JP2010016183A

JP2010016183A - 気相成長装置、エピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP2010016183A
Application number: JP2008174784A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujikawa; 孝藤川
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】気相成長装置で半導体ウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させる際に、半導体ウェーハの裏面の外周縁部にエピタキシャル膜が形成されることを防止できる気相成長装置および、この気相成長装置を用いて半導体ウェーハにエピタキシャル膜を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】サセプタ１０のウェーハポケット３１に形成されたウェーハ支持面３２は、表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１０〜１２０μｍの範囲であり、かつウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で下がるように傾斜している。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長装置において半導体ウェーハを支持するサセプタ、およびこのサセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

半導体ウェーハの表面に高品質なエピタキシャル膜を成長させる気相成長装置として、枚葉型の気相成長装置が知られている。枚葉型の気相成長装置は、耐熱性のチャンバー内に円盤状のサセプタを備えている。このサセプタに半導体ウェーハを載置した状態で半導体ウェーハを加熱させつつチャンバー内に各種原料ガスを流す。そして、半導体ウェーハと原料ガスとを反応させることによって、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を成長させる。

チャンバー内で半導体ウェーハを支持するサセプタは、支持する半導体ウェーハよりも大きい略円盤状ないし皿状の保持具である。このサセプタは、半導体ウェーハを受容する深さが数１００μｍ〜数ｍｍ程度のウェーハポケットと呼ばれる凹部（窪み）が形成されている。そして、このウェーハポケットには、半導体ウェーハの裏面の外周縁部に接して、半導体ウェーハを支持する水平な略リング状のウェーハ支持面が形成されている。

ところで、近年、半導体デバイスの高集積化、線幅の超微細化に伴い、その基板となる半導体ウェーハへの要求品質、特に面内の平坦性はより一層厳格化されつつある。これまでの半導体デバイスでは、特性に悪影響を及ぼす基板表面ないし表層のパーティクルまたは結晶欠陥（ＣＯＰ等）を大幅に低減することが可能なエピタキシャルウェーハが多く用いられている。

エピタキシャルウェーハは、半導体のインゴットからウェーハを切り出すスライス工程、ウェーハ表面を平坦化する研削工程、ウェーハの表面を鏡面化する研磨工程等を経て製造された半導体ウェーハの表面に、エピタキシャル成長によってエピタキシャル膜を形成することにより製造される。

このようなエピタキシャルウェーハに求められる品質特性は、パーティクルないし結晶欠陥の低減化、エピタキシャル膜の膜厚の面内均一化、エピタキシャル膜の比抵抗の面内均一化などである。このうち、特にエピタキシャル膜の比抵抗の面内均一化については、半導体デバイスの歩留まり（チップ収率）を向上させる為に、ウェーハ外周領域まで回路を形成するようになりつつあるため、現状の一般的な測定器における測定可能位置の限界である周縁から２ｍｍ程度に至るまで比抵抗の面内均一化が求められている。

超高集積半導体デバイス（ＶＳＬＩ）では、ＭＯＳ系半導体デバイスが多用されており、高濃度にボロンをド−プした基板にこの基板より低濃度のエピタキシャル膜を成長させたｐ／ｐ＋（＋）エピタキシャルウェーハが主流となっている。このｐ／ｐ＋（＋）エピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル膜成膜中において基板にドーピングされたボロン原子がエピタキシャル膜へ移動する現象、いわゆるオ−トド−ピングを抑制することが、エピタキシャル膜の比抵抗の面内均一化を達成する上で重要である。

このオ−トド−ピングを抑制するために、例えば、ウェーハポケットに流体通路を形成した気相成長装置用サセプタが知られている（例えば、特許文献１）。

また、最先端とされる半導体デバイス（デザインルール４５ｎｍ）や次世代とされるデバイス（同２２ｎｍ〜）では、フラットネスに代表されるエピタキシャルウェーハの飛躍的な高平坦化が要求されている。これは、従来のエピタキシャル膜の膜厚の面内均一性の改良に加え、エピタキシャルウェーハの裏面側の平坦度、特にエピタキシャルウェーハの最外周領域、例えば周縁から２ｍｍ程度の領域まで膜厚を均一化することが必要とされている。
国際公開ＷＯ２００５／１１１２６６号公報

しかしながら、従来、気相成長装置において半導体ウェーハにエピタキシャル膜を成長させる際に、エピタキシャル膜の成長用ガスの一部が、半導体ウェ−ハの裏面側に回り込み、半導体ウェ−ハの裏面側の周縁部にエピタキシャル膜が成長してしまうという不具合（以下、「裏面デポ」と称する）が生じる。裏面デポが生じると、半導体ウェ−ハの裏面側において周縁部の膜厚が特に厚くなってしまい、半導体ウェ−ハの厚みの面内均一性が大幅に悪化する。その結果、半導体デバイスを形成した際の歩留まりの低下が生じる。

