JP4591824B2 - Susceptor - Google Patents
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この発明はサセプタ、詳しくは半導体ウェーハの裏面からのオートドープ現象を低減するために、厚さ方向に貫通して複数の貫通孔が形成されたサセプタの改良に関する。 The present invention relates to a susceptor, and more particularly to an improvement of a susceptor having a plurality of through holes penetrating in the thickness direction in order to reduce an autodoping phenomenon from the back surface of a semiconductor wafer.
近年、MOSデバイス用のシリコン基板として、表面側と裏面側とのドーパント濃度が異なるエピタキシャルウェーハが開発されている。これは、ドーパントが高濃度に添加された低抵抗率のシリコンウェーハの表面に、このウェーハのドーパント濃度より低濃度のドーパントが添加されたエピタキシャル膜を成膜したものである。エピタキシャルウェーハは、MOSデバイスのゲート酸化膜の歩留りが高まるとともに、寄生容量の低減、ソフトエラー(メモリの誤動作)の防止、高ゲッタリング能力などの優れた特性を有している。
エピタキシャル膜を成膜する装置としては、例えば枚葉式のエピタキシャル成長装置が知られている。これはコンパクトな反応室を有しており、ハロゲンランプによる輻射加熱方式を採用している。枚葉式の場合、均熱条件、ガス流れ分布の設計が容易であり、エピタキシャル膜の均一性を高めることが可能である。したがって、大口径のシリコンウェーハの処理用として好適な装置である。
In recent years, epitaxial wafers having different dopant concentrations on the front side and the back side have been developed as silicon substrates for MOS devices. This is an epitaxial film in which a dopant having a concentration lower than the dopant concentration of this wafer is formed on the surface of a low resistivity silicon wafer to which a dopant is added at a high concentration. Epitaxial wafers have excellent characteristics such as reduction in parasitic capacitance, prevention of soft errors (malfunction of memory), and high gettering capability as well as an increase in the yield of gate oxide films of MOS devices.
As an apparatus for forming an epitaxial film, for example, a single wafer epitaxial growth apparatus is known. It has a compact reaction chamber and employs a radiant heating system with a halogen lamp. In the case of a single wafer type, it is easy to design soaking conditions and gas flow distribution, and it is possible to improve the uniformity of the epitaxial film. Therefore, the apparatus is suitable for processing a large-diameter silicon wafer.
近年、エピタキシャルウェーハへの品質要求として、エピタキシャル膜面内の比抵抗分布の均一化が強く求められている。しかしながら、エピタキシャル成長時には、高温にてエピタキシャル成長処理が実施されるため、エピタキシャル成長処理中にウェーハ内のドーパントがウェーハ裏面から外方拡散し、その拡散したドーパントが、ウェーハ表面側に回り込んでエピタキシャル膜内に取り込まれる現象が起きる。いわゆるオートドープ現象が発生している。このため、形成されたエピタキシャル膜面内において、ドーパント濃度のバラツキを生じる。特に、オートドーピングの影響が起こりやすいエピタキシャル膜の外周縁部の抵抗率が低下して、エピタキシャル膜面内の抵抗率分布が均一化しない問題が生じていた。
とりわけ、シリコンウェーハのドーパント濃度より低濃度のエピタキシャル成長を行う場合には、エピタキシャル膜中のドーパント濃度がウェーハ外周部において上昇する現象が見られる。その結果、エピタキシャル膜のドーパント濃度がスペック外となる領域が発生し、ウェーハの生産歩留まりの低下や特性低下を招くおそれがある。
In recent years, as a quality requirement for an epitaxial wafer, there has been a strong demand for uniform distribution of specific resistance in the plane of the epitaxial film. However, during epitaxial growth, since the epitaxial growth process is performed at a high temperature, the dopant in the wafer diffuses outward from the back surface of the wafer during the epitaxial growth process, and the diffused dopant wraps around the wafer surface and enters the epitaxial film. The phenomenon that is taken in occurs. A so-called auto-doping phenomenon has occurred. For this reason, variation in dopant concentration occurs in the formed epitaxial film surface. In particular, the resistivity at the outer peripheral edge portion of the epitaxial film, which is likely to be affected by auto-doping, is reduced, causing a problem that the resistivity distribution in the plane of the epitaxial film is not uniform.
In particular, when epitaxial growth is performed at a concentration lower than the dopant concentration of the silicon wafer, a phenomenon in which the dopant concentration in the epitaxial film increases at the outer periphery of the wafer is observed. As a result, there is a region where the dopant concentration of the epitaxial film is out of specifications, which may cause a reduction in wafer production yield and characteristics.
