JPS6369221A - エピタキシヤル成長装置 - 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】 〔概要〕 強力な磁場を形成し得るマグネット・コイル内のプラズ
マ生成室内で、マイクロ波によって発生させた発散磁界
型のＥ　ＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ
Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマによって、基板を処理す
るエピタキシャル成長装置。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造工程に使用するエピタキシャ
ル成長装置に関するもの七ある。

半導体装置の製造工程においてエピタキシャル成長は広
（行われているが、特に低温で且つ基板とエピタキシャ
ル成長層との接合幅が狭いエピタキシャル成長層を高速
成長させるエピタキシャル成長装置が要望されている。

〔従来の技術〕

従来のエピタキシャル成長方法は、９００℃以上で処理
を行うものでは、減圧系及び常圧系のＣＶＤ法があり、
成長速度（４，０００〜５，０００人／分）は要求を満
足するものであるがエピタキシャル成長層と基板との接
合面の接合幅が広く、現在市販されている装置では７，
０００人に達する。

従来使用されている代表的なエピタキシャル成長装置は
、第５図に示すような炭化珪素をコーティングしたグラ
ファイトサセプタ７１にウェーハ５を搭載して、排気ロ
ア５から排気して真空にした石英ベルジャ７２の中に入
れたものである。

この石英ベルジャ７２の周囲に設けた赤外線ランプ７３
の輻射熱によりウェーハ５を１，１５０℃に加熱しなが
ら、反応ガス導入ロア４より反応ガスを導入し、ウェー
ハ５上にエピタキシャル成長層を成長させるものである
。

９００℃以下で処理を行うものでは、光ＣＶＤを用いた
方法があり、低圧水銀ランプやハロゲンランプを用いて
５ｉＪａ（ジシラン）の光反応によりシリコン基板上に
エピタキシャル成長層を成長させるが、９００℃以上で
処理を行う減圧系或いは常圧系のＣＶＤ法に比べると、
成長速度が遅く、マイクロクリスタル（微結晶）の成長
のみが可能で適用面積が小さいために実用になり難い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明の従来のエピタキシャル成長方法で問題となる
のは、処理温度が高いにも拘わらず、成長速度が遅く、
基板中の高濃度の不純物元素がエピタキシャル成長層の
品質に影響を与えるオートドーピング現象が起きて、基
板とエピタキシャル成長層との接合幅が広＜　（７，０
００人）なり、デバイスの応答速度が遅くなることであ
る。

本発明は以上のような状況から低温で、接合幅の狭いエ
ピタキシャル成長を、高速で行うことができるエピタキ
シャル成長装置の提供を目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、モリブデン製の輻射加熱方式のヒータを
設えたウェーハステージと、基板を載置したウェーハス
テージを設置して真空に排気された反応室と、反応室と
プラズマシャッタで仕切られて反応室に対して着脱可能
なプラズマ生成室と、プラズマ生成室にマイクロ波を導
入するマイクロ波発生手段と、プラズマ生成室に磁場を
印加する、プラズマ生成室に対して着脱及び移動可能な
磁場発生手段とからなり、プラズマ生成室内に発生させ
た発散磁界型のＥＣＲプラズマを用いて反応室内の基板
を処理するエピタキシャル成長装置により解決される。

〔作用〕

即ち本発明においては、反応室内においてウェーハにエ
ピタキシャル層を成長させるに当たり、エピタキシャル
成長前のダメージの少ないエツチングを短時間で施し、
引き続き低温で接合幅の狭いエピタキシャル成長を高速
で行なうことが可能である。

〔実施例〕

以下第１図〜第４図について本発明の一実施例を説明す
る。

第１図において、強力なマグネット・コイル８の磁場内
に設けられた、直径２００鶴で長さ１９７ｆｌのプラズ
マ生成室４は、反応室１とは着脱可能な構造となってお
り、最大６インチ径までのウェーハ寸法に応じてプラズ
マ生成室４は交換可能であり、反磁性体例えばモリブデ
ンからなるマイクロ波を遮断するプラズマシャッタ７で
仕切られている。マグネット・コイル８はプラズマ生成
室４に対して着脱および移動が可能で、発散磁界型のＥ
ＣＲプラズマの発生状態を自由に変えることができる。