このような裏面デポが生じる原因として、エピタキシャル膜の成長工程で半導体ウェーハを受容するサセプタにおいて、半導体ウェーハの裏面の外周縁部と接する略リング状のウェーハ支持面と半導体ウェーハの裏面との間に生じる僅かな隙間から、エピタキシャル膜の成長用ガスが侵入することが原因とされている。この隙間は、ウェーハ支持面の表面粗さが大きかったり、後述するようにウェーハ支持面の平面度が低い（高さ位置のばらつき値が大きい）ことによって生じるものと考えられている。

図１１は、半導体ウェーハのソリによる裏面デポ発生を説明するための断面図である。
図１１（ａ）に示すように、エピタキシャル成膜前に水平だった半導体ウェーハＷは、その自重とエピタキシャル成膜プロセスでの温度上昇により、図１１（ｂ）に示すようにソリが発生し下凸の状態になる。サセプタＳに凹部として設けられたウェーハポケットＷＰの縁部にあるウェーハ支持面Ｓ１の内周側エッジＳＥが半導体ウェーハＷの下面に接触する。

また、一方、エピタキシャル膜の成長工程では半導体ウェーハが高温になるため、外周縁部でサセプタに支えられた半導体ウェーハは、ソリが発生する、つまり、中心部分の高さが低くなるように湾曲する。このため、サセプタにおけるウェーハ支持面の内縁部（エッジ）が半導体ウェーハに当たり、半導体ウェーハの外周縁部にリング状の接触傷が生じるという課題もあった。

同時に、図１１（ｂ）に示すように、エピタキシャル膜成膜中の半導体ウェーハＷのソリにより、ウェーハ支持面Ｓ１のエッジＳＥが半導体ウェーハＷに当接して、半導体ウェーハＷがウェーハ最外周部ではなく、それより内側のエッジＳＥ位置で支持されることになる。このため、エッジＳＥ位置よりも外側でウェーハ裏面が持ち上がり、成膜ガスが矢印Ｇで示すようにこの隙間ＳＳに進入して、裏面デポが発生するという問題も発生していた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させる際に、半導体ウェーハの裏面の外周縁部にエピタキシャル膜が形成されることを防止できるとともに、半導体ウェーハの裏面に接触傷の発生を防止できる気相成長装置および、この気相成長装置を用いて半導体ウェーハにエピタキシャル膜を成長させる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。

本発明の気相成長装置は、半導体ウェーハ表面に成膜する気相成長装置であって、
前記半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタを有し、
前記ウェーハポケットの周縁部には、前記半導体ウェーハ裏面側の外周縁部とその全周で接して前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面が設けられ、
前記ウェーハ支持面は、前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で下がるように傾斜していることにより上記課題を解決した。
本発明の前記ウェーハ支持面は、その表面粗さがＲａ０．１μｍ〜３．０μｍの範囲とされることができる。
本発明の前記ウェーハ支持面は、その平面度が１０〜１２０μｍの範囲とされることができる。
本発明の前記ウェーハ支持面は、前記ウェーハポケットの径方向に、１〜１１ｍｍの範囲として設けられることができる。
本発明の前記ウェーハポケットには、前記半導体ウェーハが受容された際に前記ウェーハ支持面より内側位置に、前記ウェーハポケットの外部と繋がる流体通路の一方の開口端が形成されていることができる。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、気相成長装置において半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハポケットは、前記半導体ウェーハの裏面の外周縁部で接して、前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面を備え、
前記ウェーハ支持面は、表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１０〜１２０μｍの範囲であり、かつ前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で下がるように傾斜している気相成長装置用サセプタを用いて、半導体ウェーハの一面にエピタキシャル成長層を形成できる。

本発明の気相成長装置用サセプタは、気相成長装置において半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタであって、前記ウェーハポケットは、前記半導体ウェーハの裏面の外周縁部で接して、前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面を備え、前記ウェーハ支持面は、表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度が１０〜１２０μｍの範囲であり、かつ前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で下がるように傾斜していることを特徴とする。

このような気相成長装置用サセプタによれば、ウェーハ支持面と、半導体ウェーハの裏面との接触部分での隙間をほぼ無くすことができる。即ち、ウェーハ支持面の表面粗さを０．１μｍ〜３．０μｍ以下にすることよって、ウェーハを載置した際にウェーハ支持面と、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が殆ど生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入することがなく、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを確実に防止できる。
同時に、ウェーハ支持面の平面度を上記の範囲とすることよって、ウェーハを載置した際にウェーハ支持面と、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が殆ど生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入することがなく、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを確実に防止できる。

