JP7628868B2

JP7628868B2 - サセプタ

Info

Publication number: JP7628868B2
Application number: JP2021064474A
Authority: JP
Inventors: 慶伊藤
Original assignee: クアーズテック合同会社
Priority date: 2021-04-05
Filing date: 2021-04-05
Publication date: 2025-02-12
Anticipated expiration: 2041-04-05
Also published as: JP2022159954A

Description

本発明は、半導体基板上に均一な半導体エピタキシャル膜を形成することができるサセプタに関する。

近年、半導体素子の微細化に伴い、ウエハ表面の結晶欠陥の低減が求められている。この要求に応えるために、ウエハの表面およびその近傍に、結晶欠陥を高度に制御したエピタキシャル膜を成膜する技術が求められる。

エピタキシャルウエハは、図４に示すような気相エピタキシャル成長装置５０を用いて、サセプタ５２上に載せたシリコンウエハＷの表面にエピタキシャル膜ＥＰを気相成長させることによって製造される。シリコンウエハＷは、サセプタ上面の中央部に形成された円形凹部（ポケット部）に載せる。ポケット部は、円形の底壁とこれを取り囲む側壁とから構成され、底壁は平坦、または若干湾曲した形状を有し、側壁はサセプタの上面を所定の深さまで直角に切り込んで形成されている。そして、回転軸５４を中心としてサセプタ５２およびシリコンウエハＷを所定方向に回転させ、チャンバ５１の外側（図示せず）よりシリコンウエハＷを加熱しつつ、反応ガス供給管５５から排気管５６へと水平に反応ガスＧを供給する。このようにして、シリコンウエハＷの表面上にエピタキシャル膜ＥＰが気相成長する。

従来から、ウエハ表面に形成されるエピタキシャル膜の膜厚を均一にし、かつ、結晶欠陥を低減するため、サセプタについて、種々の提案がなされている。

特許文献１では、有機金属気相成長法により加熱された基板上に半導体結晶をエピタキシャル成長させる半導体気相成長装置において、回転する板状のサセプタに、複数の基板を周方向に配置し、かつ、サセプタ中心を膨らませて基板の結晶成長面を、原料ガスの流れ方向に対して５°傾けることが記載されている（特許文献１の図４）。

しかしながら、基板を原料ガスの流れ方向に対して５°傾斜させると、サセプタ中心の成長速度がサセプタ外周部よりも大きくなり、均一なエピタキシャル膜を製造することが困難となる。また、ウエハを載せるポケット部が傾斜しているのに対して、底面が水平であるために、サセプタの厚さが一定でなく、熱伝導が不均一となり、均一なエピタキシャル膜を製造することが困難である。

また、特許文献１の技術においてもなお、ウエハの結晶方位に起因する、エピタキシャルウエハの外周部の膜厚のばらつきにより、エピタキシャルウエハの外周部の領域を、半導体素子に使用することができないという課題があった。

特開２００４－２０７５４５号公報

本発明は、サセプタのウエハを載せるポケット部に傾斜を設けてウエハの結晶成長面を原料ガスの流れ方向に対して傾けることにより、サセプタ外周部および中心部におけるウエハのエピタキシャル膜の成長速度が同一となるように調節し、均一なエピタキシャル膜を製造しうるサセプタを提供することを目的とする。

本発明のサセプタは、回転する板状のサセプタの上面に周方向に、複数の半導体ウエハを配置するためのポケット部を有し、水平方向に対する各ポケット部の傾斜角が２．５～３．５°であり、かつ、サセプタの底面と上面とが平行であることを特徴とする。
前記サセプタの直径をｄとし、厚さをｔとしたとき、０．０１≦ｔ／ｄ≦０．０５であることが好ましい。

本発明によれば、半導体ウエハの結晶成長面を原料ガスの流れ方向に対して傾けることにより、ウエハに均一なエピタキシャル膜を成長させることができる。具体的には、サセプタの上面にある各ポケット部を水平方向に対して２．５～３．５°傾斜させ、かつ、サセプタの厚みを均一にし、底面と上面とを平行にすることにより、サセプタ外周部におけるウエハのエピタキシャル膜の成長速度が抑えられ、サセプタ外周部と中心部とで、エピタキシャル膜の成長速度が同一となり、均一なエピタキシャル膜を製造することができる。

