JP2010157536A

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Publication number: JP2010157536A
Application number: JP2008333544A
Authority: JP
Inventors: Hideki Arai; 秀樹荒井; Masami Yajima; 雅美矢島; Kunihiko Suzuki; 邦彦鈴木
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15
Also published as: US20100163524A1; US8524103B2

Abstract

【課題】ＳｉＣからなるサセプタ表面に、載置されるウェーハの貼りつきを抑制するための所望の凹凸を形成することが可能なサセプタの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のサセプタの製造方法は、加工基板表面に凹パターンを形成し、凹パターンを埋め込むように、ＳｉＣ粉末と焼結助剤を含むＳｉＣペーストを塗布し、ＳｉＣペースト上にＳｉＣ基板を積層し、ＳｉＣペーストを焼成し、ＳｉＣ基板表面に凸部を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハ上に成膜を行なうために用いられ、半導体ウェーハを保持するためのサセプタの製造方法に関する。

一般に、半導体製造工程において、ウェーハ上にエピタキシャル膜などを形成するためにＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が用いられている。このようなＣＶＤ装置において、ウェーハは、例えばＳｉＣなどで構成されるサセプタ上に載置され、加熱、回転されながら、上方から均一なプロセスガスが供給されることにより、ウェーハ上にエピタキシャル膜が形成される（例えば特許文献1など参照）。

近年、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのパワー半導体装置における高速化、高耐圧化に伴い、ウェーハ上に形成されるエピタキシャル膜において、数１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜成長が要求されている。

しかしながら、上述のようにウェーハを加熱し、上方よりプロセスガスを供給すると、ウェーハ上以外の部材にも被膜が形成され、ウェーハがサセプタに貼りつくという不具合が生じる。そして、ウェーハの破損や、パーティクルの発生を引き起こすことから、歩留り、信頼性が低下してしまう。そこで、例えばサセプタの表面をエンボス加工し、貼りつきを抑えることが考えられる。

しかしながら、単なるエンボス加工では、１００μｍにもおよぶ厚膜成長により凹凸が完全に埋め込まれるため、貼りつきを抑えることは困難である。従って、より大きい凹凸を形成することが要求されるが、ＳｉＣのような硬質材料の表面を機械的に微細加工し、さらにその形状を球面となるように制御することは困難であるという問題がある。
特開平１１−６７６７５号公報

上述したように、ウェーハ上に厚膜成長を行う際の貼りつきを抑制し、形成される半導体装置の歩留り、信頼性の向上を図るために、ＳｉＣのような硬質材料からなるサセプタ表面に所望の凹凸を形成することが困難であるという問題がある。

本発明は、ＳｉＣからなるサセプタ表面に、載置されるウェーハの貼りつきを抑制するための所望の凹凸を形成することが可能なサセプタの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明のサセプタの製造方法は、加工基板表面に凹パターンを形成し、凹パターンを埋め込むように、ＳｉＣ粉末と焼結助剤を含むＳｉＣペーストを塗布し、ＳｉＣペースト上にＳｉＣ基板を積層し、ＳｉＣペーストを焼成し、ＳｉＣ基板表面に凸部を形成する、ことを特徴とする。

本発明のサセプタの製造方法において、エッチングにより加工基板を除去することが好ましい。

また、この発明のサセプタの製造方法において、凹パターンの形成された加工基板には、表面にＳｉＯ_２膜が形成されることが好ましい。

また、この発明のサセプタの製造方法において、凸部の形成されたＳｉＣ基板表面に、ＳｉＣコーティングを施すことが好ましい。

また、この発明のサセプタの製造方法において、凸部の高さは、１５０〜５００μｍであることが好ましい。

本発明のサセプタの製造方法を用いることにより、ＳｉＣからなるサセプタ表面に所望の凹凸を形成することができ、載置されるウェーハの貼りつきを抑制することが可能となる。機械加工はカーボンの段階で行うため、ＳｉＣを加工するよりも格段に容易である。また同一形状であれば、型を再利用して複数の製造を行うことができる。

以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に本実施形態により形成されるサセプタの断面図を、図２に上面図を示す。図に示すように、ＳｉＣからなるサセプタ１１の上面（ウェーハ載置面）には、全面に凸部１２が形成されている。図３に断面部分拡大図を示すように、凸部の断面形状は半円状であり、その半径ｒは例えば０．５ｍｍ、凸部の間隔ｄは例えば１ｍｍとなっている。凸部を含む全面に、ＳｉＣコーティング１３が形成されている。

このようなサセプタは、図４にフローチャートを示すようにして形成される。先ず、図５に示すように、カーボン基板１４表面に、例えば機械研削により、所定の間隔で、所定の径、深さの複数の凹部１５を形成する（Ｓｔｅｐ１）。そして、図６に示すように、全面に例えばＣＶＤ法により０．５μｍ程度のＳｉＯ_２膜１６を形成する（Ｓｔｅｐ２）。

