JP6520050B2

JP6520050B2 - リフトピン、該リフトピンを用いたエピタキシャル成長装置およびエピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP6520050B2
Application number: JP2014223208A
Authority: JP
Inventors: 直之和田
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: JP2016092130A

Description

本発明は、リフトピン、該リフトピンを用いたエピタキシャル成長装置、およびエピタキシャルウェーハの製造方法に関し、特に、結晶性の良好なエピタキシャルウェーハの製造に好適のエピタキシャル成長装置を実現するためのリフトピンに関するものである。

一般に、シリコンウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）等により単結晶シリコンを育成し、該シリコン単結晶をブロックに切断した後、薄くスライスし、平面研削（ラッピング）工程、エッチング工程および鏡面研磨（ポリッシング）工程を経て最終洗浄することにより得られる。その後、各種品質検査を行って異常が確認されなければ製品として出荷される。

ここで、結晶の完全性がより要求される場合や抵抗率の異なる多層構造を必要とする場合などには、前記シリコンウェーハ上に単結晶シリコン薄膜を気相成長（エピタキシャル成長）させてエピタキシャルウェーハを製造する。
エピタキシャルウェーハを製造には、例えば枚葉式エピタキシャル成長装置を用いる。ここで、一般的な枚葉式エピタキシャル成長装置について、図１を参照して説明する。図１に示すように、エピタキシャル成長装置１は、上部ドーム１１、下部ドーム１２及びドーム取付体１３に囲まれたエピタキシャル膜形成室２を有する。このエピタキシャル膜形成室２は、その側面の対向する位置に反応ガスの供給及び排出を行うガス供給口３１及びガス排出口３２が設けられる。一方、エピタキシャル膜形成室２内には、シリコンウェーハＷが載置されるサセプタ４が配置される。サセプタ４は、サセプタ回転部４０に連結されたサセプタサポートシャフト４１によってその下面の外周部が嵌合支持され、サセプタサポートシャフト４１とともに回転する。また、サセプタ４には、シリコンウェーハＷの昇降を行うためのリフトピン５を通過させる貫通孔４２が形成されている。また、リフトピン５は、その基端を昇降シャフト６により支持されて昇降される。

すなわち、エピタキシャル膜形成室２内に導入したシリコンウェーハＷは、サセプタ４の貫通孔４２に挿通したリフトピン５をサセプタ４の上方に向けて移動し、図２にサセプタ４の貫通孔４１周りを示すように、リフトピン５の頭部５０をシリコンウェーハＷの裏面に当接させてシリコンウェーハＷをリフトピン５で一旦支持する。ここで、前記リフトピン５の上昇移動は、該リフトピン５の基端を支持する昇降シャフト６の上昇移動を介して行う。

次いで、前記サセプタ４を支持するサポートシャフト４１を上昇してサセプタ４をシリコンウェーハＷの位置まで移動し、シリコンウェーハＷをサセプタ４上に載置する。この状態において、リフトピン５の頭部５０は、サセプタ４の貫通孔４０内に収められる。かように、シリコンウェーハＷをサセプタ４上に載置し、例えばサセプタ４の上方および下方に配置した複数台の加熱ランプ１４によりシリコンウェーハＷを１０００℃以上の温度に加熱する一方、エピタキシャル膜形成室２内に反応ガスを供給して、所定の厚さのエピタキシャル膜を成長させてエピタキシャルウェーハを製造する。

その後、サポートシャフト４１の下降によってサセプタ４を下降する。この下降は、リフトピン５が昇降シャフト６に支持されサセプタ４から突出する位置まで行い、シリコンウェーハＷをリフトピン５にて支持しておく。そして、エピタキシャル膜形成室２内に図示しない搬送ブレードを導入し、リフトピン５を下降して搬送ブレード上にシリコンウェーハＷを載置することにより、シリコンウェーハＷをリフトピン５から搬送ブレードに受け渡す。その後、搬送ブレードとともにシリコンウェーハＷを成長装置１から退出させる。

以上で説明したエピタキシャルウェーハの製造工程において、成長装置１内に導入したシリコンウェーハＷをサセプタ４上に載置するまでの過程および、エピタキシャル成長後のシリコンウェーハＷをサセプタ４から搬送ブレードに受け渡す過程では、シリコンウェーハＷをリフトピン５にて当接支持することになる。このシリコンウェーハ裏面のリフトピン５が当接する部分は、リフトピン５が上昇しながら当り、引き続き頭部の接触が維持されるために、該部分での疵の発生をまねいていた。

