特許 7532417 ウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させる方法、およびこの方法を実施するための装置

(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】

(24)【登録日】2024-08-02

(45)【発行日】2024-08-13

(54)【発明の名称】ウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させる方法、およびこの方法を実施するための装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20240805BHJP

   C30B 25/12 20060101ALI20240805BHJP

   C30B 29/06 20060101ALI20240805BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C30B25/12

C30B29/06 504L

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021570424

(86)(22)【出願日】2020-04-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-04

(86)【国際出願番号】 EP2020061882

(87)【国際公開番号】W WO2020239347

(87)【国際公開日】2020-12-03

【審査請求日】2022-01-20

(31)【優先権主張番号】102019207772.2

(32)【優先日】2019-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】599119503

【氏名又は名称】ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｅｉｎｓｔｅｉｎｓｔｒａｓｓｅ １７２，８１６７７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハベレヒト，イェルク

(72)【発明者】

【氏名】ハインリヒ，シュテファン

(72)【発明者】

【氏名】シャウアー，ラインハルト

(72)【発明者】

【氏名】シュタイン，レネ

【審査官】小▲高▼ 孔頌

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２９４９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３８１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０９５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２７６６９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１１７２２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１９２９０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５１６６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２０７９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００７８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８５０９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ３０Ｂ ２５／１２

Ｃ３０Ｂ ２９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

方位ノッチを有するウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させるための装置であって、
サセプタ支持軸とサセプタ支持アームとを有する、サセプタを保持して回転させるための機構と、
前記サセプタ支持アームによって保持され、第１の内向き突起部を有するリングとを備え、
前記サセプタはサセプタリングを含み、前記サセプタリングは、前記ウェハの裏面のエッジ領域における前記ウェハを載置するための載置面と、前記載置面に隣接する前記サセプタリングの段差外側境界とを有し、
前記載置面は第２の内向き突起部を有し、前記載置面に隣接する前記段差外側境界は、前記第２の内向き突起部と同じ角度位置に内向き隆起部を有し、
前記第１の内向き突起部を有するリングの突起部は、通過する熱放射の強度を選択的に低下させる材料からなり、
その結果、前記サセプタの上に載置されたウェハのエッジの上の第１のサブ領域は、単結晶材料の方位により前記ウェハの均一温度での前記エピタキシャル層の成長速度が隣接する第２のサブ領域の成長速度よりも大きくなり、前記隣接する第２のサブ領域よりも弱く加熱されることを特徴とする、装置。

【請求項2】

前記第１の内向き突起部を有するリングは石英ガラスからなることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１の内向き突起部を有するリングは２つまたは４つの突起部を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。

【請求項4】

単結晶材料からなるウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させる方法であって、
方位ノッチを有する前記ウェハを設けることと、
請求項１～３に記載の装置の上に前記ウェハを配置することとを備え、その結果、前記ウェハの前記方位ノッチは前記第１の内向き突起部を有するリングの突起部と同じ角度位置を有し、前記方法はさらに、
前記ウェハの表面および裏面に向けられる熱放射によって前記ウェハを堆積温度に加熱することと、
前記ウェハの前記表面全体に堆積ガスを送ることと、
前記ウェハの前記裏面に向けられる前記熱放射の一部の強度を選択的に低下させることとを備え、その結果、前記ウェハのエッジの上の第１のサブ領域は、前記単結晶材料の方位により前記ウェハの均一温度での前記エピタキシャル層の成長速度が隣接する第２のサブ領域の成長速度よりも大きくなり、前記隣接する第２のサブ領域よりも弱く加熱される、方法。

【請求項5】

スペクトルのＩＲ領域における透過率が低い材料を前記熱放射のビーム経路に配置することによって、前記熱放射の前記一部の強度を選択的に低下させることを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の主題は、単結晶材料からなるウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させる方法であり、これは、提供されるウェハが、サセプタ上に配置され、熱放射とウェハの表面全体に送られる堆積ガスとによって堆積温度に加熱されることを含む。本発明の主題はさらに、単結晶材料からなるウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させるための装置である。

【背景技術】

【0002】

先行技術／課題
ウェハの表面上のエピタキシャル層の堆積は、通常、ＣＶＤ（化学気相成長）反応器内で、多くの場合、単一ウェハ反応器内で、ＣＶＤによって行われる。このようなＣＶＤ反応器は、たとえばＵＳ２０１４／０２５１２０８ Ａ１に記載されている。単一ウェハ反応器によって上側ドームと下側ドームとの間に反応空間が提供され、当該反応空間において、サセプタがサセプタ支持軸のサセプタ支持アームによってサセプタ支持ピン上に保持される。サセプタおよびその上に載置されたウェハは、ドームの上下に配置されたランプアレイによる熱放射によって加熱され、それと同時に、上側ドームに面するウェハの表面全体に堆積ガスが送られる。

