特許 6047854 枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6047854

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20161212BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20161212BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/458

   H01L21/68 N

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-5313(P2013-5313)

(22)【出願日】2013年1月16日

(65)【公開番号】特開2014-138056(P2014-138056A)

(43)【公開日】2014年7月28日

【審査請求日】2015年1月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147935

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 進介

(74)【代理人】

【識別番号】100080230

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 詔二

(72)【発明者】

【氏名】須田 一成

【審査官】 溝本 安展

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１０３６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６００９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２２６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５０８５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８８３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２３５８３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面中央部にウェーハを載置するためのウェーハポケットが設けられたサセプタと、
前記サセプタを支持し且つ回転せしめるためのサポートシャフトと、を含み、
前記サポートシャフトが、回転可能な主支柱と、前記主支柱に設けられ、前記サセプタの下面を支持する複数のアーム部と、を有し、
前記サセプタは、前記サセプタの下面に複数のサセプタ凹部を有し、
前記複数のアーム部が、前記サセプタの下面を垂直に支持するための石英製頭部をそれぞれ有し、前記複数のアーム部の石英製頭部が前記複数のサセプタ凹部に遊び空間のない状態でそれぞれ密接嵌合せしめられて前記複数のサセプタ凹部の幅方向内表面と接触せしめられることにより、サセプタの熱膨張を石英製頭部の弾性変形により等方的に吸収できるようにしたことを特徴とする枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置。

【請求項2】

前記サポートシャフトのアーム部が、少なくともその石英製頭部が角柱状であることを特徴とする請求項１記載の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置。

【請求項3】

前記角柱状頭部が、板状頭部とされてなることを特徴とする請求項２記載の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置。

【請求項4】

請求項１〜３いずれか１項記載の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用い、前記サセプタのウェーハポケットにウェーハを載置し、前記ウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェーハに対し枚葉式にエピタキシャル層を成長する装置として、気相成長装置を用いた枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置が知られている。一般的に枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、研磨後のウェーハ上にエピタキシャル層を成長する場合、サセプタと称される載置部に載置し、反応が行われる。

【0003】

サセプタは縁部領域を有し、かつ縁部領域内にウェーハポケットを有しており、ウェーハポケットはウェーハよりも数ミリ大きく形成されている。このウェーハポケットにウェーハが収まることにより、サセプタを回転してもウェーハが特定位置に収まることができ、均質な反応が行われる。

【0004】

しかし、ウェーハポケット内において、ウェーハの偏心載置が起きると、上述のようにウェーハポケットはウェーハよりも数ミリ大きく形成されているため、ウェーハポケットとウェーハの数ミリの隙間により、処理ガスの局所的な乱流が発生し、局所的なエピタキシャル層の膜厚不均一が発生し、フラットネス悪化の要因となる。

【0005】

ウェーハの偏心載置の要因の一つとして、チャンバ内の加熱時にサセプタ温度上昇による熱変形が想定される。熱変形により、サセプタの位置ずれが発生し、その結果相対的にウェーハの偏心載置が起きている可能性がある。すなわち、高温時に発生したサセプタの位置ずれが、ウェーハ載置温度である低温時に持ちこされ、そのままウェーハを定位置に載置すると相対的に偏心載置になると考えられる。

【0006】

従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を図４及び図５に示した概略図により説明する。

【0007】

図４及び図５に示す従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置１００は、チャンバ（図示は省略）内に設けられ、上面中央部にウェーハＷを載置するためのウェーハポケット１０２（座ぐり部と呼ばれることもある）が設けられたサセプタ１０４と、前記サセプタ１０４を支持し且つ回転せしめるためのサポートシャフト１０６と、を含み、前記サポートシャフト１０６が、回転可能な主支柱１０８と、前記主支柱１０８に設けられ、前記サセプタ１０４の下面を支持する複数のアーム部１１０と、を有し、前記サセプタ１０４は、前記サセプタ１０４の下面に複数のサセプタ凹部１１２を有している。

