JPS62189726A - 半導体気相成長用サセプタ - Google Patents
半導体気相成長用サセプタInfo
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- JPS62189726A JPS62189726A JP3222386A JP3222386A JPS62189726A JP S62189726 A JPS62189726 A JP S62189726A JP 3222386 A JP3222386 A JP 3222386A JP 3222386 A JP3222386 A JP 3222386A JP S62189726 A JPS62189726 A JP S62189726A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/12—Substrate holders or susceptors
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体気相成長用サセプタの改良に関する。
半導体デバイスの製造工程のうち、エピタキシャル成長
工程ではシリコンウェハをサセプタ上に載置してランプ
加熱等によりシリコン単結晶の従来、このようなサセプ
タとしては、等方性炭素質基材表面にＣＶＤ法等により
炭化珪素膜を形成したものが用いられている。この炭化
珪素膜は炭素質基材内部に含まれる不純物が拡散してウ
ェハを汚染するのを防止するとともに、耐摩耗性の向上
を図るために形成されるものである。また、炭素質基材
の熱膨張係数は炭化珪素膜に合わせて製造され、熱サイ
クルにより炭化珪素膜の剥離等が生じないようにしてい
る。
工程ではシリコンウェハをサセプタ上に載置してランプ
加熱等によりシリコン単結晶の従来、このようなサセプ
タとしては、等方性炭素質基材表面にＣＶＤ法等により
炭化珪素膜を形成したものが用いられている。この炭化
珪素膜は炭素質基材内部に含まれる不純物が拡散してウ
ェハを汚染するのを防止するとともに、耐摩耗性の向上
を図るために形成されるものである。また、炭素質基材
の熱膨張係数は炭化珪素膜に合わせて製造され、熱サイ
クルにより炭化珪素膜の剥離等が生じないようにしてい
る。
しかし、従来のサセプタは主な構成材が多孔質の等方性
炭素質基材であるため、一定の機械的強度を与え、温度
分布を均一化するためには、炭素質基材の肉厚を厚くせ
ざるを得なかった。このため、サセプターの重量が重く
なって操作性が劣るうえ、熱容量も増大して加熱・冷却
過程でのエネルギー効率が悪くなる。
炭素質基材であるため、一定の機械的強度を与え、温度
分布を均一化するためには、炭素質基材の肉厚を厚くせ
ざるを得なかった。このため、サセプターの重量が重く
なって操作性が劣るうえ、熱容量も増大して加熱・冷却
過程でのエネルギー効率が悪くなる。
一方、ＳｉＣ膜の方にも問題があり、サセプタを長期間
使用した場合には、ＳｉＣ膜が浸食を受のようにピンホ
ールが発生すると、炭素質基材内部に含まれる不純物が
被処理ウェハ中に拡散されＣウェハを汚染し、半導体デ
バイスの歩留りを低下させる。
使用した場合には、ＳｉＣ膜が浸食を受のようにピンホ
ールが発生すると、炭素質基材内部に含まれる不純物が
被処理ウェハ中に拡散されＣウェハを汚染し、半導体デ
バイスの歩留りを低下させる。
更に、上記のように炭素質基材は熱膨張係数がＳ ｉ
Ｃ１ｌのそれと一致するように製造されるが。
Ｃ１ｌのそれと一致するように製造されるが。
異質の材質が密着しているため耐熱衝撃性が高いとはい
えず、サセプタが破損することもある。
えず、サセプタが破損することもある。
