JP4868522B2 - Epitaxial wafer manufacturing method and manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法及び製造装置に関するもので、さらに詳しくは、平坦度の高いエピタキシャルウェーハを製造する方法及びその製造装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing an epitaxial wafer, and more particularly to a method and apparatus for manufacturing an epitaxial wafer with high flatness.
エピタキシャルシリコンウェーハは、一般に、デバイスを作成する表面のエピタキシャル層に酸素起因の欠陥や単結晶インゴット育成時に導入されるGrown‐in欠陥(COPを含む)がない優れた特性を有している。 Epitaxial silicon wafers generally have excellent characteristics such that there are no oxygen-induced defects or grown-in defects (including COPs) introduced during the growth of a single crystal ingot in the epitaxial layer on the surface where the device is formed.
近年、MPUやフラッシュメモリー等の高性能デバイスやMOS FET、IGBT等の高性能Powerデバイスにはエピタキシャルシリコンウェーハが使用されつつある。一方、デバイスの高集積化に伴って、半導体基板の高品質化とともに微細化パターンの作製のために、高平坦化が特に重要視されている。 In recent years, epitaxial silicon wafers are being used for high-performance devices such as MPU and flash memory, and high-performance power devices such as MOS FET and IGBT. On the other hand, along with the high integration of devices, high planarization is especially emphasized in order to improve the quality of a semiconductor substrate and produce a miniaturized pattern.
高平坦度が要求されているウェーハのエピタキシャル成長は、枚葉処理によって膜厚均一性の向上が図られている。また、エピタキシャル成長用のガスの流れを仕切り等により制御することで更に膜厚の均一化が図られている(例えば、特許文献1)。 In the epitaxial growth of a wafer requiring high flatness, the film thickness uniformity is improved by single wafer processing. Further, the film thickness is made more uniform by controlling the flow of the gas for epitaxial growth by partitioning or the like (for example, Patent Document 1).
しかし、基板となるシリコン単結晶ウェーハの周縁部では、エピタキシャル層の形成膜厚の急激な変化が生じやすく、特に周縁部の平坦化は困難である。
また、基板となる半導体ウェーハ(例えば、シリコン単結晶ウェーハ)の周縁部(又は外周部)近傍では、種々の要因からエピタキシャル層の形成膜厚の急激な変化が生じやすく、エピタキシャル成長用のガスの流れの均一化だけでは、膜厚の均一化を得ることは難しい。
However, an abrupt change in the formation thickness of the epitaxial layer is likely to occur at the peripheral portion of the silicon single crystal wafer serving as the substrate, and it is particularly difficult to flatten the peripheral portion.
Also, in the vicinity of the peripheral portion (or outer peripheral portion) of a semiconductor wafer (for example, a silicon single crystal wafer) serving as a substrate, an abrupt change in the formation thickness of the epitaxial layer is likely to occur due to various factors, and the flow of gas for epitaxial growth It is difficult to obtain a uniform thickness only by making the thickness uniform.
そこで、エピタキシャル成長条件の最適化を図り、膜厚みの不均一分布を低減する方法が多々提案されているが、十分とは言い難い。更に、エピタキシャル成長の後に、平坦度不良が発生した場合、再び平坦化加工を行うことができないため、製品は不良品となり無駄になってしまう。 Thus, many methods have been proposed for optimizing the epitaxial growth conditions and reducing the non-uniform distribution of the film thickness, but this is not sufficient. Furthermore, if a flatness defect occurs after epitaxial growth, the flattening process cannot be performed again, and the product becomes a defective product and is wasted.
例えば、所要の平坦度を満足した基板は、基板平坦度の予測工程にてエピタキシャル成長後の平坦度をシミュレートし、目的の成膜後の基板平坦度を満足すると判断された基板は次工程のエピタキシャル成長へと送られ、基準を満足しなかった基板は再度平坦化加工工程へ戻されるというエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法が提案されている(例えば、特許文献2)。
しかしながら、特許文献2ではエピタキシャル成長における膜形成のシミュレートの方法が具体的に開示されていない。一般に、膜形成のシミュレートは種々の因子が影響し合うため必ずしも容易ではない。従って、特許文献1の方法を用いて、エピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハの平坦度を予測するためにシミュレートを行うことは極めて困難である。
However,
上述のような事情に鑑みて、エピタキシャルシリコンウェーハの膜厚の均一化を向上させるためのエピタキシャル層の形成する装置及び方法、特に、ウェーハ周縁部のエピタキシャル層膜厚を制御する装置及び方法を提供することを目的とする。 In view of the circumstances as described above, an apparatus and method for forming an epitaxial layer for improving the uniformity of the film thickness of an epitaxial silicon wafer, and more particularly, an apparatus and method for controlling the film thickness of the epitaxial layer at the peripheral edge of the wafer are provided. The purpose is to do.
本発明によれば、ウェーハ周縁部のエピタキシャル層膜厚を制御し、エピタキシャル層膜厚を均一化することができるが、これは従来のエピタキシャル成長用のガスの流れを均一化するだけでは十分ではないことを発見して初めてなし得たものである。即ち、エピタキシャルウェーハの使用領域を広くしたいとの要請により、これまでエッジ除外していた周縁部にまでエピタキシャル層膜厚の均一化が望まれていることが背景にある。たとえウェーハの内側で膜厚が均一であったとしても、外周部近傍では、その形状の大きな変化(例えば、面取り等の厚みの大きな変化)に伴い、その位置及び近傍でのエピタキシャル層の膜厚の急激な減少等の大きな変化が生じる場合がある。この変化によるエピタキシャル層膜厚(基板を含む厚さ)をできるだけ、外周側にもっていき、平坦なウェーハの面積をより広く確保することができる。また、ウェーハ周縁部のエピタキシャル層膜厚は、その結晶方位に対して周期的に増減することを見出したが、この増減を減らせば平坦なウェーハの面積をより大きくすることができる。因みにこの周期的な増減は、結晶方位によってエピタキシャル層形成速度が異なるために生じるものである。従って、単にガスの流れを全体として均一化するだけでは不十分であり、結晶方位に基づいて、より細かな制御をすることが好ましい。 According to the present invention, it is possible to control the epitaxial layer thickness at the peripheral edge of the wafer and make the epitaxial layer thickness uniform, but it is not sufficient to make the gas flow for conventional epitaxial growth uniform. It was the first time that I discovered it. That is, the background is that the uniformity of the epitaxial layer thickness is desired up to the peripheral edge, which has been excluded from the edges, in response to a request to increase the use area of the epitaxial wafer. Even if the film thickness is uniform on the inner side of the wafer, the film thickness of the epitaxial layer at that position and in the vicinity in the vicinity of the outer periphery is accompanied by a large change in the shape (for example, a large change in thickness such as chamfering). Large changes such as a sudden decrease in the value may occur. The epitaxial layer film thickness (thickness including the substrate) due to this change can be as close as possible to the outer peripheral side, and a wider area of the flat wafer can be secured. Further, it has been found that the epitaxial layer thickness at the peripheral edge of the wafer periodically increases / decreases with respect to the crystal orientation, but if this increase / decrease is reduced, the area of the flat wafer can be increased. Incidentally, this periodic increase / decrease occurs because the epitaxial layer formation rate differs depending on the crystal orientation. Therefore, it is insufficient to simply make the gas flow uniform as a whole, and it is preferable to perform finer control based on the crystal orientation.
上述のように有用なウェーハ周縁部のエピタキシャル層膜厚の制御を、ウェーハの外周の周方向に沿って変化する方位依存制御方法や方位依存制御手段、及びウェーハの外周の周方向には依存しない方位独立制御方法や方位独立制御手段をそれぞれ単独で、若しくは適宜組合せて用いることにより行うことができる。また、このウェーハ周縁部のエピタキシャル層膜厚の制御を、ウェーハ基板、サセプタのような周囲部材、トリクロルシラン等のような原料ガスの流量や濃度や温度等のような環境条件、又はこれらの組合せを変えることにより行うことができる。 As described above, the control of the epitaxial layer film thickness at the wafer peripheral portion is not dependent on the orientation-dependent control method and the orientation-dependent control means that change along the circumferential direction of the outer periphery of the wafer, and the circumferential direction of the outer periphery of the wafer. The azimuth independent control method and the azimuth independent control means can be used individually or in appropriate combination. In addition, the control of the film thickness of the epitaxial layer at the periphery of the wafer can be controlled by surrounding conditions such as a wafer substrate, a peripheral member such as a susceptor, a flow rate, concentration, temperature, etc. of a source gas such as trichlorosilane, or a combination thereof. This can be done by changing
上述の方位依存制御方法又は方位依存制御手段としては、例えば、半導体ウェーハ基板をサセプタに固定することにより、その結晶方位と一義的に固定されるサセプタの構造及び/又は形状や、その他の特性等を、前記結晶方位に沿って周期的に変化させること及びさせたものがある。一方、方位独立制御方法や方位独立制御手段としては、例えば、前記サセプタの構造及び/又は形状や、前記環境条件を前記結晶方位とは独立に制御すること及び制御するものがある。 As the above-described orientation dependent control method or orientation dependent control means, for example, by fixing the semiconductor wafer substrate to the susceptor, the structure and / or shape of the susceptor that is uniquely fixed to the crystal orientation, other characteristics, etc. Are periodically changed along the crystal orientation. On the other hand, the orientation independent control method and the orientation independent control means include, for example, controlling and controlling the structure and / or shape of the susceptor and the environmental conditions independently of the crystal orientation.
より具体的には、以下のものを提供する。
(1)反応炉内で半導体ウェーハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェーハの製造装置であって、前記半導体ウェーハが配置される開口部を有するポケットを備え、前記半導体ウェーハを固定するサセプタを含み、前記半導体ウェーハの結晶方位に依存する方位依存制御手段、及び/又は、依存しない方位独立制御手段を備え、前記半導体ウェーハの周縁部の平坦度を向上させるエピタキシャルウェーハの製造装置。
More specifically, the following are provided.
(1) An epitaxial wafer manufacturing apparatus for growing an epitaxial by reacting a semiconductor wafer and a source gas in a reaction furnace, comprising a pocket having an opening in which the semiconductor wafer is disposed, and fixing the semiconductor wafer An apparatus for manufacturing an epitaxial wafer, comprising: a susceptor that includes a susceptor, the orientation dependent control means depending on the crystal orientation of the semiconductor wafer, and / or an independent orientation independent control means independent of the crystal orientation of the semiconductor wafer.
(2)前記方位依存制御手段は、前記開口部の内周面の近傍で、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に従って周期的に構造及び/又は形状が変化する前記サセプタを含むことを特徴とする上記(1)に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (2) The orientation dependent control means includes the susceptor whose structure and / or shape periodically changes in accordance with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening. The epitaxial wafer manufacturing apparatus according to (1) above.
(3)前記サセプタは、前記開口部の内周面の近傍において、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に同期してザグリ深さが変化することを特徴とする上記(2)に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (3) The epitaxial wafer according to (2), wherein the susceptor has a counterbore depth that changes in synchronism with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening. Manufacturing equipment.
(4)前記サセプタは、前記開口部の内周面の近傍において、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に同期してポケット幅が変化することを特徴とする上記(2)に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (4) In the epitaxial wafer according to (2), the pocket width of the susceptor changes in synchronization with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening. Manufacturing equipment.
(5)前記サセプタは、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に同期して熱容量が変化することを特徴とする上記(2)に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (5) The apparatus for manufacturing an epitaxial wafer according to (2), wherein the susceptor changes in heat capacity in synchronization with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer.
(6)前記方位独立制御手段は、前記サセプタの前記開口部の内周側に所定の長さで延び、前記半導体ウェーハが置載されるように前記開口部の下部に備えられるレッジ部であって、所定の長さを有するもの、及び/又は、前記半導体ウェーハの周縁部の形状であることを特徴とする上記(1)から(5)のいずれかに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (6) The azimuth independent control means is a ledge portion that extends a predetermined length on the inner peripheral side of the opening of the susceptor and is provided at a lower portion of the opening so that the semiconductor wafer is placed thereon. The apparatus for producing an epitaxial wafer according to any one of (1) to (5) above, wherein the apparatus has a predetermined length and / or a shape of a peripheral portion of the semiconductor wafer.
(7)前記レッジ部の前記所定の長さは、2mm以上6mm未満であることを特徴とする上記(6)に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (7) The epitaxial wafer manufacturing apparatus according to (6), wherein the predetermined length of the ledge portion is 2 mm or more and less than 6 mm.
(8)前記方位独立制御手段は、原料ガスの濃度、及び/又は、温度を制御できる制御装置であって、所定の濃度以下、及び/又は、所定の温度以上に制御することを特徴とする上記(1)から(7)のいずれかに記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (8) The azimuth independent control means is a control device capable of controlling the concentration and / or temperature of the raw material gas, and controls the concentration to be below a predetermined concentration and / or above a predetermined temperature. The epitaxial wafer manufacturing apparatus according to any one of (1) to (7) above.