図１は本発明のサセプタの平面図である。図２は、図１のサセプタのＡ－Ａ断面図である。図３は、図２において、ポケット部にシリコンウエハを載せ、化学気相成長により成膜する工程を説明するための断面図である。図４は、従来の気相成長装置の断面図である。図５は、基体に逆の傾きを与え、サセプタの中心を膨らませた形態を有するサセプタの断面図である。（特許文献１に記載のサセプタ）

以下、本発明のサセプタの実施形態を図１～３を参照しながら説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部位の厚みと幅との関係、部位間の大きさの比率等は、正確に図示されていない。

図１に示すように、本発明のサセプタ１０は、円板状の基体２と、円板状の外周付近に同心円状に複数個のポケット部１とを有している。ポケット部１は、サセプタ１０が回転軸（図示せず）に対して回転対称性を有するように配置されている。すなわち、本発明のサセプタ１０は、その一主面に半導体ウエハＷ（被処理基板）を載せる凹形状のポケット部１が形成された、いわゆる枚葉型のサセプタである。なお、半導体ウエハＷは、シリコンウエハなどである。

サセプタ１０を構成する基体２には、炭素材または炭素材の表面を炭化ケイ素（ＳｉＣ）で被覆したものなどが用いられる。サセプタ１０は、複数個のポケット部が形成され、中央部から両側面に向かって傾斜を有する円板状の基体２をそのまま用いるか、前記基体２に対して、ＳｉＣの被覆膜を化学気相成長（ＣＶＤ）することにより得られる。

前記サセプタ１０の直径ｄは６００～８５０ｍｍであり、厚さｔは１２～１８ｍｍである。そして、図２に示すように、サセプタの厚さｔは一定であり、底面と上面とは平行である。
前記サセプタ１０の直径をｄとし、厚さをｔとしたとき、０．０１≦ｔ／ｄ＜０．０５であり、好ましくは０．０２≦ｔ／ｄ≦０．０４、より好ましくは０．０２≦ｔ／ｄ≦０．０３である。つまり、サセプタ１０の厚さｔが直径ｄの０．０１～０．０５倍であると、均一な膜厚でかつ結晶欠陥が低減されたエピタキシャル膜を形成することができる。厚さｔがｄ×０．０１ｍｍ未満である場合、使用時の熱でサセプタ１０が反りやすくなり、均一なエピタキシャル膜が製造できない。一方、厚さｔがｄ×０．０５ｍｍを超える場合、熱がサセプタ１０に伝わりにくくなり、エピタキシャル膜が製造できない。

ポケット部１の数は、サセプタ１０を安定して回転させることができ、ウエハＷに対するガスの供給を均一にする観点から、３～１０個、好ましくは５～８個である。
ポケット部１の口径ｄ₀はウエハＷの直径より若干大きく形成され、ポケット部内にウエハＷが嵌り込むようになっている。ポケット部の深さは、処理するウエハＷと同程度の深さに形成されている。ポケット部１の口径ｄ₀は１５０～２５０ｍｍ、好ましくは１７５～２２５ｍｍである。ポケット部１の口径ｄ₀は、ポケット部１の数に応じて決定される。

前記ポケット部１の深さt₀は７０～１００μｍ、好ましくは７５～９５μｍである。深さt₀は、サセプタ１０の厚みｔの０．４／１０～０．８／１０の範囲である。

前記サセプタ１０は、前記ポケット部１の水平方向に対する傾斜角（θ）が２．５～３．５°であり、底面が上面およびポケット部１の傾斜に平行である。前記傾斜角（θ）が２．５°より低いと、エピタキシャル膜の成長速度がサセプタ１０の外周部の方が早くなる。一方、前記傾斜角（θ）が３．５°より高いと、サセプタ１０の中心部の方がエピタキシャル膜の成長速度が早くなり、均一なエピタキシャル膜を製造することが困難となる。図２は、サセプタ１０の正面図であり、傾斜角（θ）は、サセプタ１０中央部から両側面に向かって傾斜する角度を表す。傾斜角（θ）が前記範囲であるとき、サセプタ１０外周部と中心部とで、エピタキシャル膜の成長速度が同程度となり、均一なエピタキシャル膜を製造することができる。傾斜角（θ）は２．７～３．３°であるとより好ましい。

