JPS6316617A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体ウェハ表面に気相成長層を形成する装置
に係り、特に気相成長層を多数の半導体ウェハ表面上に
均一に形成するための気相成長装置及び気相成長方法に
関する。

〔従来の技術〕

半導体製造プロセスにおいては、半導体ウェハ上に気相
化学反応を利用して酸化膜（Ｓ　ｉ　Ｏｘ　）、窒化膜
（Ｓ’ｉａＮ＋）、多単結シリコン膜、単結晶シリコン
膜などを形成するＣ　Ｖ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ
ａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術が広く適用されて
いる。このうち、単結晶シリコン膜形成は特にシリコン
・エピタキシャル成長と呼ばれる。

近年、プロセスコストの低減や製品歩留りの向上を目的
とした半導体ウェハの大口径化が進められており、現在
では直径１５０ｎｎ＋のウェハが主流となりつつある。

一方、プロセスコストの低減のため、各種装置において
、一度に処理可能なウェハの枚数、すなわちバッチ処理
を行う際のウェハのチャージ数の増大も進められている
。また、デバイスの高集積化や高速化に伴い、形成する
薄膜の高精度な均一性も合わせて要求されている。

以上の要求に応えるものとして１例えばジャーナル　オ
ブ　クリスタル　グロウス４５　（１９７８）第９７頁
〜第１０７頁（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｇｒｏｖｔｈ４５（１９７８）ｐ、９７〜１０７）に示
されているように、同筒状の横型炉内にウェハを互いに
平行となるように垂直に立てて、長手方向に何十枚も並
べ、ウェハをその法線方向の回転対称軸を中心に回転さ
せながら、各ウェハ間隙に原料供給ノズルから原料ガス
を流し、かつ原料供給ノズルのガス噴出方向を適当な角
度の範囲で反復回転させてエピタキシャル成長を行う気
相成長装置が知られている。

しかしながら、このタイプの装置では直径１５０ｍ以上
の大口径ウェハに対して、膜厚分布の均一性が十分に得
られないという問題があった。

【発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、原料ガスが原料供給ノズルから同心円
上の等距離にあるウェハ上の各点に到達するまでに消費
される量が原料ガスをウェハ中心方向に流した時とウェ
ハ周辺部に流した場合で、異なることを考慮していない
、すなわち、原料ガスがウェハ中心方向に流れている場
合には周辺方向に流れている場合に比べ、原料ガスがノ
ズルから同心円上の点に到達するまでにウェハと接する
距離が長く、ウェハと反応して結晶成長に使用される原
料ガス量が多い、このため、ノズルから同心円上の点で
原料ガス濃度に分布が生じ、周辺部と中心部で成長量が
異なってしまう。

また、ウェハの回転による周辺部の成長速度の実質的低
下も考慮されていない、すなわち単純にウェハを回転さ
せた場合、ウェハの周辺部はどウェハの同心円上の面積
Δ５（＝２πｒ・Δｒ、　ｒはウェハ中心からの距離、
Δｒは半径方向の単位長さ）が大きくなり、単位面積当
りの成長量は低下する。

以上の点を考慮して原料供給ノズルを適当な速度で反復
回転させることは薙しく、大口径ウェハ上に均一な膜厚
分布が得られないという問題があった。

本発明の目的は、大量にチャージされた大口径ウェハに
対して均一な膜厚分布をもった薄膜を一度に形成できる
気相成長装置、（ひ成長方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、原料ガスが原料供給ノズルから等距離にあ
るウェハ上の各点に到達するまでに消費される量をほぼ
同一にし、かつウェハを単に一定速度で回転させるので
はなく、原料ガスがウェハに供給されていない時にウェ
ハを一定角度ずつ回転させて、ウェハの中央部と周辺部
で単位面積当りの成長量を一定にすることにより実現さ
れる。

具体的には１例えば、ウェハを載置する試料台の少なく
とも表面をウェハと同一材料とし、試料台をその形状が
正、５形をした平板にする。そして、ウェハをその中心
が試料台の法線方向の回転対称軸と一致するように置き
、原料ガスを各ウェハ表面に実質上平行に流しながら、
原料供給ノズルを試料台の端から端まで試料台の正方形
の一辺と平行に往復させこれをくり返す。この時、−回
の往復ごとにウェハを９０°回転させ、試料台の各辺が
原料供給ノズルと対向する回数が同数となるようにして
気相成長を行えば上記目的は実現される。

〔作用〕

ウェハを載置する試料台の表面がウェハと同一材料であ
るのでこの部分でも原料ガスが消費される。このため、
原料ガスを流しながら原料供給ノズルを試料台の一辺に
平行に往復させれば、この−辺と平行な方向に対しては
、ウェハの中心部と周辺部で原料ガス濃度がほぼ一定に
なり成長量も同じになる。

しかしながら、ガスの流れ方向に原料ガス濃度が低下す
るので、試料台の上記−辺に垂直な方向には膜厚の減少
が生じる。ところで、正方形の試料台を原料供給ノズル
の一往復ごとに９０’回転させれば、４辺が−通り原料
供給ノズルに向い合わされた時には、ガス流方向に対し
て互いに反対の膜厚分布が足し合わされている。ガスの
流量を適切に選べば原料供給ノズル−往復当りの成長に
おいて、ガス流方向に膜厚がほぼ直線状に減少する様に
できる。このため、正方形の各辺を原料供給ノズルに同
一回数だけ対向させて原料ガスを供給すれば結果的に均
一分布が得られる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例をＳｉのエピタキシャル成長を
例にとって説明する。