ここで、所定の濃度は、例えば、方位依存制御手段が用いられない場合であって、トリクロルシランの場合であれば、3.5%以下が好ましい。更に、好ましくは2.5%以下である。更に、好ましくは1.5%以下である。尚、一般に原料ガスの濃度が低くなるとエピタキシャル成長速度が遅くなるので、工業的には濃度が高い方が生産性が上がり好ましい。また、所定の温度は、例えば、1100℃以上が好ましい。更に好ましくは、1110℃以上である。更に好ましくは、1120℃以上である。特に、1.5%以下で1120℃以上が好ましい。尚、一般に温度が高くなると、エピタキシャル層の表面が荒れやすくなり、好ましくない。以上より、方位依存制御手段が用いられない場合であれば、角度周期性膜厚分布のバラツキの低減、工業的生産性、製品の品質等を考慮して、総合的に好ましい条件を求めることができる。また、方位依存制御手段を用いる場合は、このような濃度条件や温度条件を適宜組合せて、最適な製造条件を求めることができる。 Here, the predetermined concentration is preferably 3.5% or less in the case where, for example, the orientation dependent control means is not used and in the case of trichlorosilane. Furthermore, it is preferably 2.5% or less. Furthermore, it is preferably 1.5% or less. In general, the lower the concentration of the raw material gas, the slower the epitaxial growth rate. Therefore, a higher concentration is preferable from the industrial viewpoint because productivity increases. The predetermined temperature is preferably 1100 ° C. or higher, for example. More preferably, it is 1110 degreeC or more. More preferably, it is 1120 degreeC or more. In particular, 1.5% or less and 1120 ° C. or more are preferable. In general, when the temperature is high, the surface of the epitaxial layer tends to be rough, which is not preferable. From the above, if the direction-dependent control means is not used, it is possible to obtain a comprehensively preferable condition in consideration of reduction in variation in angular periodic film thickness distribution, industrial productivity, product quality, and the like. it can. Further, when using the azimuth-dependent control means, it is possible to obtain optimum manufacturing conditions by appropriately combining such concentration conditions and temperature conditions.
(9)反応炉内で半導体ウェーハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、該半導体ウェーハをサセプタのポケットの開口部から配置し、前記半導体ウェーハの結晶方位に依存する方位依存制御手段、及び/又は、依存しない方位独立制御手段を備えるエピタキシャルウェーハの製造装置の前記サセプタに前記半導体ウェーハを固定し、前記サセプタを前記半導体ウェーハと共に回転させながらエピタキシャル層を形成させるエピタキシャルウェーハの製造方法。 (9) In a method of manufacturing an epitaxial wafer in which a semiconductor wafer and a source gas are reacted in a reactor to grow epitaxial, the semiconductor wafer is arranged from an opening of a susceptor pocket and depends on the crystal orientation of the semiconductor wafer An epitaxial layer in which an epitaxial layer is formed by fixing the semiconductor wafer to the susceptor of an epitaxial wafer manufacturing apparatus having an orientation dependent control means and / or an independent orientation independent control means, and rotating the susceptor together with the semiconductor wafer. Wafer manufacturing method.
(10)前記方位依存制御手段は、前記開口部の内周面の近傍で、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に従って周期的に構造及び/又は形状が変化する前記サセプタを含むことを特徴とする上記(9)に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 (10) The orientation dependent control means includes the susceptor whose structure and / or shape periodically changes in accordance with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening. The manufacturing method of the epitaxial wafer as described in said (9).
(11)1120℃以上の温度でエピタキシャル層を形成させることを特徴とする上記(9)又は(10)に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 (11) The method for producing an epitaxial wafer according to (9) or (10), wherein the epitaxial layer is formed at a temperature of 1120 ° C. or higher.
(12)所定の原料濃度以下に制御して、エピタキシャル層を形成させることを特徴とする上記(11)に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 (12) The method for producing an epitaxial wafer as described in (11) above, wherein the epitaxial layer is formed by controlling the concentration to a predetermined raw material concentration or less.
(13)結晶方位が(110)のシリコンウェーハ基板を用いて製造されるエピタキシャルウェーハにおいて、そのエッジ部のエピタキシャル層の角度周期性膜厚分布のバラツキを低減できるエピタキシャルウェーハの製造方法。 (13) An epitaxial wafer manufacturing method capable of reducing variations in angular periodic film thickness distribution of an epitaxial layer at an edge portion of an epitaxial wafer manufactured using a silicon wafer substrate having a crystal orientation of (110).
(14)上記(9)に記載の方法によって製造されたエピタキシャルウェーハであって、基板となる半導体ウェーハの平坦度より平坦度が良いことを特徴とするエピタキシャルウェーハ。 (14) An epitaxial wafer manufactured by the method according to (9) above, wherein the flatness is better than the flatness of the semiconductor wafer as the substrate.
(15)上記(9)に記載の方法によって製造されたエピタキシャルウェーハであって、その周縁部の周方向のエピタキシャル膜厚分布がデバイス工程に適合するようなよい平坦度を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハ。 (15) An epitaxial wafer manufactured by the method according to (9) above, wherein the peripheral epitaxial film thickness distribution has a good flatness suitable for a device process. Epitaxial wafer.
(16)エピタキシャル層の周縁部における周方向の膜厚分布のバラツキが0.5%以下であるエピタキシャルウェーハ。 (16) An epitaxial wafer having a variation in film thickness distribution in the circumferential direction at the periphery of the epitaxial layer of 0.5% or less.
ここで、周縁部とは、例えば、エピタキシャルウェーハの外周端から内側に1mm入ったところを例としてあげることができる。これ以外にも、円板上のエピタキシャルウェーハにおける直径をdとすれば、直径がdの98%の同心円の外周近傍を周縁部と考えることもできる。また、外周へ行くほど膜厚分布のバラツキが大きくなる傾向があるので、直径がdの99%の同心円の外周近傍を周縁部と考えれば、より広い面積で平坦部を維持できることになる。更に、直径がdの99.5%の同心円の外周近傍を周縁部と考えれば、より広い面積で平坦部を維持できることになる。 Here, for example, the peripheral portion can be, for example, 1 mm inside from the outer peripheral end of the epitaxial wafer. In addition, if the diameter of the epitaxial wafer on the disk is d, the vicinity of the outer periphery of a concentric circle having a diameter of 98% of d can be considered as the peripheral portion. Further, since the variation in the film thickness distribution tends to increase toward the outer periphery, if the vicinity of the outer periphery of a concentric circle having a diameter of 99% of d is considered as the peripheral portion, the flat portion can be maintained in a wider area. Furthermore, if the vicinity of the outer periphery of a concentric circle having a diameter of 99.5% of d is considered as the peripheral portion, the flat portion can be maintained in a wider area.
(17)反応炉内で半導体ウェーハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェーハの製造条件を決定する方法であって、所定の初期製造条件でエピタキシャルウェーハを製造し、得られた初期条件エピタキシャルウェーハの周縁部における周方向の平坦度を計測し、前記エピタキシャルウェーハの周縁部の平坦度に及ぼす影響を前記半導体ウェーハの結晶方位に依存する方位依存制御手段又は依存しない方位独立制御手段に対して求め、前記初期条件エピタキシャルウェーハの周縁部の計測された平坦度の結果に応じて前記方位依存制御手段又は方位独立制御手段を選択若しくは組み合わせる、前記半導体ウェーハの周縁部の平坦度を向上させる製造条件を決定する方法。 (17) A method for determining manufacturing conditions of an epitaxial wafer in which a semiconductor wafer is reacted with a source gas in a reaction furnace to grow an epitaxial, and the epitaxial wafer is manufactured under predetermined initial manufacturing conditions. Condition Measure the flatness in the circumferential direction at the peripheral edge of the epitaxial wafer, and influence the influence on the flatness of the peripheral edge of the epitaxial wafer in the orientation dependent control means that depends on the crystal orientation of the semiconductor wafer or the independent orientation control means that does not depend on it. And determining or combining the azimuth-dependent control means or the azimuth-independent control means according to the result of the measured flatness of the peripheral edge of the initial condition epitaxial wafer to improve the flatness of the peripheral edge of the semiconductor wafer. A method for determining manufacturing conditions.
(18)反応炉内で半導体ウェーハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェーハの製造装置であって、前記半導体ウェーハが配置される開口部を有するポケットを備えるサセプタを含み、前記半導体ウェーハは該サセプタに固定され、前記サセプタは、前記開口部の内周面の近傍で、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に従って周期的に構造及び/又は形状が変化することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。 (18) An epitaxial wafer manufacturing apparatus for growing an epitaxial by reacting a semiconductor wafer and a source gas in a reaction furnace, including a susceptor having a pocket having an opening in which the semiconductor wafer is disposed, and the semiconductor An epitaxial wafer characterized in that the wafer is fixed to the susceptor, and the structure and / or shape of the susceptor is periodically changed in accordance with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening. Manufacturing equipment.
エピタキシャル層の成長速度は、その結晶方位によって異なる場合がある。例えば、シリコン単結晶の場合、(100)結晶における{111}ファセット、{311}ファセットに代表されるように、ウェーハの周縁部においては、その面取り形状の如何により成長速度に結晶方位依存性が生じることが知られている。 The growth rate of the epitaxial layer may vary depending on the crystal orientation. For example, in the case of a silicon single crystal, as represented by {111} facet and {311} facet in (100) crystal, the growth rate depends on the crystal orientation at the peripheral part of the wafer depending on the chamfered shape. It is known to occur.
その結果として得られるエピタキシャルウェーハの周縁部の厚みに90度周期で膜厚の増減が生じる。これを有効に防止するためには、基板となる半導体ウェーハの周縁部近傍で、結晶方位に合わせた補償手段を施すことが望ましい。 As a result, the thickness of the peripheral edge portion of the epitaxial wafer is increased or decreased in a cycle of 90 degrees. In order to effectively prevent this, it is desirable to provide compensation means in accordance with the crystal orientation in the vicinity of the peripheral edge of the semiconductor wafer serving as the substrate.
一方、基板となる半導体ウェーハは、全体的に均一な膜厚を得るために所定の回転速度でエピタキシャル製造装置のチャンバの中でエピタキシャル層を形成しながら回転する。そのため、結晶方位はエピタキシャル製造装置本体に対して常に変化することとなる。従って、エピタキシャル製造装置本体に固定した補償手段であるならば、半導体ウェーハの回転に同期した可動部材を用いることになる。これに対し、半導体ウェーハは、以下に述べるようなポケットを備えるサセプタに固定されるので、半導体ウェーハの結晶方位はサセプタに対して固定されており、半導体ウェーハと一緒に回転するので、このサセプタに結晶方位に即した構造及び/又は形状、その他の特質の変化をもたらすことによって成長速度を調整できれば、都合が良いことになる。ここで、構造とは、さまざまな要素が相互に関連し合って作り上げている総体をいい、各要素の相互関係をいう。例えば、材料の組合せ、部材の組合せ等を含む。また、形状とは、ものの形態や形やありさまをいい、例えば、三角形、円形、箱形等を含む。寸法の大小も形状の違いとして含んでよい。尚、サセプタに備えられたポケットは基本的に平坦な底面を持つ円形凹形状(円板形状のウェーハを収納できる形状)を有することができる。即ち、ポケットの円形凹形状は、ほぼ垂直に切り立った面(以下、「内周面」という)及び底面により、概ね規定される。 On the other hand, a semiconductor wafer serving as a substrate rotates while forming an epitaxial layer in a chamber of an epitaxial manufacturing apparatus at a predetermined rotation speed in order to obtain a uniform film thickness as a whole. Therefore, the crystal orientation always changes with respect to the epitaxial manufacturing apparatus main body. Therefore, if the compensation means is fixed to the epitaxial manufacturing apparatus main body, a movable member synchronized with the rotation of the semiconductor wafer is used. On the other hand, since the semiconductor wafer is fixed to a susceptor having pockets as described below, the crystal orientation of the semiconductor wafer is fixed to the susceptor and rotates together with the semiconductor wafer. It would be advantageous if the growth rate could be adjusted by bringing about changes in structure and / or shape and other characteristics in line with the crystal orientation. Here, the structure refers to the whole of various elements that are related to each other, and refers to the mutual relationship between the elements. For example, a combination of materials, a combination of members, and the like are included. The shape refers to the form, shape, and state of things, and includes, for example, a triangle, a circle, a box shape, and the like. The size may be included as a difference in shape. The pocket provided in the susceptor can basically have a circular concave shape (a shape that can accommodate a disk-shaped wafer) having a flat bottom surface. That is, the circular concave shape of the pocket is generally defined by a substantially vertical surface (hereinafter referred to as “inner peripheral surface”) and a bottom surface.
一般に、エピタキシャル層の成長速度は、成長用のガスの流量、シリコン成分の濃度、温度等に依存するので、これらを変化させるような部材等をサセプタの半導体ウェーハが入ったポケットの開口部の内周面の近傍に備えることが好ましい。具体的には、以下に詳しく述べる。 In general, the growth rate of the epitaxial layer depends on the flow rate of the growth gas, the concentration of the silicon component, the temperature, and the like. Therefore, a member or the like that changes them is included in the opening of the pocket containing the susceptor semiconductor wafer. It is preferable to provide in the vicinity of the peripheral surface. Specifically, this will be described in detail below.
(19)前記サセプタは、前記開口部の内周面の近傍において、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に同期してザグリ深さが変化することを特徴とする上記(18)記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (19) The epitaxial wafer according to (18), wherein the susceptor changes a counterbore depth in synchronization with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening. Manufacturing equipment.
ここで、サセプタのザグリ深さとは、サセプタのポケットを規定する部材の上面から半導体ウェーハを保持するレッジまでの距離としてよい。半導体ウェーハの厚みは周方向で一定であり、それを保持するレッジの高さも一定であるため、ザグリ深さを変えるためには、ポケットを規定する部材の上面の位置を変化させることになる。即ち、ポケットを規定するサセプタの部材の上面は、ポケットの周に沿って、所定の周期で凹凸を繰り返すことになる。この所定の周期は、エピタキシャル層の成長速度に影響を与える結晶方位の周期に同期するものであり、具体的には、約90度、約180度、約270度の周期を含むことができる。以下の「所定の周期」について同様である。 Here, the counterbore depth of the susceptor may be a distance from an upper surface of a member that defines a pocket of the susceptor to a ledge that holds the semiconductor wafer. Since the thickness of the semiconductor wafer is constant in the circumferential direction and the height of the ledge holding it is also constant, in order to change the counterbore depth, the position of the upper surface of the member defining the pocket is changed. That is, the upper surface of the member of the susceptor that defines the pocket repeats unevenness at a predetermined cycle along the circumference of the pocket. This predetermined period is synchronized with the period of crystal orientation that affects the growth rate of the epitaxial layer, and specifically includes periods of about 90 degrees, about 180 degrees, and about 270 degrees. The same applies to the following “predetermined period”.
