JP5540932B2 - Epitaxial growth apparatus and cleaning method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、エピタキシャル成長装置およびそのクリーニング方法に関するものであり、特に、反応室内面のクリーニングを確実に実現するエピタキシャル成長装置およびそのクリーニング方法に関するものである。 The present invention relates to an epitaxial growth apparatus and a cleaning method therefor, and more particularly, to an epitaxial growth apparatus and a cleaning method therefor that reliably realize cleaning of the inside of a reaction chamber.
一般に、ウェーハに対する高い結晶性や、抵抗率の異なる多層構造が必要となる場合には、ポリッシュドウェーハ上に単結晶シリコン薄膜を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。 In general, when a multi-layer structure with high crystallinity and resistivity is required for a wafer, an epitaxial wafer is manufactured by epitaxially growing a single crystal silicon thin film on a polished wafer.
図１は、こうしたエピタキシャルウェーハを得るための従来のエピタキシャル成長装置を示している。このエピタキシャル成長装置１は、天井部９、底部１０、上部ライナー７および下部ライナー８によって反応室が区画され、該反応室内にサセプタ３を有する。一方、反応室の外側には赤外光源４を有し、天井部９および底部１０を透過させた赤外線によりサセプタ３を加熱する。
FIG. 1 shows a conventional epitaxial growth apparatus for obtaining such an epitaxial wafer. In this epitaxial growth apparatus 1, a reaction chamber is defined by a
図１に示すエピタキシャル成長装置１では、サセプタサポート５により水平に支持されたサセプタ３上にウェーハ２が載置され、次いで、水素等の基準ガス雰囲気中で赤外によるサセプタ３の加熱を介して加熱された後、基準ガス中に新たに四塩化珪素等の原料ガスを導入してウェーハ２の表面上に供給することにより、ウェーハ２上に単結晶シリコン薄膜が形成される。
In the epitaxial growth apparatus 1 shown in FIG. 1, a
図２は、図１に示した従来のエピタキシャル成長装置１における天井部９を示している。この天井部９は、石英等からなる単層（中実）構造を有しており、赤外光源から放射された赤外線を透過して、エピタキシャル成長時には天井部９の温度が上昇しないように構成されている。
FIG. 2 shows a
上記のエピタキシャル成長の際には、ウェーハ２の表面へ向けられた基準ガスおよび原料ガスは、天井部９および底部１０の内壁に沿っても流れるため、天井部９および底部１０の内壁面上でもシリコンの副生成物が形成されて付着する。こうしたシリコンの副生成物が天井部９に付着していると、赤外光源４から放射される赤外線を遮蔽してサセプタ３の加熱を阻害し、ウェーハ２表面の温度プロファイルに悪影響を与えるばかりでなく、ウェーハ２上に落下してパーティクル等の欠陥を形成する原因となる。そのため、従来、このような状態となった際には、塩化水素等のガスをエピタキシャル成長装置１の内部に供給して加熱し、そのエッチング効果により反応室の内壁に付着した副生成物を除去するためのクリーニングプロセスを施すのが通例である（例えば、特許文献１参照）。
During the above epitaxial growth, the reference gas and the source gas directed to the surface of the
ところで、エピタキシャル成長装置１の反応室の内部における単結晶シリコン薄膜の成長速度は、ウェーハ２の温度に依存する。即ち、ウェーハ２の温度が高い場合には単結晶シリコン薄膜の成長速度は大きく、温度が低い場合には成長速度は小さくなる。これは、天井部９や底部１０の内壁面上で形成されるシリコンの副生成物の成長にも当てはまる。従って、副生成物の形成を抑制するためには、エピタキシャル成長の際には天井部９の温度を低下させることが有利である。
By the way, the growth rate of the single crystal silicon thin film inside the reaction chamber of the epitaxial growth apparatus 1 depends on the temperature of the
一方、副生成物を除去するためのクリーニングプロセスにおいては、供給される塩化水素ガス等によるエッチング効率を高めてクリーニング効果を向上させるためには、特に天井部９の温度を上昇させる必要がある。
このように、エピタキシャル成長とクリーニングプロセスとでは、天井部９には相反する温度要件が課されることになる。
On the other hand, in the cleaning process for removing the by-product, in order to improve the cleaning effect by improving the etching efficiency by the supplied hydrogen chloride gas or the like, it is particularly necessary to raise the temperature of the
Thus, the epitaxial growth and the cleaning process impose conflicting temperature requirements on the
しかし、従来のエピタキシャル成長装置１の天井部９は、エピタキシャル成長時の天井部９の温度を低下させるために、石英等の材料からなる単層構造を有しており、クリーニングプロセスの際に赤外光源４の出力を上昇させても赤外線を透過するため、天井部９の温度を十分に上昇させることは困難である。その結果、反応室の内部に付着したシリコンの副生成物を十分に除去できず、ウェーハ２表面の温度プロファイルに悪影響を与えて形成されたエピタキシャル層の膜厚が不均一となり、また、エピタキシャルウェーハの表面にパーティクル等の欠陥が発生する問題があった。
However, the
そこで本発明の目的は、天井部の温度をクリーニング時に上昇させてクリーニング効率を高めることができるエピタキシャル成長装置およびそのクリーニング方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an epitaxial growth apparatus and a cleaning method therefor that can increase the cleaning efficiency by raising the temperature of the ceiling during cleaning.
