JPH06232054A

JPH06232054A - サセプタの製造方法

Info

Publication number: JPH06232054A
Application number: JP1882293A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nakamura; 修中村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1994-08-19

Abstract

(57)【要約】【構成】黒鉛材１５ａ表面にＳｉＣ膜をＣＶＤ法によ
り形成するサセプタの製造方法において、前記ＣＶＤ法
による前記ＳｉＣ膜形成時、使用時におけるサセプタの
下面を上方にしてサセプタをＣＶＤ装置１０内に支持さ
せ、使用時におけるサセプタの被支持部分の上方に所定
距離をおいてカバー１６を設置するサセプタの製造方
法。【効果】サセプタの被支持部分でのＳｉＣ膜形成を損
なうことなく、突起状ＳｉＣの生成を抑制することがで
き、サセプタの使用時における局所的な温度分布の発生
を抑制することができる。したがって、気相成長装置の
高温用治具及び加熱台等に用いることができ、またウエ
ハの不良品発生率を大幅に低くし、歩留まりを大きく向
上させることができるセプタを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサセプタの製造方法に関
し、より詳細には主として半導体製造プロセスにおい
て、耐熱性及び耐食性を有し、気相成長装置の高温用治
具及び加熱台等として用いられるサセプタの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
容器で外界と遮断した半導体基板上に反応性ガスを供給
し、前記基板上に薄膜を形成する工程がある。これらの
工程では原料ガスの供給により、前記基板上で気相反応
を起こさせて薄膜を形成する気相成長装置が使用されて
いる。

【０００３】それらの中でも特に、シリコン基板上にシ
リコンの単結晶を成長させるエピタキシャル成長装置は
ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造工程で利用されてい
る。この装置ではシリコン基板を通常１０００℃以上に
加熱し、反応容器内に四塩化珪素、トリクロルシラン等
の原料ガスと水素との混合ガスを供給し、水素還元また
は熱分解することによって、前記シリコン基板上にエピ
タキシャル成長による単結晶のシリコン薄膜を成長させ
る。また、エピタキシャル成長は半導体装置の製造プロ
セスにおいてバイポーラ素子の耐圧などを高めるために
用いられており、素子においてもメガビットのメモリを
製作する場合、α線によるソフトエラーやラッチアップ
を防ぐために必要な技術になっている。

【０００４】このようなエピタキシャル成長には、例え
ば図４に示したような気相成長装置が用いられている。

【０００５】図４は従来の気相成長装置を示した模式的
断面図である。図中２１は気相成長装置を示しており、
気相成長装置２１は石英製のチャンバ２２とチャンバベ
ース２３とによって外界と隔離されている。チャンバ２
２内の中央部には円筒形状の支持台２４が回転可能に配
設され、この支持台２４により、使用時には複数個の半
導体基板２６が載置されるサセプタ２５が下方から支持
されている。中央に開口部２５ｂを有する円盤形状の黒
鉛基材がＣＶＤ法による厚さ１５０μm のＳｉＣ膜によ
り被覆されてサセプタ２５は形成されており、サセプタ
２５の直径は約７００mm、厚さは約２０mm、重さは約１
０kgとなっている。

【０００６】また、支持台２４の中央部は原料ガス導入
部２７となっており、支持台２４の下部はチャンバベー
ス２３の下方へ突出している。また、サセプタ２５中央
の開口部２５ｂには原料ガスノズル２８が接続され、こ
の原料ガスノズル２８には原料ガスが半導体基板２６面
に対して略平行に流出するように複数個の孔２８ａが形
成されている。チャンバベース２３中央部の支持台２４
周囲には原料ガスの排出口３０が形成されている。ま
た、サセプタ２５を下方から誘導加熱するコイル３１が
渦状に設置されている。

【０００７】また、図４に示したような気相成長装置２
１を使用した場合、気相成長装置２１のサセプタ２５は
１０００℃前後の高温となるため耐熱性及び耐食性を有
することが要求され、このためサセプタ２５には主に黒
鉛材からなる板の表面にＳｉＣ膜を形成した基材が用い
られている。