さらに、前記の過程およびその前後には、リフトピン５を昇降することが必須になるが、このリフトピン５の昇降動作において、リフトピン５がサセプタ４の貫通孔４０周りの壁面と摺れ合う結果、発塵をまねいていた。この塵はパーティクルとなってエピタキシャル層表面に付着し、シリコンウェーハ品質を低下させるため、その抑制が望まれていた。

特許文献１には、リフトピンの基板と接触する面を該基板よりも低い表面硬さの材料層とすることが提案されている。この材料層としては、ガラス状の炭素が示されているが、リフトピンの基材が炭化珪素（ＳｉＣ）であり、ガラス状炭素のＳｉＣに対する密着性が弱いことから、材質の異なる基材と材料層との熱膨張差に起因した材料層の部分的な剥離を避けることができず、ウェーハの疵付きを長期にわたって保証することが難しい。

特許文献２には、ＳｉＣで形成されたさや部と該さや部にはめ込まれたガラス状カーボンの頭部とを備えるリフトピンが提案されている。ここでは、頭部をさや部にはめ込むために、エピタキシャル成長処理時の高熱処理によって、頭部およびさや部の材質が異なることによる熱膨張差に起因して、はめ込み部が割れてしまい使用できないおそれがある。さらに、リフトピンの昇降動作に伴ってサセプタの貫通孔周りと摺動した際の発塵の問題は解決されない。

特許文献３には、プラズマＣＶＤ装置に用いるリフトピンに関して、ウェーハの支持部によるウェーハのスクラッチ欠陥を抑制するために、該支持部をウェーハより表面硬さの低い物質としたリフトピンが提案されている。該リフトピンは、低温で成長させるプラズマＣＶＤ装置に適用することから、その本体部はアノダイジング処理アルミニウム、アルミニウム酸化物、チタンまたはチタン窒化物であるが、これらの材料は、エピタキシャル成長装置のサセプタ（ＳｉＣ製）より軟質である。そのために、リフトピンの昇降動作に伴ってサセプタの貫通孔周りと摺動した際に発塵を回避することができないため、エピタキシャル成長装置に適用するには支障がある。また、本体部の熱伝導はサセプタ材質（ＳｉＣ）よりも低いため、リフトピンが位置する部分で温度が低下し、ウェーハ面内の温度分布が大きく崩れてしまい、形成するエピタキシャル層の厚み分布が悪化することが予想される。さらに、支持部を熱圧着法にて本体部に結合させる形態では、支持部の側周面もウェーハより低い硬度であるため、サセプタと摺動した際の発塵はより顕著になる。

特表２０１１‐５０５６９１号公報特開２００３‐１４２４０７号公報特表２０１１‐５１９３９３号公報

そこで、本発明の目的は、リフトピンによるシリコンウェーハ裏面の疵付きを回避するとともに、該リフトピンがサセプタの貫通孔周りの壁面と摺れ合うことによる発塵を抑制するための構造を、エピタキシャル成長装置用のリフトピンに与えることにある。

発明者らは、上記課題を解決するための方途について鋭意検討した結果、リフトピンの基材をＳｉＣとした場合に、該ピン頭部のシリコンウェーハとの接触面をファインセラミックスの被覆層とすること、そしてサセプタと摺動するピン直胴部の表面粗さを規制することが、有効であることを見出し、本発明を完成するに到った。

即ち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）エピタキシャル成長装置内に設置するサセプタの貫通孔内を該貫通方向に移動可能に挿通され、前記サセプタに載置するシリコンウェーハを支持しながら該シリコンウェーハを前記サセプタに対して進退させるリフトピンであって、
前記シリコンシリコンウェーハと当接する頭部および前記貫通孔内に挿通される直胴部を有し、前記頭部および直胴部はＳｉＣの基材からなり、少なくとも前記直胴部は算術平均粗さで０．２μｍ以下の表面粗さを有し、前記頭部の前記シリコンウェーハとの当接面が、前記シリコンウェーハの表面硬さより低い表面硬さを有するファインセラミックスの被覆層であるリフトピン。

（２）前記被覆層は、窒化アルミニウム、フォルステライト、コージェライト、イットリアおよびステアタイトの何れかである、前記（１）に記載のリフトピン。

（３）前記被覆層は、０．１〜２００μｍの厚みを有する、前記（１）または（２）に記載のリフトピン。

（４）前記（１）から（３）のいずれかに記載のリフトピンを有するエピタキシャル成長装置。

（５）前記（４）に記載のエピタキシャル成長装置を用いてシリコンウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法。