発明者は、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、エピタキシャル成長装置の天井部を中空構造とし、その中空部に滞留または通過する赤外活性ガスに赤外線を照射し、赤外線を吸収して励起した赤外活性ガスにより天井部を直接加熱するのが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive investigations on how to solve the above problems, the inventors have made the ceiling portion of the epitaxial growth device have a hollow structure, and irradiates the infrared active gas staying in or passing through the hollow portion with infrared rays to absorb the infrared rays. The present inventors have found that it is effective to directly heat the ceiling with the infrared active gas excited in this way, and have completed the present invention.
即ち、本発明のエピタキシャル成長装置は、赤外線を透過する天井部と底部とからなる反応室と、該反応室の内部に設置されたウェーハを載置するサセプタと、該サセプタを加熱するための赤外線を放射する赤外光源とを備えるエピタキシャル成長装置において、少なくとも前記天井部は、前記赤外光源から放射された赤外線が吸収される赤外活性ガスを収容する中空部と、該中空部に前記赤外活性ガスを導入するガス導入口と、前記中空部から前記赤外活性ガスを排出するガス排出口とを有し、前記中空部に導入された赤外活性ガスは、前記反応室内に導入されることなく前記中空部から装置外部に排出されることを特徴とするものである。
That is, the epitaxial growth apparatus of the present invention includes a reaction chamber composed of a ceiling portion and a bottom portion that transmits infrared rays, a susceptor for placing a wafer installed in the reaction chamber, and infrared rays for heating the susceptor. In an epitaxial growth apparatus comprising an infrared light source that radiates, at least the ceiling portion includes a hollow portion that contains an infrared active gas that absorbs infrared light emitted from the infrared light source, and the infrared light is active in the hollow portion. It has a gas inlet for introducing gas and a gas outlet for discharging the infrared active gas from the hollow portion, and the infrared active gas introduced into the hollow portion is introduced into the reaction chamber. Without being discharged from the hollow portion to the outside of the apparatus .
また、本発明のエピタキシャル成長装置において、前記赤外活性ガスは、二酸化炭素、二酸化窒素、メタン、オゾン、水蒸気のいずれか、またはこれらのうちの２つ以上の混合ガスであることを特徴とするものである。 In the epitaxial growth apparatus of the present invention, the infrared active gas is any one of carbon dioxide, nitrogen dioxide, methane, ozone, water vapor, or a mixed gas of two or more thereof. It is.
また、本発明のエピタキシャル成長装置において、前記天井部は三層構造を有することを特徴とするものである。 In the epitaxial growth apparatus of the present invention, the ceiling portion has a three-layer structure.
また、本発明のエピタキシャル成長装置において、前記透明材料は石英であることを特徴とするものである。 In the epitaxial growth apparatus of the present invention, the transparent material is quartz.
本発明のエピタキシャル成長装置をクリーニングする方法は、赤外線を透過する反応室と、該反応室の内部に設置されたウェーハを載置するサセプタと、該サセプタを加熱するための赤外線を放射する赤外光源とを備え、少なくとも天井部が中空構造になるエピタキシャル成長装置をクリーニングするに当たり、前記赤外光源から放射された赤外線が吸収される赤外活性ガスを前記中空構造に導入するとともに、前記赤外光源からの赤外線を前記天井部に向けて照射し、赤外線を吸収した赤外活性ガスを介して天井部の内面を加熱して、前記反応室にクリーニングガスを導入してクリーニングを行うことを特徴とするものである。 A method of cleaning an epitaxial growth apparatus of the present invention includes a reaction chamber that transmits infrared rays, a susceptor that mounts a wafer installed in the reaction chamber, and an infrared light source that emits infrared rays for heating the susceptor. And cleaning at least an epitaxial growth apparatus having a hollow ceiling structure, an infrared active gas that absorbs infrared radiation emitted from the infrared light source is introduced into the hollow structure, and from the infrared light source. The infrared ray is irradiated toward the ceiling part, the inner surface of the ceiling part is heated through an infrared active gas that has absorbed the infrared ray, and cleaning gas is introduced into the reaction chamber to perform cleaning. Is.