【0003】

ＵＳ２００８／０１１８７１２ Ａ１には、サセプタリングとサセプタベースとを備えるサセプタが記載されている。サセプタリングは、ウェハの裏面のエッジ領域においてウェハを載置するためのレッジを有する。ウェハの表面に層を堆積させるために、サセプタリングはサセプタベース上に載置される。

【0004】

ＵＳ２００７／０２２７４４１ Ａ１は、エピタキシャル被覆されたシリコンウェハのエッジ領域における厚みの周期的な変化について述べている。これは、エピタキシャル層が成長する成長速度が異なるためである。成長速度の違いは、ウェハの表面の結晶方位に関連している。ウェハの表面とは、エピタキシャル層を堆積させるウェハの面である。エッジ領域におけるエピタキシャル層の厚みを均一にするために、ＵＳ２００７／０２２７４４１ Ａ１は、厚みの変化の周期に合わせてサセプタの構造を変えることを提案している。

【0005】

同じ目的で、ＵＳ２０１５／０１８４３１４ Ａ１は、ウェハのエッジ領域の幅を制限することを提案している。

【0006】

この教示は、上述の厚みの変化が問題と見なされるウェハがエッジ領域に方位ノッチを備えていることを考慮に入れていない。表面が＜１００＞方位のシリコンウェハの場合、方位ノッチは、通常、エピタキシャル層が比較的速く成長する４つの部位のうちの１つに位置しており、４つの＜１１０＞結晶方向のうちの１つを示す。場合によっては、方位ノッチはまた、このような部位から４５°離れて位置しており、４つの＜１００＞結晶方向のうちの１つを示す。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、エッジ領域において、特にノッチの領域において堆積したエピタキシャル層を有するウェハの平坦性を改善し、同時に、サセプタまたはウェハのエッジ領域の形状を変える必要なしにエッジ領域における厚みの周期的な変化を低減することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の目的は、請求項に記載されている方法および装置によって達成される。
本発明に係る方法の上記実施形態に関して特定された特徴を、本発明に係る装置に、必要な変更を加えて適用することができる。逆に、本発明に係る装置の上記実施形態に関して特定された特徴を、本発明に係る方法に、必要な変更を加えて適用することができる。本発明に係る実施形態のこれらおよびその他の特徴は、図面の記載および請求項において説明される。個々の特徴は、別々に実現することができ、または、本発明の実施形態として組み合わせて実現することができる。さらに、これらは、独立して保護されることが可能な有利な設計を説明することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】方位ノッチ（１０２）を有するウェハ（１０１）を示す図である。ウェハ（１０１）は＜１００＞方位を有する。ウェハ（１０１）の上面は、たとえば（１００）面である。方位ノッチ１０２は４つの＜１１０＞結晶方向のうちの１つを示し、ウェハの周囲にわたって９０°の間隔で分散しているこれら４つの＜１１０＞結晶方向は、ウェハのエッジの領域における対応する面を指し、これらの面上では、４つの＜１００＞結晶方向が指すエッジの領域における面上と比較して速い速度でエピタキシャル層が成長する。

【図2】図１と同様に、方位ノッチ（２０２）を有する＜１１０＞方位のウェハ（２０１）の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に係る具体例としての実施形態の詳細な説明
本発明に係る装置（図３）は、サセプタ（３０１）を備えるだけでなく、サセプタ支持軸（３０２）とサセプタ支持アーム（３０３）とを有する、サセプタ（３０１）を保持して回転させるための機構も備えている。さらに、サセプタ（３０１）を保持して回転させるための機構は、ウェハリフト軸（３０４）およびウェハリフトピン（３０５）を備え得る。本装置の不可欠な特徴は、サセプタ支持アーム（３０３）によって保持され、サセプタ（３０１）と直接接触せずにサセプタ（３０１）の下に配置されるリング（３０６）である。リング（３０６）は、その周方向に沿ってずれることがないようにサセプタ支持アーム（３０３）によって保持されている。好ましくは、リング（３０６）の穴（４０２，５０２，６０２）を通して挿入されるサセプタ支持ピン（３０７）が、サセプタ支持アーム（３０３）上に位置している。リング（３０６）の上面とサセプタ（３０１）の下面との間の距離は、好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

【0011】

図４は、図示の実施形態において、穴（４０２）と、９０°の間隔で周囲にわたって分散するように配置された４つの内向き突起部（４０３）とを有するリング（４０１）の上面図である。この実施形態は、本発明に従って、＜１００＞方位を有するウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させるための図３による装置での使用に適している。好ましくは、リング（４０１）は石英ガラスからなり、突起部（４０３）はスペクトルのＩＲ領域における透過率が低い材料からなる。この領域において、突起部（４０３）の透過率は、１０ｍｍの材料厚に基づいて、好ましくは２０％以下であり、特に好ましくは５％以下である。突起部（４０３）は、好ましくは不透明石英ガラスからなる。