次いで、ＳｉＣ粉末と、焼結助剤としてのカーボンブラックおよび炭化ホウ素粉末と、アクリル系樹脂、セルロース系樹脂などのバインダを、例えば有機アミン系の溶媒に分散させたＳｉＣペーストを調製する。そして、図７に示すように、凹２２部が形成されたカーボン基板１４上に、凹部を埋め込むように、ＳｉＣペースト１７を塗布する（Ｓｔｅｐ３）。

次いで、必要に応じてＳｉＣペーストを乾燥させた後、図８に示すように、ＳｉＣペースト１７上にＳｉＣ基板１８を積層する（Ｓｔｅｐ４）。そして、不活性ガス雰囲気、または真空中で例えば１４００〜１５００℃で仮焼成し、ＳｉＣペースト１７中のバインダを炭化させ、ＳｉＣ層１９を形成する（Ｓｔｅｐ５）。

このようにして形成されたカーボン基板１４／ＳｉＯ_２膜１５／ＳｉＣ層１９／ＳｉＣ基板１８の積層体を、ＨＦ溶液中に投入し、ＳｉＯ_２膜１５を選択的にエッチングすることにより、図９に示すように、ＳｉＣ層１９／ＳｉＣ基板１８からカーボン基板１４を分離・除去する（Ｓｔｅｐ６）。そして、カーボン基板１４が除去されたＳｉＣ層１９／ＳｉＣ基板１８を、不活性ガス雰囲気、または真空中で例えば２０００℃で焼成し、焼結ＳｉＣ層２０を形成する（Ｓｔｅｐ７）。

次いで、カーボン基板が除去された焼結ＳｉＣ２０／ＳｉＣ基板１８表面に、ＣＶＤ法により、緻密なＳｉＣ膜によるＳｉＣコーティングを施し（Ｓｔｅｐ８）、図１に示すようなサセプタ１１が形成される。

このようにして形成されたサセプタは、図１０に示すようなエピタキシャル成長装置に用いられる。例えばφ２００ｍｍのウェーハｗが成膜処理される反応室２１には、反応室２１上方より、ＴＣＳ、ジクロロシランなどのソースガスを含むプロセスガスをウェーハｗ上に供給するためのガス供給機構（図示せず）と接続されたガス供給口２２が設置されている。そして、反応室２１下方には、例えば２箇所にガスを排出し、反応室２１内の圧力を一定（常圧）に制御するためのガス排出機構(図示せず)と接続されたガス排出口２３が設置されている。

反応室２１上部には、ガス供給口２２から供給されたプロセスガスを、ウェーハｗ上に整流状態で供給するための整流板２４が設置されている。

反応室２１の下方には、モータ（図示せず）、回転軸（図示せず）、リング２５ａなどから構成されるウェーハｗを回転させるための回転駆動機構２５と、回転駆動機構２５と接続され、上述のようにして形成されたサセプタ１１が設置されている。

サセプタ１１の下方には、例えばＳｉＣからなるウェーハｗを加熱するためのインヒータ２６ａが設置されている。さらに、サセプタ１１とインヒータ２６ａの間には、例えばＳｉＣからなるウェーハｗの周縁部を加熱するためのアウトヒータ２６ｂが設置されている。インヒータ２６ａの下部には、ウェーハｗを効率的に加熱するための円盤状のリフレクター２７が設置されている。そして、インヒータ２６ａ、リフレクター２７を貫通するように設けられ、ウェーハｗを上下に移動させるための突き上げピン２８が設置されている。

そして、このような半導体製造装置を用いて、ウェーハｗ上に例えばＳｉエピタキシャル膜が形成される。先ず、ウェーハｗを凸部が形成されたサセプタ１１上に載置する。このとき、ウェーハｗは、凸部の頂点において保持されている。

そして、温度測定機構（図示せず）により測定されるウェーハｗの温度に基づき、温度制御機構（図示せず）により、インヒータ２６ａ、アウトヒータ２６ｂの温度を例えば１４００〜１５００℃の範囲で適宜制御して、ウェーハｗの温度が例えば１１００℃となるように制御する。さらに、回転機構２５によりウェーハｗを例えば９００ｒｐｍで回転させる。

そして、ガス供給口２３より、例えば、キャリアガス：Ｈ_２を２０〜１００ＳＬＭ、成膜ガス：ＳｉＨＣｌ_３を５０ｓｃｃｍ〜２ＳＬＭ、ドーパントガス：Ｂ_２Ｈ_６、ＰＨ_３：微量からなるプロセスガスが、整流板２２上に導入され、整流状態でウェーハｗ上に供給される。このとき、反応炉２１内の圧力は、ガス供給口２３、ガス排出口２４のバルブを調整することにより、例えば１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）〜常圧に制御される。このようにして、各条件が制御され、ウェーハｗ上に例えば１００μｍ厚のＳｉエピタキシャル膜が形成される。