プラズマ生成室４は第２図に示すような構造であり、マ
イクロ波導入側にはアルミニウムよりなる室壁と一体構
造の水冷部４１が設けられている。

窒化硼素（ＢＮ）よりなる輪状の伝熱シート４２が水冷
部４１に密着しており、その外側には透光性アルミナ板
（ＡＪｚＯｚ）４４、伝熱シート４２、アルミニウムよ
りなる電流を逃がす損失防止板４３、伝熱シート４２、
透光性アルミナ板４４の順に取りつけ、アルミニウム製
の押さえリング４５で固定している。

押さえリング４５の外側にはＪＩＳ規格の変換アダプタ
４６が設けられてマイクロ波導波管１０と接続している
。

ガス導入管４７は下部の三個所に設けられており、ここ
からはウェーハ５表面のクリーニング及び自然酸化膜（
２０〜５０人）エツチング用として、水素（１（５０，
０χ）十塩素（（Ｊｇ）（５０，０χ）の混合ガスが導
入される。

反応室１内の空気はターボ分子複合ポンプ１２と二段の
メカニカル・ブースタ・ポンプ１３をシリーズに接続し
た排気系統により排出される。

予備室３はウェーハ５を反応室ｌに持ち込む前に保管す
る室で、ロータリー・ポンプ１４で排気されている。

ウェーハ５は第３図に示すようなウェーハステージ６に
内蔵するモリブデンヒーターにより加熱される。

このモリブデンヒーターは特殊な構造を有しており、モ
リブデン類のヒーターボックス６１の内面は金蒸着され
て金反射膜６２となり、その表面は透明な石英カバー６
３で覆われている。このためヒーターボックス６１の方
向に放射される輻射線は反射されてウェーハ５の加熱に
有効に利用できる。

モリブデンヒーターの熱源となるヒーター６４は第５図
に示すような構造で、モリブデン線６４ａをコイル状に
成形して外径９．３鶴の石英チューブ６４ｂの中にいれ
、不活性ガス（９９χＡｒ）とタンタルゲッタ（吸着材
）を封入し、石英チューブ６４ｂの両端を溶融してモリ
ブデン線６４ａを箔状にして封入し、封止部６４ｃを形
成する。端子部６４ｄはモリブデン線６４ａをループ状
に折り返して形成し、モリブデン線６４ａ°の先端部は
上記の封止部６４ｃの石英の中に封入しておく。

ヒータ一部はヒーター６４を一段に１２本並べたものを
二段に積んだ構造になっており、上下のヒーター６４は
直交するように配設されている。

ヒータ一部の上にはモリブデン類のヒーターカバー６５
が設けられ、中央部にはウェーハ５の直径よりやや大き
な孔があけられており、ヒーターカバー６５にアルミナ
製のウェーハ支え６５ａが設けてありウェーハ５を支持
するようになっている。

以上のモリブデンヒーターは使用時には図示の状態では
なく、ウェーハ５が垂直になるように反応室１内に設置
され、ウェーハ５のエピタキシャル成長すべき面はプラ
ズマシャッタ７と対向しており、ウェーハ５の落下防止
のために装置全体を５°傾けて設置しである。

マイクロ波発振器９で発生させたマイクロ波はマイクロ
波導波管１０内を伝わって、マイクロ波導入部１１に達
し、プラズマ生成室４にマイクロ波が導入される。

代表的な実施例としては、 先ず、ウェーハ５表面のクリーニング及び自然酸化膜（
２０人〜５０人）のエツチング用として、水素（Ｉｈ）
（５０，０χ）十塩素ＣＣ１ｔ）　（５０，０χ）の混
合ガスがプラズマ生成室４の下部のガス導入管４７から
１０分間導入され、ＥＣＲプラズマにより４００〜７０
０℃でダメージの少ないエツチングが行われる。