【0008】

サセプタ１０４とそれを支持するサポートシャフト１０６のアーム部１１０の接触部１１４の構造は、サセプタ１０４の下面に設けられたサセプタ凹部１１２に、サポートシャフト１０６のアーム部１１０の円柱状頭部１１６がサセプタ凹部１１２に差し込まれる構造となっている。サセプタ１０４が熱膨張することを考慮して、サポートシャフト１０６のアーム部円柱状頭部１１６はサセプタ１０４と同材質の円柱状SiC（炭化ケイ素）製部材１１８となっており、また嵌め合い部分はサセプタ１０４の熱膨張を逃がす分だけの隙間１２２、即ち遊び空間を設けることで、サセプタ１０４及び円柱状SiC製部材１１８の破損を防いでいる。また、枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置１００は、サセプタ１０４を貫通して伸びるリフトピン１２４を有しており、リフトピン１２４を上下動させることでウェーハＷが昇降せしめられる。

【0009】

しかし、チャンバの加熱時にサセプタ１０４の熱膨張が発生した際、サセプタ１０４の下面のサセプタ凹部１１２とサポートシャフト１０６のアーム部円柱状頭部１１６の接触部１１４において、前記隙間１２２の分だけ滑りが発生するが、熱分布の状態によりサセプタの熱膨張が非等方的に起こった場合、サセプタ１０４とサポートシャフト１０６のアーム部頭部１１６の各接触部１１４にて不均一な滑りが発生し、その結果、サセプタ１０４の中心Ｃ１とサポートシャフト１０６の中心Ｃ２との間に位置ずれ１２６が生じている可能性がある。そして、これによりウェーハＷの偏心載置１２８が生じると考えられる。

【0010】

特許文献１には、サセプタとサポートシャフトのアーム部頭部の接触部の面形状を変更することで、サセプタ熱膨張による不均一な滑りが発生しても、自動調芯されてサセプタの位置ずれを防止する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１のサポートシャフトのアーム部頭部は、その図などからわかるように円柱状とされており、また、サセプタの下面の凹部とサポートシャフトのアーム部頭部の接触部において明らかに隙間が空いており、遊び空間が存在する。故に、チャンバ加熱時に、熱分布の状態によりサセプタの熱膨張が非等方的に起こった場合、サセプタとサポートシャフトのアーム部の各接触部にて不均一な滑りが発生し、結果サセプタとサポートシャフト間の位置ずれを起こす可能性がやはりある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００７−０８８３０３号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、加熱時のサセプタの位置ずれを防止することが出来るようにした枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いた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。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決するために、本発明の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置は、上面中央部にウェーハを載置するためのウェーハポケットが設けられたサセプタと、
前記サセプタを支持し且つ回転せしめるためのサポートシャフトと、を含み、
前記サポートシャフトが、回転可能な主支柱と、前記主支柱に設けられ、前記サセプタの下面を支持する複数のアーム部と、を有し、
前記サセプタは、前記サセプタの下面に複数のサセプタ凹部を有し、
前記複数のアーム部が、前記サセプタの下面を垂直に支持するための石英製頭部をそれぞれ有し、前記複数のアーム部の石英製頭部が前記複数のサセプタ凹部に遊び空間のない状態でそれぞれ密接嵌合せしめられて前記複数のサセプタ凹部の幅方向内表面と接触せしめられることにより、サセプタの熱膨張を石英製頭部の弾性変形により等方的に吸収できるようにしたことを特徴とする。

【0014】

このように、サセプタ凹部とサポートシャフトのアーム部頭部との嵌め合いの隙間を無くし遊びを無くすことで、サセプタ凹部とサポートシャフトのアーム部頭部との接触部における滑りを無くすことができる。すなわち、前記アーム部の石英製頭部の少なくとも一部が前記サセプタ凹部に遊び空間のない状態で密接嵌合せしめられることで、前記一部の外周面が前記サセプタ凹部の少なくとも幅方向の内表面と接触せしめられることとなり、サセプタ凹部とアーム部の石英製頭部との接触部における滑りを無くすことができる。

