ガスを流通させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
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