また、本発明のクリーニング方法において、前記赤外活性ガスは、二酸化炭素、二酸化窒素、メタン、オゾン、水蒸気のいずれか、またはこれらのうちの２つ以上の混合ガスであることを特徴とするものである。 In the cleaning method of the present invention, the infrared active gas is any one of carbon dioxide, nitrogen dioxide, methane, ozone, water vapor, or a mixed gas of two or more thereof. It is.
また、本発明のクリーニング方法において、前記クリーニングガスは、塩化水素ガスであることを特徴とするものである。 In the cleaning method of the present invention, the cleaning gas is hydrogen chloride gas.
本発明によれば、エピタキシャル成長装置の天井部の温度をクリーニング時に上昇させることが可能となり、装置内部のクリーニングプロセスの際に、天井部の温度を上昇させてクリーニングを確実に行うことができる。
その結果、天井部の副生成物を取り除いて清浄な状態を維持することができるため、天井部の交換や、洗浄などのメンテナンスの頻度を下げることが可能となる。また、エピタキシャル成長により得られるエピタキシャルウェーハの膜厚分布を向上させることができ、更に、エピタキシャルウェーハ中のパーティクル等の欠陥を低減することができる。
According to the present invention, it is possible to raise the temperature of the ceiling portion of the epitaxial growth apparatus during cleaning, and during the cleaning process inside the apparatus, the temperature of the ceiling portion can be raised to perform cleaning reliably.
As a result, the by-product of the ceiling part can be removed and the clean state can be maintained, so that the frequency of maintenance such as replacement of the ceiling part and cleaning can be reduced. Moreover, the film thickness distribution of the epitaxial wafer obtained by epitaxial growth can be improved, and defects such as particles in the epitaxial wafer can be reduced.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
上述のように、エピタキシャル成長装置における反応室の天井部には、エピタキシャル成長の際には低温であり、クリーニングプロセスの際には高温であることが要求される。発明者は、こうした相反する温度要件を満足させるための方途について鋭意検討した結果、赤外線を吸収する赤外活性ガスによる天井部の加熱手法を見出したのである。即ち、図３（ａ）に例示するように天井部を中空構造とし、その中空部に滞留または通過する赤外活性ガスに赤外線を照射し、赤外線を吸収して励起した赤外活性ガスにより天井部を直接加熱するのである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As described above, the ceiling of the reaction chamber in the epitaxial growth apparatus is required to have a low temperature during the epitaxial growth and a high temperature during the cleaning process. As a result of intensive investigations on ways to satisfy these conflicting temperature requirements, the inventor has found a method for heating the ceiling with an infrared active gas that absorbs infrared rays. That is, as illustrated in FIG. 3A, the ceiling portion has a hollow structure, the infrared active gas staying in or passing through the hollow portion is irradiated with infrared rays, and the infrared active gas excited by absorbing infrared rays is used for the ceiling. The part is heated directly.
ここで、赤外活性ガスが天井部を加熱するメカニズムは、以下の通りである。即ち、まず、赤外光源から放射された赤外線が、天井部外側から中空構造の中空部に滞留または通過する赤外活性ガスに照射されると、該ガス中の赤外活性分子が赤外線を吸収する。その結果、赤外活性分子は、振動または回転励起して運動エネルギーが上昇する。励起した赤外活性分子は、赤外線を自然放射して基底状態へ戻るが、その寿命はミリ秒程度である。しかし、赤外活性分子が、他の分子に衝突する頻度の時定数はピコ秒オーダーであり、赤外線を自然放射して基底状態に戻る寿命よりもはるかに短い。そのため、励起した赤外活性分子は、赤外線を自然放射して基底状態に戻る前に、他の分子との衝突を繰り返し、最終的には天井部の中空構造の中空部の内壁に運動エネルギーを与えて基底状態に戻り、失活する。 Here, the mechanism by which the infrared active gas heats the ceiling is as follows. That is, first, when the infrared radiation emitted from the infrared light source is irradiated from the outside of the ceiling to the infrared active gas that stays or passes through the hollow portion of the hollow structure, the infrared active molecules in the gas absorb the infrared radiation. To do. As a result, the infrared active molecule is vibrated or rotationally excited to increase the kinetic energy. The excited infrared active molecule spontaneously emits infrared light and returns to the ground state, but its lifetime is on the order of milliseconds. However, the time constant of the frequency with which an infrared active molecule collides with other molecules is on the order of picoseconds, which is much shorter than the lifetime for spontaneously emitting infrared rays and returning to the ground state. Therefore, before the excited infrared active molecule spontaneously radiates infrared rays and returns to the ground state, it repeatedly collides with other molecules, and finally kinetic energy is applied to the inner wall of the hollow part of the ceiling hollow structure. Gives it back to the ground state and deactivates.