【0015】

前記サポートシャフトのアーム部頭部を、従来の円柱状SiC製頭部から石英製頭部に変更することで、サセプタの熱膨張を石英製頭部の弾性変形により等方的に吸収でき、サセプタの位置ずれを防止することができる。また、石英製頭部の反発力により各アーム部に均等に力が働くのである。さらに、前記サポートシャフトのアーム部頭部を、従来の円柱状SiC製頭部から石英製頭部に変更することで、アーム部頭部から発生する金属原子による不純物汚染を防止することができる利点もある。また、石英製頭部を含めたアーム部を石英製とするのがさらに好ましい。

【0016】

また、前記サポートシャフトのアーム部は、少なくともその石英製頭部が角柱状とされるのが好ましい。前記角柱状頭部が、板状頭部とされてなるのがさらに好ましい。

【0017】

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前記枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用い、前記サセプタのウェーハポケットにウェーハを載置し、前記ウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とする。

【0018】

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、ウェーハポケット内におけるウェーハの偏心載置の問題が解消することで、エピタキシャル層の膜厚が均一でフラットネスの良好なエピタキシャルウェーハが得られる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、加熱時のサセプタの位置ずれを防止することが出来るようにした枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができるという著大な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の一つの実施の形態を示す要部概略図である。

【図2】図１のサセプタ−サポートシャフト接触部の断面詳細図である。

【図3】サポートシャフトのアーム部頭部を示す要部拡大図であって、（ａ）が石英製頭部を板状頭部とした一つの実施の形態を示し、（ｂ）が石英製頭部を板状頭部とした別の実施の形態を示し、（ｃ）が石英製頭部を角柱状とした実施の形態を示し、（ｄ）は石英製頭部を円柱状とした例を示す。

【図4】従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の要部概略図である。

【図5】図４のサセプタ−サポートシャフト接触部の断面詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの説明は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。

【0022】

図1において、符号１０は、本発明に係る枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の一つの実施の形態を示す。枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置１０は、上面中央部にウェーハＷを載置するためのウェーハポケット１２が設けられたサセプタ１４と、前記サセプタ１４を支持し且つ回転せしめるためのサポートシャフト１６と、を含み、前記サポートシャフト１６が、回転可能な主支柱１８と、前記主支柱１８に設けられ、前記サセプタ１４の下面を支持する複数のアーム部２０と、を有し、前記サセプタ１４が、前記サセプタ１４の下面に、複数のサセプタ凹部２２を有し、前記複数のアーム部２０が、前記サセプタ１４の下面を垂直に支持するための石英製頭部２４をそれぞれ有し、前記複数のアーム部２０の石英製頭部２４が前記サセプタ凹部２２に遊び空間のない状態で密接嵌合せしめられて前記複数のサセプタ凹部２２の幅方向内表面２６と接触せしめられている。枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置１０は、サセプタ１４を貫通して伸びるリフトピン２５を有しており、リフトピン２５を上下動させることでウェーハＷが昇降せしめられる。図１の例では、前記石英製頭部２４は板状頭部とされており、サセプタ１４の中心Ｃ１とサポートシャフト１６の中心Ｃ２はほぼ一致している。

【0023】

また、アーム部頭部を石英製頭部２４とすることで、図２に示すように、サセプタ１４の熱膨張を石英製頭部２４の弾性変形により等方的に吸収でき、サセプタ１４の位置ずれを防止することができる。図２において、熱膨張したサセプタ１４と弾性変形した石英製頭部２４を仮想線で示した。さらに、石英製頭部の反発力により各アーム部に均等に力が働くのである。さらにまた、前記サポートシャフトのアーム部頭部を、従来の円柱状SiC製頭部から石英製頭部に変更することで、アーム部頭部から発生する金属原子による不純物汚染を防止することができる利点もある。