これを解消する従来技術として、例えば特許文献1のサセプタが知られている。すなわち、サセプタの表側に形成され、貫通孔は、サセプターザグリ内の外周領域、シリコンウェーハを載置するポケットの底壁の最外周部に、貫通孔を形成したものである。これを使用して、エピタキシャル成長処理する方法が知られている。
しかしながら、貫通孔と対向するウェーハの部分では、エピタキシャル膜の微小な膜厚変化(隆起)が生じている。これにより、エピタキシャル膜の膜厚分布の均一性が低下し、エピタキシャル膜表面のフラットネス特性の劣化を招いていた。従来は、この程度の微小な変動は問題視されなかったが、デバイスの微細化に伴い、このような若干の変動がウェーハの生産歩留まり、デバイス歩留まりに影響を及ぼしてきた。この現象は、シリコンウェーハのうち、熱伝導の関係で貫通孔との対向部分が、他の部分に比べて局部的に高温化し、エピタキシャル膜の成長速度が大きくなるためと推察される。
As a conventional technique for solving this problem, for example, a susceptor disclosed in
However, in the portion of the wafer facing the through-hole, a minute change (bump) of the epitaxial film occurs. Thereby, the uniformity of the film thickness distribution of the epitaxial film is lowered, and the flatness characteristic of the surface of the epitaxial film is deteriorated. Conventionally, such minute fluctuations have not been regarded as a problem, but with the miniaturization of devices, such slight fluctuations have affected the production yield of wafers and the device yield. This phenomenon is presumed to be due to the fact that the portion of the silicon wafer facing the through hole is locally heated due to thermal conduction, and the growth rate of the epitaxial film is increased compared to other portions.
そこで、この問題を解消する従来技術として、例えば貫通孔を縮径化する方法を採用した特許文献2のサセプタが知られている。貫通孔を小さくすると(内径2mm以下が好ましい)、反応室の下側から貫通孔を通して、直接、加熱されるウェーハの部分の面積が小さくなる。その効果により、エピタキシャル膜の面内がより均一に加熱されることで、エピタキシャル膜成長速度のエピタキシャル膜面内での部分的なバラつきが抑制される。その結果、エピタキシャル膜の膜厚分布の均一性が向上し、エピタキシャル膜表面のナノトポロジーが改善される(図8のグラフ)。ナノトポロジーとは、nmレベルの面粗さ(変化量の絶対値)である。
前述の通り、貫通孔の縮径化により貫通孔に対向するウェーハ部分の膜厚分布の均一性が高まり、かつウェーハ表裏面のナノトポロジーも改善されることがわかった。しかしながら、特許文献2における貫通孔の径小化には、径小孔の場合、孔内でのSiC膜の非成膜という問題が存在する。すなわち、ウェーハへの汚染の問題が懸念されている。そのため、特許文献2では、直径0.7mmの貫通孔により実現されるレベル以上のエピタキシャルウェーハ表面におけるナノトポロジーの改善は望めない。
また、特許文献1および特許文献2には、エピタキシャルウェーハの表面におけるナノトポロジーの改善については開示されているものの、エピタキシャルウェーハの裏面のナノトポロジーについては、何ら改善方法が記載されてない。今日、高集積デバイスに供されるウェーハには、デバイス活性領域にあたる表面側のみならず裏面側の面粗さについても、ナノレベルの品質コントロールが要求されてきた。しかしながら、従来はそこまでの厳格な要求が無かったことも有り、特許文献1および特許文献2では、それに対応できなかった。
As described above, it has been found that by reducing the diameter of the through hole, the uniformity of the film thickness distribution of the wafer portion facing the through hole is increased, and the nanotopology of the front and back surfaces of the wafer is improved. However, in reducing the diameter of the through hole in
Further,
貫通孔の径小化は、このようにウェーハ表面のナノレベルの改善(表面粗さの低減)には有効であるものの、貫通孔と対向したエピタキシャルウェーハの相対領域における不純物の濃度を高めてしまう。その結果、エピタキシャルウェーハの電気特性(例えばライフタイム)が低下していた。このように不純物の濃度が高まるのは、貫通孔が微細化されたことで、サセプタに対する貫通孔の形成後に行われるワイプ材などを用いた孔部分の洗浄と、続く塩素系の高純度化処理ガス中での高純度化処理(約2000℃)とを施しても、貫通孔に残った不純物を十分に除去することができないためである。 Although the reduction in the diameter of the through hole is effective in improving the nano-level of the wafer surface (reducing the surface roughness) in this way, it increases the concentration of impurities in the relative region of the epitaxial wafer facing the through hole. . As a result, the electrical characteristics (e.g., lifetime) of the epitaxial wafer have been reduced. The concentration of impurities increases in this way because the through-holes are made finer, so that cleaning of the hole part using a wipe material or the like performed after the formation of the through-holes to the susceptor and subsequent chlorine-based purification treatment are performed. This is because the impurities remaining in the through-holes cannot be sufficiently removed even when the high-purity treatment (about 2000 ° C.) in the gas is performed.