こうして、天井部の中空構造に滞留または通過した赤外活性ガスを構成する赤外活性分子に赤外光源から放射された赤外線を吸収させて励起させ、励起した赤外活性分子を天井部の中空構造の中空部の内壁に衝突させて運動エネルギーを与えることにより天井部を加熱させることができる。 In this way, the infrared active molecules constituting the infrared active gas staying or passing through the hollow structure of the ceiling part are absorbed and excited by the infrared radiation emitted from the infrared light source, and the excited infrared active molecules are hollowed out in the ceiling part. A ceiling part can be heated by making it collide with the inner wall of the hollow part of a structure, and giving a kinetic energy.
このように、本発明のエピタキシャル成長装置は、その反応室の少なくとも天井部の構造に特徴を有し、上述の効果を奏するものである。従って、エピタキシャル成長装置における他の構成要素は特に限定されず、エピタキシャル成長の条件等に合わせて適切に構成すればよい。
以下、本発明のエピタキシャル成長装置の天井部および赤外活性ガスについて説明する。
As described above, the epitaxial growth apparatus of the present invention is characterized by the structure of at least the ceiling of the reaction chamber and exhibits the above-described effects. Accordingly, other components in the epitaxial growth apparatus are not particularly limited, and may be appropriately configured according to the epitaxial growth conditions and the like.
Hereinafter, the ceiling part and infrared active gas of the epitaxial growth apparatus of the present invention will be described.
上述のように、本発明のエピタキシャル成長装置における天井部１９は中空構造を有しており、図３（ａ）にその一例を示す。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ｂでの天井部１９の断面図を示している。この天井部１９は、空気層を挟む２枚の石英板からなる三層構造を有しており、ガスの導入口から赤外活性ガスを内部に導入し、ガスの排出口からガスを排出可能なように構成されている。天井部１９は、例えば図３（ｃ）に示すように、２つの部材１９ａおよび１９ｂを組み合わせることにより構成することができる。また、それらを溶着することにより気密性を向上させることができる。
As described above, the ceiling portion 19 in the epitaxial growth apparatus of the present invention has a hollow structure, and an example is shown in FIG. Moreover, FIG.3 (b) has shown sectional drawing of the ceiling part 19 in AB in FIG.3 (a). The ceiling portion 19 has a three-layer structure composed of two quartz plates sandwiching an air layer, and can introduce infrared active gas into the inside from a gas inlet and discharge gas from the gas outlet. It is configured as follows. The ceiling portion 19 can be configured by combining two
天井部１９の材料としては、ウェーハ２の加熱手段として赤外光源４を使用することから、赤外線を透過させることが必要である。好ましくは石英である。
As the material of the ceiling portion 19, since the infrared light source 4 is used as a heating unit for the
天井部１９の外形は特に限定されず、装置内部を常圧にして成長させる場合には図３（ａ）に示したような平坦な形状とし、減圧で成長させる場合には装置の外部に向かって凸状の形状を有することができる。
また、赤外活性ガスを滞留または通過させるためのガスの導入口および排出口の位置、形状、個数、およびサイズは限定されず、赤外活性ガスの流量範囲や滞留させるガスの圧力等の要請に応じて適切に設定すればよい。
The outer shape of the ceiling portion 19 is not particularly limited. When the inside of the apparatus is grown at normal pressure, it has a flat shape as shown in FIG. 3A, and when it is grown at a reduced pressure, it faces the outside of the apparatus. And have a convex shape.
Further, the position, shape, number, and size of the gas inlet and outlet for retaining or passing the infrared active gas are not limited, and the flow rate range of the infrared active gas and the pressure of the gas to be retained are required. It may be set appropriately according to the situation.
