JP3896927B2

JP3896927B2 - Epitaxial growth method

Info

Publication number: JP3896927B2
Application number: JP2002253829A
Authority: JP
Inventors: 司坂井; 晃具志堅
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004095780A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テスト用サセプタを用いたエピタキシャル成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイオードやトランジスタ等を構成する半導体薄膜においては、半導体基板を構成するシリコン単結晶上に、この結晶軸と同じ結晶軸を有するシリコン結晶をエピタキシャル成長させる技術が知られている。
【０００３】
そして、上記エピタキシャル成長を行うエピタキシャル成長装置としては、縦型炉（パンケーキ炉）を有する縦型エピタキシャル成長装置が広く用いられている。この縦型エピタキシャル成長装置では、サセプタと呼ばれる円盤形状の支持盤上にシリコンウエハを複数載置し、これをベルジャ内に配置した状態で加熱することにより、単結晶をシリコンウエハ上に成長させていく。このとき、加熱手段としてはワークコイルが用いられ、通常はサセプタ表面の温度をパイロスコープ（赤外線温度測定器）で計測し、所定の温度曲線に従いワークコイルを上下させ、温度の合わせこみを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記縦型エピタキシャル成長装置を用いてシリコン基板（ウエハ）上に単結晶を成長させる場合、裏面からの加熱になるため、ウエハに反りが発生し、その結果、ウエハの周辺部にスリップと称される欠陥が生じて品質不良の原因となっている。これを抑えるために、従来は、加熱部分であるワークコイルの調整を上記のように温度分布を見ながら行っていたが、調整に多大な時間を要し、極めて難しい作業となっている。
【０００５】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、ワークコイル調整を簡略化することができ、品質歩留まりを向上することが可能なエピタキシャル成長方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のエピタキシャル成長方法は、所定の直径を有する略円盤形状のサセプタ本体に球面形状を有し深さが異なる複数種類の座ぐりが形成されてなるテスト用サセプタを用いてテスト成長を行い、最適な座ぐり深さを求めた後、これに基づいて最適化された座ぐりを形成した量産用サセプタを作製し、この量産用サセプタを用いてウエハ上に単結晶をエピタキシャル成長させることを特徴とするものである。
【０００８】