本発明のリフトピンをエピタキシャル成長装置に適用することによって、リフトピンによるシリコンウェーハ裏面の疵付き並びに、リフトピンの昇降に伴う発塵を抑制することができる。従って、本発明のリフトピンを用いたエピタキシャル成長装置にてエピタキシャル成長を行うことによって、ウェーハ裏面疵が少なく、かつパーティクル付着の少ない高品位なエピタキシャルウェーハを製造することが可能になる。

エピタキシャル成長装置の断面図である。エピタキシャル成長装置におけるサセプタの貫通孔周りを示す断面図である。本発明に従うリフトピンを示す部分断面図である。

以下、図面を参照して、本発明のリフトピンについて詳しく説明する。
図３は、本発明に従うリフトピン５を示す図であり、図１に示したサセプタ４の貫通孔４２に挿通される棒状の直胴部５０と、該直胴部５０および貫通孔４０より太径の頭部５１とを有する。なお、リフトピン５は、棒状の直胴部の先端にシリコンウェーハを直接支持する頭部を有するものであれば、形状は限定する必要はなく、従って、図示の形状に限定されるわけではない。

ここで、前記直胴部５０および頭部５１はＳｉＣの基材からなり、少なくとも直胴部５０は算術平均粗さで０．２μｍ以下の表面粗さを有し、頭部５１のシリコンウェーハＷとの当接面が、シリコンウェーハＷの表面硬さより低い表面硬さを有するファインセラミックスの被覆層５２であることが必要になる。
すなわち、リフトピン５の基材をＳｉＣとするのは、まず、サセプタ４と同等の表面硬さを有すること、かつ後述のファインセラミックスの被覆層との密着性が良好であること、を満足するためである。

特に、リフトピン５の基材をＳｉＣとする場合、サセプタ４の貫通孔４０周りと摺動する直胴部５０は、その表面粗さを算術平均粗さで０．２μｍ以下とすることが肝要である。なぜなら、表面粗さを０．２μｍＲａ以下とすることによって、上述したリフトピン５の昇降に伴って直胴部５０が貫通孔４０周りと摺動した際の、発塵が抑制されるため、パーティクルの付着影響のないエピタキシャルウェーハの製造が可能になる。

なお、直胴部５０において表面粗さを規制するとは、直胴部５０の少なくとも貫通孔４０周りと摺動する領域の表面粗さを０．２μｍＲａ以下とすればよいことであり、直胴部５０全体の表面粗さを０．２μｍＲａ以下としてもよい。なお、本発明において、「表面粗さ」とは、ＪＩＳＢ０６０１（２００１年）に規定の算術平均粗さＲａを意味している。

また、被覆層５２をファインセラミックスとするのは、ＳｉＣ基材に施す被覆層として、例えばガラス状炭素に比べて高い密着性を有するからである。
このファインセラミックスとしては、窒化アルミニウム、フォルステライト、コージェライト、イットリアおよびステアタイトの何れかが適している。これらのセラミックスは、いずれもシリコンウェーハＷの表面硬さより低い表面硬さを有する上に、エピタキシャル気相成長雰囲気に適合している。すなわち、エピタキシャル気相成長雰囲気は最高温度１２００℃でエッチングガスとしてＨＣｌを使用するが、この雰囲気に対して前記セラミックスは耐性を有するものである。

ちなみに、上記したセラミックスの表面硬さは、次のとおりである。いずれも、シリコンウェーハの表面硬さ：１０８１ＨＶ未満である。
・窒化アルミニウム：１０６０ＨＶ
・フォルステライト：７４４ＨＶ
・コージェライト：７３４ＨＶ
・イットリア：６１２ＨＶ
・ステアタイト：５９１ＨＶ

中でも、イットリアは、高い密着性が得られるプラズマＣＶＤ処理に適した素材であり、かつシリコンウェーハの疵付きを防止するために適当な表面硬さを有するため、被覆層５２に良く適合する。

なお、被覆層５２は、図３に示すように、頭部５１のシリコンウェーハＷとの当接面に限定して設ける必要がある。すなわち、サセプタ４の貫通孔４０周りと接触する可能性のある、頭部５１の側周面や下面にまで被覆層５２を設けると、被覆層５２より硬質のサセプタ４と接触し発塵をまねくことになるため、これを防ぐ必要がある。

また、被覆層５２は、化学蒸着法（ＣＶＤ法）によって形成することが好ましい。なぜなら、所期する表面粗さが得やすく、密着性かつ均一性に優れる被覆層を形成できるからである。

また、被覆層５２は、０．１〜２００μｍの厚さで形成することが好ましい。すなわち、厚みが０．１μｍ未満では素材硬さを被覆層において十分に発揮することが難しくなり、一方２００μｍを超えると、被覆層の密着性が低下し基材からの剥離をまねく、おそれがある。