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、操作
性及びエネルギー効率の改善、被処理ウェハの汚染防止
、耐熱衝撃性の改善を達成し得る半導体気相成長用サセ
プタを提供しようとするものである。
性及びエネルギー効率の改善、被処理ウェハの汚染防止
、耐熱衝撃性の改善を達成し得る半導体気相成長用サセ
プタを提供しようとするものである。
本発明の半導体気相成長用サセプタは、５μｍ以上の粒
子径を宥する結晶体が表面積の７０％以上を占め、かつ
カサ密度が３．００ ｇ ／ ａｍ ”以上の緻密質炭
化珪素からなることを特徴とするものであ、Ｓ。
子径を宥する結晶体が表面積の７０％以上を占め、かつ
カサ密度が３．００ ｇ ／ ａｍ ”以上の緻密質炭
化珪素からなることを特徴とするものであ、Ｓ。
こうした半導体気相成長用サセプタは、所定形状の等方
性炭素質基材の表面にＣＶＤ法によりＳ ｉ ＣＩＩＩ
を形成した後、炭素質基材を酸化除去し、更に炭素質基
材の除去面にＣＶＤ法により再度ＳｉＣ膜を形成するこ
とにより製造される。
性炭素質基材の表面にＣＶＤ法によりＳ ｉ ＣＩＩＩ
を形成した後、炭素質基材を酸化除去し、更に炭素質基
材の除去面にＣＶＤ法により再度ＳｉＣ膜を形成するこ
とにより製造される。
本発明において、５ｐｍ以上の粒子径を有する結晶体が
表面積中に占める割合を７０％以上としたのは、結晶体
が少ないと、充分な強度が得られないためである。また
、炭化珪素のカサ密度を３、ＱＯｇ／ｃ膳３以上と規定
したのは、 ３．０Ｏｇ ／ｃｔａ３未満では、ａ＊械
的強度が低下するとともに、耐食性が劣り、使用に耐え
ないためである。
表面積中に占める割合を７０％以上としたのは、結晶体
が少ないと、充分な強度が得られないためである。また
、炭化珪素のカサ密度を３、ＱＯｇ／ｃ膳３以上と規定
したのは、 ３．０Ｏｇ ／ｃｔａ３未満では、ａ＊械
的強度が低下するとともに、耐食性が劣り、使用に耐え
ないためである。
なお１本発明のサセプタの厚さは２００〜３０００ｐｍ
であることが望ましい、これは、２００ＩＬｍ未満では
機械的強度が弱いうえ、ランプ加熱時にウェハ載置面の
均熱がとれず、一方３０００１Ｌｍを超えると熱容量が
大きくなって温度応答性が悪くなるとともに、急熱・急
冷過程でひずみが残留し易く、破損の原因となるためで
ある。
であることが望ましい、これは、２００ＩＬｍ未満では
機械的強度が弱いうえ、ランプ加熱時にウェハ載置面の
均熱がとれず、一方３０００１Ｌｍを超えると熱容量が
大きくなって温度応答性が悪くなるとともに、急熱・急
冷過程でひずみが残留し易く、破損の原因となるためで
ある。
このような半導体気相成長用サセプタによれば、Ｊｌ密
な炭化珪素のみからなるので非常に高い強度を有するう
え、軽量化による操作性及びエネルギー効率の改善、耐
食性の向上による被処理ウェハの不純物汚染の防止、耐
熱衝撃性の改善等を達成することができる。
な炭化珪素のみからなるので非常に高い強度を有するう
え、軽量化による操作性及びエネルギー効率の改善、耐
食性の向上による被処理ウェハの不純物汚染の防止、耐
熱衝撃性の改善等を達成することができる。
以下１本発明の詳細な説明する。
（Ｉ）以下のようにしてサセプタのモデルとなる５ｉＣ
１ｊｉを作製し、その物性を調べた・まず、熱膨張係数
をｍ！Ｉした炭素質基材をＣＶＤ炉内に装入し、炉内温
度を１５００℃として、トリメチルグロロシラン（ＴＭ
ＣＳ ）と水素とをガス流量比ｌ：５０で供給し、１０
時間反応させた。炉内から取出して測定したところ、炭
素質基材表面に膜厚１００μｍのＳｉＣ膜が形成されて