テスト用サセプタによるテスト成長の結果に基づいて、量産サセプタの座ぐり深さを最適化することにより、スリップの発生が抑制され、品質歩留まりが大幅に改善される。また、テスト用サセプタの各座ぐりにおけるスリップの発生状況に基づいて例えばワークコイルの高さ調整を行うことができ、直接スリップ発生状況を確認しながら最適化ができるため、ワークコイル調整が大幅に簡略化される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したテスト用サセプタ及びエピタキシャル成長方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
縦型エピタキシャル成長装置においては、図１に示すように、サセプタ１を誘導加熱し、その上に置かれたウエハ２を間接的に加熱するので、ウエハ２の表裏で温度差を生じ、裏面は表面より大きく熱膨張することになるので、ウエハ２全体は凹形に反ることになる。そのためウエハ２の周辺部分はサセプタ１から浮き上がり、温度がサセプタ１と接している中心部より下がってしまう。この熱応力によりスリップが発生する。そこで、これを避けるために、図２に示すように、サセプタ１に、いわゆる座ぐり３を形成し、これを球面形状として内面にＲ（曲率）を設けるようにする。これにより、ウエハ２は、反りが発生しても周辺部を含む全体がサセプタ１と接することになり、上記スリップが解消される。
【００１１】
ただし、上記座ぐりの形状が最適化されていないと、上記スリップを確実に解消することはできない。そこで、本発明では、テスト用サセプタを用いて予めテスト成長を行い、この結果に基づいて座ぐりの最適化を行う。
【００１２】
図３及び図４は、テスト用サセプタの一例を示すものである。このテスト用サセプタ１１においては、円盤形状を呈するサセプタ本体１２の一主面に円形の座ぐり１３が同心円状に配列形成されている。ここで、各座ぐり１３は球面形状を有し内面にＲが設けられているが、深さ（曲率Ｒ）が異なる複数種類の座ぐり１３を有する。
【００１３】
例えば、図３に示すように、各座ぐり１３に便宜上１〜２５までの番号を付与して説明する。座ぐり１３の形状は、図５に示すように、球面形状であり、そのパラメータとしては、直径Ａ、深さＢ、曲率Ｒを上げることができる。深さＢと曲率Ｒの関係は、Ｒ＝（Ａ²＋Ｂ²）／２Ｂなる式で表すことができ、スリップ発生は深さＢと関係があり、直径Ａが同じであれば、深さＢで曲率Ｒが決まってしまう。
【００１４】
そこで、座ぐり１３をいくつかの種類に分け、それらの深さＢを変えて形成する。具体的には、テスト用サセプタ１１を周方向でいくつかの領域に分け、各領域に形成される座ぐり１３毎に深さＢを変える。ここでは、グループ１（座ぐりＮｏ．１，２，３，１７，１８）、グループ２（座ぐりＮｏ．４，５，６，１９，２０）、グループ３（座ぐりＮｏ．７，８，９，１０，２１，２２）、グループ４（座ぐりＮｏ．１１，１２，１３，２３，２４）、及びグループ５（座ぐりＮｏ．１４，１５，１６，２５）の５つのグループに分けた。全ての座ぐり１３の直径は同じであり、ここでは例えば直径１０１．５ｍｍとした。また、グループ１〜グループ５の各座ぐりの深さＢ及び曲率Ｒは表１に示す通りである。なお、グループ１については、球面形状ではなく円錐形状としているため、曲率Ｒの数値が記載されていない。
【００１５】
【表１】