図１０は、ウェーハ支持面の平面度を説明するための図であり、断面図（ａ）および平面図（ｂ）から成る。図において、符号Ｓはサセプタ、Ｓ１はウェーハ支持面を示している。
平面視円形のサセプタＳには、凹部周辺にリング状のウェーハ支持面Ｓ１が設けられ、このウェーハ支持面Ｓ１において、サセプタ中心からの距離が所定の値でかつ中心角がたとえば１０°とされるように測定点ＳＰを設定し、この測定点ＳＰにおける高さＳＴを測定して、その高さＳＴの最大値と最小値との差をウェーハ支持面Ｓ１の平面度として定義する。
言い換えると、ウェーハ支持面Ｓ１の平面度とは、図１０に示すように、サセプタＳ周辺部のウェーハ支持面Ｓ１の高さＳＴがその全周にわたってどの程度ばらついているかのばらつき度合い（一定の高さにあるか）を示すものであり、平面度が低いとは、高さＳＴのばらつき値が大きいことを意味し、平面度が高いとは、高さＳＴのばらつき値が小さいことを意味する。

また、ウェーハ支持面は、水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で、ウェーハポケットの中心方向に向かって下がるよう傾斜させたので、ウェーハが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面の縁部（エッジ）がウェーハの裏面に接することがない。これにより、ウェーハの外周縁部にウェーハ支持面との接触によるリング状の接触傷が生じることを確実に防止することが可能になる。

同時に、図１１（ｂ）に示すように、ウェーハ支持面Ｓ１が水平な場合に、エピタキシャル膜成膜中の半導体ウェーハＷにソリが発生して、ウェーハ支持面Ｓ１のエッジＳＥが半導体ウェーハＷに当接して、半導体ウェーハＷがウェーハ最外周部ではなく、それより内側のエッジＳＥ位置で支持されるため、エッジＳＥ位置よりも外側でウェーハ裏面が持ち上がり、成膜ガスが矢印Ｇで示すようにこの隙間ＳＳに進入して、裏面デポが発生するという問題も解決することができる。

本発明の前記ウェーハ支持面は、前記ウェーハポケットの径方向に、１〜１１ｍｍの範囲として設けられることができ、より好ましくは、５〜１０ｍｍの範囲とすることができ、さらに、ウェーハポケット中心からの径方向寸法がウェーハ半径に対して１４４／１５０〜１５５／１５０の範囲に設定でき、これにより、ウェーハを確実に支持可能となる。

前記ウェーハポケットには、前記半導体ウェーハが受容された際に前記ウェーハ支持面の内側となる位置に、前記ウェーハポケットの外部と繋がる流体通路の一方の開口端が形成されているのが好ましい。ここで、ウェーハ支持面の内側とは、半導体ウェーハをウェーハポケットに受容させた際に、ウェーハ周縁部とウェーハ支持面との接触でウェーハ表面側から隔離される側の空間に開口することを意味する。

このような流体通路を形成し、反応ガスおよびキャリアガスを流体通路から吸引してウェーハポケットの外部に流すことによって、上述したようにウェーハ支持面を設定することで半導体ウェーハをこのウェーハ最外縁部でウェーハ支持面に接触するように支持することができる状態となっているので、ウェーハの加熱によってウェーハの裏面側からドーパントが放出されても、このドーパントをウェーハの表面側に廻り込ませることなく、サセプタの下面側からスムーズに排出させることができ、これにより、ウェーハ裏面から表面へのガス流れを防止して、オートドーピングの発生を確実に防止することが可能となる。

なお、オートドーピングの防止は、ｐ／ｐ＋（＋）エピタキシャルウェーハの場合、つまり、基板がｐ＋タイプまたはｐ＋＋タイプで、エピタキシャル膜がｐタイプとされているときに極めて高い効果を奏する。

ここで、ｐ＋＋タイプとは不純物濃度が１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度で、抵抗値が１〜１０（ｍΩ・ｃｍ）程度の低抵抗のものをいい、ｐ＋タイプとは不純物濃度が１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度で、抵抗値が１０〜１００（ｍΩ・ｃｍ）程度の低抵抗のものをいい、ｐタイプとは不純物濃度が１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度で、抵抗値が＞１（Ω・ｃｍ）程度の高抵抗のものを意味している。

また、本発明は次のようなエピタキシャルウェーハの製造方法を提供した。
すなわち、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、気相成長装置において半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ウェーハポケットは、前記半導体ウェーハの裏面の外周縁部で接して、前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面を備え、前記ウェーハ支持面は、表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１０〜１２０μｍの範囲であり、かつ前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で下がるように傾斜している気相成長装置用サセプタを用いて、半導体ウェーハの一面にエピタキシャル成長層を形成したことを特徴とする。

このようなエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル膜の形成時において、ウェーハを支持しているウェーハ支持面が、表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１０〜１２０μｍの範囲に形成されているので、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入するのを防ぎ、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されること、および、オートドーピングの発生を防止することができる。

また、ウェーハ支持面は水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で、ウェーハポケットの中心方向に向かって下がるよう傾斜しているので、ウェーハが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面の縁部がウェーハの裏面に接することがない。