この凹凸は、周方向に沿って展開した場合、サインカーブのような曲線的なものでもよく、また、矩形要素若しくは/又は三角要素からなる直線的なものでも良い。例えば、シリコン半導体ウェーハの場合、[100]方向にザグリ深さが浅くなり、[110]方向にザグリ深さが深くなる凹凸がより好ましい。 When the unevenness is developed along the circumferential direction, it may be curvilinear such as a sine curve, or may be linear composed of rectangular elements and / or triangular elements. For example, in the case of a silicon semiconductor wafer, it is more preferable that the depth of the counterbore is small in the [100] direction and the depth of the counterbore is deep in the [110] direction.
(20)前記サセプタは、前記開口部の内周面の近傍において、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に同期してポケット幅が変化することを特徴とする上記(18)記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (20) The epitaxial wafer manufacturing method according to (18), wherein the pocket width of the susceptor changes in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening in synchronization with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer. apparatus.
ここで、サセプタのポケット幅とは、半導体ウェーハを配置するサセプタのポケットの上面視したときのポケットの幅のことを意味してよい。このとき半導体ウェーハは上面視でほぼ円形を呈しているので、90度周期でポケット幅が変化すれば、半導体ウェーハの外周面とポケットの開口部の内周面との間の隙間も約90度周期で広狭に変化する。 Here, the pocket width of the susceptor may mean the width of the pocket when viewed from above the pocket of the susceptor in which the semiconductor wafer is disposed. At this time, since the semiconductor wafer has a substantially circular shape when viewed from above, if the pocket width changes at a cycle of 90 degrees, the gap between the outer peripheral surface of the semiconductor wafer and the inner peripheral surface of the opening of the pocket is also about 90 degrees. It varies widely with period.
この広狭の変化は、周方向に沿って展開した場合、サインカーブのような曲線的なものでもよく、また、矩形要素若しくは/又は三角要素からなる直線的なものでもよい。例えば、シリコン半導体ウェーハの場合、[100]方向に隙間が広くなり、[110]方向に隙間が狭くなるのがより好ましい。 This wide and narrow change may be curvilinear like a sine curve when developed along the circumferential direction, or may be linear such as a rectangular element and / or a triangular element. For example, in the case of a silicon semiconductor wafer, it is more preferable that the gap is widened in the [100] direction and the gap is narrowed in the [110] direction.
また、半導体ウェーハが上面視でほぼ円形を呈しない場合は、90度周期のポケット幅の変化よりも、半導体ウェーハの外周面とポケットの開口部の内周面との間の隙間が90度周期で変化する方が好ましい。変化の仕方は、上述の場合と同様である。 In addition, when the semiconductor wafer is not substantially circular when viewed from above, the gap between the outer peripheral surface of the semiconductor wafer and the inner peripheral surface of the opening of the pocket is 90 ° cycle rather than the change in pocket width of 90 ° cycle. It is preferable to change with. The manner of change is the same as in the above case.
(21)前記サセプタは、前記開口部の内周面の近傍において、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に同期して熱容量が変化することを特徴とする上記(18)記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (21) The epitaxial wafer manufacturing apparatus according to (18), wherein the susceptor changes in heat capacity in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening in synchronization with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer. .
ここで、サセプタの熱容量の変化とは、ポケットの開口部の周方向に90度の周期でサセプタの部分熱容量が変化することを意味してよい。例えば、90度の周期で開口部近傍の部分でサセプタの径が増減することを含んでよく、また、サセプタの厚みが増減することを含んでよい。また、サセプタの周方向の形状は変化しなくても、材質を変え熱容量を増減することを含んでよい。例えば、カーボンからなるサセプタに鉄の塊を埋め込む等の構造の変化を行うことができる。 Here, the change in the heat capacity of the susceptor may mean that the partial heat capacity of the susceptor changes at a period of 90 degrees in the circumferential direction of the opening of the pocket. For example, the diameter of the susceptor may increase or decrease in the vicinity of the opening with a period of 90 degrees, and the thickness of the susceptor may increase or decrease. Further, even if the shape of the susceptor in the circumferential direction does not change, it may include changing the material and increasing or decreasing the heat capacity. For example, it is possible to change the structure such as embedding a lump of iron in a susceptor made of carbon.
この熱容量の変化は、周方向に沿って展開した場合、サインカーブのような曲線的なものでもよく、また、矩形要素若しくは/又は三角要素からなる直線的なものでもよい。例えば、シリコン半導体ウェーハの場合、[100]方向に熱容量が大きくなり、[110]方向に熱容量が小さくなるのがより好ましい。 The change in the heat capacity may be curvilinear such as a sine curve when developed along the circumferential direction, or may be linear such as a rectangular element and / or a triangular element. For example, in the case of a silicon semiconductor wafer, it is more preferable that the heat capacity increases in the [100] direction and decreases in the [110] direction.
以上、ザグリ深さ、ポケット幅、熱容量を別々に条件としてきたが、これらは任意の1つ又は2つと組み合わせることができる。例えば、ザグリ深さとポケット幅、ポケット幅と熱容量、熱容量とザグリ深さ、そしてザグリ深さとポケット幅と熱容量である。 As described above, the counterbore depth, the pocket width, and the heat capacity have been separately set, but these can be combined with any one or two. For example, counterbore depth and pocket width, pocket width and heat capacity, heat capacity and counterbore depth, and counterbore depth, pocket width and heat capacity.
(22)反応炉内で半導体ウェーハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェーハの製造装置に用いられる前記半導体ウェーハを保持するサセプタであって、該半導体ウェーハが配置される開口部を有するポケットと、前記開口部の内周面の近傍で、その周に沿って所定の周期で形状が変化する部材とを備えることを特徴とするサセプタ。 (22) A susceptor for holding the semiconductor wafer used in an epitaxial wafer manufacturing apparatus for growing an epitaxial by reacting a semiconductor wafer with a source gas in a reaction furnace, and having an opening in which the semiconductor wafer is disposed A susceptor comprising: a pocket having a shape; and a member whose shape changes in a predetermined cycle along the circumference in the vicinity of the inner circumferential surface of the opening.
(23)反応炉内で半導体ウェーハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、該半導体ウェーハをサセプタのポケットの開口部から配置し、前記開口部の内周面の近傍の部材の構造及び/又は形状がその周に沿って所定の周期で変化するが、その構造及び/又は形状の変化と前記半導体ウェーハの結晶方位を同期させて、前記半導体ウェーハをサセプタに固定し、前記サセプタを前記半導体ウェーハと共に回転させながらエピタキシャル層を形成させるエピタキシャルウェーハの製造方法。 (23) In an epitaxial wafer manufacturing method in which a semiconductor wafer and a source gas are reacted in a reaction furnace to grow epitaxial, the semiconductor wafer is disposed from an opening of a pocket of a susceptor, and an inner peripheral surface of the opening is The structure and / or shape of a nearby member changes at a predetermined period along its circumference, but the change in the structure and / or shape and the crystal orientation of the semiconductor wafer are synchronized to fix the semiconductor wafer to the susceptor. An epitaxial wafer manufacturing method in which an epitaxial layer is formed while rotating the susceptor together with the semiconductor wafer.
これまで、シリコンの(100)面のエピタキシャル成長を例にして説明したが、本発明は、これに限らず、結晶方位依存性があるエピタキシャル成長速度を持つあらゆる物質のエピタキシャル製造装置やその装置に用いられるサセプタやその他の治具等に用いることができる。このとき、結晶方位依存性のそれぞれの特性に応じて、周期、増減等の程度、その他の条件を変化させることにより、結晶方位依存性の少ない均一な膜厚となる周縁部を有するエピタキシャルウェーハを製造することができる。 Up to now, the epitaxial growth of the (100) plane of silicon has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and is used for an epitaxial manufacturing apparatus of any substance having an epitaxial growth rate having crystal orientation dependence and the apparatus. It can be used for susceptors and other jigs. At this time, by changing the period, the degree of increase / decrease, and other conditions according to the respective characteristics of the crystal orientation dependence, an epitaxial wafer having a peripheral portion having a uniform film thickness with little crystal orientation dependence is obtained. Can be manufactured.
(24)反応炉内で半導体ウェーハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記半導体ウェーハは、該半導体ウェーハが配置される開口部を有するサセプタのレッジ部に置載され、前記レッジ部は、前記サセプタの前記開口部の内周側に所定の長さで延び、前記半導体ウェーハが置載されるように前記開口部の下部に備えられるが、前記レッジ部の前記所定の長さを変えることにより成長するエピタキシャル層膜厚を制御す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。 (24) In an epitaxial wafer manufacturing method in which a semiconductor wafer and a source gas are reacted in a reaction furnace to grow epitaxially, the semiconductor wafer is placed in a ledge portion of a susceptor having an opening in which the semiconductor wafer is disposed. The ledge portion is extended to a predetermined length on the inner peripheral side of the opening of the susceptor, and is provided at a lower portion of the opening so that the semiconductor wafer is placed thereon. A method for manufacturing an epitaxial wafer, comprising controlling the film thickness of an epitaxial layer grown by changing the predetermined length.
ここで、半導体ウェーハはサセプタの開口部であるポケット内に作られたレッジ(Ledge)部で保持されている。例えば、ポケットは基本的に平坦な底面を持つ円形凹形状(円板形状のウェーハを収納できる形状)を有することができる。即ち、ポケットの円形凹形状は、ほぼ垂直に切り立った面(以下、「内周面」という)及び底面により規定される。レッジ部は、この内周面から内周側に所定の長さだけ延びるテーパ状(なだらかなすり鉢状)の上面を持つ、開口部の周方向に沿う底面に備えられた部材であってよい。このレッジ部は、この半導体ウェーハとの接触をなるべく少なくしつつ、確実に保持するために、その上面をテーパ状とするが、上記所定の長さだけ内周側に向えば、いわゆる棚落ちをする。つまり、そこで、ほぼ垂直に切り立つ壁によりポケットの底面へと導かれるのである。このように、レッジ部は、棚落ちにより形成される段差を持つ、棚形状を有する。これは、円形凹形状に丁度嵌まり込んだワッシャが、底面に固定されてできた棚形状に類似する。上面がテーパ状であるので、ワッシャが皿ばねのようなものであるとしてもよい。このレッジ部は、別個の部品ではなく、サセプタと一体的に形成されるものであってよい。上記半導体ウェーハは、その裏面の一部(例えば円環状のリング)でこのレッジ部に直接又は間接的に接触することにより、レッジ部によって保持されるのである。従って、このレッジ部は、この半導体ウェーハの裏面に近接するが、このレッジ部から棚落ちする開口部の底部は、この半導体ウェーハの裏面からの距離が格段に大きくなるのである。 Here, the semiconductor wafer is held by a ledge formed in a pocket which is an opening of the susceptor. For example, the pocket may have a circular concave shape (a shape that can accommodate a disk-shaped wafer) having a basically flat bottom surface. That is, the circular concave shape of the pocket is defined by a substantially vertical surface (hereinafter referred to as “inner peripheral surface”) and a bottom surface. The ledge portion may be a member provided on the bottom surface along the circumferential direction of the opening portion having a tapered (sloppy mortar-shaped) upper surface extending from the inner peripheral surface to the inner peripheral side by a predetermined length. The ledge portion has a tapered upper surface in order to securely hold the semiconductor wafer while minimizing contact with the semiconductor wafer. To do. That is, there, it is led to the bottom surface of the pocket by a wall that cuts substantially vertically. As described above, the ledge portion has a shelf shape having a step formed by a shelf drop. This is similar to a shelf shape in which a washer just fitted into a circular concave shape is fixed to the bottom surface. Since the upper surface is tapered, the washer may be like a disc spring. The ledge portion may be formed integrally with the susceptor, not as a separate part. The semiconductor wafer is held by the ledge portion by directly or indirectly contacting the ledge portion with a part of the back surface thereof (for example, an annular ring). Therefore, the ledge portion is close to the back surface of the semiconductor wafer, but the distance from the back surface of the semiconductor wafer is remarkably increased at the bottom of the opening portion shelved from the ledge portion.
サセプタから供給される熱によりレッジ部が高温になる場合、半導体ウェーハの裏面からの距離が近いためレッジ部からの熱が伝わり易く、半導体ウェーハがレッジ部と重なり合う半導体ウェーハの周辺部(以下「レッジ領域」という)は高温になり易い。そのため、半導体ウェーハのこのレッジ領域では、側面と裏面から伝達された熱によってより高温となった半導体ウェーハの表面でのエピタキシャル層の成長速度が速くなると考えられる。そのため、エピタキシャル層の厚さは、レッジ領域において外周側に向かって急激に増加するのである。ここで、半導体ウェーハがレッジ部と重なり合うレッジ領域とは、半導体ウェーハの上面(レッジ部に接触する半導体ウェーハの裏面の反対側の面)にあって、レッジ部が備えられる位置に相当する半導体ウェーハの上面の周辺部のことを意味する。 When the ledge portion becomes hot due to the heat supplied from the susceptor, the heat from the ledge portion is easy to be transmitted because the distance from the back surface of the semiconductor wafer is short, and the peripheral portion of the semiconductor wafer (hereinafter referred to as “ledge” The “region” is likely to be hot. For this reason, in this ledge region of the semiconductor wafer, it is considered that the growth rate of the epitaxial layer on the surface of the semiconductor wafer which has become higher due to the heat transferred from the side surface and the back surface is increased. Therefore, the thickness of the epitaxial layer increases rapidly toward the outer peripheral side in the ledge region. Here, the ledge region where the semiconductor wafer overlaps with the ledge portion is the semiconductor wafer corresponding to the position where the ledge portion is provided on the upper surface of the semiconductor wafer (the surface opposite to the back surface of the semiconductor wafer in contact with the ledge portion). It means the peripheral part of the upper surface of
(25)前記半導体ウェーハは、少なくとも一方の面がデバイスの使用領域及びその周りを囲う周縁部から構成され、前記レッジ部の前記所定の長さは、置載される前記半導体ウェーハの前記使用領域にウェーハ面上において相当する位置まで前記レッジ部が至らないように調整されていることを特徴とする上記(24)記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 (25) The semiconductor wafer includes at least one surface composed of a device use region and a peripheral portion surrounding the device, and the predetermined length of the ledge portion is the use region of the semiconductor wafer to be mounted. The method for producing an epitaxial wafer according to (24), wherein the ledge portion is adjusted so as not to reach a corresponding position on the wafer surface.