サセプタ１０を用いて、ウエハＷの上面にエピタキシャル膜を形成するには、チャンバ（図示せず）内において、図３に示すようにサセプタ１０のポケット部１にウエハＷを置く。そして、サセプタ１０およびウエハＷを所定速度で所定方向に回転させながら（図４参照）、チャンバ外に設けられたヒータ（図示せず）によりウエハＷを加熱する。そして、チャンバ内に水平方向に導入された反応ガスＧに接触させ、ウエハＷ上にエピタキシャル膜を化学気相成長させる。

サセプタ１０はその中央部から両側面方向に傾斜しているため、ポケット部１に保持されたウエハＷに対するエピタキシャル膜の成膜の際、水平方向に供給される反応ガスＧは、図３に示すように、サセプタの形状に沿って流れる。これにより、反応ガスＧは、ウエハＷ全体に対して均一に流れ、成膜するエピタキシャル膜の膜厚ばらつきが低減される。

また、サセプタ１０の厚みｔは一定である。すなわち、ポケット部１が形成される側の面とその反対面とは平行である。厚みｔを一定にすることで、サセプタ１０全体の熱伝導が均一となり、均一なエピタキシャル膜を製造することができる。また、図３に示すように、反応ガスＧがサセプタの上面に沿って流れるため、サセプタ１０上面全体に反応ガスＧが当たり、ウエハＷに成膜されるエピタキシャル膜の膜厚均一性にも寄与する。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。

サセプタとして、直径ｄ６３ｃｍの炭素基材の外周付近に同心円状に８個のポケット部１を有するものを用いた。ポケット部の内周端はサセプタ中心から半径Ｒ１２７．５ｍｍの位置とし、ポケット部の外周端はサセプタ中心から半径Ｒ２８２．５ｍｍの位置とした。各ポケット部１の口径ｄ₀は１５５ｍｍであり、深さｔ₀は０．８ｍｍとした。

前記サセプタの中央部から両側面方向への傾斜角（θ）は、実施例１～６および比較例１～３の条件とし、各実施例において、作製したサセプタを用いてシリコンウエハにエピタキシャル膜を形成し、その成膜状態を評価した。
その他の実施例の条件および評価結果を表１に示す。表１中、ウエハ面内のエピタキシャル膜の最大と最小の膜厚差が５μｍ以下である場合を〇、１０μｍを超える場合を×、５μｍを超え１０μｍ以下の場合を△とした。

実施例１～６に示すように、サセプタの中央部から両側面方向への傾斜角（θ）が２．５～３．５°の範囲において、シリコンウエハの成膜結果が良好であった。
サセプタの直径ｄに対するサセプタの厚さｔの割合（ｔ／ｄ）が、０．０１≦ｔ／ｄ≦０．０５であるとき（実施例１～６）、ウエハ面内のエピタキシャル膜の最大と最小の膜厚差は１０μｍ以下となり、０．０２≦ｔ／ｄ≦０．０４であるときは（実施例１、２、４５）、ウエハ面内のエピタキシャル膜の最大と最小の膜厚差が５μｍ以下となり、良好な成膜結果を示した。一方、傾斜角θが２．３°であるとき（比較例１）、傾斜角θが３．７°であるとき（比較例２）、サセプタ底面からの熱が均一に伝わらず、膜が不均一になった。図５に示すサセプタを用いた比較例３では、サセプタ底面と上面が平行でないため、サセプタ外周部と中心部とで、エピタキシャル膜の成長速度が均一とならず、均一なエピタキシャル膜が得られなかった。

１ポケット部
２基体
１０サセプタ
５０エピタキシャル成長装置
５１チャンバ
５２サセプタ
５３ポケット部
５４回転軸
５５反応ガス供給管
５６排気管
Ｗ半導体ウエハ（被処理基板）
ＥＰエピタキシャル膜
Ｇ反応ガス

Claims

上面に、半導体ウエハを配置するための複数のポケット部を有する円板状のサセプタであって、
前記サセプタの底面と、前記上面および前記ポケット部とが平行であり、
前記上面は、中央部から外周部に向かって下方傾斜し、
水平方向に対する前記ポケット部の傾斜角が２．５～３．５°であり、
前記サセプタの直径をｄとし、厚さをｔとしたとき、０．０１≦ｔ／ｄ≦０．０５であることを特徴とするサセプタ。
原料ガスが、前記水平方向から供給され、前記サセプタの前記上面に沿って流れるように用いられる、請求項１に記載のサセプタ。