その後７００℃に加熱した状態のまま下記条件のもとで
反応室１の側壁に設けられたガス導入口２から下記の反
応ガスを導入して処理を行う。

チャンバ内室圧・−−−−−−−−−−−−−−−−−
−１０−３〜１０−　’　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ反応ガス−・
・・・・・−・−・−ジシラン（ＳｉＪａ）十水素（Ｈ
８）マイクロ波の波長・−−−−−−−−−−−−＝＝
−−−−−−−−−−・・・・２．４５Ｇ）ｌｚマイク
ロ波発振器の出力−・−・・−・−・−・・・−・−・
−・−・−・・・５００Ｗプラズマ生成室の磁束密度・
・−・−・−・−一−−−−・・・８７５ガウス成長速
度・−・・・・・・−・−・−・−−ｍ−−・・・−−
−−−−１，０００〜１．５００人／分エピタキシャル
成長層と基板との接合幅−・−・−・−・・・・−・１
　、０００Å以下以上の処理により形成されたエピタキ
シャル成長層の高速反射電子線回折像を観察すると、単
結晶の場合のストリーク状のスポットが見られ、つ工−
ハ５とエピタキシャル成長層の間には差異が殆ど認めら
れない。

又、評価をラマン・スペクトルにより行うと、ウェーハ
５もエピタキシャル成長層も共にラマン・シフト５２０
カイザー（ｃｍ　−’　）にピークが観測され、ラマン
・インテンシテイの半値幅を比較するとウェーハ５の３
　ｃｒｍ　−’に対してエピタキシャル成長層は３ｃｍ
−’となっており、現状の実用には対しては充分使用可
能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、エピタキシャル成
長に際して、７００℃の低温で、基板とエピタキシャル
成長層との接合幅が従来の上置の−と狭い、ダメージの
少ない、高速度のエピタキシャル成長が可能となるので
工業的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明よる一実施例の側断面図、第２図は本発
明による一実施例のプラズマ生成室の側断面図、 第３図は本発明によるヒーターを内蔵するつ工−ハステ
ージの側断面図、 第４図はモリブデンヒーターの構造を示す側断面図、 第５図は従来技術のエピタキシャル成長装置の側面図で
ある。 図において、 １は反応室、 ２は反応ガス導入口、 ３は予備室、 ４はプラズマ生成室、 ５はウェーハ、 ６はウェーハステージ、 ７はプラズマシャッタ、 ８はマグネット・コイル、 ９はマイクロ波発振器、 １０はマイクロ波導波管、 １１は°マイクロ波導入部、 １２はターボ分子複合ポンプ、 １３はメカニカル・ブースタ・ポンプ、１４はロータリ
ー・ポンプ、 ４１は水冷部、 ４２は伝熱シート、 ４３は損失防止板、 ４４は透光性アルミナ板、 ４５は押さえリング、 ４６は変換アダプタ、 ４７はガス導入管、 ４８ａは冷却水導入管、 ４８ｂは冷却水排出管、 ４９ａは冷却用窒素導入管、 ４９ｂは冷却用窒素排出管、 ６１はヒーターボックス、 ６２は金反射膜、 ６３は石英カバー、 ６４はヒーター、 ６４ａはモリブデン線、 ６４ｂは石英チューブ、 ６４ｃは封止部、 ６４ｄは端子部、 ６５はヒーターカバー、 ６５ａはウェーハ支え、 を示す。 第１図 第２図 本発明による一実施例のヒーターを内蔵するウェーハス
テージの側断面図１３図 本発明による一実施例のモリブデンヒーターの構造を示
す側断面図従来のエピタキシャル成長装置の便面図第５
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 輻射加熱方式のヒータ（６４）を設えたウェーハステー
   ジ（６）と、 基板（５）を載置した前記ウェーハステージ（６）を設
   置し、真空に排気された反応室（１）と、前記反応室（
   １）とプラズマシャッタ（７）で仕切られ、前記反応室
   （１）に対して着脱可能なプラズマ生成室（４）と、 前記プラズマ生成室（４）にマイクロ波を導入するマイ
   クロ波発生手段（９、１０、１１）と、前記プラズマ生
   成室（４）に磁場を印加する、前記プラズマ生成室（４
   ）に対して着脱及び移動可能な磁場発生手段（８）とか
   らなり、 前記プラズマ生成室（４）内に発生させた発散磁界型の
   ＥＣＲプラズマを用いて該反応室（１）内の該基板（５
   ）を処理するエピタキシャル成長装置。