本発明の気相成長装置によれば、ウェーハ支持面と、半導体ウェーハの裏面との接触部分での隙間をほぼ無くすことができる。従来の気相成長装置におけるサセプタのウェーハ支持面は、表面粗さ、平面度が低かったため、半導体ウェーハを載置した際にウェーハ支持面と、ウェーハの裏面との接触部分に多くの隙間が生じてしまっていた。このような隙間があると、ここから反応ガスが半導体ウェーハの裏面側に流入してしまい、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されてしまう。その結果、半導体ウェーハの厚みの面内均一性が大幅に低下し、デバイスを形成した際に歩留まりが悪化する。

しかし、本発明のように、ウェーハ支持面の表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１０〜１２０μｍの範囲にすることよって、ウェーハを載置した際にウェーハ支持面と、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が殆ど生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入することがなく、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを確実に防止できる。その結果、ウェーハの厚みの面内均一性を高く保つことができ、デバイスを形成した際に歩留まりを向上させることが可能になる。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル膜の形成時において、ウェーハを支持しているウェーハ支持面が、表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１０〜１２０μｍの範囲に形成されているので、ウェーハの裏面との接触部分に隙間が生じることなく密着する。これにより、反応ガスがウェーハの裏面側に流入するのを防ぎ、ウェーハの裏面側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを防止する。よって、厚みの面内均一性が高く保たれた、エピタキシャルウェーハを得ることができる。

また、ウェーハ支持面は水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で、ウェーハポケットの中心方向に向かって下がるよう傾斜しているので、ウェーハが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面の縁部がウェーハの裏面に接することがない。これにより、ウェーハの外周縁部にウェーハ支持面との接触によるリング状の接触傷などのない、エピタキシャルウェーハを得ることができる。

以下、本発明に係る気相成長装置の最良の形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態にかかる枚葉式の気相成長装置を示す模式図である。
気相成長装置１は、枠体５と、この枠体５の一方の開放端および他方の開放端をそれぞれ覆う上ドーム３，下ドーム４とを有する。この枠体５，上ドーム３，下ドーム４によって区画され、密閉されたエピタキシャル膜の形成室（チャンバ）２を構成する。上ドーム３および下ドーム４は、透明な材料、例えば石英ガラス等から形成されていれば良い。

上ドーム３および下ドーム４の外側には、形成室２内に収容されるウェーハＷを、上ドーム３および下ドーム４をそれぞれ介して加熱するための加熱装置６ａ，６ｂが配される。この加熱装置６ａ，６ｂは、例えば、ハロゲンランプなど熱線を照射するものであればよい。

形成室２の中央付近には、ウェーハＷを載置するためのサセプタ１０と、このサセプタ１０を支持する支持アーム８が設けられている。支持アーム８は、下ドーム４を貫通して形成室２内に延びる回転軸７に連結され、この回転軸７によって回転可能にされる。なお、サセプタ１０の構成は後ほど詳述する。

枠体５の周面には、サセプタ１０の成膜位置に対応して全周に図示しないフランジ部が形成室２を上下に分離するように設けられ、このフランジ部の上下にはそれぞれガス供給口１１，１２が形成されている。また、このガス供給口１１，１２にそれぞれ対向する位置にガス排出口１３，１４が形成されている。第一ガス供給口１１からは、例えば、成膜ガスであるモノシラン、ジシラン、トリクロロシランなどのＳｉ含有ガスと、このＳｉ含有ガスを希釈する水素ガスと、さらに必要に応じてドーパントガスとを有する反応ガス（プロセスガス）ＧＲが形成室２内に供給される。反応ガスＧＲは、ウェーハＷの表面ｓ近傍を流れ、ウェーハＷの表面ｓにエピタキシャル膜を成長させ、第一ガス排出口１３から形成室２外に排出される。

一方、第二ガス供給口１２からは、例えば、水素などのキャリアガスＧＣが形成室２内に供給される。キャリアガスＧＣは、サセプタ１０の下面側に導入され、ウェーハＷの裏面ｂ近傍を流れる。そして、ウェーハＷの裏面ｂから放出された不必要なドーパントをサセプタ１０に滞留させないように除去しつつ、第二ガス排出口１４から形成室２外に排出される。

図２（ａ）は、本発明の気相成長装置におけるサセプタを上ドーム側から見たときの要部拡大平面図である。また、図２（ｂ）は、気相成長装置におけるサセプタを側面から見たときの要部拡大断面図である。サセプタ１０は、エピタキシャル膜を成長させるウェーハＷを載置するウェーハ保持具であり、全体が例えば炭素基材の表面にＳｉＣコーティングを施したもの、あるいはＳｉＣから形成されたものとされている。

サセプタ１０には、ウェーハＷの外径よりも大きい径の凹部からなるウェーハポケット３１が形成されている。このウェーハポケット３１の内部には、ウェーハＷの裏面ｂ側の外周縁部に接して、ウェーハＷを支持する略リング状のウェーハ支持面３２と、このウェーハ支持面３２よりもさらに凹状の底部３３が形成されている。