上述のように半導体ウェーハのレッジ領域のエピタキシャル層の厚さは大きく変化し易くなる一方、出来上がったエピタキシャルシリコンウェーハの平坦度要求は厳しくなるため、基板となる半導体ウェーハの厚みを調整することだけにより、エピタキシャルシリコンウェーハの平坦度を高く維持することが困難になってきている。また、エピタキシャルシリコンウェーハの使用領域を広げたいとの要請から、エッジ除外領域の縮小及びエピタキシャルシリコンウェーハの周辺部の平坦度の改善が強く望まれている。ここで、平坦度とは、一般に平らであることの度合いを意味するが、平坦度が低ければ平らではなく、平坦度が高いときは平らであると考えることができる。 As described above, the thickness of the epitaxial layer in the ledge region of the semiconductor wafer is likely to change greatly, but the flatness requirement of the finished epitaxial silicon wafer becomes stricter, so it is only necessary to adjust the thickness of the semiconductor wafer as the substrate. It has become difficult to maintain high flatness of the epitaxial silicon wafer. In addition, in order to increase the use area of the epitaxial silicon wafer, reduction of the edge exclusion area and improvement of the flatness of the peripheral part of the epitaxial silicon wafer are strongly desired. Here, the flatness generally means the degree of flatness, but it is not flat when the flatness is low, and can be considered flat when the flatness is high.
上述のようにレッジ部の所定の長さを使用領域まで延びないようにした場合(或いはレッジ領域を小さくした場合)、エピタキシャルシリコンウェーハの使用領域での平坦度は向上することになる。 As described above, when the predetermined length of the ledge portion is not extended to the use area (or when the ledge area is reduced), the flatness in the use area of the epitaxial silicon wafer is improved.
(26)前記レッジ部の前記所定の長さは、前記開口部の周方向に沿って可変であり、前記半導体ウェーハ及び前記開口部のそれぞれの形状に合わせて変えられることを特徴とする上記(24)又は(25)記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 (26) The predetermined length of the ledge portion is variable along the circumferential direction of the opening, and can be changed according to the shapes of the semiconductor wafer and the opening. 24) The manufacturing method of the epitaxial wafer of (25) description.
一方、半導体ウェーハの外周辺では、その形状の大きな変化(例えば、面取り等の厚みの大きな変化)に伴い、その位置及び近傍でのエピタキシャル層の膜厚の急激な減少等の大きな変化が生じる場合がある。このとき、上述のようなレッジ部の長さ変化に伴うエピタキシャル層の膜厚の変化(急激な増加)と相殺させることにより、結果として、より高平坦度なエピタキシャルウェーハを製造することができる。ここで、開口部の周方向に沿って可変であるとは、例えば、上面視した開口部の円形状の周方向に沿って時計回りにレッジ部の上面の内周面からの距離が変化することを意味することができる。 On the other hand, in the outer periphery of a semiconductor wafer, when a large change such as a sharp decrease in the thickness of the epitaxial layer at or near the position occurs due to a large change in the shape (for example, a large change in thickness such as chamfering) There is. At this time, by offsetting the change (rapid increase) in the thickness of the epitaxial layer accompanying the change in the length of the ledge as described above, an epitaxial wafer with higher flatness can be manufactured as a result. Here, “variable along the circumferential direction of the opening” means, for example, that the distance from the inner circumferential surface of the upper surface of the ledge portion changes clockwise along the circular circumferential direction of the opening as viewed from above. Can mean that.
(27)前記レッジ部の前記所定の長さは、2mm以上6mm未満であることを特徴とする上記(24)から(26)のいずれか記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 (27) The method for manufacturing an epitaxial wafer according to any one of (24) to (26), wherein the predetermined length of the ledge portion is 2 mm or more and less than 6 mm.
例えば、レッジ部の長さを6mm未満とすれば、上述するような膜厚の大きな変化点はレッジ領域の境目にでき易いので、変化点の位置をエピタキシャルシリコンウェーハの外周辺から6mm以下のところにすることが可能となり、それより内周側のエピタキシャルシリコンウェーハの使用領域での平坦度を高く維持し易いのである。つまり、膜厚の変化点をデバイス使用領域外に出すことができる。このように、外周部エピタキシャル層の膜厚分布を改善するとともに、エピタキシャル成長による平坦度の悪化を低減させることができる。このレッジ部の長さをより短く、例えば、4mm未満とすれば、それだけ高い平坦度を周辺領域まで維持できる可能性があるのである。 For example, if the length of the ledge portion is less than 6 mm, a large change point of the film thickness as described above can be easily made at the boundary of the ledge region, so the position of the change point is 6 mm or less from the outer periphery of the epitaxial silicon wafer. Therefore, it is easy to maintain high flatness in the use region of the epitaxial silicon wafer on the inner peripheral side. That is, the change point of the film thickness can be taken out of the device use area. As described above, it is possible to improve the film thickness distribution of the outer peripheral epitaxial layer and reduce the deterioration of flatness due to epitaxial growth. If the length of the ledge portion is shorter, for example, less than 4 mm, the higher flatness may be maintained up to the peripheral region.
一方、レッジ部は半導体ウェーハを保持する機能を維持しなければならず、このために、少なくとも2mmの長さを持つことが好ましい。しかしながら、半導体ウェーハを保持する機能を維持することができれば、これより短くすることも可能である。 On the other hand, the ledge portion must maintain the function of holding the semiconductor wafer, and for this purpose, the ledge portion preferably has a length of at least 2 mm. However, if the function of holding the semiconductor wafer can be maintained, it can be made shorter.
(28)反応炉内で半導体ウェーハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェーハの製造装置において、前記半導体ウェーハが配置される開口部を有するサセプタと、前記開口部の周方向に沿って備えられ、前記開口部の内周側に所定の長さで延び、前記半導体ウェーハが置載されるように前記開口部の下部に備えられるレッジ部とを含み、少なくともその一方の面がデバイスの使用領域及びその周りを囲う周縁部から構成される前記半導体ウェーハの前記使用領域にウェーハ面上において相当する位置まで前記レッジ部が至らないようにされていることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。 (28) In an epitaxial wafer manufacturing apparatus for growing an epitaxial by reacting a semiconductor wafer and a source gas in a reaction furnace, a susceptor having an opening in which the semiconductor wafer is disposed, and along a circumferential direction of the opening And a ledge portion provided at a lower portion of the opening so that the semiconductor wafer is placed thereon, and at least one surface thereof is a device. Manufacturing of an epitaxial wafer characterized in that the ledge portion does not reach a corresponding position on the wafer surface of the semiconductor wafer composed of a use region of the semiconductor wafer and a peripheral portion surrounding the use region. apparatus.
(29)前記レッジ部の前記所定の長さは、2mm以上6mm未満であることを特徴とする上記(28)記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。 (29) The epitaxial wafer manufacturing apparatus according to (28), wherein the predetermined length of the ledge portion is 2 mm or more and less than 6 mm.
上述のように、本発明によれば、エピタキシャル層の膜厚の大きな変化点をデバイス使用領域外にすることができ、デバイス使用領域内の膜厚分布の均一化に貢献することが可能であり、エピタキシャルウェーハの平坦度を向上させることができる。また、基板となる半導体ウェーハとの形状の組合せによりエピタキシャルウェーハの平坦度を高く(良く)することができる。即ち、エピタキシャル層の膜厚分布があまり均一ではない(不均一の程度が高い)としても、基板となる半導体ウェーハの平坦度があまり高くないとしても、両者を組み合わせてできるエピタキシャルウェーハの平坦度を結果的により良くすることができる。 As described above, according to the present invention, a large change point of the film thickness of the epitaxial layer can be out of the device use region, and it is possible to contribute to uniform film thickness distribution in the device use region. The flatness of the epitaxial wafer can be improved. Further, the flatness of the epitaxial wafer can be increased (or improved) by the combination of the shape with the semiconductor wafer as the substrate. That is, even if the film thickness distribution of the epitaxial layer is not very uniform (the degree of non-uniformity is high), even if the flatness of the semiconductor wafer that is the substrate is not so high, the flatness of the epitaxial wafer that is a combination of the two can be improved. As a result, it can be improved.
更に、本発明によれば、エピタキシャル層の周縁部における周方向の膜厚ばらつきを少なくし、均一化することができる。逆に、エピタキシャル層の周縁部における周方向の膜厚変化が望まれる場合は、上述のような装置や方法を用いて、エピタキシャル層の周縁部において周方向に望ましい膜厚分布を形成することも可能である。 Furthermore, according to the present invention, the film thickness variation in the circumferential direction at the peripheral edge of the epitaxial layer can be reduced and uniformized. Conversely, when a change in the film thickness in the circumferential direction at the peripheral edge of the epitaxial layer is desired, it is possible to form a desired film thickness distribution in the circumferential direction at the peripheral edge of the epitaxial layer using the above-described apparatus or method. Is possible.
以下に本発明の実施例について、図面に基づいてより詳しく説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below in more detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is used for the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、サセプタ4の縦断面を模式的に表した図である。サセプタ4の開口部であるポケット13の底部は、以下に説明するように棚部およびテーパ面からなる。例えば、直径300mmのウェーハをエピタキシャル成膜処理する装置においては、サセプタ4として直径が350〜400mm、厚さが3〜6mmの円板部材を用いる。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a longitudinal section of the
サセプタ4の上面外周から20〜40mm中心に向かった位置から、基板となる半導体ウェーハ12を受け入れる円形凹部であるポケット13が設けられ、その底部にはテーパ面31が設けられている。このテーパ面31は、緩やかな傾斜を有する。
A
テーパ面31から更に中心に向かって、円形凹部である棚部32を設けている。この棚部32はテーパ面31から少し下がった位置に設けた円形の平坦面であり、サセプタ4の上面と平行な水平面である。
A
図1では説明の都合上2個しか図示していないが、棚部32には3個の貫通穴22が設けられ、各々の貫通穴22の上部は上方に向かって拡大開口する皿状穴22´を形成している。3個の貫通穴22にはそれぞれウェーハ支持用のリフトピン23が挿通している。この貫通穴22の穴径はリフトピン23の直径よりも大きくし、サセプタ4に対してリフトピン23が上下動する際に接触しない大きさを有するように形成する。
Although only two are illustrated in FIG. 1 for the sake of explanation, the
リフトピン23は、石英,炭素C,炭化シリコンSiC等よりなる。リフトピン23は円柱または円筒状をなし、上端部には、皿状穴22´に対応するように下部外周にテーパ面24bを有する頭部24を備える。この頭部24のテーパ面24bのテーパ角は、皿状穴22´のテーパ面のテーパ角と適合する。
The lift pins 23 are made of quartz, carbon C, silicon carbide SiC, or the like. The
頭部24の上部24aは頂角が鈍角をなす円錐形状をなし、ウェーハ裏面を支持する際の接触面積を極めて小さくすることにより、リフトピン23によるウェーハ裏面への傷の発生を防止している。リフトピン23は頭部24がサセプタ4の皿状穴22´の内壁に係合し、リフトピン23が下降した状態においては、自重により鉛直に垂下される。このとき、頭部24の上部24aが棚部32の上面から突出することはない。
The upper portion 24a of the head 24 has a conical shape with an apex angle being an obtuse angle, and the contact area when supporting the wafer back surface is made extremely small, thereby preventing the lift pins 23 from causing scratches on the wafer back surface. The
図2は、図1のサセプタ4等が用いられるエピタキシャルウェーハ製造装置1の概略構造を示す縦断面である。この枚葉式のエピタキシャルウェーハ製造装置においては、通常、ウェーハを1枚だけ水平に支持するサセプタ4(ウェーハ支持台)が処理チャンバ2内に設けられている。また、サセプタ4上にウェーハ12を搬送するために、ウェーハ12をサセプタ4に対して上下動させるためのリフト機構を設けている。リフト機構は、サセプタ4を貫通して延びる複数本のリフトピン23を有しており、これらのリフトピン23の上端にウェーハ12を載せ、サセプタ4に対して相対的にリフトピン23を上下動させることでウェーハ12を昇降させる。このようなリフト機構により、搬送用アームのハンドに載せられてチャンバ2内に運ばれてきたウェーハ12をサセプタ4上に移載したり、或いはその逆に、ウェーハ12をサセプタ4からハンドに受け渡したりすることが可能となる。
FIG. 2 is a longitudinal section showing a schematic structure of the epitaxial
また、エピタキシャル層の成長を行うためには、サセプタ4上で支持されたウェーハ12を高温に加熱する必要がある。このため、多数のハロゲンランプ(赤外線ランプ)等の熱源8,9を処理チャンバ2の上下に配置し、サセプタ4及びウェーハ12を加熱している。
In order to grow an epitaxial layer, it is necessary to heat the
サセプタ4は、炭素Cの基材に炭化シリコンSiCの被膜を施したものであり、ウェーハ12を加熱する際にウェーハ12全体の温度を均一に保つ均熱盤としての役割を果たす。図1に示すようにサセプタ4の上面には、例えばシリコンウェーハを収めるためにウェーハ12より一回り大きく、深さがl〜2mm程度のくぼみであるポケット13が形成されている。このポケット13の底面は、半導体ウェーハ12の外周部のみと接触するようにテーパ面とする構成が用いられ、底面とウェーハ12の面接触をできるだけ減らすように工夫が施されている。このくぼみ内にウェーハ12を収容し、所定温度にて原料ガスを含むキャリアガス中にサセプタ4を保持することにより、ウェーハ12の表面にシリコン薄膜よりなるエピタキシャル層が成長する。ここで原料ガスとは、シリコンソースガスとドーパントガスを指している。
The
シリコンソースガスには、トリクロルシランSiHCl3やジクロロシランSiH2Cl2等のクロロシラン系ガスが、またドーパントガスには、ジボラン(P型)やホスフィン(N型)が使われるのが一般的である。これらのガスはキャリアガスである水素H2とともにチャンバ内に導入される。 A chlorosilane-based gas such as trichlorosilane SiHCl 3 or dichlorosilane SiH 2 Cl 2 is generally used as the silicon source gas, and diborane (P-type) or phosphine (N-type) is generally used as the dopant gas. . These gases are introduced into the chamber together with hydrogen H 2 which is a carrier gas.