また、天井部１９の中空部の形状についても限定されず、天井部を必要な温度まで加熱するために必要な容積や、天井部の強度を確保するように適切に設計すればよい。 Further, the shape of the hollow portion of the ceiling portion 19 is not limited, and may be appropriately designed so as to ensure the volume necessary for heating the ceiling portion to a necessary temperature and the strength of the ceiling portion.
赤外活性ガスは、天井部１９を通過するように構成することも、天井部１９の中空部に滞留するように構成することもできる。赤外活性ガスを滞留させる場合には、天井部１９の中空部に赤外活性ガスを十分に通過させた後に赤外活性ガスの導入を停止するようにする。 The infrared active gas can be configured to pass through the ceiling portion 19 or can be configured to stay in the hollow portion of the ceiling portion 19. When the infrared active gas is retained, the introduction of the infrared active gas is stopped after the infrared active gas is sufficiently passed through the hollow portion of the ceiling portion 19.
赤外活性ガスとしては、赤外線を吸収するガスであれば特に限定されず、二酸化炭素（ＣＯ２）、二酸化窒素（ＮＯ２）、メタン（ＣＨ４）、オゾン（Ｏ３）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）等を使用することができる。これらのガスは、それぞれ単体で使用することも、２以上のガスを混合して使用することもできる。安全性やコストの点から、好適にはＣＯ２を使用する。
また、天井部の温度を制御するために、窒素（Ｎ２）や酸素（Ｏ２）等の非赤外活性ガスと混合させて濃度を調整することができる。
The infrared active gas is not particularly limited as long as it absorbs infrared rays. Carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen dioxide (NO 2 ), methane (CH 4 ), ozone (O 3 ), water vapor (H 2 ) O) and the like can be used. These gases can be used alone or as a mixture of two or more gases. From the viewpoint of safety and cost, CO 2 is preferably used.
Further, in order to control the temperature of the ceiling portion, nitrogen (N 2) and oxygen (O 2) a non-infrared active gas is mixed, such as it is possible to adjust the density.
赤外活性ガスの流量により天井部１９の温度を調節することができ、天井部１９の所望の温度、および使用する赤外活性ガスの赤外線吸収能力に応じて適切に制御する。赤外活性ガスによる加熱効果を最大限に利用する場合には、赤外活性ガスの流量を０、即ち、天井部１９の中空構造に赤外活性ガスを滞留させるようにする。 The temperature of the ceiling portion 19 can be adjusted by the flow rate of the infrared active gas, and is controlled appropriately according to the desired temperature of the ceiling portion 19 and the infrared absorption capacity of the infrared active gas to be used. When the heating effect of the infrared active gas is used to the maximum, the flow rate of the infrared active gas is 0, that is, the infrared active gas is retained in the hollow structure of the ceiling portion 19.
また、赤外活性ガスを天井部１９に滞留させる場合には、天井部１９の温度は滞留する赤外活性ガスの圧力にも依存するが、天井部１９の所望の温度、および使用する赤外活性ガスの赤外線吸収能力に応じて適切に制御する。 In addition, when the infrared active gas is retained in the ceiling part 19, the temperature of the ceiling part 19 depends on the pressure of the retained infrared active gas, but the desired temperature of the ceiling part 19 and the infrared to be used. It controls appropriately according to the infrared absorption ability of active gas.
このような本発明のエピタキシャル成長装置により、装置内部のクリーニングプロセスの際に、エピタキシャル成長装置の天井部を加熱することが可能となる。 Such an epitaxial growth apparatus of the present invention makes it possible to heat the ceiling of the epitaxial growth apparatus during the cleaning process inside the apparatus.
次に、本発明のエピタキシャル成長装置をクリーニングする方法について説明する。本発明のクリーニング方法は、上述した中空構造を有する天井部１９を備える本発明のエピタキシャル成長装置をクリーニングするに当たって、赤外光源から放射された赤外線が吸収される赤外活性ガスを、天井部１９の中空構造に導入するとともに、赤外光源からの赤外線を天井部１９に向けて照射する。また、赤外線を吸収した赤外活性ガスを介して天井部１９の内面を加熱して、反応室にクリーニングガスを導入してクリーニングを行う。 Next, a method for cleaning the epitaxial growth apparatus of the present invention will be described. In the cleaning method of the present invention, when cleaning the epitaxial growth apparatus of the present invention including the ceiling portion 19 having the hollow structure described above, an infrared active gas that absorbs infrared rays emitted from an infrared light source is removed from the ceiling portion 19. While introducing into a hollow structure, the infrared rays from an infrared light source are irradiated toward the ceiling part 19. Further, the inner surface of the ceiling portion 19 is heated via an infrared active gas that has absorbed infrared rays, and cleaning is performed by introducing a cleaning gas into the reaction chamber.