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、サセプタの貫通孔の開口部分を拡径構造(開口部の面積が拡大した構造)とすれば、エピタキシャルウェーハの表面のさらなるナノトポロジーの改善と、エピタキシャルウェーハの裏面ナノトポロジーの改善とが図れ、しかも貫通孔の小径化に伴うエピタキシャルウェーハのライフタイム特性の劣化も同時に改善することができることを知見し、この発明を完成させた。 Therefore, as a result of earnest research, the inventor has improved the nanotopology of the surface of the epitaxial wafer and improved the epitaxial wafer if the opening portion of the through hole of the susceptor has a diameter-enlarged structure (structure in which the area of the opening is enlarged). Thus, the inventors have found that the backside nanotopology can be improved, and that the lifetime characteristics of the epitaxial wafer can be improved at the same time as the through-holes are reduced in diameter, and the present invention has been completed.
この発明は、オートドープ現象を防ぐことができ、かつエピタキシャルウェーハの表裏面のナノトポロジーと、貫通孔の小径化に伴うエピタキシャルウェーハのライフタイムの劣化とを同時に改善することができるサセプタを提供することを目的としている。 The present invention provides a susceptor that can prevent the auto-doping phenomenon and can simultaneously improve the nanotopology of the front and back surfaces of the epitaxial wafer and the deterioration of the lifetime of the epitaxial wafer due to the reduction in the diameter of the through hole. The purpose is that.
請求項1に記載の発明は、反応室に収納され、半導体ウェーハが表面に載置されるとともに、厚さ方向に貫通して複数の貫通孔が形成されたサセプタにおいて、各貫通孔の形成部の表面側および裏面側のうち、少なくとも表面側には、対応する貫通孔の他の部分より開口面積が大きい拡大開口部が、前記他の部分と連通状態で設けられ、前記貫通孔の他の部分と拡大開口部とは、その全長にわたって、長さ方向に直交する断面形状がそれぞれ円形で、前記貫通孔の他の部分の直径は0.7〜1.5mmで、前記拡大開口部の直径は、対応する他の部分の直径の1.1〜3倍であるサセプタである。
The invention according to
請求項1に記載の発明によれば、サセプタには、厚さ方向に貫通した貫通孔が複数形成されている。そのため、エピタキシャル成長中、半導体ウェーハの裏面から外方拡散したドーパントは、ウェーハ表面側に回り込むことなく、貫通孔を通して反応室の下側空間に排出される。その結果、オートドープ現象によりエピタキシャル膜内に取り込まれるドーパントを抑制することができる。
しかも、各貫通孔の形成部の表面側および裏面側のうち、少なくとも表面側に拡大開口部を有するので、半導体ウェーハの各貫通孔と対向する部分の高温化が抑制される。その結果、エピタキシャルウェーハの表面のナノトポロジーだけでなく、裏面のナノトポロジーも改善される。
According to the first aspect of the present invention, the susceptor is formed with a plurality of through holes penetrating in the thickness direction. Therefore, during the epitaxial growth, the dopant diffused outward from the back surface of the semiconductor wafer is discharged to the lower space of the reaction chamber through the through hole without going around to the wafer surface side. As a result, the dopant taken in the epitaxial film due to the auto-doping phenomenon can be suppressed.
Moreover, since the enlarged opening is provided at least on the front surface side and the back surface side of each through hole forming portion, the temperature of the portion of the semiconductor wafer that faces each through hole is suppressed. As a result, not only the nanotopology of the front surface of the epitaxial wafer but also the nanotopology of the back surface is improved.
さらに、貫通孔に拡大開口部が存在することで、貫通孔を径小化しても、サセプタ作製工程の貫通孔の孔あけ加工後に行われる貫通孔の洗浄が比較的容易になる。しかも、続くサセプタの高純度処理工程では、塩素系の高純度化処理ガスを十分に孔中に回り込ませることができる。これにより、径小な貫通孔に残った不純物を良好に除去することができる。その結果、エピタキシャル成長中、貫通孔と対向した半導体ウェーハの裏面部分における貫通孔内の不純物による汚染を低減することができる。よって、貫通孔の径小化に伴うエピタキシャルウェーハのライフタイム特性の劣化を防止することができる。 Furthermore, the presence of the enlarged opening in the through hole makes it relatively easy to clean the through hole after the through hole is formed in the susceptor manufacturing process even if the through hole is reduced in diameter. Moreover, in the subsequent high-purity processing step of the susceptor, the chlorine-based high-purity processing gas can be sufficiently introduced into the holes. Thereby, the impurities remaining in the small-diameter through hole can be removed satisfactorily. As a result, contamination due to impurities in the through hole in the back surface portion of the semiconductor wafer facing the through hole can be reduced during epitaxial growth. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the lifetime characteristics of the epitaxial wafer due to the diameter reduction of the through hole.