チャンバ2は、円筒状のベースリング3を円板状の上部窓5および受皿状の下部窓6によって上下から挟んでなり、内部の閉空間は反応炉を形成する。上部窓5および下部窓6は、熱源からの光を遮ることが無いように透光性を有する石英を用いている。チャンバ2内に形成された反応炉は、ウェーハ12よりも上部の空間である上部チャンバ7aと、ウェーハ12よりも下部の空間である下部チャンバ7bとに大別される。
The
さらに、反応炉を加熱する熱源8,9をチャンバ2の上下に備えている。本実施の形態においては、上下の熱源8,9はそれぞれ複数本のハロゲンランプ(赤外線ランプ)から構成されている。
Furthermore,
チャンバ2内には、ウェーハ12を上部に支持するサセプタ4を収納している。サセプタ4は上方から見ると円板形状をしており、その直径はウェーハ12よりも大きく、サセプタ4の上面にはウェーハ12が収納される円形凹状の開口部であるポケット13を設けている。サセプタ4は、本例においては炭素Cの基材に炭化シリコンSiCの被膜を施したものであり、ウェーハ12を加熱する際にウェーハ12全体の温度を均一に保つ均熱盤としての役割を果たす。そのため、サセプタ4はウェーハ12よりも数倍の厚さおよび数倍の熱容量を有している。また、通常ウェーハ12よりも高温となる。
The
ウェーハ12の上面に均一なエピタキシャル層が形成されるように、エピタキシャル層成長処理操作の間、サセプタ4はウェーハ12の板面と平行な面内において垂直軸を回転中心として回転する。当然のことながら、サセプタ4に設けたポケット13の中心は、サセプタ4の回転中心と一致する。
During the epitaxial layer growth processing operation, the
サセプタ4の下方には、サセプタ4の回転軸となる円柱状または円筒状のサセプタ支持軸14が垂直に配置され、サセプタ支持軸14の上部にはサセプタ4を水平に支持する3本のサセプタアーム15を備える。3本のサセプタアーム15は上方から見たときにそれぞれが120°の角度をなすように放射状に配置され、サセプタアーム15の先端に設けた上方向凸部がサセプタ4の下面に当接してサセプタ4を支持する。
Below the
サセプタ支持軸14は、その軸心とサセプタ4の円板中心とが一致する位置に垂直に配置され、サセプタ支持軸14の回転によりサセプタ4が回転する。サセプタ支持軸14への回転は、不図示の回転駆動機構によって与えられる。サセプタ支持軸14およびサセプタアーム15は、下部熱源9からの光を遮ることのないよう、透光性の石英から形成されている。
The
(膜厚分布の計測)
図3A及び3Bは、エピタキシャルウェーハの基板となる半導体ウェーハ(シリコン単結晶ウェーハ)12の上面図である。半導体ウェーハ12は、エピタキシャル層形成面(100)を上にしてサセプタにセットされるが、そのエピタキシャル層形成面における結晶方位を明確にするために、ノッチ12aが刻印されている。本明細書で、結晶方位が記される場合は、全てこの半導体ウェーハ12の上面図にあるように、原点12bを0度として反時計回りに360度までの角度を用いて、結晶方位等による膜厚分布を示す。図3Bは、同ウェーハのミラー指数による結晶方向を示す図である。この図からわかるように、結晶方位は、0度から45度毎に鏡で折り返したような結晶方位が繰り返され、更に、90度周期で、結晶方位が繰り替えされていることが分かる。このことにより、結晶方位に依存する膜厚分布については、90度周期で、また、0度から45度毎に鏡で折り返したような変化をすることが予想される。
(Measurement of film thickness distribution)
3A and 3B are top views of a semiconductor wafer (silicon single crystal wafer) 12 serving as an epitaxial wafer substrate. The
図4Aは、エピタキシャル層の形成膜厚の平均膜厚からの変化を目標値である膜厚目標値との比で、図3の角度の関数としてプロットしたものである(以下同様のグラフについて同じ)。縦軸はエピタキシャル層の形成膜厚であり、横軸は図3による角度である。図中黒丸印は外周辺から1mm内部に入ったところのエピタキシャル層の形成膜厚を、黒三角は外周辺から2mm内部に入ったところのエピタキシャル層の形成膜厚を、バツは外周辺から3mm内部に入ったところのエピタキシャル層の形成膜厚を、それぞれ図3Aの角度に対して測定した結果を示す。
FIG. 4A is a plot of the change from the average film thickness of the formed epitaxial layer as a function of the angle of FIG. 3 in the ratio to the target film thickness value (the same applies to similar graphs below). ). The vertical axis represents the formation thickness of the epitaxial layer, and the horizontal axis represents the angle according to FIG. In the figure, the black circle indicates the thickness of the epitaxial layer formed 1 mm from the outer periphery, the black triangle indicates the thickness of the
このエピタキシャル層の形成は、図2に示す枚葉式のエピタキシャル製造装置を用いて、図3Aに示すような半導体ウェーハ12を通常のサセプタに固定して、行った。サセプタは、通常図2の装置に用いられる一般的なものを用いているため、ほぼ90度周期でポケット13の開口部の内周面13bの近傍の構造及び/又は形状等が変化するものではなく、0から360度でほぼ均一な構造及び形状を有していた。
The epitaxial layer was formed by using a single wafer type epitaxial manufacturing apparatus shown in FIG. 2 and fixing the
この図からわかるように、膜厚は、0度(360度)、90度、180度、270度で極大を示しており、45度、135度、230度、315度あたりに膜厚の谷があり、結晶方位の膜の形成速度へ及ぼす影響が明らかである。特に、外周に近い、黒丸のプロットでは、この効果が大きく、外周に向かうほど影響が大きくなることがわかる。従って、角度周期性を持った膜厚バラツキによりウェーハの周縁部のエピタキシャル層膜厚分布の均一性が悪化してしまうことになる。このエピタキシャル層膜厚分布のバラツキ度合いを次の式(式1)で評価すると、外周辺から1mmのところの膜厚分布のバラツキは、Δt=2.01%となった。 As can be seen from the figure, the film thicknesses are maximum at 0 degrees (360 degrees), 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, and the film thickness valleys at 45 degrees, 135 degrees, 230 degrees, and 315 degrees. The effect of crystal orientation on the film formation rate is clear. In particular, it can be seen that this effect is large in the black circle plot close to the outer periphery, and the influence becomes larger toward the outer periphery. Therefore, the uniformity of the epitaxial layer film thickness distribution at the peripheral edge of the wafer deteriorates due to the film thickness variation having angular periodicity. When the degree of variation in the epitaxial layer thickness distribution was evaluated by the following formula (Formula 1), the variation in the thickness distribution at 1 mm from the outer periphery was Δt = 2.01%.
図4Bは、図4Aと同様に外周辺から1mm内部に入ったところのエピタキシャル層の形成膜厚をプロットしたものであるが、黒丸印は、角度周期性以外の外乱が少ないものであり、×印は、角度周期性以外の外乱が大きいものである。図4Aと同様、縦軸は、エピタキシャル膜厚の目標値からのずれを比で取って表している。即ち、膜厚比が0では、目標膜厚と同一であり、+0.02では、目標より比にして0.02だけ膜厚が厚かったことを示している。黒丸印のプロットは、図4Aと同様に、膜厚は、0度(360度)、90度、180度、270度で極大を示しており、45度、135度、230度、315度あたりに膜厚の谷があり、結晶方位の膜の形成速度へ及ぼす影響が明らかである。一方、×印のプロットは、同様な極大を示すものの、0から360度においてやや右肩下がりのプロットとなっている。このようなプロットにおいて、周期性を解析するためには、次の通常自己相関関数(式2)が用いられる。 FIG. 4B is a plot of the formed film thickness of the epitaxial layer that entered 1 mm from the outer periphery in the same manner as FIG. 4A, but the black circles indicate that there are few disturbances other than angular periodicity. The mark shows a large disturbance other than the angular periodicity. As in FIG. 4A, the vertical axis represents the deviation of the epitaxial film thickness from the target value as a ratio. That is, when the film thickness ratio is 0, it is the same as the target film thickness, and when +0.02, the film thickness is 0.02 thicker than the target. As in FIG. 4A, the black circle plots show maximum values at 0 degree (360 degrees), 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, and are around 45 degrees, 135 degrees, 230 degrees, and 315 degrees. There is a valley in the film thickness, and the influence of the crystal orientation on the film formation rate is clear. On the other hand, the x-marked plot shows a similar maximum, but is a slightly downward-sloping plot from 0 to 360 degrees. In such a plot, in order to analyze periodicity, the following normal autocorrelation function (Equation 2) is used.
式(2)は信号が連続系の話なので、信号をサンプリングした離散系で考える場合は、次の(式3)が用いられる。 Since equation (2) is a story of a continuous signal, the following equation (3) is used when considering a discrete system in which the signal is sampled.
このとき、周方向の膜厚分布は、360度で元の位置に戻る周期関数になるため、360度で元の計測値を用いる数値処理を行うことができる。このようにして求めた相関関数の値を角度に対してプロットしたものを、図4C(角度周期性以外の外乱が少ないもの)及び図4D(角度周期性以外の外乱が大きいもの)にそれぞれ示す。これらの図で、横軸は角度であるが、縦軸は、ある値を基準にとりそれとの相対値で示している。即ち、0%では、その基準にしたある値と同一であり、−0.002%では、その値よりも0.002%小さいことを示している。これらの図からわかるように、90度毎に極大が現れており、90度周期で膜厚分布が変化をしていることがわかる。また、図4Cと4Dを比べれば、振れ幅が図4Cのものの方がかなり大きい。 At this time, since the film thickness distribution in the circumferential direction is a periodic function that returns to the original position at 360 degrees, numerical processing using the original measurement value at 360 degrees can be performed. The correlation function values obtained in this way are plotted against the angle in FIG. 4C (those with less disturbance other than angular periodicity) and FIG. 4D (those with larger disturbance other than angular periodicity), respectively. . In these figures, the horizontal axis represents the angle, but the vertical axis represents a relative value with respect to a certain value. That is, 0% is the same as a reference value, and -0.002% is 0.002% smaller than the value. As can be seen from these figures, a maximum appears every 90 degrees, and it can be seen that the film thickness distribution changes at a period of 90 degrees. Further, when FIG. 4C is compared with 4D, the swing width of FIG. 4C is considerably larger.
また、上述のように膜厚分布が45度ずつ折り返した変化をしていることから、そのようにして図4Bのデータを再整理する。即ち、0から45度までのデータはそのままにし、45度から90度までのデータには角度を45度から0度へと逆向きに対応させ、90度から135度までのデータには角度を0から45度を対応させ、135度から180度までのデータには角度を45度から0度へと逆向きに対応させ、180度から225度までのデータには角度を0から45度を対応させ、225度から270度までのデータには角度を45度から0度へと逆向きに対応させ、270度から315度までのデータには角度を0から45度を対応させ、315度から360度までのデータには角度を45度から0度へと逆向きに対応させる。このようにしてプロットすれば、それぞれに上下に平行移動した曲線がほぼ相似形に描かれ、角度周期性以外の外乱が大きいものからなる曲線群は、より大きな上下のバラツキが見られる。 In addition, since the film thickness distribution changes by 45 degrees as described above, the data shown in FIG. 4B is rearranged. That is, the data from 0 to 45 degrees is left as it is, the angle from 45 degrees to 90 degrees corresponds to the angle from 45 degrees to 0 degrees, and the angle from 90 degrees to 135 degrees. 0 to 45 degrees is supported, 135 to 180 degrees is associated with the angle from 45 degrees to 0 degrees, and 180 to 225 degrees is represented with an angle of 0 to 45 degrees. Corresponding, the data from 225 degrees to 270 degrees correspond to the angle from 45 degrees to 0 degrees in the opposite direction, the data from 270 degrees to 315 degrees to correspond the angle from 0 to 45 degrees, 315 degrees The angle from 45 degrees to 360 degrees corresponds to the angle from 45 degrees to 0 degrees in the opposite direction. When plotted in this way, the curves that are translated in the vertical direction are drawn in a substantially similar shape, and the curve group consisting of the ones having a large disturbance other than the angular periodicity has a larger vertical variation.