いた・ 次に、炭素質基材を焼き抜き（＃化除去）してＳ ｉ
Ｃ１ｌ！のみを得た。このＳｉＣ膜について表面の電子
Ｓ微粒写真を撮影した。その結果、最初のコーテイング
面は５ｓｒｎ以上の粒子径を有するＳｉＣ結晶体が表面
積の７０％以上を占めていた。これに対して、焼き抜き
面は非常に微細なＳｉＣ結晶体及び非晶質体からなって
いることがわかった。
１ｊｉを作製し、その物性を調べた・まず、熱膨張係数
をｍ！Ｉした炭素質基材をＣＶＤ炉内に装入し、炉内温
度を１５００℃として、トリメチルグロロシラン（ＴＭ
ＣＳ ）と水素とをガス流量比ｌ：５０で供給し、１０
時間反応させた。炉内から取出して測定したところ、炭
素質基材表面に膜厚１００μｍのＳｉＣ膜が形成されて
いた・ 次に、炭素質基材を焼き抜き（＃化除去）してＳ ｉ
Ｃ１ｌ！のみを得た。このＳｉＣ膜について表面の電子
Ｓ微粒写真を撮影した。その結果、最初のコーテイング
面は５ｓｒｎ以上の粒子径を有するＳｉＣ結晶体が表面
積の７０％以上を占めていた。これに対して、焼き抜き
面は非常に微細なＳｉＣ結晶体及び非晶質体からなって
いることがわかった。
更に、得られたＳｉＣ膜をＣＶＤ炉内に装入し１反応時
間を種々変化させた以外は上記と同様な条件でＳｉＣ膜
の炭素質基材の焼き抜き面に再度ＳｉＣ膜を形成し、膜
厚の異なる３種のＳｉＣ膜を作製した。これらのＳ ｉ
ＣＭの再コーテイング面についても電子顕微鏡写真を
撮影したところ、５ルｍ以上の粒子径を有するＳｆＣ結
晶が表面積に占める割合は反応時間、すなわち膜厚に応
じてそれぞれ５０％、７０％及び９０％であることがわ
かった。
間を種々変化させた以外は上記と同様な条件でＳｉＣ膜
の炭素質基材の焼き抜き面に再度ＳｉＣ膜を形成し、膜
厚の異なる３種のＳｉＣ膜を作製した。これらのＳ ｉ
ＣＭの再コーテイング面についても電子顕微鏡写真を
撮影したところ、５ルｍ以上の粒子径を有するＳｆＣ結
晶が表面積に占める割合は反応時間、すなわち膜厚に応
じてそれぞれ５０％、７０％及び９０％であることがわ
かった。
つづいて、得られた各Ｓ ｉ Ｃｆｆ１の３点曲げ強さ
及び表面の粗さを調べた。なお、表面の粗さはＪＩＳＯ
６５１の定義に従ってＪＩＳＯ６５１の触針式測定μに
よって測定した。この結果を下記表に示す、なお、下記
表中Ｏ％のものは炭素質基材の焼き抜きを行なっただけ
でＳｉＣ膜の再コーテイングを行なっていないものであ
る。また、下記表には示していないが、炭素質基材の３
点曲げ強度は４８０ｋｇ／ｃｓ＋２である。
及び表面の粗さを調べた。なお、表面の粗さはＪＩＳＯ
６５１の定義に従ってＪＩＳＯ６５１の触針式測定μに
よって測定した。この結果を下記表に示す、なお、下記
表中Ｏ％のものは炭素質基材の焼き抜きを行なっただけ
でＳｉＣ膜の再コーテイングを行なっていないものであ
る。また、下記表には示していないが、炭素質基材の３
点曲げ強度は４８０ｋｇ／ｃｓ＋２である。
上記表から明らかなように、ＳｉＣ膜は再コーテイング
を行なわなくても炭素質基材よりも高強度を示す、また
、再コーテイングすることによって未処理物より曲げ強
さが向上し、５４ｍ以上の粒子径を有するＳｉＣ結晶が
表面積に占める割合が７０％以上になると３０００ ｋ
ｇ／ａｍ”以上の高強度が得られる。ただし、前記割合
が７０％より多くなると曲げ強さが顕著に向上すること
はなくなる。また、再コーテイングＳｔＣ膜を形成する
ことにより１表面が滑らかになることもわかる。
を行なわなくても炭素質基材よりも高強度を示す、また
、再コーテイングすることによって未処理物より曲げ強
さが向上し、５４ｍ以上の粒子径を有するＳｉＣ結晶が
表面積に占める割合が７０％以上になると３０００ ｋ