半導体ウェーハの各貫通孔と対向する部分の高温化が抑制される明確な理由は不明である。おそらく、各貫通孔の少なくとも表面側の端部の開口面積が拡大しているので、反応室の下方に存在する熱源から、各貫通孔を通して半導体ウェーハの裏面に対して放射された熱の輻射量が低減したものと考えられる。
一方、ライフタイムが改善されたメカニズムについては、このように各貫通孔の端部の開口面積が拡大しているので、サセプタの作製時、サセプタを高純度化する塩素系の熱処理ガスが貫通孔に流れ込み易くなり、貫通孔の内壁が高純度化されたことと、SiC成膜時少なくとも片側が拡大開口したことにより、SiC成膜状態が向上したためと考えられる。
The clear reason why the high temperature of the portion facing each through hole of the semiconductor wafer is suppressed is unknown. Presumably, the opening area of at least the front end of each through hole is enlarged, so the amount of heat radiated from the heat source existing below the reaction chamber to the back surface of the semiconductor wafer through each through hole Is considered to have been reduced.
On the other hand, for the mechanism with improved lifetime, the opening area of the end of each through-hole is thus enlarged, so that when the susceptor is manufactured, a chlorine-based heat treatment gas for purifying the susceptor is passed through the through-hole. This is thought to be because the SiC film formation state was improved because the inner wall of the through hole was highly purified and at least one side was enlarged at the time of SiC film formation.
半導体ウェーハとしては、シリコンウェーハ、ゲルマニウムウェーハまたはSiCウェーハなどを採用することができる。
サセプタの素材は限定されない。例えば、炭素基材の表面にSiC被膜をコーティングしたものを使用する。サセプタの形状は円板状である。
サセプタは、単なる平板形状でもよいし、半導体ウェーハを収納するポケットが形成されたものでもよい。
As the semiconductor wafer, a silicon wafer, a germanium wafer, a SiC wafer, or the like can be employed.
The material of the susceptor is not limited. For example, the surface of a carbon substrate coated with a SiC film is used. The susceptor has a disk shape.
The susceptor may be a simple flat plate shape or may be formed with a pocket for accommodating a semiconductor wafer.
貫通孔はサセプタの全域に形成してもよいし、サセプタの一部(例えば外周部)でもよい。
拡大開口部は、貫通孔の表面側だけに形成してもよいし、貫通孔の裏面側だけに形成してもよい。また、貫通孔の表面側と裏面側との両方に形成してもよい。 The through hole may be formed in the entire area of the susceptor, or may be a part of the susceptor (for example, the outer peripheral portion).
The enlarged opening may be formed only on the front surface side of the through hole, or may be formed only on the back surface side of the through hole. Moreover, you may form in both the surface side and back surface side of a through-hole .
また、貫通孔の他の部分の直径を0.7〜1.5mmとし、また拡大開口部の直径を、対応する他の部分の直径の1.1(0.77mm)〜3倍(4.5mm)とすることで、エピタキシャルウェーハの表裏面のナノトポロジーを、より改善することができる。
貫通孔の他の部分と拡大開口部とは、長さ方向に直交する断面形状がそれぞれ円形であればよい。例えば、各全長にわたって断面積が一定となった円形でもよい。また、それらの長さ方向の一部または全部が、外方に向かって徐々に拡径化したラッパ形状でもよい。さらには、それらの長さ方向の一部に、任意の大きさの拡径部およびまたは縮径部が存在してもよい。
Further, the diameter of the other portions of the through holes and 0.7 to 1.5 mm, also the diameter of the enlarged opening, 1.1 (0.77 mm) to 3 times the diameter of the corresponding other part (4. 5 mm), the nanotopology of the front and back surfaces of the epitaxial wafer can be further improved.
The other part of the through hole and the enlarged opening may have a circular cross-sectional shape orthogonal to the length direction. For example, it may be a circle having a constant cross-sectional area over the entire length. Further, a part or all of the length direction may have a trumpet shape in which the diameter is gradually increased outward. Furthermore, an enlarged portion and / or a reduced diameter portion having an arbitrary size may exist in a part of the length direction.
貫通孔の他の部分の直径が0.7mm未満では、現在のSiC成膜技術によればサセプタの貫通孔に十分なSiCを成膜・形成することは困難である。また、1.5mmを超えると、拡大開口部の有無に拘らず、エピタキシャルウェーハの表裏面のナノトポロジーの改善は図れない。
拡大開口部の直径が他の部分の直径の1.1倍未満では、拡径構造による効果が小さく、エピタキシャルウェーハの表裏面のナノトポロジーは僅かしか改善されない。また、3倍を超えるとエピタキシャルウェーハの表裏面のナノトポロジーの改善効果が低下する。
拡大開口部の直径の、他の部分の直径に対するより好ましい倍率は1.5〜2.0倍である。この範囲であれば、ナノトポロジ−とライフタイム特性の最良組み合わせというさらに好適な効果が得られる。
If the diameter of the other part of the through hole is less than 0.7 mm, it is difficult to form and form sufficient SiC in the through hole of the susceptor according to the current SiC film forming technology. If the thickness exceeds 1.5 mm, the nanotopology of the front and back surfaces of the epitaxial wafer cannot be improved regardless of the presence or absence of the enlarged opening.