赤外活性ガスとしては、上述のエピタキシャル成長装置の場合と同様に、二酸化炭素、二酸化窒素、メタン、オゾン、水蒸気のいずれか、またはこれらのうちの２つ以上の混合ガスとすることができる。好適には二酸化炭素である。また、天井部１９の温度を制御するために、窒素や酸素等の非赤外活性ガスと混合させて濃度を調整することができる。 The infrared active gas can be carbon dioxide, nitrogen dioxide, methane, ozone, water vapor, or a mixed gas of two or more of these, as in the case of the epitaxial growth apparatus described above. Carbon dioxide is preferred. Moreover, in order to control the temperature of the ceiling part 19, it can mix with non-infrared active gas, such as nitrogen and oxygen, and can adjust a density | concentration.
エピタキシャル成長装置の内部に導入するクリーニングガスとしては、エピタキシャル成長処理後のエピタキシャル成長装置内の壁面やサセプタ等に付着堆積する副生成物を還元反応により除去できるガスを用いればよく、純度、除去効率に優れる塩化水素（ＨＣｌ）ガスを使用することが望ましい。また、堆積した副生成物を完全に除去するように、クリーニングガスの濃度、流量、処理時間を設定すればよい。
例えば、シリコンウェーハ表面上にシリコンエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル処理を行った場合は、エピタキシャル成長炉内の壁面やサセプタ等にアモルファスシリコンや塩化シランポリマー等の副生成物が付着堆積する。このため、エピタキャル成長処理装置からエピタキシャルシリコンウェーハを取り出した後、反応室内のサセプタの表面温度が１１５０℃〜１２００℃となるように赤外線照射し、エピタキシャル成長装置の内部にキャリアガス(水素ガス)とともにＨＣｌガスを導入して、熱還元反応により副生成物を除去する。エピタキシャル成長処理後の副生成物の堆積量を正確に把握することは困難なため、シリコンウェーハ表面上に成長させる所定のシリコンエピタキシャル膜量と同等量以上を除去するように、ＨＣｌガスの濃度、流量、処理時間を調整することで、副生成物を完全に除去することができる。
As the cleaning gas introduced into the epitaxial growth apparatus, a gas capable of removing by-products deposited on the wall surface and susceptor in the epitaxial growth apparatus after the epitaxial growth process by a reduction reaction may be used. Chlorine having excellent purity and removal efficiency. It is desirable to use hydrogen (HCl) gas. Further, the concentration, flow rate, and processing time of the cleaning gas may be set so as to completely remove the deposited by-products.
For example, when an epitaxial process for forming a silicon epitaxial film on the surface of a silicon wafer is performed, by-products such as amorphous silicon and a silane chloride polymer adhere to and deposit on the wall surface, susceptor, etc. in the epitaxial growth furnace. For this reason, after removing the epitaxial silicon wafer from the epitaxial growth apparatus, infrared irradiation is performed so that the surface temperature of the susceptor in the reaction chamber becomes 1150 ° C. to 1200 ° C., and HCl and a carrier gas (hydrogen gas) are added inside the epitaxial growth apparatus. Gas is introduced and a by-product is removed by a thermal reduction reaction. Since it is difficult to accurately grasp the amount of by-products deposited after the epitaxial growth process, the concentration and flow rate of HCl gas so as to remove the amount equal to or more than the predetermined amount of silicon epitaxial film grown on the silicon wafer surface. By adjusting the processing time, the by-product can be completely removed.
こうして、本発明のエピタキシャル成長装置をクリーニングする方法により、反応室の天井部の温度を上昇させてクリーニング効果を向上させることができる。その結果、天井部の副生成物を取り除いて清浄な状態を維持することができるため、天井部の交換や、洗浄などのメンテナンスの頻度を下げることが可能となる。また、エピタキシャル成長により得られるエピタキシャルウェーハの膜厚分布を向上させることができ、更に、エピタキシャルウェーハ中のパーティクル等の欠陥を低減することができる。 Thus, by the method for cleaning the epitaxial growth apparatus of the present invention, the cleaning effect can be improved by raising the temperature of the ceiling of the reaction chamber. As a result, the by-product of the ceiling part can be removed and the clean state can be maintained, so that the frequency of maintenance such as replacement of the ceiling part and cleaning can be reduced. Moreover, the film thickness distribution of the epitaxial wafer obtained by epitaxial growth can be improved, and defects such as particles in the epitaxial wafer can be reduced.