ｇ／ａｍ”以上の高強度が得られる。ただし、前記割合
が７０％より多くなると曲げ強さが顕著に向上すること
はなくなる。また、再コーテイングＳｔＣ膜を形成する
ことにより１表面が滑らかになることもわかる。
したがって、再コーテイング面をウエノ＼Ｊ＆置面とし
て用いてもウェ／＼裏面に傷が発生するのを防止するこ
とができる。なお、５ｐｍ以上の粒子径を有するＳｉＣ
結晶が表面積に占める割合が７０％以上になると炭化珪
素のカサ密度は３．０Ｇ ｇ ／ ｃｍ ２以上となり
、はぼ理論値（３，２１ｇ ／ｃｒａ２）に近１．Ｘも
のまで得られ、通気率がほぼ０％となることがわかった
。
て用いてもウェ／＼裏面に傷が発生するのを防止するこ
とができる。なお、５ｐｍ以上の粒子径を有するＳｉＣ
結晶が表面積に占める割合が７０％以上になると炭化珪
素のカサ密度は３．０Ｇ ｇ ／ ｃｍ ２以上となり
、はぼ理論値（３，２１ｇ ／ｃｒａ２）に近１．Ｘも
のまで得られ、通気率がほぼ０％となることがわかった
。
次いで５次素質基材の焼き抜き後に残存しているＳ ｉ
ＣＨの表面部Ａと、更に再コーテイングされたＳｉＣ
膜の表面部Ｂ（ただし５ｐｍ以上の粒子径を有するＳｉ
Ｃ結晶が表面積に占める割合が７０％のもの）とについ
て、それぞれ熱拡散率と熱伝導率とを調べた。
ＣＨの表面部Ａと、更に再コーテイングされたＳｉＣ
膜の表面部Ｂ（ただし５ｐｍ以上の粒子径を有するＳｉ
Ｃ結晶が表面積に占める割合が７０％のもの）とについ
て、それぞれ熱拡散率と熱伝導率とを調べた。
まず、熱拡散率はＡが０．５３ｃｍ” ／ Ｓ 、 Ｂ
が０．７５Ｃｒｍ２／ｓであった。このようにＢの方が
熱拡散率が大きいので、エピタキシャル成長時に容易に
均熱を得ることができる。また、熱伝導性については第
３図に示すような結果が得られた。第３図から明らかな
ように、Ｂの方が熱伝導性が良好で。
が０．７５Ｃｒｍ２／ｓであった。このようにＢの方が
熱拡散率が大きいので、エピタキシャル成長時に容易に
均熱を得ることができる。また、熱伝導性については第
３図に示すような結果が得られた。第３図から明らかな
ように、Ｂの方が熱伝導性が良好で。
特に低温ではこの傾向が顕著である。加熱時はに表面か
ら熱が伝わるので、再コーテイングした方がエピタキシ
ャル成長時に昇温を速く行なうことができ、エネルギー
経済性に優れていることがわかる。
ら熱が伝わるので、再コーテイングした方がエピタキシ
ャル成長時に昇温を速く行なうことができ、エネルギー
経済性に優れていることがわかる。
なお、再コーテイングを行なった場合、炭素質基材の焼
き抜き面に不純物が残留していたとしても、不純物を封
じ込めることができるので、ウェハの不純物汚染を防止
する効果が高いことは当然である。
き抜き面に不純物が残留していたとしても、不純物を封
じ込めることができるので、ウェハの不純物汚染を防止
する効果が高いことは当然である。
（■）上述したような基礎的な研究結果に基づいて、以
下のようにして実際にサセプタを作製した。
下のようにして実際にサセプタを作製した。
まず、熱膨張係数を７Ａ整した炭素質基材を第１図に示
すような台形板状台１の中央部の３個所にウェハａ置部
２．・・・を設けた形状に加工したものを用意した０次
に、これをＣＶＤ炉内に装入し。
すような台形板状台１の中央部の３個所にウェハａ置部
２．・・・を設けた形状に加工したものを用意した０次
に、これをＣＶＤ炉内に装入し。
炉内温度を１５００℃として、トリメチルクロロシラン
（ＴＭＣ５）と水素とをガス流量比１：５０で供給し、
５０時間反応させた。炉内か厚５００ＪＬｍのＳｉＣ膜
が形成されていた。つづいて、炭素質基材を酸化処理に
より焼き抜きして５ｉＣＩ１５ｉのみを得た。更に、こ