If the diameter of the enlarged opening is less than 1.1 times the diameter of the other part, the effect of the enlarged structure is small, and the nanotopology of the front and back surfaces of the epitaxial wafer is only slightly improved. Moreover, when it exceeds 3 times, the improvement effect of the nanotopology of the front and back of an epitaxial wafer will fall.
A more preferable magnification of the diameter of the enlarged opening with respect to the diameter of the other portion is 1.5 to 2.0 times. Within this range, a more favorable effect of the best combination of nanotopology and lifetime characteristics can be obtained.
請求項1に記載のサセプタによれば、各貫通孔の形成部の表面側および裏面側のうち、少なくとも表面側に拡大開口部が存在するので、半導体ウェーハの各貫通孔と対向する部分の高温化が抑制される。これにより、オートドープ現象を防止することができ、しかもエピタキシャルウェーハの表裏面のナノトポロジーも改善することができる。さらに、貫通孔の径小化に伴うエピタキシャルウェーハのライフタイム特性の劣化も同時に改善することができる。
According to the susceptor according to
また、貫通孔の他の部分の直径を0.7〜1.5mmとし、拡大開口部の直径を、対応する他の部分の直径の1.1〜3倍としたことで、表裏面のナノトポロジーの改善という効果が得られる。 In addition, the diameter of the other part of the through hole is 0.7 to 1.5 mm, and the diameter of the enlarged opening is 1.1 to 3 times the diameter of the corresponding other part. The effect of improving the topology is obtained.
以下、この発明の実施例1に係るサセプタを説明する。
Hereinafter, a susceptor according to
図1において、10はこの発明の実施例1に係るサセプタが組み込まれたエピタキシャル成長装置で、このエピタキシャル成長装置10は、凹面を有する円形の上側ドーム3と同じく円形の下側ドーム4とを有している。上側ドーム3および下側ドーム4は、石英などの透明な素材で形成されている。そして、上側ドーム3と下側ドーム4とを上下に対向して配設し、これらの両端は円環状のドーム取付体5の上下面にそれぞれ固定される。これにより、密閉された平面視して略円形の反応室2が形成される。
In FIG. 1, 10 is an epitaxial growth apparatus incorporating a susceptor according to
反応室2の上方および下方には、反応室2内を加熱するハロゲンランプ6が円周方向に略均等間隔で離間して複数個それぞれ設けられている。ドーム取付体5の所定位置には、反応室2にガスを、シリコンウェーハWの表面と平行(水平)に流入するガス供給口12が設けられる。また、ドーム取付体5の対向位置(ガス供給口と約180°離間した位置)には、反応室2内のガスをこの外部へ排出するガス排出口13が設けられている。これらのガス供給口12およびガス排出口13は、上下に離間して2つずつ設けられている。これは、シリコンウェーハWの表面側およびサセプタ裏面側にガス流れを形成するためである。シリコンウェーハWは、直径200mm、厚さ740μm、表面の面方位(100)、比抵抗15mΩcmのp型の片面鏡面シリコン単結晶ウェーハである。シリコンウェーハWの裏面には、シリコン酸化膜は形成されていない。
A plurality of
反応室2の高さ方向の中間部には、シリコンウェーハWを載置するサセプタ20が設けられている。反応室2は、サセプタ20を仕切りとして、上側空間と下側空間とに区画されている。サセプタ20は、反応室2内の高温に耐え得るように炭素基材の表面にSiC被膜をコーティングしたものが採用されている。これにより、炭素部材からなるサセプタ母材からの炭素汚染など、使用するサセプタ母材に起因した汚染を防ぐことができる。サセプタ20は所定厚さの円板状である。
A
また、サセプタ20の表面側には、シリコンウェーハWを載置する所定広さの円形の凹部であるポケット部24が設けられている。すなわち、サセプタ20の半径は載置するシリコンウェーハWのそれより大きい。ポケット部24の深さは、略シリコンウェーハWの厚さとほぼ同じ程度である。
サセプタ20のポケット部24の外周部の全域には、サセプタ20の厚さ方向に貫通した貫通孔30が一定ピッチで多数形成されている。各貫通孔30の表面側には、対応する貫通孔30の他の部分30aより開口面積が大きい拡大開口部(トレンチ部)30bが、前記他の部分30aと連通状態で設けられている。