ここで、角度周期性以外の外乱が少ないもの、及び、角度周期性以外の外乱が大きいものそれぞれに0から45度において対応する膜厚を相加平均(または算術平均)し、平均値を0から45度の範囲でプロットすれば、角度周期性以外の外乱が少ないもの、及び、角度周期性以外の外乱が大きいものは、それぞれ上下に平行移動した相似形となる。そこで、0度での膜厚を基準に規格化して、膜厚比を0から45度の範囲でプロットすると、図4Eに示すような図になる。この図から、角度周期性以外の外乱が少ないもの、及び、角度周期性以外の外乱が大きいものからなるプロットは、ほぼ互いに重なり、角度周期性以外の外乱は、角度周期性の外乱とはほぼ独立したものであることがわかる。また、角度周期性の外乱を除去若しくは相殺できれば、それだけでも膜厚分布のバラツキを減らすことができることが期待される。 Here, the arithmetic average (or arithmetic average) of the film thickness corresponding to 0 to 45 degrees for each of those having a small disturbance other than the angular periodicity and those having a large disturbance other than the angular periodicity is set to 0. When plotted in the range of 45 degrees to 45 degrees, those having little disturbance other than angular periodicity and those having large disturbance other than angular periodicity have similar shapes that are translated in the vertical direction. Therefore, when the film thickness ratio at 0 degrees is normalized and the film thickness ratio is plotted in the range of 0 to 45 degrees, a diagram as shown in FIG. 4E is obtained. From this figure, the plots consisting of those with little disturbance other than angular periodicity and those with large disturbance other than angular periodicity almost overlap each other, and disturbances other than angular periodicity are almost equal to angular periodic disturbances. It turns out that it is independent. Further, if the disturbance of the angular periodicity can be removed or offset, it is expected that the variation in the film thickness distribution can be reduced by itself.
次に、角度周期性のないサセプタを備える同装置にて、トリクロルシランの濃度や温度条件を変えて製造したエピタキシャルウェーハの膜厚分布のバラツキを調べた。図4Fにエピタキシャル成長をトリクロルシランの濃度を変えて、高温及び低温で行ったときの周縁部(端から1mm)の角度周期性膜厚分布のバラツキを図4Fに示す。この図からわかるように、高温成長の場合、トリクロルシランの濃度が3.5%以下、より好ましくは2%以下で、バラツキが小さくなり、平坦で好ましいエピタキシャルウェーハが製造される。ここで、エピタキシャル成長時の温度が角度周期性膜厚分布に寄与するので、ベーク温度等は特に考慮する必要はない。尚、エピタキシャル成長温度は、ほぼ一定に保たれる。このエピタキシャル成長温度は、例えば、パイロメータでウェーハ中心部の温度を読み取った値を用いることができる。角度周期性膜厚分布に寄与する温度は外周部の温度と考えられるが、ウェーハ中心部と外周部の温度差はほとんどなく、中心部の温度で代用することができる。一方、トリクロルシラン(TCS)の濃度は、ヒートリング、サセプタ4の上部領域に流れているガスのトリクロルシランの濃度であり、ソースガス(水素等のガスで予め希釈されている場合は、その希釈も考慮されたもの)とキャリアガスの流量(例えば、1分間当たりのそれぞれの流量。具体的には、slm(standard liter/min)。1気圧、0℃における1分間当たりの流量をリットルで表示した単位。)から計算できる。ここで、下部のキャリアガス(図2の10b)は、一般にトリクロルシラン濃度に影響しないと考えられるので、トリクロルシラン濃度を決定する際には考慮する必要がないが、実質的にサセプタ4の上部領域に流れているガスのトリクロルシランの濃度に影響する場合は考慮してもよい。以上のようにこの方法によれば、角度周期性のない手段を用いているにもかかわらず、結果として得られるエピタキシャルウェーハの膜厚分布の角度周期性は非常に少なくなる。
Next, using the same apparatus equipped with a susceptor having no angular periodicity, variations in the film thickness distribution of epitaxial wafers manufactured by changing the concentration of trichlorosilane and the temperature conditions were examined. FIG. 4F shows the variation in the angular periodic film thickness distribution at the peripheral edge (1 mm from the end) when epitaxial growth is performed at high and low temperatures while changing the concentration of trichlorosilane. As can be seen from this figure, in the case of high-temperature growth, when the concentration of trichlorosilane is 3.5% or less, more preferably 2% or less, the variation becomes small and a flat and preferable epitaxial wafer is manufactured. Here, since the temperature during epitaxial growth contributes to the angular periodic film thickness distribution, the baking temperature and the like need not be considered. Note that the epitaxial growth temperature is kept substantially constant. As the epitaxial growth temperature, for example, a value obtained by reading the temperature at the center of the wafer with a pyrometer can be used. Although the temperature contributing to the angular periodic film thickness distribution is considered to be the temperature at the outer peripheral portion, there is almost no temperature difference between the wafer central portion and the outer peripheral portion, and the temperature at the central portion can be substituted. On the other hand, the concentration of trichlorosilane (TCS) is the concentration of trichlorosilane in the gas flowing in the upper region of the heat ring and the
図4Gは、角度周期性のないサセプタを備える同装置にて、トリクロルシランの濃度や温度条件を変えて製造したエピタキシャルウェーハに関し、角度周期性膜厚分布のバラツキの等高線を描いたトリクロルシラン濃度及び温度に対するマップを示す。この図において、右下に行くほど角度周期性膜厚分布のバラツキは小さくなる。従って、図中右下隅に破線で描いた三角形内のトリクロルシラン濃度及び温度条件が好ましい。この三角形内のエリアは、トリクロルシラン濃度をC(%)とし温度をT(℃)とすれば、次のような式で表すことができる。 FIG. 4G shows the concentration of trichlorosilane and the contour line of the variation of the angular periodic film thickness distribution on the epitaxial wafer manufactured by changing the concentration of trichlorosilane and the temperature condition in the same apparatus including the susceptor having no angular periodicity. A map for temperature is shown. In this figure, the variation in the angular periodic film thickness distribution becomes smaller toward the lower right. Therefore, the trichlorosilane concentration and temperature conditions in the triangle drawn with a broken line at the lower right corner in the figure are preferable. The area in the triangle can be expressed by the following formula, assuming that the trichlorosilane concentration is C (%) and the temperature is T (° C.).
尚、この図は、角度周期性のないサセプタを備える同装置におけるものであるが、方位依存制御手段として特殊サセプタを用いる場合は、濃度条件や温度条件に対してマップされる別の図が描かれることとなる。このような図により、それぞれの装置条件において、濃度条件や温度条件を適宜組合せて、最適な製造条件を求めることができる。 This figure is for the same apparatus provided with a susceptor having no angular periodicity. However, when a special susceptor is used as the orientation dependent control means, another figure mapped to the concentration condition and the temperature condition is drawn. Will be. According to such a diagram, optimum manufacturing conditions can be obtained by appropriately combining concentration conditions and temperature conditions in each apparatus condition.
次に、角度周期性のある手段を講じて、結晶方位によるエピタキシャル成長の差異を相殺することを試みる。例えば、このような膜厚分布のバラツキを減少させるために、この膜厚分布に応じて構造及び/又は形状が変化するサセプタを用いることができる。具体的には、90度周期でポケットの開口部の内周面13bの近傍の構造及び/又は形状が変化するものである。より具体的に、図5から12を用いて以下説明する。
Next, an attempt is made to offset the difference in epitaxial growth due to crystal orientation by taking measures with angular periodicity. For example, in order to reduce such variation in film thickness distribution, a susceptor whose structure and / or shape changes according to the film thickness distribution can be used. Specifically, the structure and / or shape in the vicinity of the inner
図5及び6は、同一サセプタ内でポケットのザグリ深さのみを変化させたサセプタの開口部の内周面13bの近傍の形状を示している。図5は、0度(360度)、90度、180度、270度あたりの部分拡大断面図であり、図6は、45度、135度、225度、315度あたりの部分拡大断面図である。いずれもサセプタ4のテーパ面31に半導体ウェーハ12が面接触を避けるように保持されており、隙間13aを開けて、ポケット13内に配置されている。
5 and 6 show the shape in the vicinity of the inner
サセプタのザグリ深さDが浅くなるとシリコンソースガスがウェーハ周縁部にスムーズに供給されるようになり、周縁部のエピタキシャル層成長速度が速くなる。サセプタのザグリ深さが深くなると逆の現象となり成長速度が遅くなる。この半導体ウェーハ12の保持位置(高さ)は、サセプタ4で同一であるので、ポケット13のザグリ深さを変えるためには、ポケットの開口部近傍の部材の上面51及び52の位置を変化させることとなる。即ち、図5ではサセプタ4の開口部近傍の部材の上面51よりも低い位置に半導体ウェーハ12の上面があり、矢印F1で示される原料ガス(又はソースガス)の流れが隙間13aを越えたあたりで曲がると考えられる。そのため、流れのよどみXが生じ、周辺部でのガス供給量が若干低くなると考えられる。
When the counterbore depth D of the susceptor is reduced, the silicon source gas is smoothly supplied to the peripheral portion of the wafer, and the epitaxial layer growth rate at the peripheral portion is increased. As the counterbore depth of the susceptor increases, the reverse phenomenon occurs and the growth rate slows down. Since the holding position (height) of the
一方、図6では、サセプタ4の開口部近傍の部材の上面51とほぼ同じ位置に半導体ウェーハ12の上面があり、流れのよどみXが生じることなく、スムーズに原料ガスが流れ(F2)、エピタキシャル層形成速度が十分加速されると考えられる。このときのザグリ深さDは、実質的に半導体ウェーハ12の厚さと同じか又はそれ以下であってよい。このような高さの比は、実際にエピタキシャル層を形成させたときの膜厚分布に応じて適宜決めることができる。一般に、膜厚分布のバラツキが大きい時は、より高さの比が大きくなることになる。また、ザグリ深さは、半導体ウェーハ12の厚みを考慮して、その厚みの±0.5mmの範囲で変化させることが好ましい。また、図5の状態から6の状態へとの移行は、曲線的に及び/又は直線的に行うことができる。図5の状態から6へ(又は6から5へ)の移行は単純減少(又は単純増加)であることが好ましい。
On the other hand, in FIG. 6, the upper surface of the
図7及び8は、同一サセプタ内でポケット13の幅のみを変化させたサセプタの開口部の内周面13bの近傍の形状を示している。図7は、0度(360度)、90度、180度、270度あたりの部分拡大断面図であり、図8は、45度、135度、225度、315度あたりの部分拡大断面図である。いずれもサセプタ4のテーパ面31に半導体ウェーハ12が面接触を避けるように保持されており、隙間13aを開けて、ポケット13内に配置されている。サセプタのポケット幅が広くなるとシリコンソースガスがウェーハ周縁部にスムーズに供給されるようになり、周縁部のエピタキシャル層成長速度が速くなる。サセプタのポケット幅が狭くなると逆の現象となり成長速度が遅くなる。この半導体ウェーハ12は実質円形(円盤形状)をしているので、ポケットの幅を変化させると、隙間13aの間隔Lが変化することになる。そのため、矢印F3で示される原料ガス(又はソースガス)の流れは、半導体ウェーハ12の外辺部を超えてから半導体ウェーハ12の上面に到達すると考えられる(図7)。一方、矢印F4で示される原料ガス(又はソースガス)の流れは、間隔Lだけ開いた隙間13aを越えたところで半導体ウェーハ12の上面に到達すると考えられる(図8)。つまりよどみXの領域が半導体ウェーハ12からずれることになる。
7 and 8 show the shape in the vicinity of the inner
このようなポケットの幅の比は、実際にエピタキシャル層を形成させたときの膜厚分布に応じて適宜決めることができる。一般に、膜厚分布のバラツキが大きい時は、より幅の比が大きくなることになる。また、ポケットの幅は、半導体ウェーハ12の直径の+1〜10mmの範囲で変化させることが好ましい。また、図7の状態から8の状態へとの移行は、曲線的に及び/又は直線的に行うことができる。図7の状態から8の状態へ(又は8から7へ)の移行は単純減少(又は単純増加)であることが好ましい。
The ratio of such pocket widths can be appropriately determined according to the film thickness distribution when the epitaxial layer is actually formed. In general, when the variation in the film thickness distribution is large, the width ratio becomes larger. The pocket width is preferably changed within a range of +1 to 10 mm of the diameter of the
図9及び10は、同一サセプタ内で厚さのみを変化させて熱容量を変化させたものの開口部近傍の形状を示している。図9は、0度(360度)、90度、180度、270度あたりの部分拡大断面図であり、図10は、45度、135度、225度、315度あたりの部分拡大断面図である。いずれもサセプタ4のテーパ面31に半導体ウェーハ12が面接触を避けるように保持されており、隙間13aを開けて、ポケット13内に配置されている。サセプタの肉厚が厚くなる、もしくは直径が大きくなるとその部分でのサセプタの熱容量が増大し、エピタキシャル層成長速度が速くなる。サセプタの肉厚が浅くなる、もしくは直径が小さくなると逆の現象となり成長速度が遅くなる。この半導体ウェーハ12は実質円形(円盤形状)をしているので、サセプタ4の開口部近傍の径方向の形状も均一である。しかしながら、図10のように高さHと図9に比べて20%程度も厚くすると、その熱容量もそれに応じて大きくなる。原料ガス(又はソースガス)の流れの流路形状は変化しないので、原料供給では結晶方位において同一であるが、熱容量が大きいほうがエピタキシャル層の形成速度が速くなるので、それを利用することができる。
9 and 10 show the shape in the vicinity of the opening of the same susceptor in which only the thickness is changed to change the heat capacity. 9 is a partially enlarged cross-sectional view around 0 degrees (360 degrees), 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, and FIG. 10 is a partially enlarged cross-sectional view around 45 degrees, 135 degrees, 225 degrees, and 315 degrees. is there. In either case, the
このような熱容量の差は、サセプタ4が全体で1つの塊となっており、形を直線的に急激に変えたとしても、ある程度スムージングされるので、なだらかな移行が必要な時には有効な手段である。
Such a difference in heat capacity is because the
図11及び12は、熱容量を変化させた別のタイプのサセプタの開口部近傍の形状を示している。図11は、0度(360度)、90度、180度、270度あたりの部分拡大断面図であり、図12は、45度、135度、225度、315度あたりの部分拡大断面図である。いずれもサセプタ4のテーパ面31に半導体ウェーハ12が面接触を避けるように保持されており、隙間13aを開けて、ポケット13内に配置されている。この半導体ウェーハ12は実質円形(円盤形状)をしているので、サセプタ4の開口部近傍の径方向の形状も均一である。しかしながら、図12のように幅Wと図11に比べて大幅に幅を大きくすると、その熱容量もそれに応じて大きくなる。原料ガス(又はソースガス)の流れの流路形状では、図12の方が若干長いため、流れ抵抗による供給速度の減少も同時に起きる可能性はあるが、実験により適宜形状は選択される。メカニズムは、上述のものと同一であるので、ここでは説明を省略する。
FIGS. 11 and 12 show the shape near the opening of another type of susceptor with varying heat capacity. FIG. 11 is a partially enlarged cross-sectional view around 0 degrees (360 degrees), 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, and FIG. 12 is a partially enlarged cross-sectional view around 45 degrees, 135 degrees, 225 degrees, and 315 degrees. is there. In either case, the
上述したように、ウェーハ周縁部のエピタキシャル層の成長速度角度依存性を相殺するように上記のような加工をサセプタに付与させることにより、周縁部のエピタキシャル層の膜厚分布を改善することができる。ザグリ深さ、ポケット幅、熱容量の調整(深さ、幅、厚み、加工を付与させる角度)によりさまざまな結晶方位、面取り形状のウェーハに対応することができる。 As described above, the film thickness distribution of the epitaxial layer in the peripheral portion can be improved by applying the above processing to the susceptor so as to offset the growth rate angle dependency of the epitaxial layer in the peripheral portion of the wafer. . By adjusting the counterbore depth, pocket width, and heat capacity (depth, width, thickness, processing angle), it is possible to handle wafers with various crystal orientations and chamfered shapes.