【０００８】従来から、サセプタ２５を製造する際のＳ
ｉＣ膜形成には、炭化水素等の炭素源を含むハロゲン化
珪素化合物を還元性気流中で熱分解させて、黒鉛基材表
面に直接ＳｉＣを蒸着させるＣＶＤ法が用いられてお
り、図５は従来のＣＶＤ法に用いられるＣＶＤ装置を示
した模式的断面図である。ＣＶＤ装置２０は炉外壁１１
によって外部と遮断されており、炉外壁１１の内側には
黒鉛繊維等の断熱材からなる炉内壁１２が形成されてい
る。炉内壁１２内の中央部には支持台１３が配設されて
おり、また支持台１３上方部にＬ型の支持棒１４が垂設
されている。ＳｉＣ膜の形成時には支持棒１４上にサセ
プタ基材２５ａが載置される。これら支持台１３及び支
持棒１４からなる支持部と炉内壁面１２ａとの間にはヒ
ーター１７が設置され、また炉底部１１ｂには原料ガス
導入口１８が形成され、さらに支持台１３を挟んで原料
ガス導入口１８と反対側の炉底部１１ｂには原料ガス排
出口１９が形成されている。

【０００９】上記したＣＶＤ装置２０を用いた従来のサ
セプタ２５の製造方法を説明する。まず、サセプタ基材
２５ａを支持棒１４上に載置する。この後、ヒーター１
７で昇降温速度１０℃/minにてサセプタ基材２５ａを約
１２００℃の温度で加熱する。この状態で、原料ガス導
入口１８からＨ₂ 、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 及びＣＨ₄ の組成比
がたとえば８：１：１であるシリコン系原料ガスを供給
する。この時、常温常圧でガス流速をたとえば６．８cm
/minに設定する。

【００１０】原料ガスがサセプタ基材２５ａの上面近傍
に到達すると、加熱されたサセプタ基材２５ａの熱によ
りシリコン系原料ガスが分解、反応を起こし、ＳｉＣ薄
膜がサセプタ基材２５ａ表面に形成される。このように
して、サセプタ２５のＳｉＣ膜が形成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のサセプタ２５を
用いた気相成長装置２１においては、図６に示したよう
に円盤形状のサセプタ２５は耐熱性及び耐食性を有する
石英やＳｉＣからなる円筒状の支持台２４上に直接設置
されており、サセプタ２５中央部のサセプタ被支持部分
２９と支持台２４の上面とが接触してサセプタ２５は支
持台２４によって支えられている。また、この支持台２
４付近にはコイル３１が存在しないため、使用時には支
持台２４の温度は低く、コイル３１で温められたサセプ
タ２５の熱は接触している部分においてサセプタ被支持
部分２９から支持台２４へと伝導伝熱する。この放熱に
より、サセプタ２５の上面においては図６に示したよう
な温度勾配が発生する。図６から明らかなように支持台
２４と接触していない部分の温度は約１２００℃となる
が、支持台２４と接触しているサセプタ被支持部分２９
の温度は約８００℃となり、かなりの温度差があること
が分かる。

【００１２】また、図７に示したようにサセプタ２５表
面のＳｉＣ膜３３は黒鉛基材３２上にＣＶＤ法によって
形成されるが、その際、ＳｉＣ膜３３の表面に高さ１０
０μｍ以上の突起状ＳｉＣ３４が形成される場合がしば
しばある。表面に突起状ＳｉＣ３４を有するサセプタ２
５を使用した場合、支持台２４の表面は緻密な平板によ
り構成されているため、サセプタ２５から支持台２４へ
の伝導伝熱の行なわれる場所がサセプタ被支持部分２９
の突起状ＳｉＣ３４のみに限られる。このため、突起状
ＳｉＣ３４付近では全体的に支持台２４に接している部
分に比べて伝熱速度が遅くなり、突起状ＳｉＣ３４付近
の温度は高くなり、突起状ＳｉＣ３４付近には局所的な
温度分布が発生する（図８（ａ）、（ｂ）参照）。ま
た、サセプタ２５上面では図８（ｃ）に示したように急
峻な温度勾配が発生する。このように、サセプタ２５に
は円周方向に温度ムラが発生し、サセプタ２５上のウエ
ハ面でのエピタキシャル成長が不均一なものとなるとい
う課題があった。さらに、色ムラの発生等の不良品発生
率が高くなり、ウエハの歩留まりが低くなるという課題
があった。

【００１３】上記課題を解決するために、突起状ＳｉＣ
３４を研磨等によって除去することも考えられるが、Ｓ
ｉＣは非常に硬いため研磨が容易ではないという課題が
あった。

【００１４】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、使用時におけるサセプタの被支持部分で
のＳｉＣ膜形成を損なうことなく突起状ＳｉＣの生成を
抑制し、均一なエピタキシャル成長を行なわせることが
でき、不良品発生率を小さな値にすることができるサセ
プタの製造方法を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るサセプタの製造方法は、黒鉛材表面にＳ
ｉＣ膜をＣＶＤ法により形成するサセプタの製造方法に
おいて、前記ＣＶＤ法による前記ＳｉＣ膜形成時、使用
時における前記サセプタの下面を上方にして前記サセプ
タをＣＶＤ装置内に支持させ、使用時における前記サセ
プタの被支持部分の上方に所定距離を置いてカバーを設
置することを特徴としている。