Further, on the surface side of the
A large number of through
各貫通孔30の長さは、ポケット部24の底壁の厚さと同程度の約2mmである。各貫通孔30における拡大開口部30bと他の部分30aとは、その全長にわたり、長さ方向に直交する断面形状がそれぞれ一定の直胴孔である。他の部分30aの直径d1は1mm(開口面積0.785mm2)である。また、拡大開口部30bの直径d2は3mm(開口面積7.065mm2)で、対応する他の部分30aの直径d1の3倍にあたる。拡大開口部30bの深さ(サセプタ20の厚さ)は0.3mmである。直胴孔の拡大開口部30bに代えて、例えばサセプタ20の表面に向かって徐々に拡径化したラッパ形状の拡大開口部30cを採用してもよい(図5)。また、各貫通孔30の形成部の表面側だけでなく、その裏面側にも拡大開口部30dを形成したものを採用してもよい(図7)。エピタキシャル成長中、シリコンウェーハWの裏面から外方拡散されるドーパントは、拡大開口部30bを含む各貫通孔30を通過して、反応室2の下側空間に排出される。反応室2の下側空間への反応ガスの排出力を高めるため、反応室2の下側空間は上側空間よりも負圧化されている。
The length of each through
サセプタ20の外周には、反応ガスをシリコンウェーハWと接触する直前に加熱する環状のプリヒートリング60が、その全周にわたり若干の隙間をあけて配置されている。プリヒートリング60は、その外周側がドーム取付体5の内周側に固着されている。プリヒートリング60は、炭化珪素を塗布した黒鉛材料からなる。プリヒートリング60は、透光性を有した上側ドーム3および下側ドーム4を通して、各ハロゲンランプ6から照射された光で加熱される。
On the outer periphery of the
サセプタ20は、その一部が裏面に当接するサセプタ支持部材18によって支持されている。サセプタ支持部材18は石英製で、中心部の支持材18dと、周方向に120°間隔をあけて放射状に形成された3本の支持材18a〜18cとを有している。サセプタ支持部材18の下部には、図示しない回転モータの出力軸と固定された軸部7が連結され、これにより、サセプタ20はサセプタ支持部材18とともに回転自在に設けられる。
サセプタ20には、エピ成膜後にシリコンウェーハWを下方から持ち上げるリフトピン9が3本設けられている。各リフトピン9は、サセプタ20およびサセプタ支持部材18に貫通した孔に挿通されて保持されている。
The
The
そして、上記軸部7の外周には、リフトアーム支持材25が軸部7と一体に配設されている。リフトアーム支持材25の上端部には、各リフトピン9を持ち上げる3本のリフトアーム11が、各リフトピン9に対応して設けられている。リフトアーム11、リフトアーム支持材25およびリフトピン9の各構造と各機能とは、従来のエピタキシャル成長装置のそれと、おのおの同じである。
これにより、シリコンウェーハWは、反応室2内でサセプタ20に載置されて回転しながら供給されたガスと反応して、その表面に所定厚さのエピタキシャル膜が成膜される。成膜後は、リフトアーム支持材25によりリフトアーム11を持ち上げ、サセプタ20の孔に挿入保持された各リフトピン9を所定高さだけ持ち上げる。これにより、サセプタ20のポケット部24からシリコンウェーハWが持ち上げられ、図示してない移載機構によりシリコンウェーハWが反応室2から排出される。
A lift
As a result, the silicon wafer W reacts with the gas supplied while rotating on the
次に、実施例1のサセプタが組み込まれたエピタキシャル成長装置10により、シリコンウェーハWの表面にエピタキシャル膜を成膜する方法について説明する。
まず、シリコンウェーハWを準備する。次いで、このシリコンウェーハWを、その主面を上方にして反応室2内のサセプタ20のポケット部24に載置する。これは図示しない移載機構による。その後、反応室2を密閉する。それから、サセプタ支持部材18の軸部7を所定速度で回転させ、サセプタ20に載置されたシリコンウェーハWを回転させる。
Next, a method for forming an epitaxial film on the surface of the silicon wafer W using the
First, a silicon wafer W is prepared. Next, the silicon wafer W is placed in the
次いで、まず反応室2内にシリコンウェーハWの表面と平行に水素ガスを供給し、ハロゲンランプ6で所定温度に加熱する。これにより、シリコンウェーハWに対して1130℃、20秒間の水素ベークを行う。その後、シリコンソースガスであるSiHCl3およびボロンドーパントガスであるB2H6が水素ガスで希釈された混合ガスを上側に、水素ガスを下側に各ガス供給口12から反応室2の上側空間と下側空間とにそれぞれ供給する。このときの流量は、10リットル/min〜100リットル/minである。同時に、反応室2内で反応などに使用された上記ガスをガス排出口13から排出する。
Next, hydrogen gas is first supplied into the