第１図は本発明気相成長装置の気相反応部を示したもの
である。直径１５０ｍｍの大口径ウェハ１０が試料台２
０上に相互に隔雛した積層状態で多段にチャージされる
。試料台２０はＳｉＣをコートしたグラファイト製の正
方形の平板で、その表面にはさらに多結晶Ｓｉがコート
されている。

ウェハ１０は、第２図に示すようにエビ層１１を成長さ
せる面である薄膜形成面１２が試料台２０の表面とほぼ
同一平面となるように各段とも載置される。また、試料
台２０のウェハ載置部２１の直径はウェハ１０に比べ、
ウェハの脱着が問題とならない程度に僅かに大きい、こ
のため、ウェハ端での原料ガス流の乱れが極めて少なく
、エビ層１１の均一性を良くすることができる。試料台
２０はその回転対称軸を中心にして１回転角度制御が可
能な回転機構３０によって断続的に回転される。ｙＫ料
供給ノズル４０はウェハ間隙５ｏに原料ガス４１を供給
しながらＸ方向に水平移動可能である。

第３図は本発明気相成長装置の反応炉の断面説明図であ
り、６０は試料台ボルダ、７ｏはベルジャ、８０はサセ
プタ、９０は加熱コイル、４００は排気ノズルである。

ウェハを炉内にセットし。

ベルジャ７０内をＨ２ガス雰囲気とした後、サセプタ８
０を高周波コイル９０により１１５０℃まで昇温する。

原料供給ノズル４０によりＳｉ原料ガスを０．５モル％
含むＨ２ガスを２０　Ｑ　／ｗｉｎで供給し、Ｓｉエピ
タキシャル層をウェハ１０の表面上′に形成する。先ず
試料台２０の正方形の一辺をＸ方向に平行にしておき、
原料ガス４１を流しながら原料供給ノズル４０を試料台
２０の端（Ｘ工）から端（ｘ２）の間でＸ　１４　Ｘ　
Ｑ→ｘ１というように往復させこれをくり返す、この時
１Ｍ料供給ノズル４０の一往復ごとに試料台２０を回転
機構３ｏにより９０’ずつ回転させ、試料台２０の各辺
が原料供給ノズル４０に対向する回数が同数となるよう
に気相成長を行う６ エピタキシャル成長に使用された後の廃ガスは、排気ノ
ズル４００にベルジャ外に排気される。

所望の膜厚のエピタキシャル層がウェハ１０の表面に形
成された後、Ｓｉ原料ガスの供給を止め。

Ｈ２ガスによるパージングの後、高周波コイル９ｏによ
る加熱を止め、サセプタ８ｏを降温する。

上記実施例に従って膜厚５μｍのエピタキシャル層を形
成したところ、１５０ａａの大口径ウェハ５０枚に対し
てエピタキシャル層の膜厚のばらつきを、ウェハ内、ウ
ェハ間で±５％以下にすることができた。

本実施例では、原料供給ノズル４ｏを水平移動させる場
合を説明したが、原料供給ノズル４０の位置は固定した
まま、Ｊ７Ｘ料ガス４１の噴出方向を約１２０＠の範囲
で水平方向に反復回転させ、−往復ごとに試料台を９０
°ずつ回転させた場合にもほぼ同様の結果が得られた。

また、本実施例ではシリコンのエピタキシャル成長を例
としたが、ウェハ面に平行にガスを供給しながら薄膜を
形成する他のＣＶＤ法にも適用できる。さらに、［料ガ
スを噴射する噴射孔ではなく垂直方向のスリットであっ
ても良いことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、大量（〜５０枚）にチャージされた大
口径ウェハ（直径１５０ｒｍ）上に形成される気相成長
層の膜厚のばらつきを、ウェハ内、ウェハ間で±５％以
下することができ、多数のウニ八表面上に均一な薄膜を
同時に形成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の気相成長装置の気相反応部
を示す鳥観図及び上面図、第２図は試料台及びウェハの
載置部を示す断面図、第３図は本拠明の気相成長装置の
反応炉の概略断面図である。 １０・・・ウェハ、２０・・・試料台、３０・・・回転
機構、４０・・・原料供給ノズル、４１・・・原料ガス
、５ｏ・・・ウェハ間隙、６０・・・試料台ホルダ、７
ｏ・・・ベルジャ、８０・・・サセプタ、９０・・・加
熱コイル、４００・・・排気ノズル。 ゛（じ 濱Ｉ図 （α〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、互いにほぼ平行な状態で多段かつ水平に積載された
   ウェハ上に、ウェハの外周方向からウェハ面に実質上平
   行に原料ガスを原料供給ノズルから供給し、該ウェハ表
   面に気相化学反応により薄膜を形成する気相成長装置に
   おいて、前記ウェハを載置する試料台の少なくとも表面
   をウェハと同一材料とし、かつ、静止したウェハの少な
   くとも端から端まで原料ガスを供給できるように、原料
   供給ノズルを水平方向に平行移動できるようにするか、
   あるいはガスの噴出方向をほぼ１８０゜の範囲で水平方
   向に回転できるようにし、さらに、ウェハの回転対称軸
   を回転軸として、ウェハを載置する試料台を回転かつそ
   の回転角度を制御できるようにしたことを特徴とする気
   相成長装置。