【００１６】

【作用】検討の結果、突起状ＳｉＣはＣＶＤ装置の炉内
壁材の破片及びＳｉＣ粒子等のうち、直径１５０μm 以
上のものが核となって生成されることが分かった。Ｓｉ
Ｃ膜を形成する際には炉内壁の黒鉛材表面にもＳｉＣが
付着し、さらにこのＳｉＣ生成層が厚くなってくると、
黒鉛とＳｉＣとでは熱膨張率の差が大きいことに起因し
てＳｉＣ膜にき裂が発生し、そこから炉内壁材である黒
鉛材、黒鉛繊維及びＳｉＣ等の破片が飛散することとな
る。また、気相中で原料ガスが分解、反応をおこすこと
によって生成される直径数μm 程度以下のＳｉＣ粒子の
一部が炉内に蓄積され、該ＳｉＣ粒子も飛散することと
なる。たとえば、常圧、１３００℃でサセプタ基材近傍
のガス流速が約２cm/secであるような一般的なＣＶＤ装
置内ガス流速においては、前記炉内壁材の破片及びＳｉ
Ｃ粒子等の物質が重力落下の運動によって飛来し、これ
ら飛来物質３５が形成中のＳｉＣ膜表面に付着し（図１
（ａ）参照）、さらにその上にＳｉＣ膜が形成され（図
１（ｂ）参照）、突起状ＳｉＣが生成されることとな
る。

【００１７】本発明に係るサセプタの製造方法によれ
ば、前記ＳｉＣ膜を形成する際に、図２に示したような
ＣＶＤ装置を用いる。ＣＶＤ装置１０は炉外壁１１によ
って外部と遮断されており、炉外壁１１の内側は黒鉛繊
維等の断熱材からなる炉内壁１２が形成されている。炉
内壁１２内の中央部には支持台１３が配設されており、
また支持台１３上方部にＬ型の支持棒１４が垂設されて
いる。ＳｉＣ膜の形成時には支持棒１４上に中央部に開
口部を有する円盤形状のサセプタ基材１５ａが載置さ
れ、炉壁天井部１２ｂからは円盤形状のカバー１６がサ
セプタ基材１５ａと所定距離を置いて吊設される。ま
た、これら支持台１３及び支持棒１４からなる支持部と
炉内壁面１２ａとの間にはヒーター１７が設置され、ま
た炉底部１１ｂには原料ガス導入口１８が形成され、さ
らに支持台１３を挟んで原料ガス導入口１８と反対側の
炉底部１１ｂには原料ガス排出口１９が形成されてい
る。

【００１８】この場合、使用時におけるサセプタ１５の
下面となる面を上方にしてサセプタ基材１５ａをＣＶＤ
装置１０内に支持させ、使用時におけるサセプタ１５の
被支持部分の上方に所定距離を置いてカバー１６を設置
する（図３（ａ）参照）。このため、カバー１６下の使
用時における被支持部分においては、前記飛来物質が付
着しないため突起状ＳｉＣの生成が抑制されることとな
り、しかも所定距離を置くことによりＳｉＣ膜の形成を
損なうこともない。このため、使用時においても前記被
支持部分に急峻な温度勾配が生じず、局所的な温度分布
の発生も抑制されることとなる。したがって、エピタキ
シャル成長を均一的に行なわせることができ、不良品発
生率を低く抑えることができるサセプタを製造すること
が可能となる。

【００１９】ただし、使用時における前記被支持部分の
ＳｉＣ膜形成を損なわないように、カバー１６とサセプ
タ基材１５ａとの間隔及びカバー１６のサイズを選択す
る必要がある。たとえば、常圧、１３００℃でサセプタ
基材近傍のガス流速が約２cm/secであるような一般的な
ＣＶＤ装置においては、カバー１６とサセプタ基材１５
ａとの間隔を２cm、カバー１６のサイズを使用時におけ
る被支持部分の面積の約１．３倍（図３（ｂ）参照）と
すれば良いが、これらは前記被支持部分へのガス供給量
が極端に損なわれない範囲で選択すれば良い。また、カ
バー１６の素材としては黒鉛及びＳｉＣの板が考えられ
るが、ＣＶＤ反応に対して悪影響を及ぼさず、かつ飛来
物質を生成しないものであれば、他の材料を用いても良
い。