次に、反応室2の上方および下方に設けられたハロゲンランプ6により、反応室2内で熱を輻射させて反応室2内の温度を1100℃に保持する。これにより、厚さ約6μm、比抵抗10Ω・cmのP型のエピタキシャル膜が、均一にシリコンウェーハWの表面に成長する。このとき、シリコンウェーハWを保持するサセプタ20は、サセプタ支持部材18を介して、下方のハロゲンランプ6により均一にその輻射熱を受ける。
また、サセプタ20のポケット24の外周部には、多数の貫通孔30が形成されている。そのため、エピタキシャル成長中、シリコンウェーハWの裏面から外方拡散したドーパントは、ウェーハ表面側に回り込むことなく、各貫通孔30を通して反応室2の下側空間に排出される。その結果、オートドープ現象によりエピタキシャル膜内に取り込まれるドーパントを抑制することができる。これにより、エピタキシャル膜面内におけるドーパント濃度のバラツキが低減し、エピタキシャル膜の外周縁部の抵抗率が、エピタキシャル膜の中央部の抵抗率と略同じになり、エピタキシャル膜面内の抵抗率分布の均一化が高まる。
さらに、各貫通孔30の形成部の表面側には、拡大開口部30bがそれぞれ連通されている。これにより、シリコンウェーハWのうち、各貫通孔30と対向する部分の高温化が抑制される。そのため、エピタキシャルウェーハ表面のナノトポロジーだけでなく、エピタキシャルウェーハの裏面のナノトポロジーも改善される。
Next, heat is radiated in the
A large number of through
Furthermore, the
しかも、このように微細な貫通孔30に拡大開口部30bを設けたことで、例えばサセプタ20の作製時、孔あけ加工後の洗浄工程における貫通孔30からの不純物の除去効果を高めることができる。その結果、エピタキシャル成長中、貫通孔30と対向したシリコンウェーハWの裏面部分が不純物により汚染されるのを防止し、貫通孔30に対向するエピタキシャルウェーハのライフタイム特性劣化も同時に改善することができる。
シリコンウェーハWのうち、各貫通孔30と対向する部分の高温化が抑制された理由は明らかではない。おそらくは、反応室2の下方に存在するハロゲンランプ6から、各貫通孔30を通してシリコンウェーハWの裏面に対して放射された熱の輻射量が低減したものと考えられる。
一方、ライフタイムが改善された理由については、貫通孔30の端部に拡大開口部30bが連通されていることで、サセプタ20の作製時、例えばワイプ材などを使用して孔あけ加工後に行われる貫通孔30の洗浄が比較的容易になったことが挙げられる。さらには、続くサセプタ20の高純度処理工程で、サセプタ20を高純度化させる塩素系の高純度化処理ガスが拡大開口部30bを通して貫通孔30に流れ込み易くなり、それにより貫通孔30の内壁が高純度化されたことなどが考えられる。
In addition, by providing the
The reason why the silicon wafer W is prevented from being heated at a high temperature at the portion facing each through
On the other hand, the reason why the lifetime has been improved is that the
ここで、図2を参照して、実施例1のサセプタ20(図2a)と、従来の直胴孔30Aを有したサセプタ20A(図2b)とを用い、シリコンウェーハWの表面にエピタキシャル膜をそれぞれ成膜した際において、ウェーハの裏面の粗さを比較した試験の結果を報告する。
実施例1のサセプタ20では、エピタキシャルウェーハの裏面の粗さ(凹凸)は、数nm程度であった。これに対して、従来のサセプタ20Aでは10数nmとナノトポロジーは劣化していた。
Here, referring to FIG. 2, an epitaxial film is formed on the surface of silicon wafer W by using susceptor 20 (FIG. 2a) of Example 1 and
In the
次に、図3のグラフを参照して、貫通孔の他の部分の直径に対して、拡大開口部の直径の倍率を変化させたとき、エピタキシャルウェーハの表裏面のナノトポロジーを比較した試験結果を示す。エピタキシャルウェーハ表面は、エピタキシャル膜面である。
貫通孔の表面側と他の部分との直径とが同じになる1.0倍の直胴孔(従来)の場合に比べて、1.1〜3倍のものは、エピタキシャルウェーハの表裏面の何れも、ナノトポロジーが改善された。特に、ウェーハの裏面ではその効果が高かった。なお、4.0倍では、エピタキシャルウェーハ表裏面のナノトポロジーの改善効果は低下した。
Next, referring to the graph of FIG. 3, when changing the magnification of the diameter of the enlarged opening relative to the diameter of the other part of the through hole, the test results comparing the nanotopologies of the front and back surfaces of the epitaxial wafer Indicates. The epitaxial wafer surface is an epitaxial film surface.