ウェーハ支持面３２は、表面粗さ（Ｒａ）０．１μｍ〜３．０μｍ、好ましくは０．２μｍ〜２μｍの範囲になるように形成されている。また、平面度は１０〜１２０μｍの範囲、好ましくは１０〜８０μｍになるように形成されている。そして、ウェーハ支持面３２は、水平面に対して２．８６°〜０．４０°、好ましくは１．４３°〜０．５７°の角度範囲θで、ウェーハポケット３１の中心方向に向かって下がるように傾斜している。
また、ウェーハ支持面３２は、ウェーハポケット３１の径方向に、１〜１１ｍｍの範囲として設けられることができ、より好ましくは、５〜１０ｍｍの範囲とすることができ、さらに、ウェーハポケット３１中心からの径方向寸法が半導体ウェーハＷ半径に対して１４４／１５０〜１５５／１５０の範囲に設定でき、これにより、半導体ウェーハＷを確実に支持可能となる。

ここで、ウェーハ支持面３２の平面度は、図１０に示した例と同様に、接触式の三次元測定器などを用いて、ウェーハ支持面３２における同心円上の複数の測定点からなる仮想平面を算出し、その変化量（最大値−最小値）を示したものである。即ち、ウェーハ支持面３２での形状変化量を表しているものである。ウェーハ支持面３２の平面度測定点は、ウェーハポケット３１中心に対する半径がウェーハ半径に対して１４７／１５０、つまり、ウェーハポケット３１の径方向におけるウェーハ支持面３２の中間位置で、中心角１０°毎に位置設定され、測定点としては、３６箇所とされている。

ウェーハ支持面３２の表面粗さや平面度を上述したような範囲になるように形成することによって、このウェーハ支持面３２と、ウェーハＷの裏面ｂとの接触部分での隙間をほぼ無くすことができる。例えば、図３（ａ）に示すように、従来のサセプタ５１におけるウェーハ支持面５２は、表面粗さ、平面度が低かったため、ウェーハＷを載置した際にウェーハ支持面５２と、ウェーハＷの裏面ｂとの接触部分に多くの隙間Ｕが生じてしまっていた。

このような隙間Ｕがあると、ここから反応ガスＧＲがウェーハＷの裏面ｂ側に流入してしまい、ウェーハＷの裏面ｂ側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層５３が形成されてしまう。その結果、ウェーハＷの厚みの面内均一性が大幅に低下し、デバイスを形成した際に歩留まりが悪化する。

一方、図３（ｂ）に示すように、本発明のサセプタ１０は、ウェーハ支持面３２の表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１２０μｍ以下にすることよって、ウェーハＷを載置した際にウェーハ支持面３２と、ウェーハＷの裏面ｂとの接触部分に隙間Ｕが殆ど生じることなく密着する。これにより、反応ガスＧＲがウェーハＷの裏面ｂ側に流入することがなく、ウェーハＷの裏面ｂ側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを確実に防止できる。その結果、ウェーハＷの厚みの面内均一性を高く保つことができ、デバイスを形成した際に歩留まりを向上させることが可能になる。

また、図４に示すように、ウェーハ支持面３２は、水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲θで、ウェーハポケット３１の中心方向に向かって下がるよう傾斜させたので、ウェーハＷが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面３２の縁部（エッジ）３２ａがウェーハＷの裏面ｂに接することがない。これにより、ウェーハＷの外周縁部にウェーハ支持面３２との接触によるリング状の接触傷が生じることを確実に防止することが可能になる。

サセプタ１０のウェーハ支持面３２を表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１０〜１２０μｍの範囲に形成するには、ダイヤモンド工具による機械的研磨、ＳｉＣ治具による共ズリ研磨、ショットブラストによるＳｉＣ粒吹き付け等の方法よって形成すればよい。

なお、サセプタ１０は、更に全体の反り量が０〜０．２ｍｍであればなお好ましい。
図１２は、サセプタの反り量測定を示す説明図であり、断面図（ａ）、平面図（ｂ）である。
この反り量は、図１２に示すように、接触式の三次元測定器などを用いて、測定点Pとして、サセプタ１０の裏面中心点、半径Ｒ／２の位置での同心円上の複数（８箇所）の点、および外縁での同心円上の複数（８箇所）の点からなる仮想平面を算出し、その変化量（最大値−最小値）を示したものである。即ち、サセプタ１０全体のうねり量を表しているものである。

再び図２を参照して、ウェーハポケット３１には、ウェーハＷが受容された際、ウェーハＷの裏面ｂ側となる位置に、ウェーハポケット３１の外部と繋がる流体通路３５の一方の開口端３５ａが形成されている。流体通路３５の他方の開口端３５ｂはサセプタ１０の外側に形成されている。

流体通路３５は、サセプタ１０の円周方向に複数個形成されていればよい。この流体通路３５には、ウェーハＷの気相成長時にキャリアガスが流される。これにより、ウェーハＷの加熱によってウェーハＷの裏面ｂからドーパントが放出されても、このドーパントをウェーハＷの表面ｓ側に廻り込ませることなく、サセプタ１０の下面から、つまり、流体通路３５ａを通過して流体出口３５ｂから排出させることができる。