以下、本発明の実施例について説明する。
図１に示したエピタキシャル成長装置１に、表１に示す仕様になる種々のリフトピンを適用し、上記した手順に従って、エピタキシャルウェーハを製造した。
ここで、サセプタ１は、カーボン基材の表面にＳｉＣコートしたものを用いた。また、エピタキシャルウェーハの基板としては、ボロンドープされた直径３００ｍｍのシリコンウェーハＷを用いた。
エピタキシャルウェーハの製造は、まず、原料ソースガスであるトリクロロシランガスを温度１１５０℃にて供給し、サセプタ１の表面に対してシリコンコートを施した。次いで、シリコンウェーハＷを成長装置２内に導入し、リフトピンを用いてサセプタ４上に載置した。続いて、１１５０℃にて、水素ガスを供給し、水素ベークを行った後、１１５０℃にて、シリコンのエピタキシャル膜を４μｍ成長させてエピタキシャルシリコンウェーハを得た。ここで、原料ソースガスとしてはトリクロロシランガスを用い、また、ドーパントガスとしてジボランガス、キャリアガスとして水素ガスを用いた。

種々のリフトピンを適用して上記のエピタキシャルウェーハの製造を行った。かくして得られたエピタキシャルウェーハについて、表面および裏面の品質とピン頭部の被覆層の密着性とを評価した。なお、各評価手法は次のとおりである、

［表面品質］
得られたエピタキシャルウェーハについて、０．２５μｍＬＰＤ発生密度を測定した。すなわち、作製したエピタキシャルウェーハについて、ウェーハ表面検査装置（ケーエルエーテンコール社製、ＳＰ−２）を用いて、エピタキシャル層表面で観察されるサイズ０．２５μｍ以上の表面欠陥（ＬＰＤ：ＬｉｇｈｔＰｏｉｎｔＤｅｆｅｃｔ）を評価した。この測定結果によって、発塵によるパーティクルの発生状況を評価することができる。

［裏面品質］
得られたエピタキシャルウェーハについて、リフトピン当接部のピンマーク強度として、ウェーハ表面検査装置（ケーエルエーテンコール社製、ＳＰ−２）を用いて、リフトピン接触領域における、レーザー反射の設定値以上の散乱強度を有する領域の面積を測定し、ウェーハ裏面のリフトピン起因の疵付きを評価した。

［被覆層密着性］
サセプタに取付ける前のリフトピン頭部への被覆層形成量と、実際にサセプタに取り付けてウェーハ裏面への接触支持操作を１００回繰り返し実施した後のリフトピン頭部の被覆層残量との比率を密着性の指標とした。被覆層厚みの測定は、Ｇａイオンビームを用いたＦＩＢ加工により、ウェーハ裏面と接触するリフトピン頭部の被覆層厚み方向に切開処理した後、切開断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて観察評価して被覆層厚みを測定した。

なお、被覆層の材質をフォルステライト、コージェライト、ステアタイトに変更して同様の試験を行ったところ、表１におけるＮｏ．４および５のＡｌＮ被覆層の場合とほぼ同様の結果が得られた。

１エピタキシャル成長装置
２エピタキシャル膜形成室
４サセプタ
５リフトピン
６昇降シャフト
Ｗシリコンウェーハ
１１上部ドーム
１２下部ドーム
１３ドーム取付体
４０サセプタ回転部
４１サセプタサポートシャフト
４２貫通孔
５０頭部
５１直胴部
５２被覆層

Claims

エピタキシャル成長装置内に設置するサセプタの貫通孔内を該貫通方向に移動可能に挿通され、前記サセプタに載置するシリコンウェーハを支持しながら該シリコンウェーハを前記サセプタに対して進退させるリフトピンであって、
前記シリコンシリコンウェーハと当接する頭部および前記貫通孔内に挿通される直胴部を有し、前記頭部および直胴部はＳｉＣの基材からなり、少なくとも前記直胴部は算術平均粗さで０．２μｍ以下の表面粗さを有し、前記頭部の前記シリコンウェーハとの当接面が、前記シリコンウェーハの表面硬さより低い表面硬さを有するファインセラミックスの被覆層であり、
前記被覆層は、窒化アルミニウム、フォルステライト、コージェライト、イットリアおよびステアタイトの何れかであり、
前記被覆層は、０．１〜２００μｍの厚みを有するリフトピン。
請求項１に記載のリフトピンを有するエピタキシャル成長装置。
請求項２に記載のエピタキシャル成長装置を用いてシリコンウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法。