のＳｉＣ膜をＣＶＤ炉内に装入し、上記と同様な条件で
ＳｉＣ膜の炭素質基材の焼き抜き面に再度ＳｉＣ膜を形
成し、第１図に図示するような形状を有する さ７００
ＩＬｍのサセプタを製造した。
（ＴＭＣ５）と水素とをガス流量比１：５０で供給し、
５０時間反応させた。炉内か厚５００ＪＬｍのＳｉＣ膜
が形成されていた。つづいて、炭素質基材を酸化処理に
より焼き抜きして５ｉＣＩ１５ｉのみを得た。更に、こ
のＳｉＣ膜をＣＶＤ炉内に装入し、上記と同様な条件で
ＳｉＣ膜の炭素質基材の焼き抜き面に再度ＳｉＣ膜を形
成し、第１図に図示するような形状を有する さ７００
ＩＬｍのサセプタを製造した。
つづいて、このサセプタを６枚用意し、第２図に示すよ
うに、シャフト３に取付けられた上部支持板４及び図示
しない下部支持板の周囲にバレル型に組立てた。
うに、シャフト３に取付けられた上部支持板４及び図示
しない下部支持板の周囲にバレル型に組立てた。
そして、上記実施例のバレル型サセプタと同形状の従来
品とを、シリコンのエピタキシャル成長工程で使用し、
比較試験を行なった。その結果、従来品は２１５回の使
用でピンホールが発生して使用不能になったが、実施例
のものは５００回以上使用しても不良が発生することは
なかった。また、実施例のものではウェハへの不純物汚
染は認められなかった。更に、実施例のものではエネル
た。
品とを、シリコンのエピタキシャル成長工程で使用し、
比較試験を行なった。その結果、従来品は２１５回の使
用でピンホールが発生して使用不能になったが、実施例
のものは５００回以上使用しても不良が発生することは
なかった。また、実施例のものではウェハへの不純物汚
染は認められなかった。更に、実施例のものではエネル
た。
以上詳述した如く本発明の半導体気相成長用サセプタに
よれば、非常に高い強度を有するうえ。
よれば、非常に高い強度を有するうえ。
操作性及びエネルギー効率の改善、ウェハの不純物汚染
の防止、長寿命化等を達成することができ、エピタキシ
ャル成長工程全体の低コスト化をもたらす等顕著な効果
を奏するものである。
の防止、長寿命化等を達成することができ、エピタキシ
ャル成長工程全体の低コスト化をもたらす等顕著な効果
を奏するものである。
第１図は本発明の実施例において製造されたサセプタの
正面図、第２図は同サセプタをバレル型に組立た状態を
示す斜視図、第３図は炭素質基材焼き抜き後のＳｉＣ膜
の表面部と再コーテイングが行なわれたＳｉＣ膜め表面
部についての、温度と熱伝導率との関係を示す特性図で
ある。 １・・・台形板状台、２・・・ウェハ載置部、３・・・
シャフト、４・・・上部支持板。 出願人代理人 弁理士 鈴江 武彦 ｍ１ 図 第２図 第３図
正面図、第２図は同サセプタをバレル型に組立た状態を
示す斜視図、第３図は炭素質基材焼き抜き後のＳｉＣ膜
の表面部と再コーテイングが行なわれたＳｉＣ膜め表面
部についての、温度と熱伝導率との関係を示す特性図で
ある。 １・・・台形板状台、２・・・ウェハ載置部、３・・・
シャフト、４・・・上部支持板。 出願人代理人 弁理士 鈴江 武彦 ｍ１ 図 第２図 第３図
Claims (2)
- （１）５μｍ以上の粒子径を有する結晶体が表面積の７
０％以上を占め、かつカサ密度が３．００ｇ／ｃｍ＾３
以上の緻密質炭化珪素からなることを特徴とする半導体
気相成長用サセプタ。 - （２）厚さが２００〜３０００μｍであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体気相成長用サセ
プタ。
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