なお、流体通路３５は、図２に示すような形態に限定されない。以下、図５にサセプタ１０１に形成した流体通路の様々な形態を示す。図５（ａ）に示す流体通路１０５は、一端１０５ａがウェーハポケット１０３ａに開口するとともに、他端１０５ｂがサセプタ１０１の側面１０６に開口するように構成されている。この例の流体通路１０５によれば、加熱装置からの輻射熱がウェーハＷの裏面に直接照射されるのをさらに防止することができる。

図５（ｂ）に示す流体通路１０５は、一端１０５ａがウェーハポケット１０３ａに開口するとともに、他端１０５ｂがサセプタ１０１の裏面１０４であってウェーハポケット１０３ａの縦壁面より外側に開口するように構成されており、流体通路１０５の形状が直線状ではなく屈折した非直線状に形成されている。したがって、加熱装置からの輻射熱は流体通路１０５の途中まで入り込むものの、この輻射熱は流体通路１０５の屈折部分で遮蔽され、それ以上ウェーハＷの裏面方向へは向かわないこととなる。

図５（ｃ）に示す流体通路１０５は、一端１０５ａがウェーハポケット１０３ａに開口するとともに、他端１０５ｂがサセプタ１０１の裏面１０４であってウェーハポケット１０３ａより外側に開口するように構成され、さらに流体通路１０５の途中に屈折部分を有する点で図５（ｂ）に示す例と共通するが、一端１０５ａ側の流体通路１０５の内径に比べて、他端１０５ｂ側の流体通路１０５の内径が大きく形成されている。

図５（ｄ）に示す流体通路１０５は、一端１０５ａがウェーハポケット１０３ａに開口するとともに、他端１０５ｂがサセプタ１０１の裏面１０４であってウェーハポケット１０３ａより外側に開口する点で図５（ｃ）に示す例と共通するが、流体通路１０５が直線状に形成されている点が相違する。

図５（ｅ）に示す例は、流体通路１０５の内径を小さくする代わりに、一端１０５ａの開口をウェーハポケット１０３ａの縦壁面の上下に並べるように流体通路１０５を上下に並べて形成したものである。

図５（ｆ）に示す流体通路１０５は、一端１０５ａがウェーハポケット１０３ａに開口するとともに、他端１０５ｂがサセプタ１０１の裏面１０４であってウェーハポケット１０３ａより外側に開口する点で図５（ｂ），（ｃ）に示す例と共通し、また流体通路１０５が直線状に形成されている点で図５（ｄ）に示す例と共通するが、ウェーハポケット１０３ａの床面１０３ｂの外周に凹部１０３ｃが形成されている点と、ウェーハポケット１０３ａの床面１０３ｂは上述した図５（ａ）〜（ｅ）の実施形態に比べて浅く形成されている点が相違する。そして、流体通路１０５の一端１０５ａはこの凹部１０３ｃに相当するウェーハポケット１０３ａの縦壁面に開口している。

なお、ウェーハポケット１０３ａの凹部１０３ｃは外周の全周にわたって連続的に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。本例の流体通路１０５も、下方に設けられた加熱装置からの輻射熱が流体通路１０５を介してウェーハＷの裏面に直接照射されない形状とされている。このようにウェーハポケット１０３ａの床面１０３ｂを浅く形成すると、サセプタ１０１の裏面からの輻射熱がウェーハＷの内周部に伝達されやすくなり、ウェーハＷの外周部との温度差が小さくなる。その結果、温度差による熱応力が原因の一つと推察されるウェーハのスリップ転移が抑制できる。

図５（ｇ）に示す流体通路１０５は、ウェーハポケット１０３ａの外周に凹部１０３ｃが形成されている点で図５（ｆ）に示す例と共通するが、この凹部１０３ｃは、外側に向かって下側に傾く傾斜面のみで構成されている。そして、流体通路１０５の一端１０５ａは、この傾斜面からなる凹部１０３ｃに相当するウェーハポケット１０３ａに開口している。なお、ウェーハポケット１０３ａの凹部１０３ｃは外周の全周にわたって連続的に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。本例の流体通路１０５も、下方に設けられた加熱装置からの輻射熱が流体通路１０５を介してウェーハＷの裏面に直接照射されない形状とされている。

図５（ｈ）に示す流体通路１０５は、ウェーハポケット１０３ａの外周に凹部１０３ｃが形成されている点で図５（ｆ）に示す例と共通するが、この凹部１０３ｃは、ウェーハポケット１０３ａの縦壁面に加えて、これに対向する対向縦壁面１０３ｄを有する点が相違する。また、ウェーハポケット１０３ａの床面１０３ｂは図５（ｆ），（ｇ）の実施形態と同様に浅く形成されている。