【0024】

さらに、石英製頭部２４は前記サセプタ凹部２２に遊び空間のない状態で密接嵌合せしめられて前記サセプタ凹部２２の幅方向内表面２６と接触せしめられている限り、種々の形状とすることができる。石英製頭部を種々の形状とした例を図３（ａ）〜（ｄ）に示す。図３において、（ａ）が石英製頭部を板状頭部とした一つの実施の形態を示し、（ｂ）が石英製頭部を板状頭部とした別の実施の形態を示し、（ｃ）が石英製頭部を角柱状とした実施の形態を示し、（ｄ）は石英製頭部を円柱状とした例を示す。このうち、例えば図３（ａ），図３（ｂ）に示すような板状頭部２８ａ，２８ｂとするのが好適である。また、図３（ｃ）に示すような角柱状頭部３０としてもよい。さらに、図３（ｄ）に示すような円柱状頭部３２としてもよい。

【実施例】

【0025】

以下に、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。

【0026】

（実施例１）
石英製頭部を用いた図１に示す枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、直径300mm、主表面の面方位（１００）のP型シリコン単結晶ウェーハ上に、目標厚さ5μmにてP型シリコンエピタキシャル層（抵抗率10Ω・cm）を成長させ、ウェーハ載置ずれ量とEP厚均一性にて評価を行った。石英製頭部としては、図３（ａ）に示されるような板状頭部のものを使用した。

【0027】

＜ウェーハ載置ずれ量＞
ウェーハ載置ずれは、サセプタ貫通孔パターン転写法にて評価した。サセプタ貫通孔パターン転写法とは、貫通孔を有するサセプタ上にウェーハを載置し、エピタキシャル層を成長させる温度でエッチングガスを導入することで、ウェーハ裏面に貫通孔パターンを転写させた後、裏面に転写した貫通孔パターンの位置を測定し、ウェーハの載置位置の偏心量を評価する手法である。ウェーハ載置ずれ量は、0.2mmであった。結果を表１に示す。

【0028】

＜EP厚均一性＞
EP厚均一性はウェーハ外周縁から2mmの外周部エピタキシャル層膜厚差にて評価を行った。ウェーハの載置ずれが起きると、外周部のエピタキシャル層の膜厚が周方向で不均一になることが分かっており、またそれがEP厚均一性を悪化させる原因となっている。外周部エピタキシャル層膜厚差は、42nmであった。結果を表２に示す。

【0029】

（比較例１）
図４に示した従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用い、実施例１と同様に、直径300mm、主表面の面方位（１００）のP型シリコン単結晶ウェーハ上に、目標厚さ5μmにてP型シリコンエピタキシャル層（抵抗率10Ω・cm）を成長させ、実施例１と同様にして、ウェーハ載置ずれ量とEP厚均一性にて評価を行った。ウェーハ載置ずれ量は0.6mmであった。結果を表１に示す。また、外周部エピタキシャル層膜厚差は65nmであった。結果を表２に示す。

【0030】

【表1】

【0031】

【表2】

【0032】

表１及び表２から明らかな如く、実施例１では比較例１と比べてウェーハ載置ずれ量及びEP厚均一性ともに改善した。

【0033】

従って、サセプタ凹部とサポートシャフトのアーム部頭部との嵌め合いの隙間を無くして遊びを無くし、サポートシャフトのアーム部頭部を石英製とした本発明の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置では、サセプタの熱膨張による位置ずれを防止でき、ウェーハ載置ずれ、EP厚均一性を改善することが可能であることが確認された。

【符号の説明】

【0034】

１０：本発明の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置、１２，１０２：ウェーハポケット、１４，１０４：サセプタ、１６，１０６：サポートシャフト、１８，１０８：主支柱、２０，１１０：アーム部、２２，１１２：サセプタ凹部、２４，３０，３２：石英製頭部、２５，１２４：リフトピン、２６：幅方向内表面、２８ａ，２８ｂ：板状頭部、１００：従来の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置、１１４：接触部、１１６：円柱状頭部、１１８：円柱状SiC製部材、１２２：隙間、１２６：位置ずれ、１２８：ウェーハの偏心載置、Ｃ１：サセプタの中心、Ｃ２：サポートシャフトの中心、Ｗ：ウェーハ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】