【００１６】
上記のようなテスト用サセプタ１１を用いてテスト成長を行う。テスト成長に際しては、各座ぐり１３に対応してウエハをセットする。そして、昇温（約１１７０℃）した後に、上記テスト用サセプタ１１を取り出し、各座ぐり１３にセットしたウエハのスリップの発生状態を調べる。エピタキシャル成長している時（昇温時）には、ウエハの反り量は計測することができないが、テスト成長後のテスト用サセプタ１１において、スリップが少ない座ぐりの深さＢ（曲率Ｒ）で反り量を推定することができる。以上により、サセプタの座ぐりを最適化し、この結果に基づいて量産用サセプタを作製すれば、量産時のスリップの発生を抑えることができる。
【００１７】
次に、上記テスト用サセプタを用いたエピタキシャル成長方法について説明する。図６は、縦型エピタキシャル成長装置の一例を示すものである。この縦型エピタキシャル成長装置は、水素加圧を維持するベルジャ２１内に加熱用のワークコイル２２を備えてなるものであり、この中にサセプタ２３を設置してサセプタ２３上のウエハに対して単結晶の成長を行う。加熱用のワークコイル２２は、サセプタ２３の裏面側に配置されており、ウエハを誘導加熱により加熱する。ベルジャ２１には、温度計測用の窓部２４が設けられており、この窓部２４を介してパイロスコープ（赤外線温度測定器）２５によってサセプタ２３の表面温度を計測することが可能である。
【００１８】
上記エピタキシャル成長装置を用いてウエハ上に単結晶の成長を行う場合には、先にも述べた通り、先ず、上記テスト用サセプタを用いてテスト成長を行い、スリップ発生の状況から最適な座ぐりを求め、この結果に基づいて量産用サセプタを作製する。
【００１９】
同時に、このテスト成長の際に、上記ワークコイル２２の高さ調整を行う。ワークコイル２２の調整には、２つの目的、種類がある。第一に、エピタキシャル成長層の抵抗率分布の均一性（ウエハ面内、バッチ内）の観点から、抵抗率の悪い部分について直下のコイル高さを上下に調整する。第二に、スリップの発生を抑制するための調整である。サセプタの上にウエハを載せ、下方から昇温すると、ウエハが凹状に反り、ウエハ周辺部がサセプタ２３表面から離れ熱歪によりスリップが発生する。したがって、反り量に合わせた座ぐりを設定する必要があり、これは先のテスト用サセプタによって把握する。このとき、反り量は下方からの昇温とベルジャ２１からの輻射熱のバランスで変化するが、ベルジャ２１表面の熱反射は制御できない。そこで、ワークコイル全体の高さを上下に調整することによりこれを制御する必要があるが、かなりの工数を要する。例えば、従来技術のように温度分布に基づいてこの調整を行おうとしても、スリップ発生の状況がわからないため、ワークコイル２２全体を上下どちらに調整したらよいかを判断することができない。
【００２０】
そこで、ここでは上記テスト用サセプタによるテスト成長の結果に基づいて上記ワークコイル２の高さ調整を行う。すなわち、テスト用サセプタの各座ぐりにおけるスリップの発生の有無でワークコイル２２高さの調整を行うことができる。例えば、反り量が大きいか小さいかが解れば、ワークコイル２２の上下方向の調整が容易なものとなる。
【００２１】
以上により、量産用サセプタにおける座ぐりを最適化し、ワークコイル２２の調整を行ってエピタキシャル成長を行う。その後の量産でスリップの発生量が増加することがあり、原因としてはベルジャ２１の表面の反射率変化、ワークコイル２２の位置ずれ等が挙げられる。その時には、上記テスト用サセプタによるテスト成長を再度行い、ワークコイル２２の高さを合わせ直せばよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明のエピタキシャル成長方法によれば、歩留まりの高い単結晶成長が可能であり、またワークコイル等の調整も簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サセプタ上のウエハの反りの様子を示す模式的な断面図である。
【図２】サセプタに座ぐりを形成した場合のウエハのサセプタとの接触状態を示す模式的な断面図である。
【図３】テスト用サセプタの一例を示す概略平面図である。
【図４】図３に示すテスト用サセプタの概略断面図である。
【図５】座ぐりの形状例を示す概略断面図である。
【図６】縦型エピタキシャル成長装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１，２３サセプタ
２ウエハ
１１テスト用サセプタ
１３座ぐり
２１ベルジャ
２２ワークコイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an epitaxial growth method using a test susceptor.
[0002]
[Prior art]
As a semiconductor thin film that constitutes a diode, a transistor, or the like, a technique is known in which a silicon crystal having the same crystal axis as this crystal axis is epitaxially grown on a silicon single crystal that constitutes a semiconductor substrate.
[0003]
As an epitaxial growth apparatus that performs the epitaxial growth, a vertical epitaxial growth apparatus having a vertical furnace (pancake furnace) is widely used. In this vertical epitaxial growth apparatus, a plurality of silicon wafers are placed on a disk-shaped support plate called a susceptor and heated in a state where they are placed in a bell jar, thereby growing a single crystal on the silicon wafer. . At this time, a work coil is used as a heating means. Usually, the temperature of the susceptor surface is measured with a pyroscope (infrared temperature measuring device), and the work coil is moved up and down according to a predetermined temperature curve to adjust the temperature.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a single crystal is grown on a silicon substrate (wafer) using the vertical epitaxial growth apparatus described above, the wafer is warped because it is heated from the back surface, and as a result, the wafer is called a slip at the periphery. Defects that occur are the cause of quality defects. In order to suppress this, conventionally, the adjustment of the work coil, which is a heating portion, was performed while looking at the temperature distribution as described above. However, the adjustment requires a lot of time and is extremely difficult.
[0005]