そして、流体通路１０５の一端１０５ａはこの凹部１０３ｃの対向縦壁面１０３ｄに開口し、他端１０５ｂはサセプタ１０１の裏面１０４であってウェーハポケット１０３ａより内側に開口し、流体通路１０５は直線状に形成されている。なお、ウェーハポケット１０３ａの凹部１０３ｃは外周の全周にわたって連続的に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。本例の流体通路１０５も、下方に設けられた加熱装置からの輻射熱が流体通路１０５を介してウェーハＷの裏面に直接照射されない形状とされている。

さらに、これらの流体通路以外にも、ウェーハポケットの中心位置寄りに開口された他の流体通路を設けることも可能である。

なお、上述した実施形態では枚葉式の気相成長装置を例に挙げて本発明を説明したが、本発明のサセプタはこれに限定されるものではなく、従来から実施されている複数枚のウェーハを一度に処理するバッチ式気相成長装置にも適用可能なことは言うまでもない。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、例えば、従来の枚葉式の気相成長装置のサセプタに代えて、上述した本発明に係る気相成長装置のサセプタを用いることで実現される。図２に示したサセプタ１０のウェーハ支持面３２にウェーハＷを水平に載置し、加熱装置６ａ，６ｂによってウェーハＷを所定の温度まで加熱しつつ、反応ガスＧＲを流すことによって、ウェーハＷの表面にエピタキシャル膜を形成することができる。

このエピタキシャル膜の形成時において、ウェーハＷを支持しているウェーハ支持面３２が、表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１２０μｍ以下に形成されているので、ウェーハＷの裏面ｂとの接触部分に隙間が生じることなく密着する。これにより、反応ガスＧＲがウェーハＷの裏面ｂ側に流入するのを防ぎ、ウェーハＷの裏面ｂ側の外周縁部に不必要なエピタキシャル成長層が形成されることを防止する。よって、厚みの面内均一性が高く保たれた、エピタキシャルウェーハを得ることができる。

また、ウェーハ支持面３２は水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲θで、ウェーハポケット３１の中心方向に向かって下がるよう傾斜しているので、ウェーハＷが自重および熱変形により中心が下がるように湾曲しても、ウェーハ支持面３２の縁部３２ａがウェーハＷの裏面ｂに接することがない。これにより、ウェーハＷの外周縁部にウェーハ支持面３２との接触によるリング状の接触傷などのない、エピタキシャルウェーハを得ることができる。

本発明の気相成長装置用サセプタについて検証した。まず、ウェーハ支持面の平面度と、ウェーハの裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みとの関係を測定した。測定にあたって、ウェーハ支持面の平面度は、サセプタの中心から段差の幅の中央である１４８ｍｍの位置での測定値とした。また、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みは、ウェーハ中心から１４８ｍｍ外側の位置を測定した。ウェーハ支持面の平面度を段階的に変化させたサセプタを用いてウェーハにエピタキシャル膜を形成したときの、ウェーハ支持面の平面度と、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みとの関係の測定結果を図６に示す。

図６に示す結果によれば、ウェーハ支持面の平面度が１２０μｍを超えると、ウェーハ裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みが急激に増加することが判明した。ウェーハ支持面の平面度を１２０μｍ以下に抑えることにより、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の膜厚を低く抑えられることが確認された。

次に、ウェーハ支持面の表面粗さ（Ｒａ）と、ウェーハの裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みとの関係を測定した。測定にあたって、ウェーハ支持面の表面粗さ（Ｒａ）は、サセプタの中心から１４８〜１４９ｍｍの位置での幅１ｍｍの面積の測定値とした。また、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みは、ウェーハ中心から１４８ｍｍ外側の位置を測定した。ウェーハ支持面の平面度を１０μｍ，８０μｍ，１２０μｍとしたときの、ウェーハ支持面の表面粗さ（Ｒａ）と、ウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みとの関係の測定結果を図７に示す。

図７に示す結果によれば、ウェーハ支持面の表面粗さ（Ｒａ）が３μｍを超えると、ウェーハ裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みが急激に増加することが判明した。また、ウェーハ支持面の平面度が高いほどウェーハ裏面側に形成されるエピタキシャル膜の厚みが低く抑えられる傾向が確認された。

次に、本発明の気相成長装置用サセプタを用いてエピタキシャル膜を形成したウェーハの、裏面側におけるエピタキシャル膜の膜厚の同心円上での分布（ばらつき）を測定した。測定にあたって、ウェーハ支持面を、平面度１２０μｍ，表面粗さ（Ｒａ）２．５μｍ，水平面に対する傾斜角度１．４３°とした本発明のサセプタを用意した。比較のため、ウェーハ支持面を、平面度３００μｍ，表面粗さ（Ｒａ）２．５μｍ，水平面に対する傾斜角度１．４３°とした従来のサセプタを用意した。

この本発明と従来のサセプタをそれぞれ用いてウェーハにエピタキシャル膜を形成した。そして、このそれぞれのエピタキシャル膜を形成したウェーハの裏面における、エッジから２ｍｍ内側の同心円上で、１０°刻みで裏面のエピタキシャル膜の厚みを測定した（但し、３６０°（０°）位置は、ノッチが形成されているので測定しなかった）。本発明と従来のサセプタによるウェーハ裏面側のエピタキシャル膜の厚みの測定結果を図８に示す。