このとき、サセプタ１１のウェーハｗ周縁部などにもＳｉ膜が堆積されるが、ウェーハｗは凸部の頂点において保持されており、接触面積が小さいことから応力が抑えられる。さらに、数１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜成長を行ったばあいであっても、凸部間は、堆積されたＳｉ膜に完全に埋め込まれることはないため、ウェーハｗのサセプタへの貼りつきを防ぐことができる。

そして、素子形成工程及び素子分離工程を経て半導体装置が形成される際、歩留り、信頼性の向上を図ることが可能となる。特にＮ型ベース領域、Ｐ型ベース領域や、絶縁分離領域などに数１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜成長が必要な、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのパワー半導体装置のエピタキシャル形成工程に好適に用いられる。

本実施形態において、凹部が形成される加工基板としてカーボン基板を用いたが、加工容易な基板であればよく、その他Ｓｉ基板などを用いることができる。また、加工基板表面にＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜を形成したが、形成方法は特に限定されるものではなく、Ｓｉ基板を用いた場合には熱酸化を行ってもよい。また、必ずしもＳｉＯ_２膜を形成する必要はなく、加工基板、ＳｉＣと選択比が取れる膜であればよい。また、加工基板とＳｉＣとの間で選択比を取ることができる条件でエッチングを行う場合、ＳｉＯ_２膜などの膜を介在させる必要はない。

また、本実施形態において、ＳｉＣペーストとしてＳｉＣ粉末と、焼結助剤としてのカーボンブラックおよび炭化ホウ素粉末と、アクリル系樹脂、セルロース系樹脂などのバインダを、有機アミン系の溶媒に分散させたものを用いたが、これに限定されるものではなく、公知の配合のＳｉＣペースト（スラリ）を用いることができる。

また、本実施形態において、ＳｉＣペースト状にＳｉＣ基板を積層して仮焼成した後、エッチングによりカーボン基板を除去しているが、この工程に限定されるものではない。例えばＳｉＣペースト上にＳｉＣ基板を積層して焼成した後、エッチングを行ってもよい。

また、本実施形態により形成されるサセプタ上の凸部の形状は、断面形状が半円、すなわち半球状に限定されるものではない。例えば半楕円球状、円柱上に半球が形成された形状、円錐などの錐体など、載置されるウェーハを点で保持する形状であればよい。

そして凸部の高さは、０．５ｍｍとしているが、形成されるエピタキシャル膜の膜厚より高いことが好ましい。例えば膜厚１００μｍ程度の厚膜形成を行う場合、高さ１５０〜５００μｍが適当である。また、凸部はサセプタ表面全面に均一な間隔で形成されているが、保持部分からの吸熱放熱に起因する温度分布のばらつきを抑えるために、適宜全面に形成されることが好ましい。間隔は均一であっても、位置により変動させてもよい。例えば、ウェーハ外周部の温度が高い場合、外周部で凸部の分布が疎になるように配置しても良い。

また、本実施形態においては、Ｓｉエピタキシャル層形成の場合を説明したが、ポリＳｉ層形成時にも適用されることも可能である。さらに、他の化合物半導体、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなどにも適用可能である。また、ＳｉＯ_２膜やＳｉ_３Ｎ_４膜形成の場合にも適用可能で、ＳｉＯ_２膜の場合、モノシラン（ＳｉＨ_４）の他、Ｎ_２、Ｏ_２、Ａｒガスを、Ｓｉ_３Ｎ_４膜の場合、モノシラン（ＳｉＨ_４）の他、ＮＨ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、Ａｒガスなどが供給されることになる。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

符号の説明

１１…サセプタ
１２…凸部
１３…ＳｉＣコーティング
１４…カーボン基板
１５…凹部
１６…ＳｉＯ_２膜
１７…ＳｉＣペースト
１８…ＳｉＣ基板
１９…ＳｉＣ層
２０…焼結ＳｉＣ層
２１…反応炉
２２…ガス供給口
２３…ガス排出口
２４…整流板
２５…回転機構
２６ａ…インヒータ
２６ｂ…アウトヒータ
２７…リフレクター
２８…突き上げピン
２９…搬送アーム

Claims

加工基板表面に凹パターンを形成し、
前記凹パターンを埋め込むように、ＳｉＣ粉末と焼結助剤を含むＳｉＣペーストを塗布し、
前記ＳｉＣペースト上にＳｉＣ基板を積層し、
前記ＳｉＣペーストを焼成し、前記ＳｉＣ基板表面に凸部を形成する、
ことを特徴とするサセプタの製造方法。
エッチングにより前記加工基板を除去することを特徴とする請求項1に記載のサセプタの製造方法。
前記凹パターンの形成された前記加工基板には、表面にＳｉＯ_２膜が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサセプタの製造方法。
前記凸部の形成された前記ＳｉＣ基板表面に、ＳｉＣコーティングを施すことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか1項に記載のサセプタの製造方法。
前記凸部の高さは、１５０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか1項に記載のサセプタの製造方法。