(実施例1)
図13から17は、ザグリ深さを変えてエピタキシャル層を形成させた際に、膜厚分布測定を行ったものを示す。図5及び6と類似するため、重複説明は割愛する。図13及び14は、サセプタ等の部分拡大断面図であり、図15はサセプタ4の上面図である。図16は、角度で展開したザグリ深さを示したグラフである。今回のザグリ深さは、浅いところでは、半導体ウェーハ12の厚みD1よりも薄くしている。図15及び16にあるように、約90度周期で、ザグリ深さが変化する。
Example 1
FIGS. 13 to 17 show the results of film thickness distribution measurement when the epitaxial layer is formed by changing the counterbore depth. Since it is similar to FIGS. 5 and 6, redundant description is omitted. 13 and 14 are partially enlarged sectional views of the susceptor and the like, and FIG. 15 is a top view of the
半導体ウェーハである(100)基板(ノッチ方位0°)は、0°から45°方向になるに従い徐々に周縁部のエピタキシャル層の成長速度が遅くなる。ウェーハがサセプタ上に装填された際にウェーハの45°方向が位置する部分のザグリ深さが最も浅くなるようにサセプタを加工して、エピタキシャル成長を行った。図17からわかるように、結晶方位による膜厚のバラツキはかなり減少している。上記(式1)により外周辺から1mmのところの膜厚分布を評価すると、Δtが、2.01%から0.88%まで改善した。
In the (100) substrate (
(実施例2)
図18から20A及び21Aにおいて、ポケット幅を変えてエピタキシャル層を形成させた際に、膜厚分布測定を行ったものを示す。図7及び8と類似するため、重複説明は割愛する。図18及び19は、サセプタ等の部分拡大断面図であり、図20はサセプタ4の上面図である。図21Aは、角度で展開したポケット幅の膜厚に及ぼす影響を示したグラフである。今回のポケット幅は、狭いところでは、半導体ウェーハ12の径よりもわずかに広く、広いところでは、前記径よりも約5mm幅広としている。図20Aに示すように、90度周期でポケット幅が変化する。
(Example 2)
FIGS. 18A to 20A and 21A show the film thickness distribution measured when the epitaxial layer is formed by changing the pocket width. Since it is similar to FIGS. 7 and 8, redundant description is omitted. 18 and 19 are partially enlarged sectional views of the susceptor and the like, and FIG. 20 is a top view of the
半導体ウェーハである(100)基板(ノッチ方位0°)は、0°から45°方向になるに従い徐々に周縁部のエピタキシャル層の成長速度が遅くなる。ウェーハがサセプタ上に装填された際にウェーハの45°方向が位置する部分のポケット幅が最も広くなるようにサセプタを加工して、エピタキシャル成長を行った。図21Aからわかるように、結晶方位による膜厚のバラツキはかなり減少している。上記(式1)により外周辺から1mmのところの膜厚分布を評価すると、Δtが、2.01%から0.97%まで改善した。
In the (100) substrate (
ここで、図20A、20B、21Bにおいて、サセプタのポケット幅の差となる隙間13aの距離と、角度周期性膜厚分布のバラツキの関係を説明する。図20Aに示すように、基準点から反時計回りに45°回転したところのポケット幅は、90°回転したところのポケット幅よりも広い。この広さの差を横軸にとり、縦軸に角度周期性膜厚分布のバラツキをとったものが図20Bである。このエピタキシャルウェーハの製造においては、低温成長させたものが、白抜きの菱形で示されており、それ以外は、全て高温成長させたものである。また、白抜きの四角は、トリクロルシラン濃度が1.60%のものであり、白抜きの三角形が、2.33%である。低温成長させたもの(白抜きの菱形)も、2.33%の濃度でエピタキシャル形成をさせた。また、白抜きの丸印は、3.66%で、黒く塗りつぶした四角形は、7.14%であった。
Here, in FIGS. 20A, 20B, and 21B, the relationship between the distance of the
この図では、それぞれの測定点をプロットし、このプロットから、最少二乗法により、数次の近似式を求め、その近似式によりプロット間をつないでいる。これらの曲線を参照しつつみれば、いずれのプロットも、ある最適のサセプターポケット幅の差の関数として、角度周期性膜厚分布のバラツキを見れば、それぞれ、あるサセプターポケット幅の差で極小を示し、大きすぎても、小さすぎてもバラツキは大きくなることがわかる。同じ濃度であるならば、高温の方は、ポケット幅の差が約1.5mmのところで極小値約0.1%を生じる。一方、低温の方は、約3mmのところで極小値約0.3%を生じる。このことから、高温の方が、ポケット幅の差を大きく取らなくても結晶方位による成長速度差の調整が容易であることがわかる。また、最少となるバラツキの度合いも高温の方が小さいことがわかる。次に、温度を高温で固定すれば、濃度が低い方が、サセプターポケット幅の差がより小さくてすむことがわかるが、濃度が3.66%以上では、ほぼ同じサセプターポケット幅の差が好ましいことがわかる。一度、このような図をプロットしておけば、どの程度の差異をサセプターポケット幅に設ければよいかがわかる。 In this figure, each measurement point is plotted, and an approximate expression of several orders is obtained from the plot by the least square method, and the plots are connected by the approximate expression. Referring to these curves, each plot shows a minimum due to the difference in the susceptor pocket widths, as seen by the variation in the angular periodic film thickness distribution as a function of the difference in the optimal susceptor pocket width. It can be seen that the variation increases even if it is too large or too small. If the concentration is the same, the higher temperature produces a minimum value of about 0.1% at a pocket width difference of about 1.5 mm. On the other hand, the low temperature produces a minimum value of about 0.3% at about 3 mm. From this, it can be understood that the growth rate difference depending on the crystal orientation is easier to adjust at higher temperatures without taking a larger pocket width difference. It can also be seen that the degree of variation that is minimized is smaller at higher temperatures. Next, if the temperature is fixed at a high temperature, it can be seen that the lower the concentration, the smaller the difference in the susceptor pocket width. However, when the concentration is 3.66% or more, the same difference in the susceptor pocket width is preferable. I understand that. Once you have plotted such a figure, you can see how much difference you need in the susceptor pocket width.
図21Bに改善プロセスと通常プロセスとによる、バラツキに対する効果を図示する。この図からわかるように、角度周期性膜厚分布のバラツキを0.5%以下にするためには、改善プロセス(原料濃度及び温度)が必要であることがわかる。 FIG. 21B illustrates the effect of variation on the improvement process and the normal process. As can be seen from this figure, an improvement process (raw material concentration and temperature) is necessary to make the variation of the angular periodic film thickness distribution 0.5% or less.
図21Cに、通常のサセプタ及び特殊サセプタを用いて、トリクロルエチレン濃度が2.3%で高温においてエピタキシャル形成を行った場合の角度周期性膜厚分布を図3Aの角度の関数として示す。特殊サセプタは、上述した方法により、角度周期性膜厚分布のバラツキを減少させるように作成したものである。この図からわかるように、通常のサセプタを用いた場合、約90度の周期で角度周期性膜厚分布が変化するが、特殊サセプタでは、必ずしもそのようになっていない。 FIG. 21C shows the angular periodic film thickness distribution as a function of the angle in FIG. 3A when epitaxial formation is performed at a high temperature with a trichlorethylene concentration of 2.3% using a normal susceptor and a special susceptor. The special susceptor is prepared so as to reduce the variation in the angular periodic film thickness distribution by the method described above. As can be seen from this figure, when a normal susceptor is used, the angular periodic film thickness distribution changes with a period of about 90 degrees, but this is not necessarily the case with a special susceptor.
図21D及び21Eは、図4C及び4Dと同様にして、自己相関関数を角度の関数としてプロットしたものである。通常サセプタのものでは、90度の周期性が明確に見られるが、特殊サセプタでは、90度毎の極大がわずかに見られるものの、周期性を明確には確認できない。また、自己相関関数の変化率は、特殊サセプタでは、通常サセプタに比べてかなり小さい。図21Fに、図4Eと同様にして求めた45度折り返しによる平均のエピタキシャル層膜厚比を示す。この図から、特殊サセプタを用いた場合、角度周期性膜厚分布のバラツキが小さくなっていることがわかる。また、角度周期性があまり見られず、このバラツキの減少は、結晶方位に基づくエピタキシャル形成速度の違いを、特殊サセプタにより、相殺できたことを表している。図21Gに、低温でエピタキシャル形成させた場合の45度折り返しによる平均のエピタキシャル層膜厚比を示す。図21Fに比べると、膜厚比のバラツキの程度がやや大きいことがわかる。しかしながら、低温でのエピタキシャル形成であっても、特殊サセプタを用いた場合、角度周期性膜厚分布のバラツキが小さくなっていることがわかる。また、結晶方位に基づくエピタキシャル形成速度の違いを、特殊サセプタにより、相殺できたことを表している。 21D and 21E are plots of the autocorrelation function as a function of angle, similar to FIGS. 4C and 4D. The normal susceptor clearly shows a periodicity of 90 degrees, but the special susceptor shows a slight maximum at every 90 degrees, but the periodicity cannot be clearly confirmed. Also, the rate of change of the autocorrelation function is considerably smaller in the special susceptor than in the normal susceptor. FIG. 21F shows an average epitaxial layer thickness ratio obtained by 45-degree folding obtained in the same manner as in FIG. 4E. From this figure, it can be seen that when the special susceptor is used, the variation in the angular periodic film thickness distribution is reduced. In addition, the angular periodicity is not observed so much, and the decrease in variation indicates that the difference in the epitaxial formation rate based on the crystal orientation can be offset by the special susceptor. FIG. 21G shows the average epitaxial layer thickness ratio by 45 degree folding when epitaxially formed at a low temperature. Compared with FIG. 21F, it can be seen that the degree of variation in the film thickness ratio is slightly large. However, even when epitaxial formation is performed at a low temperature, when the special susceptor is used, the variation in the angular periodic film thickness distribution is reduced. It also shows that the difference in the epitaxial formation rate based on the crystal orientation can be offset by the special susceptor.
(実施例3)
図22から26は、熱容量(サセプタの部分厚み)を変えてエピタキシャル層形成させた際に、膜厚分布測定を行ったものを示す。図9及10と類似するため、重複説明は割愛する。図22及び23は、サセプタ等の部分拡大断面図であり、図24はサセプタ4の底面の概略図である。図25は、角度で展開したサセプタの厚さの変化を示すものである。また、図26は、角度で展開したサセプタの厚みの膜厚に及ぼす影響を示したグラフである。今回のサセプタの厚みの部分変化は、厚いところでは、薄いところのサセプタの厚みの約20%増しとなっている。図24及び25にあるように、約90度周期で、サセプタの厚みが変化する。
(Example 3)
FIGS. 22 to 26 show the film thickness distribution measured when the epitaxial layer is formed by changing the heat capacity (susceptor partial thickness). Since it is similar to FIGS. 9 and 10, redundant description is omitted. 22 and 23 are partially enlarged sectional views of the susceptor and the like, and FIG. 24 is a schematic view of the bottom surface of the
半導体ウェーハである(100)基板(ノッチ方位0°)は、0°から45°方向になるに従い徐々に周縁部のエピタキシャル層の成長速度が遅くなる。ウェーハがサセプタ上に装填された際にウェーハの45°方向が位置する部分の肉厚が最も厚くなるようにサセプタを加工して、エピタキシャル成長を行った。図26からわかるように、結晶方位による膜厚のバラツキはかなり減少している。上記(式1)により外周辺から1mmのところの膜厚分布を評価すると、Δtが、2.01%から1.10%まで改善した。
In the (100) substrate (
また、基板となる半導体ウェーハのエピタキシャル層形成面の凹凸と組み合わせることにより、製造されるエピタキシャルウェーハの平坦度を向上させることができる。 Moreover, the flatness of the manufactured epitaxial wafer can be improved by combining with the unevenness | corrugation of the epitaxial layer formation surface of the semiconductor wafer used as a board | substrate.