図８に示す結果によれば、ウェーハ支持面の平面度が高い（１２０μｍ）本発明のサセプタでエピタキシャル膜を形成したウェーハは、裏面に形成されるエピタキシャル膜が最大でも３０μｍ未満であり、かつ、形成されたエピタキシャル膜の膜厚の最大値と最小値との差が１０μｍ程度であり、外縁部においても厚みの均一性に優れたウェーハを得られることが確認された。一方、ウェーハ支持面の平面度が低い（３００μｍ）従来のサセプタでエピタキシャル膜を形成したウェーハは、裏面に最大で１５０μｍを超えるエピタキシャル膜が形成され、しかも、形成されたエピタキシャル膜の膜厚の最大値と最小値との差が５０μｍを超えるなど、ウェーハ外縁での厚みの均一性に問題があった。

次に、ウェーハ支持面の水平面に対する角度と、ウェーハの裏面に生ずる傷、およびスリップの長さとの関係を調べた。測定にあたって、ウェーハ支持面の水平面に対する角度を０°（水平）から３．７°の範囲で段階的に変化させたサセプタを用意した。そして、それぞれのサセプタを用いてウェーハにエピタキシャル膜を形成した後、ウェーハ裏面とウェーハ支持面の縁部（エッジ）との接触によって生じた、ウェーハ裏面の傷およびスリップ長さを評価した。

スリップの評価は、暗室内の集光灯下でウェーハ裏面を上にしてゆっくりと回転させながら、目視によってスリップの有無と、スリップがあった場合にはその長さ（１本あたりの長さとトータルの長さ）を確認した。また、傷の評価は、暗室内の集光灯下でウェーハ裏面を上にしてゆっくりと回転させながら、目視によって傷の有無とその個数を確認した。ウェーハ支持面の水平面に対する角度と、ウェーハの裏面に生ずる傷、およびスリップの長さとの関係の測定結果を図９に示す。

図９に示す結果によれば、ウェーハ支持面の水平面に対する角度が２．８６°を超えるとスリップが発生し、角度の増加とともにその長さが長くなる。また、角度が０．４０°以下では、ウェーハの裏面に傷が生じることが確認された。

図１は、本発明の気相成長装置の一例を示す平面図である。図２は、本発明のサセプタの要部を示す図であり、平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。図３は、本発明のサセプタの作用を示す模式図である。図４は、本発明のサセプタの作用を示す模式図である。図５は、流体通路の形成例を示す断面図である。図６は、本発明の効果を検証した実施例の結果を示すグラフである。図７は、本発明の効果を検証した実施例の結果を示すグラフである。図８は、本発明の効果を検証した実施例の結果を示すグラフである。図９は、本発明の効果を検証した実施例の結果を示すグラフである。図１０は、ウェーハ支持面の平面度を説明するための図であり、断面図（ａ）、平面図（ｂ）である。図１１は、半導体ウェーハのソリによる裏面デポ発生を説明するための断面図である。図１２は、サセプタの反り量測定を示す説明図であり、断面図（ａ）、平面図（ｂ）である。

符号の説明

１０サセプタ、３１ウェーハポケット、３２ウェーハ支持面。

Claims

半導体ウェーハ表面に成膜する気相成長装置であって、
前記半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタを有し、
前記ウェーハポケットの周縁部には、前記半導体ウェーハ裏面側の外周縁部とその全周で接して前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面が設けられ、
前記ウェーハ支持面は、前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で下がるように傾斜していることを特徴とする気相成長装置。
前記ウェーハ支持面は、その表面粗さがＲａ０．１μｍ〜３．０μｍの範囲とされることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
前記ウェーハ支持面は、その平面度が１０〜１２０μｍの範囲とされることを特徴とする請求項２に記載の気相成長装置。
前記ウェーハ支持面は、前記ウェーハポケットの径方向に、１〜１１ｍｍの範囲として設けられることを特徴とする請求項３に記載の気相成長装置。
前記ウェーハポケットには、前記半導体ウェーハが受容された際に前記ウェーハ支持面より内側位置に、前記ウェーハポケットの外部と繋がる流体通路の一方の開口端が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
気相成長装置において半導体ウェーハを受容するウェーハポケットが形成された気相成長装置用サセプタを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハポケットは、前記半導体ウェーハの裏面の外周縁部で接して、前記半導体ウェーハを支持する略リング状のウェーハ支持面を備え、
前記ウェーハ支持面は、表面粗さ０．１μｍ〜３．０μｍ、平面度１０〜１２０μｍの範囲であり、かつ前記ウェーハポケットの中心に向けて、水平面に対して２．８６°〜０．４０°の角度範囲で下がるように傾斜している気相成長装置用サセプタを用いて、半導体ウェーハの一面にエピタキシャル成長層を形成したことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。