以下、本発明の実施例について説明する。
まず、従来の中実の天井部９を有するエピタキシャル成長装置（比較例）、および本発明の三重構造の天井部１９を有するエピタキシャル成長装置（発明例１〜３）において、反応室内部のクリーニングを行った際の天井部の温度を測定した。反応室内部のクリーニング条件は、サセプタ３の表面温度をパイロメータで測定して表面温度が１１７０℃となるようにハロゲンランプ４により赤外線照射加熱するとともに、反応室内にキャリアガス（水素ガス）とともに１０ｓｌｍのＨＣｌガスを供給するクリーニング操作を１０分間行う条件とした。ここで、天井部の温度の計測は、天井部の表面に熱電対を接触させることにより行い、データロガーにて温度データを取得した。また、本発明のエピタキシャル成長装置においては、天井部１９の層間にＣＯ２ガスを滞留または通過させた。通過させたＣＯ２ガスの流量は、８ｓｌｍ（発明例１）、４ｓｌｍ（発明例２）であり、ＣＯ２ガスを滞留させる場合には、天井部１９にＣＯ２ガスを十分に通過させた後にガスの導入を停止した（発明例３）。得られた天井部の温度変化を図４に示す。
図から、従来のエピタキシャル成長装置における単層（中実）構造を有する天井部９の温度は４５０℃程度までしか上昇しないのに対して、本発明のエピタキシャル成長装置における三層構造を有する天井部１９は６００℃付近まで加熱されており、赤外線を吸収させた赤外活性ガスにより天井部１９が加熱されて温度が上昇していることが分かる。また、天井部１９の温度とＣＯ２ガス流量の関係を調べると、ＣＯ２ガスの流量が小さい方が天井部１９の温度が高く、ＣＯ２ガスを滞留させた場合（発明例３）に温度が最も高くなることが分かる。
Examples of the present invention will be described below.
First, in the conventional epitaxial growth apparatus having a solid ceiling portion 9 (comparative example) and the epitaxial growth apparatus having the triple structure ceiling portion 19 of the present invention (invention examples 1 to 3), the inside of the reaction chamber was cleaned. The temperature at the ceiling was measured. The cleaning conditions inside the reaction chamber were as follows: the surface temperature of the susceptor 3 was measured with a pyrometer and irradiated with infrared rays by a halogen lamp 4 so that the surface temperature would be 1170 ° C., and 10 slm with a carrier gas (hydrogen gas) in the reaction chamber. The cleaning operation for supplying HCl gas was performed for 10 minutes. Here, the temperature of the ceiling portion was measured by bringing a thermocouple into contact with the surface of the ceiling portion, and temperature data was acquired by a data logger. In the epitaxial growth apparatus of the present invention, CO 2 gas was retained or passed between the layers of the ceiling portion 19. The flow rate of the passed CO 2 gas is 8 slm (Invention Example 1) and 4 slm (Invention Example 2). When CO 2 gas is retained, the CO 2 gas is sufficiently passed through the ceiling portion 19. The introduction of gas was stopped (Invention Example 3). The temperature change of the obtained ceiling part is shown in FIG.