【００２０】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るサセプタの製
造方法の実施例および比較例を図面に基づいて説明す
る。なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一
の符合を付すこととする。実施例に係るサセプタの製造
方法においては、図２に示したＣＶＤ装置２０を使用
し、まず中央に貫通孔を有する円盤形状のサセプタ基材
１５ａの基材を、使用時におけるサセプタの下面となる
面を上方にし、支持棒１４上に載置する。この時、使用
時におけるサセプタの被支持部分の上方には２cmの距離
を置いて、大きさが被支持部分の約１．５倍である黒鉛
材のカバー１６を設置する。この後、ヒーター１７で昇
降温速度１０℃/minにてサセプタ基材１５ａを約１２０
０℃の温度に加熱する。この状態で、原料ガス導入口１
８からＨ₂ 、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 及びＣＨ₄ の組成比が８：
１：１であるシリコン系原料ガスを常温、常圧下でガス
流速約６．８cm/minで送入する。そして、原料ガスがサ
セプタ基材１５ａの上面近傍に到達すると、加熱された
サセプタ基材１５ａの熱によりシリコン系原料ガスが分
解、反応を起こし、ＳｉＣ薄膜がサセプタ基材１５ａ表
面に形成される。このようにして、サセプタのＳｉＣ膜
が形成される。

【００２１】上記のようにして製造したサセプタの表面
には微粒子飛来による突起状ＳｉＣの生成はなく、しか
も被支持部分における成膜速度の低下も見られなかっ
た。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記表１は上記実施例に係るサセプタを用
いた気相成長装置と、従来の製造方法による比較例に係
るサセプタ２５を用いた気相成長装置２１とをそれぞれ
使用してウエハへのエピタキシャル成長を行なった後、
ウエハにおける不良品発生率を調べ、その結果を示した
ものである。

【００２４】なお、これらの気相成長装置の規定回数は
８００回とした。表１から明らかなように比較例のもの
においては、エピタキシャル成長を行なったウエハのう
ち４５％のものに色ムラあるいはスリップ等の欠陥が発
生したが、実施例のものにおいては、規定回数８００回
の使用終了までの不良品発生率は５％以下であったこと
から、ウエハの不良品発生率を約１／１０に改善できる
ことが分かった。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明に係るサセ
プタの製造方法にあっては、黒鉛材表面にＳｉＣ膜をＣ
ＶＤ法により形成するサセプタの製造方法において、前
記ＣＶＤ法による前記ＳｉＣ膜形成時、使用時における
前記サセプタの下面を上方にして前記サセプタをＣＶＤ
装置内に支持させ、使用時における前記サセプタの被支
持部分の上方に所定距離をおいてカバーを設置するの
で、前記サセプタの被支持部分でのＳｉＣ膜形成を損な
うことなく、突起状ＳｉＣの生成を抑制することがで
き、前記サセプタの使用時における局所的な温度分布の
発生を抑制することができる。したがって、気相成長装
置の高温用治具及び加熱台等に用いることができ、また
ウエハの不良品発生率を大幅に低くし、歩留まりを大き
く向上させることができるサセプタを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は従来のサセプタ表面に存在
する突起状ＳｉＣの形成過程を示した模式的断面図であ
る。

【図２】本発明に係るサセプタの製造方法に用いたＣＶ
Ｄ装置を示した模式的断面図である。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は実施例におけるＳｉＣ膜形
成時のサセプタとカバーとの関係を示した模式的断面図
及び平面図である。

【図４】従来のサセプタを用いた気相成長装置を示した
模式的断面図である。

【図５】従来のサセプタの製造方法に用いられるＣＶＤ
装置を示した模式的断面図である。

【図６】サセプタ上面に生じる温度勾配を示したグラフ
及び模式的断面図である。

【図７】サセプタの突起状ＳｉＣを示した模式的断面図
である。

【図８】（ａ）はサセプタ内部に生じる温度分布を示し
た模式的断面図であり、（ｂ）はサセプタ上面における
温度分布を示した平面図であり、（ｃ）はサセプタ上面
に生じる温度勾配を示したグラフである。

【符号の説明】

１０ＣＶＤ装置１５ａサセプタ基材（黒鉛材）１６カバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】黒鉛材表面にＳｉＣ膜をＣＶＤ法により
形成するサセプタの製造方法において、前記ＣＶＤ法に
よる前記ＳｉＣ膜形成時、使用時における前記サセプタ
の下面を上方にして前記サセプタをＣＶＤ装置内に支持
させ、使用時における前記サセプタの被支持部分の上方
に所定距離を置いてカバーを設置することを特徴とする
サセプタの製造方法。