Compared to the case of a straight barrel hole (conventional) of 1.0 times where the diameter of the surface side of the through hole and the other part is the same, 1.1 to 3 times that of the front and back surfaces of the epitaxial wafer In both cases, the nanotopology was improved. The effect was particularly high on the back side of the wafer. At 4.0 times, the nanotopology improvement effect on the front and back surfaces of the epitaxial wafer decreased.
図4は、エピタキシャルウェーハのサセプタの孔無し部と対向する部分のライフタイム特性を基準値1.0としたとき、エピタキシャルウェーハのうち、従来の直胴の貫通孔と対向した部分のライフタイム特性と、この発明の拡大開口部(トレンチ部)を有する貫通孔と対向した部分のライフタイム特性とを比較した試験の結果を報告する。
直胴の貫通孔には、直径0.7mm(水準A)、直径1.5mm(水準B)という口径が異なる2種類について試験した。また、この発明の貫通孔の場合には、前記倍率が1.1倍のものと、3.0倍のものとを試験した。1.1倍の貫通孔は、水準Aの直胴部分(他の部分)をベースとしている。また、3.0倍の貫通孔は水準Bの直胴部分をベースとしている。
図4のグラフから明らかなように、エピタキシャルウェーハのうち、直胴孔(従来)と対向する部分のライフタイム特性に比べて、この発明の貫通孔と対向する部分のライフタイム特性の方が、前記基準値1.0に近かった。
FIG. 4 shows the lifetime characteristics of the portion of the epitaxial wafer facing the through-holes of the conventional straight body when the lifetime characteristics of the portion facing the holeless portion of the susceptor of the epitaxial wafer is 1.0. And the result of the test which compared the lifetime characteristic of the part which opposed the through-hole which has an enlarged opening part (trench part) of this invention is reported.
Two types with different diameters of 0.7 mm (level A) and 1.5 mm (level B) in diameter were tested in the through hole of the straight body. In addition, in the case of the through hole of the present invention, those having the magnification of 1.1 times and those of 3.0 times were tested. The 1.1 times through-hole is based on a level A straight body part (other part). Further, the 3.0 times through hole is based on the level B straight body portion.
As is apparent from the graph of FIG. 4, the lifetime characteristics of the portion facing the through hole of the present invention are more than the lifetime characteristics of the portion facing the straight body hole (conventional) of the epitaxial wafer. It was close to the reference value 1.0.
ここで、ラッパ形状の拡大開口部30cを有する貫通孔30が形成されたサセプタ20(図5)を使用し、貫通孔の他の部分の直径に対して、拡大開口部の直径の倍率を変化させたとき、エピタキシャルウェーハ表裏面のナノトポロジーを比較した試験を示す(図6のグラフ)。
図3のグラフでの試験結果同様に、1.0倍の従来の直胴孔の場合に比べて、1.1〜3倍のものは、エピタキシャルウェーハの表裏面の何れも、ナノトポロジーは改善された。特に、ウェーハ裏面ではその効果が高かった。なお、4.0倍では、エピタキシャルウェーハ表裏面のナノトポロジーの改善効果は低下した。
Here, using the susceptor 20 (FIG. 5) in which the through
As with the test results in the graph of FIG. 3, the nanotopology is improved for both the front and back surfaces of the epitaxial wafer in the case of 1.1 to 3 times that of the conventional straight body hole of 1.0 times. It was done. In particular, the effect was high on the backside of the wafer. At 4.0 times, the nanotopology improvement effect on the front and back surfaces of the epitaxial wafer decreased.
2 反応室、
20 サセプタ、
30 貫通孔、
30a 他の部分、
30b,30c 拡大開口部、
W シリコンウェーハ(半導体ウェーハ)。
2 reaction chamber,
20 susceptors,
30 through holes,
30a other parts,
30b, 30c enlarged opening,
W Silicon wafer (semiconductor wafer).
Claims (1)
各貫通孔の形成部の表面側および裏面側のうち、少なくとも表面側には、対応する貫通孔の他の部分より開口面積が大きい拡大開口部が、前記他の部分と連通状態で設けられ、
前記貫通孔の他の部分と拡大開口部とは、その全長にわたって、長さ方向に直交する断面形状がそれぞれ円形で、
前記貫通孔の他の部分の直径は0.7〜1.5mmで、
前記拡大開口部の直径は、対応する他の部分の直径の1.1〜3倍であるサセプタ。 In the susceptor housed in the reaction chamber, the semiconductor wafer is placed on the surface, and a plurality of through holes are formed through the thickness direction.
Of the front and back sides of each through hole forming portion, at least on the front side, an enlarged opening having a larger opening area than the other part of the corresponding through hole is provided in communication with the other part .
The other part of the through-hole and the enlarged opening have a circular cross-sectional shape perpendicular to the length direction over the entire length,
The diameter of the other part of the through hole is 0.7 to 1.5 mm,
The diameter of the enlarged opening is 1.1 to 3 times the diameter of the corresponding other part.
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