図27に、通常サセプタ及び特殊サセプタを用いて、上面が(110)であるシリコンウェーハ基板を用いてエピタキシャル形成を行った場合の角度周期性膜厚分布を図3Aの角度の関数として示す。特殊サセプタは、上述した方法により、角度周期性膜厚分布のバラツキを減少させるように作成したものである。この図からわかるように、通常サセプタを用いた場合、約180度の周期で角度周期性膜厚分布が変化するが、特殊サセプタでは、必ずしもそのようになっていない。 FIG. 27 shows the angular periodic film thickness distribution as a function of the angle in FIG. 3A when epitaxial formation is performed using a silicon wafer substrate having an upper surface of (110) using a normal susceptor and a special susceptor. The special susceptor is prepared so as to reduce the variation in the angular periodic film thickness distribution by the method described above. As can be seen from this figure, when a normal susceptor is used, the angular periodic film thickness distribution changes with a period of about 180 degrees, but this is not necessarily the case with a special susceptor.
図28A及び28Bは、図4C及び4Dと同様にして、図27のそれぞれ通常サセプタを用いた場合及び特殊サセプタを用いた場合の膜厚分布に基づく自己相関関数を角度の関数としてプロットしたものである。通常サセプタのものでは、180度の周期性が明確に見られるが、特殊サセプタでは、90度毎の極大がわずかに見られるものの、周期性を明確には確認できない。また、自己相関関数の変化率は、特殊サセプタでは、通常サセプタに比べてかなり小さい。 FIGS. 28A and 28B are plots of the autocorrelation function based on the film thickness distribution as a function of angle when the normal susceptor and the special susceptor of FIG. 27 are used, respectively, in the same manner as FIGS. 4C and 4D. is there. The normal susceptor clearly shows a periodicity of 180 degrees, but the special susceptor shows a slight maximum of every 90 degrees, but the periodicity cannot be clearly confirmed. Also, the rate of change of the autocorrelation function is considerably smaller in the special susceptor than in the normal susceptor.
ここで、シリコンウェーハ基板と特殊サセプタとの関係を図29を用いて説明する。図29(a)は、上面視である図29(c)に示す0度方向の特殊サセプタ上に載置されたシリコンウェーハ基板を示す。図29(b)は、図29(c)に示す90度方向の特殊サセプタ上に載置されたシリコンウェーハ基板を示す。図29(a)及び29(b)に示すように、隙間が90度方向(若しくは270度方向)の方が大きく、これにより、90度方向(若しくは270度方向)におけるエピタキシャル形成速度が高められることがわかる。 Here, the relationship between the silicon wafer substrate and the special susceptor will be described with reference to FIG. FIG. 29A shows the silicon wafer substrate placed on the special susceptor in the 0 degree direction shown in FIG. FIG. 29B shows a silicon wafer substrate placed on the special susceptor in the 90-degree direction shown in FIG. As shown in FIGS. 29A and 29B, the gap is larger in the 90 degree direction (or 270 degree direction), thereby increasing the epitaxial formation speed in the 90 degree direction (or 270 degree direction). I understand that.
図30に、図4Eと同様にして求めた45度折り返しによる平均のエピタキシャル層膜厚比を示す。この図から、特殊サセプタを用いた場合、角度周期性膜厚分布のバラツキが小さくなっていることがわかる。また、角度周期性が見られず、このバラツキの減少は、結晶方位に基づくエピタキシャル形成速度の違いを、特殊サセプタにより、相殺できたことを表している。 FIG. 30 shows an average epitaxial layer thickness ratio obtained by 45-degree folding obtained in the same manner as in FIG. 4E. From this figure, it can be seen that when the special susceptor is used, the variation in the angular periodic film thickness distribution is reduced. In addition, the angular periodicity was not observed, and this decrease in variation represents that the difference in the epitaxial formation rate based on the crystal orientation could be offset by the special susceptor.
以上のように、シリコンウェーハ基板のエピタキシャル形成の結晶面が(110)であっても、特殊サセプタを用いれば、角度周期性膜厚分布のバラツキが小さくなり、結晶方位に基づくエピタキシャル形成速度の違いを、特殊サセプタにより、相殺できたことを表している。以上より、シリコンウェーハ基板のエピタキシャル形成の結晶面が如何なるものであっても、特殊サセプタにより膜厚の平坦化が可能であることがわかる。 As described above, even if the crystal plane of epitaxial formation of the silicon wafer substrate is (110), if a special susceptor is used, the variation in the angular periodic film thickness distribution is reduced, and the difference in the epitaxial formation rate based on the crystal orientation Is offset by the special susceptor. From the above, it can be seen that the film thickness can be flattened by the special susceptor regardless of the crystal plane of epitaxial formation of the silicon wafer substrate.
(実施例4)
図31は、図1のサセプタ4の右端部を拡大して表示する概略図及びこの装置で形成されたエピタキシャル層膜厚分布のグラフである。このサセプタ4は、ポケット幅302mmを有している。テーパ面31を備えるレッジ(Ledge)部33のレッジ長さLは6.0mmである。半導体ウェーハ12の外周面とテーパ面31とポケット13の内周面で規定される空間13aは、その幅が約1mmである。このような装置で形成されるエピタキシャル層膜厚はウェーハ12の中心から約145mmのところのPで膜厚が最小となり、そこから急激に膜厚が上昇する。このとき、デバイス使用領域内での外周部エピタキシャル層の膜厚分布が0.90%であった。ここで、図3の縦軸は、エピタキシャル層膜厚の平均値からの変化を、目標とするエピタキシャル層の膜厚に対する相対値で示したものである。以下同様のグラフの縦軸について同じである。
Example 4
FIG. 31 is a schematic view showing the right end portion of the
(実施例5)
図32は、図31と基本的に同じものであるが、テーパ面31を備えるレッジ(Ledge)部33のレッジ長さLを3.0mmとしたものである。同様に、半導体ウェーハ12の外周面とテーパ面31とポケット13の内周面で規定される空間13aは、その幅が約1mmである。このような装置で、数ミクロンのエピタキシャル層の形成を行ったところ、形成されるエピタキシャル層膜厚はウェーハ12の中心から約148mmのところのQで膜厚が最小となり、そこから急激に膜厚が上昇した。
(Example 5)
FIG. 32 is basically the same as FIG. 31 except that a ledge length L of a
作成されるエピタキシャルウェーハの使用領域が、例えば、該ウェーハの外周から2mm以上入った領域(即ち、エッジ除外2mm)であるとすれば、実施例2のものは、その境目でエピタキシャル層膜厚が最小となる。即ち、レッジ部33の長さLを3.0mmとすれば、膜厚の最小となるポイントQは、デバイス使用領域内に入らないこととなる。このとき、デバイス使用領域内での外周部エピタキシャル層の膜厚分布が実施例4の0.90%から実施例5の0.53%まで改善した。
If the use area of the prepared epitaxial wafer is, for example, an
(実施例6)
図33は、ポケット幅302mmのサセプタ4において、レッジ(Ledge)部33のレッジ長さLを4.0mmとした場合を示す。上記実施例とそれ以外の製造条件は同一にして、このサセプタ4を用いて数ミクロンのエピタキシャル層の形成を行ったところ、図33の(b)に示すようなエピタキシャル層の膜厚分布を得た。膜厚が最小となるのは、中心から147mm(端から3mm)のところであった。このとき、基板となる半導体ウェーハ12の厚さは、そのエピタキシャル層形成面において、図33の(a)に示すようなものを用いた。このウェーハは、表面の高さが中心から約147mm(端から3mm)のところで最高となっていた。このような基板と膜との組合せとなるエピタキシャルウェーハの厚み分布は、図33の(c)に示すようになった。この図からわかるように、このような組合せにより、結果として得られるエピタキシャルウェーハの平坦度は高いものとなる。
(Example 6)
FIG. 33 shows a case where the ledge length L of the
上述するように、レッジ部の長さを変えることにより、形成されるエピタキシャル層の膜厚を変化させることができる。特に、エピタキシャルウェーハの外周辺近傍のエピタキシャル層の膜厚増加が始まる位置やその増加の程度を制御することが可能である。更に、レッジ長さを、レッジ部の半導体ウェーハを保持するという機能を満足する範囲において、自由に変えることができるので、容易に制御ができる。更に、基板形状にあったレッジ長さを選択すれば、デバイス使用領域における平坦度を周縁近傍に至るまで高く保つことが可能である。 As described above, the thickness of the formed epitaxial layer can be changed by changing the length of the ledge portion. In particular, it is possible to control the position where the increase in the thickness of the epitaxial layer near the outer periphery of the epitaxial wafer starts and the degree of the increase. Furthermore, since the ledge length can be freely changed within a range satisfying the function of holding the semiconductor wafer in the ledge portion, it can be easily controlled. Furthermore, if the ledge length suitable for the substrate shape is selected, the flatness in the device use region can be kept high up to the vicinity of the periphery.
また、基板となる半導体ウェーハのエピタキシャル層形成面の凹凸と組み合わせることにより、製造されるエピタキシャルウェーハの平坦度を向上させることができる。また、このようなレッジ部の長さの違いによるエピタキシャル形成膜厚の違いを利用して、結晶方位の違いによるエピタキシャル形成速度の違いを相殺させることもできる。また、これらの技術を複合して、平坦度の高いエピタキシャルシリコンウェーハを提供することができる。 Moreover, the flatness of the manufactured epitaxial wafer can be improved by combining with the unevenness | corrugation of the epitaxial layer formation surface of the semiconductor wafer used as a board | substrate. Further, the difference in the epitaxial formation speed due to the difference in crystal orientation can be offset by utilizing the difference in the epitaxial formation film thickness due to the difference in the length of the ledge portion. Further, by combining these techniques, an epitaxial silicon wafer having a high flatness can be provided.
以上、本発明者がなした発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定はされず、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, although the embodiment of the invention made by the present inventor has been described, the present invention is not limited to such an embodiment, and it goes without saying that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Nor.
1 エピタキシャルウェーハ製造装置
4 サセプタ
8、9 熱源
12 半導体ウェーハ
13 ポケット
13a 隙間
13b 内周面
31 テーパ面
32、32’ 棚
51、52、53 サセプタの開口部近傍の上面
F1、F2、F3、F4 ガス流
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記半導体ウェーハが配置される開口部を有するポケットを備え、前記半導体ウェーハを固定するサセプタを含み、
前記サセプタは、前記開口部の内周面の近傍で、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に従って周期的に構造及び/又は形状が変化することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。 An epitaxial wafer manufacturing apparatus for causing an epitaxial growth on a predetermined surface of a semiconductor wafer by reacting a semiconductor wafer with a source gas in a reaction furnace,
A pocket having an opening in which the semiconductor wafer is disposed, and including a susceptor for fixing the semiconductor wafer;
2. The epitaxial wafer manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the structure and / or shape of the susceptor is periodically changed in accordance with a change in crystal orientation of the semiconductor wafer in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening .
該半導体ウェーハを前記サセプタのポケットの開口部から配置し、
前記サセプタの前記開口部の内周面の近傍で、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に従って周期的に構造及び/又は形状が変化する当該サセプタ上に前記半導体ウェーハを固定し、
前記サセプタを前記半導体ウェーハと共に回転させながらエピタキシャル層を形成させるエピタキシャルウェーハの製造方法。 And fixing the semiconductor Kwai Ha on the susceptor in the reactor, in the method for manufacturing an epitaxial wafer for growing the epitaxial to a predetermined surface of the semiconductor wafer by reaction with Sosuga scan,
The semiconductor wafer is disposed from the opening of the susceptor pocket,
Fixing the semiconductor wafer on the susceptor whose structure and / or shape changes periodically according to a change in crystal orientation of the semiconductor wafer in the vicinity of the inner peripheral surface of the opening of the susceptor ;
A method of manufacturing an epitaxial wafer, wherein an epitaxial layer is formed while rotating the susceptor together with the semiconductor wafer.
当該反応炉により所定の初期製造条件でエピタキシャルウェーハを製造し、
得られた初期条件エピタキシャルウェーハの周縁部における周方向の平坦度を計測し、
前記エピタキシャルウェーハの周縁部の平坦度に及ぼす影響を前記サセプタの肉厚若しくは直径、前記ポケットのザグリ深さ、又は、前記ポケットの幅に対して求め、
前記初期条件エピタキシャルウェーハの周縁部の計測された平坦度の結果に応じて、前記サセプタの構造及び/又は形状に含まれる前記サセプタの肉厚若しくは直径、前記ポケットのザグリ深さ、又は、前記ポケットの幅が前記サセプタの前記開口部の内周面の近傍で、前記半導体ウェーハの結晶方位の変化に従って周期的に変化するように決定する、前記半導体ウェーハの周縁部の平坦度を向上させる製造条件を決定する方法。 In the reaction furnace, the semiconductor wafer fixed to a susceptor provided with a ledge for the pockets and placed accept a semiconductor wafer, an epitaxial wafer is grown an epitaxial a predetermined surface of the semiconductor wafer by reaction with a source gas A method for determining manufacturing conditions comprising:
Epitaxial wafers are manufactured under the predetermined initial manufacturing conditions in the reactor ,
Measure the flatness in the circumferential direction at the peripheral edge of the obtained initial condition epitaxial wafer,
The epitaxial wafer periphery of flatness Influence the thickness or diameter of the susceptor, the counterbore depth of the pocket, or calculated for the width of said pocket,
The thickness or diameter of the susceptor included in the structure and / or shape of the susceptor, the counterbore depth of the pocket, or the pocket depending on the measured flatness result of the peripheral edge of the epitaxial wafer. in the vicinity of the width of the inner peripheral surface of the opening portion of the susceptor, manufacturing said that determine as periodically changes according to the change in the crystal orientation of the semiconductor wafer, to improve the flatness of the peripheral portion of the semiconductor wafer How to determine the condition.
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