The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide an epitaxial growth method capable of simplifying the work coil adjustment and improving the quality yield.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the epitaxial growth method of the present invention , optimal growth is performed using a test susceptor in which a plurality of types of counterbore having a spherical shape and different depths are formed on a substantially disc-shaped susceptor body having a predetermined diameter. After obtaining a suitable counterbore depth, a mass production susceptor is formed on the basis of which an optimized counterbore is formed, and a single crystal is epitaxially grown on the wafer using the mass production susceptor. Is.
[0008]
By optimizing the counterbore depth of the mass production susceptor based on the result of the test growth by the test susceptor, the occurrence of slip is suppressed and the quality yield is greatly improved. Also, for example, the height of the work coil can be adjusted based on the occurrence of slip in each counterbore of the test susceptor, and optimization can be performed while checking the occurrence of slip directly. Simplified.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a test susceptor and an epitaxial growth method to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[0010]
In the vertical epitaxial growth apparatus, as shown in FIG. 1, since the susceptor 1 is inductively heated and the wafer 2 placed thereon is indirectly heated, a temperature difference occurs between the front and back of the wafer 2, and the back surface is the front surface. Since the thermal expansion is greater, the entire wafer 2 warps in a concave shape. Therefore, the peripheral portion of the wafer 2 is lifted from the susceptor 1, and the temperature is lowered from the central portion in contact with the susceptor 1. This thermal stress causes slip. Therefore, in order to avoid this, as shown in FIG. 2, a so-called counterbore 3 is formed on the susceptor 1, and this is formed into a spherical shape so that R (curvature) is provided on the inner surface. As a result, even if the wafer 2 is warped, the entire portion including the peripheral portion comes into contact with the susceptor 1, and the slip is eliminated.
[0011]
However, the slip cannot be reliably eliminated unless the shape of the counterbore is optimized. Therefore, in the present invention, test growth is performed in advance using a test susceptor, and the spot facing is optimized based on the result.
[0012]
3 and 4 show an example of a test susceptor. In this test susceptor 11, circular counterbore 13 is concentrically arranged on one main surface of a susceptor body 12 having a disk shape. Here, each counterbore 13 has a spherical shape and is provided with R on the inner surface, but has a plurality of types of counterbore 13 having different depths (curvature R).
[0013]
For example, as shown in FIG. 3, each counterbore 13 will be described by giving numbers 1 to 25 for convenience. As shown in FIG. 5, the shape of the spot facing 13 is a spherical shape, and the diameter A, the depth B, and the curvature R can be raised as parameters thereof. The relationship between the depth B and the curvature R can be expressed by the equation R = (A ² + B ² ) / 2B, and the occurrence of slip is related to the depth B. If the diameter A is the same, the depth B The curvature R is determined.
[0014]
Therefore, the spot facings 13 are divided into several types and formed by changing their depth B. Specifically, the test susceptor 11 is divided into several regions in the circumferential direction, and the depth B is changed for each counterbore 13 formed in each region. Here, group 1 (counterbore No. 1, 2, 3, 17, 18), group 2 (bore counterbore No. 4, 5, 6, 19, 20), group 3 (bore counterbore No. 7, 8, 9, 10, 21, 22), group 4 (counterbore No.11, 12, 13, 23, 24), and group 5 (both counterbore No.14, 15, 16, 25). . The diameters of all the spot facings 13 are the same, for example, 101.5 mm. Further, the depth B and the curvature R of each spot face of the groups 1 to 5 are as shown in Table 1. In addition, since the group 1 has a conical shape instead of a spherical shape, the numerical value of the curvature R is not described.
[0015]
[Table 1]