【0012】

図５は、図示の実施形態において、穴（５０２）と、１８０°の間隔で周囲にわたって分散するように配置された２つの内向きの突起部（５０３）とを有するリング（５０１）の上面図である。この実施形態は、本発明に従って、＜１１０＞方位を有するウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させるための図３による装置での使用に適している。

【0013】

好ましくは、リング（４０１，５０１）の突起部（４０３，５０３）の内縁（４０４，５０４）は、リング（４０１，５０１）の中心Ｚに対する距離が１４０ｍｍ以上、好ましくは１４５ｍｍ以上、特に好ましくは１４８ｍｍ～１５０ｍｍである径方向位置にある。

【0014】

図６は、図示の実施形態において、穴６０２と、９０°の間隔で周囲にわたって分散するように配置された４つの内向き突起部（６０３）とを有するリング（６０１）の上面図である。この実施形態は、本発明に従って、＜１００＞方位を有するウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させるための図３による装置での使用に適している。示されている実施形態では、突起部（６０３）はＴ字形であり、各々がウェブ（６０４）およびリング部分（６０５）を備える。リング部分（６０５）は、径方向の長さおよび周方向における幅を有する。径方向の長さは、好ましくは３ｍｍ以上８ｍｍ以下である。幅は、開口角度αとして表すと、好ましくは１５°以上２５°以下であり、特に好ましくは２０°である。好ましくは、リング（６０１）および／またはウェブ（６０４）は石英ガラスからなり、リング部分は、スペクトルのＩＲ領域における透過率が低い材料からなる。この領域において、リング部分（６０５）の透過率は、１０ｍｍの材料厚に基づいて、好ましくは２０％以下であり、特に好ましくは５％以下である。リング部分（６０５）は、好ましくは不透明石英ガラスからなる。

【0015】

図７および図８は、載置面（７０３，８０５）とそれに隣接する段差境界（７０２，８０６）とを有するサセプタリング（７０１，８０１）を示す。本発明に係るサセプタリング（７０１，８０１）の一実施形態は、載置面が内向き突起部を有することを想定している。これは、ある角度位置におけるサセプタリング（７０１，８０１）の載置面（７０３，８０５）の径方向の幅Ｗ_１が、反対側の位置における径方向の幅Ｗ_２よりも大きいことを意味する。

【0016】

加えて、ウェハ（７０４，８０４）は、好ましくは、載置面の最大幅Ｗ_１を有する位置（８０２）が方位ノッチの位置（８０３）と一致するように、サセプタリング（７０１、８０１）内に位置決めされ得る。

【0017】

加えて、載置部に隣接する段差境界（図９、９０１）は、好ましくは、内向き隆起部（図９、９０２）を有するように実現され得る。

【0018】

好ましくは、載置部に隣接する段差境界の内向き隆起部（９０２）の角度位置は、載置面の内向き突起部（４０３、５０３）の角度位置と同じである。

【0019】

単結晶材料からなるウェハの表面にエピタキシャル層を堆積させるために、ウェハは、好ましくは、ウェハの方位ノッチがリングの突起部と同じ角度位置を有するように、記載されている装置内に配置される。その後、ウェハは、ウェハの表面および裏面に向けられる熱放射によって堆積温度になり、堆積ガスがウェハの表面全体に送られる。

【0020】

上記堆積ガスは、好ましくは、キャリアガス（好ましくは水素）で希釈されたシラン、クロロシランまたはその混合物を含む。

【0021】

上記堆積温度によって、所定の境界条件下でウェハに層が堆積する温度が分かる。
記載されている装置の手段によって、ウェハの裏面に向けられる熱放射の一部の強度の選択的な低下が確実になり、その結果、ウェハのエッジの上の第１のサブ領域は、隣接する第２のサブ領域よりも弱く加熱され、第１のサブ領域では、単結晶材料の方位により、ウェハの均一温度でのエピタキシャル層の成長速度が第２のサブ領域よりも速い。

【0022】

具体例としての実施形態の上記説明は、一例として理解されるべきものである。それによってなされる開示は、第一に、本発明および関連する利点を当業者が理解することを可能にし、第二に、明らかに当業者の理解内にある記載されている構造および方法の変更および改良を含む。したがって、このような変更および改良はすべて、請求項の保護範囲によってカバーされるものとする。

【0023】

図１０は、エピタキシーにおいて本発明に係る方法の使用によって達成される効果を示す。ここで、度［°］単位の方位角座標をｘ軸Ｄ_ｘ上に表示している。ｙ軸Ｄ_ｙは、ウェハの周囲に沿って測定される無次元座標における層厚を示す。破線Ａは、先行技術の方法を用いて達成可能な高さ曲線を表す。実線Ｂは、本発明に係る方法の使用によって達成される。方位ノッチは０°または３６０°の位置にある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】