From the figure, the temperature of the
次に、比較例として従来の中実の天井部９を有するエピタキシャル成長装置を用いてエピタキシャル成長処理を行い、エピタキシャル成長処理後に毎回クリーニング処理を行う操作を繰り返し行った。また、本発明例として本発明の三層構造の天井部１９を有するエピタキシャル成長装置を用いてエピタキシャル成長処理を行い、エピタキシャル成長処理後に、天井部１９にＣＯ２ガスを滞留させた（発明例３）状態で毎回クリーニング処理を行う操作を繰り返し行った。比較例および本発明例とも、エピタキシャル条件およびクリーニング条件は何れも同じ条件である。具体的には、エピタキシャル成長条件は、キャリアガス（Ｈ２ガス）、ソースガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）およびドーパントガス（Ｂ２Ｈ６等）を反応室内に供給し、１１３０℃の高温に熱せられた直径３００ｍｍシリコンウェーハ表面に１００μｍのエピタキシャル膜を成長させた。クリーニング条件は、成長させたエピタキシャルシリコンウェーハを取り出した後、反応室内のサセプタ３の表面温度をパイロメータで測定して表面温度が１１７０℃となるようにハロゲンランプ４により赤外線照射加熱するとともに、反応室内にキャリアガス（水素ガス）とともに１０ｓｌｍのＨＣｌガスを１５分間供給するクリーニング操作を行った。
各エピタキシャル成長後に、エピタキシャルウェーハ表面に発生するパーティクル等のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔ）欠陥の数を計測した。ＬＰＤ欠陥の数は、パーティクルカウンタにより計測し、０．１３μｍ以上のサイズを有するもののみをカウントした。得られた結果を図５に示す。
この図から、同じクリーニング処理を施しても、従来の天井部９を有するエピタキシャル成長装置においてエピタキシャル成長した場合には、ランニング回数が増加するにつれてウェーハ1枚あたりのＬＰＤ欠陥の数が増加しているのに対して、本発明の天井部１９を有するエピタキシャル成長装置によりエピタキシャル成長したウェーハにおいては、ランニング回数が増加してもＬＰＤ欠陥の数はほとんど増加しないことが分かる。また、このＬＰＤ欠陥の増加を排除するように、定期的にエピタキシャル成長装置を解体し清掃するメンテナンス作業を行う必要があるが、本発明の天井部１９を有するエピタキシャル成長装置では、ＬＰＤ欠陥の増加は軽微であることから、メンテナンス作業頻度を減らすことができ、メンテナンスのコストを低減することができる。
Next, as a comparative example, an epitaxial growth process was performed using a conventional epitaxial growth apparatus having a
After each epitaxial growth, the number of LPD (Light Point Defect) defects such as particles generated on the epitaxial wafer surface was measured. The number of LPD defects was measured by a particle counter, and only those having a size of 0.13 μm or more were counted. The obtained results are shown in FIG.
From this figure, even when the same cleaning process is performed, the number of LPD defects per wafer increases as the number of running increases in the case of epitaxial growth in the conventional epitaxial growth apparatus having the
１ エピタキシャル成長装置
２ ウェーハ
３ サセプタ
３ａ サセプタのザグリ部
３ｂ サセプタのザグリ部のウェーハ支持領域
４ 赤外光源
５ サセプタサポート
５ａ ウェーハリフトピン
６ ローター
７ 上部ライナー
８ 下部ライナー
９，１９ 天井部
１０ 底部
１９ａ，１９ｂ 部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
少なくとも前記天井部は、前記赤外光源から放射された赤外線が吸収される赤外活性ガスを収容する中空部と、該中空部に前記赤外活性ガスを導入するガス導入口と、前記中空部から前記赤外活性ガスを排出するガス排出口とを有し、前記中空部に導入された赤外活性ガスは、前記反応室内に導入されることなく前記中空部から装置外部に排出されることを特徴とする、エピタキシャル成長装置。 Epitaxial growth comprising: a reaction chamber composed of a ceiling and a bottom that transmits infrared light; a susceptor on which a wafer installed in the reaction chamber is placed; and an infrared light source that emits infrared light for heating the susceptor. In the device
At least the ceiling portion includes a hollow portion that accommodates an infrared active gas that absorbs infrared rays emitted from the infrared light source, a gas inlet that introduces the infrared active gas into the hollow portion, and the hollow portion And the infrared active gas introduced into the hollow portion is discharged from the hollow portion to the outside of the apparatus without being introduced into the reaction chamber. An epitaxial growth apparatus characterized by the above.
前記赤外光源から放射された赤外線が吸収される赤外活性ガスを前記中空構造に導入するとともに、前記赤外光源からの赤外線を前記天井部に向けて照射し、赤外線を吸収した赤外活性ガスを介して天井部の内面を加熱して、前記反応室にクリーニングガスを導入してクリーニングを行うことを特徴とするクリーニング方法。 A reaction chamber that transmits infrared rays, a susceptor for placing a wafer installed in the reaction chamber, and an infrared light source that emits infrared rays for heating the susceptor, and at least the ceiling portion has a hollow structure. In cleaning the epitaxial growth apparatus,
Infrared active gas that absorbs infrared rays by introducing infrared active gas that absorbs infrared rays emitted from the infrared light source into the hollow structure and irradiating infrared rays from the infrared light source toward the ceiling. A cleaning method comprising: heating an inner surface of a ceiling portion through a gas and introducing a cleaning gas into the reaction chamber to perform cleaning.
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