[0016]
Test growth is performed using the test susceptor 11 as described above. During test growth, a wafer is set corresponding to each spot facing 13. Then, after raising the temperature (about 1170 ° C.), the test susceptor 11 is taken out, and the occurrence of slipping of the wafer set on each counterbore 13 is examined. During epitaxial growth (temperature rise), the amount of warpage of the wafer cannot be measured, but in the test susceptor 11 after test growth, the amount of warpage is at a counterbore depth B (curvature R) with less slip. Can be estimated. As described above, if the counterbore of the susceptor is optimized and a susceptor for mass production is produced based on this result, the occurrence of slip during mass production can be suppressed.
[0017]
Next, an epitaxial growth method using the test susceptor will be described. FIG. 6 shows an example of a vertical epitaxial growth apparatus. This vertical epitaxial growth apparatus is provided with a heating work coil 22 in a bell jar 21 for maintaining hydrogen pressurization, and a susceptor 23 is installed therein, and a single crystal is formed on a wafer on the susceptor 23. Do growth. The work coil 22 for heating is disposed on the back side of the susceptor 23 and heats the wafer by induction heating. The bell jar 21 is provided with a window portion 24 for temperature measurement, and the surface temperature of the susceptor 23 can be measured by a pyroscope (infrared temperature measuring device) 25 through the window portion 24.
[0018]
When a single crystal is grown on a wafer using the epitaxial growth apparatus, as described above, first, test growth is performed using the test susceptor, and an optimal spotting is performed from the situation of slip occurrence. Based on this result, a susceptor for mass production is produced.
[0019]
At the same time, the height of the work coil 22 is adjusted during the test growth. The adjustment of the work coil 22 has two purposes and types. First, from the viewpoint of the uniformity of the resistivity distribution of the epitaxial growth layer (within the wafer surface and within the batch), the height of the coil immediately below is adjusted up and down for the portion with poor resistivity. Second, it is an adjustment for suppressing the occurrence of slip. When a wafer is placed on the susceptor and the temperature is raised from below, the wafer warps in a concave shape, and the peripheral portion of the wafer is separated from the surface of the susceptor 23 and slip occurs due to thermal strain. Therefore, it is necessary to set a counterbore according to the amount of warping, and this is grasped by the susceptor for testing. At this time, the amount of warpage varies depending on the balance between the temperature rise from below and the radiant heat from the bell jar 21, but the heat reflection on the surface of the bell jar 21 cannot be controlled. Therefore, it is necessary to control this by adjusting the height of the entire work coil up and down, but it requires a considerable amount of man-hours. For example, even if this adjustment is performed based on the temperature distribution as in the prior art, it is not possible to determine whether the entire work coil 22 should be adjusted up or down because the state of slippage is not known.
[0020]
Therefore, here, the height of the work coil 2 is adjusted based on the result of the test growth by the test susceptor. That is, the height of the work coil 22 can be adjusted based on whether or not slip occurs in each counterbore of the test susceptor. For example, if the amount of warping is large or small, it is easy to adjust the work coil 22 in the vertical direction.
[0021]
As described above, the counterbore in the mass production susceptor is optimized, and the work coil 22 is adjusted to perform epitaxial growth. Subsequent mass production may increase the amount of slip, which may be caused by a change in the reflectivity of the surface of the bell jar 21 or a displacement of the work coil 22. At that time, the test growth using the test susceptor is performed again, and the height of the work coil 22 is adjusted again.
[0022]
【The invention's effect】
As apparent from the above description , according to the epitaxial growth method of the present invention, single crystal growth with a high yield is possible, and adjustment of the work coil and the like can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state of warping of a wafer on a susceptor.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a contact state of a wafer with a susceptor when a counterbore is formed on the susceptor.
FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of a test susceptor.
4 is a schematic cross-sectional view of the test susceptor shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a counterbore shape example.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a vertical epitaxial growth apparatus.
[Explanation of symbols]
1,23 susceptor 2 wafer 11 susceptor for test 13 counterbore 21 bell jar 22 work coil

Claims

Test growth is performed using a test susceptor in which a plurality of types of counterbore having a spherical shape and different depths are formed on a substantially disc-shaped susceptor body having a predetermined diameter, and an optimum counterbore depth is obtained. After
An epitaxial growth method characterized in that a mass-produced susceptor is formed on the basis of which an optimized counterbore is formed, and a single crystal is epitaxially grown on a wafer using the mass-produced susceptor.

The epitaxial growth method according to claim 1, wherein the epitaxial growth is performed by installing a susceptor in a bell jar provided with a work coil as a heating means.

The epitaxial growth method according to claim 2, wherein the height of the work coil is adjusted during the test growth.